Гидравлический расчет

Следующий этап расчета привода – определение проходных сечений магистралей (трубопроводов) и гидроаппаратов, а также гидравлических потерь давления при течении рабочей жидкости. Это задача гидравлического расчета. Расчет проводится методом последовательных приближений. В первом приближении проходные сечения трубопроводов и гидроаппаратов выбирают на основании рекомендованных значений скорости течения рабочей жидкости. Затем рассчитывают потери давления и, при необходимости, опре­деляют массогабаритные показатели трубопроводов и гидроаппара­тов. Допускаемые потери приняты при энергетическом расчете в виде гидравлического КПД. При втором приближении проходное сечение корректируют в соответствии с проведенной оценкой первого варианта, при необ­ходимости изменяют выбранное номинальное давление, и вновь вы­полняют расчет конструктивных параметров двигателя, выбор тру­бопроводов и гидроаппаратов и рассчитывают потери давления. Обычно достаточно двух или трех приближений.

Исходными данными при проведении гидравлического расчета служат расстояния между гидроаппаратами привода, а также число и тип гидроаппаратов и трубопроводов, определенных на этапе разработки принципиальной гидравлической схемы. Длины участков устанавливаются приближенно в соответствии с предполагаемой компоновкой оборудования. Расчет ведется отдельно для напорной и сливной магистралей.

На первом шаге определяется необходимый объемный расход рабочей жидкости:

для напорной магистрали

(4.34)

для сливной магистрали

(4.35)

где – объемный КПД привода, определяемый по данным катало­гов на гидроаппаратуру.

Далее определяются проходные сечения, выбира­ются типоразмеры трубопроводов и гидроаппаратов. Основным па­раметром при этом является диаметр условного прохода . Ус­ловный диаметр трубопровода, соответствующий объемному расходу и принятой скорости течения потока рабочей жидкости, опре­деляется отдельно для напорной и сливной магистралей по форму­ле

(4.36)

Определенные значения диаметра условного прохода ок­ругляются до ближайшего значения из номинального ряда по ГОСТ 16516–80: 1; 1,6; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500.

Гидроаппаратуру подбирают по диаметру условного прохода по каталогам или справочникам. Ориентиром может служить также значение номинального расхода .

На следующем шаге гидравлическая схема разбивается на элементарные участки, на каждом из которых рассчитываются гидравлические по­тери давленияотдельно для напорной и сливной магистралей. Последовательность расчета безразлична, но целесообразно для напорной магистрали расчет вести от элемен­та, ближайшего к насосу. Перед первым элементом

,

где – выбранное номинальное давление насоса, – атмосфер­ное давление.

Для каждого последующего участка

.

(4.37)

Гидравлические потери обычно разделяют на потери дав­ления на трение по длине каналов и потери давления в местных сопротивлениях.

Потери давления на трение по длине канала рассчитыва­ют по известной формуле Дарси:

(4.38)

где – длина i-го участка, – условный диаметр трубопровода, – коэффициент тре­ния, который в зависимости от режима течения.

Режим течения характеризуется числом Рейнольдса:

где – кинематическая вязкость.

Коэффициент тре­ния определяется сле­дующим образом:

– при числе Рейнольдса по формуле Пуазейля

(4.39)

– при ламинарном течении в зазоре между двумя плоскими стенками

(4.40)

где

Формула справедлива и для течения жидкости между двумя соосными цилиндрическими поверхностями при усло­вии, что зазор весьма мал по сравнению с диаметрами этих по­верхностей;

– при ламинарном течении в каналах квадратного сечения

(4.41)

– при числе Рейнольдса по формуле Альтшуля

(4.42)

где – абсолютная шероховатость, значения которой приведены в табл. 4.3.

Таблица 4.3

Значение параметра шероховатости

Для гладких цилиндрических каналов с относительной шеро­ховатостью

коэффициент трения нахо­дится в пределах

Потери давления в местных гидравлических сопротивлениях, т. е. потери, вызванные изменением размеров и конфигурации ка­налов, определяются по формуле Вейсбаха:

(4.43)

где – коэффициент местного гидравлического сопротивления, значения которого приведены в справочной литературе.

Потери давления в напорной магистрали

(4.44)

где – число выбранных элементарных участков.

Потери давления в сливной магистрали

(4.45)

где – число выбранных элементарных участков сливной магист­рали.

Далее рассчитывают давление в рабочих камерах двигателя

(4.46)

(4.47)

Затем находят максимальное усилие , развиваемое двигателем

(4.48)

которое должно быть не менее полной внешней нагрузки , т. е.

(4.49)

На следующем этапе определяют гидравлический КПД гидросистемы:

(4.50)

и сравнивают полученное значение с принятым при гидравличес­ком расчете.

Если делают вывод о необходимости корректировки пара­метров гидросистемы, то выполняют вторичный выбор гидроли­ний, гидроаппаратов, при необходимости изменяют номинальное давление в системе, и расчет повторяется.