Очистители рабочей жидкости.

В гидросистемах строительных и дорожных машин рабочие жидкости очищают от загрязняющих примесей при помощи фильтров и сепараторов.

Фильтром принято считать устройство для выделения твердых частиц из рабочей жидкости. В зависимости от материала фильтрующего элемента различают пластинчатые, проволочные и бумажные фильтры.

Сепаратором является отделитель твердых частиц, в котором очистка рабочей жидкости происходит под воздействием сил магнитного, электростатического поля или центробежных сил.

По конструкции фильтры отличаются местом их установки на машине (всасывающие, линейные, сливные), условиями прохождения потока, типами фильтрующих элементов и размером ячеек фильтрующего материала.

Рекомендуется устанавливать фильтр таким образом, чтобы ось штуцеров была выше уровня рабочей жидкости в баке не менее чем на 50 мм. Под фильтром должно быть предусмотрено свободное пространство размером не менее 150 мм. для снятия стакана для замены элемента.

По ОСТ 22 – 883 – 75 фильтр обозначают:

первая цифра – тип фильтра (одинарный или сдвоенный);

вторая цифра – исполнения фильтрующего элемента (цилиндрическое или дисковое);

третья и четвертая цифры – условный проход, мм, исполнение;

пятая и шестая цифры – номинальная тонкость фильтрации, мкм.

В гидроприводах строительных и дорожных машин применяют линейные фильтры с тонкостью фильтрации 63 – 40 мкм. при работе с шестеренными или 40 – 25 мкм. При работе с аксиально-поршневыми насосами не выше 0,63 МПа.

Выбор типоразмеров гидроаппаратуры.

Выбор типоразмера насоса:

Типоразмер насоса выбирается по одной из таблиц основных параметров насосов в зависимости от выбранного ранее типа насоса. Подходящий типоразмер должен удовлетворять условиям .

В идеальном случае удается найти насос с необходимой подачей на рабочее давление, принятое в гидросистеме. Если это не удается, то возможны следующие решения:

1. Если подача насоса Q_ном несколько меньше необходимой Q_н, то следует рассмотреть возможность уменьшения Q_н за счет: а) уменьшения скорости движения выходного звена гидродвигателя в пределах 10%; б) установки гидроаккумулятора.

2. Если на данное рабочее давление нет насосов не обходимой подачи, то имеются две возможности: а) принять насос, рассчитанный на более высокое давление; б) использовать два насоса одинаковой (или различной) подачи, установив их параллельно.

Выбор типоразмера дросселя или регулятора потока:

В основе выбора необходимого типоразмера дросселя лежат три условия:

,

где D_д – диаметр условного прохода гидроаппарата, мм;

d – внутренний диаметр гидролинии, мм;

Q_max – максимальный расход рабочей жидкости через гидроаппарат, л/мин;

Q – действительный расход рабочей жидкости в гидролинии, л/мин;

P_max – допустимое максимальное давление для гидроаппарата, МПа;

Р – действительное давление в гидролинии, МПа.

Величины D_д; Q_max и Р_max являются техническими характеристиками дросселей.

Если условиям выбора удовлетворяют одновременно несколько типоразмеров, следует выбирать тот, который имеет меньший перепад (потерю) давления р, МПа.

В основе выбора необходимого типоразмера регулятора потока лежат четыре условия: ,

где Q_min – допустимый минимальный расход рабочей жидкости через гидроаппарат, л/мин.

Величины D_д; Q_max; Q_min и Р_max являются техническими характеристиками клапанов.

Выбор типоразмера фильтров:

Типоразмер фильтра следует выбирать из необходимой тонкости фильтрации и соблюдения условий: ,

где Q_ф; Р_ф – расход рабочей жидкости и давление в гидролинии, в которой установлен фильтр.

Величины Q_ном, d и P_max являются техническими характеристиками фильтров.

Если для требуемой тонкости фильтрации не существует фильтра, обеспечивающего необходимый расход жидкости, то возможна параллельная установка двух фильтров, у которых суммарное значение будет не меньше, чем Q_ф.

Пример выбора типоразиеров гидроаппаратуры, на примере гидравлического погрузчика L – 34, фирмы Huta Snalowa Wola (Польша).

Выбор типоразмера гидрораспределителя

В гидроприводах многочисленных типоразмеров СиДМ применяют многозолотниковые гидрораспределители. С помощью многопозиционных золотников гидрораспределителей можно одновременно или поочередно управлять, несколькими исполнительными механизмами совмещая операции в рабочем цикле.

