Выбор трубопроводов и расчет толщины их стенок
Цели и условия расчета
Цели: выбрать дизель, насос, МГ для зимы и для лета, гидроцилиндр, трубопроводы, распределитель, предохранительные клапаны, фильтры.
Условия: движение РО установившееся, температура МГ оптимальная.
 |
| |
| БОПК |
| |
 |
| Б |
 |
| |
| |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Рисунок 1.1 – Расчетная схема к расчету основных параметров ГП Алгоритм расчета и расчет
Мощность на РО 
, Вт:
, (1.1)
где 
Необходимая мощность дизеля Рд, Вт 
:
(1.2)
где 
– коэффициент запаса ( 
); 
– коэффициент снижения выходной мощности (у дизеля с однорежимным регулятором при среднем режиме работы 
); 
– КПД от вала дизеля до РО.
(1.3)
где 
– КПД передачи привода насоса ( 
); 
– полный КПД насоса ( 
); 
– КПД, учитывающий потери мощности на пути от насоса до гидродвигателя и от гидродвигателя до бака ( 
); 
– полный КПД гидродвигателя ( 
– для гидроцилиндра); 
– КПД передачи между гидродвигателем и рабочим органом ( 
);
Выбран ближайший больший по мощности дизельный двигатель ЯМЗ-238 НД 
.
Номинальная мощность двигателя РД =158 кВт.
Номинальная частота вращения вала двигателя nД =28,33 об/с.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ГП М312.29.00.00.00 ПЗ |
: 
(1.4)
где РРО – мощность на рабочем органе, кВт.
.
Ориентировочно желаемое давление принято из стандартного ряда: 
Требуемая мощность на валу насоса 
, Вт:
(1.5)
Для привода РО выбран ближайший меньший по мощности насос A11VO 
.
Таблица 1.1 – Характеристики насоса
| Марка насоса | A11VO |
| Рабочий объем qн,см3 | |
| Давление, МПа номинальное рном максимальное рмакс | |
| Частота вращения валов, об/с номинальная nном максимальная nмакс | 42,5 |
Номинальная мощность на валу  , кВт | |
КПД полный  объемный  | 0,9 0,95 |
Кинематическая вязкость МГ,  : максимальная пусковая оптимальная минимальная кратковременная | 20 – 35 |
| Необходимая тонкость фильтрации МГ |
Необходимая частота вращения вала насоса nН необх, об/с, из условия получения необходимой мощности :
(1.6)
об/с.
Насос форсирован по частоте, т.к. 
Передаточное отношение привода насоса uПН :
. (1.7)
.
Производительность насоса QН, м3/с:
(1.8)
Выбор гидроцилиндра
Скорость РО 
следовательно, необходима ускоряющая передача.
Продолжительность работы РО 
, скорость выдвижения штока 
Перемещение рабочего органа, м:
(1.9)
Передаточное отношение привода:
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ГП М312.29.00.00.00 ПЗ |
(1.10) 
Необходимый ход штока, м:
Полученный требуемый ход штока ( 
) слишком велик. Уменьшим передаточное отношение. Для этого уменьшим скорость штока, 
Передаточное отношение:
Необходимый ход штока 
, м:
(1.11)
Необходимая сила на штоке при выталкивании, Н:
(1.12)
Необходимый диаметр поршня, м:
(1.13)
Выбран гидроцилиндр с ближайшим большим диаметром поршня и необходимым ходом штока.
Таблица 1.2 – Характеристики гидроцилиндра
| Диаметр поршня D,мм | Диаметр штока d,мм | Ход штока  , мм | Сила на штоке при выдвижении,  | Сила на штоке при втягивании, |
Сила на штоке при выдвижении 
,Н:
(1.14)
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ГП М312.29.00.00.00 ПЗ |
Сила на штоке при втягивании ,Н:
Выбор МГ
Для летнего периода работы принято масло МГ-46В, для зимнего – МГ-15В (ВМГЗ).
Таблица 1.3 – Рекомендуемые и кратковременно допустимые температуры МГ
| Марка жидкости | ν = 1600 мм2/с максимально допустимая вязкость при запуске | ν = 100 мм2/с верхний рекомендуемый предел | ν = 36 мм2/с оптимальная вязкость | ν = 16 мм2/с нижний предел рекомендуемой вязкости | ν = 12 мм2/с минимальная допустимая вязкость |
| МГ-46В (МГЕ-46В) | -15(Tmin) | +25 | +50(Tопт) | +70 | +80(Tmax) |
| МГ-15В (ВМГЗ) | -35 | -5 | +20 | +40 | +50 |
Выбор распределителя
Для управления гидроцилиндром выбран трехпозиционный, четырехлинейный распределитель с закрытым центром и электрогидравлическим управлением.
