 |
3.5 Определение расхода жидкости, потребляемой гидродвигателями
|
|
|
|
3. 5 Определение расхода жидкости, потребляемой гидродвигателями
Максимальный расход жидкости, необходимый для обеспечения заданной скорости движения поршня v, будет при подаче жидкости в поршневую полость гидроцилиндра, когда шток работает на выталкивание:
, (3. 4)
где Q – расход жидкости при выталкивании штоков гидроцилиндров;
z – число параллельно установленных и одновременно работающих гидроцилиндров;
– объемный КПД гидроцилиндров.
Для неизношенных гидроцилиндров с манжетными уплотнениями можно принять =1 [1].
Для обеспечения заданной частоты вращения nм гидромотора необходим расход
, (3. 5)
где 
– расход жидкости для гидромотора;
– частота вращения гидромотора.
Для гидроцилиндров стрелы при 
= 
м/с имеем
м3/с.
Для гидроцилиндра рукояти при = 
м/с получим
м3/с.
Для гидроцилиндра ковша аналогичным образом получим
м3/с.
Для обеспечения частоты вращения гидромотора nм = 13 с-1 необходим расход
м3/с.
3. 6 Подбор насоса
Определим требуемую подачу насоса исходя из максимального расхода жидкости в контуре. Из расчетов видно, что максимальный расход Qmax = 0, 785·10-3 м3/с требуется при подаче рабочей жидкости в поршневые полости гидроцилиндров стрелы.
Для выбора насоса используем формулу
, (3. 6)
где 
– требуемый рабочий объем насоса;
– частота вращения насоса;
– объемный КПД насоса.
Принимая = 16 с-1 и с учетом того, что = 0, 96 [1], получим
м3.
Учитывая, что для управления распределителями используются блоки дистанционного гидравлического управления, выбираем насос 333. 20. Этот насос работает при Рном = 20 МПа и содержит два насоса для запитки контуров с рабочими объемами 56 см3 каждый и вспомогательный насос для запитки блоков дистанционного управления с рабочим объемом 28 см3.
|
|
|
Проверяем действительную подачу насоса, идущую на запитку одного контура.
, (3. 7)
где 
– рабочий объем выбранного насоса;
– объемный КПД насоса.
При = 56 см3 имеем
м3/с.
Действительная подача насоса превышает требуемую на 10 %. В данном случае выбирать другой насос нецелесообразно, т. к. расхождение небольшое и используются блоки дистанционного гидравлического управления, позволяющие уменьшать скорость гидродвигателей.
3. 7 Выбор рабочей жидкости
При использовании аксиально-поршневых гидромашин оптимальная вязкость рабочей жидкости при тонкости фильтрации 25 мкм должна быть равной (0, 27–0, 33) ·10-4 м2/с [1]. В качестве рабочей жидкости выбираем гидравлическое масло МГ-30, предназначенное для использования в качестве летнего сорта в районах умеренного климата для гидроприводов дорожных машин [1], [3], [5]. Температурный перепад его применения с аксиально-поршневыми машинами при кратковременном режиме эксплуатации от минус 15 до плюс 75 0С, при длительном от минус 5 до плюс 70 0С. Кинематическая вязкость масла при плюс 50 0С равна 0, 28 · 10-4 м2/с, плотность при той же температуре и давлении – 20 МПа – 870 кг/м3 [1].
3. 8 Расчет потерь давления в гидросистеме
Рассмотрим порядок расчета потерь давлений на примере первого контура.
3. 8. 1 Расчет диаметров труб и рукавов. Для расчета трубопроводов разбиваем первый контур на отдельные участки, исходя из того, что по расчетному участку должен проходить одинаковый расход и участок должен иметь на всем протяжении одинаковый характер работы и одинаковый внутренний диаметр (рисунок 3. 2).
|
|
|
Внутренний диаметр d трубопроводов и рукавов определим по формуле
, (3. 8)
где Q – расход жидкости на участке;
– допускаемая скорость движения рабочей жидкости на участке (см. таблицу 2. 1).
|
| Рисунок 3. 2 – Схема первого контура с номерами участков |
Вычислим минимальные внутренние диаметры трубопроводов.
