Расчет механизмов с гидравлическим приводом

Ввиду малой длины и  большого диаметра всасывающей гидролинии потерями давления в ней можно пренебречь.

Конструктивно принимаем  дополнительные данные: длины нагнетательной и сливной гидролинии l_н=l_с=10 м;

коэффициенты местных  сопротивлений:

- резкое сужение в наконечниках (количество) – _с=0,20;

- резкое расширение в  наконечниках (количество) – _р=0,16;

- вход в гидроцилиндры  и фильтр (количество) – _вх=0,8;

- поворотные соединения (количество) – _п=2;

- колена с плавным поворотом  на 90⁰ – _к=0,15;

Потери давления на трение по длине гидролинии определяются по формуле Дарси – Вейсбаха:

Гидравлический коэффициент  трения (λ) вычисляют по формулам в зависимости от числа Рейнольдса (R_e):

При ламинарном режиме -

При турбулентном –

Потери давления в местных  сопротивлениях определяют по формуле  Вейсбаха:

Вычисляем действительные скорости движения масла в напорной и сливной гидролиниях:

напорная гидролиния -

сливная гидролиния -

 Определяем числа Рейнольдса в гидролиниях:

_{- ламинарный  режим}

 

_{- ламинарный режим}

 

Определяем гидравлический коэффициент трения:

Определяем потери давления в напорной гидролинии:

Определяем потери давления в сливной гидролинии, состоящей из двух участков: от гидроцилиндров до распределителя с d_н=0,05 м и от распределителя до масляного бака с d_с=0,028 м  

 

Общие потери давления равны:

напорная гидролиния - =

 

сливная гидролиния - =

Потери давления в гидросистеме подъема составят:

=

Эти потери не должны превышать  запланированных предварительном расчете:

=.

Потери давления в гидросистеме привода грузовой лебедки будут меньше ввиду отсутствия двух гидрозамков:

=

которые также должны быть меньше запланированных в предварительном расчете:

=

2.2 Расчет выходных  параметров гидроцилиндров

Наибольшие фактические  усилия на штоках гидроцилиндров подъема  стрелы:

-=

=)

 

Фактические скорости движения штоков гидроцилиндров:

 

Полезная мощность развиваемая штоками гидроцилиндров: 

2.3 Расчет выходных  параметров гидромотора

Определяем фактический  перепад давления на гидромоторе:

=

Крутящий момент на валу гидромотора:

 Н·м

Крутящий момент на валу барабана:

М_б = М_м·i_p· _p=418,9·157,4·0,95=62638 H·м

2.4 Расчет КПД  гидропривода

Коэффициент полезного действия гидропривода позволяет оценить  эффективность спроектированной машины. Для большинства гидрофицированных  СД и ПТМ полный (общий) КПД находится  в пределах 0,6...0,75/6,11/.

Расчет КПД гидропривода машины зависит от типа гидродвигателя (гидроцилиндр или гидромотор).

Для гидроприводов возвратно- поступательного действия КПД равен  произведению полного КПД насоса , гидравлического , механи-ческого цилиндра ( ) и объемного распределителя ( ).

Гидралический КПД учитывает  потери давления в гидролиниях и  гидрооборудовании:

Объемный КПД учитывает  утечки в распределителе: 

Тогда полный КПД  гидропривода подъема стрелы будет равен:

=0,91·0,866·0,95·0,9991=0,75

2.5 Тепловой расчет  гидропривода

Тепловой расчет гидросистемы осуществляется с целью определения установившейся температуры рабочей жидкости, объема гидробака и поверхности теплоотдачи, а также для выяснения целесообразности применения теплообменников, обеспечивающие оптимальный тепловой режим работы гидросистемы.

Гидропривод машины необходимо спроектировать так, чтобы тепловыделение в гидросистеме было минимальным, а рассеивание тепла в окружающую среду максимальным.

Количество тепла, выделяемое гидросистемой, пропорционально потребляемой насосом мощности (N) и полному КПД гидропривода.

Мощность, подведенную к  валу насоса, нужно определить с  учетом динамических нагрузок в переходных режимах работы-разгона и торможения выходных звеньев гидродвигателей (поршня со штоком гидроцилиндра, вала гидромотора). Динамические нагрузки учитываются коэффициентом динамичности (К_дин), допускаемые значения которых зависят от режима работы гидропривода и приведены в таблице 3.

Таблица 3

Режим работы гидропривода	Легкий	Средний	Тяжелый	Весьма тяжелый
Коэффициент динамичности, Кдин	2,5…3	1,6…2,5	1,4…1,6	1,2…1,4

 

Потребляемая насосом  мощность вычисляется по формуле:

 кВт,

где k_дин=1,5 – коэффициент динамичности,

      – основные параметры насоса.

Количество тепла, выделяемое гидросистемой в единицу времени, определяются по формуле /11/:

Q₁=(1- )N·k_в·k_а = (1-0,728)·99,23·0,7·0,6 = 11,34 кВт,

где = 0,728 – меньшее значение общего КПД гидроприводов стрелы и грузовой лебедки;

       k_в = 0,7 – коэффициент продолжительности работы под нагрузкой;

       k_а = 0,6 – коэффициент использования номинального давления.

Количество тепла, рассеиваемое в окружающую среду с поверхностей гидрооборудования (насосов, гидромоторов, филтьров, гидроцилиндров, металлических гидролиний, гидробаков и теплообменников), определяются по формуле:

Q₂=K·F(t_ж-t_в)

где  К – коэффициент теплопередачей поверхностей гидрооборудования в атмосферу, вт/м²·;

F – необходимая площадь  поверхности теплообмена, м²;

t_ж – установившаяся температура жидкости, ;

  t_в  - температура окружающего воздуха, .

Приближенные значения коэффициента теплопередачи приведены в таблице 4 /11/.

Таблица 4

Условия теплопередачи	К, вт/м2·
Циркуляция воздуха затруднена (гидропривод расположен в нише)	10
Свободно обтекаемый воздухом гидропривод	15
Принудительный обдув  гидропривода	25

 

Необходимая площадь поверхности  теплообмена:

м²,

где  t – температурный перепад в установившемся режиме:

t = t_ж.max – t_n.max=75-50=25

Необходимая площадь гидробака:

F_б = F - F_ф = 15,12 – 5,34 = 9,78 м²;

где  F_ф – фактическая площадь поверхностей гидрооборудования, приведенная в таблице 7 по данным ВНИИстройдормаша.

Площадь теплопередачи гидробаков в зависимости от его емкости (V_б) вычисляется по формуле:

F_б =(0,06…0,069)

Таблица 5

Гидрооборудование	Количество	Fф
Насос нерегулируемый 311.25	1	0,21
Гидромотор реверсивный 310.25	1	0,21
Гидроцилиндры 1.16.1.У - 6340160	2	1,231
Трубопроводы: dн = 50 мм, dвн = 34мм, dс = 40 мм,dвн = 37 мм.	10 м 10 м	1,32 1,256
Фильтр 1.1.50-25	1	1,115
Итого:	-	5,34

 

Предварительно емкость  гидробака (V_б) выбирают/11,12/:

- для гидроприводов экскаваторов, погрузчиков, кранов – (1,5…2) Q_н;

- для гидроприводов стационарных  машин – (2…3) Q_н;

где Q_н – минутная подача насоса, л.

Емкость гидробака принимаем равной двухминутной производительности насоса:

V_б = 2Q_н = 2·129 = 258 л.

Округляем по ГОСТ 12 448-80 до V_б = 260 л.

Вычисляем площадь теплоотдачи  гидробака:

F_б = 0,065 = 2,65 м².

Определяем установившуюся температуру жидкости:

Так как установившаяся температура  жидкости превышает максимально  допустимую температуру жидкости (t_ж.max = 75), то теплообменник в гидросистеме необходим.

Следовательно,

.