99715

Проектирование гидропривода вращателя бурового станка типа СБШ-250МН

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Наиболее разнообразные конструкции ВПМ применяются на шарошечных станках. В настоящее время как на отечественных, так и на зарубежных станках шарошечного бурения применяются три типа ВПМ: патронный, шпиндельный и роторный. Наиболее распространенным типом ВПМ является шпиндельный с канатной или цепной подачей.

Русский

2016-10-10

1.37 MB

1 чел.

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

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

(технический университет)

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине  

 

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Тема:                                                                                                                                                                       

 

 

Автор: студент гр.: ЭР-00-1                      ______________                         /Середа Е.А./

(подпись)                            (Ф.И.О.)

ОЦЕНКА:  

Дата:  

ПРОВЕРИЛ

Руководитель проекта           доцент                                                          /Кабанов О.В. /

(должность)              (подпись)                          (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

2003 год

Содержание.

Аннотация  __________________________________________________стр.2

Общая часть _________________________________________________стр.3             

Специальная часть ___________________________________________стр.4

Схема гидросистемы ____________________________________стр.4

Работа гидросистемы ____________________________________стр.4

Выбор гидромотора _____________________________________стр.5

Выбор гидравлических устройств управления _______________стр.7

Расчет трубопроводов ___________________________________стр.8

Выбор насоса и электродвигателя _________________________стр.9

Расчет статических характеристик _________________________стр.12

Динамический расчет гидропривода _______________________стр.14

Список используемой литературы _______________________________стр.19


АННОТАЦИЯ

Курсовая работа на тему “Проектирование гидропривода вращателя бурового станка типа СБШ-250МН “ 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 управленя, дополнительных и вспомогательных устройств, расчет скоростной и механической характеристики, а также динамический расчет гидропривода.

Курсовая работа включает пояснительную записку, выполненную на 20 листах машинописного текста.

ABSTRACT

Course work “Design hydro-drive of feed of bore-machine-tool type СБШ-250”  had done in process of study discipline “Hidro-drive”.

In the work where are work-principle of scheme and indicate all it elements, calculates parameter’s of system and select power equipment, apparatus of control, additional and auxiliary equipment, calculate of speed and mechanical characters and dynamic calculate of hidro-drive.

Course work includes explanation note. It done on 20 printing pages.

1.Общая часть.

Конструкция вращательно-подающего механизма (ВПМ) определяет принципиальные различия моделей станков (вне зависимости от их типа), диапазоны изменения частоты вращения и скоростей подачи инструмента, величины осевых нагрузок, крутящих моментов, а также длительность вспомогательных операций по приведению бурового става в рабочее положение и его подъёму после окончания бурения скважины.

В зависимости от силовой схемы нагружения става привод вращения может размещаться внизу (на платформе) или наверху (на подвижной каретке бурового става).

По характеру нагружения штанги осевым усилием различают схемы с нижним приложением нагрузки (обычно осуществляемым зажимным патроном) и с верхним, действующим на всю длину штанги.

Наиболее разнообразные конструкции ВПМ применяются на шарошечных станках. В настоящее время как на отечественных, так и на зарубежных станках шарошечного бурения применяются три типа ВПМ: патронный, шпиндельный и роторный. Наиболее распространенным типом ВПМ является шпиндельный с канатной или цепной подачей.

Вращатели всех буровых станков по принципу действия одинаковы и состоят из двигателя, редуктора, а ряд конструкций имеет патрон.

Применяются две конструктивные схемы буровых станков с точки зрения устройства вращателя. В одной из них вращатель вместе с буровым снарядом перемещается вниз по мере углубления скважины, в другой – вращатель неподвижен, а вместе с буровым снарядом перемещается только захват и одно из зубчатых колес, передающих вращение на захват. Зубчатое колесо скользит по шлицевому или профильному валу, длина которого должна быть равна ходу подачи.

По первой схеме работают станки вращательного, пневмоударного и огневого бурения, по второй – станки шарошечного бурения, где ход подачи ограничен.

На вращателях могут применяться электродвигатели переменного и постоянного тока и гидродвигатели. Последние два типа двигателей (постоянного тока и гидравлические) позволяют непрерывно регулировать скорость вращения инструмента и работать на всех породах с оптимальным режимом.

2. Специальная часть.

2.1. Схема гидросистемы.

2.2. Работа гидросистемы.

Насос 2 засасывает жидкость из бака 8 и нагнетает её в гидромотор 3 через трехпозиционный гидрораспределитель 4 с ручным управлением. Из гидромотора жидкость движется через другой канал распределителя и сливается в бак. Предохранительный клапан 5 отрегулирован на предельно допустимое давление, равное 16 МПа, и предохраняет систему гидропривода с приводящим двигателем 1 от перегрузок.  

