Назначение номинального давления

Назначение номинального давления

Под номинальным давлением p_ном понимают наибольшее избыточное давление, при котором устройство должно работать в течение установленного ресурса с сохранением параметров в пределах установленных норм.

По значению номинального давления различаются гидравлические системы низкого давления (до 1, 6 МПа), среднего давления (до 6, 3 МПа), высокого давления (до 20 МПа), сверхвысокого давления (более 25 МПа) [3].

В настоящее время имеется тенденция к увеличению рабочего давления, так как это позволяет при малых габаритах насосов и гидродвигателей получать большую мощность, а при той же мощности – меньшие габариты и вес конструкции. Однако надо иметь в виду, что при больших давлениях (более 25 МПа) повышаются требования к применяемым материалам, уплотнениям, к жесткости конструкции.

Следует также учитывать максимальные давления, создаваемые серийными насосами, которые выпускаются промышленностью и применяются в данной отрасли. Кроме того, если выбрать большое давление при сравнительно малом усилии на штоке гидроцилиндра, то диаметр последнего может оказаться слишком малым, не предусмотренным рядом нормализованных гидроцилиндров. Поэтому при выборе давления в системе в первую очередь ориентируются на рекомендуемые значения рабочих давлений для получения требуемых величин внешних нагрузок на штоке поршня силового гидроцилиндра [4].

Окончательное значение номинального давления p_ном выбирается соответственно принятому в отрасли машиностроения, где предполагается использовать проектируемый привод, ориентируясь на определённый тип насоса.

По ГОСТ 12445-80 для объёмных приводов используют следующие значения номинальных давлений (p_ном, МПа): 0, 1; 0, 16; 0, 25; 0, 4; 0, 63; 1; 1, 6; 2, 5; 4; 6, 3; 10; 12, 5; 16;

20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250.

Наиболее употребительны такие диапазоны номинальных давлений:

n в гидроприводах технологического оборудования

p_ном=6, 3...12, 5 МПа,

n в гидроприводах сельскохозяйственной техники

p_ном=6, 3...16 МПа,

n в гидроприводах дорожно-строительных и коммунальных машин

p_ном=16...32 МПа,

n в гидрофицированных прессах

p_ном=32...50 МПа.

Выбор марки рабочей жидкости

Выбор марки минерального масла определяется температурными условиями, режимом работы гидропривода и его номинальным давлением, которым должно соответствовать важнейшее физическое свойство масла – вязкость; завышение или занижение вязкости масла приводит к ухудшению эксплуатационных свойств гидропривода.

Применение масла с завышенной вязкостью (более 10× 10^-4 м²¤с) приводит к увеличению гидравлических сопротивлений и, следовательно, потребляемой гидроприводом мощности, к уменьшению объемных КПД насосов и гидродвигателей, ухудшению фильтрации и снижению ресурса гидроаппаратов, вызывает нежелательный нагрев масла. При занижении вязкости (ниже 0, 2× 10^-4 м²¤с) повышается интенсивность износа трущихся пар, ускоряется окисление масла, увеличиваются его утечки и перетечки, что также увеличивает потребляемую гидроприводом мощность.

Для гидроприводов с легким режимом работы и меньшим номинальным давлением следует применять масла с меньшей вязкостью, чем для гидроприводов с тяжелым режимом работы и большим номинальным давлением. Так, при прочих равных условиях, при номинальном давлении до 7 МПа рекомендуется вязкость масла 0, 2× 10^-4 м²¤с - 0, 4× 10^-4 м²¤с (при 50⁰С), а при давлении 7-20 МПа 0, 6× 10^-4 м²¤с – 1, 1× 10^-4 м²¤с.

Вязкость масла существенно зависит от температуры и должна поддерживаться в оптимальных пределах во всем интервале эксплуатационных температур.

Нижний предел применимости масла определяется температурой прокачиваемости его в гидроприводе, которая обычно на 10-15⁰С выше температуры застывания масла. Кроме того, ГОСТ 14892-69 рекомендует определенные пределы вязкости масла для нормальной работы насосов (табл. 7.1).

Таблица 7.1

Ограничение вязкостей рабочих жидкостей для роторных насосов

Тип насоса	Вязкость жидкости (10^-4 м²¤с)
Минимальная ¹	Максимальная ²
Аксиально-поршневые	0, 06-0, 08	18-20
Пластинчатые	0, 10-0, 12	35-45
Шестеренные	0, 16-0, 18	45-50

Примечания:

1. Обеспечивается гидродинамическая смазка сопряженных поверхностей трения и удовлетворительное значение объемного КПД (не менее 0, 8).

2. Обеспечивается минимально необходимая прокачиваемость.

