液壓系統中鋼管的尺寸和壁厚設計計算

在設計液壓系統時, 需要優化設計, 以實現最小的壓力降。選擇正確的液壓軟管或硬管是非常重要的。軟管和硬管需要適當的直徑, 長度, 平滑度和形狀來適應液壓流量的要求。尺寸太小的軟管或硬管會引起湍流和過熱。過大的軟管或硬管會增加系統的成本, 尺寸和重量。

液壓系統中鋼管的尺寸和壁厚設計計算

要了解什麼是液壓軟管和管道的"正確的尺寸", 需要首先了解流體和摩擦的性質。當流體流動時, 就會失去機械能, 以克服流體中的粘性作用力。在液壓系統中, 這種損耗被視為流動方向的壓降。

液壓管路中摩擦係數很大程度上取決於管路內壁的光滑度,摩擦係數對壓力損失影響很大,一般認為液壓類管路內壁是比較光滑的,設計人員根據多年的經驗,總結出了液壓流體在油路中比較合適的流速推薦值:

表1.推薦液體流速

液壓系統中鋼管的尺寸和壁厚設計計算


管路內徑的確定

液壓油路中流量可以根據執行機構所需的流量進行估算,流速採用推薦值,這樣就可以確定管路的內徑了,管路內徑計算公式如下:

Q=每分鐘流量(L/min)

V=流速(m/s)

K=21.2025(常數)

d=油管內徑(mm)

則內徑d

液壓系統中鋼管的尺寸和壁厚設計計算



設計計算管路壁厚

管路的直徑(內徑)確定後,需要計算鋼管的壁厚,以確保管路的安全並使材料的利用率達到最佳,這裡介紹兩種計算方法,德國標準和挪威船級社標準。


依照德國標準計算

P=管路最大工作壓力(MPa)

OD=鋼管外徑(mm)

a=管路厚度製造公差(=±10%)

σb=材料抗拉強度(MPa)

σ0.2=材料屈服強度(MPa)

t=所需鋼管的最小厚度(mm)

tn=鋼管公稱厚度(mm)

s=安全係數(見表1)

σf2=材料許用強度(MPa)

id=管路內徑(mm)

表2.材料安全係數

材料拉斷伸長率

材料安全係數s

>25%

1.5

=20%

1.6

=15%

1.7

液壓系統中鋼管的尺寸和壁厚設計計算


依照挪威船級社計算

P=管路最大工作壓力(MPa)

OD=鋼管外徑(mm)

a=管路厚度製造公差(=±10%)

b=折彎餘量

c=液壓管路腐蝕厚度(0.3mm)

σb=材料抗拉強度(MPa)

σ0.2=材料屈服強度(MPa)

t=所需鋼管的最小厚度(mm)

to=包含折彎餘量和腐蝕餘量的鋼管厚度(mm)

tn=鋼管公稱厚度(mm)

σf2=材料許用強度(MPa)

id=管路內徑(mm)

R=折彎半徑(mm)

液壓系統中鋼管的尺寸和壁厚設計計算

液壓系統中鋼管的尺寸和壁厚設計計算


舉例:

現有一液壓系統需要設計壓力油路的管路,管路外露,需防腐,選用硬管設計,流量要求20L/min,最大工作壓力22Mpa,試選用合適的管路。

根據要求,選用304不鏽鋼流體輸送無縫管,依據表1選取液壓油路中流速V=5m/s

則油管內徑d

液壓系統中鋼管的尺寸和壁厚設計計算

經查GB/T14976不鏽鋼,拉斷伸長率大於等於35%,σ0.2=205MPa

依據德國標準計算鋼管厚度

依據表2,取安全係數s=1.5

液壓系統中鋼管的尺寸和壁厚設計計算

計算鋼管厚度

液壓系統中鋼管的尺寸和壁厚設計計算

OD=id+tn=9.2+0.98=10.18mm

查GB17395,可選外徑10mm厚1mm不鏽鋼管。


參考標準

DIN2413

DNV

GB/T14976

GB/T17395


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