伺服系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)與安裝
某旋轉(zhuǎn)伺服試驗(yàn)臺(tái)分別由三臺(tái)液壓泵供油,液壓站放置在遠(yuǎn)離試驗(yàn)臺(tái)的一個(gè)工作
間,距試驗(yàn)臺(tái)近60m,管路要求布置在地下通道里,額定工作流量分別是32L/min、
114L/min、114L/min,其額定工作壓力是21MPa,管道壓力波動(dòng)值<2%,試驗(yàn)臺(tái)共一根油管回油,要求回油壓力損失小于0.1MPa。液壓系統(tǒng)使用的介質(zhì)是10號(hào)航空液壓油,由于航空液壓油易泄漏,壓力波動(dòng)和壓力損失有要求,施工場(chǎng)所不容易施工等原因,在施工時(shí)要進(jìn)行充分的計(jì)算和合理施工。
1.油管管徑的計(jì)算
(1) 32L/min壓力管的計(jì)算。壓力液壓管路的推薦流速v為2.5~7.6m/s,考慮到管路較長(zhǎng),取v=4m/s,則油管的內(nèi)徑d1為
d1=4.61√Q/v=4.61√32/4=13(mm)
式中;v為管路中油液的流速,m/s,Q為通過(guò)油管的流量,L/min;d1為高壓油管內(nèi)徑,mm。
根據(jù)其額定工作壓力是21MPa和地下通道的潮濕環(huán)境,選用Ф22mm×2.5mm的不銹鋼管,其內(nèi)徑為Ф17mm,實(shí)際流速為2.35m/s。
(2) 114L/min壓力管的計(jì)算。壓力液壓管路的推薦流速v=2.5~7.6m/s,考慮到管路較長(zhǎng),取v=4m/s,則油管的內(nèi)徑d2為
d2=4.61√Q/v=4.61√114/4=24.6(mm)
式中:v為管路中油液的流速,m/s;Q為通過(guò)油管的流量,L/min;d2為大高壓油管內(nèi)徑,mm。
根據(jù)其額定工作壓力是21MPa和地下通道的潮濕環(huán)境,選用Ф34mm×4.5mm的不銹鋼管,其內(nèi)徑為Ф25mm,實(shí)際流速為3.87m/s。
(3)回油管的計(jì)算?;赜鸵簤汗苈返耐扑]流速v=l.7~4.5m/s,考慮到管路較長(zhǎng),取v=1.7m/s,則油管的內(nèi)徑D為
D=4.61√Q/v=4.61√261/1.7=57(mm)
式中:v為管路中油液的流速,m/s;Q為通過(guò)油管的流量,L/min,應(yīng)該為三臺(tái)泵流量的總和260L/min;D為大高壓油管內(nèi)徑,mm。
選用Ф75×3.5mm的不銹鋼管,其內(nèi)徑為Ф68mm,實(shí)際流速為1.19m/s。
2.管路壓力波動(dòng)和壓力損失的計(jì)算或驗(yàn)證
(1)小壓力管路蓄能器的計(jì)算與選擇。為了達(dá)到管道壓力波動(dòng)值<2%的要求,必
須配備蓄能器,用于吸收液壓沖擊,以保證系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。
蓄能器的容積按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算為
V0=0.0000656QL/(1-p1/p2)
=0.0000656×32×60/(1-21/21.42)=6.42
式中:V0為蓄能器的容積,L;p1為工作壓力,MPa; p2為系統(tǒng)允許的最高沖擊壓力,MPa,根據(jù)要求p2=1.02×21-21.42MPa;Q為管路中的流量,L/min;L為管路的長(zhǎng)度,m。
選用10L公稱(chēng)壓力為31.5MPa的蓄能器,蓄能器的充氣壓為為21MPa,考慮其介質(zhì)為10號(hào)航空油,選用法蘭安裝形式。
(2)大壓力管路蓄能器的計(jì)算與選擇。同上所述,蓄能器的容積按下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算為
V0=0.0000656QL/(1-p1/p2)
=0.0000656×114×60/(1-21/21.42)=22.87
式中:V0為蓄能器的容積,L;p1為工作壓力,MPa;P2為系統(tǒng)允許的最高沖擊壓力,MPa,根據(jù)要求p2=1.02×21=21.42MPa;Q為管路中的流量,L/min;L為管路的長(zhǎng)度,m。
選用兩個(gè)25L公稱(chēng)壓力為31.5MPa的蓄能器,蓄能器的充氣壓力為2lMPa,考慮其介質(zhì)為10號(hào)航空油,選用法蘭安裝形式。
