43256
Расчет гидропривода
Курсовая
Производство и промышленные технологии
Под гидроприводом понимают совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости под давлением. В качестве рабочей жидкости в станочных гидроприводах используется минеральное масло.
Русский
2013-11-06
486 KB
19 чел.
Введение
Раздел механики, в котором изучают равновесие и движение жидкости, а также силовое взаимодействие между жидкостью и обтекаемыми ею телами или ограничивающими ее поверхностями, называется гидромеханикой.
Науку о законах равновесия и движения жидкостей и о способах приложения этих законов к решению практических задач называют гидравликой. В гидравлике рассматривают, главным образом, потоки жидкости, ограниченные и направленные твердыми стенками, т.е. течения в открытых и закрытых руслах (каналах). В понятие «русло» или «канал» включают поверхности (стенки), которые ограничивают и направляют поток, следовательно, не только русла рек, каналов и лотков, но и различные трубопроводы, насадки, элементы гидромашин и других устройств, внутри которых протекает жидкость.
Под гидроприводом понимают совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости под давлением. В качестве рабочей жидкости в станочных гидроприводах используется минеральное масло.
Применение гидроприводов в станкостроении позволяет упростить кинематику станков, снизить металлоемкость, повысить точность, надежность и уровень автоматизации.
Широкое использование гидроприводов определяется рядом их существенных преимуществ перед другими типами приводов и, прежде всего, возможностью получения больших усилий и мощностей при ограниченных размерах гидродвигателей. Гидроприводы обеспечивают широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости, возможность работы в динамических режимах с требуемым качеством переходных процессов, защиту системы от перегрузки и точный контроль действующих усилий. С помощью гидроцилиндров удается получить прямолинейное движение без кинематических преобразований, а также обеспечить определенное соотношение скоростей прямого и обратного ходов.
Гидроприводы имеют недостатки, которые ограничивают их использование в станкостроении. Это потери на трение и утечки, снижающие КПД гидропривода и вызывающие разогрев рабочей жидкости.
При правильном конструировании, изготовлении и эксплуатации гидроприводов их недостатки могут быть сведены к минимуму. Для этого нужно хорошо знать унифицированные узлы гидропривода и типовые узлы специального назначения.
1. Определение диаметра гидроцилиндра Dц
и диаметра штока dшт
а) Выбираем рабочее давление в гидроцилиндре P, для чего используем рекомендации о соответствии между P и F.
Согласно исходным данным: P1 = 1,3 МПа, P2 = 2,1 МПа, P3 = 3,3 МПа.
б) Согласно рекомендации о соответствии между P и dшт/Dп принимаем dшт/Dп = 0,5.
в) Пренебрегая сопротивлением трения в уплотнениях и противодавлением, находим площадь поперечного сечения гидроцилиндра:
тогда диаметр гидроцилиндра:
Дальнейший расчёт проводится по наибольшему диаметру, в соответствии с ГОСТ 12447-80. [3] принимаем D=80 мм.
Тогда площадь гидроцилиндра:
Значит, диаметр штока будет равен:
В соответствии с ГОСТ 12447-80 принимаем =40мм.
Тогда площадь штока:
2. Определение потребной подачи насоса
3. Определение наибольшего и наименьшего расходов
рабочей жидкости в гидролиниях
4. Выбор диаметров гидролиний
Для упрощения расчетов принимаем диаметр трубопроводов одинаковым для всех гидролиний.
В соответствии с рекомендациями принимаем скорость течения жидкости в трубопроводе Vср = 2 м/с.
Откуда диаметр трубопровода:
Принимаем согласно ГОСТ 12447-80 dтр = 32 мм.
5. Выбор рабочей жидкости
Рабочие жидкости бывают на нефтяной и синтетической основе. В основном применяют рабочие жидкости на нефтяной основе с различными улучшающими свойства масел присадками. Присадка способствует сохранению механических свойств масел при повышенных температурах, уменьшают пенообразование, улучшают их сопротивление износу и антикоррозионные свойства. Концентрация присадок в рабочих жидкостях составляет от 0,05% до 22%.
Рабочая жидкость должна удовлетворять двум условиям:
1) Температура застывания должна быть на 1520 0С ниже наименьшей температуры окружающей среды.
2) При давлении до 7 МПа рекомендуется применять минеральные масла, имеющие =(16,5…20,5) 10-6 м2/с при t =50 0C.
Выбираем масло индустриальное ИГП 18. Оно имеет tзаст = -15 0С, что на 20оС ниже заданной минимальной температуры (5оС) и при t = 50оС имеем = 18∙10-6 м2/с, поэтому первое условие выполнено.
Температура окружающего воздуха tокр = 30оС.
Также этим условиям удовлетворяют масла:
6. Определение типоразмера гидрораспределителя
Типоразмер определяем из условия: Qнаиб. Qтабл.
где Qтабл рекомендованный максимальный расход через гидрораспределитель.
Выбираем типоразмер гидрораспределителя Р-203, который обеспечивает пропускную способность жидкости Qmax = 170 л/мин.
160,63 л/мин < 170 л/мин
Потери давления в секциях p=0,53МПа, тонкость фильтрации 10 мкм.
Номинальное давление pномин = 32 МПа.
Максимальное давление pmax = 32МПа.
Максимальная утечки 200 см3/мин.
7. Определение типоразмера фильтра
Согласно заданию выбираем на сливную магистраль тип фильтра ФС.
Типоразмер определяем из условия .
Его пропускная способность = 400л/мин; номинальное давление Р=0,63 МПа; перепад давления 0,1 МПа, тонкость фильтрации 25 мкм.
