1.4.3 Расчет и выбор гидроемкостей

Гидроемкостью называют устройство, предназначенное для содержания в нем рабочей жидкости с целью использования её в процессе работы гидропривода К гидроемкостям относятся гидробаки и гидроаккумуляторы.

Гидробак служит для размещения рабочей жидкости, используемой в гидравлической системе, компенсации разности объемов рабочих полостей гидроцилиндров, компенсации потерь, охлаждения рабочей жидкости, ее отстоя, выпуска паров и воздуха.

Размеры и конструкция бака зависят от конкретных условий применения. Bажнейшим параметром является емкость. Номинальные емкости бака должны соответствовать значениям из ряда по ГОСТ 14448-80 Объем бака (полезную емкость) для гидроприводов непрерывного (или длительного) действия обычно принимают равным 2 - 3 минутной подачи насоса. Для гидроприводов кратковременого действия (однократный подъем груза, зажим на длительный период и т.п.) объем гидробака может быть принят равным 3 - 4 объемам (вместимостям) гидролиний и гидроаппаратов, включенных в них (в т.ч. насоса и гидродвигателя).

Гидробаки могут находиться под атмосферным и под избыточным давлением. Общие технические требования к бакам установлены ГОСТ 16770-86. Рекомендуемые конструкции бака для рабочей жидкости приведены в справочной литературе.

Гидроаккумулятор предназначен для аккумулирования энергии рабочей жидкости. В аккумуляторных гидроприводах гидроаккумуляторы применяют как основные источники энергии рабочей жидкости, в насосных гидроприводах - как дополнительные источники энергии жидкости: при уменьшении мощности насоса до средней мощности гидродвигателя, работающего в режиме периодических пиковых нагрузок при обеспечении мгновенного питания гидродвигателя при перемещении золотника распределителя в одну из рабочих позиций при нулевой подаче насоса; при длительной выдержке гидродвигателя под нагрузкой при практическом отсутствии расхода рабочей жидкости, например, в гидроприводе прессов, зажимных устройств и т.п. Гидроаккумуляторы также применяют для уменьшения пульсации давления в напорных гидролиниях, защиты гидросистем от возможных гидравлических ударов, а также компенсации изменения объема рабочей жидкости при изменении её температуры.

Рекомендуется использовать пневмогидроаккумуляторы типов: АР, АПГ-Б-20, ТГЛ10 843. Вместимость аккумулятора рассчитывается исходя из yтечек в системе, питаемой им, и длительности его действия, определяемой цнклограммой работы гидропривода. Общие технические требования к гидроаккумуляторам устанавливает ГОСТ 16769-84.

1.5 Определение объемных утечек и расчет потерь давления в гидроприводе

Объемные утечки рабочей жидкости в гидроприводе обусловлены зазорами между неподвижными и подвижными сопрягаемыми парами в различных элементах и перепадах давлений в этих зазорах. Суммарные утечки жидкости складываются из утечек в гидроаппаратах, используемых в проектируемом гидроприводе, т.е.

, (27)

где - утечки в гидродвигателе;

- утечки в золотнике;

- утечки в дросселе;

- утечки в предохранительном клапане;

- утечки в фильтре.

Утечки жидкости в гидрооборудовании (золотнике, дросселе, фильтре, предохранительном клапане и т.д.) принимаются по технической характеристике. В случае отсутствия данных для отдельных агрегатов гидропривода, утечками пренебрегают

Для определения утечек жидкости в гидроприводе пользуются также приближенной формулой

,

где - утечки жидкости, см³/с;

р- давление (или перепад давления), Н/см²;

k_y- коэффициент утечек, см⁵/Нс, значения которых для некоторых гидроагрегатов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Тип гидравлического агрегата	ky,см^5/Нс
Насосы	0,05-0,50
Золотниковые распределительные устройства	0,002
Силовые гидроцилиндры с металлическими поршневыми кольцами	0,002

Необходимая подача насоса при параллельной работе гидродвигателей равна сумме их максимальных расходов и утечек жидкости в гидроприводе

. (28)

При последовательном срабатывании гидродвигателей (или одном гидродвигателе) подача насоса определяется по гидродвигателю, имеющему максимальный расход с учетом утечек жидкости в его линии, т.е.

. (29)

Потери давления в гидроприводе складываются из потерь в трубопроводах и гидравлической аппаратуре, т.е.

, (30)

где - потеря давления в трубопроводе, Па;

- сумма потерь давления во вcex агрегатах гидропривода, Па.

Потери давления в гидролиниях определяют как сумму потерь по длине и в местных сопротивлениях по известным уравнениям Дарси-Вейсбаха

, (31)

где - гидравлический коэффициент трения;

l - длина линии, м;

- внутренний диаметр линии, м;

- плотность рабочей жидкости, кг/м³;

- скорость движения рабочей жидкости в гидролинии, м/c

и Вейсбаха

, (32)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений на рассматриваемом участке гилролинии.

