123013 (Гидроцилиндр с односторонним штоком), страница 2

Q_сл=54,9× (0,012266/ (0,012266-0,001)) =77×,09=83,8 л/мин

Определяем диаметр трубы сливной линии:

d_сл= =29,83 мм

Для напорной линии:

Q_н=Q_вс=56 мм (16)

d_н= =22,6 мм.

Толщину стенок трубопровода можно определить по формуле (17):

, (17)

где - максимальное давление в гидросистеме;

d - внутренний диаметр трубопровода;

=6 - коэффициент безопасности;

- предел прочности на растяжение материала трубопровода, принимаем материал медь, для которой =250 МПа.

Толщину стенок трубопровода всасывающей линии, при максимальном давлении:



d_вс= =1,44.

Толщина стенок трубопровода напорной линии, при максимальном давлении:

d_н= =1,017 мм.

Выбираем толщину трубопровода напорной линии 0,8 мм.

Толщина стенок трубопровода сливной линии, при максимальном давлении:

d_сл= =1,34 мм.

По ГОСТ 617-90 выбираем стандартные наружные и внутренние диаметры труб:

D_нар^вс=d_вс+2_вс=23+2×1,5=26 мм

D_нар^сл=d_сл+2_сл =34+2×2=36 мм

D_нар^н=d_н+2_н =21,9+2×1,5=34 мм

При определении диаметров трубопроводов, производим уточненный расчет скорости рабочей жидкости по формуле (18):

. (18)

Для всасывающей линии:

u_вс= =1,41 м/с

Для напорной линии:

u_н= =3,09м/с

Для сливной линии:

u_сл= =1,85 м/с

3.2 Определение общих потерь давления, давления и подачи насоса, уточнение выбора насоса

Плотность масла при рабочей температуре можно определить по формуле:

_t= (19)

где - плотность масла, кг/м³;

t - изменение температуры, С;

₁ - коэффициент температурного расширения жидкости (для минеральных масел). ₁=710^-4), C^-1

_t= =879,4 кг/м³

Кинематический коэффициент вязкости _р при р=3,75 МПа определяется по формуле (20):

_р= (1+0,03р) (20), _р= (1+0,033,75) 21=23,78мм²/с

Коэффициенты сопротивления по длине трубопровода λ определяется в зависимости от режима движения жидкости и зоны сопротивления. Сначала определяется число Рейнольдса:

(21)

Для всасывающей линии:

Re_вс=140034/23,78=2001,68

Число Рейнольдса Re<2320, значит, режим движения ламинарный и коэффициент сопротивления λ определится по формуле:

(22)

λ_вс=75/2001,68=0,037

Для напорной линии:

Re_н=3090 23/23,78=2988,64

Число Рейнольдса 2310

λ_н=2,7/Re ^{0,53 (}23)

λ_н=2,7/ (2988,64) ^0,53

Для сливной линии:

Re_сл=1850×31/23,78=2411,68

Число Рейнольдса 2320

λ_сл=2,7/2411,69^0,53=0,042

При ламинарном режиме коэффициенты местных сопротивлений ξ_лр зависят от числа Рейнольдса и определяются по формуле:

_лр=×b (24)

где b - поправочный коэффициент, учитывающий зависимость потерь в местном сопротивлении от числа Рейнольдса при ламинарном режиме.

Для всасывающей линии b_вс=1,09, для напорной линии b_н=1, для сливной линии поправочный коэффициент не учитывается.

Коэффициент местных сопротивлений ξ рассчитывается согласно схеме гидросистемы.

Таблица 6 - Коэффициент местного сопротивления

Участок	Расчетная формула	Значение	С учетом Рейнольдса
Всасывающий	вс=вх	0,5	0,50,165= 0,0825
Напорный	н=2×крест +3×пов+вх. ц крест - крестовое разветвление (0,1) пов - поворот трубопровода (0, 19) вх - вход в гидроцилиндр (1)	2×0,1+3×1, 19+ 1=4,77	4,771=4,77
Сливной	сл=крест +пов+вых крест - крестовое разветвление (0,1) пов- поворот трубопровода (1, 19) вых- выход из трубы в резервуар (1)	0,5+1, 19+=2,29	2,29

Площадь сечения трубопровода определяется по формуле (11):

