1350
Разработка объемного гидропривода поступательного действия
Курсовая
Производство и промышленные технологии
Разработка принципиальной гидравлической схемы. Расчет и выбор силовых гидродвигателей, насоса и рабочей жидкости. Расчет и выбор гидроаппаратов. Расчет гидролиний. Тепловой расчет гидропривода. Расчет внешней характеристики гидропривода.
Русский
2013-01-06
148.5 KB
46 чел.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4
1 Разработка принципиальной гидравлической схемы. 5
2 Расчет и выбор силовых гидродвигателей, насоса и рабочей жидкости 3 Расчет и выбор гидроаппаратов 8
4 Расчет гидролиний 9
5 Тепловой расчет гидропривода 12
6 Расчет внешней характеристики гидропривода 14
Библиографический список 16
ВВЕДЕНИЕ
Применение гидравлического привода и средств гидроавтоматики является одним из перспективных направлений современного развития машиностроения. Около 70 % горных, строительных, дорожных, землеройных, подъемно-транспортных машин и установок оснащены гидроприводом.
Под объемным гидроприводом понимается совокупность устройств, в число которых входит один или несколько объемных гидродвигателей, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин с помощью рабочей жидкости под давлением. Основой насосного гидропривода является объемный насос, создающий напор рабочей жидкости, которая обладает в основном энергией давления. Эта энергия преобразовывается затем в механическую работу. Благодаря высокому объемному модулю упругости рабочей жидкости в объемном гидроприводе обеспечивается практически жесткая связь между его входными и выходными органами.
Объемный насосный гидропривод с приводом от электродвигателя широко применяется в современных машинах и механизмах. Это объясняется такими преимуществами гидропривода как: высокая компактность при небольших габаритах и массе, приходящейся на единицу мощности; возможность реализации больших передаточных чисел; хорошие динамические свойства привода; возможность плавного и широкого регулирования скорости движения исполнительного органа; надежное предохранение приводного электродвигателя от перегрузок; простота преобразования вращательного и поступательного движения друг в друга; высокое быстродействие и малое время разгона подвижных частей; гидропривод легко управляется и автоматизируется. Благодаря обильной и постоянной смазке гидропривод долговечен и надежен. Он позволяет плавно, в широком диапазоне регулировать движение исполнительного органа. Объемный гидропривод допускает достаточно произвольное расположение его элементов на машине, что чрезвычайно важно для мобильных машин, работающих в сложных условиях.
К недостаткам гидропривода относятся: сравнительно невысокий КПД; необходимость высокой герметичности гидроаппаратов, а следовательно, точность обработки деталей, что обусловливает их относительно повышенную стоимость; возможность нестабильной работы, вызываемой температурными колебаниями вязкости рабочей жидкости.
1 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ
СХЕМЫ
Н - насос с постоянной подачей (с постоянным направлением потока); Р - трехпозиционный реверсивный золотник с соединением нагнетательной линии со сливом и запертыми полостями цилиндра; Г.З. - гидрозамок (клапан обратный управляемый, двусторонний); Ц - цилиндр двустороннего действия с подводом рабочей жидкости через цилиндр; КП - клапан предохранительный (с собственным управлением); Ф - фильтр для жидкости; Б - бак под атмосферным давлением.
2 РАСЧЕТ И ВЫБОР СИЛОВЫХ ГИДРОДВИГАТЕЛЕЙ,
НАСОСА И РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ
Расчет и выбор гидроцилиндра
Расчетное значение диаметра гидроцилиндра D2Р определяется в соответствии с формулой (3.1) [1]:
где P2Р – расчетное давление рабочей жидкости на входе в гидроцилиндр;
F2 – усилие на штоке;
ηмех – механический КПД гидроцилиндра, принимаем согласно [1], с.28:
ηмех = 0,95…0,96
Давление P2Р предварительно принимаем согласно [1], с.28:
P2Р = (0,85...0,9) · PH ,
где РН – номинальное давление в гидросистеме.
P2Р = 0,87 · 16 = 14,4 МПа.
Принимаем диаметр поршня и штока (φ = 1,6) в соответствии с таблицей 3.1 [1]: D2 = 160 мм; d2 = 100 мм.
Для принятого диаметра D2 рабочее давление жидкости Р2 у гидроцилиндра составит по формуле (3.3) [1]:
Расход жидкости, подводимой в поршневую полость гидроцилиндра, составит по формуле (3.4) [1]:
где v2 – заданная скорость движения поршня;
η0 – объемный КПД гидроцилиндра.
Расчет и выбор гидронасоса
Расчетная подача гидронасоса Q1P определяется из условия неразрывности потока жидкости, которое с точностью до утечек в гидролиниях и гидроаппаратуре, что допустимо на стадии предварительного расчета, согласно формулы (3.5) [1]:
Q1P = Q2P.
