Основные параметры силового гидроцилиндра
Площади поршневой и штоковой полостей при диаметре поршня и штока
, (42)
Скорости перемещения поршня при подаче масла в поршневую и штоковую полости
(43)
где − объемный КПД гидроцилиндра (учитывает утечки),
= 0,98 ÷ 1 – уплотнения манжетные или кольца из резиносмеси и пластмасс;
= 0,97 ÷ 0,99 – уплотнения металлическими кольцами.
Усилие, развиваемое на штоке, при подаче масла в поршневую полость,
(44)
При подаче масла в штоковую полость
, (45)
где − давление жидкости у гидроцилиндра;
− противодавление в сливной магистрали;
− механический КПД гидроцилиндра (учитывает потери на трение);
= 0,8 ÷ 0,95.
Нормальные диаметры плунжеров, штоков и поршней по ГОСТУ 6540-68 приведены в табл. 10 [1, таблица 96, с.201].
Таблица 10 – нормальные диаметры
Поршни, плунжеры | Штоки | ||||||
Dп, мм | Dп, мм | Dп, мм | DП, мм | dш, мм | dш, мм | dш, мм | dш, мм |
140* | 90* | ||||||
55* | 450* | 36* | 280* | ||||
100* | 14* | 110* | |||||
70* | 560* | 45* | 360* | ||||
220* | 18* | 140* | |||||
100* | 280* | 22* | 180* | ||||
900* | 70* | 560* | |||||
360* | - |
Примечание. Значения со звездочкой менее предпочтительны.
Механические характеристики гидропривода с объемным регулированием [3]
Коэффициент утечек насоса (величина утечек на единицу перепада давления)
. (46)
Коэффициент утечек гидродвигателя
(47)
где − перепад давления в гидродвигателе.
Регулировочная характеристика насоса
.(48)
определяет зависимость производительности Q от параметра регулирования U при различных заданных величинах давления .
Механическая характеристике гидродвигателя
.(49)
определяет зависимость частоты вращения гидродвигателя от нагрузки на выходном валу М.
Уравнение механической характеристики гидропривода по системе «насос-гидродвигатель»
.(50)
определяет зависимость частоты вращения гидродвигателя скорости от нагрузки на выходном валу М при различных заданных значениях параметра регулирования U. Здесь − суммарные потери напора в магистрали.
Уравнение механической характеристики гидропривода по системе «насос-силовой цилиндр»
.(51)
Определяет зависимость скорости движения поршня от величины усилия при различных заданных значениях параметра регулирования. Здесь − потери напора на пути от насоса к гидроцилиндру; − противодавление в сливной магистрали.
Механические характеристики гидропривода с дроссельным регулированием [3]
Типоразмер дросселя для регулирования выбирается по заданному расходу жидкости Q (табл. 11). Рекомендуется принимать ближайший меньший по расходу дроссель. В технической характеристике дросселя указывается при каком перепаде давления . обеспечивается номинальный расход , По этим данным определяется площадь рабочих окон дросселя
,(52)
где A - размерный коэффициент, учитывающий поправки на сжатие струи, свойства жидкости и коэффициент скорости. При , ; , ; , При − .
Зная площадь сечения рабочих окон примятого дросселя, можно по (52) определить при каком фактической перепаде давления данный дроссель обеспечивает заданный расход жидкости .
Параметр регулирования дросселя
, (53)
где − регулируемое проходное сечение дросселя.
Расход жидкости через дроссель
.(54)
Здесь − перепад давления в дросселе.
Таблица 11 – Технические характеристики регулируемых дросселей
Параметры | Тпоразмеры | ||||||
Г77-33 | Г77-34 | Г77-14 | ДР-16 | ДР-20 | ДР-25 | ДР-32 | |
Номинальный расход , л/мин | |||||||
Номинальное давление, | 12,5 | 12,5 | |||||
Расчетный перепад давление, | 0,3 | 0,3 | 0,3-0,35 | 0,2 | 0,2 | 0,3 | 0,3 |
Масса, | 2,5 | 2,5 | 6,5 | 3,3 | 3,2 | 4,9 | 5,9 |
Механическая характеристика гидропривода по системе «насос-гидродвигатель» с дросселем в нагнетательной иди сливной магистрали.
