2.2. Выбор и расчет основных параметров

Для выполнения заданных внешних параметров необходимо выбрать или рассчитать основные внутренние параметры гидропривода. Обычно выбор производится на основном расчетном (номинальном) режиме, параметры которого Р_н*_, Q _н*, Р_г*_, Q _г* помимо основных внешних параметров должны обеспечить максимальную эффективность и диапазон управления.

Кроме того, для предварительной оценки основных характеристик гидропривода следует произвести выбор и расчет ряда других параметров:

• тип насоса в зависимости от уровня давления, частоту вращения насоса n_н;

• КПД насоса и гидродвигателя _он, _тн, _ог, _тг в зависимости от типа выбранного насоса;

• параметры клапана Р_ко – давление начала открытия клапана и угол  наклона характеристики, аппроксимированной для простоты линейной зависимостью;

• параметры управляющего дросселирующего устройства.

В результате выбора параметров формируются исходные данные для расчета основных характеристик, выбора и расчета гидромашин и других элементов гидропривода.

Следует иметь в виду, что выбранные параметры в дальнейшем могут быть скорректированы, если при расчете характеристик выясняется невозможность выполнения условий технического задания. Может также появиться необходимость изменения отдельных пунктов сопротивлений, параметры вспомогательных режимов, если их выполнение сопряжено с неоправданным усложнением схемы или с необходимостью выбора нерациональных параметров.

Выбор и расчет параметров в существенной мере определяется особенностями выбранной схемы гидропривода.

2.2.1. Простейшая схема с постоянным давлением питания.

Р_пит.=Р_н = const .

Выбор параметров производится так, чтобы на расчетном режиме обеспечить максимальный КПД процесса управления *_пу=0,385. При этом Р*_г =2Р*_н/3 и Q _г*= Q _н*/ .

Для обеспечения постоянства давления питания необходимо, чтобы потребная характеристика на всех режимах, включая холостой, пересеклась с клапанной ветвью располагаемой характеристики, т.е., чтобы потребное давление на всех режимах работы гидропривода было не меньше давления начала открытия клапана Р_потр.Р_ко. Приравнивая минимальное потребное давление (давление, развиваемое в гидроприводе при полностью открытом управляющем дросселе) давлению Р_ко , получим:

(2.1)

при

– подача насоса при Р = Р_ко .

Условие (2.1) с использованием соотношения позволяет подобрать потребную площадь f_др:

• одиночный дроссель в сливной или нагнетательной магистрали

; (2.2)

• управляющий четырехщелевой гидрораспределитель (эквивалентен двум одинаковым дросселям, установленным в нагнетательной и сливной магистралях)

. (2.3)

Однако на стадии выбора параметров отсутствуют данные по гидравлическим сопротивлениям. Поэтому окончательный выбор параметров управляющего гидрораспределителя приходится производить после расчета характеристик гидрораспределителя и гидропривода.

Исходными данными являются значения нагрузки и скорости на основном расчетном режиме. Обычно в качестве расчетного режима принимается режим с максимальной нагрузкой (рабочая подача).

Выбор величины давления насоса является очень ответственной задачей. Малые значения давлений приводят к возрастанию габаритов и веса, но вместе с тем способствуют плавной и устойчивой работе; большие давления, снижая габариты и вес, усложняют конструкцию и эксплуатацию гидросистемы. Как правило, давление насоса принимают тем больше, чем больше нагрузка или мощность приводимого в движение механизма.

Последовательность выбора приведена в табл.2.1.

