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 15–20 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:

  1.  ИС – 30;
  2.  ИС – 20;
  3.  ВМГЗ;
  4.  МГ8;
  5.  МГ10.

  1.  АМГ-19
    1.  ВМГЗ
    2.  Трансформаторное
    3.  АУ
    4.  Индустриальное  ИС-12
    5.  Индустриальное  ИС-20
    6.  Турбинное - 22
    7.  Индустриальное  ИС-30
    8.  Турбинное – 30
    9.  Индустриальное  - 45
    10.  Индустриальное  - 450
    11.  Дизельное ДП-8 (МГ-8), ДП-11 (МГ-10)
    12.  МГЗ
    13.  ВГМ
    14.  Марка А

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 14896–84.

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 ПГ77–12 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.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81532. Регуляция энергетического метаболизма, роль инсулина и контринсулярных гормонов в обеспечении гомеостаза 107.55 KB
  Абсорбтивный период характеризуется временным повышением концентрации глюкозы аминокислот и жиров в плазме крови. Изменения метаболизма в печени в абсорбтивном периоде После приёма пищи печень становится главным потребителем глюкозы поступающей из пищеварительного тракта. Почти 60 из каждых 100 г глюкозы транспортируемой портальной системой задерживается в печени. Увеличение потребления печенью глюкозы не результат ускорения её транспорта в клетки транспорт глюкозы в клетки печени не стимулируется инсулином а следствие ускорения...
81533. Изменения метаболизма при сахарном диабете. Патогенез основных симптомов сахарного диабета 115.42 KB
  При недостаточности содержания инсулинавозникает заболевание которое носит название сахарный диабет: повышается концентрация глюкозы в крови гипергликемия появляется глюкоза в моче глюкозурия и уменьшается содержание гликогена в печени. При введении инсулина больным диабетом происходит коррекция метаболических сдвигов: нормализуется проницаемость мембранмышечных клеток для глюкозы восстанавливается соотношение между гликолизом и глюконеогенезом. В связи с этим при инсулярной недостаточности и сохранении или даже повышении...
81534. Патогенез поздних осложнений сахарного диабета (макро- и микроангиопатии, нефропатия, ретинопатия, катаракта). Диабетическая кома 108.17 KB
  Диабетическая кома. Диабетическая ретинопатия поражение сетчатки глаза в виде микроаневризм точечных и пятнистых кровоизлияний твёрдых экссудатов отёка образования новых сосудов. Диабетическая микро и макроангиопатия нарушение проницаемости сосудов повышение их ломкости склонность к тромбозам и развитию атеросклероза возникает рано поражаются преимущественно мелкие сосуды. Диабетическая полинейропатия чаще всего в виде двусторонней периферической нейропатии по типу перчаток и чулок начинающаяся в нижних частях конечностей.
81535. Регуляция водно-солевого обмена. Строение и функции альдостерона и вазопрессина 199.48 KB
  Основные гормоны участвующие в тонкой регуляции водносолевого баланса и действующие на дистальные извитые канальцы и собирательные трубочки почек: антидиуретический гормон АДГ альдостерон и предсердный натриуретический фактор ПНФ. Антидиуретический гормон Антидиуретический гормон АДГ или вазопрессин пептид с молекулярной массой около 1100 Д содержащий 9 аминокислот соединённых одним дисульфидным мостиком. АДГ синтезируется в нейронах гипоталамуса в виде предшественника препрогормона который поступает в аппарат Гольджи и...
81536. Система ренин-ангиотензин-альдостерон. Биохимические механизмы возникновения почечной гипертонии, отеков, дегидратации 105.02 KB
  Главным механизмом регуляции синтеза и секреции альдостерона служит система ренинангиотензин. Субстратом для ренина служит ангиотензиноген. Ангиотензиноген α2глобулин содержащий более чем 400 аминокислотных остатков.
81537. Роль гормонов в регуляции обмена кальция и фосфатов (паратгормон, кальцитонин). Причины и проявления гипо- и гиперпаратироидизма 106.8 KB
  Паратгормон Паратгормон ПТГ одноцепочечный полипептид состоящий из 84 аминокислотных остатков около 95 кД действие которого направлено на повышение концентрации ионов кальция и снижение концентрации фосфатов в плазме крови. Скорость распада гормона уменьшается при низкой концентрации ионов кальция и увеличивается если концентрация ионов кальция высока. Секреция ПТГ регулируется уровнем ионов кальция в плазме: гормон секретируется в ответ на снижение концентрации кальция в крови.
81538. Строение, биосинтез и механизм действия кальцитриола. Причины и проявление рахита 137.84 KB
  Действие гормона направлено на повышение концентрации кальция в плазме крови. Низкая концентрация фосфатов и ионов Са2 в крови также ускоряет синтез кальцитриола причём ионы кальция действуют опосредованно через паратгормон. Так например в клетках кишечника кальцитриол индуцирует синтез Са2переносящих белков которые обеспечивают всасывание ионов кальция и фосфатов из полости кишечника в эпителиальную клетку кишечника и далее транспорт из клетки в кровь благодаря чему концентрация ионов кальция во внеклеточной жидкости поддерживается на...
81539. Строение и секреция кортикостероидов. Изменения катаболизма при гипо- и гиперкортицизме 159.94 KB
  Гормоны коры надпочечников кортикостероиды. В коре надпочечников синтезируется более 40 различных стероидов различающихся по структуре и биологической активности. В коре надпочечников образуются предшественники андрогенов из которых наиболее активный дегидроэпиандростерон ДЭА и слабый андростендион. Самый мощный андроген надпочечников тестостерон синтезируется в надпочечниках в небольшом количестве.
81540. Регуляция синтезами секреции гормонов по принципу обратной связи 126.07 KB
  Поддержание уровня гормонов в организме обеспечивает механизм отрицательной обратной связи. Изменение концентрации метаболитов в клеткахмишенях по механизму отрицательной обратной связи подавляет синтез гормонов действуя либо на эндокринные железы либо на гипоталамус. Синтез и секреция тропных гормонов подавляется гормонами эндокринных периферических желёз.