По условному обозначению в принципиальной схеме определить тип, назначение и конструктивное исполнение распределительной гидроаппаратуры.

По номинальному давлению, подаче насоса и количеству гидродвигателей выбирают тип и марку гидрораспределителей.

Для гидроприводов, работающих в легком и среднем режимах, выбирают, как правило, моноблочные распределители, а для работающих в тяжелом и весьма тяжелом режимах – секционные распределители.

Техническая характеристика секционного распределителя

Параметры	Марка распределителя Р–16
Условный проход, мм	16
Поток жидкости, л/мин: Номинальный Максимальный	100 125
Давление, МПа: Номинальное Максимальное	16 20
Внутреннее утечки масла при нейтральном положении золотника и Рном, см3/мин (не более)	50
Максимальное усилие на перемещение золотника при Рном, Н	350
Допускаемое давление на сливе, Мпа	0,8
Масса, кг	Зависит от числа секций

Обратные клапаны

Предназначены для свободного пропускания потока рабочей жидкости в одном направлении и блокировки (запирания) потока при движении в обратном направлении. Установка в гидроприводе машины обратного клапана исключает самопроизвольное опускания рабочего оборудования под действием внешней нагрузки, а так же при случайном включении золотника гидрораспределителя.

Параметр	Марка обратного клапана KBRHД18
Условный проход, мм	16
Поток жидкости, л/мин: Номинальный Максимальный	50 63
Номинальное давление, Мпа	10
Потери давления, Мпа	0,2
Масса, кг	0,4

Гидродроссели

Гидродроссели – это гидроаппарат управления расходом, предназначенный для создания сопротивления потоку рабочей жидкости.

Регулируемые дроссели с обратным клапаном предназначенный для создания сопротивления потока в одном направлении и свободного пропускания этого потока в другом направлении.

При номинальном потоке рабочей жидкости потери давления для каждого типоразмера регулируемого дросселя зависят от величины щели и от вязкости рабочей жидкости. Не рекомендуется изменять проходное сечение, когда дроссель находится под давлением рабочей жидкости.

Изготавливают четыре типоразмеры регулируемых дросселей с обратным клапаном с условным проходом 16, 20, 25, 32 мм. Для номинального потока 63, 100, 160 и 250 дм3/мин, рассчитанных на номинальное давление 35МПа.

Параметр	Типоразмер 62600
Условный проход, мм	16
Давление на входе, МПа: Номинальное Максимальное	32 35
Расход жидкости, л/мин: Номинальный Максимальный	63 100
Масса, кг	1,1

Гидронасос

Типоразмер насоса выбирается по одной из таблиц основных параметров насосов в зависимости от выбранного ранее типа насоса. Подходящий типоразмер должен удовлетворять условиям .

В идеальном случае удается найти насос с необходимой подачей на рабочее давление, принятое в гидросистеме. Если это не удается, то возможны следующие решения:

3. Если подача насоса Q_ном несколько меньше необходимой Q_н, то следует рассмотреть возможность уменьшения Q_н за счет: а) уменьшения скорости движения выходного звена гидродвигателя в пределах10%; б) установки гидроаккумулятора.

4. Если на данное рабочее давление нет насосов необходимой подачи, то имеются две возможности: а) принять насос, рассчитанный на более высокое давление; б) использовать два насоса одинаковой (или различной) подачи, установив их параллельно.

Выбираем насос типа НШ – 32, так как на данное рабочее давление (16 МПа) нет насосов необходимой подачи, поэтому принимаем насос рассчитанный на более высокое давление.

Показатели	Марка насоса
	РЗСЗ120С5В26А
Рабочий объем, см3/об	31,5
Давление на выходе, МПа: Номинальное Максимальное	16 20
Частота вращения, об/мин: Номинальная Максимальная Минимальная	1820 2400 1200
Номинальная мощность, кВт	17,6
КПД: Объемный Механический Общий	0,94 0,91 0,83
Давление на входе, МПа: Минимальное Максимальное	0,08 0,15
Масса, кг	6,4

Фильтры

Типоразмер фильтра следует выбирать из необходимой тонкости фильтрации и соблюдения условий: ,

где Q_ф; Р_ф – расход рабочей жидкости и давление в гидролинии, в которой установлен фильтр.

Величины Q_ном, d и P_max являются техническими характеристиками фильтров.

Параметр	Типоразмеры
	ВС 32 – 25
Условный проход, мм	25
Гидролиния установки	Сливная
Номинальный поток через фильтр при вязкости рабочей жидкости (20 – 30)10-6 м2/с, л/мин	63
Номинальное давление, Мпа	1,6
Номинальный перепад давления при номинальном потоке и вязкости рабочей жидкости не более 3010-6 м2/с, Мпа	0,08
Перепад давления на фильтре при открывании переливного клапана, Мпа	1
Масса сухого фильтра, кг	7,5

режим движения жидкости.

