Проектирование схемы гидропривода поступательного движения пресса

Зная расходы и ориентировочные величины давлений, приступим к выбору гидроаппаратуры.

2.1. Подбор гидроаппаратуры

Согласно выбранной схемы гидропривода, а также учитывая значения расходов и давлений, произведем подбор гидроаппаратуры. Для конкретизации в качестве расчетного условно принят расход Q = 20 л/мин. Применительно к гидроприводу, представленному на рис.2.2, необходимо выбрать предохранительный клапан, распределительный золотник, дроссель и фильтр. Все данные по выбранной аппаратуре сводим воедино на примере табл.2.5.

Таблица 2.5

Утечки жидкости в золотнике

Гидроаппаратура	Кол-  во	Тип	Расход,  л/мин	Давление,  МПа	Перепад  давлений,  МПа
Предохранительный клапан	1	Г52-22	20	6.3	0.15
Золотник с ручным управлением	1	ПГ74-22	20	20	0.2
Дроссель	1	ПГ-77	20	20	0.3
Фильтр сетчатый	1	С42-51	16	0.63	0.1

Из табл. 2.5 видно, что выбранные предохранительный клапан, золотник с ручным управлением и дроссель соответствуют расчетному расходу, а фильтр имеет пропускную способность 16 л/мин, что меньше расчетного, поэтому в гидросистему необходимо параллельно включить два фильтра. При этом перепад давлений на фильтрах составит

здесь

где n - число фильтров.

Таким образом, был произведен подбор гидроаппаратуры, которая удовлетворяет расчетным данным и по расходу и по давлению.

2.2. 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; 
QЦ1 - расход жидкости в полость нагнетания цилиндра; 
QЦ2 - расход жидкости из полости слива.

Аналогично могут быть уточнены значения Р и для другой гидроаппаратуры. Однако при подсчете перепада давления на фильтре величины

Для вычисления расхода QЦ2 жидкости, вытекающей из штоковой полости, необходимо найти по формуле диаметр штока d, округлить его значение до ближайшего стандартного в большую сторону по ГОСТ 12447-80 (см. выше) и найти расход

Далее вычисляем средние скорости течения масла в трубах l1 и l2 (см. рис.2) . Средняя скорость течения жидкости РЖ 1 была уже определена по (2.16). Если диаметры труб одинаковые, то

Найдем перепады давлений в трубах. Для этого вычислим числа Рейнольдса:

Зная, чему равна кинематическая вязкость v50º масла при температуре 50ºС, найдем его значение при температуре ТМ по формуле:

или по справочнику.

В табл. 2.6 приведены значения n, а в табл. 2.7 - значения вязкости масла в стоксах (1·10-4 м2/с).

Таблица 2.6

Значения показателей степени n в формуле (2.19)

v50º·10-4, м2/с	n	v50º·10-4, м2/с	n
0,028	1,39	0,373	2,24
0,0625	1,59	0,451	2,32
0,09	1,72	0,529	2,42
0,118	1,79	0,606	2,49
0,212	1,99	0,684	2,52
0,293	2,13	0,8	2,56

Таблица 2.7

Кинематическая вязкость некоторых индустриальных масел

Масло индустриальное	t, ºС	ρ, кг/м3	v50º·10-4, м2/с
И-5	50	890	0,04…0,05
И-8	50	900	0,06…0,08
И-12	50	880	0,10…0,14
И-20	50	885	0,18
И-25	50	890	0,24…0,27
И-30	50	890	0,28…0,33
И-40	50	895	0,35…0,45
И-45	50	900	0,42
И-50	50	910	0,50
И-70	50	910	0,65…0,75
И-100	50	920	0,90…1,18

Для дальнейших расчетов необходимо определить безразмерный коэффициент гидравлического трения, который зависит от режима течения жидкости.

При ламинарном режиме Т.М. Башта [3, с.29] для определения коэффициента гидравлического трения λ рекомендует при Re<2300 применять формулу

а при турбулентном режиме течения жидкости в диапазоне Re = 2 300…100 000 коэффициент λ определяется по полуэмпирической формуле Блазиуса

Если

где ΔЭ - эквивалентная шероховатость труб (для новых бесшовных стальных труб ΔЭ = 0,05 мм, для латунных - ΔЭ = 0,02 мм), то коэффициент гидравлического трения определяется по формуле А.Д. Альтшуля

Определив коэффициенты гидравлического трения &lambda, находим перепады давлений в трубах:

где ρ - плотность рабочей жидкости, кг/м3 (см. табл.2.7); 
λ1 и λ2 - коэффициент гидравлического трения для напорной и сливной гидролинии соответственно.