Участок 1– всасывающий. Через этот участок жидкость подается сразу к трем секциям насоса. Расход равен суммарной подаче трех секций.
м3/с.
При допустимой скорости жидкости 1, 4 м/с для этого участка, его диаметр
м.
По сортаменту [5] ближайший диаметр трубы d = 50 мм. Дальнейшие расчеты сводим в таблицу 3. 1. Длину трубопроводов выбираем исходя из их расположения на машине. Расход жидкости через всасывающий и напорные участки определяется подачей насоса. Расход жидкости в сливной магистрали гидроцилиндров будет меньше расхода насоса в 
раз при выталкивании штоков и больше в раз при их втягивании. В сливной магистрали гидромотора расход жидкости определяется подачей насоса.
Таблица 3. 1 – Расчет диаметров трубопроводов
| Обозна-чение участка
| Назначение участка
| Допустимая скорость жидкости
| Максимальный расход Q, м3/с
| Диаметр d, мм | Длина участка l, м
| ||
| расчетный | ближайший по ГОСТ | принятый | |||||
| Всасывающий | 1, 4 | 2, 15  10-3
| 44, 2 | 0, 25 | |||
| Напорный | 5, 35 | 0, 86 10-3
| 14, 3 | ||||
| 3 и 4 | Напорный сливной | 5, 35 2, 25 | 0, 86 10-3
0, 86 10-3
| 14, 3 | |||
| Напорный сливной | 5, 35 2, 25 | 0, 86 10-3
1, 376 10-3
| 14, 3 27, 9 | ||||
| Напорный сливной | 5, 35 2, 25 | 0, 86 10-3
0, 54 10-3
| 14, 3 17, 5 | ||||
| Сливной | 2, 25 | 1, 376 10-3
| 27, 9 | ||||
| Сливной | 2, 25 | 3, 182 10-3
| 42, 5 | 0, 3 | |||
, м/с
С целью сокращения номенклатуры трубопроводов допускается на участках короткой протяженности ставить трубы большего диаметра, которые используются на более длительных участках.
Максимальный расход жидкости через седьмой участок будет в том случае, когда гидроцилиндр работает при втягивании штока. Для этого случая его величина будет в больше подачи одной рабочей секции насоса. Максимальный расход жидкости через восьмой участок будет при работе гидроцилиндров первого и второго контуров, при втягивании их штоков. Его величина будет в раз больше суммарной подачи двух рабочих секций плюс подача вспомогательной секции насоса:
|
|
|
м3/с.
3. 8. 2 Расчет потерь давления в трубопроводах. Гидравлические потери в трубопроводах слагаются из потерь на гидравлическое трение 
т и потерь в местных сопротивлениях трубопроводов м.
Величину потерь давления на трение т для каждого расчетного участка определяем по зависимости
, (3. 9)
где r – плотность рабочей жидкости;
l – коэффициент гидравлического трения;
l, d – длина и диаметр трубопровода на расчетном участке;
– средняя скорость движения рабочей жидкости на расчетном участке.
Для вычисления коэффициента трения l необходимо определить режим движения жидкости по числу Рейнольдса
, (3. 10)
где v – кинематическая вязкость рабочей жидкости.
При ламинарном движении (Re < 2300) коэффициент гидравлического трения
. (3. 11)
При турбулентном движении (Re> 2300) для гладких труб
. (3. 12)
Для шероховатых труб можно использовать формулу
, (3. 13)
где kэ – эквивалентная абсолютная шероховатость, kэ=0, 76× D;
D – абсолютная шероховатость.
Абсолютную шероховатость для стальных труб можно принять равной: для новых стальных труб D = 0, 05× 10-3 м; для труб, находящихся в эксплуатации, D = 0, 1× 10-3 м.