Т а б л и ц а 2.1

№ п/п	Искомый параметр	Рекомендация для выбора или расчетная формула	Размерность
1	2	3	4
1	Исходные данные на расчетном режиме	R* , v*г или М*, *	Н; м/с Н^.м; 1/с
2	Давление насоса, Р*н	Выбирается по статистическим данным	Па (МПа)
3	Тип насоса	В зависимости от уровня Р*н
4	Частота вращения насоса nн	Подбирается по частоте вращения приводного электродвигателя	об/мин (об/с)
5	Тип гидромотора	По типу насоса
6	Тип гидроцилиндра	В зависимости от схемы подключения, при отсутствии особых условий – с односторонним штоком и подводом жидкости в поршневую полость
Окончание табл. 2.1
1	2	3	4
7	Объемный, механи-ческий и общий КПД насоса	По табл.6.1 раздела 6 в зависимости от типа выбранных насоса и гидродвигателя	б/р
8	Давление начала от-крытия клапана, Рно	Рно = 0,8…0,9 Рно	Па (МПа)
9	Давление клапана на расчетном режиме, Рн	Рн = Р*н	Па (МПа)
10	Давление гидродви-гателя на расчетном режиме, Р*г	Р*г =2 Р*н/3	Па(МПа)
11	Расход гидродвигателя на расчетном режиме, Q*г	Q*г=R*v*г/Р*г или Q*г=М**/Р*г	м^3/с (л/с) м^3/с (л/с)
12	Подача насоса на рас-четном режиме, Q*н	Q*н = Q*г	м^3/с (л/с)
13	Расход через клапан на расчетном режиме Q*н	Q*н= Q*н- Q*г	м^3/с (л/с)
14	КПД процесса управления на расчетном режиме		б/р

По результатам расчетов строятся характеристики насоса, клапана и насосной установки (см.рис.1.4, 2.1, 2.2, 2.3).

2.2.2. Простейшая схема с переменным давлением питания. В этом случае при выборе параметров необходимо приближенно оценить размеры гидродвигателя (эффективную площадь поршня гидроцилиндра или рабочий объем гидромотора).

Давление и расход гидродвигателя на расчетном режиме выбираются по соотношениям Р*_г=0,7…0,9 Р*_н и Q*_г = v*_гF_эф (или Q*_г=*V_ог/2). Подача насоса принимается на 1015 % выше расхода Q*_г.

Управляющий дроссель подбирается так, чтобы на расходе Q= Q*_н потери полностью открытого дросселя составляли Р_др0,2…0,5 МПа.

Последовательность выбора приведена в табл. 2.2.

Т а б л и ц а 2.2

№ п/п	Искомый параметр	Рекомендация для выбора или расчетная формула	Размер- ность
1	Исходные данные на расчетном режиме	R*, v*г или М*, *	Н; м/с или Н^.м; 1^.с
27 89	См. п/п 27 табл.2.1 См. п/п 8-9 табл.2.1
10	Давление гидродвигателя на расчетном режиме	Р*г=0,7 …0,9 Р*н	Па(МПа)
11	Эффективная площадь гидроцилиндра	Fэф=R*/(P*г мг)	м^2
12	Рабочий объем гидро-мотора	Voг=М*2/(Р*гмг)Q	м^2/об
13	Расход гидродвигателя на расчетном режиме	Q*г= v*гFэф или Q*г=*/2Vог
14	Подача насоса	Q*н=1,1…1,15 Q*г
15	КПД процесса управления на расчетном режиме
16	Площадь дросселя один дроссель в сливной магистрали четырехщелевой управляющий гидрораспределитель
где р др=0,20,5 МПа

2.2.3. Простейшая схема с несколькими расчетными режимами. Если в качестве дросселирующего устройства применяется управляющий гидрораспределитель, то при соответствующем управлении (например «по пути») можно на протяжении рабочего хода реализовать несколько рабочих подач РП1, РП, …

В этом случае предлагается выбрать два противоположных режима (режим максимальной нагрузки R_max и М_max и режим максимальной скорости v_max или _max) в качестве расчетных.

На режиме максимальной нагрузки принимаем р*_г=0,75…0,9 р*_н. Меньшие значения (р*_г0,75 р*_н) – невыгодны из-за недогрузки насоса, при р*_г>0,75 р*_н могут ухудшиться разгонные свойства гидродвигателя, т.к. время его выхода на стационарный режим в основном определяется разностью р=р_нр_г.