Различают два режима течения жидкости:

• Ламинарный, когда частицы жидкости движутся параллельно стенкам трубопровода;

• Турбулентный, когда частицы жидкости приобретают беспорядочный характер движения.

Режим течения определяется безразмерным числом Рейнольдса Re.

Чтобы определить режим движения, необходимо фактическое число Рейнольдса сопоставить с критическим Re_кр, которое для круглых труб равно примерно 2300;

Если Re менее 2300, то режим – ламинарный;

При Re более 2300 – турбулентный;

Для резиновых рукавов Re_кр=1600.

При турбулентном режиме движения жидкости:

результаты расчетов заносятся в таблицу 4.

Параметры	Температура рабочей жидкости							Расчетная формула
	-40	-20	0	20	40	60	80	60	80
Всасывающая
Re
Режим движения

Напорная
Re
Режим движения

Сливная
Re
Режим движения


Падение давления в местных сопротивлениях.

При движении рабочей жидкости через местное сопротивление падение давления определяется по зависимости:

,

где _м – безразмерный коэффициент местного сопротивления.

Коэффициенты _м зависят от типа и относительных размеров местных сопротивлений. Для некоторых из них, встречающихся в гидросистемах, величины _м приведены в таблице 6.

падение давления в гидроприводе.

Падение давления при движении рабочей жидкости по участкам гидролинии вызывается силами трения жидкости о шероховатые стенки трубопровода. Величины падения и расчетные зависимости для ее вычисления зависят от того, является ли режим течения рабочей жидкости ламинарным или турбулентным.

Режим движения рабочей жидкости:

,

где  - вязкость жидкости при различном температурном диапазоне.

Коэффициент потерь на трение:

Для ламинарного режима движения жидкости

,

где А=75 – для стальных труб;

А=150 – для гибких шлангов.

При турбулентном режиме движения жидкости:

результаты расчетов заносятся в таблицу 4.

Параметры	Температура рабочей жидкости							Расчетная формула
	-40	-20	0	20	40	60	80	60	80
Всасывающая
Re
Режим движения

Напорная
Re
Режим движения

Сливная
Re
Режим движения


падение давления в местных сопротивлениях.

При движении рабочей жидкости через местное сопротивление падение давления определяется по зависимости:

,

где _м – безразмерный коэффициент местного сопротивления.

Коэффициенты _м зависят от типа и относительных размеров местных сопротивлений. Для некоторых из них, встречающихся в гидросистемах, величины _м приведены в таблице 6.

Расчет потерь давления в гидролиниях необходим для определения КПД гидропривода. В правильно спроектированной гидравлической системе потери давления не должны превышать 6% номинального давления.

При расчете потерь давления гидравлическую схему разделяют на замкнутые контуры, состоящие из последовательных участков трубопроводов с различными гидроагрегатами.

В таком контуре потеря давления:

,

где р_т – потери на трение в прямолинейном участке гидролинии;

р_м – потери в местных сопротивлениях;

р_г – потери в гидроагрегатах.

потери давления на прямолинейном участке гидролинии.

При ламинарном течении потери давления р_i, МПа, в прямолинейном участке гидролинии длиной , м:

• В гладких трубах где - длина трубопровода.

• В рукавах

При турбулентном режиме течения потери давления:

• В гладких трубах

• в рукавах .

Результаты заносятся в таблицу 5.

Падение давления в местных сопротивлениях.

При движении рабочей жидкости через местное сопротивление падение давления определяется по зависимости:

,

где _м – безразмерный коэффициент местного сопротивления.

Коэффициенты _м зависят от типа и относительных размеров местных сопротивлений. Для некоторых из них, встречающихся в гидросистемах, величины _м приведены в таблице 6.

Значение коэффициентов местных сопротивлений.

Наименование гидравлического сопротивления.	Коэффициент местного сопротивления
Распределитель золотниковый	3 – 5
Дроссель	2 – 2,2
Самозапитающая муфта	1 – 1,5
Редукционный клапан	3 – 5
Фильтр	2 – 3
Внезапное расширение (вход в б- бак и т.д.)	0,8 – 0,9
Внезапное расширения (выход из гидроцилиндра и т.д.)	0,5 – 0,7
Штуцер, переходник	0,1 – 0,15
Закругленное колено	0,14 – 0,3
Обратный и предохранительный клапан	2 – 3
Тройник прямой:	1,3 – 1,5
Поток складывается	0,5 – 0,6 1,0 – 2,5
Поток расходится	0,9 – 1,2 1 – 1,5
Поток проходящий	0,1
Тройник косой	0,5 3 0,15 0,05

построение эпюры изменения давления по длине гидросистемы.

