 |
И выбор силовых гидроцилиндров
|
|
|
|
Для определения геометрических размеров гидроцилиндров необходимо знать или определить развиваемое ими максимальное усилие. Это усилие Ртах слагается из максимальной полезной нагрузки Р, передаваемой рабочему органу машины (аппарата или автомата), сил трения Ртр, возникающих в гидроцилиндре при движении поршня, и инерционных сил РИ поршня и движущейся жидкости, т.е
Ртax = Р + Ртр +РИ. (1)
Под максимальной полезной нагрузкой надо понимать нагрузку, передаваемую рабочему органу машины (аппарата или автомата) для совершения какой-либо операции, например, для подъема груза, зажима плит пресса и т. д. Обычно максимальное полезное усилие задано, а силы трения и инерции определяются.
Однако в большинстве случаев давление в гидроцилиндре назначается в зависимости от максимальной величины требуемого полезного усилия Р и может быть принято ориентировочно:
при Р = 10-20 кН - давление рЦ ≤ 1,6 МПа;
при Р = 20-30 кН - давление рЦ ≤ 3,2 МПа;
при Р = 30-50 кН - давление рЦ ≤ 5,0 МПа;
при Р = 50-100 кН - давление рЦ ≤ 10,0 MПа.
где 
- утечки жидкости, см3/с;
р - давление (или перепад давления), Н/см2;
ky - коэффициент утечек, см5/Нс, значения которых для некоторых гидроагрегатов приведены в таблице 1.
Таблица 1
| Тип гидравлического агрегата | ky,см5/Нс |
| Насосы | 0,05-0,50 |
| Золотниковые распределительные устройства | 0,002 |
| Силовые гидроцилиндры с металлическими поршневыми кольцами | 0,002 |
|
|
|
Необходимая подача насоса при параллельной работе гидродвигателей равна сумме их максимальных расходов и утечек жидкости в гидроприводе
. (31)
При последовательном срабатывании гидродвигателей (или одном гидродвигателе) подача насоса определяется по гидродвигателю, имеющему максимальный расход с учетом утечек жидкости в его линии, т.е.
. (32)
Потери давления в гидроприводе складываются из потерь в трубопроводах и гидравлической аппаратуре, т.е.
, (33)
где 
- потеря давления в трубопроводе, Па;
- сумма потерь давления во вcex агрегатах гидропривода, Па.
Потери давления в гидролиниях определяют как сумму потерь по длине 
и в местных сопротивлениях 
по известным уравнениям Дарси-Вейсбаха
, (34)
- гидравлический коэффициент трения;
низма S, скорость движения выходного звена V (или время срабатывания механизма t), пределы рабочих температур и некоторые геометрические характеристики гидравлических линий (например, длины различных участков, вид и количество местных сопротивлений в них).
Работу следует начать с изучения технологической схемы заданного производства и технологии работы автомата, машины, установки или аппарата, для которого предполагается разработка гидравлического привода. Целесообразно изучить кинематическую и электрическую схемы автомата, машины, установки или аппарата и в сочетании с ними составить принципиальную гидравлическую схему привода, определив взаимосвязь и последовательность работы отдельных элементов и узлов.
Заметное влияние на работу гидропривода оказывают утечки рабочей жидкости в гидроприводе. Объемные утечки рабочей жидкости обусловлены зазорами между неподвижными и подвижными сопрягаемыми парами в различных элементах и перепадах давлений в этих зазорах. Суммарные утечки жидкости складываются из утечек в гидроаппаратах, используемых в проектируемом гидроприводе, т.е.
|
|
|
, (29)
где 
- утечки в гидродвигателе;
- утечки в золотнике;
- утечки в дросселе;
- утечки в предохранительном клапане;
- утечки в фильтре.
