Определение расхода и выбор насоса

 

Связь гидроцилиндр – насос является внутренней связью силовой подсистемы и заключается в обеспечении необходимых параметров работы гидроцилиндров – усилия и скорости перемещения штока, что, в свою очередь, обеспечивает производительность машины.

Усилие, развиваемое гидроцилиндром (или другим исполнительным органом), обеспечивается давлением в системе, а скорость – расходом насоса. Давление в системе назначается разработчиком (см. выше), а расход определяется расчетом. Эти параметры являются основой для выбора насоса.

Определение расхода формируется под воздействием внешнего фактора – производительности машины, которая, в свою очередь, определяет необходимую скорость «срабатывания» гидроцилиндра (или гидроцилиндров).

Выше представлены два способа определения, скорости движения штока гидроцилиндра, что позволяет определить необходимый расход и выбрать насос. Однако такое решение возможно только в том случае, когда в разветвленной схеме нет одновременной работы исполнительных органов: она невозможна или недопустима. В противном случае могут возникнуть ситуации неопределенности при расчете необходимого расхода и выборе насоса.

Рассмотрим случай, когда в разветвленной схеме одновременная работа исполнительных органов возможна*. В этом случае могут представиться следующие ситуации:

- скорости всех звеньев приводимых от одновременно работающих гидроцилиндров суммируются на рабочем органе;

- скорости не всех одновременно работающих гидроцилиндров суммируются на рабочем органе;

- скорости одновременно работающих гидроцилиндров не связаны с рабочим органом (например, при выполнении вспомогательных операций).

 

Возможные ситуации сложения скоростей представлены на рисунке 13.

При анализе следует выбрать наиболее часто используемую схему и проследить влияние составляющей (проекции составляющей). Она может как увеличивать суммарную скорость рабочего органа (), так и уменьшать**.

Как видно из рисунков, наиболее употребительными могут быть схемы 1 и 3; в этих схемах проекции горизонтальных скоростей и имеют одинаковый знак. Окончательный анализ, а также анализ остальных случаев производится студентом самостоятельно.

 

 

 

Рисунок 13 – Схемы возможных ситуаций сложения скоростей

 

Анализ влияния скоростей штоков одновременно работающих гидроцилиндров проводится следующим образом.

1. Принимается условие v_р = 0, v_с ≠ 0,

где v_р – скорость штока гидроцилиндра стрелы;

v_с - скорость штока гидроцилиндра рукояти;

то есть работает гидроцилиндр рукояти.

2. Принимается v₀ = 0,5 м/с, где v₀ – скорость рабочего органа, и определяется v_с и необходимый расход – Q_c.

3. Принимается условие Q_c = Q₀, где Q₀ – необходимый расход гидроцилиндра стрелы, и определяется скорость v_р.

4. Определяются горизонтальные проекции скоростей v'_с и v'_р. Так как v'_с + v'_р ≥ v'₀, то итерационно (подбором) назначаются новые значения скоростей при соблюдении условия:

и .

 

Полученные значения скоростей служат основанием для расчета необходимых расходов Q_c и Q_р; а их сумма Q_c + Q_р = Q_н, где Q_н – расход насоса.

Увеличенное значение расхода насоса потребует принятия дополнительных изменений принципиальной схемы для устранения возможных нежелательных явлений.

В общем случае производительность насоса определяется зависимостью:

,

где Q_н – расход (производительность) насоса;

Q_р – расчетная производительность насоса (необходимый расход гидроцилиндров);

n – коэффициент одновременности.

 

При одном работающем гидроцилиндре (отсутствие одновременности,
n = 1) уравнение может быть представлено в виде:

,

где D – диаметр гидроцилиндра;

v_шт – скорость движения штока гидроцилиндра.

 

Если в схеме работают «спаренные» (механически связанные гидроцилиндры), то n равно количеству «спаренных» цилиндров.

При нескольких одновременно работающих гидроцилиндрах уравнение для определения расхода насоса приобретает вид:

,

где k – количество одновременно работающих гидроцилиндров.

Q_i – расчетный расход i -го гидроцилиндра.

 

При этом могут представиться следующие ситуации:

1. Одновременно работающие гидроцилиндры кинематически связаны (например, гидроцилиндры стрелы и рукояти). В этом случае корректное определение расхода возможно лишь при количестве гидроцилиндров не более 2. При большем количестве гидроцилиндров задача становится неопределенной, и разработчику приходится полагаться на опыт и интуицию.

2. Одновременно работающие гидроцилиндры кинематически не связаны. В этом случае используется приведенное выше уравнение. Если , то уравнение для определения расхода примет вид:

,

где Q_i – расход любого из гидроцилиндров;

n – коэффициент одновременности (n = k – количество одновременно работающих гидроцилиндров)

 

По полученному значению расхода выбирается насос. Так как в характеристиках насосов указывается производительность при номинальных оборотах, то следует, используя рабочий объем насоса, проверить его производительность при оборотах двигателя под максимальной нагрузкой. Характеристики двигателей следует искать в справочной литературе. Некоторые из них приводятся в пособии [4].

После выбора насоса по полученному значению расхода следует вернуться к принципиальной схеме и проверить скорости движения штоков других цилиндров, так как возможно потребуется их корректировака.