Основи розрахунку об'ємного гідропривода

Загальні відомості. До розрахунку гідропривода можна приступати при наявності:

- технічної характеристикиі схеми машини, частиною якої повинний бути гідропривод;

- чіткого уявлення про призначення гідропривода і про вимоги, що до нього ставляться;

- вихідних параметрів гідропривода - зусилля на штокові гідроциліндра і швидкості руху виконавчого механізму з поступальним рухом, крутильного моменту і частоти обертання вихідного вала виконавчого механізму з обертальним рухом;

- принципової схеми гідропривода.

На першому етапі проводяться оцінка потужності і вибір типу гідропривода.

Оцінка необхідної потужності насосного агрегату виконується за допомогою формули N _н > N/η, де N _н  - потужність насосної станції, кВт; N - потужність, необхідна для виконання технологічної операції за допомогою гідродвигуна;  η - ККД гідропривода, що, як правило, складає 0,6...0,8.

Якщо необхідна потужність перевищує потужність насосного агрегату, встановленого на енергетичному засобі, то приймається обґрунтоване рішення про створення автономної насосної станції.

При проектуванні гідропривода задача зводиться до вибору типу й марки гідромашин, розподільчої й регулюючої апаратури, інших допоміжних елементів і розрахування діаметрів труб гідроліній.

У першу чергу необхідно виконати розрахунки, необхідні для вибору типу й марки гідродвигуна, тобто вихідної ланки.

Нерідко при проектуванні гідроприводів дані каталогів на гідроагрегати, у тому числі і гідромашини, можуть не задовольняти вимогам, що пред'являються до знову створюваного гідропривода.

У цьому випадку доводиться створювати новий гідроагрегат і освоювати його виробництво.

Вибір гідроциліндрів при проектуванні гідросистем здійснюється за відповідними каталогами чи галузевими стандартами. При виборі типу й марки гідроциліндра насамперед необхідно розрахувати його основні конструктивні параметри, зокрема внутрішній діаметр циліндра D і діаметр штока d.

Внутрішній діаметр циліндра визначається в залежності від значення й напрямку діючого навантаження. Рівняння рівноваги сил, що діють на поршень, можна записати в такому вигляді:

p ₁ S ₁ – p ₂ S ₂ - F _шт =0,               (3.98)

де р₁, р₂ - тиск у порожнинах циліндра, з'єднаних відповідно з напірною й зливальною гідролініями. Па; S ₁, S ₂ - площа поршня з боку відповідно напірної й зливальної гідроліній, м²; F _шт - дійсне навантаження без урахування інерційних сил, Н. З урахуванням механічного ККД гідроциліндра F _шт = P / η _мех.

Для гідроциліндра з одностороннім штоком, що працює на стиск при виштовхуванні поршня (рис. 3.61, а), діаметр визначається за формулою

D = ,               (3.99)

де Р - задане робоче зусилля, кН; р₁, р₂  - тиск відповідно в напірній і зливальній порожнинах гідроциліндра, МПа; ψ =  - відношення площ поршня з боку відповідно поршневої і штокової порожнин.

Якщо шток працює на розтягування при втягуванні поршня, то штокова порожнина з'єднана з напірною гідролінією, а поршнева – зі зливальною (рис. 3.61, б). Діаметр гідроциліндра в цьому випадку

D = ,               (3.100)

Протитиск р₂ визначається гідравлічними втратами, що дорівнюють сумі втрат на лінійних і місцевих опорах трубопроводів і гідроапаратів, установлених на зливальній гідролінії. При розрахунку попередньо приймемо р ₁ =р_н, р₂ = 0,3...0,5 МПа, а потім уточнимо прийнятий тиск після виконання гідравлічного розрахунку.

Якщо тиском зливу зневажити і вважати, що р₂≈0, тоді розрахункове значення діаметра поршня одноштокового гідроциліндра при роботі штока на стиск можна визначити за спрощеною формулою:

D = ,               (3.101)

а при роботі штока на розтягування -

D = ,           (3.102)

 

Коефіцієнт відношення площ у залежності від виконання циліндра може приймати значення:

- зі зменшеним діаметром штока - ψ = 1,25;

- з нормальним діаметром штока - ψ = 1,33;

- зі збільшеним діаметром штока - ψ = 1,6.

Великі значення ψ приймають для гідроциліндрів з великим ходом. Якщо необхідно забезпечити однакову швидкість при прямому й зворотному ході, то ψ = 2, і гідроциліндр підключають за диференціальною схемою. Значення У можна також визначити в залежності від необхідного співвідношення швидкостей прямого й зворотного ходу:

с= V _п/ V _зх= ,                  (3.103)

діаметр штока визначають зі співвідношення

d=D .                (3.104)

Для гідроциліндрів із двостороннім штоком ψ = 1.

Механічний ККД гідроциліндра залежить від типу застосовуваних ущільнень. Для гідроциліндрів з манжетними ущільненнями η _мех=0,93...0,97, з гумовими ущільненнями й металевими кільцями η _мех =0,95...0,97.

Розрахункові діаметри поршня і штока округлюємо до найближчого за стандартом значення: 10, 12, 16.20, 25, 32, 40, 50, 63.80, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 мм (додатковий ряд, мм: 14, 18, 22, 28, 36, 45,56, 70, 90,110, 140, 180,220,280,360,450,560,710) - і уточнюємо величину тиску в поршневій або в штоковій порожнині гідроциліндра:

 

p _ц = .                  (3.105)

За знайденим значенням D, d і p _ц з урахуванням заданого ходу штока з каталогу [7] вибираємо марку необхідного силового циліндра й записуємо його паспортні дані.