Основные параметры силового гидроцилиндра

Площади поршневой и штоковой полостей при диаметре поршня и штока

, (42)

Скорости перемещения поршня при подаче масла в поршневую и штоковую полости

(43)

где − объемный КПД гидроцилиндра (учитывает утечки),

= 0,98 ÷ 1 – уплотнения манжетные или кольца из резиносмеси и пластмасс;

= 0,97 ÷ 0,99 – уплотнения металлическими кольцами.

Усилие, развиваемое на штоке, при подаче масла в поршневую полость,

(44)

При подаче масла в штоковую полость

, (45)

где − давление жидкости у гидроцилиндра;

− противодавление в сливной магистрали;

− механический КПД гидроцилиндра (учитывает потери на трение);

= 0,8 ÷ 0,95.

Нормальные диаметры плунжеров, штоков и поршней по ГОСТУ 6540-68 приведены в табл. 10 [1, таблица 96, с.201].

Таблица 10 – нормальные диаметры

Поршни, плунжеры	Штоки
Dп, мм	Dп, мм	Dп, мм	DП, мм	dш, мм	dш, мм	dш, мм	dш, мм
		140*				90*
	55*		450*		36*		280*
		100*		14*		110*
	70*		560*		45*		360*
		220*		18*		140*
	100*	280*		22*		180*
			900*		70*		560*
		360*	-

Примечание. Значения со звездочкой менее предпочтительны.

Механические характеристики гидропривода с объемным регулированием [3]

Коэффициент утечек насоса (величина утечек на единицу перепада давления)

. (46)

Коэффициент утечек гидродвигателя

(47)

где − перепад давления в гидродвигателе.

Регулировочная характеристика насоса

.(48)

определяет зависимость производительности Q от параметра регулирования U при различных заданных величинах давления .

Механическая характеристике гидродвигателя

.(49)

определяет зависимость частоты вращения гидродвигателя от нагрузки на выходном валу М.

Уравнение механической характеристики гидропривода по системе «насос-гидродвигатель»

.(50)

определяет зависимость частоты вращения гидродвигателя скорости от нагрузки на выходном валу М при различных заданных значениях параметра регулирования U. Здесь − суммарные потери напора в магистрали.

Уравнение механической характеристики гидропривода по системе «насос-силовой цилиндр»

.(51)

Определяет зависимость скорости движения поршня от величины усилия при различных заданных значениях параметра регулирования. Здесь − потери напора на пути от насоса к гидроцилиндру; − противодавление в сливной магистрали.

Механические характеристики гидропривода с дроссельным регулированием [3]

Типоразмер дросселя для регулирования выбирается по заданному расходу жидкости Q (табл. 11). Рекомендуется принимать ближайший меньший по расходу дроссель. В технической характеристике дросселя указывается при каком перепаде давления . обеспечивается номинальный расход , По этим данным определяется площадь рабочих окон дросселя

,(52)

где A - размерный коэффициент, учитывающий поправки на сжатие струи, свойства жидкости и коэффициент скорости. При , ; , ; , При − .

Зная площадь сечения рабочих окон примятого дросселя, можно по (52) определить при каком фактической перепаде давления данный дроссель обеспечивает заданный расход жидкости .

Параметр регулирования дросселя

, (53)

где − регулируемое проходное сечение дросселя.

Расход жидкости через дроссель

.(54)

Здесь − перепад давления в дросселе.

Таблица 11 – Технические характеристики регулируемых дросселей

Параметры	Тпоразмеры
Г77-33	Г77-34	Г77-14	ДР-16	ДР-20	ДР-25	ДР-32
Номинальный расход , л/мин
Номинальное давление,	12,5	12,5
Расчетный перепад давление,	0,3	0,3	0,3-0,35	0,2	0,2	0,3	0,3
Масса,	2,5	2,5	6,5	3,3	3,2	4,9	5,9

Механическая характеристика гидропривода по системе «насос-гидродвигатель» с дросселем в нагнетательной иди сливной магистрали.

.(55)

Характеристика определяет зависимость частоты вращения гидродвигателя от момента сопротивления на выходном валу при различных выданных сечениях параметра регулирования .

Поскольку коэффициент является размерным, то при подстановке величин а (55) необходимо соблюдать соответствие размерностей принятому значению коэффициента . Например, при

Механическая характеристика гидропривода по системе «насос-силовой цилиндр» с дросселем в нагнетательной линии.

,(56)

где − потери напора в линии нагнетания;

− противодавление в сливной линии.

Данная характеристика определяет зависимость скорости движения поршня от величины внешней нагрузки на штоке при различных заданных значениях параметра регулирования .

Механическая характеристика гидропривода по системе «насос-силовой цилиндр» с дросселем не сливе

(57)

Здесь − потери напора в нагнетательной линии; − потери напора в сливной линии.

