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

45 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 D определяется в соответствии с формулой (3.1) [1]:

где P 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 P предварительно принимаем согласно [1], с.28:

P = (0,85...0,9) · PH ,

где РН  номинальное давление в гидросистеме.

P = 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 Q  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.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

16426. Использование функции ЕСЛИ в формулах Excel 106 KB
  Лабораторная работа №2 Использование функции ЕСЛИ в формулах Excel Представьте себе что вам необходимо заполнить колонку на рабочем листе разными данными которые зависят от значений другой колонки. Для того чтобы результат формулы выводился в зависимости от выполнени...
16427. Использование логических, статистических и математических функций 113 KB
  Лабораторная работа 2 Использование логических статистических и математических функций Цель работы: Изучить возможности использования встроенных функций табличного процессора Excel; получить навыки работы с Мастером функций. Структура отчета: Титульны
16428. ОБРАБОТКА ДАННЫХ МЕТЕОСТАНЦИИ 133.5 KB
  ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА ОБРАБОТКА ДАННЫХ МЕТЕОСТАНЦИИ Цели работы: закрепить навыки по использованию функций Excel; научиться решать типовые задачи по обработке массивов с использованием электронных таблиц; познакомиться с логическими функциями Excel. Постановка зад
16429. Основные функции Excel 45 KB
  Основные функции Excel Приводится синтаксис некоторых часто используемых функций Excel. Приняты следующие сокращения: ИН интервал; Ч число ЗН значение. В фигурных скобках указаны имена функций в нерусифицированных версиях Excel. Статистические функции КОРРЕЛ{CORR...
16430. Применение стандартных функций MS Excel для решения задач статистики 72 KB
  Применение стандартных функций MS Excel для решения задач статистики СОДЕРЖАНИЕ Применение стандартных функций MS Excel для решения задач статистики. Ввод исходных данных. Вычисления размаха вариации оценки среднего среднеквадратичного отклонения и дисперсии...
16431. ВСТРОЕННЫЕ ФУНКЦИИ EXCEL. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ 60.5 KB
  ТЕМА №3: ВСТРОЕННЫЕ ФУНКЦИИ EXCEL. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ Цель работы: научиться работать с Мастером функций проводить анализ данных . Содержание работы: 1. Использование Мастера функций. 2. Анализ статистических данных. 3. Инструменты пакета анализа. Методические рек...
16432. Excel. Исследование мастера функций. Логическая функция Если 71 KB
  Тема Excel. Исследование мастера функций. Логическая функция Если 1. Цель работы: Создание приложения с использованием логической функции Если. 2. Теоретические основы: В предыдущей лабораторной работе мы исследовали работу с мастером ...
16433. Вычисление с помощью функций 56 KB
  Тема Вычисление с помощью функций Лабораторная работа Вопросы к лабораторному занятию Понятие функции Средства Excel для ввода функций Логическая функция ЕСЛИ 1. Методические рекомендации В Excel имеется большое количество встроенных функций. Функц
16434. ФОРМАТИРОВАНИЕ ЯЧЕЕК. РАБОТА С МАСТЕРОМ ФУНКЦИЙ 103 KB
  ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА Тема: ФОРМАТИРОВАНИЕ ЯЧЕЕК. РАБОТА С МАСТЕРОМ ФУНКЦИЙ. Вызвать Microsoft Excel. На первом листе создать таблицу Таблицу №1: ФИО История Химия Физика Гео...