Гидравлический коэффициент трения зависит от режима движения, определяемого значением критерия Рейнольдса. При ламинарном режиме движения зависит только от значения критерия Рейнольдса, а при турбулентном - ещё и от шероховатости стенок трубопроводов .

Поскольку в трубопроводах гидроприводов движение рабочей жидкости не изотермическое, трубопроводы короткие (велико влияние начального участка) и имеют большое количество изгибов, приводящих к овальности участков трубопроводов и искажению профиля скоростей в них, то при расчете по формуле Пуазейля

(33)

значения коэффициента А принимаются: А = 80, если Re < 500;

А = 130, если 500 < Re < 800, А = 150, если 1800 < Re < 4000.

В том случае, если толщина вязкого подслоя, определяемая по формуле

, (34)

больше высоты элементов шероховатости выбранной трубы (труба гидравлически гладкая), то при турбулентном режиме движения (Re > 4000) гидравлический коэффициент трения рассчитывают по формуле Блазиуса

. (35)

Если же труба гидравлически шероховатая ( ), то целесообразно использовать формулу Альтшуля

, (36)

где - эквивалентная шероховатость трубы.

Другие расчетные зависимости для и приведены в справочной литературе.

Коэффициенты местных сопротивлений для конкретных местных сопротивлений определяют экспериментально. Их значения также можно найти в справочной литературе. Если местные сопротивления на трубоповоде расположены друг от друга на расстоянии не ближе 20 d,. то значения их коэффициентов сопротивления суммируются (принцип наложения потерь). Если же местные сопротивления расположены друг от друга на более близком расстоянии, то они объединяются в новый вид местного сопротивления, для которого необходимо определить значение .

Тогда суммарные потери давления в трубопроводах (гидролиниях) будут

. (37)

По формуле (37) следует рассчитать потери давления в каждой линии (всасывающей, напорной и сливной).

Гидроаппараты, установленные на различных участках гидролиний, являются местными сопротивлениями. Часто потери давления в гидроаппаратах нельзя определить по формуле (32) из-за отсутствия данных о значениях коэффициентов местных сопротивлений и их определяют, пользуясь параметрами, приведенными для номинального расхода жидкости в технических характеристиках. Для того, чтобы найти потери давления в любом гидроагрегате для расхода жидкости в проектируемом гидроприводе можно использовать соотношение

, (38)

где - потери (перепад) давления при номинальном расходе жидкости (данные из технических характеристик гидроагрегата);

Q - расход жидкости в проектируемом гидроприводе.

При расчете потерь давления необходимо изобразить схему гидропривода с разбивкой ее на отдельные участки с указанием их диаметров и длин, давлений, скоростей движения рабочей жидкости и режимов (значении Re).

Необходимое давление насоса определяется по сопротивлению линии наиболее нагруженного гидродвигателя при параллельном их включении, а при последовательном соединении гидродвигателей - по суммарному сопротивлению всей линии и давлению в гидродвигателе (гидродвигателях), т.е.

. (39)

Насос выбирается в зависимости от двух параметров: давления и подачи .

Давление насоса должно быть достаточным для обеспечения необходимого усилия исполнительного силового агрегата и возместить потери в гидроагрегатах.

По полученным значениям и в каталогах или справочной литературе подбирается насос.

Рекомендуется принимать насос пластинчатого типа, так как эти насосы очень надежны в работе, долговечны и стоимость их невысока. В случае недостаточности давлений, развиваемых пластинчатыми насосами, следует принимать шестеренный насос. Поршневые и плунжерные насосы принимаются в том случае, если требуются значительные рабочие давления.

Подпиточный насос для закрытых гидроприводов рекомендуется подбирать по давлению 0,6 - 1,2 МПа и подаче 9 - 12% от подачи основного насоса.

Насосы выбираются по возможности меньшими с запасом подачи (50 - 100) 10^-6 м³/c. Запас необходим вследствие того, что подача покупных пластинчатых и шестеренных насосов может быть на 10% ниже среднего значения, указанного в паспорте (в паспортах поршневых насосов указывается наименьшая подача). Если рабочее давление меньше допустимого (20 - 30% ниже максимального), то запас подачи может быть меньшим, так как в паспортах насосов указывается подача при максимальном давлении . При рабочем давлении подачу насоса можно подсчитать по формуле

, (40)

где - объемный КПД насоса при максимальном давлении;

- КПД гидросистемы (без насоса).

В пояснительной записке необходимо привести эскиз выбранного насоса, описать его устройство и принцип работы.