Механическая характеристика гидропривода по системе «насос-гидродвигатель» с параллельно включенным дросселем

(58)

где − общие потери давления в линиях дросселя.

Механическая характеристика гидропривода по системе «насос-силовой цилиндр» с дросселем, включенным параллельно цилиндру,

,(59)

где , и − соответственно потери давления в нагнетательной и сливной линиях;

− общие потери давления линиях дросселя.

Для обеспечения постоянного давления в напорной магистрали при дроссельном регулировании фактическую производительность насоса необходимо увеличивать по сравнению с требуемой примерно на 20 %.

Верхний предел дроссельного регулирования определяем по (37) или (43), исходя из максимального возможного расхода жидкости черве дроссель .

Следует обратить внимание на соблюдение размерностей при подстановке величин в полученные уравнения. Например, при в уравнениях (56), (57) и (59) усилие подачи необходимо принимать в кгс, в при − в ньютонах, но вводить коэффициент 0,01.

Механические характеристики гидропривода с дроссель-регулятором

При использовании простых регулируемых дросселей характеристика гидропривода подучается мягкой − скорость на выходе извменяется в значительных пределах с изменением нагрузки.

Для стабилизации скорости дроссели снабжается специальными регуляторами, которые обеспечивают постоянство перепада давления в дросселе, а следовательно, и постоянство расхода. Перепад давления в дросселе с регулятором скорости обычно составляет 0,3÷0,35 МПа.

Типоразмер дросселя выбирается по заданному расходу жидкости Q (табл. 12).

Таблица 12 − Технические характеристики дросселей с регулятором

Параметры	Типоразмер
Г55-23	Г55-24	ПГ55-24	ПГ55-25	Г55-33	Г55-34	Г55-35А	Г 55-35
Номинальный расход, л/мин
Номинальное давление, МПа	6,4	6,4			12,5	12,5	12,5	12,5
Перепад давления в дросселе, МПа	До 0,35	До 0,35	>0,15	>0,15	До 0,35	До 0,35	До 0,35	До 0,35
Масса, кг	10,3	10,3	7,4		3,7	3,7	9,6	9,6

Уравнение механической характеристики гидропривода по системе «насос-гидродвигатель» с дросселем-регулятором в напорной или сливной магистрали.

.(60)

Характеристика отражает зависимость от при различных заданных значениях параметра регулирования .

Дроссель с регулятором обеспечивает постоянный перепад давления в дросселе только при моменте сопротивления, меньшем критического

. (61)

При механические характеристики определяется уравнением (55).

Коэффициент утечек в гидроцилиндре (величина утечек на единицу изменения давления)

(62)

и − номинальные значения и .

При перепаде давления в гидроцилиндре утечки в нем

(63)

Уравнение механической характеристики гидропривода по системе «насос-силовой цилиндр» с дросселем-регулятором в напорной магистрали.

.(64)

Дроссель с регулятором обеспечивает постоянство перепада давления в дросселе только при усилии подачи, меньшем критического

.(65)

При механические характеристики определяются по уравнению

.(66)

Уравнение механической характеристики гидропривода по системе «насос-силовой цилиндр» с дросселем регулятором в сливной магистрали

.(67)

Характеристики отражают зависимости скорости движения поршня от нагрузки на штоке при различных заданных значениях параметра регулирования . Здесь − противодавление на сливе; − потери напора на пути от насоса к силовому цилиндру.

При достижении критического усилия подачи

.(68)

механические характеристики определяются по уравнению

(69)

Уравнение механической характеристики гидропривода по системе «насос-гидродвигатель» с дросселем-регулятором, параллельным двигателю.

.(70)

Здесь − потери напора в магистрали.

Уравнение механической характеристики гидропривода по системе «насос-силовой цилиндр» с дросселем-регулятором, параллельным цилиндру.

Методические указания

Расчетно-графическая работа выполняется на отдельных сброшюрованных стандартных листах (210x297 мм). Текст должен быть написан на одной стороне листе; вторая будет использоваться для замечаний, пояснений и внесения исправлений.

Первая страница записки является титульным листом, на второй приводится содержание, на третьей − задание и исходные данные для расчета.

Выполнения задания можно начинать с составления гидравлической схемы привода, распределения местных сопротивлений, разбивки магистрали на участки и установления их длин.

Характеристика рабочей жидкости должна содержать сведения о ее плотности, динамической, кинематической и условной вязкости.

Диаметры трубопроводов определяются по рекомендуемым средним скоростям движения жидкости, (табл. 3) и принимаются по ГОСТу, (табл. 4).

По принятым диаметрам трубопроводов определяются фактические скорости движения жидкости.

Проверка режима движения (величины числа Рейнольдса ) необходима для определения потерь давления в магистралях.

