95109

Проектирование гидравлического привода брикетеровочного пресса

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Выбор основных гидравлических элементов Гидроцилиндр Выбор гидроаппаратуры Расчет трубопроводов Выбор насоса и электродвигателя Маслобак Фильтр Расчет статических характеристик инамический расчет гидропривода Уравнение нагрузки электродвигателя (уравнение движения масс роторов насоса и электродвигателя)

Русский

2015-09-18

661 KB

13 чел.

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Кафедра рудничных стационарных установок

Курсовой проект

По дисциплине___________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Пояснительная записка

Тема:___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Автор: студент гр.   ММ-03            ____________________              /    Антонова А.С.     /

                           (подпись)                  (Ф.И.О.)

ОЦЕНКА: _____________

Дата: ___________________

Проверил

Руководитель проекта                     ______________________            / Кабанов О.В. /

                                                          (подпись)                                                           (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

2006


Аннотация

Целью курсовой работы является проектирование гидравлического привода брикетеровочного пресса.

При выполнении курсовой составляется схема гидропривода, производиться обоснованный выбор серийного гидравлического оборудования, конструктивные расчеты элементов гидропривода, составляется математическое описание работы  системы гидропривода, рассчитывается его механические, скоростные и динамические характеристики.

Страниц 19, рисунков 5, таблиц 1

The summary

The purpose of course work is designing a hydraulic drive press.

At performance course the circuit of a hydrodrive is made to make the proved choice of the serial hydraulic equipment, constructive calculations of elements of a hydrodrive, to make the thematic description of work of system of a hydrodrive, pays off his mechanical, high-speed and dynamic characteristics.

Pages 19, figures 5, tables 1


Содержание:

[1]

[2] Выбор основных  гидравлических элементов

[2.1] 1. Гидроцилиндр

[2.2] 2. Выбор гидроаппаратуры

[2.3] 3. Расчет трубопроводов

[2.4] 4. Выбор насоса и электродвигателя

[2.5] 5. Маслобак

[2.6] 6. Фильтр

[3] Расчет статических характеристик

[4] Динамический расчет гидропривода.

[4.0.0.1] 2) Уравнение нагрузки электродвигателя (уравнение движения масс роторов насоса и электродвигателя)

БРИКЕТИРОВОЧНЫЙ ПРЕСС

Рис. 1. Узел прессования в разрезе

Данный вид брикетировочного пресса развивает усилие прессования 630 тс. Производительность пресса 3,5-4 т/ч брикетов из стальной стружки плотностью 5-5,5 кг/дм3. На рисунке1 показан в разрезе узел прессования. В левом положении поршня 7, перемещающегося в цилиндр 1, пресс-штемпель 5 на штоке 6, матричная втулка 3 контейнер 4 и пресс-шайба 2 образуют камеру прессования. Шток 6 движется с повышенной скоростью, если жидкость поступает в правую или левую камеру цилиндра 9, поршень 8 которого связан с поршнем 7, и с малой скоростью в процессе прессования, если жидкость подаётся в правую полость цилиндра 1.

Схема установки

Рис. 2. Горизонтальный автоматизированный пресс Б-654 для холодного брикетирования стальной дробленной и чугунной стружки.

На рисунке 2 приведена гидравлическая схема управления механизмами пресса, питаемого двумя гидронасосами 17, защищенными предохранительным клапаном с переливным золотником. Контейнер 4, в зависимости от фазы работы пресса, может быть установлен гидроцилиндра-мн 10 в левое положение, при котором происходит прессование стружки в образовавшейся камере, или при помощи возвратных гидроцилиндров 11 — в правое положение, при котором производится выбрасывание брикетов на лоток. Предварительное  уплотнение стружки производится трамбовкой, приводимой в действие пневмоцилиндром при выведенном из контейнера прессе-штемпеле 5. При ходе пресс-штемпеля справа налево стружка сначала заталкивается в матричную втулку 3, а затем прессуется.