(3)回油管壓力損失的驗(yàn)證。按要求回油管的壓力損失應(yīng)該小于0.1MPa。按以下方法進(jìn)行驗(yàn)證。
1)計(jì)算回油管的沿程損失。雷諾數(shù)Re為
Re=vD/v=1.19×1000×68/10=8092
式中:v為回油管路中的液體流速,mm/s;D為回油管的內(nèi)徑,mm;v為回油管內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)黏度,10號(hào)航空液壓油的運(yùn)動(dòng)黏度為10mm/s。
沿程阻力系數(shù)λ為
λ=0.3164/Re0.25=0.3164/80920.25=0.03336
根據(jù)達(dá)西公式可以計(jì)箅出回油管的沿程損失p沿為
p沿=λLpv2/2/D=0.03336×60×850×1.192/2/0.068=17715.4(Pa)
式中:p沿為回油管的沿程損失,Pa;ρ為液體密度,kg/m3,10號(hào)航空液壓油的密度為850kg/m3;L為油管路的長(zhǎng)度,m;。為回油管路中的液體流速,m/s;D為回油管的內(nèi)徑,m。
2)彎頭的局部損失。在回油管路中還有四處90°的彎頭,這些地方的局部損失也不可小視,其彎管半徑尺為管外徑的2.5倍,即為l90mm,根據(jù)雷諾數(shù)Re和R/D值,可以查得局部阻力系數(shù)ξ為0.21。
每個(gè)彎頭的局部損失p彎為
p彎=ξw2/2=0.21×850×1.192/2=l26.4(Pa)
式中:船為回油管的彎頭的局部損失,Pa;ξ為局部阻力系數(shù),ξ=0.21;ρ為液體密度,kg/m3,10號(hào)航空液壓油的密度為850kg/m3;h為回油管路中的液體流速,m/s。
3)回油管的高度壓力損失。液壓站的油箱回油處與工作臺(tái)相差2m,要克服這一高度回油,其高度壓力損失p高為
p高=10ρh=10×850×2=17000Pa
式中:p高為回油管的高度損失,Pa;ρ為液體密度,kg/m3,10號(hào)航空液壓油的密度為850kg/m3;h為回油管兩端的高度差,m,h=2m。
回油管路的壓力損失總和應(yīng)該為沿程損失、四處彎頭的局部損失及高度損失之和,即
p損失=p沿+4p彎+p高=17715.4 +4×126.4+17000=35220.6Pa
回油管路的壓力損失為0.035MPa,小于0.1MPa的要求。
3.管路的安裝
安裝管道時(shí)需要彎管機(jī)、切割機(jī)、坡口機(jī)、弧焊機(jī)、酸洗槽、中和槽、干燥壓縮空氣機(jī)、循環(huán)泵、水平儀、臺(tái)虎鉗、扳手等。
使用的介質(zhì)是10號(hào)航空油,其滲透性特強(qiáng),所以全部采用法蘭連接,用O形圈密封,為了拆裝方便,把法蘭設(shè)計(jì)成一邊為活動(dòng)法蘭,如圖14所示。
畫(huà)管路布置圖→澆注管夾的預(yù)埋鐵→初布管夾→下料、彎管、布管→焊接→酸洗→中和→吹干→裝配管法蘭→固定管夾→油液循環(huán)→檢測(cè)污染度→與主機(jī)相連試壓、檢查各參數(shù)。
4.安裝管路的注意事項(xiàng)
(1)彎管時(shí),模具一定要跟所彎管子的外徑一致,否則會(huì)把管子壓扁。
(2)建議采用氬弧焊焊接,焊接前要進(jìn)行預(yù)裝、去毛刺、校平、脫脂、預(yù)熱,管道與法蘭對(duì)接處要開(kāi)坡口,要用高純度的氬氣,否則易出小氣孔。
(3)每1.5m設(shè)置一個(gè)管夾,并夾緊管路,以免管路振動(dòng),管路拐彎處兩端必須加管夾,注意不要把法蘭太靠近管夾,否則拆卸不方便。
(4)打循環(huán)之前一定要對(duì)管路進(jìn)行酸洗、中和、吹干。不銹鋼管也不能省略這些步驟,因?yàn)椴讳P鋼焊接時(shí)也會(huì)產(chǎn)生氧化皮。
(5)打循環(huán)時(shí)要把進(jìn)油管和回油管用軟管連接,直至清潔度達(dá)NAS7以上方可,循環(huán)完畢立即與主機(jī)相連,避免污染。
(6)試壓時(shí),應(yīng)該逐步加大壓力,一般為每次加5MPa,每個(gè)壓力點(diǎn)試5~10min,
并注意觀察各個(gè)部位,切忌快速加大壓力,這樣容易造成設(shè)備和人身事故。
(7)吸收管路液壓沖擊的蓄能器必須盡量靠近試驗(yàn)臺(tái)安裝,才能保證其效果。
(8)管道裝配前要認(rèn)真檢查焊接的部位有無(wú)毛刺和其他異常現(xiàn)象,法蘭安裝面有無(wú)磕壞破損,是否放有O形圈等。