Определение проходных сечений трубопроводов.

 

Площадь проходных сечений трубопроводов определяется по величине расчетного расхода и допустимой скорости движения рабочей жидкости в трубопроводе.

На линии нагнетания диаметр трубопровода d_H определяется по расходу Q (для гидроцилиндра подъема лотка) и допустимой скорости движения рабочей жидкости V_H.

Определим площадь сечения трубопровода с учетом объемного КПД гидроцилиндра:

S_H = Q ∙ / V_H;

где V_H = 3м/с – допустимая скорость движения рабочей жидкости в линии нагнетания;

Q = 0,1311 м³/мин = 0,0021856 м³/с;

 

S_H = = 0,00072м²;

 

Тогда диаметр линии нагнетания d_H:

d_H =

 

d_H = = 0,030м;

Вычисленное значения диаметра округляют до нормального значения, выбираемого из ряда.

Условный проход 32 мм, толщина стенки 2 мм.

 

На линии слива диаметр трубопровода d_c определяется по расходу

Q_сл =0,102 м³/мин = 0,0017м³/с и допустимой скорости движения рабочей жидкости в линии слива V_с.

Определим площадь сечения трубопровода с учетом объемного КПД гидроцилиндра.

S_с = Q_сл ∙ / V_с;

где V_с = 2,5 м/с;

S_c = = 0,00067 м²;

Диаметр линии слива d_c:

d_c = = =0,029м.;

 

Округляем до нормального значения и определяем толщину стенки:

Принимаем d_c = 32 мм, толщина стенки равна 2 мм.

 

На линии всасывания диаметр d_в принимают равным d_c:

d_в = d_c =32мм.

 

 

Проверка трубопровода на гидроудар

 

Труба гидролинии нагнетания проверяется на повышенное давление при гидравлическом ударе, возникающий в момент переключения золотника.

 

Расчет ударного давления по формуле Жуковского Н.Е.:

 

ΔР_гу = V ∙ С∙ , Па;

где V = 3м/с – скорость движения жидкости в трубопроводе (до момента перекрытия сечения).

С - скорость распространения ударной волны, м/с. (для масла С= 1320м/с).

- плотность рабочей жидкости, кг/м³;

В качестве рабочей жидкости используется масло АМГ-10, плотность которого составляет = 850 кг/м³; кинематическая вязкость =10мм²/с;

ΔР_гу =3 ∙ 1320 ∙ 850 = 3366000 Па=3,36 МПа;

 

= ≤ [ ] = 90 МПа;

Определим Р_уд:

Р_уд = Р₁ + ΔР_гу;

где Р₁=0.83 – наибольшее давление в поршневой полости гидроцилиндра;

 

Р_уд = 0.83+3.36= 4,19 МПа;

Тогда: = = 33 МПа ≤ [ ]= 90 МПа.

 

 

 

 

Выбор гидроаппаратуры управления системой.

 

Выбор типоразмера аппарата осуществляется по расчетным параметрам потока рабочей жидкости (расходу, давлению), пропускаемого через гидроаппаратуру.

 

1. Фильтр напорный,

Тип: Ф-10-30-60/6.3;

Пропускная способность 140 л/мин.; потери давления: 0,2 МПа;

 

2. Клапан обратный Г51-3:

D_у =32мм; пропускаемая способность 250л/мин. Потери давления 0,09МПа;

 

3. Гидрораспределитель тип:3-х позиционный 5-ти линейный с электромагнитным управлением Тип ВЕ20. Расход 150л/мин

Условный проход: 32мм.

потери давления: 0,4 МПа;

 

4. Гидрозамок

D_у =32мм; пропускаемая способность 250л/мин. Потери давления 0,09МПа;

 

5. Охладитель жидкости:

Тип: 3-х ходовый; марка КМ3-СК-5;

Охлаждающая площадь: 72м²;

Пропускная способность: 120л/мин.; потери давления: 0,4 МПа;

 

6.Выбираю сливной фильтр ФС 100-25/6.3;

Расход 120 л/мин.; потери давления: 0,1 МПа; D_у =32мм.

