Расчёт УСИЛИЯ гидроцилиндра

[beginner]

Здравствуйте.

Если у кого-нибудь есть опыт проектирования ГЦ, прошу поделиться.
Как вы рассчитываете результирующее усилие? Рассчитываете ли отдельно силы трения возникающие во всех уплотнениях или же просто закладываете КПД?
Если расчёт вести через силу трения, то мне не понятно где брать коэффициенты трения материалов из которых изготовлены уплотнения. Кроме того этот коэффициент зависит от шероховатости.
Если расчёт вести просто через КПД, то мне не понятно какое значение брать. В различной литературе КПД варьируется от 0.85 до 0.98

[Kirilius83]

Смотря насколько точно надо считать. Как правило никто силу трения не учитывает, просто давление на площадь и все. Всеравно все с запасом берется, и давление в том числе. Даже насос, в котором написано рабочее давление до 200 бар, максимально с перегрузкой 230 бар, в реале выдал 350 если вообще не 400 бар...

А если же вам точно нужно посчитать, то имейте виду, есть два разных усилия - усилие страгивания и усилие перемещения. Т.к. трение покой и скольжения разное, + есть еще эффект прилипания, который к тому же зависит от времени покоя, особенно у пластиков. Да и уплотнений трение может зависеть и от давления - многие же давление прижимает для лучшего уплотнения. От среды так же зависит - жидкое масло одну пленку оставляет, густое другую, вода третью...

[beginner]

Kirilius83, всё написанное Вами мне известно.
На счёт пренебрежения силой трения я с Вами НЕ соглашусь... зачем же существует расчёт ГЦ с учетом трения?(Марутов В.А. ГИДРОЦИЛИНДРЫ)
Меня интересует КОНКРЕТНО опыт проектирования. Кто как считает.

[СВ]

 Если будете рассчитывать по коэф-м трения, получите неверный результат (увеличенный кпд), т.к. это не свободное, так сказать трение, когда детали прижаты точно известной силой (или собственным весом). В г/ц уплотнения (чаще всего резиновые манжеты и кольца) прижимаются давлением, которое меняет форму уплотнительных деталей (также кольца устанавливаются с натягом, усилие от которого тоже не чётко понятно), что приводит к изменению усилия сопротивления в зависимости от давления.
Если грубо считать, достаточно брать кпд (но только не 0,98!), но это - при работе на номинальных давлениях. Чем меньше давление, тем меньше кпд (но ни в коем случае не прямо пропорционально, где-то по хитрой кривой, когда от максимума кпд медленно уменьшается, скажем от 0,95 до 0,9 на участке давления от 1Р до 0,2...0,3Р, а затем уменьшается всё резче и резче.  В общем, кпд меняется примерно так: от нулевого давления до 0,1...0,2...0,3Р резко растёт (до, скажем, 0,7...0,8...0,9), а далее растёт медленно, почти по прямой.

Если есть возможность, замерьте на неподвижном штоке усилия сопротивления перемещению без давления и под разными давлениями (если цилиндр с двумя одинакового диаметра штоками) и посчитайте кпд, сравните с расчётным - если используете какую-то методику расчёта.

[beginner]

я понимаю, что сила трения зависит от давления.
Понимаю, что точно не могу знать какая часть уплотнения  (площадь) оказывает сопротивление.
Но в первом приближении я намеревался площадь контактной поверхности брать 50-70% от площади канавки для соответствующего уплотнения.
Просто хотел с чего-то начать.

Вы пишите о достаточности КПД. Но опять же какое конкретно значение?
Возьму 0.85 - заставлю заказчика переплатить. (возможно придется выбрать другой типоразмер насоса, а там и ЭД и т.д.)
Возьму 0.95 - могу сам "попасть" - вдруг ГЦ не выдаст необходимого усилия.


Не понимаю к чему рассуждения о каких то 0.1-0.3Р и т.д.
У меня есть какое номинальное давление Р (давление настройки КП) и мне нужно зная параметры ГЦ рассчитать (хотя бы приблизительно) усилие.
ГЦ (основные рабочие характеристики) рассчитывается на номинальное давление. (про прочность это отдельная тема)

Проектирование гидроцилиндров не является моим основным профилем, но уж раз мне пришлось столкнуться с проектированием, то я хочу знать все тонкости.

[Kirilius83]

А разве при расчете силы трения площадь контакта играет роль? Для уплотнений не знаю, но для направляющих только нагрузка берется, площадь роли не играет.

