Рассчет гидроцилиндра

 

2.7. Описание  выбранной гидроаппаратуры

Предохранительный клапан ПГ54-34М (рис.5) стыкового присоединения состоит из следующих основных деталей: корпуса 3, колпачка 5, золотника 2, пружины 6, регулировочного винта 8 и втулки 7. Масло подводится к аппарату через отверстие P и отводится через отверстие A. Линия P через канал 10 и малое отверстие (демпфер) 11 соединена с полостью 1, а полость 9 через канал 4 - с отверстием A. Когда усилие от давления масла на торец золотника в полости 1 преодолевает усилие пружины 6 (регулируется винтом 8) и усилие от давления масла на противоположный торец золотника в полости 9, золотник перемещается вверх, соединяя линии P и A.

 

Рис.5. Конструкция гидроклапана давления ПГ54-34М

Гидрораспределитель типа ВММ10.44 по ГОСТ 24697-81 (рис.6) имеет чугунный литой корпус 1, в котором выполнены каналы для подключения линий P, T, A и B. Корпус имеет пять маслоподводящих канавок. В центральном отверстии корпуса (диаметром 10 мм) расположен золотник 2, который через толкатели 3 перемещается узлом управления.

    

Рис.6. Распределитель ВММ 6.44 и пилот с управлением  от рукоятки: 
а) внешний вид; б) конструкция; в) исполнение по 44-й гидросхеме

Дроссель  типа ПГ77-14 (ТУ27-20-2205-78) состоит из следующих основных деталей (рис.7): корпуса 1, втулки 2, втулки-дросселя 3, винта 4, валика 6, лимба 8, контргайки 7, пробки 11, пружины 10, указателя оборотов 5 и штифта 9. Масло из гидросистемы подводится к отверстию "подвод" аппарата, проходит через дросселирующую щель, образованную фасонным отверстием во втулке 2 и торцом втулки-дросселя 3 (вид Б), и отводится через отверстие "отвод". Расход регулируется путем осевого перемещения втулки-дросселя 3 с помощью винта 4 в одну сторону и пружины 10 - в противоположную. Винт поворачивается от лимба 8 через валик 6. Между винтом и валиком установлена втулка с зубчатым зацеплением, позволяющим так устанавливать лимб относительно валика, что при полностью закрытом дросселе утечка него не превышает 0,06 л/мин. Полному осевому перемещению втулки-дросселя соответствует четыре оборота лимба, что позволяет плавно регулировать расход масла. После каждого полного оборота лимб с помощью штифта 9 поворачивает на ¼ оборота указатель 5, на торце которого имеются цифры "1"…"4"; самопроизвольный поворот указателя предотвращает шариковый пружинный фиксатор. Острые кромки по всему периметру дросселирующей щели практически исключает зависимость установленного расхода от температуры масла, а треугольная форма проходного сечения при малых открытиях уменьшает опасность засорении.

Фильтр  щелевой 40-80-1 ГОСТ 21329-75 (рис.8) имеет фильтрующий пакет, состоящий из набора основных 8 и промежуточных 9 пластин. Фильтр по конструкции состоит из стакана 1, крышки 2, оси 3, стойки 10 с закрепленными на ней скребками 11, рукоятки 4, уплотнений 5, 6 и пробки 7, служащей для слива загрязнений. Из отверстия I крышки масло проходит через щели между платинами 8 и отводится в гидросистему через отверстие II. При повороте фильтрующего пакета рукояткой 4 скребки 11 прочищают щели между основными пластинами. Очистку фильтрующего пакета не рекомендуется выполнять во время работы гидропривода.

 

 

Рис.7. Конструкция  дросселя ПГ77-14

 

Рис.8. Фильтр щелевой 40-80-1

Обратный  клапан Г51-33 (ТУ2-053-1649-83Е) состоит из корпуса 1, к коническому седлу которого пробкой 5 через пружину 4 прижат плунжер 3. Масло, подводимое в отверстие 7, приподнимает плунжер и проходит в отводное отверстие 2. При изменении направления течения давление масла в отверстии 2 (и полости 6) вместе с пружиной 4 плотно прижимает плунжер к седлу, исключая возможность обратного потока.

 

Рис.9. Обратный клапан Г51-33

 

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

V_Ф = π·r²·H·0,4 = 3,14·0,055²·0,205·0,4 = 0,8 м³

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.

5. Построение  нагрузочной характеристики гидропривода

Нагрузочная характеристика гидропривода выражает зависимость  скорости движения выходного звена  от нагрузки на нем.

Применительно к схеме проектируемого гидропривода найдем перепад давлений на дросселе. Используя выражения (1) и (2), составим систему уравнений

и, решая эти  уравнения относительно ΔР_ДР, получим

Определим площадь проходного сечения в дросселе по формуле:

где μ - коэффициент  расхода дросселя, для дросселей  золотникового типа μ = 0,4 [10, с.50].

Далее для построения силовой характеристики привода  зададимся рядом значений R и из выражения определим ΔР_ДР. Для этих значений ΔР_ДР, найдем скорости перемещения поршня

Величину R следует изменять от нуля до максимального значения R _max, при котором скорость перемещения поршня равна нулю. Все вычисления сведем в табл.2.

Таблица 2

R, кН	ΔРДР, МПа	υП, м/с
0	6481	0,255
10	5,160	0,227
20	3,829	0,196
30	2,500	0,158
40	1,180	0,108
45	0,510	0,072
47	0,250	0,050
48	0,120	0,035
48,5	0,050	0,022
48,8	0,010	0,010
48,87	0	0

По данным вычислений строится график υ_П = f(R) (рис.10).

Рис.10. Нагрузочная  характеристика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  литературы

1. Андреев А.Ф., Барташевич Л.В., Боглан Н.В. и  др. Гидро- пневмоавтоматика и  гидропривод мобильных машин.  Объемные гидро- и пневмомашины  и передачи. - Минск: Высшая школа, 1987. 310 с.

2. Анурьев В.И.  Справочник конструктора-машиностроителя.  В 3-х Т. - 5-е изд., перераб. и  доп. Том 3 - М.: Машиностроение, 1980 г. - 559 с. 

3. Башта Т.М.  Гидропривод и гидропневмоавтоматика. - М.: Машиностроение, 1972. - 320 с. 

4. Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник. 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1982. - 423 с.

5. Богданович  Л.Б. Гидравлические механизмы  поступательного движения: Схемы  и конструкции. - М., Киев: МАШГИЗ, 1958. - 181 с.

6. Васильченко  В.А. Гидравлическое оборудование  мобильных машин: Справочник. - М.: Машиностроение, 1983. - 301 с., ил.