Тепловой расчет гидропривода

Тепловой расчет выполняется с целью установления условий работы гидропривода, уточнения объема гидробака и поверхности теплоотдачи, а также выявления необходимости применения теплообменников.

Минимальная температура рабочей жидкости соответствует температуре воздуха той климатической зоны, в которой эксплуатируется машина. Максимальная темпе­ратура жидкости зависит от конструктивных особенностей гидросистемы, режима эксплуатации гидропривода и температуры окружающего воздуха и определяется в результате теплового расчета.

Повышение температуры рабочей жидкости прежде всего связано с внутренним трением масла, особенно при дросселировании жидкости. Все потери мощности в гидросистеме в конечном итоге превращаются в тепло, кото­рое аккумулируется в жидкости и гидрооборудовании.

Количество тепла, получаемое в единицу времени, со­ответствует потерянной в гидроприводе мощности и мо­жет быть определено по формуле

Вт (70)

где - общий КПД гидропривода; N_H - мощность привода насоса, Вт; k_П - коэффициент продолжительности работы под нагрузкой (см. табл. 68); k_Д - коэффициент использования номинального давления (см. табл. 49).

Температуру рабочей жидкости можно вычислить из уравнения теплового баланса:

(71)

где - количество тепла, выделяемое за время ; - количество тепла, затрачиваемое на на­гревание гидропривода на температуру dt; - количество тепла, рассеиваемое в пространстве за время .

Решив уравнение (71) относительно t, получим формулу, которая позволяет найти температуру жидкости в любой момент времени:

^оС, (72)

Рассмотрим величины, входящие в формулу (72):

Q - количество тепла, получаемое в единицу времени, Вт.

k - коэффициент теплоотдачи поверхностей гидро­оборудования в окружающую среду, Вт/м^{2 о}С.

Коэффициент теплоотдачи k зависит от многих факторов: конструкции и разводки гидросистемы, вязкости рабочей жидкости, температуры окружающего воздуха, ско­рости ветра и т. д. При тепловом расчете гидросистем мобильных машин с достаточной для инженерных целей точностью можно взять k из табл. 58.

F - суммарная площадь теплоизлучающих поверхностей гидропривода, м²:

где F_б - площадь гидробака, м².

Таблица 58 – Приближенные значения коэффициента теплоотдачи.

Условия теплоотдачи	k, Вт/м2 оС
Циркуляция воздуха затруднена (гидропривод расположен в нише стационарной установки)
Свободно обтекаемый воздухом гидропривод (самоходные машины)
Принудительный обдув гидропривода (теплообменники)
Охлаждение гидропривода проточной водой	110-175

 

При тепловом расчете гидропривода значения коэф­фициента рекомендуется выбирать из табл. 59. Они по­лучены на основе анализа конструкций гидроприводов современных самоходных машин.

Таблица 59 – Приближенные значения коэффициента .

Область применения	Коэффициент
Система рулевого управления	1,2
Гидрообъемные трансмиссии, катки	1,4
Рыхлители, бульдозеры, скреперы	2,0
Погрузчики, автокраны, экскаваторы непрерывного действия	2,4
Автогрейдеры, валочно-трелевочные машины	3,0
Одноковшовые экскаваторы	3,2

 

- время, за которое выделяется тепло, с

m_ГП - масса гидропривода и рабочей жидкости, кг.

с_ГП - средняя теплоемкость материалов, из которых изготовлен гидропривод, Дж/кг · ^оС:

(73)

где с_ж = 1,85 · 10³ - теплопроводность рабочей жидкости, Дж/кг · °С; m_ГО - масса гидрооборудования, кг; m_ж - масса рабочей жидкости, кг; с_ГО = 0,46 · 10³ - теплоемкость материала (стали), Дж/кг · °С.

t_O - температура окружающего воздуха, °С.

По формуле (72) рассчитывают температуру рабочей жидкости и строят график в координатах t_ж-τ. При этом интервалом времени задаются, например, принимают рав­ным 1200 с, 2400 с, 3600 с и т. д. до 7200 с, а далее прово­дят прямую линию, параллельную оси абсцисс.

Формула (72) позволяет определить температуру рабо­чей жидкости в любой момент времени. При расчете гид­росистем часто требуется найти максимальную установив­шуюся температуру рабочей жидкости, которая достига­ется гидроприводом через два-три часа после начала эк­сплуатации и не зависит от времени:

(74)

здесь t_{Q max} - максимальная температура окружающего воздуха, °С.

Зная минимальную температуру той климатической.зоны., для которой проектируется машина, и определив максимальную температуру по формуле (74), можно установить диапазон температуры рабочей жидкости в гидро­системе.

Если в результате расчета окажется, что максимальная установившаяся температура превышает +70°С, то необ­ходимо увеличить объем гидробака, поверхность теплоот­дачи или предусмотреть в гидросистеме теплообменное устройство.