Эпюра изменения давления по длине гидропривода дает наглядное представление о падении (потерях) давления на отдельных гидроаппаратах, по длине и в местных сопротивлениях гидролиний, а также служит основной для оценки расчетного перепада давления на гидродвигателе.

Процесс построения эпюры состоит из последовательного построения двух ее частей: первая – от гидробака до входа гидродвигателя (по направлению течения рабочей жидкости) и второй – от гидробака до выхода гидродвигателя (против направления течения рабочей жидкости).

Разность давления на входе и выходе гидродвигателя р_д, МПа является искомой величиной расчетного перепада давления на гидродвигателе.

Исходной точкой построения обеих частей эпюры является гидробак, давление в котором принимается равным 0.

При построении первой части эпюры каждый гидроаппарат, прямолинейный участок гидролинии и местное сопротивление вызывает снижение давления на некоторую величину , МПа. Исключением является насос, который вызывает повышение давления в гидролинии на величину Р_ном. Давление Р_ном является технической характеристикой насоса.

При построении второй части эпюры на каждом гидроаппарате, прямолинейном участке гидролинии и ме5стном сопротивлении следует, наоборот повышать давление на величину .

Следует иметь в виду, что при наличии в системе клапанов давления (напорных, редукционных или усилия зажима) давление в месте установки этих клапанов не может превышать давление их настройки.

В качестве примера на рисунках 1 и 2 приведена эпюра изменения давления по длине типичной гидросистемы.

расчет коэффициента полезного действия гидропривода машины.

Коэффициент полезного действия гидропривода позволяет установить эффективность спроектированной машины. Для оптимально разработанной гидросистемы общий (полный) КПД находится в пределах _общ=0,65 – 0,75.

Общий КПД гидропривода определяют:

где _г – гидравлический КПД;

_мех – механический КПД;

_об – объемный КПД.

Гидравлический КПД:

где Р_ном – номинальное давление в гидросистеме, МПа;

 - суммарные потери давления, МПа.

Механический КПД:

где _мех.н – механический КПД насоса;

_мех.р – механический КПД распределителя; _мех.р=1

_мех.гд – механический КПД гидродвигателя.

Объемный КПД:

где _об.н – объемный КПД насоса;

_об.р – объемный КПД распределителя;

_об.гд – объемный КПД гидродвигателя.

Расчет КПД гидропривода выполняют в диапазоне температур от минус 40 до плюс 80С и по полученным данным строят график в координатах .

определение объема и площади теплоотдачи гидробаков.

Вместимость гидробаков, форма, месторасположение на машине, некоторые конструктивные особенности оказывают существенное влияние на работоспособность гидравлического привода. Опыт эксплуатации гидрофицированных машин показал, что завышение или занижение объема бака снижает эффективность применения гидропривода.

Вместимость гидробака для машин с не теплонапряженным гидроприводом (скреперы, автогрейдеры, автокраны и др.) можно выбирать на основе теплового расчета гидросистемы, задавшись предельной установившейся температурой при максимальной температуре окружающего воздуха.

Предварительно вместимость бака выбирают:

• для гидроприводов бульдозеров, скреперов, автогрейдеров, рыхлителей, кусторезов – (0,8 – 1,0)Q_н, л;

• для гидроприводов экскаваторов, погрузчиков, кранов – (1,0 – 1,5)Q_н, л.

После предварительного выбора объема бака согласовывают его значения по ГОСТ 12448 – 80.

Наиболее распространены гидробаки, имеющие форму параллелепипеда.

Площадь теплоотдачи таких баков может быть определена по формуле:

где V_б – вместимость гидробака, м³.

тепловой расчет гидропривода.

Тепловой расчет выполняется с целью установлений условий работы гидропривода, уточнения объема гидробака и поверхности теплоотдачи, а также выявления необходимости применения теплообменников.

Минимальная температура рабочей жидкости соответствует температуре воздуха той климатической зоны, в которой эксплуатируется машина. Максимальная температура жидкости зависит от конструктивных особенностей гидросистемы, режима эксплуатации гидропривода и температуры окружающего воздуха и определяется в результате теплового расчета.

