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。
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
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
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
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)
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
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
則
計算鋼管厚度
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