Определение расхода рабочей жидкости и выбор насоса

Расчет основных параметров гидропривода

Определение давлений в полостях нагнетания и слива и определение диаметра поршня силового гидроцилиндра

Согласно схеме гидропривода составим уравнения для давлений в полостях нагнетания гидроцилиндров P₁ и в полостях слива P₂. Для этого составим схему распределения давлений в гидросистеме.

Рис.2. Схема распределения давлений в гидросистеме

Уравнения давлений P₁ и P₂ запишем в виде:

P₁ = P_H - ΔP_ДР -ΔP_{зол 1} – ΔP₁

P₂ = ΔP_{зол 2} - ΔP_Ф - ΔP₂

где P₁ – давление в нижней штоковой полости гидроцилиндра, МПа;

P₂ – давление в верхней штоковой полости гидроцилиндра, МПа;

P_Н – давление, развиваемое нерегулируемым насосом, МПа;

ΔP₁ и ΔP₂ – перепады давлений в трубах l₁ и l₂, МПа;

ΔP_ДР – перепад давления на дросселе, МПа.

ΔP_Ф - перепад давления на фильтре, МПа

ΔP_{зол 1} и ΔP_{зол 2} - перепады давлений на гидрораспределителе, МПа;

Таблица 1.

Величина полезного усилия, R	Рабочее давление в гидросистеме, PН
10…20	1,6
20…30	3,2
30…50	6,3
50…100

Согласно таблице 1 в зависимости от величины полезного усилии R примем рабочее давление в гидросистеме, т.е. давление, развиваемое насосом P_Н будет равно 6,3 МПа. Перепады давлений на дросселе примем следующим образом:

ΔP_{зол 1} = ΔP_{зол 2} = 0,2 МПа;

ΔP_ДР = 0,3 МПа;

ΔP_Ф = 0,1 МПа.

Так как перепады давлений в трубах на первой стадии расчета определить нельзя, то примем предварительно ΔP₁ = ΔP₂ = 0,2 МПа. Тогда P₁ и P₂ будут равны:

P₁ = 6,3 – 0,3 – 0,2 – 0,2 = 5,6 МПа;

P₂ = 0,2 + 0,1 + 0,2 = 0,5 МПа.

Определение диаметра поршня силового цилиндра

Составим уравнение равновесия поршней силовых цилиндров, пренебрегая силами инерции:

P₁F = P₂F + R + T,

где F – площадь поршня, м²;

R – усилие на штоках, кН;

T – сила трения, приложенная к поршню.

Сила трения T увеличивается с ростом давления жидкости в цилиндре. Ее можно определить по формуле

T = (0,02...0,1)·R = 0,1·50 = 5 кН.

Определим площади гидроцилиндра F₁ и F₂, используя соотношения

где υ_пр и υ_пх – скорости поршня при рабочем и холостом ходе.

Преобразуем уравнение к виду

Расход жидкости, поступающий в силовой цилиндр можно определить по формуле

Q = υ_п · F

Если расход жидкости, поступающий в силовой цилиндр при рабочем и холостом ходе одинаков, то

Q = υ_п · F₁ = υ_п · F₂

поэтому

Из этих выражений следует

откуда

Следовательно, выражение площади поршня в штоковой полости примет вид:

Подставляя выражения площадей F₁ и F₂ в (2), сможем определить диаметр поршня

Выбор гидроцилиндра

Принимаем стандартный диаметр цилиндра D = 125 мм. По справочнику выбираем гидроцилиндры общего назначения по ОСТ 22-1417-79 с номинальным давлением P* = 10 МПа (рис.3).

Рис.3. Поршневой гидроцилиндр двухстороннего действия по ОСТ 22-1417-79

Габаритные и присоединительные размеры выбранных гидроцилиндров, мм

D	S	d	D1	d1	d2	rmax	lmin
				M36x1,5

Поскольку ход штока S = 10D, то его на продольный изгиб можно не проверять.

Посчитаем площадь поршня в поршневой и штоковой полости

Определение расхода рабочей жидкости и выбор насоса

Определяем расход жидкости, поступающий в поршневую полость каждого силового гидроцилиндра

где υ_ПР – скорость перемещения поршня, которая определяется отношением хода поршня к времени рабочего хода

тогда

Подача насоса с учетом утечек рабочей жидкости определится по формуле:

Q_H = (Q_Ц1 + ΔQ_Ц)· z + ΔQ _зол + ΔQ_ПК,

где ΔQ_Ц – утечки жидкости в силовом цилиндре;

ΔQ_зол – утечки в золотнике;

ΔQ_ПК – утечки через предохранительный клапан;

z – число гидроцилиндров.

Утечки в силовом цилиндре ΔQ_Ц определим по формуле:

Утечки в золотнике:

Утечки через предохранительный клапан примем ΔQ_ПК = 0,1Q_Н. Подача насоса

Определим рабочий объем насоса

где n – частота вращения ротора насоса;

η₀ – объемный КПД насоса.

Выбираем по рассчитанным параметрам пластинчатый гидронасос Г12-5М с рабочим объемом 80 см³, номинальной подачей 105 л/мин, номинальным давлением 6,3 МПа и объемным КПД η₀* = 0,88 (рис.4).

Рис.4. Пластинчатый насос Г12-5М

Насос состоит из корпуса 2 с крышкой 9, между которыми размещаются статорное кольцо 11. На приводном валу 4 на шлицах установлен ротор 1, в пазах которого помещены пластины 12. Вал вращается в шариковых подшипниках 3. К торцам ротора прижаты торцевые распределительные диски 7 с четырьмя окнами для всасывания и нагнетания. Один из торцевых распределительных дисков плавающий: в начале работы насоса он поджимается к ротору пружинами 6, а во время работы - давлением жидкости, поступающей из напорной гидролинии. Герметизация насоса достигается установкой резинового или пробкового кольца 10 и манжет 5 из маслостойкой резины. Утечки повалу отводятся через дренажное отверстие 8.

Уточняем расход жидкости, сбрасываемый через предохранительный клапан в бак:

ΔQ_ПК = qnη₀ - 2(Q_Ц1 + ΔQ_Ц) - ΔQ _зол =
= 80·10^-3·1500·0,88 - 2·(42+0,045) - 0,056 = 21,45 л/мин.