Потери давления в гидросистеме определяются по участкам. Необходимо, например, выделение потерь напора в линии всасывания , линии нагнетания и в линии слива . При дроссельном регулирования скорости потери давления в дросселе в общие потери не входят.

По заданной ориентировочной производительности насоса определяется необходимый рабочий объем насоса и по ГОСТу (табл.9) принимается ближайший стандартный. По принятому рабочему объему определяется фактическая производительность насоса .

В случае дроссельного регулирования (дроссель без регулятора) выбор рабочего объема насоса производится по . Однако параметры дросселя и гидродвигателя (цилиндра) принимаются по заданному ориентировочному расходу .

В случае системы «насос-гидродвигатель» по заданному моменту , частоте вращения и производительности определяется необходимый рабочий объем гидродвигателя и по ГОСТу (табл.9) принимается ближайший стандартный .

По необходимому перепаду давления в гидродвигателе находится необходимое давление у насоса и по ГОСТу (табл.6) принимается стандартное .

По полученным , , и находятся необходимая мощность для привода насоса , фактический номинальный момент на выходном валу гидродвигателя и фактическая номинальная частота вращения .

При системе «насос-силовой цилиндр» по заданным производительности и скорости движения определяются ориентировочные площадь поршневой полости и диаметры и и по ГОСТу (табл. 10) принимается и .

Ориентировочное давление у цилиндра определяется по заданному усилию . Далее определяются .

Механические характеристики гидропривода строятся по полученным уравнениям или . На одном графике приводятся идеальные характеристики, на другом − фактические. При этом выделяются основная характеристика ( при параллельном дросселе ) и 3÷4 промежуточные характеристики (). Значения параметра регулирования при построении промежуточных характеристик принимаются произвольные.

Для построения характеристики переменному даются различные значения и по ним находятся соответствующие значения зависимой переменной . При этом необходимо выделение характерных точек. К характерным относятся точки, соответствующие максимальному моменту , максимальному усилию подачи (), максимальной скорости (), номинальным параметрам гидропривода () и верхнему пределу дроссельного регулирования. Полученные значения и помещаются в специальную таблицу.

Задание на выполнение расчетно-графической работы по гидроприводу горных машин

Составить гидравлическую схему гидропривода, произвести расчет трубопроводов, выбор параметров насоса и гидродвигателя (гидроцилиндра) и построить механические характеристики. Элементы гидропривода принять в соответствии с гидравлической схемой и с учетом того, чтобы суммарной коэффициент местных сопротивлений составил ориентировочно заданную величину , Данные для расчета принять в соответствии с шифром задания. В шифре первые цифры определяют номер варианта типа гидропривода (табл.13), вторые цифры − номер варианта параметров гидропривода (табл. 14).

Таблица 13 – Тип гидропривода

Номер варианта	Регулирование	Расположение дросселя	Система гидропривода
	Объемное	-	Н-ГД
	Объемное	-	Н-СЦ
	Дроссельное	На нагнетании	Н-ГД
	Дроссельное	На нагнетании	Н-СЦ
	Дроссельное	На сливе	Н-ГД
	Дроссельное	На сливе	Н-СЦ
	Дроссельное	Параллельное	Н-ГД
	Дроссельное	Параллельное	Н-СЦ
	Дроссель-регулятор	На нагнетании	Н-ГД
	Дроссель-регулятор	На нагнетании	Н-СЦ
	Дроссель-регулятор	На сливе	Н-ГД
	Дроссель-регулятор	На сливе	Н-СЦ
	Дроссель-регулятор	Параллельное	Н-ГД
	Дроссель-регулятор	Параллельное	Н-СЦ

Примечание: Н-ГД – система «насос-гидродвигатель»;

Н-СЦ – система «насос-силовой цилиндр».

Таблица 14 – Параметры гидропривода

Параметры	Варианты
			4,5
Масло	ЭШ	Т-46	Т-22	Т-57	Т-30	И-30
		1,5		3,0	2,5
		0,98	0,97	0,95	0,96	0,97
	0,8	0,78	0,79	0,8	0,78	0,79
	0,89	0,87	0,88	0,89	0,87	0,88
	2,5	2,3	2,4	2,5	2,3	2,4
	0,94	0,93	0,94	0,94	0,93	0,94
	0,7	0,71	0,72	0,73	0,74	0,75
	0,9	0,88	0,89	0,9	0,91	0,89
	1,5	1,6	1,8	1,7	2,0	2,3
	1,4	1,6	1,5	1,4	1,6	1,5
	0,8	0,82	0,81	0,8	0,82	0,81
	0,9	0,92	0,91	0,9	0,92	0,91
	1,2	1,25	1,3	1,25	1,2	1,25

 