Технические данные масел, используемых в гидроприводах, и условия их применения приведены в [1].

Выбор гидроаппаратуры

Гидроаппаратуру выбирают из каталогов - справочников, по величине условного прохода d_у, расхода Q_ном и давления p.

Давление и расход, с которыми жидкость будет проходить через аппарат, не должны превышать допустимые для него значения.

Внешний объём и масса аппаратов существенно зависит от условного прохода d_у, поэтому допускается выбирать аппараты с уменьшенным до полутора раз условным проходом. Трубопроводы при этом остаются прежние, а для монтажа привода используют переходные элементы.

Выбор насосной установки

Чтобы обеспечить исполнительную часть гидропривода с числовым программным управлением рабочей жидкостью с требуемыми подачами Q_н.^б.п, Q_н.^р.х.Q_н.^б.о и давлениями p_н^б.п, p_н^р.х, p_н^б.о, могут применяться насосные установки различных типов.

Наиболее простой вариант установки- однонасосная с переливным клапаном.

Типоразмер насоса выбирается по каталогу в соответствии с требуемыми подачами и давлениями:

При номинальном давлении жидкости до 6, 3 МПа целесообразно применять шестерённые или пластинчатые насосы, при давлении выше 10 МПа аксиально- или радиально-поршневые.

Рабочий объем насоса V_НО определяется по формуле:

(V_Н, см³/об, Q_Н, л/мин, n, об/мин),

где Q_Н - номинальная подача насоса;

h_О.Н - объемный КПД насоса.

Крутящий момент на валу насоса и приводная мощность равны:

(V₀, см³; Р, МПа; Н*м);

(М, Н*м, n, об/мин, N_п., кВт).

Механический КПД h_н.м берется из технической характеристики насоса. Номинальные значения

По величине М и N_п подбирают приводящий двигатель.

Типоразмер переливного клапана выбирают с учётом значений Q_н._max и p_н._max. Максимальный расход Q_кл.._max через клапан и давление p_кл._max настройки клапана должны быть Q_кл.._max ³ Q_н._max и p_кл._max ³ p_н._max. При Q_кл.._max менее 1 дм³/с обычно используют клапаны прямого действия, при больших расходах предпочтение отдают клапанам непрямого действия [1].

Существенный недостаток одно-насосной установки с переливным клапаном - значительная потеря мощности ∆ N потока жидкости во втором периоде работы гидропривода. Причиной служит перелив большого количества жидкости через клапан при полном рабочем давлении . Потери мощности определяются по зависимости

. (16.1)

Отрицательный результат потери мощности потока жидкости состоит не только в непроизводительном расходовании энергии, но и в нагреве рабочей жидкости. При этом приходится принимать меры для охлаждения жидкости с помощью теплообменного аппарата или значительно увеличивать объем бака. Для

реализации указанных мер выполняется тепловой расчет гидропривода.

Потери мощности потока жидкости существенно уменьшаются при использовании двух насосной установки с двумя переливными клапанами (рис.16.1).

Рис.16.1. Двухнасосная установка

Эффект достигается комбинацией насоса высокого давления и малой подачи с насосом низкого давления и большей подачи. Насосы сочетаются соответственно с клапанами высокого и низкого давления, которые должны быть настроены на значения и . Между насосами установлен обратный клапан. В первом (БП) и третьем (БО) периодах работы гидропривода оба насоса при низком давлении подают жидкость в напорную линию.Их суммарная подача должна быть не меньше значения .Во втором периоде работы гидропривода давление в напорной гидролинии возрастает до величины .При этом обратный клапан закрывается. Насос 1 подает жидкость через клапан низкого давления на слив. Насос 2, соединенный с клапаном высокого давления, подает жидкость в исполнительную часть гидропривода. Подача насоса 2 должна быть не менее .

В соответствии с условиями работы двухнасосной установки насос 2 подбирается из каталога на гидрооборудование по номинальной подаче

и номинальному давлению

Насос 1 выбирают по подаче

и давлению

Следует отметить, что в станкостроительной промышленности выпускаются комплекты двух различных насосов с одним приводным электродвигателем.

Мощность потока жидкости в насосной установке во втором периоде работы гидропривода теряется в основном из-за перелива жидкости, подаваемой насосом 1 через клапан 3 при относительно низком давлении Р_Н1.

Так как давление Р_Н1 значительно ниже величины Р_Н2, то потери мощности двухнасосной установки существенно меньше, чем в однонасосной. Недостаток такой установки – увеличенное число основных гидроагрегатов.

Полностью устранить потери мощности вследствие перелива жидкости через клапан можно при использовании насосно-аккумуляторной установки [3, 1].

