124145 (Расчет гидравлического привода технологического оборудования), страница 2

Суммарные потери при движении жидкости по участку гидросистемы складываются из потерь давления по длине гидролинии и потерь на местных сопротивлениях:

и определяются отдельно для всасывающей, напорной и сливной линий проектируемой гидросистемы.

-для всасывающей гидролинии

-для нагнетательной гидролинии

-для сливной гидролинии

Опыт проектирования показывает, что в общем, объеме потери на местных сопротивлениях являются преобладающими. Это объясняется стремлением к наибольшей компактности промышленных гидроприводов и вследствие этого широким использованием аппаратуры стыкового исполнения и модульного монтажа, не требующих протяженных соединительных гидролиний.

3. Определение максимального давления жидкости на выходе из насоса

Давление в напорной полости гидроцилиндра, определяется из уравнения равенства сил на поршне по формуле (14) [2:

Максимальное давление жидкости на выходе из насоса должно обеспечить необходимое для преодоления максимальной нагрузки на рабочем органе станка давление Р₁ в напорной полости гидродвигателя и скомпенсировать суммарные потери давления ΣΔр в напорной гидролинии, которое определяется по формуле (16) [2]:

4. Определение минимально необходимой производительности насоса

В системах с дроссельным способом регулирования скорости двигателей производительность насоса, а следовательно, и мощность, потребляемая им, постоянны. Характерным для этого способа является превышение производительности насоса над максимально необходимым расходом масла через гидродвигатель. При таком условии избыточная часть жидкости отводится от насоса через предохранительный клапан в бак. Минимальная величина расхода Q_кл жидкости через клапан принимается в пределах (5-8)∙10^-5 м/с.

При работе насоса, с ростом давления Р_н, его производительность Q_н убывает в связи с увеличением внутренних утечек через зазоры в сопряжениях трущихся пар насоса. Уменьшение Q_н с ростом давления характеризуется объемным КПД η_он, который для наиболее распространенных в промышленных гидроприводах пластинчатых нерегулируемых насосов равен 0,8–0,9.

Расход жидкости, создаваемый насосов в напорной гидролинии системы, на своем пути к гидродвигателю уменьшается в следствие утечек в аппаратах :

Суммарные утечки в аппаратах:

При объемном способе регулирования необходимая производительность насоса может быть определена по формуле (20) [2]:

где Q_max–расход жидкости через двигатель, необходимый для обеспечения максимальной заданной скорости рабочего органа машины,

η_он=0,85–объемный КПД насоса,

η_од=0,95–объемный КПД гидродвигателя.

Выбор конкретной модели насоса производится по справочной литературе [3]. Определяющими параметрами при выборе насоса являются минимально необходима производительность и максимальное давление жидкости на выходе из насоса. Выбираем насос марки Г12–54АМ, его характеристики даны в таблице 1.

Таблица 1

5. Выбор приводного электродвигателя насосной станции

В промышленных гидросистемах в качестве приводных двигателей для насосов обычно используют трехфазные асинхронные электродвигатели серии 4А [1].

Электродвигатель для продолжительного режима работы следует выбирать по номинальному режиму, определяемому подачей насоса при максимальном давлении нагнетания насоса, что соответствует элементу «Рабочая подача» цикла.

Необходимую мощность электродвигателя определяют по формуле (21) [2]:

где η_Н и η_э – соответственно КПД насоса и электродвигателя, причем КПД электродвигателя для данного расчета можно ориентировочно принимать в пределах 0,8-0,9;

к– коэффициент запаса, обычно 1–1,1.

По вычисленному значению N_э выбираем ближайший больший по мощности стандартный электродвигатель марки , у которого мощность N=11кВт и частота вращения n=1500 об/мин. При этом номинальная частота вращения вала электродвигателя должна соответствовать номинальной частоте вращения ротора выбранного насоса.

Работа рассматриваемой принципиальной гидросхемы на различных переходах цикла может быть описана следующими уравнениями гидравлических цепей

Исходное положение «стоп»: Б-Ф1-Н-КП-Б

Рабочая подача: Б-Ф1-Н-М-Р1(I)-КД-Ц-Р1(I)-Ф2-Б

Реверс: Р1(I)→ Р1(II)

Рабочая подача: Б-Ф1-Н-М-Р1(II)-Ц-КД-Р1(I)-Ф2-Б

Реверс: Р1(II)→ Р1(I)

6. Тепловой расчет гидросистемы

В процессе работы станка часть мощности приводного электродвигателя в конечном итоге затрачивается на перемещение рабочих органов и преодоление полезной нагрузки, а остальная мощность расходуется на преодоление различного рода сопротивлений в гидроприводе и механизмах машин, и превращается в теплоту, поглощаемую преимущественно маслом, что вызывает его нагрев и нежелательное уменьшение вязкости.

Потери мощности в гидроприводе, являющиеся причиной разогрева масла, могут быть определены по формуле (22) [2]:

где η_с=0,7– КПД гидросистемы.

