7.3. Тепловой расчет гидропривода

7. РАСЧЕТ ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА

 

7.3. Тепловой расчет гидропривода

 

Тепловой расчет проводится с целью определения температуры рабочей жидкости, объема гидробака и выяснения необходимости применения специальных теплообменных устройств.

Основной причиной нагрева рабочей жидкости является наличие гидравлических сопротивлений и дросселирование ее при прохождении различных элементов гидропривода.

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

Тепловой расчет гидропривода ведется на основе уравнения теплового баланса:

 

,                                    (7.37)

 

где Q_выд – количество теплоты, выделяемой гидросистемой в единицу времени (тепловой поток), Вт; Q_отв – количество тепла, отводимого в единицу времени, Вт.

 

Количество выделяемого тепла в единицу времени соответствует величине потерянной в гидроприводе мощности и может быть определено по формуле

 

,                    (7.38)

 

где Q_выд – количество тепла, выделяемого в единицу времени, Вт; N_н – мощность привода насоса (потребляемая), Вт;  – гидромеханический КПД гидропривода, , здесь h_гм , h_гмгдв  – гидромеханические КПД насоса и гидродвигателя соответственно,  – гидравлический КПД гидропривода (см. формулу 7.34); k_в – коэффициент продолжительности работы гидропривода (см. табл. 7.1); k_д – коэффициент использования номинального давления (см. табл. 7.1); p_ном – номинальное давление, Па; Q_нд – действительная подача насоса, м³/с;  – полный КПД насоса из его технической характеристики.

Значения гидромеханического КПД гидроцилиндров принимают при предварительных расчетах равными 0,92…0,98.

 

Количество тепла, отводимого в единицу времени от поверхностей гидроагрегатов, металлических трубопроводов, гидробаков, рассчитывается по формуле

 

,                               (7.39)

 

где Q_отв – количество отводимого в единицу времени тепла, Вт; k_тп – коэффициент теплопередачи поверхностей гидроагрегатов в окружающую среду, Вт/(м²×град); S – суммарная площадь теплоотводящей поверхности, м²; t_ж – установившаяся температура рабочей жидкости, ⁰С, t_ж £ 70…80⁰С; t₀ – температура окружающего воздуха, ⁰С.

Коэффициент теплоотдачи поверхностей гидроагрегатов определяется по формуле

,                                (7.40)

 

где a₁ – коэффициент теплоотдачи от рабочей жидкости к стенке гидроагрегата, Вт/(м²×град); d - толщина стенки гидроагрегата, м; l_т – коэффициент теплопроводности материала стенки гидроагрегата, Вт/(м²×град); a₂ – коэффициент теплоотдачи от стенки к воздуху, Вт/(м²×град).

 

Из формулы (7.40) видно, что коэффициент теплопередачи зависит от многих факторов. Для практических расчетов рекомендуется принимать значения k_тп = 10…15 Вт/(м²×град), причем минимальные значения коэффициента k_тп берутся при затрудненной циркуляции воздуха, максимальные – при свободной циркуляции. При расчете теплообменников значения k_тп принимаются равными 110…175 Вт/(м²×град).

В качестве теплоотводящей поверхности главным образом учитывается поверхность гидробака, в меньшей степени поверхности гидролиний из металлических трубопроводов, гидрораспределителей и других элементов гидропривода.

Из формулы (7.39) с учетом формул (7.37) и (7.38) определяют требуемую поверхность гидробака, задавшись при этом температурой рабочей жидкости, по формуле

 

,                                   (7.41)

 

где S_б – площадь теплоотводящей поверхности бака, м²; Q_отв – количество отводимого тепла в единицу времени, Вт.

 

Расчетная площадь поверхности бака связана с его объемом формулой (4.2), из которой можно найти объем бака

 

,                                    (7.42)

 

где V – объем бака, дм³; S_б – площадь поверхности бака, м².

 

Формула (7.39) позволяет определить установившуюся температуру рабочей жидкости, которая достигается гидроприводом и не зависит от времени

 

.                                   (7.43)

 

 

Для определения установившейся температуры рабочей жидкости по формуле (7.43) необходимо знать площадь теплоотводящей поверхности S.

Для металлических трубопроводов расчетная теплоотводящая поверхность определяется по формуле

 

,                             (7.44)

 

где S_т – площадь, м²; d – внутренний диаметр трубы, м; d_т – толщина стенки трубы, м;  – длина трубопровода, м.

 

Расчетная теплоотводящая поверхность гидробака определяется следующим образом: вся смачиваемая поверхность гидробака S₁ принимается в расчет с коэффициентом, равным 1, остальная поверхность гидробака S₂, не соприкасающаяся с рабочей жидкостью – с коэффициентом 0,5, т.е.

 

.                                   (7.45)

 

При этом принимается, что уровень жидкости составляет 0,8 высоты гидробака.

Если в результате расчета окажется, что максимальная установившаяся температура рабочей жидкости превышает + 70⁰С, то необходимо увеличивать объем гидробака, площадь теплоотводящей поверхности или предусматривать в гидросистеме теплообменный аппарат.