2. Гидравлический расчёт гидродвигателя поступательного движения

Расчёт начинает с выбора диаметра поршня гидроцилиндра, исходя из следующих рекомендаций:

где S – заданный ход поршня, м.

В соответствии с полученным значением D принимается ближайшее бόльшее значение из ряда стандартных значений диаметров, в нашем случае 90 мм. (1).

Расчётным усилием на штоке P_р является суммарное усилие Т, которое определяется по следующей формуле:

где Р – заданное усилие на штоке, Н; Р_тр – заданная сила трения (поршня о внутреннюю поверхность гидроцилиндра вследствие наличия уплотнения между внутренней поверхностью корпуса гидроцилиндра и поршнем), м; μ_мех = 0,97.

Давление жидкости на поршень гидроцилиндра р_ц определяется из соотношения:

Отношение диаметра штока d_ш к диаметру поршня D выбирается на основании полученного значения р_ц и Р_р, (1, приложение 3).

В соответствии с выбранным отношением, согласно ЭНИСМ – М21-3, определяется диаметр штока d_ш=35 мм (1, приложение 2).

Далее определяется действительный расход жидкости Q в зависимости от конструкции силового органа, в нашем случае гидроцилиндр с односторонним штоком, поэтому определяем по следующей формуле:

где n – число двойных ходов поршня (рабочих – холостых).

Определяется расчётная (теоретическая) подача насоса:

где η₀ = 0,99 – объёмный КПД гидроцилиндра.

Далее определяем скорости рабочего и холостого ходов поршня соответствующих конструкций гидроцилиндров определяются по величине действительного расхода жидкости Q:

По величине хода поршня S и скоростям его перемещения определяется время рабочего и холостого ходов:

Далее рассчитывается потребляемая мощность силового гидроцилиндра по формуле:

где η = 0,70 – полный КПД объёмного гидропривода;

η_дв = 0,95 – полный КПД привода (электродвигателя).

3. Выбор рабочей жидкости

За рабочую жидкость принимаем масло индустриальное 20. При рабочей температуре t = 40°С её кинематическая вязкость ν = 29,0 · 10^–6 м²/с, плотность ρ = 890 кг/м³.

Предположим, что насос при скорости обеспечивает номинальную производительность Q = 10,3·10^–4 м³/с полностью затрачиваемую в системе (отсутствуют утечки и слив через предохранительный клапан). Для присоединения трубопроводов в местах, отмечающих на схеме начала и концы участков, использованы нормализованные прямые концевые присоединения (12 шт., 1–1, 2–2, 3–3, 4–4, 5–5, 6–6).

4. Гидравлический расчёт трубопроводов и элементов гидроаппаратуры

Для начала разбиваем трассу на участки. В данной схеме трассу можно разделить на участки следующим образом:

– участок 1 – магистраль 1–1 (всасывающая линия);

– участок 2 – магистраль 2–2 (нагнетательная линия);

– участки 3 и 4 – магистрали 3–3 и 4–4 (исполнительная линия вместе, полагая их одинаковыми в отношении гидравлического сопротивления);

– участок 5 – магистраль 5–5 (сливная линия);

– участок 6 – магистраль 6–6 (предохранительная линия).

Далее устанавливаем исходные данные для рассматриваемой системы в целом и характеристики каждого отдельного участка.

1. Участок № 1.

Труба D_y1=15 мм, l₁ = 0,1 м. Определяем площадь сечения трубы:

Скорость потока:

_{Число Рейнольдса:}

_{Коэффициент гидравлического сопротивления на трение:}

_{Потеря давления на трении по длине:}

2. Участок № 2.

Труба D_y1=15 мм, l₂ = 1,35 м. Определяем площадь сечения трубы:

Скорость потока:

_{Число Рейнольдса:}

_{Коэффициент гидравлического сопротивления на трение:}

_{Потеря давления на трении по длине:}

3. Фильтр.

Для обеспечения расхода Q = 10,3 · 10^–4 м³/с выбираем фильтр пластинчатый типа Г41-12 (1, Приложение, табл. 5).

Определяем потери давления в фильтре:

где Q_т – расход жидкости, м³/с; μ – коэффициент динамической вязкости жидкости, Па·с; w – площадь фильтрующей поверхности, м² (1, Приложение, табл. 5); α – удельная пропускная способность фильтрующего элемента, зависящая от материала фильтра, м³/м² (1, Приложение, табл. 6).

4. Клапан обратный.

Выбираем клапан обратный типа Г51-24, обеспечивающий номинальный расход Q_ном= 1,03·10^–3 м³/с. Потери давления при номинальном расходе 0,2 МПа, т.е.

5. Распределитель золотниковый (РЗ).

Потери давления в золотниковом распределителе определяем по формуле, принимая скорость движения жидкости через золотник равной =

4 м/с и коэффициент местного сопротивления ζ = 6, имеем

6. Участки № 3 и № 4.

Магистраль исполнительного трубопровода 3–3 и 4–4. Труба D_y3 =D_y4 = 13 мм, длина l₃ + l₄ = 5,14 м.

Площадь сечения трубы

Скорость потока:

_{Число Рейнольдса:}

_{Коэффициент гидравлического сопротивления на трение:}

_{Потеря давления на трении по длине:}

Потери давления в местных сопротивлениях (плавный поворот):

где f = 5,43 [4, с. 40, 145], так как на магистралях 3–3 и 4–4 шесть поворотов, то

Общие потери давления на участках 3 и 4 составляют:

7. Силовой гидроцилиндр.

Местными сопротивлениями в силовом гидроцилиндре являются сопротивления входа и выхода жидкости в местах подвода трубопроводов исполнительных линий.

Тогда

где f_вх = 0,5, f_вых = 2 (режим течения потока жидкости в трубопроводе – ламинарный) [4, с. 35].

8. Участок № 5

Труба D_y5=15 мм, l₅ = 1,9 м. Определяем площадь сечения трубы:

Скорость потока:

_{Число Рейнольдса:}

_{Коэффициент гидравлического сопротивления на трение:}

_{Потеря давления на трении по длине:}

Потери давлений в местных сопротивлениях:

Величина коэффициента гидравлического сопротивления плавных поворотов:

где А = 73,4, при α = 90° и = 100/15 = 6,7, a R = 100 мм согласно [4, c. 145] и n = 2 – число плавных поворотов в магистрали 5–5.

Суммарные потери давления в магистрали 5–5 составят:

9. _{Клапан подпорный.}

Потери давления в подпорном клапане определяем по таблице технических характеристик контрольно-регулирующей и распределительной аппаратуры (Приложение, табл. 4) по формуле:

10. _{Потери давления в присоединениях.}

Потери давления в присоединениях могут быть приближенно учтены по среднему значению ζ _ср, усреднённым значениям скорости и поправки b_ср. Приняв = 1,98 м/с, b_ср =1,3 и ζ_ср. = 0,13, определяем потери давления во всех присоединениях:

где n=12 – количество присоединений.

5. Определение местных потерь давления в системе.

Суммируя полученные значения потерь давления на отдельных участках и в элементах гидроаппаратуры системы, определяем полную потерю давления в объёмном гидроприводе: