Гидроприводом называется совокупность гидроаппаратуры, предназначенной для передачи механической энергии и преобразования движения при помощи жидкости.

Описание работы гидропривода.

Гидронасос создаёт давление нагнетания на напорной линии, которое ограничивается соответственно обратным клапаном, после чего рабочая жидкость поступает на гидрораспределитель, а с него в штоковую полость гидроцилиндра, который совершает рабочий ход при входе штока в гидроцилиндр. При совершении обратного хода, жидкость через гидрораспределитель и дроссель подаётся в нештоковую полость гидроцилиндра. Для контроля давления установлен манометр.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Р - усилие на штоке гидроцилиндра, кН……………………………...15

Vрх - скорость рабочего хода, м/с……………………………………0,08

Vхх - скорость холостого хода, м/с…………………………………..0,05

Напорная линия: длина lн, м…………………………………………….7

Исполнительная линия: длина lн, м……………....................................3

Сливная линия: длина lн, м…………………….....................................5

Местные потери напора в процентах от линейных………………….40

Температура рабочей жидкости t, оС……………………...................70

Температура воздуха t, оС……………………………………………..20

Произвести гидравлический расчет гидросистемы зажима бревна гидравлической тележкой ПРТ8-2 по исходным данным.

Рис. 1. Схема гидравлическая принципиальная механизма зажима бревна гидравлической тележки ПРТ8 - 2: 1 - гидробак; 2 - насос; 3 - фильтр; 4 - гидрораспределитель; 5 - гидроцилиндр; 6 - клапан предохранительный; 7 - золотник включения манометра; 8 - манометр; 9 - всасывающая линия; 10 - напорная линия; 11 - исполнительная линия; 12 - сливная линия.

2. ПОРЯДОК РАСЧЕТА НЕРЕГУЛИРУЕМОГО ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

2.1. Выбор рабочего давления в гидросистеме

Таблица 1

Рекомендуемые рабочие давления в зависимости от усилия на штоке гидроцилиндра

Усилие на штоке гидроцилиндра Р, кН	рр - давление, МПа
	Для стационарных машин	для мобильных машин
10 - 30	1,6 - 3,2	5,0 - 7,0
30 - 50	3,2 - 5,0	8,0 - 10,0
50 - 100	5,0 - 10,0	10,0 - 15,0

Принимаем рабочее давление в гидроцилиндре Рр=2.5 МПа 2.2. Определение расчетного давления в гидроцилиндре, МПа:

2.3. Определение диаметра цилиндра D и штока d

По величине расчетного давления в гидроцилиндре рр определяем отношение D/d. Рациональное соотношение между рр и d/D следующее:

Рр, МПа	1,5	1,5 - 5,0	5,0 - 10
d/D	0,3 - 0,35	0,5	0,7 - 0,75

Таблица 2

Ряд внутренних диаметров D для гидроцилиндров по ГОСТ 6540-68

Основной ряд, мм

100

125

160

200

250

320

400

500

630

800

Дополнительный ряд, мм

280

360

450

560

710

110

900

140

180

Таблица 3

Ряд рекомендуемых диаметров штока d по ГОСТ 6540-68

Основной ряд, мм	12	16	20	25	32	40	50	63	80	100
Дополнительный ряд, мм	14	18	22	28	36	45	56	70	90	110

В машинах лесной промышленности широко используются одноштоковые гидроцилиндры двухстороннего действия с демпфированием в конце хода поршня.

Для случая, когда рабочий ход поршня совершается при входе в гидроцилиндр:

или

Принимаем D = 110 мм

задавшись соотношением d/D, определяем d

Принимаем d = 56 мм

2.4. Определение расхода рабочей жидкости в гидроцилиндре

Таблица 4

Расчетные формулы для определения расхода рабочей жидкости в гидроцилиндрах

Тип гидроцилиндра	Расчетная формула для определения расхода рабочей жидкости в гидроцилиндрах Qц (м3/с) при
	выходе штока из гидроцилиндра	входе штока в цилиндр
Одностороннего действия с односторонним штоком
Двухстороннего действия с односторонним штоком
Двухстороннего действия с двухсторонним штоком

2.5. Определение потребной подачи насоса,

где Ку - 1,1 - 1,3 - коэффициент утечек, учитывающий суммарно все утечки в элементах гидросистемы от насосов до гидроцилиндра;

Z - количество гидроцилиндров в гидросистеме.