 

7. Гидроцилиндры

Определение гидравлических потерь в системе

 

В течение каждого цикла расходы рабочей жидкости на различных участках гидросистемы изменяются, следовательно, будут изменяться и гидравлические потери (потери давления).

За расчетную часть цикла при расчете гидравлических потерь принимается операция рабочего хода исполнительного привода, в течение которой жидкость проходит через регулирующий аппарат, (считаем для подъема, так как гидроцилиндр преодолевает наибольшие усилия).

Гидролиния всасывания

 

Гидравлические потери (в единицах давления) ΔР_вс в гидролинии всасывания:

ΔР_вс = ΔР + ΔР + ΔР , Па;

где ΔР - потери давления по длине гидролинии всасывания, МПа;

ΔР - потери давления в местных сопротивлениях на линии всасывания, МПа;

ΔР - потери давления в гидроаппаратах;

 

Определим ΔР по формуле Вейсбаха-Дарси:

ΔР = ∙ , Па;

где - гидравлический коэффициент трения;

300мм – длина линии (всасывания);

d =d_в =32мм – диаметр трубопровода (всасывания);

V=3м/с – скорость потока в трубопроводе (всасывания);

= 850 кгс/см³;

 

Определим :

Число Рейнольда Re по которому можно судить о режиме течения жидкости:

Re = V ∙ d_t / ;

где V= 3 м/с – средняя скорость потока;

d_t– гидравлический диаметр (при круглом сечении он соответствует внутреннему диаметру трубы, м: d_t = 0,032м);

- кинематическая вязкость, м²/с; = 10 мм²/с = 0,000010 м²/с;

Re = = 9600> 2300 → турбулентное движение;

Для турбулентного течения коэффициент гидравлического трения :

= ; = = 0.031;

 

ΔР =0,031 ∙ ∙ = 1112Па;

 

ΔР = ∙ b ∙ ;

где - коэффициент местного сопротивления

=2;

b – поправочный коэффициент, который учитывает зависимость потерь от числа Re

При Re >2300; b =1;

 

ΔР = 2 ∙ 1 ∙ ∙850 = 7650Па;

 

ΔР = 0, так как между баком и насосом гидравлическая аппаратура (согласно схеме) отсутствует.

 

ΔР_вс= ΔР +ΔР + ΔР = 1112+7650 = 8762Па=0,009МПа;

 

Гидролиния нагнетания

 

Гидравлические потери ∆Р_Hв гидролинии нагнетания:

ΔР_H=ΔР +ΔР + ΔР ;

где ΔР , ΔР , ΔР ; - потери давления по длине, местные сопротивления и гидравлическую аппаратуру соответственно, Па.

 

Определим ΔР :

Re = = 9690>2300 движение турбулентное;

= 0,031.

 

ΔР = 0,031 ∙ ∙ = 3705 Па;

 

Определим ΔР :

Потери в местных сопротивлениях определяются как 25-30% от потерь давлений по длине гидролинии.

ΔР = 0,3 ∙ ΔР =0,3 ∙ 3705 = 1125 Па

 

Определим ΔР :

ΔР = ΔР + ΔР + ΔР , МПа;

Определим ΔР - потери давления в обратном клапане и потери в гидрозамке

ΔР = ΔР^{о 2};

где ΔР^о – потери давления в гидроаппарате при пропускании номинального расхода Q^о (паспортные данные);

Q– расчетный расход жидкости, пропускаемый через аппарат.

 

ΔР^о = ΔР = 0,09МПа;

Q^о = 250л/мин;

Q= 0,1311 м³/мин = 131.1 л/мин

ΔР =0,09 =0,024 МПа;

Т.к. гидрозамок имеет такую же техническую характеристику, то учтем:

0,024 ∙ 2=0,048 МПа

 

Определим ΔР :

 

ΔР = 0,2 = 0,20 МПа=200000 Па;

ΔР = 0,4 =0,3 МПа=300000 Па;

∆Р_H=ΔР + ΔР + ΔР =3705 +1125+(48000+200000+300000)=552830 Па=0,56 МПа;

 

Гидролиния слива.

 

ΔР = ΔР +ΔР + ΔР ,

где ΔР , ΔР и ΔР -потери давления по длине, на местные сопротивления и гидравлическую аппаратуру соответственно, Па.

