Расчет основных элементов разработанного объекта. Гидравлический и динамический расчеты гидронасоса

6. Расчет основных элементов разработанного объекта

Гидравлический  и  динамический расчеты гидронасоса

Гидравлический расчет выполняется для определения основных характеристик и размеров элементов: диаметра и хода поршня силового цилиндра; подачи насоса; размеров распределителя; диаметров трубопроводов. Найденные значения корректируют с учетом требований и ограничений действующих нормативных документов.

При проектировании гидронасоса вначале выбирается схема его компоновки. Затем из кинематического расчета находится ход х_п поршня силового цилиндра. Его диаметр определяется по усилию Fц и по максимальному давлению в гидросистеме. Для грузовых автомобилей усилие цилиндра ограничено в пределах  Fц=(100...200 )10³  Н.Принимаем  Fц=150 000 Н  ([5], стр.128)  :

,         

Принимаем

d_ш=10..20мм — диаметр  штока  поршня при усилии Fц=(100...200 )10³ Н.

Подача насоса Q_Hдолжна обеспечивать поворот управляемых колес автомобиля с большей скоростью, чем его может осуществить водитель. Расчетную подачу насоса определяют при давлении жидкости, равном      0,5 p_max и частоте вращения коленчатого вала двигателя, превышающей его частоту вращения на холостом ходу не более чем на 25%. При меньшей подаче насоса жидкость не будет успевать заполнять освобождающийся объем рабочей полости цилиндра, что приводит к резкому увеличению усилия на рулевом колесе. Более того, водителю придется еще затрачивать энергию на перекачивание жидкости из одной полости цилиндра в другую.

Гидронасос считается работоспособным, если при вращении рулевого колеса с частотой n_р = 0,5с^-1 момент на нем не превышает номинального                        (СТ СЭВ 1629-79). Принимают n_р=1... 1,5с-¹.

Таким образом,

где Q_H—номинальная подача насоса;  — объемный КПД насоса при давлении 0,5 р_max(для лопастных насосов ~0,85, для шестеренчатых — ~0,9); — утечка жидкости в гидравлической системе:; А_ц — активная площадь поршня цилиндра усилителя; Rp-радиус рулевого колеса: Rp=180...300мм, принимаем Rp=250мм; u_р._ц=2,5 — передаточное число части привода, расположенного между рулевым колесом и поршнем цилиндра.

Следовательно,

Диаметры трубопроводов выбирают так, чтобы потери напора по их длине не превышали 0,1...0,3 МПа для легковых и 0,2...0,5 МПа для грузовых автомобилей. Для этого скорость жидкости в трубопроводах рекомендуется принимать не более 4 м/с в нагнетательных и 2 м/с в сливных магистралях.

Диаметр золотника распределителя можно найти по потерям давления  в распределителе (обычно =0,04...0,08 МПа) на основании известной зависимости

где  — коэффициент сопротивления, для золотников при турбулентном режиме = 3...6; р — плотность жидкости: р = 900 кг/м³; v— скорость течения жидкости.

В нейтральном положении золотника:

где d₃— диаметр золотника; — осевой зазор между кромками золотника и корпуса в нейтральном положении: =(0,2...0,5)10^-3м.

Таким образом,

и,следовательно,

Максимальный допустимый зазор  между золотником и корпусом распределителя находится по допустимым утечкам Q через золотник при максимальном давлении р_max. Поскольку кольцевой зазор  мал, режим течения жидкости в нем принимают ламинарным. Тогда

и   

Принимаем 

где  — кинематическая вязкость жидкости. Для распространенных рабочих жидкостей  при t = 50°С; _х— перекрытие окна нагнетательной магистрали распределителя при максимальном смещении золотника.

Основной целью динамического расчета является определение устойчивой работы при выбранных параметрах усилителя. Одновременно находится ряд других показателей, характеризующих процесс

Для повышения работоспособности гидронасоса увеличивают трение, утечки жидкости в гидравлической системе, уменьшают коэффициент усиления обратной связи и подачу насоса. Расчеты показывают, что при отсутствии трения рулевое управление с усилителем неустойчиво при любых его параметрах.

Эффективными практическими мероприятиями являются обеспечение соответствующего профиля проходных сечений распределителя и нарезание канавок на рабочей поверхности золотника. Кроме указанных мероприятий, работоспособность насоса увеличивается при введении в распределитель реактивных элементов и центрирующих пружин.