Гидравлическая система - это традиционный инструментарий для решения задач с приложениям большого усилия, наиболее оптимальным решением для этой задачи уже больше ста лет являются гидравлические системы.
Исполнительные агрегаты в гидросистемах
Исполнительные агрегаты - это элементы машины или системы, которые осуществляют непосредственное воздействие на физические объекты, передавая энергию, заложенную в гидравлической системе этим объектам.
Основными исполнительными агрегатами гидравлической системы являются:
а) гидромоторы; Гидромотор это объемный агрегат, использующийся с целью преобразования энергии давления жидкости во вращательное движение.
б) гидроцилиндр, гидроцилиндр также является гидродвигателем, но только для линейного поступательного перемещения рабочих поверхностей.
Как разобраться, что лучше выбрать? Какой именно исполнительный агрегат нужен?
Вам необходимо определить, какой вид работ вы собираетесь реализовывать: поднимать вверх и опускать вниз, подобно тому, как работают промышленные погрузчики, либо вам необходимо большое радиальное (круговое) усилие.
Схема такова:
а) Тянуть-толкать? -> гидроцилиндр.
б) Вращать больше, чем на оборот? –> гидромотор (гидродвигатель).
Рассмотрим ситуацию, когда нам нужен гидродвигатель.
Выбор гидродвигателя
Какие бывают гидродвигатели?
Гидромоторы (гидродвигатели) бывают регулируемые и не регулируемые. Они отличаются конструкциями, которые при определенном углу отклонения от основной оси вводов подающих жидкость создают разное усилие на вращающемся агрегате. Каждая из этих конструкция достойна отдельной истории и статьи, в этой статье мы покажем, как выбрать верные параметры для своей задачи.
Что нужно знать, чтобы приступить к выбору?
«Доктор , а я буду после операции играть на скрипке?
- Конечно.
Надо же, а раньше никогда не играл.»
Другими словами перед тем, как приступать к выбору гидродвигателя – нужно представлять, с чем конкретно он будет работать. Это всегда грузы либо механизмы. Но для машины – это просто массы и силы, которые к ним надо приложить, чтобы они начали двигаться.
Значит:
а) определите максимальный вес (массу) конструкции с нагрузкой, включая рабочий механизм и груз - то, что он будет таскать, толкать, раскручивать, в зависимости от вашего настроения и желания.
б) Определите силу, требующуюся для подъема всей этой массы (F) (привет, школьная физика) в условиях местной гравитационной среды. Предполагается, что на данный момент вы находитесь и читаете на Земле, максимум на околоземной орбите, следовательно, для вас формула будет иметь следующий вид:
ф.1 F=m*g,
где:
m – это максимальная масса всего, что будет двигаться,
g – ускорение свободного падения на поверхности Земли, приблизительно равного 9,819 м/c2.
Хотим мы того или не хотим, но при работе с вращающимися рабочими агрегатами, мы имеем дело с угловыми нагрузками, чтобы бороться с угловыми нагрузками, где точка приложения силы будет создавать так называемое плечо силы, нам необходимо определить крутящий момент (момент) – соотношение сил, необходимых для преодоления угловой нагрузки.
в) определить крутящий момент (M)
Крутящий момент вычисляется исходя из длины плеча (рычага), и его величина тем больше, чем больше расстояние от центра оси вращения, то есть вала двигателя. Здесь вам необходимо определить расстояние (R) от оси до самой дальней от вала точки движущегося механизма и груза
ф.2 M = F * R,
где: F - сила необходимая для поднятия всей массы механизма и груза (см. ф.1)
г) выбрать частоту вращения двигателя (число оборотов в секунду, минуту) – Частота вращения двигателя является одной из ключевых характеристик при расчётах его характеристик.
Самый простой способ её определения через мощность двигателя.
1) Определить требуемую мощность.
Мощность W определяется по формуле:
ф.3 W=m*g*h
где h=R – максимальная высот подъема двигателем груза над землей .
2) Определить требуемое номинальное число оборотов в секунду n .
Через мощность
ф.4 W = M/c =F * n;
ф.5 n= W/F;
На этом заканчивается механический расчет. Теперь вы точно знаете примерные механические характеристики двигателя, который вам нужен. Завершающий этап – гидравлический расчёт, чтобы добиться от гидросистемы реализации ваших механических потребностей.
Расчет гидравлических параметров двигателя
Рассмотрим ситуацию, у вас есть конструкция для успешного функционирования которой необходимо подобрать двигатель со следующими характеристиками.
- М, Н·м (момент) – 650
- n, c-1 (оборотов/с) – 18
- Pном, Мпа (давление в моторе) - 32
- КПДмм (механический КПД) – 0,92
- КПДом(объемный КПД) – 0,96
(стоит отметить, что в современных расчетах данные показатели КПД, как правило, похожи для большинства моделей, давление в гидроприводе обуславливается типом трубопровода и потерями, расчет которых тема для другой статьи).
Остается выбрать объем двигателя (q) для поддержания требуемого давления и реализации необходимых параметров в течении всего рабочего процесса.
а) объем двигателя qд:
ф.5 qд=(2*pi*M)/(Pизм* КПДмм)=(6,28*650)/0,92 = 4437
Pизм – разница давления на входе и на выходе двигателя. Эту величину можно брать приблизительно равной 1 , в дальнейшем её точный показатель не сильно повлияет на расчёт и эксплуатацию, так как перепад всегда имеет место и не может быть равен 0.
Для того, чтобы количество оборотов было стабильно - нам необходимо определить расход в системе. Расход вычисляется по формуле.
б) Расход Q
ф.6 Q = n *q / КПДом = 18 * 4437/0,96=83193,75
Итак, разобравшись с характеристиками требуемого гидродвигателя, теперь нам надо понять, существует ли такой в принципе и выбрать модель.
Выбор гидронасоса
Выбор гидронасоса производится исходя из требуемого объема, поддерживаемого им, гидронасосом, давления, а ещё его КПД, также важна величина расхода, вычисленная для двигателя, стоит добавить, если двигателей больше одного , то эти величины складываются.
Расчёт гидронасоса
а) Прежде всего необходимо определить объем qн выбираемого насоса
ф.6 qн=Q/nнас*Кпод
qн=83193,75/24*0,96=3327,75, где:
nнас – число оборотов вала насоса, определяется числом оборотов двигателя или системы , вращающей вал насоса. Мы допустим это значение 24 об/с
Кпод – КПД подачи, численно равное объемному КПД, как правило равному 0,96 для современных насосов.
б) И из величины объема вычисляется объем действительной подачи – количество рабочей жидкости, которая будет вытесняться насосом в рабочий контур:
ф.7 Qн= qн* nнас* Кпод=3327,75*24*0,96 = 76671,36
Если взвесить принципы работы насоса и двигателя, становится понятным, что сам гидродвигатель, гидромотор, в другом режиме своей работы может быть и гидронасосом, но мы выберем специализированный двигатель.
Гидромоторы
Источник: drive13.ru