Расход жидкости гидроцилиндром

Расчет внутренних перетечек жидкости. В проектируемом моментном гидроцилиндре с целью упрощения конструкции и повышения его надежности герметизацию (уплотнение) подвижных лопаток относительно боковых стенок предлагается осуществить путем выполнения весьма малого зазора между ними.

На рис. 6.10 приведена расчетная схема для определения внутренних перетечек рабочей жидкости

Рисунок 6.10 - К расчету внутренних перетечек

Длина щели по периметру одной лопатки a=2(R-r_B)+B, м. Ширина щели равна толщине лопатки δ (м).

Величину зазора между подвижной лопаткой и корпусом цилиндра обозначим через К.

С учетом принятых обозначений величина перетечек (∆Q) двухлопаточного гидроцилиндра определится как для узкой щели по формуле [3]:

где ρ_ж и ν - плотность (кг/м³ ) и вязкость (м²/с) рабочей жидкости.

При ∆р=12МПа, R=0,25м, r_В=0,105м, В=0,125м, δ=0,06м и К=0;0001м перетечки составят:

a) в летних условиях (И-50А; 40°С; ν_л=116,5·10^-6 м²/с)

или

б) в зимних условиях (АМГ-10; -40°С; ν_з=550·10^-6 м²/с)

или

Расчет расхода жидкости гидроцилиндром. Для двухлопаточного моментного гидроцилиндра ориентировочный расход жидкости (Q*, м³/с) определится по формуле [6]:

где В - ширина лопатки, м; ω - угловая скорость лопатки, ω = 0,209 1/с; η₀ - объемный КПД, предварительно принимаем η₀ ≈ 0,90.

Тогда при В = 0,125м, ω = 0,209 1/с, R = 0,25м, r = 0,15м расход жидкости составит

Теоретический расход Q_т без учета внутренних перетечек (т.е. при η₀=1,0) будет определяться по формуле

Q_т = B(R² - r² )ω

и для нашего случая составит Q_т = 62,8 л/мин.

Фактический расход жидкости гидроцилиндром

Q = Q_т +∆Q

При работе в летних условиях

Q_л = Q_T + ∆Q_л = 62,8 + 7,83 = 70,65 л/мин.

При работе в зимних условиях

Q₃ = Q_T + ∆Q_з = 62,8 + 1,78 = 64,6 л/мин.

В течение года средний объемный КПД гидроцилиндра

Расчет стенок и крышек моментного гидроцилиндра

Минимальная толщина цилиндрической части гидроцилиндра из вязкого материала (сталь) составит [16]:

где D - внутренний диаметр, D=2R=2·0,25=0,5м; [σ] - допускаемое напряжение разрыва стенки трубы по окружности, [σ]=0,35·σ_в=112 Мпа [2]; Р_пр - пробное (максимальное) давление (при p_раб=12,5 МПа Р_пр=23,75 MПa [17]); µ - коэффициент Пуансона, µ=0,3 [4].

Принимаем толщину стенки равной 16 мм.

Минимальная толщина плоской крышки [16]

Минимальная толщина крышки сферической формы [16]:

где σ_s - предел текучести стали.

Принимаем конструкцию плоской крышки. При этом учитываем следующие обстоятельства:

1. Активная часть диаметра крышки, на которую действует выпучивающая сипа, будет значительно меньше, чем учтенная в формуле (93).

2. Выпучивающая нагрузка будет действовать не на всю кольцевую часть, по наружному радиусу которой будут расположены стягивающие болты, что в несколько раз снизит изгибающий момент опасного сечения.

3. С наружной поверхности крышки предусматриваются ребра жесткости (косынки).

С учетом этих обстоятельств принимаем толщину плоской крышки равной 30 мм.

Выбор гидрооборудования

Гидроклапан давления. В качестве предохранительного клапана принимаем гидроклапан давления типа Г54-3. Его исполнение может быть резьбовое (ДГ54-34 М) или фланцевое (ПДГ 4-34 М) [13].

Техническая характеристика предохранительного гидроклапана давления ДГ54-34М:

Условный проход, мм Расход рабочей жидкости, л/мин: номинальный максимальный минимальный Давление настройки, МПа: номинальное максимальное минимальное Номинальный перепад давления, МПа Резьба Размеры, мм: длина ширина высота Вес (масса), кг

11,2 0,65 К 1¼   3,7

Фильтр приёмный устанавливается на всасывающей магистрали насоса.

Техническая характеристика фильтра ФВСМ63-80/0,25:

Номинальная тонкость фильтрации, мкм Условный проход, мм Номинальный расход, л/мин Номинальный перепад давления, МПа Вес (масса), кг

0,007 6,0

Распределитель золотниковый. Для возможности дистанционного управления гидроприводом принят трёхлозиционный четырехлинейный реверсивный золотник типа 6Г63-14 с электрогидравлическим управлением. В среднем положении линия нагнетания соединена со сливом, а обе полости моментного гидроцилиндра будут заперты [15].

Техническая характеристика гидрозолотника 6Г63-14:

Максимальное давление, МПа Расход жидкости через золотник, л/мин Утечки, см3/мин Потери давления, МПа: прямой ход обратный ход Время срабатывания, с Размеры: длина×ширина×высота., мм Вес (масса), кг Электромагниты ЭС1-6221К напряжением, В	20,0   0,30 0,30 0,3-3,0 440x172x218 29,0

Насосный агрегат

Наиболее приемлемые типы насосов для рассматриваемого привода приведены в табл. 6.35

Таблица 6.35 - Технические характеристики некоторых лопастных и шестеренных насосов [10]

Тип, марка насоса	Рабочее давление, МПа	Частота вращения, об/мин	Мощность, кВт	КПД
объемный ηо	общий η
1. Лопастные: БГ12-24 А БГ12-24	12,5 12,5		14,2 19,1	0,8 0,86	0,72 0,75
2. Шестеренные: НШ-32К (q = 31,5 см3/об) НШ-50К (q = 48,8 см3/об)	12,5   12,	960...2400   960...2400	7,2*   7,2*	0,94   0,94	-   -

Примечание: Величины, отмеченные звёздочкой *, соответствуют частоте вращения приводного двигателя n = 1 460 об/мин.

На основании предварительных расчётов и анализа характера нагрузок принят насос типа НШ-50К [10]

Техническая характеристика насоса НШ-50К

Рабочее давление, МПа Диапазон частот вращения, об/мин Коэффициент полезного действия η0 Подача (при n = 1 460 об/мин), л/мин Ресурс работы, ч Вес (масса), кг

12,5 960...2400 0,94 7,4

Для привода насоса принят электродвигатель 4A132S4Y3 (N=11 кВт; n=1 460 об/мин; U = 380 В; масса 77 кг).

Ёмкость гидробака принимаем равной двухминутной подаче насоса [1], т.е. 135 дм³. Корпус бака - из листового алюминия толщиной 5мм. Одна из боковых стенок выполняется в виде полуцилиндра с целью приближения центра тяжести к главной вертикальной оси привода. В средней части бака предусматривается переливная стенка для разделения его на две части: маслозаборную и сливную. Бак имеет крышку, на которой размещаются предохранительный клапан (ДГ54-ЗМ) и золотник (6Г63-14).