Реконструкция оборудования пресса предварительной формовки ТЭСА 1020 ОАО «ВМЗ» для производства труб диаметром 820 мм и толщиной стенки 30 мм

D_ном = D + 1,6 ^. d_o = 198 + 1,6 ^. 55 = 286 мм.

Полезная мощность насоса:

N_пол^о = Q ^. p_ном = 0,031 ^. 25000000 = 775000 Вт = 775 кВт

Мощность потребляемая насоса:

N_общ = N_пол^о / η_н = 775 / 0,98 = 791 кВт

 

3.11 Расчет на прочность гидроцилиндра

 

Определяем основные геометрические параметры гидроцилиндра. Материал, из которого выполняется гидроцилиндр – сталь 45 с закалкой в воде. Толщина  стенки гидроцилиндра определяется по формуле Ламэ:

δ_ст ≥ (D_п / 2)((([σ] + p)/([σ] - p))^0,5 – 1) ≥ (0,63 / 2)(((400 + 38)/(400 - 38))^0,5 – 1) = 0,031 м = 31 мм.

Тогда толщина дна будет равна:

δ_дн ≥ (0,4 ^. D_п)(p / [σ]) ≥ (0,4 ^. 0,63)(38 / 400) = 0,023 м = 23 мм.

Давление для формулы Ламэ берется  с запасом 20 %:

р = р_раб ^. 1,2 = 32 ^. 1,2 = 38 МПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.15 Схема гидроцилиндра

 

                            Таблица 3.12 Результаты расчета  гидроцлиндра на жесткость и  прочность

балка	Толщина стенки δст, мм	толщина дна δдн, мм	Критическое усилие Fкр, МН	Момент инерции I, м4	допустимая величина нагрузки Fдоп, МН
Вер	31	23	761,2	0,031	304,6
Гор	10	7,6	84,1	0,000078	33,6

 

    Приложение чрезмерной  нагрузки к штоку может привести  к продольному изгибу штока.  Критическое усилие, приводящее к продольному изгибу, определяют по формуле Эйлера:

F_кр = π^{2 .} E ^. I / (ψ ^. l)² = 3,14^{2 .} 2^. 10^{5 .} 0,0031 / (2 ^. 1,417)² = 761,2 МН

Коэффициент приведенной длины  ψ учитывает тип схемы крепления гидроцилиндра и штока и равен 2. Схема крепления представлена на рисунке 3.16. 

 

 

 

 

                                     

 

 

                                                    Рисунок 3.16 Крепление гидроцилиндр

Модуль упругости Е = 2 ^. 10⁵ МПа

Момент инерции штока равен  I = 0,0491 ^. d⁴ = 0,0491 ^. 0,5⁴ = 0,0031 м⁴

Максимальная допустимая величина нагрузки на шток определяется равенством:

F_доп = F_кр / К_з = 761,4 / 2,5 = 304,6 МН

Коэффициент запаса по прочности К_з берется равным 2,5.

       Максимальная  нагрузка на шток не превышает  максимально допустимой нагрузки, следовательно шток устойчив.

 

3.12 Расчет трубопровода

 

Давление жидкости в трубопроводе равно 32 МПа. В качестве рабочей жидкости выбираем  минеральное масло ИГП-72 соответствующее по  ГОСТ 17479-87 маслу ИГС-100. В масле И означает, что это индустриальное масло, Г – применяется дл гидравлических систем, С - масло имеет антиокислительные, антикоррозионные и противоизносные присадки, 100 – класс вязкости. Скорость течения жидкости в трубопроводе по методическому указанию для 16 МПа составляет 4 м/с. Так как трубопровод высокого давления выбираем трубу стальную бесшовную, холоднодеформируемую. Плотность масла равна при 40⁰С ρ_жд = 900 кг/м³

Диаметр условного прохода трубопровода:

d_тр = (4 ^. Q / π ^. υ)^0,5 = (4 ^. 0,031 / 3,14 ^. 4)^0,5 =  0,1 м = 100 мм

Толщина стенки трубопровода:

δ = к(р ^. d_тр / 2 ^. σ_д) = 3(32 ^. 100 / 2 ^. 400) = 9,3 мм.

