до 200 включений в час;
– коэффициент использования номинального давления kд – 0,4 – 0,5;
– коэффициент продолжительности работы гидропривода под нагрузкой kн – 0,4 – 0,5.
Исходя из того, что по условию задан пластинчатый гидронасос, то номинальное давление рабочей жидкости примем равным 6,3 МПа, что соответствует нормальному ряду номинальных давлений по ГОСТ 6540-68.
Выбор марки рабочей жидкости определяется режимом работы гидропривода, температурными условиями его работы, номинальным давлением рабочей жидкости.
Проектируемый гидропривод предназначен для работы при положительных температурах окружающей среды, а максимальная температура рабочей жидкости не должна превышать 70°С. Перечисленным условиям соответствует минеральное масло марки МГ20, которое предназначено для применения в гидроприводах, работающих при положительных температурах в закрытых помещениях. Масло МГ20 обладает следующими номинальными техническими характеристиками:
– кинематическая вязкость при 50°С – 20 мм2/с (20 сСт);.
– температура застывания – –40°С;
– температура вспышки – 180°С;
– плотность при 50°С – 895 кг/м3.

4. Расчет гидравлического мотора
При подборе гидромотора в общем случае по заданным значениям крутящего момента и частоты вращения определяется класс искомого гидромотора:
Если Мкрn>10 – гидромотор высокомоментный;
Если Мкрn<10 – гидромотор низкомоментный;
Поскольку
2030=0,66<10
то гидромотор низкомоментный.
Подберем гидромотор по рабочему объему:
qгм=Mкр0,159∙ргмр-рсл∙ηгм мех
где qгм – рабочий объем гидромотора;
ηгм мех – механический КПД гидромотора;
ргмр-рсл – перепад давления на гидромоторе.
Давление на сливе гидромотора, определяемое сопротивлением движению масла по сливной гидролинии, предварительно можно принять равным 0,3…0,5 МПа. Механический КПД для неизношенного гидромотора принимаем равным 0,8. Тогда
qгм=200,159∙6,3-0,3∙106∙0,8=26,2∙10-6 м3=26,2 см3
По справочнику [3] выбираем аксиально-поршневой гидромотор типа Г15-23Н, который характеризуется следующими основными техническими параметрами:
– рабочий объем – 40 см3;
– номинальный расход –38,4 л/мин;
– номинальное давление на входе в гидромотор – 6,3 МПа;
– максимальное давление – 12,5 МПа;
– номинальная частота вращения вала – 960 мин-1;
– максимальная частота вращения вала – 1800 мин-1;
– минимальная частота вращения вала – 20 мин-1;
– номинальная эффективная мощность – 3,4 кВт;
– номинальный крутящий момент — 33,3 Н·м;
– объемный КПД при номинальном режиме работы – не менее 0,9;
– полный КПД при номинальном режиме работы – не менее 0,87;
– масса – 12 кг.
Уточним расход масла, потребляемого гидромотором. Для получения заданной частоты вращения n (об/мин) вала в патрубок гидромотора с рабочим объемом q (см3) следует подать теоретический расход (л/мин) при условии, что объемный КПД неизношенного гидромотора ηгм o = 0,9:
Qгм= qгм∙nгм∙10-3ηгм o=40∙30∙10-30.9=1,33 л/мин
где q – рабочий объем гидромотора, см3;
n – число оборотов вала гидромотора, об/мин;
ηгм o – объемный к.п.д. гидромотора по его технической характеристике.
5. Выбор гидронасоса
В проектируемом гидроприводе насос обеспечивает питанием гидромотор, поэтому его расчетная подача должна быть не менее теоретического расхода масла, подаваемого в гидромотор: Qн = Qгм = 1,33 л/мин. Величина Qн равна расходу гидропривода.
По справочнику [3] выбираем пластинчатый насос модели БГ12-41Б, который характеризуется следующими основными техническими параметрами:
– рабочий объем – 3,2 см3;
– номинальная подача – не менее 3,3 л/мин;
– номинальное давление на выходе из насоса – 10 МПа;
– максимальное давление – 12,5 МПа;
– номинальная частота вращения вала – 1500 мин-1;
– максимальная частота вращения вала – 1600 мин-1;
– минимальная частота вращения вала – 600 мин-1;
– номинальная потребляемая мощность – 1,34 кВт;
– объемный КПД при номинальном режиме работы – не менее 0,8;
– полный КПД при номинальном режиме работы – не менее 0,53;
– технический ресурс – не менее 7000 часов;
– масса – 3,6 кг.
Исходя из продолжительного режима работы гидропривода для привода насоса выбираем асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа 5А80М4 с синхронной частотой вращения 1500 мин-1 (асинхронная частота вращения ∼1410 мин-1) и номинальной мощностью 1,5 кВт [1]. Подача насоса БГ12-41Б при частоте вращения приводного вала 1410 мин-1 будет равна:
Qн=nдв⋅qн⋅ηон=1410⋅3,2∙10-3⋅0,8≈3,3 л/мин
Максимальное давление, которое может развивать насос при перегрузках, ограничивается предохранительным клапаном. Предохранительный клапан должен открывается при давлении, превышающем расчетное давление насоса, на 15 – 30 %. Исходя из указанного условия и технических параметров насоса БГ12-41Б, давление настройки предохранительного клапана устанавливается равным 8 МПа. Поскольку насос БГ12-41Б имеет постоянную производительность, то избыток подаваемого насосом в гидросистему масла будет сливаться в бак через переливной золотник предохранительного клапана.