На напорную магистраль выбираем дисковый сетчатый фильтр ФС.
8. Выбор гидронасоса
Для выбора насоса необходимо знать подачу Q и величину давления нагнетания Pн, которую определяем из условия:
где:
гидросопротивление в гидролинии: насос гидроцилиндр;
гидросопротивление в гидролинии: гидроцилиндр бак;
Pз гидросопротивление в золотнике;
Pз сл сопротивление в золотнике при сливе;
Pф гидросопротивление в фильтре;
шт площадь штока;
ц площадь гидроцилиндра;
F усилие на штоке гидроцилиндра;
Pтр требуемое давление.
Коэффициент сопротивления в напорной магистрали :
3(входа)вх+ 6(углов)у + 9(тройники)т +1(гидроклапан)гк + +1(дроссель)д+ + 3(штуцера)шт
где:
вх коэффициент входа в гидроаппарат (0,9);
вых коэффициент выхода из гидроаппарата (0,7);
у коэффициент сопротивления в углах поворота (0,15);
т коэффициент сопротивления в тройниках (1,9);
гк коэффициент сопротивления в гидроклапане (2);
д коэффициент сопротивления в дросселе (2,5);
шт коэффициент сопротивления в штуцере (0,1);
Подставляя известные величины, получим:
Потери в сливной гидролинии будут равны:
Коэффициент сопротивления в сливной магистрали :
3(выхода)вых+ 5(углов)у + 9(тройники)т +1(гидроклапан)гк +
+ 3(штуцера)шт
Подставляя известные величины, получим гидравлическое сопротивление в сливной гидролинии.
Уплотнительные устройства предназначены для предотвращения наружных и внутренних утечек рабочей жидкости. Поскольку рабочей средой гидравлических приводов являются жидкости, то в местах разъёма и, тем более, в подвижных соединениях возникает необходимость в уплотнительных устройствах.
Принимаем уплотнение для поршня: U-образные резиновые манжеты
ГОСТ 1489684.
Коэффициент трения μ=0,1…0,13.
D-диаметр уплотняемой поверхности 71 мм
H-ширина манжеты 9 мм
p-давление масла 4 МПа ; pk-контактное давление(2…5) МПа
Тогда трение в подвижном соединении:
Подставляя приведенные расчетные данные в формулу, получим:
Насос должен обеспечить подачу Q = 98 л/мин при Pн = 1,3 МПа. Этому условию удовлетворяет пластинчатый насос типа 2Г12-55АМ; с рабочим объёмом 80 см3; давление Pmax = 6,3МПа; частота вращения 1500 об/мин; КПД 0,9; масса 46кг.
9. Расчет и выбор регулирующей гидроаппаратуры
Площадь сечений проходных окон и каналов определяем по формуле:
где: Q поток рабочей жидкости через сечения; V скорость потока жидкости.
Перепад давления на дросселях:
где: плотность жидкости; расход жидкости; площадь сечения дроссельного отверстия; коэффициент местного сопротивления; b поправочный коэффициент, учитывающий влияние вязкости на местные потери давления.
Выбираем дроссель типа ПГ типоразмера ПГ7712 с рабочим давлением 20МПа табл. 5,13 [с. 146, 3].
10. Расчет КПД гидропривода машины
Коэффициент полезного действия гидропривода позволяет установить эффективность спроектированной машины.
Общий КПД гидропривода:
Гидравлический КПД:
где: Рном номинальное давление в гидросистеме (6,3 МПа); - суммарные потери давления(0,53+0,63+0,1+0,2+0,247+0,245=1,952 МПа).
Механический КПД:
где: , , механические КПД соответственно насоса, распределителя и гидродвигателя.
Объемный КПД:
где: , , объемные КПД соответственно насоса, распределителя и гидродвигателя принимаем равным 1.
11. Выбор вместимости гидробака и определение площади
теплоизлучающих поверхностей
Согласно ГОСТ 12448-80 выбираем вместимость гидробака 200 л.
Площадь теплоотдачи:
Площадь теплоизлучающих поверхностей гидропривода:
12. Тепловой расчет гидропривода
Количество тепла, получаемое в единицу времени:
где: кп = 0,6 коэффициент продолжительности работы под нагрузкой;
кд =0,7 коэффициент использования номинального давления.
Определение установившейся температуры рабочей жидкости:
Так как установившаяся температура рабочей жидкости не превышает предельно допустимую, то в гидроприводе нет необходимости применять теплообменник.
Определяем текущую температуру рабочей жидкости в гидроприводе по формуле:
где: время за которое выделяется тепло; масса гидропривода и рабочей жидкости; средняя теплоемкость материалов.
В этой формуле неизвестной величиной является только средняя удельная теплоемкость:
где: теплопроводность рабочей жидкости; теплоемкость материала; масса гидрооборудования; масса рабочей жидкости.
Определяем массу жидкости, полагая, что ее объем в гидросистеме превышает объем в гидробаке в 1,5 раза:
Предавая значения , определим текущую температуру, через 1200 с. после начала работы:
13. Литература
1. Башта Т.М., Руднев Б.Б. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для машиностроительных вузов. М.: Машиностроение, 1982. 423 с.
2. Каверзин С.В. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу самоходных машин: Учебное пособие. Красноярск, 1997. 384 с.
3. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. М.: Машиностроение, 1988. 512 с.
4. Чугаев Р.Р. Гидравлика: Учебник для вузов. 4-е изд., доп. и перераб. Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 2007. 672 с.
5. Штеренлихт Д.В. Гидравлика: Учебник для вузов. М.: Энергоиздат, 2009. 640 с.