Расчет и выбор гидрооборудования

2.   Расчет и выбор гидрооборудования

 

Расчет мощности, подачи гидронасосов и их выбор

Для определения мощности насосной установки вначале вычисляется мощность, которую должны обеспечить исполнительные механизмы гидропривода. Полезная мощность на штоке силового гидроцилиндра находится по формуле

,(6)

где – усилие на штоке гидроцилиндра, ;

 – скорость перемещения штока, ;

 – общий КПД гидроцилиндра, .

При расчете мощности насоса, приводящего в действие гидродвигатели, учитываются возможные потери давления и подачи в гидросистеме коэффициентами запаса по усилию и скорости

,(7)

где – коэффициент запаса по усилию;

 – коэффициент запаса по скорости.

Меньшие значения коэффициентов выбираются для гидроприводов, работающих в легком и среднем режимах, а большие – в тяжелом и весьма тяжелом режимах эксплуатации. Так как режим работы рыхлителей относится к легкому, то принимаем  и .

Определив мощность насоса, рассчитывается требуемая подача насоса в гидросистему

,(8)

где – номинальное давление в гидросистеме.

Выбор конкретной марки насоса производится по рабочему объему, расчетное значение которого вычисляется по формуле

,(9)

где – объемный КПД насоса;

 – угловая скорость вала насоса.

Выбираем шестеренный насос НШ-32 со следующими техническими данными

Рабочий объем, 32.57

Давление, МПа:

номинальное10

максимальное13.5

Частота вращения, :

номинальная32

максимальная40

КПД:

Объемный 0.94

Механический 0.91

общий 0.83

Масса, кг 6.55

Далее рассчитывается действительная подача насосной установки

,(10)

где – число насосов;

 – значение рабочего объема выбранного насоса.

 

После этого вычисляется приводная мощность насосной установки

,(11)

где – коэффициент запаса;

 – полный КПД насоса.

Расчет и выбор гидроцилиндров

Наибольшее распространение в гидроприводах СДМ получили гидроцилиндры двухстороннего действия с односторонним штоком.

Основными параметрами силовых гидроцилиндров являются номинальное давление, внутренний диаметр цилиндра, диаметр штока и ход поршня. По этим параметрам определяются развиваемое на штоке усилие, скорость перемещения поршня, требуемый расход рабочей жидкости.

Усилие, развиваемое на штоке гидроцилиндра, определяется по формулам:

а) при подаче жидкости в поршневую полость

,(12)

б) при подаче жидкости в штоковую полость

,(13)

где – давление жидкости в сливной магистрали;

 – диаметр внутренней полости цилиндра, м;

 – диаметр штока, м;

 – механический КПД гидроцилиндра.

Поскольку усилие, которое должен развивать гидроцилиндр в курсовой работе, определяется расчетом, то необходимый внутренний диаметр гидроцилиндра определяется по формуле

(14)

Диаметр штока определяется из соотношения

(15)

Ход поршня определяется в соответствии с необходимым ходом рабочего органа, а так как зуб рыхлителя заглубляется на 400мм, то примем ход поршня с запасом, то есть равным 500мм.

Рассчитанные величины приводятся в соответствие с ГОСТ 22-1417-79:

а)

б)

Действительные значения скоростей поршней будут равны:

а) при выталкивании

,(16)

где – объемный КПД цилиндра.

б) при втягивании

(17)

Необходимый расход жидкости для обеспечения заданной скорости поршня:

а) при подаче жидкости в поршневую полость

(18)

б) при подаче жидкости в штоковую полость

(19)

Выбор направляющей и регулирующей аппаратуры

Направляющая гидроаппаратура предназначена для изменения направления и запирания потока рабочей жидкости путем полного открытия или полного закрытия проходных каналов гидроэлементов. К ней относятся гидрораспределители, обратные клапаны, гидрозамки, гидроусилители.

Регулирующая гидроаппаратура применяется для регулирования величин давления и потока рабочей жидкости путем изменения площади проходного сечения отверстия. К ней относятся предохранительные, переливные, редукционные клапаны, дроссели, регуляторы потока.

Основными параметрами направляющей и регулирующей гидроаппаратуры являются номинальное давление , номинальный поток  и условный проход .

При проектировании обычно гидроаппаратура не рассчитывается, а выбирается из нормализированных аппаратов и агрегатов, серийно изготовляемых специализированными заводами по основным приведенным параметрам.

