9362

Розробка принципової схеми гідро- та пневмоприводів і систем гідро пневмоавтоматики з раціональним вибором робочого середовища

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Вступ Курсова робота з дисципліни Гідравліка, гідро- та пневмоприводи є необхідним практичним додатком до теоретичного курсу, а також підготовчим етапом до виконання курсового та дипломного проектування при розробці гідроприводу та пневмориводу мета...

Украинкский

2013-03-04

208 KB

35 чел.

Вступ

Курсова робота з дисципліни Гідравліка, гідро- та пневмоприводи є необхідним практичним додатком до теоретичного курсу, а також підготовчим етапом до виконання курсового та дипломного проектування при розробці гідроприводу та пневмориводу металорізальних верстатів, різноманітних технологічних пристроїв, допоміжного обладнання.

Мета курсової роботи – узагальнення і систематизація теоретичних знань, які отримані студентами в процесі вивчення даного курсу, оволодіння методами розрахунку і розробки принципових схем гідро- та пневмоприводів і систем гідро пневмоавтоматики з раціональним вибором робочого середовища, способо управління та відповідних гідропневмоавтоматів.

1 Проектування принципової гідравлічної схеми гідроприводу

1.1 Проектування структурної гідравлічної схеми

Значна частина машин і технологічного обладнання у машинобудуванні та інших галузях промисловості працює за замкненим технологічним циклом. До таких машин належить металорізальні верстати і автоматичні лінії, преси різного призначення, маніпулятори, промислові роботи та значна частина обладнання інших галузей виробництва.

Незалежно від складності машини або автоматичної лінії і кількості робочих органів, що беруть участь у технологічному  процесі, загальний цикл роботи усіх механізмів та вузлів працюючої машини може бути розділений на елементарні цикли роботи. Ці цикли складаються з таких  елементів: вихідне положення (ВП), швидке підведення (ШП),  повільне підведення (ПП), робоча подача (РП), реверс (Рв),  швидке відведення (ШВ), зупинка з витримкою за часом (ЗВ), зупинка у вихідному положенні (Стоп), гальмування (Г) та інші елементи.

       Схема примірного циклу роботи зображена на рисунку 1.1.

Рисунок 1.1 – Схема технологічного циклу

конання необхідного технологічного циклу роботи проектують гідроприводи визначеної структури. Структуру гідроприводу зображено у вигляді структурної. Структура гідроприводу вміщує такі системи та групи апаратів: виконавчі органи, апарати вимірювання і контролю, системи регулювання швидкості вихідної ланки, системи направлення рідини, запобіжну апаратуру, джерело руху.

Структурна схема гідроприводу зворотньо-поступальної дії верстата  зображена на рисунку 1.2.

Рисунок 1.2 – Структурна схема ГП

1.2 Аналіз гідросхеми методом поперехідних схем

На рис.1.3 показана принципова гідросхема гідропривода зворотно-поступальної дії для супорта токарно-гвинторізного верстата, що здійснює  за цикл роботи чотири переходи: швидке підведення, робоча подача №1, робоча подача №2, швидке відведення, а також проміжну зупинку виконавчого органу.

Рисунок 1.3 – Принципова схема ГП

Рисунок 1.4 – Поперехідні схеми

а) – швидке відведення; б) – робоча подача 1;в) – швидке відведення ; г) робоча подача2 –; д) - стоп

Аналіз гідросхеми методом функціональних циклограм

Положення апаратів керування визначає також запис роботи гідроприводу у вигляді функціональних циклограм. Функціональна циклограма роботи гідроприводу дає змогу швидко визначити взаємодію і послідовність включення апаратів під час переходу від одного елемента циклу до іншого, а також положення апаратів у будь-який момент роботи гідросистеми. Функціональна циклограма зображена у вигляді таблиці, в якій за допомогою літер показані положення апаратів під час кожного переходу.

Для схеми, що аналізується (рис.1.3), таблиця функціональної циклограми має вид відповідності елементарних циклів приводу (зліва

по рядкам) позначенню апаратів керування з їх номерами (зверху по горизонталі).

Таблиця 1.1 - Функціональна циклограма гідроприводу

Елементи циклу

роботи приводу

Рядок

Апарати керування

Р1

Р2

Швидке підведення

(1)

Л

П

Робоча подача №1

(2)

Л

Л

Робоча подача №2

(3)

П

Л

Швидке відведення

(4)

 П

П

Стоп

(5)

С

(П)

   В даному пункті роботи ми спроектували принципові схеми ГП, ознайомилися з основними циклограмами ГП, також ознайомилися як рухається рідина в гідросистемі при швидкому підведенні, робочих подачах, швидкому відведенні і т.д.

