ОБЪЕМНЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Теоретические положения

Объемным гидроприводом называется совокупность объемных гидромашин, гидроаппаратуры, гидролиний (трубопроводов) и вспомогательных устройств, предназначенных для передачи энергии и преобразования движения посредством жидкости.

При расчете и выборе объемных гидронасосов и гидромоторов вращательного действия определяющим параметром является рабочий объем V₀.

Для аксиально-поршневых гидромашин рабочий объем определяется по формуле

V₀=z(pd²/4)D·tgg, (9.1)

где z – количество поршней; d – диаметр поршня; D – диаметр окружности центров поршней; g - угол наклона шайбы или блока цилиндров.

Для шестеренных гидромашин рабочий объем V₀ определяется по формуле

V₀=2pm²zb, (9.2)

где m – модуль шестерни; z – количество зубьев шестерни; b – ширина шестерни.

Подача жидкости гидронасосом Q₁ определяется по формуле

Q₁=V₀₁n₁η₀₁, (9.3)

где V₀₁ – рабочий объем гидронасоса; n₁ – частота вращения вала насоса; η₀₁ – объемный КПД гидронасоса.

Расход жидкости гидромотором Q₂ определяется по формуле

Q₂=V₀₂n₂/ η₀₂, (9.4)

где V₀₂ – рабочий объем гидромотора; n₂ – частота вращения вала гидромотора; η ₀₂ – объемный КПД гидромотора.

Крутящий момент на валу гидромотора М₂ определяется по формуле

M₂=(V₀₂/2p)p₂ η_гм2, (9.5)

где р₂ – давление гидромотора; η_гм2 – гидромеханический КПД гидромотора.

Мощность, необходимая для привода гидронасоса

N₁=Q₁p/ η₁, (9.6)

где р₁ и Q₁ – давление и подача жидкости на выходе из гидронасоса; η₁ – полный КПД гидронасоса, равный η₁= η₀₁ η_гм1.

Полезная мощность гидромотора

N₂=p₂Q₂/ η₂ , (9.7)

где p₂ и Q₂ – давление и расход жидкости на входе в гидромотор; η₂ – полный КПД гидромотора, равный η₂ = η₀₂· η_гм2.

Подача жидкости поршневым насосом однократного действия

Q₁=(pD²/4)υ₁ η₀₁, (9.8)

где D₁ – диаметр поршня; υ₁ – средняя скорость движения поршня.

Средняя скорость движения поршня определяется по формуле

υ=2L/n, (9.9)

где L – ход поршня; n – частота вращения кривошипа или число двойных ходов поршня в единицу времени.

Задачи с решениями

Задача 9.2.1. Имеется гидропривод нераздельного исполнения с регулируемым насосом и нерегулируемым гидромотором. Параметры насоса: Q_н = 3 л/с; р_н = 10 МПа; η_н = 0,9. Параметры гидромотора: М_м = 140 Н·м; n_м = 7 об/мин. Определить основные параметры гидропривода.

Решение. Определим рабочий объем гидромотора

.

Теоретическая подача насоса составит

.

Утечка в насосе и гидромоторе определяется по формулам

Q_н = Q_н.т·(1-η_н); Q_м = Q_н·(1-η_м),

или

Q_н = 3333·(1-0,9) = 333 см³/с Q_м = 3000·(1-0,9) = 300 см³/с.

Объем утечек

ΔQ = а_н·р_н,

где а_н - коэффициент утечек,

;

;

общий коэффициент утечек в гидросистеме

а = а_н + а_м = 0,63 см⁵/(с·Н).

Найдем коэффициент момента гидромотора:

.

Составим уравнение механической характеристики гидропривода:

где а = (а_н+а_м) - коэффициент утечек в гидросистсме; - суммарные утечки в насосе и гидромоторе; - снижение частоты вращения гидромотора, вызванное утечками жидкости.

Тогда

где u_н - параметр регулирования насоса.

Подставив в это уравнение значения момента от нуля до номинального, получим зависимость частоты вращения гидромотора от нагрузки для любого заданного параметра регулирования насоса. Основной является характеристика при u_н = 1, тогда частота вращения гидромотора будет максимальной и при заданной нагрузке равной

n_м.max=7,81·1 - 0,0001·14·10² = 7,66 об/с.

Минимальной частота вращения гидромотора будет при u_н.min, который находится из условия [4, с. 91]

или ,

тогда n_м.mшт = 7,8·0,19 - 1,4 = 0,082 об/с.

.

Перепад давления на дросселе с учетом нагрузки определяется по формуле [3, с. 202]

Скорость поршня цилиндра в зависимости от нагрузок определяется согласно уравнению [4]

,

или

Подставив в это уравнение различные значения нагрузки на поршень для каждого параметра регулирования дросселя, получим графики механической характеристики. Максимальная скорость поршня будет при максимальном параметре регулирования дросселя u_др = S_о/S_др (где S_о - открываемая площадь проходного сечения дросселя):

.