.(55)
Характеристика определяет зависимость частоты вращения гидродвигателя от момента сопротивления на выходном валу при различных выданных сечениях параметра регулирования .
Поскольку коэффициент является размерным, то при подстановке величин а (55) необходимо соблюдать соответствие размерностей принятому значению коэффициента . Например, при
Механическая характеристика гидропривода по системе «насос-силовой цилиндр» с дросселем в нагнетательной линии.
,(56)
где − потери напора в линии нагнетания;
− противодавление в сливной линии.
Данная характеристика определяет зависимость скорости движения поршня от величины внешней нагрузки на штоке при различных заданных значениях параметра регулирования .
Механическая характеристика гидропривода по системе «насос-силовой цилиндр» с дросселем не сливе
(57)
Здесь − потери напора в нагнетательной линии; − потери напора в сливной линии.
Механическая характеристика гидропривода по системе «насос-гидродвигатель» с параллельно включенным дросселем
(58)
где − общие потери давления в линиях дросселя.
Механическая характеристика гидропривода по системе «насос-силовой цилиндр» с дросселем, включенным параллельно цилиндру,
,(59)
где , и − соответственно потери давления в нагнетательной и сливной линиях;
− общие потери давления линиях дросселя.
Для обеспечения постоянного давления в напорной магистрали при дроссельном регулировании фактическую производительность насоса необходимо увеличивать по сравнению с требуемой примерно на 20 %.
Верхний предел дроссельного регулирования определяем по (37) или (43), исходя из максимального возможного расхода жидкости черве дроссель .
Следует обратить внимание на соблюдение размерностей при подстановке величин в полученные уравнения. Например, при в уравнениях (56), (57) и (59) усилие подачи необходимо принимать в кгс, в при − в ньютонах, но вводить коэффициент 0,01.
Механические характеристики гидропривода с дроссель-регулятором
При использовании простых регулируемых дросселей характеристика гидропривода подучается мягкой − скорость на выходе извменяется в значительных пределах с изменением нагрузки.
Для стабилизации скорости дроссели снабжается специальными регуляторами, которые обеспечивают постоянство перепада давления в дросселе, а следовательно, и постоянство расхода. Перепад давления в дросселе с регулятором скорости обычно составляет 0,3÷0,35 МПа.
Типоразмер дросселя выбирается по заданному расходу жидкости Q (табл. 12).
Таблица 12 − Технические характеристики дросселей с регулятором
Параметры | Типоразмер | |||||||
Г55-23 | Г55-24 | ПГ55-24 | ПГ55-25 | Г55-33 | Г55-34 | Г55-35А | Г 55-35 | |
Номинальный расход, л/мин | ||||||||
Номинальное давление, МПа | 6,4 | 6,4 | 12,5 | 12,5 | 12,5 | 12,5 | ||
Перепад давления в дросселе, МПа | До 0,35 | До 0,35 | >0,15 | >0,15 | До 0,35 | До 0,35 | До 0,35 | До 0,35 |
Масса, кг | 10,3 | 10,3 | 7,4 | 3,7 | 3,7 | 9,6 | 9,6 |
Уравнение механической характеристики гидропривода по системе «насос-гидродвигатель» с дросселем-регулятором в напорной или сливной магистрали.
.(60)
Характеристика отражает зависимость от при различных заданных значениях параметра регулирования .
Дроссель с регулятором обеспечивает постоянный перепад давления в дросселе только при моменте сопротивления, меньшем критического
. (61)
При механические характеристики определяется уравнением (55).
Коэффициент утечек в гидроцилиндре (величина утечек на единицу изменения давления)
(62)
и − номинальные значения и .
При перепаде давления в гидроцилиндре утечки в нем
(63)
Уравнение механической характеристики гидропривода по системе «насос-силовой цилиндр» с дросселем-регулятором в напорной магистрали.
.(64)
Дроссель с регулятором обеспечивает постоянство перепада давления в дросселе только при усилии подачи, меньшем критического
.(65)
При механические характеристики определяются по уравнению
.(66)
Уравнение механической характеристики гидропривода по системе «насос-силовой цилиндр» с дросселем регулятором в сливной магистрали
.(67)
Характеристики отражают зависимости скорости движения поршня от нагрузки на штоке при различных заданных значениях параметра регулирования . Здесь − противодавление на сливе; − потери напора на пути от насоса к силовому цилиндру.