2.6. Определение наибольшего Qнаиб и наименьшего Qнаим расходов рабочей жидкости (для гидроцилиндров двухстороннего действия)

Таблица.5.

Распределение расхода рабочей жидкости в магистралях гидросистемы с гидроцилиндром двухстороннего действия с односторонним штоком.

Наименование магистрали	Обозначение магистрали	Расход, м3/с при
		Выходе штока из гидроцилиндра	Входе штока в гидроцилиндр
Напорная	н - р	422.4 · 10-6	422.4 · 10-6
Исполнительная, соединяет распределитель и нештоковые полости гидроцилиндров.	р - нш	760 · 10-6	352 · 10-6
Исполнительная, соединяет распределитель и штоковые полости гидроцилиндров.	р - ш	105.6 · 10-6	760 · 10-6
Сливная	р - б	105.6 · 10-6	1689.6 · 10-6

2.7. Выбор диаметров трубопроводов

Внутренний диаметр трубопровода определяют по формуле

где Q - наибольший расход на расчетном участке гидролинии, м3/с;

V - допускаемая скорость движения жидкости, м/с.

Для напорной линии:

принимаем dн-р = 16 мм

Для исполнительной линии, соединяющий распределитель и нештоковые полости гидроцилиндров:

принимаем dр-нш = 16 мм

Для исполнительной линии, соединяющий распределитель и штоковые полости гидроцилиндров:

принимаем dр-ш = 20 мм

Для сливной линии:

принимаем dр-б = 40 мм

2.8 Выбор рабочей жидкости

Таблица 6.

Техническая характеристика рабочей жидкости.

Марка рабочей жидкости	Удельный вес, Н/м3 при 20 оС	Коэффициент кинематической вязкости н?106 м2/с при температуре оС	Температура оС	Диапазон рабочих температур оС
		+50	+20	-20	-40	застывания	вспышки
МГ-30	8850	30	140	7000	--	-35	190	-20 - +80

2.9. Выбор гидроаппаратуры

2.9.1. Выбор реверсивного золотникового гидрораспределителя.

Таблица 7.

Техническая характеристика гидрораспределителя.

Типоразмер	Qmax•103,м3/с	Рраб, МПа	?р, МПа	?Qут, см3/мин
Г74-16	2.84	0.3 - 8	0,2	До 50

2.9.2. Выбор фильтра

Таблица 8.

Техническая характеристика фильтра.

Типоразмер	Тонкость фильтрации	Qmin·105 , м3/с при ?р=0,1 МПа и н0=80·10-6, м2/с	?р, МПа	рном, МПа
0,2Г41 - 14	0,2	117	0,2	6,4

где ?р - перепад давления на фильтре при максимальном расходе;

Qмакс - пропускная способность фильтра при перепаде ?р и определенной вязкости жидкости;

Qф - фактический расход через фильтр.

2.9.3. Выбор предохранительного клапана.

Таблица 9.

Техническая характеристика предохранительного клапана.

Типоразмер	Q•103, м3 /c, min - max	р, МПа, перед клапаном	?р, МПа, при Qmax
БГ54 - 14	0,05 - 1.17	0.6 - 5	0,6

2.9.4. Выбор манометра

Таблица 10.

Техническая характеристика манометра.

Типоразмер	Диаметр корпуса	Класс точности	Верхние предельные измерения, МПа	Основная допустимая погрешность, %	Расположение фланца
МТ - 1	60	4	1; 1,6; 2,5; 4,0	±4,0	Без фланца

2.10. Определение потерь давления в гидролиниях

Потери напора на каждом участке гидролинии определяем при рабочем ходе как сумму линейных и местных сопротивлений.

