Завдання № 2. Перевірка працездатності елементів гідравлічної частини насоса

 

2.1 Розрахунок елементів клапанного вузла

 

Під час розрахунку елементів клапана спираються на залежність між частотою ходів насоса і швидкістю підйому клапана. Для насоса, який розглядається в даному випадку, розрахунки будемо проводити при частоті обертання вала n_дв =1600 хв^-1 додаток В.

Максимальна висота підйому клапана визначається за формулою

, (2.1)

де – площа плунжера, м²;

(2.2)

– діаметр плунжера (додаток В), = 0,1 м;

– радіус кривошипа, м:

, (2.3)

де – довжина ходу плунжера (в курсовому проекті приймаємо для насоса ЦН-320 = 0,25 м; 5НК-500 – = 0,125 м; 4Р-700 – = 0,2 м);

– діаметр клапана, = 0,078 мм (додаток Г);

– кутова швидкість кривошипа, с^-1:

с^-1; (2.4)

де n – частота подвійних ходів плунжера, n = 143 хв^-1 (додаток В);

– коефіцієнт витрат, за рекомендаціями методичної літератури умовно приймаємо ;

– кут нахилу твірної конічної, (в курсовому проекті приймаємо ⁰).

Тоді маємо:

. (2.5)

Гідростатичне навантаження на клапан складе:

(2.6)

де – навантаження пружини при відкритому клапані, Н:

(2.7)

де – модуль пружності при зсуві; приймаємо МП а;

– діаметр дроту пружини; =0,004 м (додаток Г);

– середній діаметр витка пружини; м (додаток Г);

– кількість робочих витків пружини, =7 (додаток Г);

– деформація пружини у відкритому клапані, .

Тоді,

(2.8)

де - питома вага рідини розриву;

– маса клапана у зборі, кг (додаток Г);

– площа перерізу прохідного отвору сідла клапана, м²;

(2.9)

де діаметр прохідного отвору сідла клапана, = 0,08 м (додаток Г).

;

м

м

Розраховуємо зусилля пружини при відкритому і закритому клапані:

Визначимо напруження у поперечному перерізі витка пружини при відкритому положенні клапана:

(2.10)

МПа

Виходячи із розрахунків вибираємо матеріал пружини сталь 60С2, по ГОСТ 2052-94.

Рекомендовані граничні допустимі напруження МПа

Швидкість посадки клапана:

, (2.11)

де – кутова швидкість кривошипа,с^-1

Критична швидкість при якій може з’явитись стукіт клапанів з’являється при =190…210 мм/с, а в нашому випадку у зв’язку з тим, що наш клапан підпружинений стукіт з’являється при =250 мм/с.

Швидкість рідини у клапанній щілині

, (2.12)

де – коефіцієнт швидкості, =0,6…0,8; приймаємо

м/с

 

 

2.2 Розрахунок елементів клапана на міцність

2.2.1 Розрахунок сідла клапана

 

Спочатку зовнішню поверхню сідла клапана перевіряємо на зминання. При цьому, максимальне діюче на сідло зусилля складе:

, (2.13)

де р – робочий тиск насоса при обраній подачі, р = 17,1 МПа (додаток В);

D_c – діаметр сідла клапана, D_c = 121 мм = 0,121 м (додаток Г);.

Тоді,

кН

Площа бокової поверхні сідла складе

м² (2.14)

де – висота сідла клапана, = 65 мм (додаток Г);

м².

Напруження зминання становитиме

= 191,36 МПа. (2.15)

Сідло клапана виготовлене із сталі 40ХН, а межа міцності для цієї сталі становить МПа.

Отже, виходячи із даного розрахунку видно, що умова виконується .

 

2.2.2 Розрахунок тарілі клапана

Розраховуємо горизонтальну посадочну поверхню на зминання

, (2.16)

де – зусилля які діють на тарілку, Н

– площа зминання, м²

, (2.17)

де р – робочий тиск насоса при обраній подачі, р = 17,1 МПа (додаток В);

– діаметр тарілі, = 0,113 м (додаток Г).

Н =171,405 кН

, (2.18)

де – зовнішній діаметр сідла, м (додаток Г);

– внутрішній діаметр сідла, = 0,08 м (додаток Г);

b – товщина стінки тарілі, b = 15 мм = 0,015 м (додаток Г);

h – висота тарілі, h = 22 мм = 0,022 м (додаток Г);

м²;

Па = 22,98 МПа.

Гранично допустиме напруження зминання:

, (2.19)

де – напруження текучості, МПа;

– коефіцієнт запасу міцності, ;

МПа.

Отже, виходячи із розрахунків видно, що умова виконується .