Повышение температуры рабочей жидкости, прежде всего, связано с внутренним трением масла, особенно при дросселировании жидкости. Все потери мощности в гидросистеме в конечном итоге превращаются в тепло, которое аккумулируется в жидкости и гидрооборудовании.

Количество тепла, получаемое в единицу времени, соответствует потерянной в гидроприводе мощности и может быть определено по формуле:

,

где _общ – общий КПД гидропривода;

N_н – мощность привода насоса, Вт;

k_n – коэффициент продолжительности работы под нагрузкой;

k_g – коэффициент использования номинального давления.

Температура жидкости в любой момент времени:

,

где к – коэффициент теплоотдачи поверхностей гидрооборудования в окружающую среду, Вт/м².

Коэффициент теплоотдачи к зависит от многих факторов: конструкции и разводки гидросистемы, вязкости рабочей жидкости, температуры окружающей среды, скорости ветра и т.д. При тепловом расчете гидросистем мобильных машин с достаточной для инженерных целей точностью можно взять к из таблицы.

Условия теплоотдачи	К
Циркуляция воздуха затруднена (гидропривод расположен в нише стационарной установки)	7
Свободно обтекаемый воздухом гидропривод (самоходные машины)	10
Принудительный обдув гидропривода (теплообменники)	23
Охлаждение гидропривода проточной водой	110 – 175

F – суммарная площадь теплоизлучающих поверхностей гидропривода, м:

,

где F_б – площадь гидробака, м²;

_б – коэффициент, для рыхлителей, бульдозеров и скреперов – 2; погрузчиков, автокранов, экскаваторов непрерывного действия – 2,4; автогрейдеров, валочно-тележечные машины – 3,0; одноковшовые экскаваторы – 3,2.

 - время, за которое выделяется тепло;

m_г.п. – масса гидропривода и рабочей жидкости;

с_г.п. – средняя теплоемкость материалов, из которых изготовлен гидропривод:

где С_ж = 1,85*10³ – теплопроводность рабочей жидкости;

m_г.о. – масса гидрооборудования;

m_ж – масса рабочей жидкости;

С_м = 0,46*10³ – теплоемкость материала (стали);

t₀ – температура окружающего воздуха.

После расчета температуры рабочей жидкости строят график в координатах t_ж - . При этом интервал времени задается, например принимают равным 1200с, 2400с, 3600с и т.д. до 7200с, а далее проводят прямую линию, параллельную оси абсцисс.

Максимально устанавливается температура рабочей жидкости, которая достигается гидроприводом через два – три часа после начала эксплуатации и не зависит от времени:

где t_0max – максимальная температура окружающего воздуха.

Если в результате расчета окажется, что максимальная установившаяся температура превышает плюс 70С, то необходимо увеличить объем гидробака, поверхность теплоотдачи или предусмотреть в гидросистеме теплообменное устройство.

Проверка работы насоса на отсутствие кавитации.

При бескавитационной работе насоса должно выполняться условие:

,

где h_s – расстояние от оси насоса до уровня рабочей жидкости в гидробаке;

_вс – падение давление во всасывающей гидролинии насоса, рассчитанном по минимальной рабочей температуре гидропривода;

Q_н – расход рабочей жидкости гидросистемы;

d – условный проход всасывающей гидролинии;

_s – коэффициент неравномерности распределения скорости в поперечном сечении трубопровода, принимается равным 1.

Для выполнения условия необходимо рассчитать максимальное значение h_s:

очистка рабочей жидкости.

В гидросистемах СиДМ рабочие жидкости очищают от загрязняющих примесей при помощи фильтров и сепараторов.

Фильтры принято считать устройством для удаления твердых частиц из рабочей жидкости. В зависимости от материала фильтрующего элемента различают пластинчатые и бумажные фильтры.

Сепаратором является отделитель твердых частиц, в котором очистка рабочей жидкости происходит под воздействием сил магнитного и электрического полей или центробежных сил.

По конструкции фильтры отличаются местом их установки на машине (всасывающие, линейные, сливные), условиями прохождения потока, типами фильтрующих элементов и размером ячеек фильтрующего материала.

Рекомендуется устанавливать фильтры таким образом, чтобы ось штуцеров была выше уровня рабочей жидкости в баке не менее чем на 50 мм. Под фильтром должно быть предусмотрено свободное пространство размером не менее 150 мм для снятия стакана и для замены фильтрующих элементов.

По ОСТ 22 – 883 – 75 фильтры обозначают:

Первая цифра – тип фильтра (одинарный или сдвоенный);

Вторая цифра – исполнение фильтрующих элементов (цилиндрическое или дисковое);

Третья и четвертая – условный проход, мм, исполнение;

Пятая и шестая – номинальная тонкость фильтрации, мкм.