По выбранному давлению р*_г оценивается эффективная площадь гидроцилиндра или рабочий объем гидромотора.

Подача насоса назначается на режиме максимальных скоростей

Q**_н=1,1…1,15 v_maxF_эф или Q**_н=1,1…1,15_maxv_ог/(2).

Следует иметь в виду, что в данном случае параметры Q*_н и Q**_н относятся к разным режимам с разными _пу.

Площадь проходного сечения управляющего дросселя рассчитывается в зависимости от используемой насосной установки (с постоянным или переменным давлением питания) и от типа дросселя.

Последовательность выбора приведена в табл.2.3.

Т а б л и ц а 2.3

№ п/п	Искомый параметр	Рекомендация для выбора или расчетная формула
1	2	3
1	Исходные данные на режиме Rmax или Мmax на режиме vmax или max	R*max или М*max v*max или *max
27	Смотри п.п. 27 табл.2.1.
8 ,9	Смотри п.п 8,9 табл.2.1.
Окончание табл.2.3
1	2	3
10	Давление гидродвигателя на режиме максимальной нагрузки	р*г=0,75…0,9 р*н , Па(МПа)
11	Эффективная площадь гидроцилиндра	Fэф=R*max/(P*гмг), м^2,
12	Рабочий объем гидромотора	Vог=М*max2/( P*г мг), м^3/об
13	Расход гидродвигателя на режиме - гидроцилиндр - гидромотор
14	Подача насоса
15	Площадь дросселя при постоянном давлении дроссель только в сливной магистрали четырехщелевой управ-ляющий гидрораспреде-литель (идеальный)	, м^2 , м^2
16	Площадь дросселя при пере-менном давлении питания дроссель только в сливной магистрали - четырехщелевой управляющий гидрораспределитель (идеаль- ный)	, м^2 , м^2
р др=0,20,5^.10^6 Па

2.2.4. Нерегулируемый гидропривод. В этом случае процедура выбора параметров получается наиболее простой. Так, давление насоса гидродвигателя и подача насоса, расход гидродвигателя попарно равны на всех режимах работы. Так как управление отсутствует, то КПД процесса управления, которое оценивает потери при дроссельном управлении, равен единице или, в случае учета гидравлических потерь, - КПД трубопровода.

Последовательность выбора параметров приведена в табл.2.4.

Т а б л и ц а 2.4

№ п/п	Исходный параметр	Рекомендация для выбора или расчетная формула
1	Исходные данные на номинальном режиме	R*, v*г или М* ,*
27	Смотри п.п. 27 табл.2.1
8	Давление гидродвигателя и насоса на номинальном режиме	На стадии выбора можно принять Ртр=0 и Р*г = Р*н
9	Эффективная площадь гидроцилиндра или рабочий объем гидромотора	Fэф=R*/(P*г мг), м^2 Voг=М*2/(Р*гмг) ,
10	Расход гидродвигателя на расчетном режиме гидроцилиндр гидромотор	, ( )
11	КПД процесса управления на расчетном режиме	*пу = 1

2.3. Пример.

Выбрать и рассчитать основные параметры гидропривода с дроссельным цикловым управлением и с постоянным давлением питания, имеющего следующие внешние параметры (табл.2.5):

Таблица 2.5

Параметры. Этапы цикла	Ход, м	Скорость, м/с	Нагрузка, кН
ИП БП РП Рв БО Стоп	0 0, 18 0, 02 0 0,2 0	0 0,02 0,15 0 - 0	0 0 10 0 0 0

2.3.1. Выбор схемы и рабочей жидкости. Так как нагрузка задана только на рабочем режиме, то в соответствии с рекомендациями первого раздела можно выбрать простейшую схему с управляющим четырехщелевым гидрораспределителем (см.рис.1.3).

В условии задачи нет особых требований к рабочей жидкости, поэтому можно выбрать любую жидкость из рекомендованных в седьмом разделе, например, индустриальное масло И20 с параметрами =890 кг/м³ и =20^.10^-6 м²/с (при 50^оС) см. табл.7.1.