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液压系统中钢管的尺寸和壁厚设计计算

在设计液压系统时, 需要优化设计, 以实现最小的压力降。选择正确的液压软管或硬管是非常重要的。软管和硬管需要适当的直径, 长度, 平滑度和形状来适应液压流量的要求。尺寸太小的软管或硬管会引起湍流和过热。过大的软管或硬管会增加系统的成本, 尺寸和重量。

要了解什么是液压软管和管道的"正确的尺寸", 需要首先了解流体和摩擦的性质。当流体流动时, 就会失去机械能, 以克服流体中的粘性作用力。在液压系统中, 这种损耗被视为流动方向的压降。


液压管路中摩擦系数很大程度上取决于管路内壁的光滑度,摩擦系数对压力损失影响很大,一般认为液压类管路内壁是比较光滑的,设计人员根据多年的经验,总结出了液压流体在油路中比较合适的流速推荐值:

表1.推荐液体流速


管路内径的确定

液压油路中流量可以根据执行机构所需的流量进行估算,流速采用推荐值,这样就可以确定管路的内径了,管路内径计算公式如下:

Q=每分钟流量(L/min)

V=流速(m/s)

K=21.2025(常数)

d=油管内径(mm)

则内径d



设计计算管路壁厚

管路的直径(内径)确定后,需要计算钢管的壁厚,以确保管路的安全并使材料的利用率达到最佳,这里介绍两种计算方法,德国标准和挪威船级社标准。


依照德国标准计算

P=管路最大工作压力(MPa

OD=钢管外径(mm

a=管路厚度制造公差(=±10%

σb=材料抗拉强度(MPa

σ0.2=材料屈服强度(MPa

t=所需钢管的最小厚度(mm

tn=钢管公称厚度(mm

s=安全系数(见表1

σf2=材料许用强度(MPa

id=管路内径(mm

表2.材料安全系数

材料拉断伸长率

材料安全系数s

>25%

1.5

=20%

1.6

=15%

1.7


依照挪威船级社计算

P=管路最大工作压力(MPa)

OD=钢管外径(mm)

a=管路厚度制造公差(=±10%

b=折弯余量

c=液压管路腐蚀厚度(0.3mm

σb=材料抗拉强度(MPa

σ0.2=材料屈服强度(MPa

t=所需钢管的最小厚度(mm

to=包含折弯余量和腐蚀余量的钢管厚度(mm

tn=钢管公称厚度(mm

σf2=材料许用强度(MPa

id=管路内径(mm

R=折弯半径(mm


举例:

现有一液压系统需要设计压力油路的管路,管路外露,需防腐,选用硬管设计,流量要求20L/min,最大工作压力22Mpa,试选用合适的管路。

根据要求,选用304不锈钢流体输送无缝管,依据表1选取液压油路中流速V=5m/s

则油管内径d

经查GB/T14976不锈钢,拉断伸长率大于等于35%,σ0.2=205MPa

依据德国标准计算钢管厚度

依据表2,取安全系数s=1.5

计算钢管厚度

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

GB17395,可选外径10mm1mm不锈钢管。


参考标准

DIN2413

DNV

GB/T14976

GB/T17395

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