2.8. Определение действительных перепадов давлений

При определении перепадов давлений исходят из расходов, на которые рассчитана гидроаппаратура. Действительные расходы отличаются от справочных. Поэтому необходимо уточнить значения перепадов давлений.

Перепады давлений на золотнике можно найти из выражений

где ΔP* _зол- перепад давлений на золотнике при расходе Q* _зол; Q_Ц1 - расход жидкости в полость нагнетания цилиндра; Q_Ц2 - расход жидкости из полости слива.

Определим расход Q_Ц2 жидкости, вытекающей из штоковой полости

Определим перепады давлений

Аналогично могут быть уточнены значения ΔР и для другой гидроаппаратуры.

При подсчете перепада давления на фильтре отношение Q_Ц2 / Q*_Ф подставлять нужно в первой степени, т.к. режим движения жидкости в фильтре ламинарный:

Для определения действительных перепадов давления в трубах сначала определим среднюю скорость движения жидкости в сливной магистрали l₂

Далее определим числа Рейнольдса

где ν - кинематическая вязкость масла, которая определяется по формуле:

здесь ν_50º - кинематическая вязкость индустриального масла И-100, м²/с; T_М - температура масла, ºС; n - показатель степени, зависящий от ν50º.

Поскольку Re₁ и Re₂ меньше критического числа, режим течения в трубах ламинарный, поэтому коэффициент гидравлического сопротивления определим по формуле

Определив коэффициенты гидравлического трения λ, находим перепады давлений в трубах:

где ρ - плотность рабочей жидкости, для И-100 ρ = 920 кг/м³; λ₁ и λ₂ - коэффициент гидравлического трения для напорной и сливной гидролинии соответственно.

Поскольку перепады давлений на дросселе зависят от степени его открытия, то оставим их такими же, как и ранее ΔP_{ДР 1} = ΔP_{ДР 2} = 0,25 МПа.

По уточненным перепадам давлений находим перепад давлений в полостях силового гидроцилиндра

P₂ = ΔР_ДР + ΔР_{зол 2} + ΔР_Ф + ΔР₂ = 0,25 + 0,103 + 0,057 + 0,06 = 0,47 МПа

По формуле определим P₁

и уточним давление, развиваемое насосом

Р_Н = Р₁ + ΔР_{зол 1} + ΔР₁ = 5,7 + 0,164 + 0,17 = 6,034 МПа.

3. Определение кпд гидропривода

Определим КПД гидропривода, учитывая, что он работает при постоянной нагрузке.

Общий КПД проектируемого гидропривода, работающего при постоянной нагрузке определим по формуле

где N_пр - затрачиваемая мощность привода (насосной установки),

где η - общий КПД насоса при расчетных значениях давления, расхода, вязкости рабочей жидкости и частоты вращения приводного вала насоса;

N_пол - полезная мощность привода, которая определяется по заданным нагрузкам и скоростям гидродвигателей: для привода с гидроцилиндром

N_пол = R υ_ПРz = 47·0,05·2 = 4,7 кВт,

где z - число силовых цилиндров, включенных в привод.

Общий КПД проектируемого гидропривода η_общ = 0,6. Причина такого низкого КПД заключается в том, что в схему включено два силовых гидроцилиндра с большой силой трения, приложенной к поршню.

4. Расчет объема гидробака

Определим потери мощности в гидроприводе, переходящие в тепло, найдя разницу между затрачиваемой мощностью и полезной

ΔN = N_пр - N_пол = 7,8 - 4,7 = 3,1 кВт.

Количество тепла E_пр, выделяемое в гидроприводе в единицу времени, эквивалентно теряемой в гидроприводе мощности ΔN

E_пр ΔN, т.е. Е_пр = 3,1 кВт

Перепад температур между рабочей жидкостью и окружающим воздухом

ΔT = T_M - T_O = 60 - 14 = 46°C

Площадь поверхности теплообмена, необходимая для поддержания перепада ΔT_уст ΔT

где K_тр и K_б - коэффициенты теплопередачи труб и гидробака, Вт/(м²·ºС).

Примем K_тр = 12 Вт/(м²·ºС) и K_б = 8 Вт/(м²·ºС), тогда

Площадь поверхности теплообмена складывается из поверхности труб Sтр, через которые происходит теплообмен с окружающей средой, и поверхности теплоотдачи бака S_б

S_пов = S_тр + S_б

Определим площадь поверхности труб

Найдя площадь поверхности гидробака, определим его объем V_б и округлим до стандартного значения в большую сторону

Округлив до стандартного значения объем бака V_б, принимаем его равным 1 литр. Однако, согласно рекомендациям по проектированию гидропривода, объем гидробака должен быть в три раза больше объема масла, находящегося в трубопроводах и гидроаппаратах системы.

Определим объем рабочей жидкости, находящейся в гидросистеме. Объем масла в трубах

Объем масла в двух гидроцилиндрах

V_ГЦ = 2 F₁ S = 2·9,5·10^-3·0,5 = 0.0095 м³

Объем масла в гидронасосе равен его рабочему объему

V_Н = q = 0,08 л.

Объем масла в фильтре можно приближенно посчитать исходя из геометрических размеров выбранного фильтра. Стакан фильтра имеет цилиндрическую форму диаметром 110 мм и высотой 205 мм. Пластины занимают приблизительно 60% внутреннего объема фильтра. Исходя из этих геометрических характеристик объем масла, заполняющего фильтр равно

Объемом масла, находящегося в гидрораспределителе, дросселях и обратных клапанах можно пренебречь.

Таким образом, объем рабочей жидкости, находящейся в гидросистеме равен

V = V_труб + V_ГЦ + V_Н + V_Ф = 2,61 + 9,5 + 0,08 + 0,8 = 12,99 л.

Тогда объем бака равен

V_б = 3V = 3 12,99 = 38,97 л,

а округляя его до стандартного значения объема по ГОСТ 12448-80 примем объем бака V_б = 40 литров.