 Провели аналіз двома методами: поперехідних схемах, і методом функціональних циклограм.

2 Статичний розрахунок гідроприводу

2.1 Визначаємо діаметр поршня гідроциліндра з урахуванням розрахункового навантаження, прийнятої величини тиску та ККД ГП

                                    (2.1)

де P =48000 Н - розрахункове навантаження;

Р = 6,3 МПа - величина тиску рідини в ГП;

η = 0.90...098 - ККД.

Приймаємо D = 110 мм (згідно з ГОСТ 12447 - 80)

2.2 Визначаємо діаметр штока гідроциліндра

                                                                            (2.2)

Приймаємо d = 55 мм.

По величинах розрахункового навантаження, уточнених діаметрах поршня і штока вибираємо гідроциліндр УН 47-14-03 [ 1, ст.. 64, дод. 1 ], у якого D = 110 мм, d = 80 мм, m = 55 кг, PН = 6,3 МПа, РШТ = 57600 Н.

2.3 Визначаємо найменший необхідний тиск у робочій порожнині циліндра

                               (2.3)

2.4. Визначаємо витрати рідини на лінії подачі Q

л/хв                   (2.4) де  =  0,17 м/с -  швидкість поршня.

2.5 Орієнтовно подачу рідини збільшуємо на 5 … 15%, що необхідно для компенсації витрат тиску в трубопроводах та гідроапаратах

 Qн = (1,05 … 1,15) Qmax =  = 106.584 л/хв                      (2.5)

2.6 За уточненими даними Qн для Рн вибираємо насос, номінальна подача якого має дорівнювати або бути більшою Qн.    [1,ст.. 65, дод. 2 ]

Вибираемо насос пластинчатий Г12-25 AМ

Номінальна подача  - 140 л/хв;

Номінальний тиск  - 6.3 МПа;

ККД              - 0,86;

Маса     - 40 кг.

По значеннях Qн та Рн вибираємо решту гідроапаратів привода згідно зі структурною схемою.

Гідророзподільники    [ 1, ст.66-67, дод. 3 ]:

44 Г 74 - 25 з ручним керуванням

- Qн =  160 л/хв;

- р = 0,4 МПа;

- М = 26 кг;

44 ПГ 73 - 25 з електрично-гідравлічним керуванням

- Qн =  150 л/хв;

- р = 0,4 МПа;

- М = 28 кг;

Вибираємо фільтри    [ 1, ст.70, дод.6 ]

Фільтр на лінії всмоктування рідини 0.08 Б С 41 – 24

- Qн = 125 л/хв;

- р = 0,007 МПа;

- δ = 80;

- М = 1.45 кг.

Фільтр на лінії подачі рідини Ф7 М32-25 63

- Qн = 160 л/хв;

- р = 0,16 МПа;

- δ = 25;

- М = 14кг.

Фільтр на лінії зливу рідини ФС 200-25

- Qн = 200 л/хв;

- р = 0,1 МПа;

- δ = 25;

- М = 4,5 кг.

Запобіжний клапан Г 52-25    [ 1, ст..68, дод.4 ]

- Qн = 160 л/хв;

- р = 0,21 МПа;

- Рн = 0,3…6,3;

-М =  8.4 кг.

Дросель МПГ 55-1    [ 1, ст.. 69, дод.5 ]

- Qн = 160 л/хв;

- Рн= 6.3 МПа;

- р = 0,2 МПа;

- М =  155 кг.

Зворотній клапан Г51-34 [ 1, ст.. 71, дод.7 ]

- Qн = 125 л/хв;

- втрати мастила 0,13 см3/хв;

- р = 0,25 МПа;

- М =  1,6 кг.

2.7 Визначаємо місткість бака для рідини

Wб = (2 … 3) Qн = = 350 л                                                (2.6)

2.8 Робочу рідину вибираємо у відповідності до рекомендацій, що містяться в технічних даних та інструкціях по експлуатації гідравлічного обладнання [1, c. 72]

    Масло ІГП - 49

ν - в’язкість - 47-51 сСт;

ρ - густина - 0,895 г/см3.

Розрахунок трубопроводів зводиться до розрахунку витрат тиску в них. Загалом розрахунок витрат тиску в ГП передує орієнтованому вибору швидкості руху робочої рідини в трубопроводах Vтр у відповідності до рекомендацій наведених в [ 1, ст.72,дод 9 ].

2.9 Визначаємо діаметр трубопроводу на лінії подачі рідини

 d1тр = =                                     (2.7)

де Vтр = 3.2 м/с - рекомендована швидкість потоку робочої рідини в трубопроводі.