к – коэффециент запаса прочности, равен 3 согласно методическим рекомендациям.

σ_д – допустимое напряжения для стальной трубы 400 МПа.

 

3.13 Потери давления в гидросистеме

 

   Потери давления в гидросистеме  складываются из потерь в напорной  и сливной линии.

Δр = Δр_нап + Δр_слив = 488211 + 228392,2 = 716603,2 Па

В гидроцилиндры должно быть подано рабочее давление равное 16 МПа, но давление на выходе из насосной станции должно быть больше, так как происходит сопротивление движению рабочей  жидкости на каждом участке трубопровода, которое нужно преодолеть. Давление в напорной линии равно сумме потерь давлений на трение по длине трубопровода, местных потерь и потерь в гидроаппаратах. При расчете потерь трубопровод условно делим на шесть участков. Определяем потери давления на трение. Потери давления на участке насосная станция – гидрораспределитель:

Δр_тр1 = ρ ^. λ(l₁ ^. ω²) / 2 ^. d_тр = 900 ^. 0,039(5,1 ^. 4²) / 2 ^. 0,1 = 14200 Па

Длины участков и потери давления для каждого участка приводятся в таблице 3.13.                                       

                                                                Таблица 3.13 длины участков и потери давления

№ участка	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	Для вертикальной балки
Длина участка l, м	5,1	3,5	-	9,2	16,3	20,9	24,7	34,6	9,9
Потери на трение Δртр, кПа	14,2	9,83	-	26,1	45,8	58,8	69,3	97,2	28,1
Для горизонтальной балки
Длина участка l, м	5,1	2,7	12	4,4	8,7	12,5	16,1	91,8	9,9
Потери на трение Δртр, кПа	14,2	7,6	33,7	12,4	24,4	35,1	45,2	257,8	28,1

 

Что бы рассчитать потери давления необходимо найти коэффициент потерь давления, число Рейнольдса и выбрать режим движения. Коэффициент потерь рассчитывается по формуле Блазиуса:

λ = 0,3164 / Re^0,25 = 0,3164 / 4444^0,25 = 0,039

Число Рейнолдса определяется как  отношение скорости и диаметра трубопровода к кинематической вязкости рабочей жидкости:

Re = ω ^. d_тр / υ = 4 ^. 0,1 / 0,9^.10^-4  = 4444

Если число Рейнольдса превышает 2300, то это турбулентный режим движения рабочей жидкости, а если нет, то ламинарный.

4444 > 2300: турбулентный режим

Так как число Рейнольдса получилось равным 4444, что больше 2300 следовательно  режим движения жидкости по трубопроводу – турбулентный. Тогда суммарные потери давления на преодоление трения по длине трубопровода будут равны:

ΣΔр_тр = Δр_тр1 + Δр_тр2 + Δр_тр3 + Δр_тр4 + Δр_тр5 + Δр_тр6 =

= 14200 + 9830 + 26106 + 45767 + 58766 + 69252 = 223923 Па

    Расчет местных потерь  давления равен сумме потерь  на участках, где возникает дополнительное  сопротивление движению жидкости  – вентили, краны, повороты, сужение  и расширение трубопровода и другие. В рассматриваемой гидросистеме встречаются только резкие повороты, коэффициент местного сопротивления ξ_м для которых равен 1,1

Δр_м^пв = ξ_м(ρ ^. ω²) / 2 = 1,1(900 ^. 4²) / 2 = 7920 Па

Так как в гидросистеме привода  встречается двадцать два поворота трубопровода, то сумма местных потерь давления будет равна:

Σр_м = 22 ^. Δр_м^пв = 22 ^. 7920 = 174240 Па

     Потери на гидроаппаратах  складываются из потери давления  на четырех гидроцилиндрах, на  насосной станции и на гидрораспределителе. Потери давления в гидроцилиндре при подаче жидкости:               Δр_гц = ξ_н(ρ ^. ω²) / 2 = 0,46(900 ^. 4²) / 2 = 3312 Па

