Финкельштейн З.Л., Яхно О.М., Чебан В.Г. Курсовое проектирование по дисциплине Гидравлика и гидропривод

Подождите немного. Документ загружается.

Рисунок 11.3 – Принципиальная схема (а) и теоретические

характеристики (б) гидропривода с

объемным регулированием

Теоретическая мощность насоса:

max.. нннннннтн

qUnpqnpN

⋅

, Вт (11.12)

При отсутствии потерь в гидропередаче она равна

теоретической мощности гидромотора:

max.. дддддддтд

qUnpqnpN

⋅

, Вт (11.13)

Следовательно, при изменении U

мощность на валу машин

изменяется прямо пропорционально изменению рабочего объема

насоса. При изменении U

мощность не изменяется, так как

constNN

тнтд

. При этом U

и n

изменяются так, что

constqUnqUn

нннддд

⋅

max.max.

Следовательно, при регулировании n

с помощью насоса и

самого гидромотора теоретически можно изменять частоту

N M

0 0,5 1,0 0,5

д.т

д.min

.т

д.

min

б) а)

д.т

вращения вала от нуля до бесконечности. На практике

максимальная частота вращения вала гидромотора имеет предел, так

как с уменьшением U

уменьшается и крутящий момент М

Поэтому существует предельный диапазон регулирования −

max.min. дд

nn . Так при изменении U

диапазон регулирования

скорости вращения составляет 1:500, при изменении U

− 1:3, при

одновременном регулировании насоса и гидромотора – 1:1500. На

практике обычно диапазон регулирования не превышает 1:1000.

Для построения характеристик, приведенных на рис.11.3,б

необходимо воспользоваться формулами (11.9), (11.10), (11.11) и

(11.12). Так как данные характеристики изменяются линейно, то

достаточно определить значения n

, М

д.т

, М

н.т

и N

н.т

для двух

значений U

= 0 и U

= 1).

При наличии в гидроприводе гидроцилиндра, объемное

регулирование осуществляется только за счет изменения рабочего

объема насоса. Для построения регулировочных характеристик

гидропривода с гидроцилиндром, вместо выражения (11.9) для

определения частоты вращения вала гидромотора необходимо

ввести выражение для определения скорости движения штока

гидроцилиндра в зависимости от параметра регулирования насоса, а

вместо выражения (11.10) для определения теоретического момента

на валу гидромотора необходимо ввести выражение для

определения теоретического усилия на штоке гидроцилиндра.

При отсутствии утечек теоретическая подача насоса Q

н.т

равна полезному расходу гидроцилиндра Q

. Учитывая, что

ннтахнтн

nUqQ

⋅

, а

гцд

Q ⋅

⋅

, получим выражение для

определения скорости движения штока гидроцилиндра в

зависимости от параметра регулирования насоса U

max

nUq

гц

⋅

, м/с (11.14)

Как видно из выражения (11.14) скорость движения штока

гидроцилиндра изменяется от нуля при U

= 0 до максимума при

= 1.

Теоретическое усилие на штоке гидроцилиндра:

рР

дгц

⋅

⋅=

, Н (11.15)

Пример расчета

7. Построение регулировочной характеристики гидропривода

Без учета потерь давления и утечек в гидролиниях построим

регулировочные характеристики гидропривода с последовательным

включением дросселя.

Определим сопротивление дросселя из условия, что 0=

р , а расход в

системе максимальный и равен 00112,0==

нд

QQ м

/с.

1082,7

00112,081,9890

10564,8

⋅=

⋅⋅

⋅

⋅⋅

др

где р

− давление, развиваемое насосом и равное действительному давлению в

гидромоторе.

Для построения первой характеристики запишем:

1082,781,9890

10564,8

⋅⋅⋅

−⋅

⋅⋅

−

др

дн

аg

рр

, м

/с;

ддндр

рррр −⋅=−=

10564,8∆ , Па.

