Расчет гидродомкрата с ручным приводом

ЗАДАНИЕ — ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Определить основные параметры (силы, давления, мощности, рабочие объемы, подачи, скорости и т. д.) на различных участках системы, а также толщину стенки цилиндра гидродвигателя при двух вариантах:

• 1. идеальный (условный) — КПД 100%;
• 2. реальный, с учетом КПД.

Дано: F₁=100 H; V₁=1 м/с, h₁=80 мм; l₁=260 мм; l₂=26 мм; d₂=11 мм; d₃=220 мм; ?_м=0,87; ?_о=0,90; ?_г=0,94.

Определить: S₂, S₃, U_м, U_г, U_п, F₂, p, F₃, V₂, V₃, h₂, h₃, q₂, Q₂, Q₃, N₁, N₂, N₃, t, у, V_т, Re, q₃, Q_б, ?_п, F_2р, p_2p, N_2p, p_3p, F_3p, V_3p, Q_3p, N_3p, t_3p, у_3p, t_3pмах, t^ґ_3pмах, у^ґ_3рмах.

РАСЧЕТ ГИДРОДОМКРАТА С РУЧНЫМ ПРИВОДОМ БЕЗ УЧЕТА КПД

1. Определяем площадь плунжера гидронасоса.

S₂ = рd₂²/4 = 0,785d₂² = 0,785*11² = 94,985 мм² = 94,985*10^-6 м².

где d₂ — диаметр плунжера, мм.

2. Определяем площадь поршня гидродвигателя.

S₃ = рd₃²/4 = 0,785*220² = 37 994 мм².

где d₃ — диаметр поршня, мм.

3. Определяем механическое передаточное число рычага ручного привода.

Uм = l1/l2 = 260/26 =10.

где l₁ и l₂ — плечи действия сил F₁ и F₂ соответственно, мм.

4. Определяем гидравлическое передаточное число гидравлической силовой передачи.

U_г = S₃/S₂ = 37 994/94,985 = 400;

U_г = (d₃/d₂)² = (220/11)² = 400.

5. Определяем полное (общее) передаточное число устройства.

U_п = U_мU_г = 10*400 = 4000.

6. Определяем силу, действующую на плунжер гидронасоса.

F₂ = F₁U_м = 100*10 = 1000 Н.

7. Рассчитываем давление рабочей жидкости в системе.

p = F₂/S₂ = 1000/(94,985*10^-6) = 10,53*10⁶ Па = 10,53 МПа;

p = F₂/S₂ = 1000/94,985 = 10,53 МПа.

Расчет удобно вести в Н и мм², так как 10⁶ компенсируются.

8. Определяем силу, действующую на поршень гидродвигателя.

F₃ = F₂U_г = 1000*400 = 400 000 Н = 400 кН;

F₃ = F₁U_п = 100*4000 = 400 000 =400 кН;

F₃ = pS₃ = 10,53*37 994 = 400 077 Н = 400 кН.

• (МПа*мм² = Па*м² = Н/м²*м² = Н)
• 9. Определяем скорость перемещения плунжера гидронасоса

V₂ = V₁/U_м = 1/10 = 0,1 м/с = 100 мм/с.

где V₁ — скорость перемещения рукоятки рычага, м/с.

10. Определяем скорость перемещения поршня гидродвигателя.

V₃ = V₂/U_г = 0,1/400 = 0,25 м/с;

V₃ = V₁/U_п = 1/4000 = 0,25 м/с = 0,25 мм/с.

11. Определяем ход (величину перемещения) плунжера гидронасоса.

h₂ = h₁/U_м = 80/10 = 8 мм.

где h₁ — ход рукоятки рычага, мм.

12. Определяем ход поршня гидродвигателя.

h₃ = h₂/U_г = 8/400 = 0,02 мм.

13. Определяем рабочий объем гидронасоса.

q₂ = q₃ = S₂h₂ = 94,985*8 = 760 мм³ = 0,760 см³.

14. Определяем разовую подачу гидронасоса при рабочем ходе.

Q₂ = V₂S₂ = 100*94,985 = 9498,5 мм³/с = 9,4985 см³/с.

Q₃ = V₃S₃ = 0,355*17662 = 9498,5 мм³/с.

15. Рассчитываем мощность на рукоятке рычага ручного привода.

N₁ = F₁V₁ = 100*1 = 100 Вт.

16. Рассчитываем мощность создаваемую плунжером гидронасоса.

N₂ = F₂V₂ = 1000*0,1 = 100 Вт;

N₂ = p₂Q₂ = 10,53*9,4985 = 100 Вт.

где p₂ — давление жидкости в системе, МПа; Q₂ — подача рабочей жидкости, см³/с. (10⁶Н/м²*см³/с = Н/м²*м³/с = Нм/с).

17. Рассчитываем мощность создаваемую поршнем гидродвигателя.

N₃ = F₃V₃ = 400 000*0,25 = 100 Вт.

18. Рассчитываем толщину стенки цилиндра гидродвигателя.

t = pd₃/(2[у]) = 10,53*220/(2*157) = 2316,6/314 = 7,38= 7 мм где [у] - допускаемое напряжение в стенках цилиндра гидродвигателя, МПа; [у] = у_т/n, для цилиндра из стали 35 — [у] = у_т/n = 314/2 = 157 МПа, n = 2 — коэффициент запаса прочности.

19. Выполним проверочный расчет прочности гидроцилиндра у = (D₃²+d₃²)p/(D₃²-d₃²) = (234²+220²)10,53/(234²-220²) = 170,9 МПа где D₃ = d₃+2t = 220+2*7= 234 мм — наружный диаметр гидроцилиндра.

Полученный результат превышает допускаемое напряжение, для гарантии прочности гидроцилиндра необходимо увеличить толщину стенки или применить более прочный материал — сталь 45 — [у] = у_т/n = 353/2 = 176,5 МПа.

у = 170,9 МПа? [у] = 176,5 МПа.

Условие обеспечения прочности гидроцилиндра выполнено.

20. Рассчитываем скорость потока жидкости в трубопроводе напорной магистрали.

V_т = Q₂/S_т = 4Q₂/(рd_т²) = Q₂/(0,785d_т²) = 9498,5/(0,785*2²) = 3025 мм/с = 3,025 м/с.

где d_т = 2 мм — внутренний диаметр трубопровода.

21. Рассчитываем безразмерное число Рейнольдса и определяем характер течения жидкости в напорной магистрали.

Re = d_тV_т/х = 2*3025/6 = 1008,33.(мм*мм/с)/(мм²/с) где х = 6,0 мм²/с — кинематическая вязкость рабочей жидкости.

Если число Рейнольдса меньше 2200, то движение потока рабочей жидкости ламинарное.

22. Определяем полный объем цилиндра гидродвигателя при максимальном ходе поршня, равном 100 мм,.

q_3max = S₃h_max = 37 994*100 = 3 799 400 мм² = 3799,4 см³ = 3,7994 дм³ = 3,7994 л.

23. Рассчитываем объем масляного бака.

Q_б = 1,5(q_3max+q_т) = 1,5*3,7994? 5,699 л.

где q_т — вместимость трудопроводов, шлангов, насоса и вспомогательных устройств гидросистемы. При малой величине объемов перечисленных устройств условно примем q_т? 0.

Вместимость масляного бака должна превышать полную вместимость гидросистемы не менее чем в полтора раза для компенсации утечек рабочей жидкости и сохранения в баке определенного уровня жидкости над отверстиями подводящих и отводящих трубопроводов, исключения возможности вспенивания масла и смешения его с воздухом.