Трубы из цветных металлов считаются гладкими.
Определим потери давления на трение на участке 1. Так как диаметр трубопровода был округлен, уточним значение средней скорости потока по формуле
. (3. 14)
Подставляя данные участка 1, получим
м/с.
Определим число Рейнольдса
.
Коэффициент l для ламинарного движения
.
Потери давления на трение на участке 1
Па.
|
|
|
Рассмотрим участок 2.
Средняя скорость потока
м/с.
Режим движения жидкости турбулентный, т. к.
.
Принимаем абсолютную шероховатость, равную 
м, тогда
.
Тогда 
.
Потери давления на трение на участке 2
Па = 23, 26 кПа.
Расчеты производим для рабочих операций. Если гидроцилиндр по исходным данным выполняет рабочие операции как при втягивании, так и при выталкивании штока, рассчитываем наиболее нагруженный режим работы.
Расчеты по всем участкам сводим в таблицу 3. 2.
Потери давления в местных сопротивлениях рассчитываются по формуле
, (3. 15)
где x – коэффициент местного сопротивления, определяемый по справочным таблицам [1], [2], [4], [5];
m – количество однотипных сопротивлений на участке.
Результаты расчетов по участкам сводим в таблицу 3. 3. Вид и количество местных сопротивлений выбираем в соответствии с гидросхемой и особенностями конструкции машины-аналога.
Таблица 3. 2 – Потери на трение по длине трубопроводов
| Обозначение участка | Расчетное назначение участка | Средняя скорость потока
 , м/с
| Число Рейнольдса | Коэффициент гидравлических потерь l | Потери давления на трение  т, кПа
|
| Всасывающий | 1, 1 | 0, 0382 | 0, 1 | ||
| Напорный | 4, 28 | 0, 0467 | 23, 26 | ||
| Напорный | 1, 75 | 0, 048 | 10, 23 | ||
| Сливной | 1, 75 | 0, 048 | 10, 23 | ||
| Напорный | 1, 07 | 0, 0613 | 9, 54 | ||
| Сливной | 1, 72 | 0, 0611 | 43, 25 | ||
| Сливной | 1, 71 | 0, 0384 | 4, 58 | ||
| Сливной | 1, 62 | 0, 04375 | 0, 3 |
При определении коэффициента местного сопротивления при входе жидкости в бак учитывалось, что при турбулентном движении j = 1, при ламинарном j = 2 [1].
3. 8. 3 Подбор гидроаппаратов и определение потерь давления в них. Гидроаппаратура подбирается по номинальному давлению и максимальному расходу, при которых она будет работать [1], [2], [4], [5]. Выбранные гидроаппараты и потери давления в них сводим в таблицу 3. 4.
При выборе фильтра учитываем, что для аксиально-поршневых насосов и гидромоторов тонкость фильтрации должна составлять 25 мкм [1].
Предохранительные клапаны распределителей настраиваются на давление Рmах = (1, 1…1, 2)·Рном. Принимаем Рmах = 1, 15× Рном = 23 МПа. Предохранительный клапан системы управления настраиваем на давление 4 МПа. Вторичные предохранительные клапаны настраиваются на давление Р¢ mах = (1, 4…1, 6)·Рном. Принимаем Рmах = 1, 4× Рном = 1, 4× 20 = 28 МПа.
Максимальное давление в сливной магистрали перед фильтром определяется максимальным перепадом давления в фильтре по предохранительному клапану Рф = 350 кПа, а также потерями давления на трение DРт = 0, 3 кПа и в местных сопротивлениях DРм = 1, 313 кПа, что в сумме дает 352 кПа. Потери давления чистого фильтра составляюет 63 кПа. Следовательно, давление перед чистым фильтром будет равно 63+0, 3+1, 313 = 65 кПа.
|
|
|
3. 8. 4 Расчет потерь давления в магистралях гидросистемы. Определим суммарные потери давления в напорных и сливных трубопроводах гидродвигателей, суммируя необходимые значения из таблиц 3. 2, 3. 3 и 3. 4 (без учета потерь во всасывающей гидролинии 1).
