ID: 1350

Название работы: Разработка объемного гидропривода поступательного действия

Категория: Курсовая

Предметная область: Производство и промышленные технологии

Описание: 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.

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-01-06

Размер файла: 148.5 KB

Работу скачали: 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.