18. Расчет мощности на приводном валу насоса и кпд гидропривода Полная мощность гидропривода (кВт) равна мощности, потребляемой насосом

, (p_н,МПа; Q л/мин) (18.1)

где η_н – КПД насоса.

Приводная мощность на валу насоса зависит от величины Рн, поэтому в разные периоды работы привода будет принимать различные значения.

Суммарные потери мощности в объемном гидроприводе оцениваются посредствам общего КПД:

,

(18.2)

где Nц – мощность на выходном звене гидродвигателя;

Nн – мощность на приводном валу насоса.

В рассматриваемом примере:

Общий КПД гидропривода может быть представлен как произведение его механического, объемного и гидравлического:

. (18.3)

Механический КПД равен произведению механических КПД, последовательно включенных насоса, гидроаппаратов и гидродвигателя:

. (18.4)

Аналогично объемный КПД:

. (18.5)

Гидравлический КПД зависит от суммы гидравлических потерь последовательно включенных гидроагрегатов и трубопроводов:

. (18.6)

Если учесть, что в современных конструкциях η_м.а =η_г.ц=1, выражение для расчета объемного КПД можно записать в виде:

, (18.7)

где ηн, ηм.ц, ηо.ц – частные КПД, взятые из технических характеристик гидравлических машин;

ηг.а – получена из гидравлического расчета;

ηо.а – находят по формуле (12.4), как произведение объемных КПД аппаратов, включенных в напорную линию, или по формуле (12.2). Для рабочего хода привода с дроссельным регулированием скорости объемные потери потока на пути движения жидкости из насоса в гидродвигатель можно определить по формуле:

. (18.8)

Средние за рабочий цикл потери мощности, выраженные через кпд, будут равны:

, (18.9)

где n – число периодов в цикле ; ti, tц – продолжительности i-го периода и полного рабочего цикла.

У правильно спроектированного гидропривода ηг.п – 0,6-0,8.

19. Тепловой расчет гидропривода

Вся энергия, затраченная на преодоление различного рода сопротивлений в гидроприводе, в конечном итоге превращается в теплоту, поглощаемую маслом, что вызывает его нагрев и нежелательное уменьшение вязкости.

С известным приближением считается, что полученная маслом теплота должна отдаваться в окружающую среду через поверхность стенок масляного бака. Если площадь стенок оказывается недостаточной, то устанавливается маслоохладитель (масляный радиатор).

Тепловой поток (кВт) через стенки маслобака эквивалентен потерянной мощности и с учетом режима работы гидропривода определяется по формуле :

, (19.1)

Если масло охлаждается только в гидробаке, то его установившаяся температура не должна превышать 50-60⁰С и определяется по уравнению

, (19.2)

где t_в – температура воздуха; k_пр – коэффициент теплопередачи от масла к окружающему воздуху, приведенный к охлаждаемой поверхности гидробака; S_б – охлаждаемая поверхность бака.

Значение k_пр зависит, главным образом, от степени циркуляции воздуха. По данным Аврутина значение k_пр изменяется от k_пр = 0,012 для бака внутри станка или в плохих условиях циркуляции воздуха до k_пр = 0,06 – 0,07 кВт/м² ^ОС для бака в хороших условиях циркуляции воздуха (без принудительного охлаждения). Для практических расчетов можно принять значение k_пр = 0,0175 кВт/м² ^ОС.

При отношении сторон бака от 1:1:1 до 1:2:3 расчетная площадь бака S_б (м²) может быть выражена через объем масла в нем [4]

S_б = (V, дм³) . (19.3)

При этом принято, что уровень жидкости составляет 0,8 высоты бака. Расчетная площадь учитывает площадь поверхности бака, соприкасающегося с маслом, и половину площади поверхности выше уровня масла, отражая различные условия теплопередачи с этих частей поверхности.

После подставки S_б в уравнение (19.2) получим

.

(19.4)

Достаточный для охлаждения масла объем его в гидробаке можно найти из формулы (19.4):

где t_б = t_м - t_в.

Полный геометрический объем гидробака рассчитывается из условия его наполнения на 0,8 высоты и принимается по ближайшему значению из ряда, рекомендованного ГОСТ 16770-71.

V_Б.расч. = 1,25 V_м .

Ряд номинальных вместимостей масляных баков V_б по ГОСТ 16770-71 (дм³):

0,4; 0,63; 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3200; 4000; 5000; 6300; 8000; 10000.

Если принятый объем бака значительно отличается от расчетного, то следует проверить действительную установившуюся температуру масла для V_м = 0,8V_Б по формуле (19.4 ).

Полезный объем масла в гидробаке V_м не должен превышать максимальный V_max, равный 3-5-минутной подаче насоса

V_max = (3-5) Q_н.

В том случае, когда эти условия не выдерживаются и объем масла оказывается больше, следует принять V_м = V_max. Количество теплоты G_б, которое в этом случае будет отводиться поверхностями гидробака, равно

Для отвода избыточного тепла Gр=G-Gб необходимо предусмотреть теплообменник.

Площадь поверхности охлаждения масляного радиатора S_р следует рассчитать на отвод избыточной теплоты G_p по формуле

G_p

S_р =  ,

k_р  t_р

где k_р – коэффициент теплопередачи в радиаторе.

Для водяного теплообменника k_р = 1-2 кВт/м² ^ОС, для воздушного k_р = 0,07-

-0,09 кВт/м² ^ОС. Расчетный перепад температур в масляном радиаторе можно принять в пределах t_р = (30-45) ^ОС. В станочных гидроприводах применяют змеевиковые и кожухотрубные водяные теплообменники 1.