Перепады давлений на дросселе оставляем такими же, как и ранее (перепады давлений на дросселе зависят от степени его открытия). Зная перепады давлений, находим давления в полостях силового цилиндра:

P2 = ΔPзол 2 + ΔP2 + ΔPДР + ΔPФ

затем находим

и уточняем давление, развиваемое насосом:

PН = P1 + ΔPзол 1 + ΔP1

 

 

3. Определение основных  параметров гидроприводов вращательного  движения

 

Расчет гидроприводов вращательного движения поясним применительно к схеме, представленной на рис.3.1 Для гидромотора крутящий момент

откуда

где РДВ - перепад давлений на гидромоторе; 
ηМ - механический КПД гидромотора.

Рис.3.1 Схема гидропривода вращательного движения

Из схемы, представленной на рис.3.1, видно, что

РДВ = Р1 - Р2

где

Р1 = РН - ΔРзол 1 - ΔР1; 
Р2 = ΔРзол 2+ ΔРДР + ΔРФ + ΔР2

О выборе насосов было сказано выше, при рассмотрении гидропривода поступательного движения. Определив Р1 и Р2, находим РДВ и рабочий объем гидромотора q, который уточняем в соответствии с табличными данными гидромоторов из Прил.7 и находим перепад давлений

Расход жидкости, поступающей в гидромотор

QДВ = (qn + ΔQДВ)·z

где ΔQДВ - утечки жидкости в гидромоторе; 
z - число гидромоторов (для схемы, представленной на рис.3.1, z = 1).

Обычно в справочной литературе заданы либо утечки ΔQ*ДВ в гидромоторе при давлении Р*, либо объемный КПД η*0. Если заданы утечки ΔQ*ДВ, то утечки при давлении Р1 можно найти из выражения

Если задан объемный КПД η*0 при давлении Р*, то для определения утечек ΔQ*ДВ можно воспользоваться следующими соображениями:

Применительно к схеме гидропривода, предоставленного на рис.3.1,

QH = QДВ + ΔQзол + ΔQПК;

Утечки в золотнике ΔQзол определяем аналогично, как это было указано для утечек в гидромоторе:

Утечки через предохранительный клапан

ΔQПК = 0,1QH

При давлении Р* = 6,3 МПа для предохранительного клапана рассчитанного на расход 20 л/мин утечки жидкости через него ΔQПК составляют 100 см3/мин; рассчитанного на расход 40 л/мин - 200 см3/мин; на 80 л/мин - 200 см3/мин; 160 л/мин - 300 см3/мин. Перерасчет утечек при давлении РН следует произвести по формуле

Определив QН, уточняем подачу насоса в соответствии с Прил.7. Далее уточняем расход жидкости, сбрасываемой через предохранительный клапан в приемный бак:

ΔQПК = QН + QДВ + ΔQзол;

По табл.2.4 выбираем рекомендуемую среднюю скорость течения жидкости. И затем вместо QЦ1подставляем QДВ и находим диаметры труб (см. разд.2)

Выбирая диаметр dТ в соответствии с ГОСТ 16516-80, уточняем среднюю скорость движения жидкости

Перепады давлений в трубах Р1 и Р2 найдем аналогично (см. разд. 2.2). Подбираем гидроаппаратуру. Перепады давлений на гидроаппаратуре при расходах, отличных от номинальных, находим перепады при номинальных расходах Q* см. в табл. 2.1. Уточняем давления

 

 

4. Определение КПД гидропривода

 

4.1. Определение КПД гидропривода  при постоянной нагрузке

Общий КПД проектируемого гидропривода, работающего при постоянной нагрузке, определяют по формуле

где Nпр - затрачиваемая мощность привода (насосной установки),

здесь η - общий КПД насоса при расчетных значениях давления, расхода, вязкости рабочей жидкости и частоты вращения приводного вала насоса; Nпол - полезная мощность привода, которая определяется по заданным нагрузкам и скоростям гидродвигателей:  
для привода с гидромотором Nпол = МКР ω z; 
для привода с гидроцилиндром Nпол = R υПР z, 
где ω - частота вращения вала гидромотора, рад/сек; 
z - число гидромоторов или число силовых цилиндров, включенных в привод.

4.2. Определение КПД гидропривода  при работе в цикличном режиме

Общий КПД привода при цикличной работе

Средняя за цикл полезная мощность привода Nпол.ср: 
для привода с гидромотором:

для привода с гидроцилиндром 

где MКР i - момент, действующий на протяжении i-ой операции, Н·м; 
ωi - частота вращения гидромотора при i-ой операции, рад/сек; 
Ri - усилие, действующее на гидроцилиндр на протяжении i-ой операции, Н; 
υПР i - скорость хода поршня при i-ой операции, м/сек; 
Δti - продолжительность i-ой операции, сек; 
tЦ - продолжительность всего цикла.