Расчет потерь давления в гидроприводе

Потери давления определяются при уточненном расчете. Для удобства расчета целесообразно изобразить схему соединений гидрооборудования с обозначением диаметров и длины присоединительной арматуры трубопроводов. Необходимо также иметь точные данные по количеству и характеру всех местных сопротивлений.

Различают три вида потерь давления в гидроприводе: потери давления на трение жидкости в трубопроводе, потери давления на местных сопротивлениях и потери давления в гидроаппаратуре.

Потери давления на трение жидкости в трубопроводе определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:

где      l - коэффициент гидравлического трения;

  l – длина рассматриваемого участка трубопровода;

  d – внутренний диаметр трубопровода;

  r - плотность жидкости;

  v_Т – средняя скорость движения жидкости в трубопроводе:

На величину коэффициента l оказывает влияние режим течения жидкости. Различают два режима: ламинарный и турбулентный. Режим течения определяется безразмерным числом Рейнольдса Re. Для трубопроводов круглого сечения

где u – кинематическая вязкость жидкости при рабочей температуре.

Ламинарный режим течения переходит в турбулентный при определенном, критическом значении Re_кр = 2100…2300 для круглых гладких труб и Re_кр = 1600 для резиновых рукавов.

Если режим течения ламинарный, то коэффициент гидравлического сопротивления определяется по формуле:

;

если режим турбулентный, то

.

Потери давления на местных сопротивлениях определяются по формуле Вейсбаха:

,

где      x - коэффициент местного сопротивления;

Средние значения коэффициента x для наиболее встречающихся в гидроприводах местных сопротивлений равны:

- гидрозамки, обратные клапаны                                      2…3;

- самозапирающиеся соединительные муфты      1,0…1,5;

- штуцеры, присоединяющие трубы к агрегатам,

переходники, соединяющие отрезки труб                      0,10…0,15;

- соединительные угольники                                            1,5…2,0;

- плавные повороты труб под углом 90°                        0,12…0,15.

Значения коэффициентов остальных местных сопротивления приведены также в справочной литературе [2, 4].

Потери давления в гидроаппаратах определяются по расчетному расходу Q и параметрам, приведенным в их технических характеристиках:

,

где      Dр_мах – потери давления на аппарате при максимальном расходе Q_мах;

  n – показатель степени, для ламинарного режима n = 1,0, при турбулентном – n = 2.

Суммарные потери давления в гидролинии рассчитываются для каждого гидродвигателя в отдельности:

9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
И ВЫБОР НАСОСА.

Основные параметры насоса: номинальное давление р_н, номинальная подача Q_н, рабочий объем V_он, частота вращения приводного вала n. Выбранный типоразмер насоса должен обеспечивать работу гидродвигателей на максимальных нагрузках и скоростях. Чтобы к.п.д. гидропривода был максимальным, давление и подача, по которым обычно подбирается насос, должны быть по возможности более близки к номинальным, рекомендуемым заводом-изготовителем.

Давления насоса р_н принимается равным предварительно выбранному номинальному давлению р_ном по ГОСТ 12445-80. Подача насоса определяется по расходам гидродвигателей с учетом одновременности их работы. При неодновременной работе нескольких гидродвигателей с различными расходами подача насоса принимается равной большему расходу, а при одновременной их работе – сумме расходов.

Чтобы выбранный насос обеспечил расчетную подачу Q_н, соответствующую заданной скорости гидродвигателя, приводной вал его должен иметь следующую частоту вращения:

,

где h_он – объемный к.п.д. насоса (принимается по технической характеристике при номинальном режиме работы).

Для правильного выбора приводящего двигателя насоса гидропривода необходимо из всего разнообразия режимов, выраженных механической характеристикой двигателя, установить нормальный режим исходя из характера нагрузки гидропривода: продолжительный с постоянной нагрузкой в течение длительного времени; кратковременный при кратковременном действии пиковой нагрузки и более длительное время на холостом ходу; повторно-кратковременный с чередованием нагрузки и холостого режима.

Двигатель привода при продолжительном режиме работы следует выбирать по моменту, определенному максимально необходимой подачей насоса при максимальном его давлении.

Мощность двигателя:

,

где      М_д – момент на валу электродвигателя;

  n – частота вращения вала двигателя;

  k – коэффициент запаса, обычно k = 1,1;

  Q_н – подача насоса, р – давление нагнетания;

  h_н – к.п.д. насоса.

При кратковременном действии нагрузки двигатель можно выбирать по перегрузочному режиму. Момент в этом случае определится из выражения:

,

где      V_o – рабочий объем насоса в перегрузочном режиме;

  р_max – давление при перегрузке;

  h_max – к.п.д. насоса при k = 1,05 – коэффициент запаса.

Номинальный момент на валу двигателя:

,

где      h_н.ном – к.п.д. насоса при номинальном режиме.

Двигатель выбирают по перегрузочному моменту с проверкой по номинальному моменту М_ном. Если номинальный момент насоса превышает номинальный момент двигателя, следует двигатель выбирать по номинальному моменту на валу насоса.

Для периодически повторяющегося нагрузочного режима работы

гидропривода мощность двигателя определяется по средней мощности насоса:

,

где      К₁ – коэффициент допустимой перегрузки двигателя;

  h_i – к.п.д. насоса для i -го участка нагрузочной диаграммы;

  N_i – полезная мощность насоса на i -ом участке диаграммы;

  t_i – время соответствующее i -му участку нагрузочной диаграммы;

  t_ц – время цикла.

По значению N_ср выбирают двигатель соответствующей мощности. Номинальный момент М_ном выбранного двигателя сравнивают с эквивалентным моментом М_экв.

Эквивалентный момент определяется по формуле:

,

где M_i – момент на валу i -го участка нагрузочной диаграммы.

При несоблюдении этого неравенства двигатель использовать нельзя из-за возможности его перегрева. В этом случае следует выбирать двигатель большей мощности. Общий коэффициент гидросистемы определяется как:

,

где      N_пол – полезная мощность гидродвигателя;

  N_Н – мощность привода насоса.

Для гидродвигателей возвратно-поступательного движения полезная мощность определяется по формуле:

.

Вращательного движения:

,

где      F_ш – усилие на штоке;

v_ш – скорость перемещения штока;

n_г – частота вращения выходного вала гидромотора;

М – крутящий момент на выходном валу гидромотора.

На характеристике насоса, взятой из технического паспорта или каталога, определяют рабочую зону при его работе на трубопроводную сеть, нанеся на нее значения P_ном, Q_ном, P_max и Q_max.