 

Определим ΔР :

Re = = 8320>2300 движение турбулентное;

= = = 0,033;

ΔР =0,033 ∙ = 3287Па;

 

Определим ΔР :

ΔР =0,3 ∙ ΔР =0,3 ∙ 3287= 986 Па;

 

Определим ΔР :

ΔР = ΔР + ΔР + ΔР + ΔР ;

где ΔР - потери давления на охладителе жидкости, Па;

ΔР - потери давления на магистральном фильтре, Па;

 

Определим ΔР :

ΔР = 0,4 = 0,28МПа= 280000 Па;

 

Определим ΔР :

ΔР = 0,1 = 0,07МПа=70000Па;

Определим ΔР :

ΔР = 0.4 =0,18 МПа=180000 Па;

Определим ΔР :

ΔР =0,09 =0,015 МПа=15000 Па

 

ΔР = 0,28+0.07+0.18 + 0,41+0.015 = 0,885 МПа=885000 Па;

ΔР = ΔР +ΔР + ΔР = 3287+986+885000= 889273 Па=0,89 МПа;

 

 

Выбор типа насоса

 

Для выбора насоса определяются расчетные значения его рабочих параметров: производительность (подача) Q_H, давление Р_H и мощность N_H.

Определим производительность насоса. Производительность насоса должна превышать расчетный расход в системе на величину утечек ΔQ:

Q_H = Q + ΔQ;

 

Определим ΔQ:

ΔQ = К_у∙ Р; (величина ΔQ зависит от степени герметичности элементов системы вязкости и давления рабочей жидкости).

где К_у = 0,005 - среднее значение расчетного коэффициента утечек;

Р = 0,76 МПа - расчетное давление;

ΔQ = 0,005 ∙ 0,76= 0,0038 = 0,0000038 л/с =0,000228 л/мин.;

 

Q_H = 131,1+0,000228 = 131,100228 л/мин.;

 

Определим рабочее давление насоса Р_H:

Р_H = Р_ман.+ Р_вак, МПа;

где Р_ман. – манометрическое давление в линии нагнетания и слива;

Р_вак – вакуум в линии всасывания.

 

Определим Р_ман.:

Р_ман. = Р₁+ ΔР_H + ΔР_сл,

Р_ман. = 0.76+0,56 +0.89 = 2.21 МПа;

 

Определим Р_вак.:

Вакуум во всасывающей линии насоса определяется по формуле:

Р_вак.= ∙ g∙Z_вс+ ΔР_вс,

где Z_вс – геометрическая высота всасывания.

Z_вс = 300мм= 0,3м;

ΔР_вс= 8762 Па;

Р_вак.=850 ∙ 9,81 ∙ 0,3+8762 = 11173,55 Па = 0,011 МПа;

 

Р_H= Р_ман+Р_вак= 2,21+0,011 = 2,221 МПа = 2221000 Па;

 

Эффективная мощность насоса:

N_H=Р_H ∙ Q_H, Вт;

Р_H = 2221000 Па; Q_H = 131.100228 л/мин = 0,002185м³/с.

N_H = 2221000 ∙ 0,002185= 4852 Вт.

На основании Q_H = 131,100228 л/мин, Р_H= 2,221 МПа и N_H = 4,852кВт, выберем:

Насос пластинчатый типа Г12-35АМ, с подачей 140 л/мин, мощностью 5 кВт, давлением на выходе 2,5 МПа

Объемный КПД насоса 0,93, Механический КПД насоса 0,85.

 

Определим мощность приводного двигателя к насосу:

N_g = ;

где - полный КПД насоса.

 

Определим :

= ∙ ;

где = 0,96 - объемный КПД выбранного насоса;

= 0,85 - механический КПД выбранного насоса;

N_g = = 5,95 кВт;

Принимаем N_g = 6 кВт.

 

Расчет емкости гидробака

 

Объем гидробака определяется по его 3÷5 минутной производительности.

С учетом запаса по высоте объем бака определяется по формуле:

W= 1,2(3÷5)Q_H;

W= 1,2 ∙ 3 ∙ 131,100228 = 472 л;