Находим сумму потерь давления на гидроаппаратах:

Σр_га =  Δр_гр + 4 ^. Δр_д + 4 ^. Δр_гц = 10800 + 4 ^. 16560 + 4 ^. 3312 = 90048 Па

Необходимо определить коэффициенты потерь на гидроаппаратах ξ_м = λ ^. l_экв / d. Значения отношений l_экв / d определяется из справочных данных. Для гидроборудования в гидросистеме занесем эти коэффициенты в таблицу 3.14.

 

                                                                                    Таблица 3.14 коэффициенты потерь    

	ξм	lэкв / d	рга, МПа
Гидроцилиндр, вход	0,46	12	3312
Гидроцилиндр, выход	0,58	15	4176
Гидрораспределитель	1,5	40	10800
Делитель потока	2,3	60	16560
Резкий поворот	1,1	-	7920
Т-соединение	1,3	-	9360

 

Для гидроцилиндра при подаче жидкости коэффициент потерь равен:

ξ_м = λ ^. l_экв / d = 0,039 ^. 12 = 0,46

      Определив суммы  потерь давления на трение, на  преодоление местных сопротивлений  и сопротивлений в гидроаппаратуре находим суммарные потери давления в напорной линии:

Δр_нап = ΣΔр_тр + ΣΔр_м + Σр_га = 223923 + 174240 + 90048 = 488211 Па

       Давление в  сливной линии равно сумме  потерь давлений на трение  по длине трубопровода, местных  потерь и потерь в гидроаппаратах. При расчете потерь трубопровод условно делим на шесть участков. При расчете потерь трубопровод условно делим на два участков. Определяем потери давления на трение.

Тогда суммарные потери давления на преодоление трения по длине трубопровода будут равны:

ΣΔр_тр = Δр_тр1 + Δр_тр2 = 97215,8 + 28072,4  = 125288,2 Па

      В рассматриваемой  гидросистеме встречаются на  сливной линии резкие повороты, коэффициент местного сопротивления ξ_м для которых равен 1,1 и Т-образное соединение трудопроводов, с коэффициентом местного сопротивления ξ_м равного 1,3. Из-за того что в системе присутствуют шесть поворотов трубопровода и три Т-образных соединений, сумма местных потерь находиться следующим образом.

Σр_м = 6 ^. Δр_м^пв + 3 ^. Δр_м^тс = 6 ^. 7920 + 3 ^. 9360 = 75600 Па

     Потери на гидроаппаратах складываются из потери давления на гидрораспределителе и гидроцилиндре. Находим сумму потерь давления на гидроаппаратах:

Σр_га =  Δр_гр + 4 ^. Δр_гц = 10800 + 4 ^. 4176 = 27504 Па

Определив суммы потерь давления на трение, на преодоление местных сопротивлений и сопротивлений в гидроаппаратуре находим суммарные потери давления в сливной линии:

Δр_слив = ΣΔр_тр + Σр_м + Σр_га= 125288,2 + 75600 + 27504 = 228392,2 Па

Расчетная схема потерь давления представлена на рисунке 3.17 и 3.18. Давление насоса с учетом потерь:       р_н = р_ном + Δр = 32000000 + 716603,2  = 32716603 Па

       Выбранный насос позволяет обеспечить рабочее давление с учетом потерь так как максимальное давление развиваемое насосом составляет 33 МПа.

                                                                                  Таблица 3.15 Суммы потерь давления

линия	Полная сумма потерь давления Δр, Па	сумма местных потерь Σрм, Па	сумма потерь давления на гидроаппаратах Σрга, Па	сумма потерб давления на трения ΣΔртр, Па	Давление насоса с учетом потерь рн, Па
Вертикальная балка
напорная	488211	174240	90048	223923	32716603
сливная	228392,2	75600	27504	125288,2
Горизонтальная балка
напорная	417976	158400	86976	172600	32843124
сливная	425148	95040	44208	285900