6. Расчет гидролиний
6.1. Расчет диаметров трубопроводов
Расчет гидролиний состоит в определении внутреннего диаметра трубопроводов и потерь давления, возникающих при движении рабочей жидкости по трубопроводам и другим элементам гидропривода. Расчет трубопроводов производится по участкам, на которые разбивается гидравлическая схема гидропривода. Под участком понимается часть гидролинии между разветвлениями, пропускающая постоянный расход и имеющая постоянный диаметр. Участок может представлять собой прямолинейный участок трубы либо на нем могут быть присутствовать различные местные сопротивления (колена, тройники, крестовины, штуцеры и другие).
Внутренний диаметр (мм) жесткой металлической трубы или гибкого резинометаллического рукава предварительно определяется по формуле:
d=4.6⋅Qν
где Q – расход жидкости на рассматриваемом участке, л/мин;
ν – средняя скорость жидкости, м/с.
Полученное значение диаметра округляется до величины, определяемой ГОСТ 8732-78 и ГОСТ 8734-75. Затем по принятому диаметру определяется действительная средняя скорость (м/с) масла в трубопроводе:
ν=21⋅Qd2
Средняя скорость масла во всасывающих и сливных трубопроводах выбирается в зависимости от назначения трубопроводов, а в напорных, кроме того, – в зависимости от длины трубопровода и давления масла. Принятые и вычисленные значения расходов, диаметров и скоростей представлены в таблице 1, в которой номер участка соответствует номеру трубопровода по принципиальной схеме гидропривода (см. рис. 1).
Таблица 1.
Номер участка назначение Скорость масла, м/с
Расход, л/мин Диаметр, мм
Длина участка, м

допустимая вычисленная
вычисленный принятый

1 Всасывающая гидролиния
0,5-1,5 1 3,3 8,35 9 0,5
2,5,6 Напорная гидролиния
3-6 1,1 1,3 2,6 5 2,0; 4,0; 1,0
3,4,7,8 Сливная гидролиния
1,4-2,25 1,1 1,3 3,75 5 4,0; 1,0; 1,0; 1,0

Предварительно были приняты следующие значения скоростей масла в трубопроводах: во всасывающем – 1 м/с, в напорном – 4 м/с, в сливном – 2 м/с.
В данном случае диаметры трубопроводов были приняты с учетом возможности уменьшения проходного сечения трубопроводов со временем из-за загрязнений и отложений на стенках.
Исходя из номинального давления рабочей жидкости в гидроприводе (6,3 МПа) в качестве трубопроводов выбираем тонкостенные трубы стальные бесшовные холоднодеформированные по ГОСТ 8734-75 из углеродистой конструкционной стали марки 20 [3]. Определим необходимую толщину стенки δ (мм) напорного трубопровода по формуле:
δ=рmax⋅d2⋅σД
где pmax – максимальное давление масла, МПа (в рассчитываемом гидроприводе pmax = 8 МПа);
σД — допустимое напряжение материала трубы на разрыв, МПа (для стали 20 примем σД = 400 МПа). Тогда толщина стенки трубы будет равна:
δ=8⋅52⋅400=0,05 мм
По результатам расчета выбираем толщину стенок трубопроводов равной 1 мм. Тогда обозначение напорного трубопровода – 10х1, сливного трубопровода – 10х1, где число 10 – наружный диаметр трубы в мм.