Линейные потери напора определяем по формуле

где - удельный вес рабочей жидкости, Н/м3;

- коэффициент сопротивления трения по длине;

? - длина магистрали, м;

dт - диаметр трубопровода, м;

S - площадь сечения потока в трубопроводе, м2;

Q - расход рабочей жидкости через магистраль, м3/с.

Определение линейных потерь напора для напорной линии:

Определение линейных потерь напора для исполнительной линии.

Определение линейных потерь напора для сливной линии:

Местные потери напора ?рм определяем по формуле

Для напорной линии:

Для исполнительной линии:

Для сливной линии:

Определив линейные и местные потери на данном участке трубопровода, находим (суммированием) общие потери на участке магистрали.

Для напорной линии:

Для исполнительной линии:

Для сливной линии:

2.11. Определение усилий трения в гидродвигателе.

Усилие трения в гидроцилиндре равно:

где Rп и Rш - усилия трения соответственно в уплотнениях поршня и штока.

Расчет сил трения в уплотнениях поршня или штока ведут по приближенной формуле.

Для резиновых колец круглого сечения

где d - диаметр уплотняемой поверхности, м;

qр - сила трения на 1 м длины уплотнения, МН/м.

Значения qр в зависимости от диаметра сечения резинового кольца d и давления рабочей жидкости при предварительном (монтажном) сжатии определяется по номограмме (рис. 2).

Выбор резиновых манжет для уплотнений гидроцилиндров производят по ГОСТ 6969-54, а резиновых колец - по ГОСТ 9833-61.

2.12. Определение величины давления нагнетания

Величину давления нагнетания определяют по силовой характеристике гидроцилиндра.

Силовой характеристикой гидроцилиндра является зависимость между давлениями в полостях цилиндра; усилием трения поршня и штока и усилием на штоке.

Рис. 2. Номограмма для определения qр

Силовые характеристики, например, гидроцилиндра двухстороннего действия с односторонним штоком (рис. 3) имеют вид:

- при выходе штока из цилиндра:

- при входе штока в цилиндр:

где рнш и рш - давление в нештоковой и штоковой полостях цилиндра;

Fнш и Fш - площади поперечных сечений цилиндра и штока;

Rтр - сила трения в уплотнениях поршня и штока;

Рвых и Рвх - полезные усилия на штоке при выходе штока из гидроцилиндра или входе в него.

Рис. 3. Схема силового гидроцилиндра двухстороннего действия с односторонним штоком

При расчете конкретных гидросистем с конкретным гидроцилиндром, например, двухстороннего действия с односторонним штоком (см. рис. 2 и 3), когда рабочий ход совершается при входе штока в гидроцилиндр, давления рнш и рш будут равны:

В формулах рн-р; рр-нш; рр-б - потери давления в магистралях: соответственно насос - распределитель; распределитель - нештоковая полость; распределитель - бак.

?рдр, ?рр, ?рф - потери давления соответственно в дросселе, распределителе, фильтре при соответствующих расходах рабочей жидкости.

2.13. Выбор насоса

Таблица 11.

Техническая характеристика насоса.

Типоразмер	Рабочий объём q, 10-3 м3/с	Рабочее давление МПа	Частота вращения об/мин	Потребляемая мощность кВт	Объёмный КПД
БГ11 - 24	1,17	2,5	1450	5/4,5	0,85

2.14. Определение объемных потерь (утечек) жидкости

Общие потери жидкости в гидросистеме складываются из потерь в насосе ?Qут.н, гидрораспределителе ?Qут.р, дросселе ?Qут.др и потерь в гидроцилиндре ?Qут.ц (см. рис. 12), т.е.:

Каждый из перечисленных видов потерь можно выразить через удельную утечку, которая представляет собой величину утечки (м3/с), отнесенную к единице давления. В паспортах на гидравлическое оборудование приводятся утечки ?Qут при номинальном (или максимальном) давлении, поэтому удельные утечки будут равны

Удельные утечки в насосе определяются по формуле

где q - рабочий объем насоса (удельная подача насоса за один оборот), м3/об;

n - число оборотов насоса, об/с;

Qmax и (рн)max - соответственно максимальная подача и максимальное давление насоса;

з0 - объемный КПД насоса.