Но ведь цилиндр всеравно берется с запасом? Запас сколько, 1,2 или 1,5, может вообще 2? Ведь если реальный КПД окажется к примеру 0,93, то взяв КПД в 0,85 получим запас всего в 1,1 - а это очень маленький запас. И если запас будет 1,2..1,4 то он легко перекрывает такие отклонения в КПД.
Тот же насос большего типоразмера будет иметь и ресурс больше. Тут уже многое зависит от интенсивности эксплуатации и необходимого ресурса. Если большое усилие используется часто то насос надо всеравно брать с запасом - на максимальном давлении насос меньше проработает, износится и перестанет его выдавать, двигатель в жару может перегреваться. А при кратковременно насос может и с перегрузкой работать, выдавая повышенное давление. Опять же, при больших давлениях масло больше греется, если размер цилиндра, сечение трубок и размер насоса впритык то возможен регулярный перегрев, придется радиатор ставить или увеличенный бак... Вообще всегда надежнее иметь запас, а считать впритык чревато отсутствием резерва в конструкции, а заказчики вечно либо в последний момент хотят еще что-то добавить, либо реальные нагрузки оказываются больше, либо еще чего-то. Скупой платит дважды...

[beginner]

А разве при расчете силы трения площадь контакта играет роль? Для уплотнений не знаю, но для направляющих только нагрузка берется, площадь роли не играет.

Однозначно ДА.

Fтр=мю*пи*d*l*p
ми - коэф.тр
d - уплотняемый диаметр
l - длина уплотнения
p - давление
пи*d*l - это как раз и есть площадь контакта

У направляющих как раз коэффициент трения мне известен и он крайне мал, чтобы его учитывать.

На счёт запаса согласен. Я естественно веду расчёт с запасом.

[obesov]

 Рассчтывать гидроцилиндр безотносительно к гидросистеме в целом занятие неблагодарное, ИМХО!
Скажем так: один из учитываемых при расчётах параметров, таких, как потери на трение в гидроцилиндре в разы меньше, чем в системе в целом.
P.S. Вопрос, конечно, интересный. но... Нашей "конторе" он стоил определённых средств и потраченного времени на испытания и внесения изменений в существующие проекты. Включая модернизацию уже поставлееной (проданной) техники.

[Dometer]

...Если расчёт вести через силу трения, то мне не понятно где брать коэффициенты трения материалов из которых изготовлены уплотнения. Кроме того этот коэффициент зависит от шероховатости...

Fтр=мю*пи*d*l*p
...
пи*d*l - это как раз и есть площадь контакта

У направляющих как раз коэффициент трения мне известен и он крайне мал, чтобы его учитывать.

Там трение, похоже, жидкостное - (мало зависит от материала уплотнения). Коэффициент трения будет зависеть от скорости взаимного движения (при очень низких скоростях - большй, а при больших скоростях - маленький), от разности давления по обе стороны уплотнения, от формы уплотнения...  И "поймать" его методом СВ

...
Если есть возможность, замерьте на неподвижном штоке усилия сопротивления перемещению без давления и под разными давлениями ...

вряд ли выйдет (разве что как предельный максимум).

Предлагаю зайти с другой стороны. Если бы трение в уплотнениях было достаточно большим, то при интенсивной работе гидроцилиндра (например у экскаваторщика-стахановца) уплотнения перегрелись бы и сгорели (расплавились, обуглились) - ведь предполагается, что уплотнения не текут, а теплоотвод через материал уплотнения плохой.  То есть предлагаю прикинуть действующее усилие трение через решение теплотехнической задачи.

[Kirilius83]

Уплотнения не текут, но на штоке обязана оставаться пленка масла, для смазки самого уплотнения, либо смазка закладывается снаружи уплотнения, для смазки направляющих ну и уплотнения. По сухому они долго не проживут, пневматику и то смазывают...

[Kirilius83]

Fтр=мю*пи*d*l*p
ми - коэф.тр
d - уплотняемый диаметр
l - длина уплотнения
p - давление
пи*d*l - это как раз и есть площадь контакта

Э не, не факт. Сила, которая прижимает уплотнение, где? А сила = площадь на давление. И l - это длинна контакта или самого уплотнения, точнее зоны на которую давит среда? Ведь длинна контакта меняется в зависимости от давления. Так что эту формулу можно понимать и как мю на силу прижима уплотнения давлением. В любом случае, длина контакта меняется динамически (в зависимости от давления и упругости самого уплотнения, где взять данные для расчета?), а тут в формуле этого нет, l постоянно.