В гидроприводах СиДМ применяют линейные фильтры с тонкостью фильтрации 63 – 40 мкм при работе с шестеренными или 40 – 25 мкм при работе с аксиально-поршневыми насосами. Такие фильтры устанавливают в сливных магистралях с давлением не выше 0,63 МПа.

Выбор фильтра и его типоразмера производится по расходу рабочей жидкости в сливной гидролинии и требуемой для данного гидропривода тонкости фильтрации.

Пример проверочного расчета гидропривода, на примере гидравлического погрузчика L – 34, фирмы Huta Snalowa Wola (Польша).

Расчет потерь давления по длине прямолинейных участков гидролинии

Различают два режима течения жидкости:

• Ламинарный, когда частицы жидкости движутся параллельно стенкам трубопровода;

• Турбулентный, когда частицы жидкости приобретают беспорядочный характер движения.

Режим течения определяется безразмерным числом Рейнольдса Re.

При ламинарном течении потери давления р_i, МПа, в прямолинейном участке гидролинии длиной , м:

• В гладких трубах где - длина трубопровода.

• В рукавах

При турбулентном режиме течения потери давления:

• В гладких трубах

• в рукавах .

Падение давления при движении рабочей жидкости по участкам гидролинии вызывается силами трения жидкости о шероховатые стенки трубопровода. Величины падения и расчетные зависимости для ее вычисления зависят от того, является ли режим течения рабочей жидкости ламинарным или турбулентным.

Движение рабочей жидкости во всасывающем трубопроводе:

,

где  - вязкость жидкости при различном температурном диапазоне.

Ламинарный Re2300, Турбулентный Re2300.

При температуре равной -40С

При температуре равной -20С

Коэффициент потерь на трение:

При ламинарном режиме движения жидкости:

,

где А=75 для стальных трубопроводов.

Определяем коэффициент трения для ламинарного режима при температурах: -40, -20, 0, +20С соответственно:

; ; ; ;

При турбулентном режиме движения жидкости:

Определяем коэффициент трения для турбулентного режима при температурах:+40, +60, +80С соответственно:

; .

Движение рабочей жидкости в напорном трубопроводе:

,

При температуре равной -40С

При температуре равной -20С

При ламинарном режиме движения жидкости:

,

где А=75 для стальных трубопроводов.

Определяем коэффициент трения для ламинарного режима при температурах: -40, -20, 0, +20С соответственно:

; ;

;

При турбулентном режиме движения жидкости:

Определяем коэффициент трения для турбулентного режима при температурах: +40, +60, +80С соответственно:

; ; ;

Движение рабочей жидкости в сливном трубопроводе:

,

При температуре равной -40С

При ламинарном режиме движения жидкости:

,

где А=75 для стальных трубопроводов.

Определяем коэффициент трения для ламинарного режима при температурах: -40, -20, 0, +20, +40, +60С соответственно:

; ; ; ;

При турбулентном режиме движения жидкости:

Определяем коэффициент трения для турбулентного режима при температурах: +80С:

Расчет потерь давления на прямолинейных участках гидролинии

Расчет потерь давления во всасывающем гидропроводе

для t = -40˚С

для t = -20˚С

Расчет потерь давления в напорном гидропроводе

для t = -40˚С

Расчет потерь давления в сливном гидропроводе

для t = -40˚С

для t = -20˚С

для t = 0˚С

для t = 20˚С

для t = 40˚С

для t = 60˚С

для t = 80˚С

Результаты расчетов заносятся в таблицу 10

Таблица 10

Параметры	Температура рабочей жидкости
	-40		-20			0		20		40	60	80
υ, мм2/с		1150		220	65		27		15		9	6
Всасывающая
Re	32,29		168,8			571,4		1375,64		2476,16	4126,93	6190
Режим движения	Л		Л			Л		Л		Т	Т	Т
	2,3		0,44			0,13		0,055		0,044	0,039	0,036
Напорная
Re	50,4		263,79			892,85		2149,44		3869	6448,33	9672,5
Режим движения	Л		Л			Л		Л		Т	Т	Т
	1,49		0,28			0,077		0,035		0,04	0,035	0,031
Сливная
Re	17,63		92,15			311,89		750,83		1351,5	2252,5	3378,75
Режим движения	Л		Л			Л		Л		Л	Л	Т
λ	4,25		0,81			0,24		0,099		0,055	0,033	0,041
Потери на прямолинейном участке
Δрвс	0,195		0,037			0,011		0,0046		0,0037	0,0037	0,0037
Δрн	3,63		0,695			0,205		0,085		0,108	0,108	0,108
Δрс	1,18		0,23			0,067		0,028		0,015	0,009	0,012
Σpт	5,005		0,962			0,283		0,1176		0,1267	0,1207	0,1237