Перемещение пресс-штемпеля 5 справа налево начинается при смещении реверсивного золотника 18 вправо; тогда давлением жидкости в напорной магистрали золотник распределителя 19 смещается также в правое положение. Золотник распределителя 13 находится в исходном правом положении. Жидкость из напорной магистрали поступает в правую полость цилиндра 9, а правая полость главного цилиндра 1 заполняется через распределитель 15 из аккумулятора. С увеличением сопротивления прессуемой стружки давление в напорной магистрали повышается и при достижении 120 кгс/см2 срабатывает напорный золотник 16 с обратным клапаном. Распределитель 15 при атом отсекает правую полость главного цилиндра 1 от аккумулятора и соединяет ее с напорной магистралью. При достижении определенного давления в гидросистеме срабатывает напорный клапан 12. Давлением жидкости золотник распределителя 13 перемещается в крайнее левое положение. Происходит отключение питании главного цилиндра и подключение цилиндров 11 перемещения контейнера вправо.

Из правой полости главного цилиндра жидкость вытесняется в аккумулятор а из правой полости цилиндра 9, в результате срабатывания напорного клапана 14 и перемещения золотника распределителя 13 вправо, жидкость направляется на слив. При постижении поршнем в цилиндре 9 определенного положения жидкость через открывшийся проход подается также в правые цилиндры 10 перемещения контейнера влево. Наконец, при подходе пресс-штемпеля к крайнему правому положению реверсивный золотник упором на штемпеле, действующим на рычаг, возвратит реверс. Золотник распределителя 10 также переместится вправо, т. е. начнётся новый цикл работы.

 Выбор основных  гидравлических элементов

1. Гидроцилиндр

Инерционная нагрузка на штоке  гидроцилиндра (ускорение поршня постоянно):

Суммарная пиковая нагрузка в период разгона исполнительного органа:

Диаметр гидроцилиндра: 

 

 

где pм и pсл - предварительно выбираемое рабочее давление в гидроцилиндре перед поршнем и давление в сливной линии (pм = 25 МПа; pсл = 1 МПа; ГОСТ 12445-80)

Подбираем гидроцилиндр со следующими диаметрами:

поршня Dп= 320 мм

штока dш = =100 мм,

Давление перед гидроцилиндром в функции нагрузки:

где a и b - постоянные величины:        

f – коэффициент трения резины по стали при обильной смазке f = 0,03;

p - давление на контактную поверхность, возникающее при монтажном сжатии усов манжеты.  Для резиновых манжет  p = 2 Мпа;

bп и bш – ширина манжет на поршне и штоке соответственно. Для принятого гидроцилиндра. bп = 23,4 мм ,  bш = 15,6 мм.

 

Среднее рср  и максимальное рmax  давления:

;

;

Расход рабочей жидкости в одностороннем цилиндре при выталкивании:

;

Объемный КПД цилиндра уплотненного манжетами можно принять равным единице.

;

;

2. Выбор гидроаппаратуры

Эти устройства выбираются из условия, чтобы давление и расход жидкости в месте установки устройства был не больше их паспортных значений.

        Распределители:

1)     Тип                                                                                      РГ-6,3СМ.24

       Давление рабочее перед цилиндрами                       pmax = 25,73 МПа

Расход номинальный (каталожный)                                Qкном= 20 л/мин

Давление номинальное (каталожное)                              pкном = 32 МПа

Утечки масла по зазорам                                          Qк = 0,1 л/мин

       Наибольший расход гидроцилиндра                               Qmax = 12,06 л/мин

       Номинальный расход гидроцилиндра                             Q ном = 8,04 л/мин

       Перепад давления                                           pк= 0,15МПа

       Фактическая утечка по зазорам:

          Q = ( pmax/ pкном).Qк = (56,98/32)*0,1 = 0,08 л/мин                      

       Фактическая потеря давления:

               p= pк( Qном/ Qкном)2 = 0,15*(8,04/20)2 = 0,024 МПа              

2)     Тип                                                                                      РПГ 10/3 СГ44А