При достижении критического усилия подачи
.(68)
механические характеристики определяются по уравнению
(69)
Уравнение механической характеристики гидропривода по системе «насос-гидродвигатель» с дросселем-регулятором, параллельным двигателю.
.(70)
Здесь − потери напора в магистрали.
Уравнение механической характеристики гидропривода по системе «насос-силовой цилиндр» с дросселем-регулятором, параллельным цилиндру.
Методические указания
Расчетно-графическая работа выполняется на отдельных сброшюрованных стандартных листах (210x297 мм). Текст должен быть написан на одной стороне листе; вторая будет использоваться для замечаний, пояснений и внесения исправлений.
Первая страница записки является титульным листом, на второй приводится содержание, на третьей − задание и исходные данные для расчета.
Выполнения задания можно начинать с составления гидравлической схемы привода, распределения местных сопротивлений, разбивки магистрали на участки и установления их длин.
Характеристика рабочей жидкости должна содержать сведения о ее плотности, динамической, кинематической и условной вязкости.
Диаметры трубопроводов определяются по рекомендуемым средним скоростям движения жидкости, (табл. 3) и принимаются по ГОСТу, (табл. 4).
По принятым диаметрам трубопроводов определяются фактические скорости движения жидкости.
Проверка режима движения (величины числа Рейнольдса ) необходима для определения потерь давления в магистралях.
Потери давления в гидросистеме определяются по участкам. Необходимо, например, выделение потерь напора в линии всасывания , линии нагнетания и в линии слива . При дроссельном регулирования скорости потери давления в дросселе в общие потери не входят.
По заданной ориентировочной производительности насоса определяется необходимый рабочий объем насоса и по ГОСТу (табл.9) принимается ближайший стандартный. По принятому рабочему объему определяется фактическая производительность насоса .
В случае дроссельного регулирования (дроссель без регулятора) выбор рабочего объема насоса производится по . Однако параметры дросселя и гидродвигателя (цилиндра) принимаются по заданному ориентировочному расходу .
В случае системы «насос-гидродвигатель» по заданному моменту , частоте вращения и производительности определяется необходимый рабочий объем гидродвигателя и по ГОСТу (табл.9) принимается ближайший стандартный .
По необходимому перепаду давления в гидродвигателе находится необходимое давление у насоса и по ГОСТу (табл.6) принимается стандартное .
По полученным , , и находятся необходимая мощность для привода насоса , фактический номинальный момент на выходном валу гидродвигателя и фактическая номинальная частота вращения .
При системе «насос-силовой цилиндр» по заданным производительности и скорости движения определяются ориентировочные площадь поршневой полости и диаметры и и по ГОСТу (табл. 10) принимается и .
Ориентировочное давление у цилиндра определяется по заданному усилию . Далее определяются .
Механические характеристики гидропривода строятся по полученным уравнениям или . На одном графике приводятся идеальные характеристики, на другом − фактические. При этом выделяются основная характеристика ( при параллельном дросселе ) и 3÷4 промежуточные характеристики ( ). Значения параметра регулирования при построении промежуточных характеристик принимаются произвольные.
Для построения характеристики переменному даются различные значения и по ним находятся соответствующие значения зависимой переменной . При этом необходимо выделение характерных точек. К характерным относятся точки, соответствующие максимальному моменту , максимальному усилию подачи ( ), максимальной скорости ( ), номинальным параметрам гидропривода ( ) и верхнему пределу дроссельного регулирования. Полученные значения и помещаются в специальную таблицу.
Задание на выполнение расчетно-графической работы по гидроприводу горных машин
Составить гидравлическую схему гидропривода, произвести расчет трубопроводов, выбор параметров насоса и гидродвигателя (гидроцилиндра) и построить механические характеристики. Элементы гидропривода принять в соответствии с гидравлической схемой и с учетом того, чтобы суммарной коэффициент местных сопротивлений составил ориентировочно заданную величину , Данные для расчета принять в соответствии с шифром задания. В шифре первые цифры определяют номер варианта типа гидропривода (табл.13), вторые цифры − номер варианта параметров гидропривода (табл. 14).