Расчет КПД гидропривода

Суммарные потери мощности в объемном гидроприводе оцениваются посредствам общего КПД:

(19.1)

где Nц – мощность на выходном звене гидродвигателя;

Nн – мощность на приводном валу насоса.

В рассматриваемом примере:

Общий КПД гидропривода может быть представлен как произведение его механического, объемного и гидравлического:

. (19.2)

Механический КПД равен произведению механических КПД, последовательно включенных насоса, гидроаппаратов и гидродвигателя:

. (19.3)

Аналогично объемный КПД:

. (19.4)

Гидравлический КПД зависит от суммы гидравлических потерь последовательно включенных гидроагрегатов и трубопроводов:

. (19.5)

Если учесть, что в современных конструкциях η _м.а=η _г.ц=1, выражение для расчета объемного КПД можно записать в виде:

, (19.6)

где η н, η м.ц, η о.ц – частные КПД, взятые из технических характеристик гидравлических машин;

η г.а – получена из гидравлического расчета;

η о.а – находят по формуле (11.4), как произведение объемных КПД аппаратов, включенных в напорную линию, или по формуле (11.2). Для рабочего хода привода с дроссельным регулированием скорости объемные потери потока на пути движения жидкости из насоса в гидродвигатель можно определить по формуле:

. (19.8)

Средние за рабочий цикл потери мощности, выраженные через КПД, будут равны:

, (19.9)

где n – число периодов в цикле; ti, tц – продолжительности i-го периода и полного рабочего цикла.

У правильно спроектированного гидропривода η г.п – 0, 6-0, 8.

Оформление курсовой работы

Пояснительная записка должна быть оформлена в соответствии с оглавлением методического пособия и содержать задание на курсовую работу, гидравлическую схему гидропривода, расчетную часть проекта.

Графическая часть курсовой работы состоит из чертежа принципиальной схемы гидропривода, оформленного на листе формата не менее А3. При вычерчивании принципиальной схемы гидропривода все элементы, как правило, изображаются в исходном положении (распределители при отключенных магнитах и т.д.). Каждый элемент должен иметь буквенно-цифровое позиционное обозначение. Применяемые буквы: А – устройство; АК – аккумулятор; Б – бак; Ц – цилиндр; Д – двигатель; ДР – дроссель; КД – гидроклапан давления; КО – обратный клапан; КП – предохранительный клапан; М – гидромотор; МН – монометр; Н – насос; НП – насос пластинчатый; РП – регулятор расхода; Ф – фильтр. В пределах групы элементы могут иметь порядковые номера, например Р1, Р2, Р3…Позиционные обозначения располагаются справа и сверху относительно условно-графического обозначения элемента.Расположение графических обозначений элементов и устройств на схеме должно примерно соответствовать их действительному размещению в изделии. Условные обозначения на схеме изображаются с соблюдением ГОСТа на условные графические обозначения [1]. Соотношения размеров условных обозначений ГОСТом не регламентируются и выбираются произвольно в зависимости от размеров гидросистемы и ее насыщенности гидроаппаратами. Вблизи гидродвигателей ставятся стрелки с указанием направления действия (например «рабочий ход», « зажим», «фиксация» и др.).

На принципиальной схеме в виде таблицы следует приводить перечень элементов в алфавитном порядке с их позиционным обозначением, наименованием, типом и количеством; в примечании указаваются основные параметры ( рабочее давление, расход, размеры гидродвигателей, скорости движений и др.). Однотипные элементы (например, распределители Р1…Р3) записываются в одну строку. Всем линиям связи присваиваются порядковые номера 1, 2, 3, …, как правило, в направлении потока; дренажные линии нумеруются в последнюю очередь. Номера обычно ставятся около обоих концов линий, причем номера соответствующих трубопроводов на схеме соединений, составляемой разработчиком станка, и принципиальной схеме должны совпадать. Таблица с перечнем элементов помещается на чертеже схемы над основной надписью на расстоянии не менее 12 мм.

Кроме перечня элементов на принципиальной схеме приводится таблица всех основных движений, реализуемых гидроприводом, с указанием номеров включаемых при этом электромагнитов распределителей.

Пример оформления чертежа на формате А3

Литература

Свешников В.К. Станочные гидроприводы: Справочник –М.: Машиностроение, 2004.
Навроцкий К.Л. Теория проектирования гидро- и пневмоприводов. – М.: Машиностроение, 1991. – 384.
Юшкин В.В. Основы расчета объемного гидропривода.-Минск: Вышейшая школа, 1982.
Ермаков В.В. Гидравлический привод металлорежущих станков. – М.:

Машгиз, 1963. – 324.

Брон Л.С. Тарковский Ж.Э. Гидравлический привод агрегатных станков и

автоматических линий.М.: Машиностроение, 1974. – 328.