Разработка гидропривода с дроссельным регулированием скорости механизма подачи

  Суммарные потери давления в нагнетательном трубопроводе (на участке АБ) 

  

 

  

 

  Суммарные потери давления в сливном трубопроводе (на участке ВГ) 

  

 

 
 

7 ВЫБОР ИСТОЧНИКА  ПИТАНИЯ 

    Расчетное  давление  на  выходе  из  насосной  установки  определяется : 

, 

где и   -соответственно  расчетное  значение  полезного  перепада  давлений  на  исполнительном  органе  и  коэффициент  эффективных  площадей. 

. 

  Расчетный  расход  на  выходе  из  насосной  установки: 

  

, 

  где -  расчетное значение  расхода на  входе в исполнительный  орган;

         -  суммарный  расход  утечек  жидкости  через капиллярные щели  кинематических пар гидроаппаратов, установленных в нагнетательной линии АБ ( внутренние утечки аппаратов): 

        

 

          - расход, затраченный на функционирование регуляторов потока, выбранный из таблиц 5.2 и 5.3. 

 

  Воспользовавшись  таблицей  2.4,  выбираем  мотор-насос  с  нерегулируемым  рабочим  объемом  МНА-200,  имеющий  техническую  характеристику: 

• номинальное  давление –  ;
• номинальная  производительность - ;
• рабочий  объем - ;
• частота  вращения  ротора – 25 об/с;
• объемный  КПД – 0,95;
• механический  КПД – 0,95;
• общий  КПД – 0,9;
• масса – 135 кг.

 
 

8 РАСЧЁТ ВЫСОТЫ  ВСАСЫВАНИЯ 

  Уравнение  равновесия  давлений  во  всасывающем  трубопроводе- 

  

, 

  где  - потери  давления  по  длине   всасывающего  трубопровода;

          - расчетные  потери  давления  в  приемном  фильтре;

- давление  от  столба  жидкости  во  всасывающем  трубопроводе;

- перепад  давлений,  обеспечивающий  всасывающую  способность  насоса.

  Расчет  высоты  всасывания  осуществляется  при  условии  обеспечения  во  всасывающей  трубе  ламинарного  режима ( допускаемая   скорость  движения  жидкости  )  и  перепада  давлений  .

  Объемный  расход  жидкости  во  всасывающем  трубопроводе 

, 

  где  - номинальная производительность  насоса;

          - объемный  КПД  насоса. 

         

 

  Расчетное  значение  высоты  всасывания 

, 

  Высота  всасывания    входит  в зависимость при определении , поэтому 

  

. 

. 
 

9 РАСЧЁТ НАГНЕТАТЕЛЬНОГО  ТРУБОПРОВОДА НА  ПРОЧНОСТЬ  

  Прочностной  расчет  трубопровода  заключается  в  определении  толщины  стенки  трубы  из  условий  прочности.  Труба  рассматривается  как  тонкостенная  оболочка,  подверженная  равномерно  распределенному  давлению  .  С достаточной для инженерной  практики  точностью минимально  допустимая  толщина стенки  определяется: 

, 

  где  - толщина стенки  трубы,  м;

          - расчетное  давление  на  выходе  из  насосной  установки,  Н/м²;

          - внутренний  паспортный  диаметр   трубы, м;

          - допускаемое  напряжение, Н/м².

  Для  труб,  выполненных  из  стали  20,  Н/м². 

. 

      По  таблице выбираем трубу с параметрами:

 наружный  диаметр  ;

 толщину стенки ;

 внутренний  диаметр   
 

10 ВЫБОР ПРИВОДНОГО  ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 

  В  качестве  приводного  электродвигателя  обычно  используется  трехфазный  асинхронный  электродвигатель  с  короткозамкнутым  ротором  общепромышленного  применения.  Из  каталога электродвигатель  выбирается  при  соблюдении  следующих  условий: 

; 

, 

где

и - соответственно  номинальные паспортное  и расчетное  значения  активной  мощности  на  валу  ротора  насоса;

    и  - соответственно  номинальные паспортные  значения  частоты вращения  роторов электродвигателя  и насоса.

  Приводной  электродвигатель выбираем  из  таблицы 10.1 методички.