6.2. Расчет гидравлических потерь
Гидравлические потери, возникающие при прохождении масла по трубопроводам и гидроаппаратам, складываются из потерь на гидравлическое трение Δрm, потерь в местных сопротивлениях Δрм и потерь в гидроаппаратах Δрга.
Потери давления на трение (Па) определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:
Δpm=0.5⋅ρ⋅λ⋅L⋅ν2/d
где ρ – плотность масла, кг/м3;
λ – коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси);
L – длина участка трубопровода, м;
ν – средняя скорость масла, м/с;
d – внутренний диаметр трубопровода, м.
Для вычисления коэффициента гидравлического трения необходимо определить режим течения жидкости в трубопроводе по числу Рейнольдса:
Re=ν⋅dυ
где ν – кинематическая вязкость выбранного масла, м2/с. Вычисляем для напорного и сливного трубопроводов: — для напорного:
Re=1,1⋅0,0052∙10-5=275
— для сливного:
Re=1,1⋅0,0052∙10-5=275
Так как для напорного и сливного трубопровода выполняется условие Re<Rekp=2300, то движение масла в них является ламинарным.
Следовательно, можно вычислить коэффициент λ по формуле:
λ=75Re
Для напорного трубопровода
λ=75275=0,273
Для сливного трубопровода
λ=75275=0,273

Используя расчетные значения коэффициентов λ , определим потери давления на трение в напорном и сливном трубопроводах:
Δpmн=0.5⋅895⋅0,273⋅10⋅1,120,005=295,6 кПа
Δpmс=0.5⋅895⋅0,273⋅10⋅1,120,005=295,6 кПа
Вычислим потери давления в местных сопротивлениях. Местными сопротивлениями в напорном трубопроводе являются золотниковый распределитель, разветвление трубопровода, вход в трубопровод, изгибы трубы. Местными потерями в сливном трубопроводе являются выход из гидроцилиндра, распределитель, масляный фильтр, маслоохладитель, изгибы трубы. Потери давления в местных сопротивлениях (в Па) определяются по формуле Вейсбаха:
Δрm=0.5⋅ρ⋅ξ⋅ν2
где ρ – плотность масла, кг/м3; ξ – коэффициент местного сопротивления; v – средняя скорость масла за местным сопротивлением, м/с.
Расчет потерь давления в местных сопротивлениях и в гидроаппаратах сведены в таблицы 2 и 3 соответственно.
Таблица 2.
Расчет потерь давления в местных сопротивлениях
гидролиния
Вид сопротивления коэффициент местного сопротивления, ξ Скорость масла, v, м/с
Потери давления, Δрм, Па Суммарные потери давления ΣΔрм, Па
напорная Вход в гидроцилиндр 0,8 1,1 433 1573

Разделение потоков 1,5
812

Закругленное колено – 4шт. 0,15
82х4=328
сливная Выход из гидроцилиндра 0,6 1,1 325 922

Закругленное колено – 2шт. 0,15
82х2=164

Вход в маслобак 0,8
433
Таблица 3.
Потери давления в гидроаппаратах
Наименование гидроаппарата
Марка и типоразмер Параметры гидроаппарата
ΣΔрм, МПа

табличные В гидроприводе

Q, л/мин р, МПа Q, л/мин р, МПа
Золотниковый распределитель типа 4/3 В6
10-12,5 32 1,3 6,3 0,2
Масляный фильтр 1ФГМ-М 15,5 16 1,3 6,3 0,2
Маслоохладитель Т.00-01 32 0,63 1,3 0,5 0,1
При последовательном соединении участков трубопроводов общая потеря давления определяется как сумма всех потерь на трение и в местных сопротивлениях на всех участках: Δр=295,6∙103+295,6∙103+1,57∙103+0,9∙103+0,4∙106+0,1∙106=1,1 МПа