Утечки жидкости в гидрооборудовании (золотнике, дросселе, фильтре, предохранительном клапане и т.д.) принимаются по технической характеристике. В случае отсутствия данных для отдельных агрегатов гидропривода, утечками пренебрегают
Для определения утечек жидкости в гидроприводе пользуются также приближенной формулой
, (30)
По принятому давлению в гидроцилиндре и заданному максимальному полезному усилию на штоке определяется внутренний диаметр гидроцилиндра с односторонним штоком
Р = рЦ F, (2)
где Р - заданное максимальное полезное усилие на штоке;
рЦ - принятое давление в гидроцилиндре;
F = πD2/4 - площадь цилиндра;
D -диаметр цилиндра.
Полученное значение диаметра округляется до ближайшего стандартного значения по ГОСТ 12447-80.
С учетом выбранного стандартного диаметра уточняется давление в цилиндре
. (3)
При расчете гидроцилиндров можно задаваться и диаметром гидроцилиндра, т.е. решать задачу обратным путем.
Необходимо отметить, что усилие, развиваемое гидроцилиндром, зависит от того, в какую полость цилиндра подается жидкость. При подаче жидкости и полость, через которую проходит шток, площадь поршня, подвергнутая действию жидкости, уменьшается на величину площади штока. В дальнейшем для гидроцилиндров с односторонним штоком под «рабочим (прямым) ходом» следует подразумевать ход, при котором жидкость подается в ту полость цилиндра, через которую шток не проходит; под «холостым (обратным) ходом» - при котором жидкость попадает в полость, через которую проходит шток.
Диаметр штока определяется из соотношения D/d, которое зависит от принятого давления в гидроцилиндре и может быть принято
при рЦ < 1,5 МПа - D/d = 0,3 - 0,35;
при рЦ ≤ 3,5-5,0 МПа - D/d - 0,50;
при рЦ ≤ 5,0-10,0 МПа - D/d = 0,70 - 0,75.
|
|
|
. Кроме того, необходимо при «рабочем ходе» (выдвижении штока) подавать жидкость в обе полости цилиндра, а при «холостом» - только в штоковую полость. Такой способ включения цилиндра называется дифференциальным.
По условию сохранения продольной устойчивости силового цилиндра отношение хода поршня к диаметру цилиндра не должно превышать 10, т.е. S/D ≤. 10. Ecли оно не выдерживается, нужно задаться меньшим давлением и повторить расчет внутреннего диаметра гидроцилиндра.
Если же, исходя из технологической необходимости, отношение длины хода поршня к его диаметру должно быть больше 10, то штоки в этом случае необходимо проверять на продольную устойчивость. Расчет штока на продольный изгиб проводят по формуле Эйлера
, (4)
где Р - сжимающая нагрузка;
А - площадь поперечного сечения цилиндра;
L - длина штока гидроцилиндра;
r - радиус инерции сечения;
Е- модуль упругости;
k - коэффициент, зависящий от способа заделки концов штока.
Если концы заделаны полностью, k = 0,5; один конец заделан, а другой на шарнире, k = 0,7; оба конца на шарнирах,
k = 1,0; один конец заделан, другой свободен, k= 2,0.
Для коротких штоков, длина которых не превышает десяти диаметров, можно пользоваться выражением
,
где Р - нагрузка;
f - площадь поперечного сечения штока.
расход рабочей жидкости, поступающей к гидродвигателю. При этом потеря давления в дросселе, равная 1 МПа, вызывает разогрев вытекающего из него потока рабочей жидкости на 0,6º С. Однако в этом случае не требуются регулируемые насосы и можно существенно повысить быстродействие привода.
При выборе способа регулирования по заданным нагрузке и скорости определяется выходная мощность гидроцилиндра N, (кВт)
, (28)
где Р - усилие на штоке (выходном звене) гидроцилиндра, кН;
|
|
|
- скорость движения выходного звена, м/с.
Если выходная мощность гидродвигателей меньше 4 кВт, рекомендуется применять дроссельное регулирование скорости выходных звеньев. Сокращение потерь энергии и одновременно высокое быстродействие можно получить в гидроприводах с объемно-дроссельным регулированием, в которых регулируемые гидромашины (чаще всего насосы) применяются вместе с аппаратами, регулирующими расход рабочей жидкости.
|
|
|