1)   Распределитель секционный Р-16

Условный проход, мм16

Расход рабочей жидкости, :

номинальный10.52

максимальный13.36

Давление на входе, МПа:

номинальное16

максимальное17

Падение давления в распределителе, МПа:

в трех секциях0.2

Допустимое давление на сливе, МПа1.0

2)   Клапан предохранительный У 4790.15

Расход рабочей жидкости, :

номинальный26.7

минимальный2.7

Номинальное давление, МПа16

Условный проход, мм32

Масса, кг12

Выбор фильтров

Основными параметрами фильтров являются условный проход, номинальное давление и номинальная тонкость фильтрации.

В гидросистемах СДМ применяются магистральные и встроенные фильтры с бумажным и проволочным (сетчатым) фильтроэлементами, обеспечивающими тонкость фильтрации 25, 40 и 63 мкм. Фильтры устанавливаются, как правило, на сливной линии, магистральные – обычно перед масляным баком, а встроенные – в масляном баке.

В нашем случае это встроенный фильтр 1.1.20-25

Условный проход, мм20

Номинальный поток при

перепаде давления 0,08 МПа

и вязкости 30-40 сСт, 0.67

Номинальная тонкость фильтрации, мкм25

Номинальное давление, МПа0,63

Максимальный допустимый

перепад давления, МПа0,35

Ресурс работы фильтроэлемента

до замены или промывки, ч200

Масса встроенного фильтра, кг8,7

Расчет и выбор трубопроводов

Для соединения элементов гидропривода, не имеющих взаимного перемещения, применяются стальные бесшовные трубы, а для соединения гидроагрегатов, имеющих взаимное перемещение, применяются гибкие рукава, причем для низких давлений – резиновые рукава с нитяными оплетками, для высоких давлений – с металлическими оплетками.

Расчет трубопроводов состоит из гидравлического расчета и расчета на прочность. Под гидравлическим расчетом понимается определение внутреннего диаметра трубы по формуле

,(20)

где – подача насоса;

 – скорость потока жидкости, .

В зависимости от назначения трубопровода, давления в гидросистеме выбирается скорость потока рабочей жидкости на основе следующих рекомендаций:

а) для всасывающего трубопровода – , принимаем

б) для сливного трубопровода – , принимаем

в) для напорного трубопровода – , принимаем

В дренажных трубопроводах необходимо обеспечить свободный слив утечек жидкости, поэтому независимо от количества этих утечек минимальный диаметр дренажной магистрали выбирается в пределах 8…10 мм.

Расчет на прочность состоит в определении толщины стенки металлического трубопровода по формуле

,(21)

где – допускаемое напряжение на разрыв, для стали 20 , для медных трубопроводов ;

 – номинальное давление жидкости.

а) для всасывающего трубопровода

б) для сливного трубопровода

в) для напорного трубопровода

Полученные значения диаметров трубопроводов согласовываются со стандартными значениями:

а) всасывающий трубопровод

б) сливной трубопровод

в) напорный трубопровод

Теперь посчитаем действительные значения скорости потока рабочей жидкости во всасывающем, сливном и напорном трубопроводах в соответствии с полученными стандартными значениями диаметров. Для этого выразим из формулы (20) скорость

(22)

а) всасывающий трубопровод

б) сливной трубопровод

в) напорный трубопровод

 

Расчет и выбор емкости гидробака

Гидробаки предназначены для содержания запаса, отстоя (деаэрации), фильтрации рабочей жидкости и отвода тепла из гидросистемы в атмосферу. Вместимость гидробака, его форма, месторасположение на машине, некоторые конструктивные особенности оказывают существенное влияние на работоспособность гидравлического привода.

Главным параметром бака является его вместимость. От этого параметра зависят значения установившейся температуры рабочей жидкости и интенсивность ее нарастания при пуске машины, время выхода гидропривода на оптимальный тепловой режим, объемный КПД гидропривода и, в конечном итоге, производительность машины в целом.

Для гидросистем мобильных машин рекомендуется выбирать объем бака на основании следующего соотношения

,(23)

где – объем гидробака;

 – минутная подача насосной установки.

Однако при обосновании принятого соотношения следует учитывать мощность, режим работы гидропривода, климатические условия эксплуатации. В результате длительного опыта проектирования и эксплуатации гидрофицированных машин выработаны следующие рекомендации выбора объема бака (в данном случае для легкого режима работы)

(24)

После предварительного расчета значения объема бака необходимо согласовать с нормализованным значением по ГОСТ 12448-80