Расчетный рабочий объем гидронасоса VОР определяют по формуле (3.6) [1]:
где n1 – номинальная частота вращения вала насоса, с-1;
η01 – объемный КПД гидронасоса.
По таблице 3.2 [1], выбираем насос МНА с рабочим объёмом номинальным давлением частотой вращения 1500 мин-1; η01 = 0,95; полный КПД η = 0,91; масса 59 кг.
С учетом фактических параметров принятого гидронасоса действительная его подача будет, по формуле (3.7) [1]:
где V01 и η01 – рабочий объем и объемный КПД принятого типоразмера
гидронасоса;
n1 – номинальная частота вращения вала гидронасоса по условиям задания.
Выбор рабочей жидкости
По таблице 3.3 [1] для умеренно-холодного климата принимаем рабочую жидкость ВМГЗ:
3 РАСЧЕТ И ВЫБОР ГИДРОАППАРАТОВ
По расходу жидкости и давлению для нашего случая по расходу и номинальному давлению РН = 16 МПа:
Принимаем по таблице 3.4 [1] распределитель типа Р-16 у которого:
При расходе потери давления будут меньше 0,2 МПа.
Выбираем по таблице 3.7 [1] предохранительный клапан типа БГ 52-14 у которого:
Выбираем схему исполнения реверсивного золотника с ручным управлением, в соответствии с рекомендациями [1], с.32 типа 64БГ74-22.
Выбираем по таблице 3.8 [1] гидрозамок типа КУ-20 у которого:
Выбираем по таблице 3.9 [1] фильтр типа ФП7-20-10 у которого:
Объем бака ориентировочно определяется по формуле (3.8) [1]:
где – подача гидронасоса, л/мин.
Принимаем в соответствии с рекомендациями ГОСТ 16770:
4 РАЧЕТ ГИДРОЛИНИЙ
Расчетный диаметр гидролиний определяется по формуле (3.9) [1]:
где Q – расход жидкости на рассматриваемом участке, м/с
(подача насоса );
– допускаемая скорость движения рабочей жидкости в трубопроводе.
Принимаем в соответствии с рекомендациями [1], с.35:
- для всасывающего трубопровода
- для сливного
- для напорного при и < 10 м, допускаемая скорость
по ГОСТ 8734 принимаем
по ГОСТ 8734 принимаем
по ГОСТ 8734 принимаем
По принятым диаметрам определяется действительная скорость движения жидкости в напорном, сливном и всасывающем трубопроводах по формуле (3.10) [1]:
Расчет гидравлических потерь определим только в напорной гидролинии.
Потери давления по длине трубопровода определяются по формуле (3.11) [1]:
где ρ – плотность рабочей жидкости;
λ – коэффициент гидравлического трения;
l – длина гидролинии;
v – скорость движения жидкости;
d – диаметр напорной гидролинии.
Для определения коэффициента гидравлического трения сначала необходимо определить режим движения жидкости, для чего определяется значение числа Рейнольдса по формуле (3.12) [1]:
где – кинематическая вязкость рабочей жидкости.
Так как > следовательно режим движения жидкости турбулентный. Для турбулентного режима, в соответствии с рекомендациями [1]:
Коэффициент гидравлического трения в переходной зоне и зоне вполне шероховатых труб определяться по формуле (3.15) [1]:
Потери давления в местных сопротивлениях определяются по формуле (3.16) [1]:
где – коэффициент местного сопротивления.
В качестве местных сопротивлений учитываем: входы в гидрораспределитель, гидрозамок и гидроцилиндр ; место присоединения гидролинии предохранительного гидроклапана к напорной гидролинии и два закругленных колена .
Действительные потери давления в гидрораспределителе и гидрозамке определяются по формулам (3.17) и (3.18) [1]:
где и – номинальные потери давления в гидрораспределителе и
гидрозамке в соответствии с их техническими характеристиками;
QPH и Q3Н – номинальные расходы рабочей жидкости через гидрораспределитель
и гидрозамок в соответствии с их техническими характеристиками;
– подача гидронасоса.
Суммарные потери давления в гидроаппаратах определяются по формуле (3.19) [1]:
Суммарные потери давления в напорном трубопроводе определяются по формуле (3.20) [1]:
Суммарные потери давления в напорной гидролинии 4% что не превышает 5...6 % номинального давления.
При этом
<
где Р2 – давление у гидроцилиндра.
<
Следовательно, гидронасос не перегружен.
5 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ГИДРОПРИВОДА
Энергия, затраченная на преодоление различных сопротивлений в гидроприводе, в конечном итоге превращается в теплоту, что вызывает нагрев рабочей жидкости и нежелательное снижение ее вязкости. Приближенно считается, что полученная с рабочей жидкостью теплота должна отдаваться в окружающую среду через поверхность бака, трубопроводы, гидроаппаратуру.