       Давление наибольшее перед цилиндрами                       pmax = 25,73 МПа

Расход номинальный (каталожный)                                Qкном= 20 л/мин

Давление номинальное (каталожное)                              pкном = 32 МПа

Утечки масла по зазорам                                          Qк = 0,08 л/мин

       Наибольший расход гидроцилиндра                               Qmax = 12,06 л/мин

       Номинальный расход гидроцилиндра                             Q ном = 8,04 л/мин

       Перепад давления                                           pк= 0,1 МПа

       Фактическая утечка по зазорам:

          Q = ( pmax/ pкном).Qк = (56,98/32)*0,08 = 0,064 л/мин                      

       Фактическая потеря давления:

               p= pк( Qном/ Qкном)2 = 0,1*(8,04/20)2 = 0,016 МПа      

3)     Тип                                                                                      МКРН.306153.041

       Давление наибольшее перед цилиндрами                       pmax = 25,73 МПа

Расход номинальный (каталожный)                                Qкном= 20 л/мин

Давление номинальное (каталожное)                              pкном = 32 МПа

Утечки масла по зазорам                                          Qк = 0,12 л/мин

       Наибольший расход гидроцилиндра                               Qmax = 12,06 л/мин

       Номинальный расход гидроцилиндра                             Q ном = 8,04 л/мин

       Перепад давления                                           pк= 0,16 МПа

       Фактическая утечка по зазорам:

          Q = ( pmax/ pкном).Qк = (56,98/32)*0,12 = 0,096 л/мин                      

       Фактическая потеря давления:

               p= pк( Qном/ Qкном)2 = 0,16*(8,04/20)2 = 0,026 МПа      

      

3. Расчет трубопроводов

Для соединений гидроаппаратов привода применяем металлические трубки. Задаёмся предельными скоростями течения:

  •  нагнетательный трубопровод (10 м) – 4м/с;
  •  сливной трубопровод (8 м) – 2м/с;
  •  всасывающий трубопровод(2 м) – 1,2м/с.

В качестве рабочей жидкости применяем масло индустриальное И-40А. Для него согласно справочным данным имеем плотность = 895кг/м3 и кинематический коэффициент вязкости = 30*10-6м2/с (ГОСТ 20799-75).

Определяем диаметры труб:

По ГОСТ 16516-80 принимаем следующие диаметры трубопроводов , ,  .

Фактические скорости:

Число Рейнольдса:

Во всех трубах , следовательно, режим движения рабочей жидкости – ламинарный.

Определяем коэффициент Дарси:

Потери давления:

  •  в нагнетательной гидролинии:

  •  в сливной гидролинии:

  •  во всасывающей гидролинии:

4. Выбор насоса и электродвигателя

Необходимый расход насоса:

=0,000205 м3

Необходимое давление создаваемое насосом при рабочей и максимальной нагрузке:

По необходимому расходу и максимальному давлению выбираем насос:

Тип :     аксиально-поршневой НК-25-32-12,5

Рабочий объем:   qк =12,5 см3/об=12,5*10-6 м3/об

Номинальное давление:  pнк = 32 Мпа

Максимальное давление:  pнmaxк = 40 МПа

Номинальный расход:  Qнк = 16,8 л/мин = 0,00028 м3

Частота вращения:   nномк = 1500 об/мин ( = 157 рад/с)

Обьемный КПД насоса:   =0,93

Общий КПД:      = 0,89

Объемный КПД насоса при его работе в приводе:

Определяем параметр регулирования:

Полный КПД:

Потребляемая мощность на валу насоса:

По мощности насоса выбираем электродвигатель 4А132S4УЗ.

Технические данные:

Номинальная мощность электродвигателя Nэ = 7,5 кВт

Скольжение sк =0,029

Скольжение критическое sкр=0,195

Мэmaxкэк =3

Момент инерции ротора Jэ = 0,028 кг·м2

s – скольжение при средней нагрузке:

Угловая скорость насоса при средней нагрузке:

Момент на валу насоса при средней нагрузке:

5. Маслобак

Объем маслобака определяем, исходя из трехминутной производительности насоса:

где - время, Qн – подача насоса в л/мин.