Задавшись несколькими значениями р

в интервале от р

= р

до р

= 0

определим значения Q

и ∆р

др

и построим первую регулировочную

характеристику.

При

1082,7 ⋅=

др

а :

, Па

8,564⋅10

8,0⋅10

7,0⋅10

5,5⋅10

3,5⋅10

, м

/с 0 0,00029 0,00048 0,00067 0,00086 0,00112

∆р

др

, Па

0,564⋅10

1,564⋅10

3,064⋅10

5,064⋅10

8,564⋅10

Для построения семейства регулировочных характеристик зададимся

произвольными значениями сопротивления дросселя а

др

и произведем

аналогичные вычисления.

При

105,6 ⋅=

др

а :

, Па

8,564⋅10

8,0⋅10

7,0⋅10

5,5⋅10

3,5⋅10

1,0⋅10

, м

/с 0 0,00032 0,00052 0,00073 0,00094 0,00115

∆р

др

, Па

0,564⋅10

1,564⋅10

3,064⋅10

5,064⋅10

7,564⋅10

При

100,5 ⋅=

др

а :

, Па

8,564⋅10

8,0⋅10

7,0⋅10

5,5⋅10

3,5⋅10

3,0⋅10

, м

/с 0 0,00036 0,00060 0,00084 0,00108 0,00113

∆р

др

, Па

0,564⋅10

1,564⋅10

3,064⋅10

5,064⋅10

5,564⋅10

Рисунок 11.4 – Регулировочные характеристики гидропривода

11.2 Системы стабилизации скорости

Принцип действия всех систем стабилизации скорости в

гидроприводах с дроссельным управлением заключается в

обеспечении постоянного перепада давления на дросселе при

изменении нагрузки на выходном звене привода.

На рис.11.5 приведена схема гидропривода поступательного

движения с регулятором потока на выходе из гидродвигателя.

Регулятор 1 состоит из регулируемого дросселя и редукционного

клапана, который при изменении нагрузки Р

, а следовательно, и

давления р

поддерживает постоянным давление перед дросселем

др

, обеспечивая тем самым постоянное значение расхода через

дроссель и постоянную скорость движения выходного звена u.

⋅

4,5

⋅

Q, м

/с

Па

⋅

∆

др

0,00112

Рисунок 11.5 – Гидропривод с регулятором потока на выходе

из гидродвигателя

12 Расчет мощности и КПД гидропривода

Входная мощность гидропривода (мощность, потребляемая

насосом):

нтребн

вх

⋅

, Вт (12.1)

где η

– общий КПД насоса.

По входной мощности гидропривода N

вх

из приложения 20

выбирают ближайший больший по мощности асинхронный

электродвигатель.

Общий КПД объемного гидропривода:

вх

вых

общ

=η . (12.2)

Для правильно спроектированного гидропривода значение

общего КПД находится в пределах 0,6÷0,8.

В случае применения нерегулируемого насоса перед

определением общего КПД необходимо уточнить значение

выходной мощности гидропривода.

Пример расчета

8. Расчет мощности и КПД гидропривода

Входная мощность гидропривода:

12804

860

001120108329

⋅⋅

⋅

Qр

нтреб.н

вх

, Вт

Из приложения 20 выбираем асинхронный электродвигатель типа

ВР160S4 мощностью 15 кВт.

Уточним значение выходной мощности гидропривода.

Действительная частота вращения выходного вала гидромотора:

69,296,0

10400

00112,0

=⋅

⋅

=⋅=

−

од

n η об/с.

Выходная мощность гидромотора и гидропривода:

844769250014322 =⋅⋅⋅=⋅⋅⋅== ,,nМNN

дтах.двых.двых

π Вт.

Общий КПД объемного гидропривода:

660

12804

8447

вх

вых

общ

===η

13 Тепловой расчет гидропривода

Тепловой расчет гидросистемы выполняется для выяснения

условий работы гидропривода, уточнения объема гидробака, а также

необходимости применения охлаждающих устройств

(теплообменников).