7. Подбор основных агрегатов гидропривода
Полезный (геометрический) объем масляного бака определяется из условия трехминутной номинальной производительности насоса:
VБ=3⋅Qн=3⋅3,3=9,9 л
В соответствии с ГОСТ 16770-71 выбираем номинальную вместимость масляного бака 25 дм3 [3]. Объем заливаемого в бак масла – не менее 16 л.
В качестве гидрораспределителя выбираем распределитель В6 исполнения 64 с электрогидравлическим управлением, который имеет следующие технические характеристики:
– условный проход – 6 мм;
– номинальный расход – 10 л/мин;
– номинальное давление – 32 МПа.
Выбор марки масляного фильтра осуществляется исходя из номинального расхода в напорной линии (1,3 л/мин), давления в напорном трубопроводе (6,3 МПа) и допустимой тонкости фильтрации для пластинчатых насосов. Выбираем фильтр напорный 1ФГМ-М с номинальной тонкостью фильтрации 25 мкм с номинальным расходом 15,5 л/мин и номинальным давлением 16 МПа, предназначенного для установки в напорной магистрали гидропривода [3].
В качестве предохранительного и переливного клапана выбираем гидроклапан давления Г54-32М исполнения 1, имеющий следующие основные параметры:
– номинальный/максимальный расход масла – 32/45 л/мин;
– давление настройки – 2,5–10 МПа.
В качестве манометра выбираем стрелочный манометр по ГОСТ 8625-77 с верхним пределом измеряемого давления 10 МПа [3].

8. Расчет мощности и КПД гидропривода
Полная мощность гидропривода равна мощности, потребляемой насосом, и определяется по формуле:
Nн=pн∙Qн60⋅ηн=6,3∙3,360⋅0,36=0,96 кВт
Полный КПД гидропривода вычисляется как произведение его механического, объемного и гидравлического КПД:
ηГП=ηм⋅ηо⋅ηг
Механический КПД гидропривода равен произведению механических КПД последовательно включенных насоса, распределителя и гидромотора:
ηм=ηмн⋅ηмр⋅ηмгм=0,8∙0,9∙0,9=0,65
Аналогичным образом вычисляется объемный КПД гидропривода:
ηо=ηон⋅ηор⋅ηогм=0,8∙0,95∙0,9=0,68
Гидравлический КПД гидропривода зависит от суммы гидравлических потерь Δp во всех последовательно включенных гидроагрегатах и трубопроводах:
ηг=рн-Δррн=6,3-1,16,3=0,82
Таким образом, полный КПД гидропривода равен:
ηГП=0,65⋅0,68⋅0,82=0,36

9. Тепловой расчет гидропривода
Вся энергия, затраченная на преодоление различного рода сопротивлений в гидроприводе, в конечном итоге превращается в теплоту, поглощаемую маслом, что вызывает его нагрев и нежелательное уменьшение вязкости. Будем считать, что полученная маслом теплота должна отдаваться в окружающую среду через поверхность стенок масляного бака. Если площадь стенок оказывается недостаточной, то устанавливается воздушно-масляный или водомасляный теплообменник (маслоохладитель). Предположим также, что бак имеет форму прямоугольного параллелепипеда.
Тепловой поток (кВт) через стенки маслобака эквивалентен потерянной мощности и с учетом режима работы гидропривода определяется по формуле:
G=Nн⋅kн⋅1-ηГП
Количество тепла (кДж), которое может быть передано от нагретого масла окружающему воздуху, определяется по формуле:
Q=3600⋅G⋅t
где t – время работы гидропривода, ч.
Если масло охлаждается только в гидробаке, то установившаяся температура tм масла, которая не должна превышать 70°С, определяется по формуле:
tм=tв+QK⋅Fб≈tв+Q4⋅3Vм2
где tв – температура окружающего воздуха, °С;
K – коэффициент теплопередачи от масла к окружающему воздуху, приведенный к охлаждаемой поверхности гидробака;
Fб — охлаждаемая поверхность бака, м2;
Vм – объем масла в баке, м3.
При отсутствии интенсивной местной циркуляции воздуха около бака K = 63 кДж /(м2 ⋅ч⋅град) [2].
Если принять, что t =1ч, tв = 20°C , kн = 0,45 , то температура масла при работе гидропривода в номинальном режиме составит:

tм=tв+Nн⋅kн⋅1-ηГП⋅t4⋅3Vм2
tм=20+0,96∙3600⋅0,45⋅1-0,36⋅14⋅3162=79 °С

Выбранный объем гидробака не обеспечивает охлаждение масла для

до 200 включений в час – коэффициент использования номинального давления kд – 0