Расчет теплового баланса выполним для тяжелого режима ”Т”. Гидропривод работает при максимальной нагрузке на штоке гидроцилиндра с продолжительностью включения:
Тепловой поток через поверхности охлаждения (стенки бака) эквивалентен потерянной мощности, определяется по формуле (3.22) [1]:
где – мощность гидронасоса;
– полезная мощность на штоке гидроцилиндра.
Полезная мощность определяется по формуле (3.24) [1]:
где F2 – усилие на штоке в соответствии с заданием;
v2 – действительная скорость движения штока.
Действительная скорость движения штока v2 определяется по формуле (3.25) [1]:
где – утечки рабочей жидкости в гидрораспределителе, принимаемые в
соответствии с его технической характеристикой.
Утечки жидкости в других гидроаппаратах не учитываем из-за их малости.
Потребная площадь поверхности охлаждения определяется по формуле (3.26) [1]:
где k0 – коэффициент теплопередачи;
tж – температура жидкости: tж = 50 °С;
tB – температура воздуха: tВ = 20 °С.
Шафорост А.Н.
Общая поверхность бака, определяется следующим образом:
Поверхности трубопроводов:
Суммарную необходимую площадь поверхности охлаждения определяем по формуле:
<
Маслобак гидросистемы.
6 РАСЧЕТ ВНЕШНЕЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИДРОПРИВОДА
Применительно к проектируемому гидроприводу под внешней характеристикой понимают зависимость скорости перемещения штока гидроцилиндра от усилия на штоке . Для построения графика внешней характеристики необходимо задаться несколькими (не менее 4...5) значениями F2i в пределах 0 < F2i < F2.
F2 = 0 кН; 210 кН; 240 кН; 270 кН; 300 кН;
Каждому значению усилия F2i соответствует давление P2i гидроцилиндра, которое определяется по формуле (3.27) [1]:
Поскольку потери давления в напорном трубопроводе практически не зависят от давления в напорном трубопроводе, то соответствующие значения давления ΔP2i у гидронасоса определяются по формуле (3.28) [1]:
где ΔР – потери давления.
С увеличением давления P1i возрастают утечки рабочей жидкости в гидронасосе ΔQ1i и в гидрораспределителе ΔQPi. Поэтому действительная подача рабочей жидкости в гидроцилиндр с возрастанием усилия F2i уменьшается. В связи с этим уменьшается и скорость движения штока v2i, значение которой определяется по формуле (3.29) [1]:
где Q1T – теоретическая подача гидронасоса;
ΔQ1i и ΔQPi – утечки рабочей жидкости в гидронасосе и гидрораспределителе. При этом
Утечки рабочей жидкости в гидронасосе и гидрораспределителе определяются по формулам (3.31) и (3.32) [1]:
где а1 и а2 – коэффициенты утечек для гидронасоса и гидрораспределителя.
Коэффициенты утечек определяются по формулам (3.33) и (3.34) [1]:
Оценим степень снижения скорости движения штока при изменении усилия F2i от нуля до F2, по формуле (3.35) [1]:
где v20 – скорость движения штока при F2 = 0.
При этом давление насоса будет равным суммарным гидровлическим потерям:
Результаты расчетов сведем в таблицу 6.1.
Таблица 6.1 – Результаты расчетов гидропривода
Внешняя нагрузка
F2i, кН
0
150
180
210
240
270
300
Давление в гидроцилиндре
P2i, МПа
0
7,86
9,43
10,99
12,57
14,14
15,71
Давление насоса P1i, МПа
0,645
8,51
10,1
11,64
13,22
14,79
16,36
Утечки жидкости
0,00198 ·10-3
0,026·10-3
0,031·10-3
0,036·10-3
0,04·10-3
0,045·10-3
0,05·10-3
Скорость штока
0,048
(2,88)
0,047
(2,82)
0,047
(2,82)
0,047
(2,82)
0,046
(2,76)
0,046
(2,76)
0,0457
(2,74)
Заполняя таблицу считаем:
По полученным данным строится график внешней характеристики , см. рисунок 6.1.
Полученная внешняя характеристика достаточно жесткая и
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Разработка объемного гидропривода поступательного действия / А.А. Подколзин, О.М. Пискунов, К.В. Демин; Тул. гос. ун-т. – Тула, 2003. – 58 с.
2. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. – 2-е изд., перераб. – М.: Машиностроение,1982. – 423 с.
3. Гидравлика и гидропривод / В.Г. Гейер, B.C. Дулин, А.Г. Боруменский и др. М.: Недра, 1981, 295 c.