Параметры	Варианты
	5,5				6,5	4,5
Масло	Т-46	И-30	Т-57	Т-30	И-30	Т-22
	3,0	2,9	2,8	2,5
	0,98	0,98	0,98	0,98		0,98
	0,81	0,8	0,82	0,81	0,83	0,79
	0,90	0,89	0,91	0,9	0,92	0,82
	2,2	2,0	2,1	2,2	2,0	2,1
	0,93	0,94	0,93	0,94	0,92	0,93
	0,76	0,77	0,78	0,79	0,8	0,78
	0,98	0,89	,87	0,88	0,9	0,87
	2,5	2,6	2,8	2,7	3,0	3,2
	1,7	1,7	1,8	1,5	1,8	1,7
	0,83	0,82	0,84	0,81	0,85	0,83
	0,93	0,92	0,90	0,91	0,91	0,90
	1,3	1,25	1,2	1,25	1,3	1,25

 

Параметры	Варианты
		6,5	7,5			5,5
Масло	И-20	Т-30	И-30	Т-46	И-45	Т-30
		2,3	2,5	2,4	3,0	2,5
	0,98	0,98	0,98	0,98	0,98	0,98
	0,77	0,78	0,76	0,79	0,8	0,77
	0,87	0,88	0,87	0,89	0,88	0,87
	1,9	2,0	1,8	2,1	1,7	1,9
	0,92	0,92	0,91	0,92	0,91	0,91
	0,82	0,81	0,83	0,8	0,79	0,81
	0,89	0,88	0,91	0,9	0,88	0,87
	3,5	3,6	3,8	3,7	4,0	3,9
	1,7	1,5	1,6	1,7	1,4	1,5
	0,84	0,85	0,83	0,84	0,82	0,81
	0,92	0,9	0,93	0,91	0,90	0,91
	1,2	1,25	1,3	1,25	1,2	1,25

 

Параметры	Варианты
	8,5		7,5		6,5
Масло	И-50	Т-30	Т-46	И-20	И-30	И-45
	2,8	3,0	2,5			2,5
	0,98	0,98	0,98	0,98		0,98
	0,81	0,8	0,76	0,77	0,83	0,82
	0,89	0,88	0,87	0,87	0,92	0,91
	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0	2,1
	0,91	0,91	0,91	0,92	0,92	0,93
	0,77	0,79	0,83	0,82	0,8	0,79
	0,87	0,88	0,91	0,89	0,9	0,87
	4,5	4,0	3,8	3,5	3,0	2,8
	1,5	1,4	1,6	1,7	1,8	1,8
	0,81	0,82	0,83	0,84	0,85	0,84
	0,91	0,90	0,93	0,92	0,91	0,90
	1,3	1,25	1,2	1,25	1,3	1,25

 

Примечание к таблице 14:

− ориентировочная производительность насоса;

− суммарный коэффициент местных сопротивлений;

− длина трубопроводов;

марки масел:

Т – турбинное; И – индустриальное; ЭШ − для гидросистем высоконагруженных механизмов;

– частота вращения электродвигателя;

– передаточное число между двигателем и насосом;

− КПД редуктора насоса;

− КПД насоса;

− объемный КПД насоса;

− частота вращения выходного вала редуктора;

− крутящий момент на выходном валу редуктора;

− передаточное число между гидродвигателем и выходным валом редуктора;

− КПД редуктора гидродвигателя;

− КПД гидродвигателя;

− объемный КПД гидродвигателя;

− усилие на штоке;

− скорость движения поршня;

− диаметр поршня гидроцилиндра;

− диаметр штока гидроцилиндра;

− механический КПД гидроцилиндра;

− объемный КПД гидроцилиндра;

− коэффициент соотношения между критическим моментом (усилием) и номинальным в гидроприводе с дроссель-регулятором в напорной или сливной магистрали.

Список литературы

Ковалевский В.Ф., Железняков Н.Т., Бейлин Ю.Е. Справочник по гидроприводам горных машин. − М.: Недра, 1973.- 504 с.

Хорин В.Н. Объемный гидропривод забойного оборудования. − М.:Недра, 1980.- 415 с.

Коваль П.В. Гидравлика и гидропривод горных машин. − М.: Машиностроение, 1979.- 319 с.

Гидравлика и гидропривод /В.Г.Гейер, В.С.Дулин, А.Г.Боруменский, А.Н.Заря. − М.: Недра, 1981.- 295 с.

 

Перетолчин В.А.

Основные расчетные зависимости и методические указания к расчетно-графической работе по гидроприводу горных машин

Подготовлено к печати Л.H.Падий

Объем 1,2 печ.л, Тираж 200. Зак.548 Поз.плана 14.Формат 60x84 1/16.

1980. Бесплатно.

Иркутский политехнический институт 664028, Иркутск, Лермонтова, 83