Поскольку мощность, теряемая в гидросистеме, превращается

в тепло, температура жидкости может сильно повыситься. При

повышении температуры понижается вязкость масла, что, в свою

очередь, сопровождается повышением утечек. Помимо этого,

повышенные температуры нежелательны также вследствие

повышения при этом процесса окисления жидкости,

сопровождающегося, в свою очередь, дальнейшим понижением

вязкости и образованием смол и различных осадков.

При значительном повышении температуры рабочей

жидкости возможны воспламенение самой жидкости или ее паров и

соответственно все связанные с этим явлением последствия.

Практически приемлемой температурой минерального масла в

гидросистеме является температура 50-60 °С. В тех случаях, когда

температура превышает допустимое значение, следует применять

теплообменники с воздушным или с водяным охлаждением.

Количество тепла Q, получаемое рабочей жидкостью в

единицу времени и равное потерянной в гидроприводе мощности,

определяется по формуле:

пвхобщ

кNQ

⋅

−

)1(

, кДж/с (13.1)

где N

вх

– входная мощность гидропривода, кВт;

– коэффициент продолжительности работы гидропривода

под нагрузкой (к

= 0,7).

Максимальная температура рабочей жидкости, которая

достигается через 1 час после начала работы гидропривода,

определяется по формуле:

возд

⋅

+= , °С (13.2)

где t

возд

– максимальная температура окружающего воздуха;

к – коэффициент теплопередачи от гидробака к окружающему

воздуху (

градсм

кДж

⋅⋅

0175,0 );

F – расчетная площадь поверхности гидробака, м

;

063,0

VF ⋅= , м

(13.3)

где V

– емкость гидробака, л.

Температура рабочей жидкости в процессе работы не должна

превышать +70 °С. Если температура превышает указанную

величину, то необходимо предусмотреть установку в гидросистеме

теплообменного устройства.

Превышение температуры жидкости над допустимой:

−

∆

, °С (13.4)

Количество тепла, которое необходимо отобрать:

∆

⋅

3600

, кДж/час (13.5)

Из приложения 19 по количеству отводимого тепла

выбирают ближайший больший типоразмер теплообменника и

выписывают его техническую характеристику.

Пример расчета

9. Тепловой расчет гидропривода

Расчетная площадь поверхности гидробака:

15,2200063,0063,0

=⋅=⋅=

VF м

Количество тепла, получаемое рабочей жидкостью в единицу времени:

053708041266011 ,,,),(кN)(Q

пвхобщ

=⋅⋅−=⋅⋅−= η кДж/с

где к

= 0,7 – коэффициент продолжительности работы гидропривода под

нагрузкой.

Максимальная температура рабочей жидкости, достигаемая через 1 час

после начала работы гидропривода:

106

15,20175,0

05,3

25 =

⋅

Fк

возд

°С

где t

возд

= 25 °С − температура окружающего воздуха;

градсм

кДж

⋅⋅

0175,0 – коэффициент теплопередачи от гидробака к

окружающему воздуху.

Так как температура превышает максимально допустимую величину,

равную +70 °С, то необходимо предусмотреть установку теплообменника.

Превышение температуры жидкости над допустимой:

367010670

−

∆

°С

Количество тепла, которое необходимо отобрать:

48763615,20175,036003600

⋅

tFkQ

∆

кДж/час

Из приложения 19 по количеству отводимого тепла выбираем

теплообменник воздушный типа Г 44-23, у которого:

Поверхность охлаждения – 1,7 м

Количество отводимого тепла - 167·∆t = 6012 кДж/час.

14 Требования к эксплуатации гидропривода

Условия эксплуатации машин применяемых в горной и

металлургической промышленности весьма тяжелые. Они

характеризуются большой запыленностью, значительной

влажностью, повышенными температурами и т.д.

Условия эксплуатации этих машин предъявляют повышенные

требования к конструкциям элементов гидроприводов, качеству их