Общие потери жидкости в гидросистеме будут:

где .

МПа

2.15. Определение гидравлических потерь в гидросистеме во время рабочего хода

2.16. Определение КПД гидропривода

Гидравлический КПД гидропривода:

Объемный КПД гидропривода:

Механический КПД гидропривода учитывает механические потери в насосе и гидроцилиндрах. Механический КПД насоса змн равен 0,99. Механический КПД гидроцилиндра:

где Рп - полезное усилие, создаваемое поршнем от давления в полости цилиндра. Оно равно:

Здесь .

Механический КПД гидропривода будет:

Общий КПД гидропривода:

3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ГИДРОСИСТЕМЫ

Тепловой расчет гидросистемы производится для уточнения теплового режима рабочей жидкости в необходимости установки в гидросистеме теплообменника (холодильника). Мощность, Вт, превращаемая в тепло:

где Nн = рн Qн - мощность насоса, Вт;

рн - давление насоса, Н/м2;

Qн - подача насоса, м3/с;

з - общий КПД гидропривода.

Потери мощности в гидросистеме и есть количество выделенного тепла, т.е.

Суммарная поверхность теплообменника (или бака), необходимая для поддержания заданной температуры рабочей жидкости, при известной температуре окружающей среды будет:

где Крг = фрг/фс - коэффициент продолжительности работы гидропривода под нагрузкой;

фрг - время работы гидропривода под нагрузкой, ч;

фс - полное время смены, ч;

к - коэфиициент теплопередачи от жидкости к воздуху через наружную поверхность гидробака;

к = 10 - 15 Ккал/м2•°С = (10 - 15)1,163 Вт/ м2•°С - для гидробаков с естественным воздушным охлаждением (открытая вентилируемая поверхность);

tж, tв - температура соответственно масла и окружающего воздуха, °С.

Чтобы установить необходимость принудительного охлаждения, сначала нужно сконструировать бак.

Если поверхность наружных стенок бака Sб окажется меньше вычисленной, то необходима установка холодильника.

Объем бака Vб принимают равным двух - трехминутной производительности наоса Qн, т.е.:

Задаемся соотношением ширины, высоты и длины бака в виде прямоугольного параллелепипеда, как 1:2:3. Обычно бак заполняется рабочей жидкостью на 0,8 высоты. Если обозначить ширину бака через x, объем жидкости в баке Vб = x 2(0,8 x)3 x = 4,8 x3.

Определяем размеры бака: ширина , высота 2 x, длина 3 x.

Находим площадь поверхности бака, участвующую в охлаждении рабочей жидкости:

где S1 - суммарная площадь поверхностей бака, омываемых жидкостью;

S2 - суммарная площадь боковых поверхностей, не омываемых жидкостью. У этих поверхностей эффект охлаждения в 2 раза меньше.

S1 = 15,8 x2 = 15.8 • 0.0562 = 0.05 м2;

S2 = 3,2 x2 = 3,2 • 0.0562 = 0.01 м2.

Из сравнения поверхностей Sт и Sб делается заключение о необходимости установки холодильника, т.к. Sт>Sб, необходима установка холодильника.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЛИТЕРАТУРА

1. Лебедев Н.И. Объемный гидропривод машин лесной промышленности. - М.: Лесн. пром-сть, 1986.

2. Халтурин В.М., Мамаев В.В., Пушкарева О.Б. Гидрооборудование машин лесной промышленности: учеб. Пособие, Екатеринбург, 2001.

3. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. - М.: Машиностроение, 1980.

4. Вильнер Я.М., Ковалев Я.Т., Некрасов Б.Б. и др. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Минск: Вышайшая школа, 1976.

Размещено на http://www.allbest.ru/