Скорость поршня при отсутствии нагрузки (F = 0) составит

.

Остановка поршня произойдет при нагрузке

F_max = 400/0,02 = 20·10³ Н.

9.3 Задачи для самостоятельного решения

Задача 9.3.1. В объемном гидроприводе с замкнутой схемой циркуляции рабочей жидкости (рисунок 9.1) насос соединен с гидромотором двумя трубами с расчетной длиной ℓ и диаметром d. Определить мощность DN, теряемую в трубопроводе, и перепад давления на гидромоторе Dр₂, если полезная мощность насоса N_пол, а расход жидкости Q₁. Рабочая жидкость – трансформаторное масло, температура жидкости 60 ⁰С.

Рисунок 9.1. К задаче 9.3.1	Рисунок 9.2. К задачам 9.3.2 и 9.3.3.

Задача 9.3.2. Определить полезную мощность насоса объемного гидропривода, если внешняя нагрузка на поршень силового гидроцилиндра F, скорость рабочего хода υ, диаметр поршня D₁ диаметр штока D₂ (рисунок 9.2). Механический коэффициент полезного действия гидроцилиндра η_мех = 0,96, объемный коэффициент полезного действия гидроцилиндра η₀ = 0,97. Общая длина трубопровода системы l; диаметр трубопроводов d, суммарный коэффициент местных сопротивлений ξ = 20. Рабочая жидкость в системе - спиртоглицериновая смесь (γ = 12100 Н/м³; ν = 1,2 см²/с).

Указание. Напор насоса затрачивается на перемещение поршня, нагруженного силой F, и на преодоление гидравлических потерь в трубопроводах системы.

Задача 9.3.3. Определить рабочий напор и подачу насоса объемного гидропривода, если усилие на штоке силового гидроцилиндра F, ход поршня S, число двойных ходов в минуту n, диаметр поршня D₁, диаметр штока D₂ механический коэффициент полезного действия гидроцилиндра η_мех = 0,95, объемный коэффициент полезного действия η₀ = 0,98. Общая длина трубопроводов системы (с учетом эквивалентной длины местных сопротивлений) l, диаметр трубопроводов d (рисунок 9.1). Рабочая жидкость в системе - трансформаторное масло (γ = 8900 Н/м³; ν = 9,0см²/с).

Вопросы для самопроверки

1. Из каких основных частей состоит объемный гидропривод? Приведите одну из известных конструктивных схем и поясните ее.

2. Что такое открытая и закрытая схемы, объемного гидропривода? Приведите схемы, объясните принцип действия и укажите преимущества и недостатки.

3. Укажите достоинства и недостатки объемного гидропривода.

10 ЧИСЛОВЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ВЕЛИЧИН

для задач, рекомендуемых для самостоятельного решения

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(рекомендуемое)

Значения величин С, l, а, К и b для круглых труб, подсчитанных по полной формуле акад. Н.Н. Павловского при n = 0,012

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(рекомендуемое)

Значения поправочного коэффициента К

для стальных и чугунных труб

ПРИЛОЖЕНИЕ В

(рекомендуемое)

Значения коэффициентов местных сопротивлений ·

а) Внезапное расширение

Таблица В1 - Коэффициенты сопротивлений в зависимости от отношения площадей отверстий после и до расширения

Для труб диаметром от 1,25 до 15 см при отношениях w₂/w₁=2¸12 поправочный коэффициент определяется следующей формулой:

r = (1,025¸0,0025) w₂ / w₁ - 0,0079 d₁,

где d₁ - меньший диаметр трубы

Б) Внезапное сужение

При внезапном сужении потока наблюдаются меньшие потери напора, чем при расширении. По данным ЦАГИ, коэффициент сопротивления определяется такой зависимостью:

z_В.С = 0,5 (1 - w₂ / w₁)

Таблица В2 - Коэффициенты сопротивлений в зависимости от отношения площадей отверстий после и до сужения

в) Вход в трубу

1. Цилиндрическая труба отходит под углом a (рис. III а). Входные кромки острые:

z_В.Х = 0,505 + 0,803 sin a + 0,226 sin² a.

2. Труба отходит перпендикулярно (рис. III б). При острых входных кромках z_В.Х = 0,50, при закругленных кромках и плавном входе z_ВХ=0,20¸0,25, при очень плавном очертании z_ВХ = 0,05.

_____________________________

¹⁾ Приводимые в приложении 3 коэффициенты местных сопротивлении отнесены к средней скорости за сопротивлением. Принятие средней скорости перед сопротивлением каждый раз оговаривается особо.

г) Выход из трубы в резервуар больших размеров

Рассматривая явление как внезапное расширение потока при w₁, значительно большем w₂, и принимая R = 1, получаем z_ВХ = 1.