По ГОСТ 12448-80  .

6. Фильтр

Фильтр ЗФГМ32-05 и его параметры:

  1.  номинальное давление 32 МПа
  2.  пропускная способность – Qфк =63 л/мин
  3.  тонкость фильтрации – 5мкм
  4.  потери давления p = 0,05 МПа

 Расчет статических характеристик

Определение полного КПД гидропередачи:

-КПД гидроцилиндра;

-КПД сети;

-КПД насоса.

Т.к. известна величина КПД насоса, то рассчитываем КПД гидроцилиндра и КПД сети по формулам[1]:

Параметры холостого хода:

- объемный КПД насоса на холостом ходу:

Механическая характеристика представляет собой зависимость скорости выходного звена от нагрузки V=V(F), при постоянном параметре регулирования .

Для построения механической характеристики, которая проходит через точку с координатами = 0,0017м/c и F = 200*104 Н при = 0,71, нужна, как минимум, ещё одна точка. Такая точка может соответствовать режиму холостого хода при F = 0 и = х. Следует найти скорость поршня на холостом ходу х . Используем уравнение:

дх = (Qнх – pнх а у)/ (zц Sп),

Qн.х = qкнн(н.х/2)о.н.х.;

Qн.х = 12.5*10-6*0.710,92 = 0,2*10-3 м3/c = 12,24 л/мин

д.х = (0.2*10-3 – 1.34*106*0.19*10-12)/(1*0.080384) =  0,0025м/c = 0,149 м/мин.

Вторая точка будет: х = 0,149 м/мин при F = 0 для  = 0,71.

На графике построена механическая характеристика проектируемого привода:

.

Скоростной характеристикой называют зависимость V = V(e), при постоянной нагрузке.

Рассчитываем по формуле:

 = (Qнт  – pн.ном а у)/ (zц Sп)

Подставив все известные постоянные величины и преобразовав это уравнение, получим:

 = (Qнт  – pн.ном а у)/ (zц Sп) = 0,0036-0,000856, м/c

Скорость выходного звена зависит линейно от параметра регулирования, следовательно, эту характеристику можно построить по двум точкам:

  1.   =0,71, V =  0,1 м/мин;
  2.  V = 0 м/мин, ε =0,24.

Динамический расчет гидропривода.

Динамический расчёт проводится при постоянном параметре регулирования   = 0,71 и набросе нагрузки, характеризующемся коэффициентом наброса kc = 1,2 За исходный режим принимаем работу привода при средней нагрузке Fср. = 3700 кН и д = 0,1 м/мин (0,0017 м/с).

При расчёте принимается, что в линии насос-двигатель давление везде одинаково, т.е. pд = pн  в течение динамического процесса и между насосом и электродвигателем нет редуктора, т.е. н = э .

1)Уравнение динамической характеристики асинхронного электродвигателя

 

T1 = (сsккр)-1 = (314*0,195)-1 = 0,0163с,

где с – круговая частота сети (314с-1).

k1 =  = ;

здесь Мн=40,05 Нм – момент на валу насоса при средних нагрузке и скорости вращения.

     Уравнение после подстановки числовых значений принимает вид

                                                  

2) Уравнение нагрузки электродвигателя (уравнение движения масс роторов насоса и электродвигателя)

.                                                                

Это уравнение приводится к безразмерному виду при замене текущей угловой скорости насоса н(t) на н(t) = эс, где эс – синхронная скорость вращения вала электродвигателя (эс = 157с-1); при замене текущего крутящего момента электродвигателя Мэ(t) на Мэ(t) = Мэ, замене текущего момента насоса Мн(t) на Мн(t) = , замене текущего давления на выходе из насоса  на  =  и суммировании моментов инерции насоса и электродвигателя J = Jкн + Jкэ = 0,002 + 0,028 = 0,03 кг.м2. После подстановки указанных замен имеем:

,    

где постоянная времени T2 = = 1570,03 /40,05 = 0,12с; k3 = 0;

k2 =  =  = 1.

Окончательно имеем:

.                     

3) Уравнение нагрузки гидроцилиндра

,                                                                                 

где:

       m = 60000кг – приведенная к штоку гидроцилиндра масса движущихся частей исполнительного органа (см. задание);

       (t) - текущая скорость движения штока, м/с;

       F(t) – текущая движущая сила от полного комплекта цилиндров (zц = 1). Сила F(t) определяется через текущее давление на входе в двигатель pд: F(t) = zцF = zцpд(t)b – zцА. Принято рд = рн.

Fc(t) - текущая сила сопротивления. Fc(t) = kc(t)(t).  kc – коэффициент наброса нагрузки.                                                                                                                           После подстановки обозначенных величин получим:

.  ,                                                  

где  pн(t) = pн.расч ;  (t) = ;   kc(t) = kc.o ;     kc.o = Fср/= 200*104/0,0017 = 1176,4*106  .

При t 0  = 1, при t 0  = 1,2. Пусть в линии нагнетания в процессе наброса нагрузки pд(t) = pн(t) Разделив все составляющие на коэффициент (Zцb) при pн(t), получим уравнение в безразмерном виде:

,                                                                      

где:  постоянная времени

T3 =  =  0,000049 c;

k4 = ==;

k5 = =

       Окончательно имеем:

                                           

4) Уравнение неразрывности потока

      В основе искомого уравнения лежит уравнение баланса расхода на стороне нагнетания

                         Qнт = Qдт + Qу + Qдеф + Qдр ,                                               

где Qнт = - теоретическая (без учёта объёмного КПД насоса) подача насоса (0,28*10-3м3/с); Qдт = zцSд(t) – теоретический расход всех одновременно работающих гидроцилиндров (без учёта их объёмного КПД, который, кстати, принимается равным единице для гидроцилиндров с резиновыми манжетами; 0,008*10-3м3/c); Qу = - суммарные утечки на стороне нагнетания (5,07*10-6м3/c); Qдеф =  - расход, учитывающий сжимаемость жидкости (деформационный). С учётом этих пояснений уравнение относительно деформационного расхода принимает вид:

=  - zцS(t) - .           

      Для перехода к безразмерной форме разделим все составляющие уравнения на () и учтём, что  = ,

= , . Получим

.                                                            

      Здесь:

Т4 =

                          

,

где Еж=1700МПа и Ет = 2,1.105МПа – модули упругости, соответственно, масла и материала труб (т = 2мм – толщина стенки металлической трубки).

 W – общий объём масла, подвергающийся деформационным усилиям. Общий объём

деформируемой жидкости  W состоит из объёма Wт,  заполняющего нагнетательный трубопровод (от насоса до гидроцилиндра) приведенной длиной Lт = 10м, или Wт = (D2т/4)Lт = 0,5*10-3м3 , объёма Wн , соответствующего примерно половине объёма рабочих камер насоса, соединённых с выходом;

Wн 0,5qкн = 0,5*12,5*10-6 = 6,25*10-6м3 и упомянутого ранее половинного объёма  цилиндра Wц  0,5*( D2п/4) = 0,25*10-3м3. Итак, W = Wт+ Wн + 2Wц = 0,0005 + 0,00000625 + 0,0005 =

0,001м3.

к7 =

k8 =

k9 =

      Окончательно имеем

                

    

           

Система уравнений для построения графических зависимостей переходного процесса при набросе нагрузки:

                                                  

.                                                                                     

                                             

                                     

Учитывая, что в статике при t = 0 производные также равны нулю, а kco=1,  определим для этого случая начальные условия  :

  •  для расчетного режима ;
  •  по уравнению  ;
  •  в соответствии с уравнением   ;
  •  при t = 0 наброса нагрузки нет, и коэффициент наброса нагрузки kс = 1; при этом в соответствии с уравнением

0 =  1,01 – 0,966 1- 0,028;               = 1,02.