Таблица 1.4 – Характеристики распределителя
| Тип распределителя | 1Р |
| Диаметр условного перехода, мм | |
| Расход рабочей жидкости, л/мин: -номинальный -максимальный | |
| Номинальное давление в напорной линии, МПа | |
| Схема исполнения | с закрытым центром |
| Вид управления | электро-гидравлическое |
| Упрощенное обозначение | 1Р.ЕХ.20.44 |
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ГП М312.29.00.00.00 ПЗ |
Расход в сливной линии при втягивании штока гидроцилиндра больше расхода насоса в φ раз (для выбранного гидроцилиндра φ =1,65).
Расход в сливной линии 
м3/с:
Пропускная способность фильтровальной установки 
, л/мин:
(1.19)
Таблица 1.5 – Характеристики фильтров
| Марка (тип) фильтра | Количество фильтров | Тонкость фильтрации, мкм | Номинальный расход, л/мин | Суммарный расход, л/мин |
| 1.1.40 – 25 |
ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЁТ ПРИВОДА
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ГП М312.29.00.00.00 ПЗ |
Цели и условия расчета
Цели: определение потерь давления на пути от насоса до гидроцилиндра и до бака, сил на штоке гидроцилиндра и на рабочем органе, корректировка параметров привода при необходимости.
Условия: движение рабочего органа установившееся, температура оптимальная; расход в сливной линии при втягивании штока 
| Б |
| Н |
| Ц |
| Р |
| Р |
| ТС |
| АТ |
| Ф |
| Насос – гидроцилиндр |
| Гидроцилиндр – сливная линия |
| Сливная линия – бак |
1,2,4,5,7,8,10,11,14,15,16,17,20,21,23,24,26,27,28,29,30,31,33,34,35 – соединения, штуцеры; 6,25 – крестовины; 3,9,12,13,18,19,22,32 – тройники; – повороты; 36 – выход в бак
Рисунок 3.1 – Расчетная схема к определению потерь давления на пути «насос-гидроцилиндр-бак»
Определение потерь давления
Число Рейнольдса, 
:
(3.1)
где 
– скорость МГ фактическая, м/с; 
– внутренний диаметр трубопровода, м; 
– кинематическая вязкость жидкости; 
– кинематическая вязкость МГ в напорной линии; 
– кинематическая вязкость МГ во всасывающей линии.
При 
скорость МГ в сливной линии фактическая, м/с:
Числа Рейнольдса для напорного и сливного трубопроводов:
Так как в напорной линии 
, то течение ламинарное. В сливной линии 
, следовательно, течение турбулентное.
Для ламинарного режима коэффициент потерь давления по длине вычислен по формуле:
(3.2)
Для турбулентного режима коэффициент потерь давления по длине[1]:
, (3.3)
Линейные потери давления 
, Па:
(3.4)
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ГП М312.29.00.00.00 ПЗ |
,Па: 
(3.5)
где 
- коэффициент местных сопротивлений, приведенный к скорости v, т.е. к скорости в примыкающем трубопроводе:
=0,1 – для штуцеров, тройников, соединений;
=0,2 – для крестовин;
=0,5 – для поворотов;
=20 – для термостата и распределителей;
=50 – для фильтра;
=70 – для теплообменника;
=1 – для выхода сливного трубопровода в бак.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ГП М312.29.00.00.00 ПЗ |
Таблица 3.1 - Потери давления на пути Н-ГЦ и ГЦ-Б
| Марка МГ-46В. Температура МГ +50 0С. Кинематическая вязкость 36 мм2/с. | ||||||||||||
| Участок | Потери | Номера элементов |  , м |  , м |  ,  | ,  |  |  |  Па |  |  ,Па |  ,Па |
| Н-ГЦ | Линейные | 0,027 | 0,0029 | 0,04 | ||||||||
| Местные | 1-15 | 23,1 | ||||||||||
| ГЦ-СЛ | Линейные | 0,044 | 0,0048 | 3,16 | 0,04 | |||||||
| Местные | 16-24 | 3,16 | 21,9 | |||||||||
| СЛ-Б | Линейные | 0,044 | 0,0048 | 3,16 | 0,04 | |||||||
| Местные | 25-36 | 3,16 | 142,7 | |||||||||
Сумма потерь давления  1134000 Па |
, (3.6)
Цели и условия расчета
Цели: выбрать дизель, насос, МГ для зимы и для лета, гидроцилиндр, трубопроводы, распределитель, предохранительные клапаны, фильтры.
Условия: движение РО установившееся, температура МГ оптимальная.
| |
| |
| БОПК |
| |
| |
| Б |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
Рисунок 1.1 – Расчетная схема к расчету основных параметров ГП Алгоритм расчета и расчет
Мощность на РО , Вт:
, (1.1)
где
Необходимая мощность дизеля Рд, Вт :
(1.2)
где – коэффициент запаса ( ); – коэффициент снижения выходной мощности (у дизеля с однорежимным регулятором при среднем режиме работы ); – КПД от вала дизеля до РО.
