Тепловой расчет гидропривода

3.6 Тепловой расчет гидропривода

Энергия, затраченная на преодоление различных сопротивлений в гидроприводе, в конечном итоге превращается в теплоту, что вызывает нагрев рабочей жидкости и нежелательное снижение ее вязкости. Приближенно считается, что полученная с рабочей жидкостью теплота должна отдаваться в окружающую среду через поверхность бака.

Тепловой поток через стенки бака эквивалентен потерянной мощности ΔN

ΔN = N₁ – N_2П (3.22)

где N₁ - мощность гидронасоса; N_2П - полезная мощность на штоке гидроцилиндра.

Мощность гидронасоса, Вт

(3.23)

где Q₁ - подача гидронасоса, определенная по формуле (3.7); Р₁ - давление гидронасоса, рассчитанное по формуле (3.21); η₁ - полный КПД гидронасоса в соответствии с его технической характеристикой.

Полезная мощность, Вт определяется по формуле

N₂ = F₂V₂ (3.24)

где F₂ - усилие на штоке в соответствии с заданием, Н; V₂ - действительная скорость движения штока, м/с.

Действительная скорость движения штока V₂ определяется по формуле

(3.25)

где ΔQ_p - утечки рабочей жидкости в гидрораспределителе, принимаемые в соответствии с его технической характеристикой.

м/с.

Полезная мощность:

N₂ =100∙10³∙0,095=9500 Вт

Тепловой поток через стенки бака эквивалентен потерянной мощности:

ΔN=12165-9500=2665 Вт

Потребная площадь поверхности охлаждения

(3.26)

где k₀ - коэффициент теплопередачи, который при отсутствии обдува не превышает 15 Вт/м², t_Ж - температура жидкости (60...70°С), t_В - температура воздуха.

3.7 Расчет внешней характеристики гидропривода

Применительно к проектируемому гидроприводу под внешней характеристикой понимают зависимость скорости перемещения штока гидроцилиндра от усилия на штоке V=ƒ(F₂). Для построения графика внешней характеристики необходимо задаться несколькими (не менее 4...5) значениями F_2i в пределах 0≤F_2i≤F₂. Каждому значению усилия F_2i соответствует давление Р_2i гидроцилиндра, которое определяется по формуле

(3.27)

Поскольку потери давления в напорном трубопроводе практически не зависят от давления в напорном трубопроводе, то соответствующие значения давления ΔP_2i у гидронасоса определяются по формуле

P_1i = P_2i + ΔP (3.28)

где ΔР - потери давления, рассчитанные по формуле (3.20).

С увеличением давления P_1i возрастают утечки рабочей жидкости в гидронасосе ΔQ_1iи в гидрораспределителе ΔQ_pi Поэтому действительная подача рабочей жидкости в гидроцилиндр с возрастанием усилия F_2i уменьшается. В связи с этим уменьшается и скорость движения штока V_2i значение которой определяется по формуле

(3.29)

где Q_1T - теоретическая подача гидронасоса; ΔQ_Ni и ΔQ_Pi – утечки рабочей жидкости в гидронасосе и гидрораспределителе.

При этом:

(3.30)

(3.31)

(3.31)

где a₁ и a₂ - коэффициенты утечек для гидронасоса и гидрораспределителя.

Коэффициенты утечек определяются по формулам

(3.33)

, (3.34)

где η₀₁ - объемный КПД гидронасоса в соответствии с его технической характеристикой; ΔQ_p- утечки принятого гидрораспределителя в соответствии с его технической характеристикой; Р_н - номинальное давление.

Рассчитаем коэффициенты утечек и теоретическую подачу гидронасоса (так как они одинаковы для всех скоростей):

Рассчитаем скорости перемещения штока гидроцилиндра для следующих значений усилия на штоке: F_{2 i} = 0; 25; 50; 75; 100 кН.

1) F₂₀ = 0 кН.

P₂₀=0

P₁₀=0+0,387=0,387 МПа

∆Q_H0=0,18∙10^-12∙0,387∙10⁶=0,06∙10^-6

∆Q_Р0=0,05∙10^-12∙0,387∙10⁶=0,01∙10^-6

2) F₂₁ = 25 кН.

P₁₁=+0,387=3,7 МПа

∆Q_H1=∙3,7∙10⁶=0,66 ∙10^-6

∆Q_Р1=∙3,7∙10⁶=0,185∙10^-6

3) F₂₂= 50 кН.

P₁₂=6,7+0,387=7,087 МПа

∆Q_H2=∙7,087 ∙10⁶=1,27 ∙10^-6

∆Q_Р2=∙7,087 ∙10⁶=0,35∙10^-6

4) F₂₃ = 75 кН.

P₁₃=10+0,387=10,387 МПа

∆Q_H3=∙10,387 ∙10⁶=1,9 ∙10^-6

∆Q_Р3=∙10,387 ∙10⁶=0,5∙10^-6

5) F₂₄ = 100 кН.

P₁₄=+0,387=13,787 МПа

∆Q_H4=∙13,787 ∙10⁶=2,48∙10^-6

∆Q_Р4=∙13,787 ∙10⁶=0,69∙10^-6

По полученным данным построим график зависимости V = ƒ(F₂). Далее необходимо оценить степень снижения скорости движения штока при изменении усилия F_2i от нуля до F₂.

(3.35)

где V₂₀ - скорость движения штока при F₂ = 0.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы/ Т.М. Башта