Ограничение нагрева масла в гидроприводе может быть достигнуто: рациональным построением гидросхем машин, предусматривающим выбор насосов минимально необходимой производительности с обеспечением их разгрузки на бак при перерывах в работе гидропривода; выбором достаточных объемов масла в гидробаках; введением принудительного охлаждения гидробаков с помощью теплообменников.

С некоторыми допущениями считают, что полученная маслом теплота отдается в окружающую среду через поверхности масляного бака, тогда необходимая площадь поверхности бака определяется по формуле (23) [2]:

где –коэффициент теплопередачи от стенок бака окружающему воздуху;

Δt=30 Сº–превышение установившейся температуры масла в баке над температурой окружающей среды.

Для улучшения теплопередачи рекомендуется выполнять наружные стенки бака с ребрами, значительно увеличивающими площадь F.

Необходимый для поддержания устойчивого теплового баланса объем V масла в баке определяется по формуле (25) [2]:

где k=6,9– коэффициент, зависящий от отношения сторон гидробака.

При проектировании промышленных гидроприводов рекомендуется объем V масла в баке ориентировочно определять из условия обеспечения 2-3-минутного расхода насоса по формуле (26) [2]:

Принимаем объем бака V=180 л.

принимаем размеры бака 1,5х0,5х1 м.

7. Выбор фильтров

При соблюдении необходимых требований к чистоте гидросистемы удается повысить надежность гидроприводов и уменьшить эксплуатационные расходы в среднем на 50%. Повышение тонкости фильтрации рабочей жидкости в гидросистеме с 25 до 5 мкм увеличивает ресурс насосов в 10 раз и гидроаппаратуры — в 5— 7 раз. Однако фильтрация (или другие средства очистки) обеспечивает наибольший эффект лишь при комплексном соблюдении требований по типам применяемых масел, правилам их хранения и транспортирования, качеству очистки и герметизации гидросистем, регламента их эксплуатации.

Решение о замене масла должно приниматься на основе анализа его физико-механических характеристик и степени загрязненности механическими примесями. В соответствии с регламентами обслуживания анализ масла рекомендуется проводить через каждые 720—960 ч работы оборудования. Для предварительной оценки может применяться метод, при котором на белую бумагу с хорошим влагопоглощением наносится несколько капель масла из работающего гидропривода. При свежем масле образуется светлое желтое пятно, а по мере загрязнения масла цвет пятна становится более темным, причем па бумаге хорошо видны частицы грязи.

В зависимости от условий эксплуатации и качества масла его долговечность колеблется в пределах 0,5—20 тыс. ч|. Перегрев масла сверх 60 ^СС и присутствие влаги активизируют окислительные процессы, в результате которых выделяются смолы и лаки, вызывающие засорение малых отверстий и залипание подвижных частей гидроагрегатов. Отработанное масло может использоваться повторно, если после регенерации количество влаги и механических примесей находится в пределах, допустимых для свежего масла, изменение вязкости при 50 С не превышает -+2,4 мм²/с, кислотного числа - +10 % и зольности -+0,01%.

Фильтры обеспечивают в процессе эксплуатации гидропривода необходимую чистоту масла, работая в режимах полнопоточной фильтрации во всасывающей, напорной или сливной линиях гидросистемы.

Фильтры приемные типа ФВСМ имеют корпус 1, в котором установлен сетчатый фильтрующий элемент 2 с перепускным клапаном 3. Вблизи от входного отверстия расположены магнитные уловители 8. В корпусе индикаторного устройства установлена подпружиненная мембрана 4, связанная со штоком 6. Последний взаимодействует с подпружиненным плунжером 5, в котором установлен магнит 9, воздействующий на магнитоуправляемые контакты (герконы) 10. Полость над мембраной соединена с атмосферой, а полость под мембраной — через канал 7 с выходным отверстием 11 фильтра. По мере увеличения загрязненности фильтроэлемента возрастает разрежение в отверстии 11, в результате чего мембрана 4 вместе со штоком 6 атмосферным давлением смещается вправо. При этом шток освобождает плунжер 5, который пружиной смещается на одну ступеньку вниз. Одновременно магнит 9 воздействует на геркон 10, выдающий электрический сигнал о первой стадии загрязнения фильтроэлемента. Если фильтроэлемент не очищен и продолжает загрязняться, освобождается вторая ступенька плунжера 5, и в систему управления выдается аварийный сигнал (вторым герконом). Одновременно открывается перепускной клапан 3. О степени загрязненности фильтроэлемента можно судить и визуально по положению выходящего наружу конца плунжера 5. Для очистки фильтроэлемент промывается в керосине и продувается сжатым воздухом; необходимо также очистить уловители 8. После сборки плунжер 5 следует вручную поднять в крайнее верхнее положение. Выбираем фильтр марки .

Рис. 1 Конструкция фильтров типа ФВСМ

Сливные фильтры позволяют обеспечить тонкую фильтрацию рабочей жидкости; они достаточно компактны, могут встраиваться в баки, однако в ряде случаев создают нежелательное повышение давления подпора в сливной линии. При применении сливных фильтров возрастают требования к герметичности баков. Хорошее качество фильтрации может быть достигнуто при сочетании приемного (80 или 160 мкм) и сливного (10 или 25 мкм) фильтров.