Для гидромотора потери давления в напорной магистрали определяются потерями на участках 2 и 3, а так же потерями в гидрораспределителе и блоке вторичных предохранительных клапанов. В сливной – потерями на участках 4, 7, 8 и потерями в блоке вторичных предохранительных клапанов, распределителе и фильтре.
Таблица 3. 3 – Потери в местных сопротивлениях трубопроводов
| Обозначение участка | Вид местного сопротивления | Количество сопротивлений на участке m | Коэффициент местного сопротивления j | Потери давления в местном сопротивлении DРi, кПа | Потери давления на участке DРм, кПа |
| Выход из гидробака Штуцер присоединения к насосу Тройник с разделением потоков | 0, 15 1, 5 | 0, 526 0, 079 0, 79 | 1, 4 | ||
| Штуцеры присоединения к насосу и распределителю Тройник манометра с транзитным потоком Колено | 0, 15 0, 2 0, 15 | 2, 39 1, 594 2, 39 | 6, 374 | ||
| Штуцеры присоединения к блоку клапанов и мотору Колено | 0, 15 0, 15 | 0, 4 0, 8 | 1, 2 | ||
| То же | 0, 15 0, 15 | 0, 4 1, 0 | 1, 4 | ||
| Штуцеры присоединения к блоку клапанов, цилиндру и РВД Колено Вход в гидроцилиндр | 0, 15 0, 15 0, 9 | 0, 374 0, 374 0, 448 | 1, 196 | ||
| Выход из гидроцилиндра Штуцеры присоединения к блоку клапанов, цилиндру и РВД Колено | 0, 7 0, 15 0, 15 | 0, 901 0, 965 0, 965 | 1, 931 | ||
| Штуцеры присоединения к фильтру и распределителю Тройник со слиянием потоков Колено Тройник манометра с транзитным потоком | 0, 15 2, 5 0, 15 0, 2 | 0, 382 3, 18 0, 572 0, 254 | 4, 388 | ||
| Штуцер присоединения к фильтру Вход в бак | 0, 15 1, 0 | 0, 071 1, 142 | 1, 313 |
Для напорной магистрали имеем
=23, 26+10, 23+6, 374+1, 2+800+300=1141 кПа.
Для сливной–
=10, 23+4, 58+0, 3+1, 4+4, 388+1, 313+300+800+350=1472 кПа.
Для гидроцилиндра в напорной магистрали суммируем потери давления на трение и в местных сопротивлениях на участках 2 и 5, а также в распределителе и блоке клапанов. В сливной магистрали – на участках 6, 7 и 8, в блоке клапанов, распределителе и фильтре.
Таблица 3. 4 – Потери давления в гидроаппаратах
| Обозначение на схеме |
Наименование |
Параметры гидроаппаратов | Потери давления DР, кПа | |||
| по технической характеристике | требуемые по гидросхеме | |||||
| Qном·103, м3/с | Рном/mах, МПа | Q·103, м3/с | Рном/mах, МПа | |||
| Р1 Р2 | Гидрораспределитель секционный на Рном = 25 МПа, типа РС 20. 20 | 1, 67 | 25/32 | 1, 376 | 20/23 | |
| БК1, БК2, БК3 | Блок вторичных предохранительных клапанов 63600 | 2, 67 | 5/32 | 1, 376 | 20/28 | |
| ДК | Дроссель с обратным клапаном (замедлительный клапан) 62700 | 1, 67 | 32/35 | 1, 376 | 20/23 | |
| Ф | Фильтр 1. 1. 50-25/0, 63 | 4, 17 | 0, 63/6, 3 | 3, 182 | 0, 065/ 0, 352 | |
=23, 26+9, 54+6, 374+1, 196+800+300=1140 кПа.
=43, 25+4, 58+0, 3+1, 931+4, 388+1, 313+300+800+350=1506 кПа.
|
|
|