(1.3)
где – КПД передачи привода насоса ( ); – полный КПД насоса ( ); – КПД, учитывающий потери мощности на пути от насоса до гидродвигателя и от гидродвигателя до бака ( ); – полный КПД гидродвигателя ( – для гидроцилиндра); – КПД передачи между гидродвигателем и рабочим органом ( );
Выбран ближайший больший по мощности дизельный двигатель ЯМЗ-238 НД .
Номинальная мощность двигателя РД =158 кВт.
Номинальная частота вращения вала двигателя nД =28,33 об/с.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ГП М312.29.00.00.00 ПЗ |
: (1.4)
где РРО – мощность на рабочем органе, кВт.
.
Ориентировочно желаемое давление принято из стандартного ряда:
Требуемая мощность на валу насоса , Вт:
(1.5)
Для привода РО выбран ближайший меньший по мощности насос A11VO .
Таблица 1.1 – Характеристики насоса
| Марка насоса | A11VO |
| Рабочий объем qн,см3 | |
| Давление, МПа номинальное рном максимальное рмакс | |
| Частота вращения валов, об/с номинальная nном максимальная nмакс | 42,5 |
| Номинальная мощность на валу , кВт | |
| КПД полный объемный | 0,9 0,95 |
| Кинематическая вязкость МГ, : максимальная пусковая оптимальная минимальная кратковременная | 20 – 35 |
| Необходимая тонкость фильтрации МГ |
Необходимая частота вращения вала насоса nН необх, об/с, из условия получения необходимой мощности :
(1.6)
об/с.
Насос форсирован по частоте, т.к.
Передаточное отношение привода насоса uПН :
. (1.7)
.
Производительность насоса QН, м3/с:
(1.8)
Выбор гидроцилиндра
Скорость РО следовательно, необходима ускоряющая передача.
Продолжительность работы РО , скорость выдвижения штока
Перемещение рабочего органа, м:
(1.9)
Передаточное отношение привода:
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ГП М312.29.00.00.00 ПЗ |
(1.10)
Необходимый ход штока, м:
Полученный требуемый ход штока ( ) слишком велик. Уменьшим передаточное отношение. Для этого уменьшим скорость штока,
Передаточное отношение:
Необходимый ход штока , м:
(1.11)
Необходимая сила на штоке при выталкивании, Н:
(1.12)
Необходимый диаметр поршня, м:
(1.13)
Выбран гидроцилиндр с ближайшим большим диаметром поршня и необходимым ходом штока.
Таблица 1.2 – Характеристики гидроцилиндра
| Диаметр поршня D,мм | Диаметр штока d,мм | Ход штока , мм | Сила на штоке при выдвижении, | Сила на штоке при втягивании, |
Сила на штоке при выдвижении ,Н:
(1.14)
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ГП М312.29.00.00.00 ПЗ |
Сила на штоке при втягивании ,Н:
Выбор МГ
Для летнего периода работы принято масло МГ-46В, для зимнего – МГ-15В (ВМГЗ).
Таблица 1.3 – Рекомендуемые и кратковременно допустимые температуры МГ
| Марка жидкости | ν = 1600 мм2/с максимально допустимая вязкость при запуске | ν = 100 мм2/с верхний рекомендуемый предел | ν = 36 мм2/с оптимальная вязкость | ν = 16 мм2/с нижний предел рекомендуемой вязкости | ν = 12 мм2/с минимальная допустимая вязкость |
| МГ-46В (МГЕ-46В) | -15(Tmin) | +25 | +50(Tопт) | +70 | +80(Tmax) |
| МГ-15В (ВМГЗ) | -35 | -5 | +20 | +40 | +50 |
Выбор трубопроводов и расчет толщины их стенок
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ГП М312.29.00.00.00 ПЗ |
Необходимый внутренний диаметр 
м:
(1.15)
где 
- допустимая скорость ( 
- для напорного трубопровода).
Толщина стенки из условия прочности толстостенного трубопровода :
(1.16)
где 
– минимальная толщина стенки, м; 
– максимальное давление жидкости, Па; 
- допускаемое напряжение разрыву, Па:
(1.17)
где 
– предел прочности, Па (для стали 45 
).
Наружный диаметр 
, м:
(1.18)
Из ряда стандартных значений по ГОСТ 8734-75 принят наружный диаметр напорного трубопровода 
, 
Внутренний диаметр 
, м:
Скорость потока в напорной линии не изменилась, т.к. внутренний диаметр не изменился( ).
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ГП М312.29.00.00.00 ПЗ |
Необходимый внутренний диаметр 
, м, по формуле (1.15) при 
:
Толщина стенки принята 
для обеспечения соединения труб.
Наружный диаметр 
, м:
Из ряда стандартных значений по ГОСТ 8734-75 принят наружный диаметр всасывающей линии 
Внутренний диаметр 
, м:
Скорость потока во всасывающей линии, м/с:
