Мощность насоса и тепловыделения гидропривода

Мощность на валу насоса находим по формуле (6.65):

· / ( · ).

а) При работе гидроцилиндра ( =0,00159 м³/с):

-летом = 15,33 · 10⁶ · 0,00159 / (0,965 · 0,935) = 27015 Вт,

- зимой = 16,11 · 10⁶ · 0,00159 / (0,965 · 0,935) = 28 389 ВТ.

б) При работе гидромотора ( =0,00154 м³/с):

- летом = 15,07 · 10⁶ · 0,00154 / (0,965 · 0,935) = 24 922 Вт,

- зимой = 15,74 · 10⁶ · 0,00154 / (0,965 · 0,935) = 26 030 Вт.

По циклограмме (рис. 6.5) видно, что один цикл работы гидропривода состоит из двух фаз работы цилиндра Ц и одной фазы мотора М. Условно принимая длительность всех трех фаз цикла одинаковыми, найдем усредненный общий КПД ( η_ср ) привода по формуле:

· / + 1 · :

- летом (2·27015·0,727+1·24922 · 0,75)/(2·27015+1·24922)=0,734,

- зимой (2·28389·0,691+1·26030 · 0,718)/(2·28389+1·26030)=0,699.

Средняя мощность на валу насоса за цикл:

- летом = (2· 27015 + 1· 24922) /3 = 26317 Вт,

- зимой = (2· 28389 + 1 · 26030)/3 = 27603 Вт.

Мощность теплового потока от гидропривода по формуле (68):

=(1-ή ) · · К_п· К_д,

где К_п – коэффициент продолжительности работы под нагрузкой; принимаем К_п = 0,7,

К_д – коэффициент использования номинального давления; принимаем К_д = 0,7.

Итак:

- летом Δ = (1-0,734) 26317 · 0,7 · 0,7 = 3430 Вт,

- зимой Δ = (1-0,699) 27603 · 0,7 · 0,7 = 3071 Вт.

Из сравнения показателей , , Δ видно, что усредненные КПД гидропривода в летнее время на 5% выше, чем в зимнее (0,734: 0,699 = 1,050). При этом средняя мощность насоса в летнее время ниже, чем в зимнее на 4,3% (26317 : 27603 = 0,953). Это объясняется изменением вязкости масла в гидросистеме (9,87 сСт – летом при = 60ºС и зимой 19,87 при 40ºС).

Тепловой расчет гидропривода

Тепловой расчет выполняем для установления условий работы гидропривода и выявления технических приемов изменения теплообмена его элементов.

1. Находим площадь теплоотдачи маслобака

=6,5 · = 6,5 · =

2. Площадь теплоизлучающих поверхностей всех элементов гидропривода (трубопроводов, насоса, гидроцилиндра, гидромоторов, распределителя)

где - коэффициент, равный 1,4 … 3,2 (см. табл. 6.29); принимаем =2,4.

Установившаяся температура рабочей жидкости в гидроприводе по (71)

= + Δ ,

где К – коэффициент теплоотдачи от всех поверхностей гидрооборудования, принимаем К = 15 Вт/м²· ºС.

- летом ( = +30ºС) = +30+3430/(15·5,33) =75ºС,

- зимой ( = -30ºС) = -35+4071/(15·5,33) =16ºС.

Полученные расчетом установившиеся температуры отличаются от допускаемых температур жидкости t_доп, принятых в п. 6.7.9 и равных: летом +60ºС, зимой+40ºС. Поэтому в летнее время необходимо усилить охлаждение, чтобы снизить температуру с = 75ºС до t_доп=60ºС, а в зимнее – наоборот уменьшить теплообмен и повысить = 16ºС до t_доп= 40ºС. Добиться этого можно установкой дополнительного узла в гидросистему – теплообменника, или устройством оребрения стенок маслобака и снижением коэффициента теплоотдачи – К.