Приймаємо d1тр = 32 мм (згідно з ГОСТ 16516-80)

2.10 Для визначення діаметра трубопроводу лінії зливу необхідно визначити кількість рідини, що зливається в бак по даній лінії

Qmax зл. =  (2.8)

де Vзл = 1,5…2,5 м/с - швидкість зливу рідини.

2.11 Знаючи Qmax зл., визначаємо діаметр трубопроводу лінії зливу

d2тр =                                                (2.9)

Приймаємо d2тр = 80 мм (згідно з ГОСТ 16516-80)

2.12 Визначаємо витрати рідини при робочому ході

                     (2.10)                             (2.11) 

2.13 Визначаємо дійсні швидкості рідини в трубопроводах при робочому ході

;                                         (2.12)

.                                        (2.13)

2.14 Визначаємо режими руху рідини в трубопроводах. З цією метою вираховуємо число Рейнольдса на лініях подачі та зливу

                                              (2.14)                                                               (2.15)

де - коефіцієнт кінематичної в’язкості робочої рідини.

2.15 Число Рейнольдса для течії в гладеньких трубах ГП відповідають умові  Re  Reкр = 2300, що є, як відомо ознакою ламінарного режиму протікання рідини, при якому  коефіцієнт гідравлічного тертя в трубопроводах ГП

=                        (2.16)

=                                                          (2.17)

2.16 Визначаємо втрати тиску на тертя по довжині трубопроводу на лінії подачі та лінії зливу рідини

             (2.18)

       (2.19)

де q - прискорення сили земного тяжіння;

L1, L2 - довжина лінії подачі та зливу рідини;

  - питома вага робочої рідини при t = .

                                     (2.20)

                      (2.21)

                                      (2.22)

                        (2.23)

2.17 Втрати тиску в гідроапаратах. Згідно зі структурною схемою витрати тиску будуть мати місце в таких гідроапаратах: фільтри, гідророзподільники, зворотний та запобіжний клапан, дросель. Для кожного гідроапарата знаходимо втрати тиску.

                                                                (2.24)

де  - номінальні витрати тиску при номінальній витраті робочої рідини для даного апарата;

          - номінальна витрата рідини даного апарата;

         та - визначаємо по технічним характеристикам, відповідно до вибраної літератури.

                                       (2.25)

2.18 Загальні витрати тиску в трубопроводах та гідроапаратах

                                (2.26)

2.19 Визначаємо силу тертя в ущільненнях поршня і штока гідроциліндра

                         (2.27)        

де Ктр = 0,21 - коефіціент тертя матеріалів поршня і штока;

bп і bшт  - відповідно ширина поршня і штока, bп = 0,013 м; bшт = 0,013 м.

[ 1, ст.74, дод.12 ]

        zп і    zшт – кількість ущільнюючих елементів на поршні і штоці, zп =2;

zшт =1 [ 1, ст.64, дод.1 ]

2.20 Визначаємо дійсну величину тиску на виході з насоса

                                 (2.28)

де F- площа поршня.

2.21 Отримана дійсна величина тиску повинна задовольняти умові

 - умова виконується,                          (2.29)

де  - номінальний тиск на виході з насоса.

2.22 Потужність, що споживається ГП

                                     (2.30)

В даному пункті роботи ми провели розрахунки, одержали необхідні дані, які дозволяють правильно вибрати гідроапарати гідравлічного привода. Також визначили величину втрат потужності приводного електродвигуна.                                             

3 Динамічний розрахунок гідроприводу

Мета розрахунку: визначення динамічних характеристик ГП, а саме закону руху, швидкості, прискорення, переміщення виконавчого органу.

Необхідні дані для розрахунку.

1) Номінальний тиск                                                          Pн=6.3 МПа

2) Маса рухомих частин                                                    m = 60 кг

3) Середнє значення навантаження і сил тертя               Pp + Rcp =53110Н

4) Параметри гідроциліндра:                                            D = 0,11 м;

                                                                                             d = 0,08 м;

    повний хід поршня                                                        S = 0,45 м.

5) Параметри трубопроводів                                            d1(подач) = 0,016 м;  

                                                                                            d2(зливу) = 0,063 м;

                                               l1 = 2,9 м;           

                                                                                             l2 = 2,5 м.

6) Питома вага робочої рідини                                   = 0,86·104 н/м3.

7) В’язкість рідини                                     = 0,000029 м2/с;

                                                                                             t = 40 0С.

8) Коефіцієнти лінійних опорів на лінії подачі рідини   ;

                                              

                                             

                                             

9) Параметри золотника гідророзподільника                  d3 = 7·10-3 м.

10) Довжина ходу золотника                                            Х3 = 5·10-3 

Визначаємо ефективні площі поршня і трубопроводів:

                     F1 =                                      (3.1)     

                    F2 =                  (3.2)                     

           f1(подачі) =                            (3.3)  f2(зливу) =                                (3.4)

3.2. Визначаємо число Рейнольдса за заданою середньою швидкістю переміщення.