Расчет потерь давления в местных сопротивлениях

Местные потери давления находим следующим образом:

,

где _н, _с, _вс – коэффициенты местных сопротивлений в напорном, сливном и всасывающем трубопроводах соответственно;

b_н, b_с, b_вс – поправочные коэффициенты, учитывающие влияние вязкости жидкости на местные потери давления в напорном, сливном и всасывающем трубопроводах соответственно;

V_н, V_с, V_вс – скорости потока жидкости в напорном, сливном и всасывающем трубопроводах соответственно;

 - плотность жидкости.

Определим местные потери давления в напорном, сливном трубопроводах,

Рассчитаем местные потери давления при температуре -40С:

при t=-20С

при t=0С

при t=20С

при t=40С

при t=60С

при t=80С

Для всего диапазона температур для напорного и сливного трубопровода определим переменные величины:

Число Рейнольдса, коэффициент трения и поправочный коэффициент:

При температуре t=-40С:

При температуре t=-20С:

При температуре t=0С:

При температуре t=20С:

При температуре t=40С:

При температуре t=60С:

При температуре t=80С:

Путевые потери давления в напорном, сливном трубопроводах,

при t=-40С

при t=-20С

при t=0С

при t=20С

при t=40С

при t=60С

при t=80С

Таблица зависимость потерь давления в гидросистеме погрузчика

Параметры	Температура рабочей жидкости, С
	-40	-20	0	+20	+40	+60	+80
, 10-6 м2/с	1150	220	65	27	15	9	6
	895	877	863	850	834	820	805
н	1,47	0,28	0,083	0,034	0,04	0,035	0,032
с	4,29	0,82	0,24	0,01	0,06	0,033	0,041
Reн	50,9	266,18	901	2168,8	3904	6506,7	9760
Reс	17,5	91,63	310,15	746,6	1344	2240	3360
bн	7,5	1,8	1,2	1	1	1	1
bc	9,6	2	1,4	1	1	1	1
п, МПа	0,21	0,049	0,032	0,026	0,0256	0,0252	0,0247
м, МПа	7,025	0,25	0,022	0,0038	0,00219	0,00109	0,00068
, МПа	7,235	0,299	0,054	0,0298	0,02779	0,02629	0,02538

Расчет потерь давления в гидроаппаратах

Определяем падение давления в элементах гидросистемы

Значение коэффициентов местных сопротивлений в гидрооборудовании

Наименование гидравлического сопротивления.	Коэффициент местного сопротивления	Потери давления
Распределитель золотниковый	3 – 5	0,027
Дроссель	2 – 2,2	0,014
Клапан	3 – 5	0,027
Фильтр	2 – 3	0,0029
Внезапное расширение (вход в б- бак и т.д.)	0,8 – 0,9	0,001
Внезапное расширения (выход из гидроцилиндра и т.д.)	0,5 – 0,7	0,004
Штуцер, переходник	0,1 – 0,15	0,001
Обратный и предохранительный клапан	2 – 3	0,003
Тройник прямой:
Поток складывается	0,5 – 0,6 1,0 – 2,5	0,004
Поток расходится	0,9 – 1,2 1 – 1,5	0,002
Поток проходящий	0,1	0,001

Тепловой расчет гидропривода

Тепловой расчет выполняется с целью установлений условий работы гидропривода, уточнения объема гидробака и поверхности теплоотдачи, а также выявления необходимости применения теплообменников.

Минимальная температура рабочей жидкости соответствует температуре воздуха той климатической зоны, в которой эксплуатируется машина. Максимальная температура жидкости зависит от конструктивных особенностей гидросистемы, режима эксплуатации гидропривода и температуры окружающего воздуха и определяется в результате теплового расчета.

Повышение температуры рабочей жидкости, прежде всего, связано с внутренним трением масла, особенно при дросселировании жидкости. Все потери мощности в гидросистеме в конечном итоге превращаются в тепло, которое аккумулируется в жидкости и гидрооборудовании.

Количество тепла, получаемое в единицу времени, соответствует потерянной в гидроприводе мощности и может быть определено по формуле:

,

где _общ – общий КПД гидропривода;

N_н – мощность привода насоса, Вт;

k_n – коэффициент продолжительности работы под нагрузкой;

k_g – коэффициент использования номинального давления.