Таблица 13 – Тип гидропривода
Номер варианта | Регулирование | Расположение дросселя | Система гидропривода |
Объемное | - | Н-ГД | |
Объемное | - | Н-СЦ | |
Дроссельное | На нагнетании | Н-ГД | |
Дроссельное | На нагнетании | Н-СЦ | |
Дроссельное | На сливе | Н-ГД | |
Дроссельное | На сливе | Н-СЦ | |
Дроссельное | Параллельное | Н-ГД | |
Дроссельное | Параллельное | Н-СЦ | |
Дроссель-регулятор | На нагнетании | Н-ГД | |
Дроссель-регулятор | На нагнетании | Н-СЦ | |
Дроссель-регулятор | На сливе | Н-ГД | |
Дроссель-регулятор | На сливе | Н-СЦ | |
Дроссель-регулятор | Параллельное | Н-ГД | |
Дроссель-регулятор | Параллельное | Н-СЦ |
Примечание: Н-ГД – система «насос-гидродвигатель»;
Н-СЦ – система «насос-силовой цилиндр».
Таблица 14 – Параметры гидропривода
Параметры | Варианты | |||||
4,5 | ||||||
Масло | ЭШ | Т-46 | Т-22 | Т-57 | Т-30 | И-30 |
1,5 | 3,0 | 2,5 | ||||
0,98 | 0,97 | 0,95 | 0,96 | 0,97 | ||
0,8 | 0,78 | 0,79 | 0,8 | 0,78 | 0,79 | |
0,89 | 0,87 | 0,88 | 0,89 | 0,87 | 0,88 | |
2,5 | 2,3 | 2,4 | 2,5 | 2,3 | 2,4 | |
0,94 | 0,93 | 0,94 | 0,94 | 0,93 | 0,94 | |
0,7 | 0,71 | 0,72 | 0,73 | 0,74 | 0,75 | |
0,9 | 0,88 | 0,89 | 0,9 | 0,91 | 0,89 | |
1,5 | 1,6 | 1,8 | 1,7 | 2,0 | 2,3 | |
1,4 | 1,6 | 1,5 | 1,4 | 1,6 | 1,5 | |
0,8 | 0,82 | 0,81 | 0,8 | 0,82 | 0,81 | |
0,9 | 0,92 | 0,91 | 0,9 | 0,92 | 0,91 | |
1,2 | 1,25 | 1,3 | 1,25 | 1,2 | 1,25 |
Параметры | Варианты | |||||
5,5 | 6,5 | 4,5 | ||||
Масло | Т-46 | И-30 | Т-57 | Т-30 | И-30 | Т-22 |
3,0 | 2,9 | 2,8 | 2,5 | |||
0,98 | 0,98 | 0,98 | 0,98 | 0,98 | ||
0,81 | 0,8 | 0,82 | 0,81 | 0,83 | 0,79 | |
0,90 | 0,89 | 0,91 | 0,9 | 0,92 | 0,82 | |
2,2 | 2,0 | 2,1 | 2,2 | 2,0 | 2,1 | |
0,93 | 0,94 | 0,93 | 0,94 | 0,92 | 0,93 | |
0,76 | 0,77 | 0,78 | 0,79 | 0,8 | 0,78 | |
0,98 | 0,89 | ,87 | 0,88 | 0,9 | 0,87 | |
2,5 | 2,6 | 2,8 | 2,7 | 3,0 | 3,2 | |
1,7 | 1,7 | 1,8 | 1,5 | 1,8 | 1,7 | |
0,83 | 0,82 | 0,84 | 0,81 | 0,85 | 0,83 | |
0,93 | 0,92 | 0,90 | 0,91 | 0,91 | 0,90 | |
1,3 | 1,25 | 1,2 | 1,25 | 1,3 | 1,25 |
Параметры | Варианты | |||||
6,5 | 7,5 | 5,5 | ||||
Масло | И-20 | Т-30 | И-30 | Т-46 | И-45 | Т-30 |
2,3 | 2,5 | 2,4 | 3,0 | 2,5 | ||
0,98 | 0,98 | 0,98 | 0,98 | 0,98 | 0,98 | |
0,77 | 0,78 | 0,76 | 0,79 | 0,8 | 0,77 | |
0,87 | 0,88 | 0,87 | 0,89 | 0,88 | 0,87 | |
1,9 | 2,0 | 1,8 | 2,1 | 1,7 | 1,9 | |
0,92 | 0,92 | 0,91 | 0,92 | 0,91 | 0,91 | |
0,82 | 0,81 | 0,83 | 0,8 | 0,79 | 0,81 | |
0,89 | 0,88 | 0,91 | 0,9 | 0,88 | 0,87 | |
3,5 | 3,6 | 3,8 | 3,7 | 4,0 | 3,9 | |