д) Переходные конусы

1. Конически расходящийся переходный конус

Коэффициент сопротивления z_КОН определяется по зависимости

z_КОН » (l / (8sin(a/2))·((n² - 1) / n²) + ((n - 1) / n)²·sina,

где l - коэффициент сопротивления, учитывающий потери энергии по длине; a - угол конусности; n = w₂ / w₁ - степень расширения конуса.

2. Конически сходящийся переходный конус

Коэффициент сопротивления z определяется по формуле:

z_КОН » (l / (8 sin(a/2))·((n² - 1) / n²).

е) Диафрагма в трубе постоянного сечения

По данным ЦАГИ,

z_ДФР = [1 + 0,707 / (1 - (w / w₁))^1/2 ]²·((w₁ / w) - 1)².

В таблице В3 приведены коэффициенты сопротивления, подсчитанные по формуле ЦАГИ.

Таблица В3 - Коэффициенты сопротивлений в зависимости от отношения площадей отверстий диафрагмы и трубы

ж) Задвижки

Коэффициент сопротивления задвижки z_ЗД зависит от степени ее открытия. Его значения приведены в таблице В4, где
w₀ - площадь открытия, а w - площадь живого сечения трубы.

Таблица В4 - Коэффициент сопротивления задвижки в зависимости от степени ее открытия

з) Поворот трубы

1. Плавный поворот трубы на угол a

По формуле Абрамовича для труб круглого сечения

z_ЗАК = 0,73·а·b,

где коэффициенты a = f₁ (R/d) и b = f₂ (a) определяются по приводимым графикам (рисунок В1) в зависимости от радиуса закругления R, диаметра трубы d и угла поворота a. Коэффициенты сопротивления закруглений труб круглого сечения при центральном угле поворота a = 90⁰ по данным "Водгео" приведены в таблице В5.

Рисунок В1. Зависимости коэффициентов а и в

от отношения R\d и угла α

Таблица В5 - Коэффициент сопротивления закругления

2. Резкий поворот трубы на угол a

Коэффициент сопротивления колена зависит от угла поворота a и может приниматься по данным Промстройпроекта (табл. 6).

Рисунок В2. Движение жидкости при повороте трубы

Таблица В6 - Коэффициент сопротивления при повороте трубы

и) Клапаны, краны

Для ориентировочного расчета могут быть приняты следующие значения коэффициентов сопротивления:

– дисковый клапан при полном открытии: z = 0,10;

– всасывающий клапан с сеткой на всасывающей линии насоса: z = 10,0;

– различные клапаны при полном открытии: z = 5,0.

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

(справочное)

Соотношения единиц Международной системы СИ
с внесистемными единицами

Библиографический список

1. Винников В.А., Карканадзе Г.Г. ГИДРОМЕХАНИКА. Учебник для вузов. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003. - 302 с.: ил.

2. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Т.М. Башта и др. М.: Машиностроение, 1998. - 423 с.

3. Гудилин А.С., Кривенко Е.М., Маховиков Б.С., Пастоев И.Л. Гидравлика и гидропривод: Учебное пособие для вузов/ Под общ. ред. И.Л. Пастоева. - 4-е изд., стер. - М.: Издательство "Горная книга", Издательство Московского горного университета, 2007. - 519 с. (горное машиностроение).

4. Коваль П.В. Гидравлика и гидропривод горных машин. - М.: Машиностроение, 1979

5. Метревели В.Н. Сборник задач по курсу гидравлики с решениями: Учеб. пособие для вузов / В.Н. Метревели. - М.: Высш. шк., 2007. - 192 с.

6.Пастоев И.Л., Берлизев Н.И., Рахутин М.Г. Гидромеханика: Методические указания для студентов заочного обучения. - 3-е изд. стер.- М.: Издательство Московского горгого университета, 2001. - 24 с.

7. Гидравлика: Методические указания и задачи для практического занятия. - М.: Издательство Московского горного университета, 2005. - 63 с.

8 Основы расчета и проектирования объемного гидропривода поступательного действия [Текст] В.В. Беляев, В.А. Голутвин, О.М. Пискунов, А.А. Подколзин: Учеб. пособ. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. - 76 с.

Учебное издание

Беляев Владислав Владимирович

Подколзин Анатолий Алексеевич

Пискунов Олег Михайлович

Гидравлика, гидропривод

учебное пособие для практических занятий

Подготовка оригинал макета - А.А. Подколзин

Изд. лиц. ЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать

Формат бумаги 60×84 ¹/₁₆. Бумага офсетная

Усл. печ. л. 5,3. Уч.-изд. л. 5,5.

Тираж 50 экз. Заказ №.

Тульский государственный университет

300600 г. Тула, просп. Ленина, 92

Отпечатано в редакционно-издательском центре

Тульского государственного университета.

300600, г. Тула, ул. Болдина, 151

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: