95060

Проектирование гидропривода модели БГА-4

Курсовая

География, геология и геодезия

Расчет максимальной нагрузки на штоке гидроцилиндра Выбор гидроцилиндра Вычисление номинального и максимального давления перед гидроцилиндром в функции нагрузки Определение расхода рабочей жидкости при выталкивании Выбор распределительной, вспомогательной аппаратуры гидропривода и расчёт трубопроводов...

Русский

2015-09-19

751.5 KB

2 чел.

Оглавление

[1] Оглавление

[2] Аннотация

[3] Abstract

[4] Введение

[5] 1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

[6] 2 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

[6.1] 2.1 Выбор оборудования  для гидропривода

[6.1.1] 2.1.1 Расчет максимальной нагрузки на штоке гидроцилиндра

[6.1.2] 2.1.2 Выбор гидроцилиндра

[6.1.3] 2.1.3 Вычисление номинального и максимального давления перед гидроцилиндром в функции нагрузки

[6.1.4] 2.1.4 Определение расхода рабочей жидкости при выталкивании

[6.2] 2.2  Выбор распределительной, вспомогательной аппаратуры гидропривода и расчёт трубопроводов

[6.2.1] 2.2.1 Выбор распределителя

[6.2.2] 2.2.2 Выбор предохранительного клапана

[6.2.3] 2.2.4 Выбор фильтра

[6.2.4] 2.2.3 Выбор подпорного клапана

[6.2.5] 2.2.5 Выбор регулятора расхода.

[6.2.6] 2.2.6 Выбор маслобака.

[6.3] 2.3 Расчет трубопровода

[6.3.1] 2.3.1 Определение диаметров нагнетательного, сливного и всасывающего трубопроводов

[6.3.2] 2.3.2 Определение фактических скоростей

[6.3.2.1] 2.3.2.1 Определение чисел Рейнольдса и коэффициентов гидравлического трения

[6.3.2.2] 2.3.2.2 Определение потерь давления

[6.4] 2.4 Выбор насоса и электродвигателя

[6.5] 2.5 Расчет статических характеристик гидропривода

[6.5.1] 2.5.1 Механическая характеристика

[6.5.2] 2.5.2 Скоростная характеристика

[7] 3 Динамический расчет гидропривода

[8] 4 Список используемой литературы

Аннотация

Курсовая работа на тему “Проектирование гидропривода модели БГА-4“ выполнена в процессе изучения дисциплины “Гидравлика и гидропривод”.

В работе содержатся описание работы схемы и указание всех ее элементов, расчет параметров системы и выбор силового оборудования, устройств управления, дополнительных и вспомогательных устройств, расчет скоростной и механической характеристики, а также динамический расчет гидропривода.

Abstract

Course work “Projecting hydro-drive of feed of bore-mach БГА-4”  had done in process of study discipline “Hidro-drive”.

In the work where are work-principle of scheme and indicate all it elements, calculates parametres of system and select power equipment, apparatus of control, additional and auxilliary equipment, calculate of speed and mechanical characters and dinamic calculate of hidro-drive.

Введение

БУРИЛЬНАЯ ГОЛОВКА БГА-4 - механизм, предназначенный для передачи буровому    инструменту только крутящего момента (головки вращательного действия), или крутящего  момента в сочетании с ударами (головки ударно-вращательного и вращательно-ударного действия), или ударов с поворотом бурового инструмента вхолостую (головки ударно-поворотного действия ),

 

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Ориентировочная средняя мощность привода (при =0,8):

Так как N<3кВт, то используем дроссель-регулятор (=0,68).

Схема циркуляцию жидкости – разомкнутая. Основные достоинства такой схемы – простота, удобство наблюдения за состоянием рабочей жидкости, хорошие условия для охлаждения и отстоя. Недостатки – вакуум во всасывающей линии является причиной проникновения воздуха в гидросистему, что приводит к нарушению плавности движения рабочих органов, уменьшается подача насоса, возникает вибрация, интенсивно окисляется рабочая жидкость.   

      Элементы схемы (рис.1) и их назначение:

Рис.1 Схема проектируемого гидропривода механизма подачи БГА-4М

1. Насос.

2. Регулятор расхода

Регулятор расхода представляет собой комбинацию гидродросселя и редукционного гидроклапана, который поддерживает постоянный перепад давления на дросселирующей щели, благодаря чему поток масла, проходящего через гидродроссель, не зависит от давления на входе и выходе из него. Регулятор расхода предназначен для поддержания установленной скорости перемещения рабочего органа установки.

3. Трехпозиционный реверсивный золотник. 

C соедененным сливом и нагнетательной линией и с запертыми полостями (с ручным управлением). Служит для фиксации гидроцилиндра в определенном положении, а так же для реверсирования направления движения штока.

4. Гидромотор поступательного действия - гидроцилиндр.

Непосредственно выполняет функцию по перемещению бурового оборудования.

5. Предохранительный клапан.

Применяется  для защиты гидросистемы от перегрузок

6. Фильтр.

Обеспечивает необходимую очистку масла гидросистемы для нормальной работы ее элементов.

7. Маслобак.

8. Подпорный клапан.

Предназначен для предотвращения слива масла из системы при ее остановке и для исключения случаев попадания воздуха в гидросистему.

9. Электродвигатель.

ПОРЯДОК РАБОТЫ:

Дроссель-регулятор  открыт, золотник  в среднем положении.

Включается насос.

Дроссель-регулятор  устанавливается на нужный параметр регулирования.

Выдвижение штока произойдет при перемещении золотника  в нижнее положение.

В обратном положении золотника  будет происходить втягивание штока.

При завершении работ золотник  перемещается в среднее положение.

Выключаем насос.

Проверку фильтра проводить каждые полгода и по мере засорения производить очистку керосином 

2 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 

2.1 Выбор оборудования  для гидропривода

2.1.1 Расчет максимальной нагрузки на штоке гидроцилиндра

Вычислим инерционную нагрузку на штоках  гидроцилиндров, полагая, что в период разгона ускорение поршней постоянно.

Суммарная пиковая нагрузка в период разгона исполнительного органа составит:

2.1.2 Выбор гидроцилиндра

Задавшись по ГОСТу 12445-80 предельным давлением в гидросиcтеме pм = 25 МПа и давлением на сливе pсл = 12,5 МПа, найдем диаметр гидроцилиндра: 

Примем по каталогу гидромотор поступательного действия - гидроцилиндр типа Г25 – 1 – 86. Диаметр поршня - DП = 80 мм; диаметр штока - dшт = 45 мм; наибольший ход поршня l = 630 мм.

Шифр манжеты для уплотнения поршня: МКП -80, DП =80 мм, bП =12,5 мм.

Шифр манжеты для уплотнения штока: МК1 -63, dшт = 45 мм, bш = 8,1 мм.

Примем коэффициент трения при обильной смазке резиновых манжет f = 0,03; давление на контактную поверхность для резиновых манжет .

2.1.3 Вычисление номинального и максимального давления перед гидроцилиндром в функции нагрузки

где а и b постоянные величины.

Рассмотрим режим рабочего хода, т.е. выдвижение штока.

;

2.1.4 Определение расхода рабочей жидкости при выталкивании

где - объемный КПД гидроцилиндра.

2.2  Выбор распределительной, вспомогательной аппаратуры гидропривода и расчёт трубопроводов

2.2.1 Выбор распределителя

В качестве распределителя 3 выбирается распределитель типоразмера ГЦП - 50.

Номинальный расход: Q3k=18 л/мин

Потеря давления: р3 = 0,3 МПа

Суммарные утечки: Q3 = 0,2 л/мин

Давление управления: рупр= 0,8 МПа

2.2.2 Выбор предохранительного клапана

Клапан 5: типоразмер Г52-12

Расход Q5 = 18 л/мин

2.2.4 Выбор фильтра

Фильтр 6типоразмер ФП7-16-10/200 (Г43-53)

Номинальный расход Q6к = 18л/мин

2.2.3 Выбор подпорного клапана

Клапан 8: типоразмер КДП-12

Наибольший расход Q8 = 20 л/мин

давление р6к = 19 МПа

Потери давления р6к = 0,15 МПа

2.2.5 Выбор регулятора расхода.

Регулятор расхода 2: типоразмер МПГ55-22М

Расход рабочей жидкости Q2к= 0,04 - 32 л/мин

Давление на входе р2к = 0,5 - 22 МПа

Потеря давления: р2 = 0,2 МПа

Суммарные утечки Q2k= 0,5л/мин

2.2.6 Выбор маслобака.

Объем маслобака 7 определяется, исходя из трехминутной производительности насоса:

W =3Qн = 3 12 = 36 л

Выбираем из ряда стандартных баков по ГОСТу 12448-80 СТ СЭВ 524-77:

W7 = 40 л.

2.3 Расчет трубопровода

Принимаются круглые металлические трубы.

Задаёмся предельными скоростями течения в гидролиниях:

-нагнетательной - 4 м/с;

-сливной -2 м/с;

-всасывающей -1.2 м/c.

2.3.1 Определение диаметров нагнетательного, сливного и всасывающего трубопроводов

Уточняем расчетные диаметры трубопроводов по ГОСТу 16516-80 (ближайшее большее к расчетному значение). Диаметр нагнетательного трубопровода принимаем равным Dн = 0,008 м, сливного трубопровода – Dсл = 0,012 м, всасывающего - Dтвс = 0,016 м. Рабочая жидкость - гидравлическое масло И-20А (ТУ38-10150-79), = 890 кг/м3.

2.3.2 Определение фактических скоростей

2.3.2.1 Определение чисел Рейнольдса и коэффициентов гидравлического трения

= 21 мм2/с = 2,110-5 м2

2.3.2.2 Определение потерь давления

в нагнетательной гидролинии:

во всасывающей гидролинии:

  •  в сливной гидролинии:

2.4 Выбор насоса и электродвигателя

            Давление и подачу на выходе из насоса определим по формулам для средней  нагрузки и скорости:

pн = рм. + p2 + p3+ p6 + pтн = 19,5 + 0,2 + 0,3 + 0,15 + 2,475= 22,625 МПа

Qн = Qм + Q2 + Q5 + Q6.

Считая, что утечки в предохранительном клапане отсутствуют, т.е. Q5= 0, получим:

Qн = Qм + Q2 + Q6 = 12 + 0,5 + 0,15 = 12,65 л/мин = 0,211 10-3 м3/с.

Сравнение различных типов насосов показывает, что по условиям загрузки наиболее приемлем насос УНА – Д 11,2/320 с регулятором давления.

Основные характеристики насоса: рабочий объем qнк = 11,2 см3; номинальный расход Qн = 15,4 л/мин; минимальное   давление pнк = 6,3 МПа; максимальное давление  pн к мах= 32 МПа; объемный КПД = 0,92; общий КПД = 0,87; номинальная частота nномк= 1500 об/мин = 157 с-1.

Определение объемного КПД для подачи QH:

Полный КПД для заданной нагрузки:

Определение мощности на валу насоса с учетом, что:

pнр = pн + pтвс = 22,625 + 0,579 = 23,204 МПа

Отсюда мощность на валу насоса:

Момент на валу насоса без учета скольжения асинхронного электродвигателя:            

Сравнение параметров электродвигателей показывает, что нашим условиям удовлетворяет электродвигатель асинхронный типоразмера 4А112М4У3.

Скольжение при средней нагрузке определяем по формуле:

Угловая скорость насоса при средней нагрузке:

н = эс·(1S) =157(10,0337) = 151,71 рад/с

2.5 Расчет статических характеристик гидропривода

2.5.1 Механическая характеристика

Механическая характеристика привода представляет собой прямую линию. Поэтому, для ее построения достаточно иметь две точки, одна из них соответствует режиму средней нагрузки, а другая режиму холостого хода.

Первая точка характеристики Fср = 50000 Н;     Vc = 0,0333 м/с

Определение утечек в системе:

;;  

Для определения второй точки, рассмотрим режим холостого хода привода при

 F = 0.

Вторая точка прямой F = 0;  V = 0,0373 м/с

На основании полученных данных строим механическую характеристику (рис.2).

Рис.2. Механическая характеристика

2.5.2 Скоростная характеристика

Для построения скоростной характеристики при постоянной нагрузке F = Fср необходимо две точки. Первая точка при = 0, вторая точка при Vт. = 0

равный от 0,95 до 1 зона нечувствительности. Смотри скоростную характеристику (рис.3).

Рис. 3. Скоростная характеристика.


3 Динамический расчет гидропривода

Динамический расчет проведем при постоянном значении параметра регулирования и изменении нагрузки на гидроцилиндр, которая в данном случае зависит от скорости V0 и коэффициента kс, характеризующего сопротивляемость породы  и являющегося внешним возмущением. За исходный режим принимаем работу привода при средней нагрузке:

Fср= 50000 Н и V0= 2,0 м/мин.

Пренебрегая распределенностью параметров, примем pн(t)=pм((t).

Уравнение динамической характеристики асинхронного двигателя с учетом э(t)=н(t) примет вид:

где - статическая жесткость механической характеристики асинхронного электродвигателя; эс=157 рад/с – синхронная угловая скорость электродвигателя.

Уравнение нагрузки электродвигателя

Момент на валу насоса

,

где рн(t)=рн(t)-рвс.

Отсюда уравнение нагрузки электродвигателя приводится к виду

;

Уравнение нагрузки гидромотора поступательного действия

;

Перепишем вышеприведенные уравнения в безразмерном виде:

Mэ(t)=MэМЭ(t), где Мэн.

н(t)=нн(t);  рн(t)=рнрн(t); V(t)=VV(t);  Fc(t)=Fc0Fc(t).

Чертой обозначены отношения переменных величин к их установившимся значениям.

Для постоянных значений параметра регулирования найдем:

где

Уравнение нагрузки электродвигателя после деления всех членов на коэффициент при Мэ(t):

где  

Уравнение нагрузки гидромотора поступательного действия после деления на коэффициент при рн(t):

где

Уравнение движения жидкости после деления на коэффициент при рн(t):

где Еп- приведенный модуль упругости жидкости; Еж- модуль упругости жидкости; Ет- модуль упругости материала трубопровода; - толщина стенки трубопровода.

Объем гидролинии между двумя элементами привода

 После вычисления постоянных коэффициентов и учитывая, что в статике производные равны нулю система уравнений примет вид:

Определим начальные при t = 0 и подставим полученные выражения в уравнение движения жидкости:

Результаты расчетов представлены в таблице 1, а характер переходных процессов - на графике (рис.4).

Таблица 1

t,c

Mэ(t)

wn(t)

VM(t)

p(t)

0

1,02

0,966

1,03

1,02

0,02

1,04

0,966

1,012

1,04

0,04

1,08

0,965

0,997

1,09

0,06

1,108

0,965

0,983

1,11

0,08

1,15

0,965

0,972

1,15

0,1

1,187

0,964

0,964

1,19

0,12

1,198

0,963

0,958

1,21

0,14

1,216

0,963

0,954

1,216

0,16

1,221

0,962

0,953

1,221

0,18

1,218

0,962

0,954

1,218

0,2

1,206

0,961

0,956

1,208

0,22

1,19

0,961

0,96

1,192

0,24

1,178

0,958

0,965

1,178

0,26

1,168

0,961

0,971

1,168

0,28

1,166

0,96

0,976

1,166

0,3

1,166

0,96

0,977

1,166

0,32

1,166

0,96

0,977

1,166

0,34

1,166

0,96

0,977

1,166

Рис.4

Из полученных результатов следует:

  1.  Время перехода на новый установившийся режим составляет 0,28 с, что меньше заданного времени разгона равного 0,3 с.
  2.  При скачкообразном увеличении нагрузки на 30 % угловая скорость электродвигателя изменяется незначительно.
  3.  Вид переходного процесса по каналам pн(t)-kc(t), mэ(t)-kc(t), vм(t)- kc(t) – апериодический без перерегулирования.
  4.  При новом установившемся режиме (через τп=0,28 с после подачи возмущения) параметры привода принимают значения (табл.2): Мэ=1,166; ωн=0,96; Vм=0,977; рн=1,166; кс=1,3. Подставив эти значения в уравнения динамики привода, вычислим производные:

Равенство нулю производных показывает, что новый режим установился, а спроектированный гидропривод удовлетворяют заданию.

4 Список используемой литературы

  1.  “Гидропривод горных машин”. Методические указания к курсовой работе. СПб., 1993.
  2.  Ковалевский В.Ф., Железняков И.Т., Бейлин Ю.Е. Справочник по гидроприводам горных машин. М., Недра, 1974.
  3.  Абрамов Е.И., Колесниченко К.А., Маслов В.Г. Элементы гидропивода. Киев, Техника, 1977.
  4.  Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины, и гидроприводы. М., Машиностроение, 1983.
  5.  Маховиков Б.С. Курс лекций.
  6.  Маховиков Б.С., Кабанов О.В., Классен В.В., Касаткин В.В. Проектирование объемного гидропривода горных машин. Л., 1989.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23183. Визначальні категоріальні характеристики світу 40 KB
  Визначальні категоріальні характеристики світу. Визначення змісту поняття світ можливе і дійсне тільки у системі відношення людина світ . Іншими словами світ є все те що відмінне від людини і що одночасно органічно має людину в собі. Отже на противагу об'єктивно існуючому світу є внутрішній світ людини .
23184. Поняття природи 115 KB
  природаангл. В побуті слово природа часто вживається у значенні природне середовище в якому живе людина все що нас оточує за винятком створеного людиною. 4 Друга природа створені людиною матеріальні умови її існування. У широкому розумінні природа органічний і неорганічний матеріальний світ Всесвіт у всій сукупності і зв'язках його форм що є об'єктом людської діяльності і пізнання основний об'єкт вивчення науки включно з тим що створене діяльністю людини.
23185. Народонаселення як природне явище 45.5 KB
  Народонаселення як природне явище Насе́лення лю́дність сукупність людей що постійно живуть в межах якоїсь конкретно вказанної територіїрайоні місті області частини країни країні континенту чи всієї земної кулі тощо. Наука яка вивчає розмір структури динаміку руху і розвиток населення зветься д е мо г ра фі я. Сукупність людей які здатні до самовідтворення та саморозвитку й проживають на певній територіїкраїна регіон континент чи будьяка інша частина планети називають населенням або народонаселенням. Населення в...
23187. Поняття глобалізаціїї та форми її існування 43 KB
  Поняття глобалізаціїї та форми її існування. Історичні етапи глобалізації: Сучасна глобалізація підготовлена багатьма історичними процесами: 1. Деякі дослідники вважаютьщо початковими формами глобалізації була торгівля та захоплення нових територій5 тис.Інші знаходять елементи глобалізації в епоху античності а саме у створенні імперії Олександра Македонського 1V ст.
23188. Глобальні проблеми сучасності 53 KB
  В загальному вигляді всі ці ресурси можна умовно віднести до трьох груп: матеріальніповітря вода їжа одяг засоби виробництва пересування матеріали для житла та ін. енергетичнірізноманітні форми енергії що дозволяють перетворювати матеріальні ресурси та інформаційнімова знання досвід тощо. Всі ці ресурси людина в своїй повсякденній та виробничій діяльності отримує з навколишнього середовища яке по суті є системою що включає природний антропогеннийстворений людиною та соціальнийприродноантропогенний компоненти....
23189. Екологічні проблеми та шляхи їхрозв’язання 35.5 KB
  Екологічні проблеми та шляхи їхрозв’язання Екологічні проблеми це проблемипов’язані з впливом на природне середовище діяльності людини що спричинює порушення структури та функціонування природних системекосистем ландшафтів і викликає негативні соціальні економічні та інші наслідки. Поняття екологічної проблеми є антропоцентричним тому що всі негативні зміни оцінюютьс яз точки зору значимості для людини та умов її існування. З огляду на порушення певних компонентів середовищачи екосистеми екологічні проблеми розділяють на такі...
23190. Інтелект,почуття,пам»ять і воля як здатності людини 49.5 KB
  Пам'ять є складною системою процесів що здійснюють повний цикл перетворень інформації суб'єктом: запам'ятовування зберігання відтворення і забування. Запам'ятовування–це процес пам'яті який забезпечує приймання відбір і фіксацію інформації завдяки утворенню й закріпленню тимчасових нервових зв'язків. Запам'ятовування як і інші психічні процеси буває мимовільним і довільним. А Мимовільне запам'ятовування має місце тоді коли людина не ставить собі за мету щось закріплювати і в подальшому використовувати цю інформацію.