3 Выбор рабочей жидкости

В объемном гидравлическом приводе рабочая жидкость является энегоносителем, при помощи которого устанавливается связь между насосом и гидравлическим двигателем. Одновременно она обеспечивает смазку подвижных частей элементов гидравлического привода.

Рабочая жидкость при эксплуатации гидропривода подвергается воздействию давления и температуры, которые изменяются в достаточно широких пределах. В этих условиях не всякая жидкость обеспечивает нормальные условия эксплуатации гидропривода. Поэтому жидкость, применяемая в гидроприводах, должна удовлетворять ряду требований. Прежде всего, она должна обладать хорошей смазывающей способностью, не должна менять своего химического состава, быть механически чистой, не содержать примесей, выделяющих пары, обладать оптимальной вязкостью, обеспечивающей малые утечки и малые потери энергии на преодоление гидравлических сопротивлений, она не должна окислять детали гидропривода и быть огнеопасной.

Основным критерием, определяющим возможность применения той или другой жидкости, является соответствие вязкости давлению и температуре эксплуатации гидропривода.

При завышении вязкости увеличиваются потери давления и, соответственно, нагрев жидкости. Если вязкость недостаточна, увеличиваются утечки жидкости (уменьшается объемный КПД), усложняется уплотнение стыков и подвижных соединений, ухудшается смазывающая способность. Для обеспечения сохранения смазывающей пленки допустимая кинематическая вязкость (в м²/с) для шестеренных насосов составляет (16 - 18)10^-6, для пластинчатых насосов - (10 - 12)10^-6, для аксиально-поршневых - (6 - 8)10^-6. Указанные минимальные значения кинематической вязкости обеспечивают достаточно высокий объемный КПД действия насосов.

Х

9

арактеристики минеральных масел, применяемых в гидравлических объемных приводах, имеются в большинстве учебников, а также в справочной литературе.

В пояснительной записке необходимо обосновать выбор жидкости для гидропривода, указать технические условия или государственный стандарт на выбранное масло и записать показатели ее основных свойств.

4 Определение основных параметров и выбор исполнительных гидродвигателей

При определении размеров или выборе типоразмеров исполнительных гидродвигателей можно пользоваться расчетными формулами, которые связывают конструктивные параметры гидродвигателя с его силовыми характеристиками и скоростью движения выходного звена. По заданным усилиям или крутящему моменту можно определить размеры гидроцилиндра или выбрать типоразмер гидромотора.

Оптимальное рабочее давление определить расчетным путем практически не удается. Известно, что при увеличении рабочего давления могут быть уменьшены размеры исполнительных гидродвигателей, потому что усилие или крутящий момент пропорциональны давлению. Значит, при большем давлении можно получить требуемое усилие, например при меньшей рабочей площади гидроцилиндра, т.е. при меньшем диаметре поршня, штока и т.п. При этом, длина того же гидроцилиндра не уменьшится, поскольку задана величина перемещения рабочего органа, с которой связан ход цилиндра. Если уменьшить диаметр поршня или штока при той же длине, то увеличивается отношение длины к диаметру внутренней поверхности гильзы цилиндра и могут возникнуть затруднения с ее обработкой. С другой стороны, длинный и тонкий шток может потерять устойчивость при приложении сжимающих нагрузок (при продольном изгибе).

В

10

гидромоторах повышение рабочих давлений приводит к увеличению удельных нагрузок в сопряжениях деталей, которые работают в условиях сравнительно больших скоростей относительных движений, а также циклического нагруженияпо поверхностям сопряжения и в опорных подшипниках. Для

Если же труба гидравлически шероховатая (), то целесообразно использовать формулу Альтшуля

, (39)

где - эквивалентная шероховатость трубы.

Другие расчетные зависимости для иприведены в справочной литературе.

Коэффициенты местных сопротивлений для конкретных местных сопротивлений определяют экспериментально. Их значения также можно найти в справочной литературе. Если местные сопротивления на трубопроводе расположены друг от друга на расстоянии не ближе 20 d,. то значения их коэффициентов сопротивления суммируются (принцип наложения потерь). Если же местные сопротивления расположены друг от друга на более близком расстоянии, то они объединяются в новый вид местного сопротивления, для которого необходимо определить значение .