1,7 | 1,5 | 1,6 | 1,7 | 1,4 | 1,5 | |
0,84 | 0,85 | 0,83 | 0,84 | 0,82 | 0,81 | |
0,92 | 0,9 | 0,93 | 0,91 | 0,90 | 0,91 | |
1,2 | 1,25 | 1,3 | 1,25 | 1,2 | 1,25 |
Параметры | Варианты | |||||
8,5 | 7,5 | 6,5 | ||||
Масло | И-50 | Т-30 | Т-46 | И-20 | И-30 | И-45 |
2,8 | 3,0 | 2,5 | 2,5 | |||
0,98 | 0,98 | 0,98 | 0,98 | 0,98 | ||
0,81 | 0,8 | 0,76 | 0,77 | 0,83 | 0,82 | |
0,89 | 0,88 | 0,87 | 0,87 | 0,92 | 0,91 | |
1,6 | 1,7 | 1,8 | 1,9 | 2,0 | 2,1 | |
0,91 | 0,91 | 0,91 | 0,92 | 0,92 | 0,93 | |
0,77 | 0,79 | 0,83 | 0,82 | 0,8 | 0,79 | |
0,87 | 0,88 | 0,91 | 0,89 | 0,9 | 0,87 | |
4,5 | 4,0 | 3,8 | 3,5 | 3,0 | 2,8 | |
1,5 | 1,4 | 1,6 | 1,7 | 1,8 | 1,8 | |
0,81 | 0,82 | 0,83 | 0,84 | 0,85 | 0,84 | |
0,91 | 0,90 | 0,93 | 0,92 | 0,91 | 0,90 | |
1,3 | 1,25 | 1,2 | 1,25 | 1,3 | 1,25 |
Примечание к таблице 14:
− ориентировочная производительность насоса;
− суммарный коэффициент местных сопротивлений;
− длина трубопроводов;
марки масел:
Т – турбинное; И – индустриальное; ЭШ − для гидросистем высоконагруженных механизмов;
– частота вращения электродвигателя;
– передаточное число между двигателем и насосом;
− КПД редуктора насоса;
− КПД насоса;
− объемный КПД насоса;
− частота вращения выходного вала редуктора;
− крутящий момент на выходном валу редуктора;
− передаточное число между гидродвигателем и выходным валом редуктора;
− КПД редуктора гидродвигателя;
− КПД гидродвигателя;
− объемный КПД гидродвигателя;
− усилие на штоке;
− скорость движения поршня;
− диаметр поршня гидроцилиндра;
− диаметр штока гидроцилиндра;
− механический КПД гидроцилиндра;
− объемный КПД гидроцилиндра;
− коэффициент соотношения между критическим моментом (усилием) и номинальным в гидроприводе с дроссель-регулятором в напорной или сливной магистрали.
Список литературы
Ковалевский В.Ф., Железняков Н.Т., Бейлин Ю.Е. Справочник по гидроприводам горных машин. − М.: Недра, 1973.- 504 с.
Хорин В.Н. Объемный гидропривод забойного оборудования. − М.:Недра, 1980.- 415 с.
Коваль П.В. Гидравлика и гидропривод горных машин. − М.: Машиностроение, 1979.- 319 с.
Гидравлика и гидропривод /В.Г.Гейер, В.С.Дулин, А.Г.Боруменский, А.Н.Заря. − М.: Недра, 1981.- 295 с.
Перетолчин В.А.
Основные расчетные зависимости и методические указания к расчетно-графической работе по гидроприводу горных машин
Подготовлено к печати Л.H.Падий
Объем 1,2 печ.л, Тираж 200. Зак.548 Поз.плана 14.Формат 60x84 1/16.
1980. Бесплатно.
Иркутский политехнический институт 664028, Иркутск, Лермонтова, 83