Для всасывающей линии: F_вс=3,14×34²/4=907,5 мм²

Для напорной линии: F_н=3,14×23²/4=415,3 мм²

Для сливной линии: F_сл=3,14×31²4=754,4 мм²

Определение потерь давления в гидроаппаратах:

Напорная линия: МПа

Для напорного фильтра:

Сливная линия: МПаОбщие потери давления, состоящие из потерь во всасывающей, напорной и сливной, приведенной к напорной, линиях определяются по формуле:

(25)

Выражая скорости движения жидкости в трубопроводах, потери давления в аппаратах Σ , Σ и расход жидкости в сливной линии Q_сл через расход Q_н в напорной линии, можно получить:

(26)

где

D =F/ (F-f) или D=1/ (1-f/F); D=

λ - коэффициент сопротивления трения по длине трубопровода,

Σξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений в соответствующей линии (вход и выход из трубы, внезапное расширение и сужение трубы, повороты, тройники и т.д.),

l_вс, l_н, l_сл - длины трубопроводов соответственно всасывающей, напорной и сливной линии,

d_вс, d_н, d_сл - диаметры соответственно всасывающей, напорной и сливной линии,

ρ - плотность жидкости,

Σ, Σ- потери давления в гидроаппаратах, установленных в напорной и сливной линиях соответственно.

Используя для расчета потерь давления формулу (26), получаем:

×D³) ×Q_н²×4³) ×10¹⁰×Q_н²=77,223×10¹⁰×Q_н² Н×с²/м⁸

В начале трубопровода гидросистемы необходимо иметь давление р для создания полезной нагрузки на гидродвигателе, а также для преодоления потерь давления Δр, начиная от всасывающей линии до конца сливной линии, то есть:

р_тр=р+р=р+77,22310¹⁰Q²_н (27)

Насос работает на трубопровод. Поэтому должны соблюдаться условия материального и энергетического баланса, то есть, какая будет подача насоса, такой же расход будет в трубопроводе и какое давление будет создавать насос, такое же давление будет в начале напорного трубопровода.

Эти условия будут выполняться в точке пересечения характеристики насоса р_н=f₁ (Q) с характеристикой трубопровода р_тр=f₂ (Q).

Характеристику насоса (рис.2) строим по двум точкам: первая точка (р_ном; Q_ном). Вторая точка: р=0, а расход жидкости определится по формуле (28):

Q_т=V×n_ном=86×10^-3×960=76,3л/мин (28)

Характеристику трубопровода строим по нескольким точкам, меняя значение расхода жидкости в выражении (27).

Таблица 7 - Значение полного давления в трубопроводе в зависимости от расхода

Q, л/мин	10	20	30	40	50	60	70	77
Ртр, МПа	1,424	1,4858	1,5931	1,7462	1,9367	2,1722	2,4511	2,6724

По точке пересечения характеристики трубопровода с характеристикой насоса - рабочей точке А находится действительная подача Q_н=76,4 л/мин, развиваемое им давление р_н=2,52 МПа и общие потери Δр=1,12 МПа в трубопроводах гидросистемы.

р_кл=1,121,15=1,288 МПа

р_кл р_ном

1,288 6,3

Предварительно выбранный насос удовлетворяет условиям давления в системе.

Зная действительную подачу Q_н пересчитываем потери давления в гидроаппаратуре:

В напорной линии: для распределителя:

р_распр=0,0581 МПа при Q=76,4 л/мин

Для гидроклапана давления:

р_{гидрокл. давл.} =р_откр+ р_ном , где р_откр=0,15 МПа (29)

р_{гидрокл. давл.} =0,1510⁶+0,610⁶ =0,741 МПа

Для напорного фильтра:

р_фильтр= р_ном

р_фильтр=0,1610⁶ =0,158 МПа

В сливной линии:

Для распределителя:

р_распр=0,141 МПа при Q=83,16л/мин

Для регулятора потока (расхода):

р_{регулятор. потока}= (30)

где -коэффициэнт расхода дросселя ( =0,65)

F - площадь отверстия щели (0,094 м²)

р_{регулятор. потока.} = =0, 191 МПа

Общая потеря давления в гидроаппаратуре:

р_га=Sр_i^н+Sр_i^сл =р_распр^н+р_{гидроклапн. давл.} + р_фильтр+ (р_распр^сл+р_{регю. пот)} Q_cл/Q_н (31)

р_га=0,0581+0,741+0,158+ (0,141+0, 191) 0,99=0,7991+0,33=1,129 МПа

Сравнивая потери давления в гидроаппаратуре с общей потерей давления гидросистемы, получим, что оно составляет:

р_га/р=1,129/1,12100%=100,8% (32)

4. Определение скорости рабочего и холостого хода, времени двойного хода поршня со штоком цилиндра

Уточненная скорость рабочего хода поршня со штоком определяется по формуле

_{р. х}= (34)

_{р. х}=76,41/ (0,0123-0,001) =76,4/0,0113=6,76 м/мин

Скорость холостого хода определяется по формуле (36):

_{х. х}=Q_нh_оц/F (35)

Скорость холостого хода равна: _{х. х}=76,41/0,0123=6,22 м/мин

Время одного двойного хода поршня без учета сжимаемости жидкости рассчитывается по формуле (37):

t = (36)

где S - ход поршня

t - время реверса. t=с . При массе подвижных частей m=230 кг принимаем с=0,055 с^1,5м^0.5.

t=0,055 =0,0550,466=0,0256 с

Используя формулу (37), получаем:

t=0,01130,2560000/76,4+0,0256=2,24с

5. Определение коэффициента полезного действия гидропривода

Коэффициент полезного действия для данной схемы определится по формуле

_{г. п}= = (37)

где Q_н - подача насоса при р_н

Р_п - полезное усилие на штоке гидроцилиндра

_н - полный К.П.Д. насоса. _н =_0мг

_г - гидравлический К.П.Д. насоса (_г=1)

₀ - объемный К.П.Д. насоса

_м - механический К.П.Д. насоса

h_= (38)

h_=76,4/76,3≈1

h_м= (39)

h_м=0,9/0,97=0,93

_н=1,00,931,0=0,93

Используя формулу (38), получаем:

_{г. п}=160000,113600000,93/2,5210⁶76,4=0,617 (61,7%)

6. Тепловой расчет гидропривода

Рабочая температура масла в гидросистеме должна быть 50…55⁰С.

Установившаяся температура масла определяется по формуле:

, (40)

где t_В = 20…25⁰С - температура воздуха в цехе,

К - коэффициент теплоотдачи от бака к окружающему воздуху, Вт/ (м²·⁰С)

К=17,5 Вт/ (м²·⁰С) - при отсутствии местной интенсивной циркуляции воздуха.

N_пот - потеря мощности, определяется, как:

N_пот=р_нQ_н (1-_гп) /_{н (}41)

N_пот=2,5210⁶76,4 (1-0,617) /0,9360000=1,321 кВт

Расчетная площадь гидробака F, определяется по формуле (43):

2,54 м² (42)

где α - коэффициент, зависящий от отношения сторон гидробака: α = 6,4 при отношении сторон бака от 1: 1: 1 до 1: 2: 3.

Используя формулу (41), получаем:

t_м=23+1321/ (17,52,54) =52,71 ⁰С

Получившаяся температура ниже 55 ⁰С, такая температура допускается.

7. Построение пьезометрической линии

На всасывающей линии существует только потери напора на прямолинейном участке. Они очень малы, значит

В напорной линии потери напора:

Для насоса: = = 291,9 м

Для распределителя: = =6,73 м

Для гидроклапан давления: = =85,89 м

Для напорного фильтра: = = 18,31 м

Потери в гидроцилиндре : = =424,69 м

В сливной линии потери напора:

Для распределителя: = =16,36 м

Для гидроклапана давления: = =22,14м

Библиографический список

1. Акчурин Р.Ю. Расчет гидроприводов. Учебное пособие. 1998.

2. Богданович Л.Б. Гидравлические приводы. Киев. 1980.

3. Свешников В.К. Станочные гидроприводы: справочник. 1996.

4. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. 1992.

5. ГОСТ 2.781-68 ЕСКД. Обозначения условные графические. Аппаратура распределительная и регулирующая, гидравлическая и пневматическая.

6. Грубе А.Э., Санев В.И. Основы расчета элементов привода деревообрабатывающих станков