      Vcp =                                      (3.5)       Re =        (3.6)          Re = 2269< Re = 2300 - ламінарний режим.

3.3. Визначаємо коефіцієнт тертя в трубопроводі при ламінарному режимі

                                        (3.7)

3.4. Знаходимо коефіцієнт витрат рідини на лініях подачі і зливу

            (3.8)

 =  

  b = 1;

                        (3.9)

=

3.5. Приведена до поршня маса рухомих частин і робочої рідини в трубопроводі і гідроциліндрі

 m = mпорш +       (3.10)

3.6. Згідно з рівнянням (4.40 [ 1, ст.35 ]), яке одержане внаслідок перетворень диференційного рівняння динаміки ГП (4.39 [ 1, ст.34 ]), та прийнявши навантаження і силу тертя постійними, а також зробивши відповідні заміни, одержимо:

 

               (3.11)

        

де                    (3.12)

              (3.13)      (3.14)

3.7. Вводимо коефіцієнти K1; K2; K3; K4.

              (3.15)

                          (3.16)

                               (3.17)

                                                                             (3.18)

3.8. Рівняння (4.40[ 1, ст.35 ]) розв’язуємо на ЕОМ це дозволяє визначити шлях, швидкість і прискорення робочого органа ГП

  

де

де ,  0,02 , … 0,1с.

3.9. Результати розрахунків заносимо в таблицю

, м

, м/с

, м/с2

0.01

0,001631

0,195798

0,081738

0.02

0,00359

0,195797

2.06

0.03

0,005549

0,195797

5.19

0.04

0,007508

0,195797

1.31

0.05

0,009567

0,195797

3.29

0.06

0,011426

0,195797

8.29

0.07

0,013385

0,195797

2.09

0.08

0,015344

0,195797

5.26

0.09

0,017303

0,195797

1.33

0.1

0,019262

0,195797

3.34

В даному пункті курсової роботи ми визначили динамічні характеристики гідравлічного приводу, це закони руху, швидкості, прискорення, переміщення виконавчого органу. З графіку «швидкості руху робочого органу» видно, що швидкість стабілізується на 3 секунді роботи, що забезпечує правильну роботу гідроприводу.

Висновок

В сучасних поліграфічних машинах і гнучких виробничих системах з високим ступенем автоматизації циклів, широко використовуються гідроприводи тому, що до ряду їх суттєвих переваг перед іншими типами приводів відносять: достатньо високе значення коефіцієнта його корисної дії, підвищену жорсткість та довговічність.

Саме тому, в рамках курсового проекту, мною було спроектовано та проаналізовано принципову гідро схему приводу. Також успішно прораховано статичний та динамічний розрахунок  приводу, що дає можливість використати дану схему приводу у поліграфічних машинах.

Список використаної літератури

  1.  Свешников В.К. Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988. - 512 с.
  2.  Богданович Л.Б. Гидравлические приводы: Учеб. Пособие для вузов.- Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1980.-232 с.
  3.  Свешников В.К. Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. - М.: Машиностроение, 1982. - 464 с.
  4.  Гідропривод та гідро-пневмоавтоматика верстатів. Посібник до курсового проектування для студентів спеціальностей 7.090203, 7.090202 усіх форм навчання. /Укл. В.Ф.Юзвенко, В.В.Мироненко, О.А.Циба. - Черкаси ЧІТІ, 1998-79 с. 10
  5.  Металлорежущие станки. Уч. пособие для втузов. Н.С. Колев, Л.В. Красниченко, Н.С. Никулин и др. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980. - 500 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

77551. Теоретический анализ вопросов гражданско-правового регулирования арендных отношений 143.1 KB
  Договор аренды имеет широкое применение в предпринимательской и иных областях экономических отношений. Его хозяйственная цель выражается в том, что он дает возможность удовлетворять потребности лиц, которым по разным причинам необходимо временное пользование вещами...
77558. Розробка інформаційної системи для дослідження реосигналів на основі ортогонального базису ДЕФ і власних чисел з метою підвищення ефективності та інформативності імпедансної плетизмографії 1.34 MB
  Мета роботи: розробити інформаційну систему для дослідження реосигналів на основі ортогонального базису ДЕФ і власних чисел з метою підвищення ефективності та інформативності імпедансної плетизмографії.
77559. Градостроительный комплекс в Екатеринбурге в Границах улиц Челюскинцев -Шевченко - Еремина - Братьев Быковых 36.86 KB
  Основной идеей данного проекта было воплотить актуальные на сегодняшний день государственные программы по расширению территорий детских садов, и благоустройству дворовых пространств.