Решение системы уравнений проводим с помощью ЭВМ:

M

w

V

p

0

1,01

0,976

1,02

1,01

0,03

1,16

0,632

0,851

1,12

0,06

1,02

0,951

0,761

1,01

0,09

0,8

0,996

0,761

0,791

0,12

0,79

0,996

0,759

0,792

0,15

0,791

0,996

0,759

0,792

0,18

0,792

0,996

0,759

0,792

0,21

0,792

0,996

0,759

0,792

0,24

0,792

0,996

0,759

0,792

0,27

0,792

0,996

0,759

0,792

0,3

0,792

0,996

0,759

0,792

0,33

0,792

0,996

0,759

0,792

0,36

0,792

0,996

0,759

0,792

0,39

0,792

0,996

0,759

0,792

0,42

0,792

0,996

0,759

0,792

0,45

0,792

0,996

0,759

0,792

0,48

0,792

0,996

0,759

0,792

После подачи возмущения параметры привода принимают установившиеся значения менее чем через 0,3с. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что спроектированный гидропривод удовлетворяет заданию.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

17251. Облік власного капіталу 35 KB
  Облік власного капіталу. Власний капітал підприємства – це частина в активах підприємства яка залишається після вирахування усіх його зобов'язань. Власний капітал складається із статутного пайового додаткового резервного нерозподілених прибутків непокритих збитк...
17252. Облік резервного капіталу 26.5 KB
  Облік резервного капіталу. Резервний капітал – це сума резервів створених відповідно до чинного законодавства і засновницьких документів за рахунок нерозподіленого прибутку підприємства. Він створюється з метою усунення можливих в майбутньому тимчасових фінансових ...
17253. Облік цільового фінансування і цільових надходжень 24.5 KB
  Облік цільового фінансування і цільових надходжень. До цільового фінансування і цільових надходжень належать кошти отримані у вигляді субсидій та асигнувань з бюджету та позабюджетних фондів цільових внесків фізичних та юридичних осіб гуманітарної допомоги тощо. К
17254. Поняття та принципи побудови звітності 54 KB
  Поняття та принципи побудови звітності Підсумкове узагальнення інформації та одержання підсумкових показників що характеризують діяльність підприємства здійснюється шляхом складання звітності за звітний період. Звітним періодом для складання фінансової звітності...
17255. Класифікація звітності та її користувачі 63.5 KB
  Класифікація звітності та її користувачі З метою впорядкування складання звітності її класифікують за такими найбільш поширеними ознаками: змістом і джерелами формування терміном подання ступенем узагальнення обсягом періодичністю подання охопленням видів діяль
17256. Порядок складання, подання й оприлюднення фінансової звітності 36 KB
  Порядок складання подання й оприлюднення фінансової звітності Підприємство складає квартальну та річну фінансову звітність яку подає користувачам відповідно до чинного законодавства. Найбільшим за обсягом й інформативністю є річний звіт у складі: балансу звіту про ...
17257. Форми фінансової звітності 79 KB
  Форми фінансової звітності Фінансова звітність підприємства включає: баланс звіт про фінансові результати звіт про рух грошових коштів звіт про власний капітал та примітки до звітів. Для суб'єктів малого підприємництва і представництв суб'єктів господарської діяльн
17258. Економічний зміст, класифікація та оцінка необоротних активів 31.5 KB
  Економічний зміст класифікація та оцінка необоротних активів Основні засоби – це матеріальні активи які підприємство утримує з метою використання їх у процесі виробництва або постачання товарів надання послуг здавання в оренду або для здійснення адміністративних і...
17259. Облік основних засобів 26 KB
  Облік основних засобів. Одиницею обліку основних засобів є окремий інвентарних об'єкт тобто закінчений пристрій з усіма пристосуваннями і приладдям для нього або окремий конструктивно відокремлений предмет призначений для виконання певних самостійних функцій. Для ...