  Расчетная  номинальная  мощность  на  валу  ротора  насоса  при  дроссельном  регулировании  скорости 

, 

  где - расчетная мощность  на  валу  ротора  насоса, кВт;

- расчетное  значение  номинального  давления  на  выходном  штуцере  насоса ( точка  А ),  МПа;

- значение  номинальной  производительности ( подачи ) на  выходном  штуцере  насоса ( точка  А ), м³/с;

- общий  КПД  выбранного  типоразмера  насоса. 

  

. 

  Из  каталога  выбираем  трехфазный  асинхронный  электродвигатель  с  короткозамкнутым  ротором  5АМ250М4,  имеющий  следующую  техническую  характеристику:

  номинальная  мощность - 90 кВт>89,35 кВт;

  синхронная  частота  вращения - 25 об/с= =25 об/с;

  масса – 515 кг. 
 

11 РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ И СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК 

  Уравнение  сил,  действующих  на  поршень  гидроцилиндра: 

,

  Или 

  Но  ,  тогда . 

  Подставим  в  полученную  зависимость: 

     и   ,

  тогда  . 

       Суммарные  потери  давления  жидкости  в  нагнетательном  трубопроводе  могут  быть  выражены  зависимостью: 

 

где  - коэффициент сопротивления нагнетательного трубопровода, Н·с²/м,

     - коэффициент  сопротивления   дросселя, Н/с²,

  Аналогично  могут  быть  выражены  суммарные  потери  давления  жидкости  в  сливном  трубопроводе ( участок  ВГ ): 

 
 

  Коэффициенты  сопротивления  определяются: 

  

; 

  

; 

  

; 

  

; 

  

; 

  

; 

  

; 

  

. 

  Тогда  уравнение  равновесия  сил,  действующих  на  поршень  гидроцилиндра  примет  вид: 

  

 

  Отсюда  скорость  движения  поршня  ( штока )  гидроцилиндра, м/с, 

  

. 

  Механические  и  скоростные  характеристики  гидроприводов  следует  рассчитывать  для  заданного  диапазона  бесступенчатого  регулирования  скорости  движения  поршня  ( штока )  гидроцилиндра  от    до  .

    В   зависимости  от  заданных  пределов  регулирования  скорости  движения  поршня  ( штока)  гидроцилиндра   определяются  максимальная  и   минимальная  площади  проходного  сечения  дросселя  по  условному  проходу.  Для  гидропривода,  у  которого  дроссель  установлен  на  входе  в  гидроцилиндр,  площади  проходного  отверстия  дросселя  равны: 

, 

, 

где    и - соответственно  заданные  пределы изменения скорости  движения  поршня  ( штока )  гидроцилиндра, м/с;

          - заданное  номинальное  усилие  на  штоке  гидроцилиндра, Н;

  и   - соответственно  максимальная  и минимальная площади  проходного  сечения  дросселя  по  условному  проходу,  м².

- расчетное  давление  на  выходе  из  насоса,  Н/м²

  Если  вычисления  произведены  правильно,  то: 

, 

где  -  максимальная  площадь проходного  отверстия выбранного  типоразмера  дросселя  ( определяется  по  условному  проходу  дросселя ).

  Принимаем несколько  значений    в пределах    (промежуток    разбивается на  несколько значений  ),  а также изменяя F  в пределах  ,  вычисляем параметры механических  и скоростных  характеристик  гидропривода.

  Максимальное  значение  усилия  сопротивления  на  штоке  гидроцилиндра,  при  действии  которого  поршень  ( шток )  остановится  ( V=0 ),  определится из  условия. 

, 

откуда  

 

  Максимально возможная ( предельная ) скорость движения  поршня ( штока ) гидроцилиндра определяется:

. 

  Следовательно,  расчет  скоростей  движения  поршня  имеет  смысл  производить  только  до  тех  пор,  пока  .

  Полученные  в результате вычислений данные заносим  в таблицу 1. Используя данные таблицы 1, строим механические ( естественную и искусственные ) характеристики (рисунок 2) и скоростные (рисунок 3) характеристики гидропривода. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Таблица 1: Параметры  механических и скоростных характеристик гидропривода