В нашем случае принимаем второй способ:

а) Оребряем вертикальные стенки бака путем приварки стальных полос шириной по 60 мм; это снизит температуру рабочей жидкости до t_доп = 60ºС в летнее время. Площадь этого оребрения (с учетом обеих сторон каждого ребра) должна быть не менее:

)/( (3430-15· 5,33·30)/(15·30)=2,29

где = 60 - 30 = 30ºС.

б) В зимнее время для снижения теплообмена и повышения температуры с =16ºС до t_доп = 40ºС предусматриваем укрытие оребренного маслобака мягким теплоизолирующим чехлом (ватин, асбестовая ткань и др.) Снизив таким образом коэффициент теплоотдачи с 15 до 7,0 Вт/ · ºС, получим установившуюся температуру в зимнее время, равной:

= -35+4071 / [7,0 · (5,33+ 2,29)] = 41ºС.

ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРИВОДА ШТЫРЕВОГО КРАНА С МОМЕНТНЫМ ГИДРОЦИЛИНДРОМ

Исходные данные. Гидравлическая схема

Момент М=5,0 тс·м (50000 Н·м).

Угловая скорость ω = 0,209 1/с (n = 2 об/мин).

Угол поворота α =90 …135º.

Температурные условия: минус 40º С … плюс 40ºС.

Кран работает эпизодически, на открытом воздухе. В зимнее время рабочая жидкость – не прогревается.

Рисунок 6.8 - Гидравлическая схема гидропривода: 1 - гидробок; 2 - фильтр; 3 — насос; 4 — гидрораспределитель; 5 — моментный гидроцилиндр; 6, 7 - трубопроводы; 8 - предохранительный клапан; 9 - манометр; 10 – вентиль

Рабочая жидкость

Для заданных температурных условий (t= +40ºC – летом; t= -40ºC зимой) в качестве рабочей жидкости принимаем:

- для летних условий – масло Индустриальное И-50А (ГОСТ 20799-88).

- для зимних условий – масло АМГ – 10 (ГОСТ 6794 - 75).

Таблица 6.34 – Технические характеристики масел И-50А и АМГ -10

Показатели	Летнее И-50А	Зимнее АМГ-10
Вязкость при 50ºС и атмосферном давлении, м2 /с Температура (ºС): вспышки застывания Плотность, кг/м Предел рабочих температур 0 С Вязкость (м2/с) при: + 40 ° С и 12,5 Мпа - 40 °С и 12,5 МПа	50 • 10-6 -20 +10…+70   74,5 • 10-6 116,5 • 10-6	10 • 10-6 -70 -50…+60   400 • 10-6 500 • 10-6

Вязкость масел очень сильно зависит от температуры и давления. Для пересчета коэффициента вязкости на конкретные условия работы (t°C; Р) воспользуемся формулами [1,2,3,8]:

ν_t = ν₅₀·(50/t)ⁿ,

ν_p = ν_t·(1 + k·p)

где ν_t, ν₅₀ - вязкость масла при температуре t и при t=50°С,

n -показатель степени, зависящий от исходной величины ν₅₀. Для диапазона температур от 30 до 150°С величина n находится по формуле [9]

n = 0,847 + 0,412·

ν_p - вязкость масла при давлении Р,

р - давление в гидросистеме, МПа,

k - коэффициент, равный: k = 0,02 - при ν₅₀<15 сСm, k = 0,03 - при ν₅₀>15cCm.

Для выбранных жидкостей (И - 50А и АМГ - 10) фактическая вязкость масел составит:

а) для И - 50А (в летних условиях t = 40°С и Р = 12,5 МПа)

ν_л = 50·(50/40 )^{23 65}·(1 +0,03-12,5)= 116,5 сСm,

где 2,365 -показатель n, определенный по (74) при ν₅₀ = 50 сСm.

б) для АМГ - 10 (в зимних условиях t = -40°С и Р = 12,5 МПа).

ν_з = 400·(1 + 0,03-12,5) = 550сСт,

где 400 -вязкость масла АМГ - 10 при t = -40°[8].