Методические указания по гидравлическому расчету

магистралей привода

Задача расчета состоит в определении диаметров гидролиний и потерь, возникающих в них при движении жидкости. Расчет производится по участкам, на которые разбивают гидравлическую (пневматическую) систему, при этом под участком понимается часть трубопровода между разветвлениями, пропускающая одинаковый расход и имеющая одинаковый внутренний диаметр. Участок может включать линейные сопротивления (участки трубы) и различные местные сопротивления (повороты, сужения, расширения, гидроаппараты и т.п.).

1.Расчет диаметров гидролиний

Внутренний диаметр гидролиний определяется:

, (1)

где Q – расход жидкости на рассматриваемом участке гидролинии;

Vmax – допустимая средняя скорость жидкости.

Значения допустимых средних скоростей выбираются по табл. 1.

Таблица 1

Значения допустимых средних скоростей течения

жидкости в гидролиниях

С учетом величины давления жидкости в трубопроводе по полученным значениям D выбираем трубы в соответствии с ГОСТ по наружному диаметру и толщине стенки, чтобы внутренний диаметр d превышал расчетный не более чем на 0, 3 мм. Рекомендуемые толщины стенок труб для всасывающих и сливных магистралей до 1, 0 мм, напорных – 1, 0÷ 4, 0 мм.

По внутренним диаметрам выбранных труб определяются истинные скорости на участках гидролиний:

.

Значения расходов, диаметров и скоростей, являющихся исходными данными для расчета гидравлических потерь, заносятся в табл.2.

Таблица 2

Исходные данные для расчета гидравлических потерь

Толщина стенки нагнетательной гидролинии проверяется по формуле:

, (2)

где -коэффициент запаса; - давление на данном участке трубы, принять:

для всасывающей гидролинии , для сливной гидролинии , для нагнетательной гидролинии принять давление на входе в гидроцилиндр или в гидромотор или ;

d - стандартное значение внутреннего диаметра гидролиний (см.табл.2);

[ ] - допускаемые напряжения на разрыв материала гидролиний. Принять с учетом коэффициента запаса, для стальных труб [ ] = 50 МПа, для труб из цветных металлов [ ] = 25 МПа.

Если расчетное значение толщины меньше выбранного, то трубопровод выбран правильно.

2. Расчет гидравлических потерь давления в гидролиниях

Гидравлические потери давления в гидролиниях складываются из суммы потерь в линейных сопротивлениях (на прямых участках гидролиний) и потерь в местных сопротивлениях .

2.1.Потери давления в линейном сопротивлении:

, (3)

где - удельный вес рабочей жидкости;

- коэффициент гидравлического трения;

d и l - диаметр и длина участка гидролинии;

V - средняя скорость жидкости на участке гидролинии.

Для вычисления коэффициента гидравлического сопротивления необходимо определить режим движения жидкости по числу Рейнольдса

, (4)

где - коэффициент кинематической вязкости рабочей жидкости.

Если , то режим движения рабочей жидкости на данном участке гидролинии - ламинарный и

. (5)

Если , то режим движения рабочей жидкости на данном участке -турбулентный и для гидравлически гладких труб определяется по формуле Блазиуса

. (6)

Критическое значение числа Рейнольдса для гидролиний круглого поперечного сечения принять 2320. Результаты расчета внести в табл.3.

Таблица 3

Результаты расчета потерь давления в линейных сопротивлениях

Номер участка	Длина гидролинии l, м	Внутренний диаметр d, мм	Расход жидкости Q, л/мин	Средняя скорость V , м/с	Число Рейнольдса	Коэфф. гидравлич. трения	Потери давл. , Па
…

2.2.Потери давления в местном сопротивлении:

, (7)

где - коэффициент данного местного сопротивления (см. Приложение В).

Результаты расчета внести в табл.4.

Таблица 4

Результаты расчета потерь давления в местных сопротивлениях

Номеруча-стка	Вид сопротивления	Кол-во	Коэфф.местн.сопро-тивл.,	Потери давления , МПа	Сумма потерь давл. в МПа
…

2.3.Далее определяются общие потери давления в гидроприводе. Если участки гидролиний соединены последовательно, то общая потеря давления в гидроприводе представляет собой сумму потерь давления в линейных и местных сопротивлениях на всех участках:

. (8)

Потери во всех гидролиниях, соединенных параллельно, рассчитываются раздельно для каждой из них и при определении рабочего давления насоса учитываются наибольшие из этих потерь. Например, при расчете потерь в гидросистеме, изображенной на рис.1, суммарные потери в гидролиниях гидроцилиндра (участки 2-3-4-7) равны:

, (9)

где цифровые индексы соответствуют номерам участков гидролиний; потеря давления в распределителе соответствует местным сопротивлениям с индексами м3 и м4; Км-коэффициент мультипликации гидроцилиндра. Аналогично определяются суммарные потери в гидролиниях гидромотора М (участки 2-5-6-7).

2.4.Далее определяется давление насоса, необходимое для обеспечения функционирования гидроцилиндра и гидромотора, при условии их независимой работы.

; , (10)

где давления на входе в гидроцилиндр и в гидромотор приведены в разд. 7, «Исходные данные для расчета».

Рисунок 1 - Структурная схема гидропривода

2.5.Поскольку гидроцилиндр и гидромотор должны работать вместе, то необходимо повысить давление в менее нагруженной ветви до большего, установив в гидролиниях 4 или 6 дополнительный дроссель ДР.

Потери давления на дросселе определяется из выражений:

, если (11)

, если (12)

По полученной потере давления и расходу на участке установки дросселя, полагая, что дроссель представляет собой отверстие круглого поперечного сечения, определяется диаметр условного прохода дросселя и его коэффициент местного сопротивления. Дроссели на участках 4 и 6 не показаны.

3. Построение характеристики гидролинии

Характеристикой гидролинии называется график зависимости суммарной потери напора (давления) в гидролинии от расхода, т.е. или . При ламинарном режиме течения характеристику трубопровода без местных сопротивлений обычно считают линейной и строят в виде прямой по двум точкам (см. рис.2, а). Если в трубопроводе имеются местные сопротивления (например, вентиль или другие гидроаппараты со значительным сопротивлением), то линейность характеристики нарушается. При турбулентном режиме характеристика гидролинии нелинейна (см. рис. 2, б). При построении характеристики гидролинии задаются 5-6 значениями расхода, не превышающего значения Q и Q (см. разд.7, «Исходные данные для расчета»), и для них определяют потери напора или потери давления .

Рисунок 2 - Характеристики гидролиний