Тогда суммарные потери давления в трубопроводах (гидролиниях) будут

. (40)

По формуле (40) следует рассчитать потери давления в каждой линии (всасывающей, напорной и сливной).

Гидроаппараты, установленные на различных участках гидролиний, являются местными сопротивлениями. Часто потери давления в гидроаппаратах нельзя определить по формуле (35) из-за отсутствия данных о значениях коэффициентов местных сопротивлений и их определяют, пользуясь параметрами, приведенными для номинального расхода жидкости в технических характеристиках. Для того, чтобы найти потери давления в любом гидроагрегате для расхода жидкости в проектируемом гидроприводе можно использовать соотношение

39

, (41)

l - длина линии, м;

- внутренний диаметр линии, м;

- плотность рабочей жидкости, кг/м³;

- скорость движения рабочей жидкости в гидролинии, м/c

и Вейсбаха

, (35)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений на рассматриваемом участке гидролинии.

Гидравлический коэффициент трения зависит от режима движения, определяемого значением критерия Рейнольдса. При ламинарном режиме движениязависит только от значения критерия Рейнольдса, а при турбулентном - ещё и от шероховатости стенок трубопроводов .

Поскольку в трубопроводах гидроприводов движение рабочей жидкости не изотермическое, трубопроводы короткие (велико влияние начального участка) и имеют большое количество изгибов, приводящих к овальности участков трубопроводов и искажению профиля скоростей в них, то при расчете по формуле Пуазейля

(36)

значения коэффициента А принимаются: А = 80, если Re < 500;

А = 130, если 500 < Re < 800, А = 150, если 1800 < Re < 4000.

В том случае, если толщина вязкого подслоя, определяемая по формуле

, (37)

больше высоты элементов шероховатости выбранной трубы (труба гидравлически гладкая), то при турбулентном режиме движения (Re > 4000) гидравлический коэффициент трения рассчитывают по формуле Блазиуса

38

. (38)

обеспечения надежности работы ротационных машин (гидромоторов и насосов) при повышенных рабочих давлениях требуется использовать более качественные материалы, повышать точность обработки деталей, уменьшать рабочие зазоры в сопряжениях, применять опорные подшипники более высокого класса и т.п. Это приводит к повышению стоимости этих машин и к ужесточению требований по фильтрации масла и другим условиям эксплуатации.

Вместе с тем, в станках размеры гидродвигателей часто оказываются заданными конструктивно, если эти двигатели (например, гидроцилиндры) встроены в рабочий орган, или их выбирают из условия обеспечения требуемого расхода масла при минимальных подачах.

Применение гидроприводов в станках в течение длительного времени позволяет проследить процесс изменения уровня давлений в гидроприводах. В результате можно установить, что в течение последних десятилетий уровни рабочих давлении в станках различных групп практически не изменяются и нет оснований ожидать в обозримом будущем каких-либо существенных изменений в этой области.

При этом установившиеся уровни рабочих давлений составляют: в шлифовальных, заточных, алмазно-расточных и других станках для чистовой обработки 1 - 3 МПа; в станках с программируемыми электрогидравлическими приводами 6 - 7 МПа; в протяжных станках 8 - 10 МПа; в накатных и других станках для обработки методами пластической деформации до 15 - 20 МПа и в остальных группах станков 3 - 5 МПа.

При проектировании гидроприводов новых станков в качестве расчетного давления можно принимать среднюю величину из приведенных рабочих давлений для соответствующих групп станков, либо обосновывать использование более высоких или низких давлений.

П

11

о результатам этого этапа расчета производят выбор типоразмера серийно изготавливаемого гидродвигателя по каталогам-справочникам или номенклатуре заводов- изготовителей, либо разрабатывается конструкция требуемого двигателя.

При разработке конструкции гидроцилиндров нужно учитывать действующие ГОСТы и ОСТы на их размеры, и размеры уплотнительных устройств.