[beginner]

l - это длина образующей цилиндрической поверхности контакта, которая (поверхность) формируется в результате воздействия давления.
Я с Вами согласен, что при разном давлении и площадь будет различной (кстати не сильно то эта площадь и изменяется в зависимости от давлений. Сужу по буржуйским каталогам где приводят всякие расчёты с применением метода конечных элементов)
Но меня НЕ интересуют различные давления. У меня есть Pном. и на это я веду расчёт.
Конечно я достоверно не могу знать какова эта длина l (это вопрос многих областей физики). Но примерно могу её задать (по крайней мере я знаю, что больше длины канавок она не будет)

[СВ]

 Разговор хотя и не по теме, но момент сурьёзный.
Про насосы:

... Тот же насос большего типоразмера будет иметь и ресурс больше. ...

Мне думается, говоря это, Вы имели в виду что-то иное, но выразились почему-то вот так. Если же понимать буквально, то здесь явная ошибка. Вот если бы сказать "Тот же насос двигатель (двс) большего типоразмера (большей мощности) будет иметь и ресурс больше", то это было бы абсолютно верно. Если двигатель недогружен, то износ меньше. На типовых же гидроприводах, где насос постоянной производительности приводится от эл.двигателя или двс, больший типоразмер означает всего лишь больший объём, т.е. получим, что насос качает лишнее масло под тем же давлением, лишнее масло приходится сбрасывать, и в итоге получаем - перегруг мотора, перегрев масла и никакого повышения ресурса насоса, т.к. всё равно работает под тем же давлением, а подача масла не уменьшается. Если взять насос переменной производительности на типоразмер больше, то и у него останется ТО ЖЕ самое рабочее давление; давление в основном определяет износ, а несколько уменьшенные рабочие ходы износ хотя и уменьшат, но явно не пропорционально изменению объёма насоса.
Другое дело, если взять насос с большим номинальным давлением, тогда запас по ресурсу будет явным. Наверное, под большим типоразмером Вы подразумевали именно это.

В общем и целом всё это к тому, что гидропривод нужно оптимизировать, так сказать, и снизу - чтобы элементы не работали на пределе возможностей (по давлению), и сверху - чтобы не было излишней производительности (по подаче).

[Дим]

Трение  в гидроцилиндрах???
Прошу прощения никогда не считал и не учитывал!!! Никогде не каких проблем не было, за исключением если попала стружка в систему и задрала уплотнения и зеркало цилиндра..

На какое усилие вы считаете ГЦ?  на граммы что ли?

15, 25 , 50, 70т это усилие(давление) регулируется клапаном и контролируется манометром, если я не прав. раскрывайте тему шире и расскажите что, зачем и почему, а то гадаем пальцем в небо

[beginner]

Если у кого-нибудь есть опыт проектирования ГЦ, прошу поделиться.
Как вы рассчитываете результирующее усилие? Рассчитываете ли отдельно силы трения возникающие во всех уплотнениях или же просто закладываете КПД?

[

Трение  в гидроцилиндрах???
Прошу прощения никогда не считал и не учитывал!!!

Спасибо за ответ 

[Kirilius83]

Другое дело, если взять насос с большим номинальным давлением, тогда запас по ресурсу будет явным. Наверное, под большим типоразмером Вы подразумевали именно это.

Да, именно, на большее давление а не подачу.

[Дим]

А вообще если так прикинуть и взять например полиамидные/пластиковые кольца Элконт для поршня и штока, то какое там будет трение - полиамид по зеркалу цилиндра/штока да в масле тут наверно даже не сотые, а тысячные доли процента потеряем на трение.

Тут могут быть потери если шток загнули или стружка клинит поршень, но это ни какими коэффициентами не угадать.

[Николай]

А если даже и угадать? Расчёт усилия поршня до милиграмма, может, и имеет какой либо академический или исследовательский интерес. Но практикам, применяющим гидроцилиндры вполне хватает паспортного значения усилия. Всего не учесть. Понизилась температура в цеху на 5 градусов, изменилась вязкость масла и цилиндр, рассчитанный в "0" на 500 кг теперь этот груз уже не осилит. Муха села на ковш экскаватора- та же картина...и т.д. 

[Kirilius83]

При необходимости, экспериментально проверить усилие и вычислить трение для конкретных условий не сложно, надо только купить электронный динамометр (20..35 т.р., с сертификатом и USB разьемом) да собрать стенд из нагружающего цилиндра и гидросистемы, поддерживающей давления в испытуемом. Накопив статистику можно коэф вывести. Но ИМХО это актуально для авиации/космоса, где критична масса и габариты. Но не для общего машиностроения.  Для авто проще на стенде проверить - там серийность большая, окупится.

[Itat]

Вот вам, Вадим Сергеевич, интересный задачник (он же решебник). На стр. 15 внизу две формулы говорят о том, что нужно учесть площадь поршня, давление жидкости и КПД и больше не заморачиваться