Температура жидкости в любой момент времени:

,

где к – коэффициент теплоотдачи поверхностей гидрооборудования в окружающую среду, Вт/м².

 - время, за которое выделяется тепло;

m_г.п. – масса гидропривода и рабочей жидкости;

с_г.п. – средняя теплоемкость материалов, из которых изготовлен гидропривод:

С_ж = 1,85*10³ – теплопроводность рабочей жидкости;

m_г.о. – масса гидрооборудования;

m_ж – масса рабочей жидкости;

С_м = 0,46*10³ – теплоемкость материала (стали);

t₀ – температура окружающего воздуха.

Коэффициент теплоотдачи к зависит от многих факторов: конструкции и разводки гидросистемы, вязкости рабочей жидкости, температуры окружающей среды, скорости ветра и т.д. При тепловом расчете гидросистем мобильных машин с достаточной для инженерных целей точностью можно взять к из таблицы.

Таблица 12

Условия теплоотдачи	К
Циркуляция воздуха затруднена (гидропривод расположен в нише стационарной установки)	7
Свободно обтекаемый воздухом гидропривод (самоходные машины)	10
Принудительный обдув гидропривода (теплообменники)	23
Охлаждение гидропривода проточной водой	110 – 175

F – суммарная площадь теплоизлучающих поверхностей гидропривода, м:

,

где F_б – площадь гидробака, м²;

_б – коэффициент, для рыхлителей, бульдозеров и скреперов – 2; погрузчиков, автокранов, экскаваторов непрерывного действия – 2,4; автогрейдеров, валочно-тележечные машины – 3,0; одноковшовые экскаваторы – 3,2.

Максимально устанавливается температура рабочей жидкости, которая достигается гидроприводом через два – три часа после начала эксплуатации и не зависит от времени:

где t_0max – максимальная температура окружающего воздуха.

Если в результате расчета окажется, что максимальная установившаяся температура превышает плюс 70С, то необходимо увеличить объем гидробака, поверхность теплоотдачи или предусмотреть в гидросистеме теплообменное устройство.

Расчет работы насоса на отсутствие кавитации

При бескавитационной работе насоса должно выполняться условие:

,

где h_s – расстояние от оси насоса до уровня рабочей жидкости в гидробаке;

_вс – падение давление во всасывающей гидролинии насоса, рассчитанном по минимальной рабочей температуре гидропривода;

Q_н – расход рабочей жидкости гидросистемы;

d – условный проход всасывающей гидролинии;

_s – коэффициент неравномерности распределения скорости в поперечном сечении трубопровода, принимается равным 1.

Для выполнения условия необходимо рассчитать максимальное значение h_s:

Данный расчет показал, что гидронасос работает без кавитации, т.к. выше приведенное условие соблюдается.

Расчет коэффициента полезного действия гидропривода машины

Коэффициент полезного действия гидропривода позволяет установить эффективность спроектированной машины. Для оптимально разработанной гидросистемы общий (полный) КПД находится в пределах _общ=0,65 – 0,75.

Общий КПД гидропривода определяют:

где _г – гидравлический КПД;

_мех – механический КПД;

_об – объемный КПД.

Гидравлический КПД:

где Р_ном – номинальное давление в гидросистеме, МПа;

 - суммарные потери давления, МПа.

При t=-40С

При t=-20С

При t=0С

При t=20С

При t=40С

При t=60С

При t=80С

Механический КПД:

где _мех.н – механический КПД насоса;

_мех.р – механический КПД распределителя; _мех.р=1

_мех.гд – механический КПД гидродвигателя.

В расчетах полагаем, что механический КПД не зависит от температуры.

Объемный КПД:

где _об.н – объемный КПД насоса;

_об.р – объемный КПД распределителя;

_об.гд – объемный КПД гидроцилиндра.

В этом выражении объемный КПД распределителей и гидроцилиндров можно принимать равными единице, т.к. внутренние утечки по отношению к подаче насоса пренебрежительно малы.

Объемный КПД гидропривода определяется как произведение объемных КПД насоса, распределителя и гидроцилиндра:

при t=-40С

при t=-20С

при t=0С

при t=20С

при t=40С

при t=60С

при t=80С

Вид КПД	Температура рабочей жидкости, С
	-40	-20	0	20	40	60	80
Гидравлический	0,53	0,78	0,86	0,91	0,99	0,99	0,99
Механический	0,8832
Объемный	0,57	0,72	0,83	0,88	0,83	0,73	0,57
Общий	0,27	0,496	0,63	0,71	0,73	0,64	0,5