В системе также предусмотрены фильтр грубой и тонкой очистки масла 6 и 7.

Для улучшения условий всасывания жидкости из бака и предотвращения кавитации в насосе в гидроприводе применен бак с наддувом, т.е. с давлением газа над поверхностью жидкости выше атмосферного.

Изменение направления движения выходного звена гидромотора (реверсирование) осуществляется изменением позиции распределителя, а регулирование скорости этого движения – увеличением или уменьшением рабочего объёма жидкости.

Разрыв циркуляции происходит в баке, при этом исключается возможность реверсирования гидромотора путем изменения направления подачи насоса (реверса подачи). Для этой цели обязательно применение распределителя.

2.2 Выбор гидромотора.

1.   Инерционная нагрузка:

Нм

  1.   Пиковая нагрузка

Нм

Выбираем гидромотор типа МР-1600/250. Его технические показатели: м3/об; 1/с; 1/с;  1/с; МПа; Нм; ; . Рабочая жидкость-масло гидравлическое МГ-30. Характеристики рабочей жидкости: мм2/с;  мм2/с;  мм2/с; плотность фильтрации-40мкм.

3.   Перепад давлений на гидромоторе при средней и максимальной нагрузках с учётом, что в статике:  ;.

МПа;

;

МПа.

4.   Давление в сливной магистрали примем МПа и определим давление на входе в гидромотор:

МПа;

МПа.

  1.  Уточним объёмный КПД гидромотора при средней нагрузке=4000 Нм и угловой скорости  9,421/с:

.

Расход гидромотора при средней  скорости  =9,42 1/с и средней нагрузке

=4000 Нм:

м3/с= 156,4 л/мин.

  1.   Для =19,2 1/с и =4500 Нм получим:

;

м3/с= 191 л/мин

  1.  Выбор гидравлических устройств управления.
  2.  В качестве предохранительного клапана 5 выбираем предохранительный клапан непрямого действия БГ 52-26. Условный проход: Dу5 = 40мм; л/мин; диапазон регулирования давления: (5-42)МПа; см3/с; МПа; МПа.

Клапан должен быть настроен на давление: МПа; л/мин

  1.  В качестве распределителя 4 выбираем золотник с ручным управлением типа

2Р 230:

-200 л/мин; см3/мин; МПа; МПа. Dу4 = 20мм

Утечки и потери давления при средней нагрузке и угловой скорости гидромотора:

МПа;

=0,2л/мин.

Для максимальной нагрузки и скорости:

 МПа; л/мин

  1.  Расчёт трубопроводов.

Принимаем металлические трубы. Задаёмся предельными скоростями: в нагнетательной

гидролинии- 4м/с; сливной- 2м/с; всасывающей- 1,2м/с.

Определим диаметры трубопроводов нагнетательного, сливного, всасывающего при угловой скорости вращения гидромотора 1/с:

м;

м; м.

Так как мотор реверсивный, диаметры трубопроводов на нагнетании и на сливе принимаем одинаковыми: мм; на всасывании: мм, жидкость - гидравлическое масло МГ-30 (ТУ38-10150-79): = 890 кг/м3; = 30 мм2/с = 310-5 м2

Фактические скорости:

м/с;

м/с.

Числа Рейнольдса и коэффициенты гидравлического трения для м2/c:

;

; .

Потери давления:

в нагнетательной гидролинии:                        

МПа;

сливной: ;

всасывающей:

Па.

Для максимальной частоты вращения:

м/с;

м/с;

;  ;

; .

Па;

МПа.

  1.  Выбор насоса и электродвигателя.

Давление и подача на выходе из насоса определяем для средней нагрузки и скорости.

Мпа;

Для максимальной нагрузки и скорости:

Pн max = 19,2+0,36+0,065=19,6 МПа;

Qн max = 191+4,2=195,2л/мин = 3,210-3 м3/с.

Выбираем насос типа НАР-0,125/20. Его технические характеристики:

Определяем объемные КПД:

Полный КПД для средней нагрузки:

.

Определим мощность на валу насоса при средней нагрузке и угловой скорости гидромотора с учётом, что:  

Для максимальной нагрузки и скорости:

.

Момент на валу насоса при средней и максимальной нагрузке без учёта скольжения асинхронного двигателя:

; .

Выбираем электродвигатель 4А225M4У3:

Скольжение при средней нагрузке:

Угловая скорость насоса при средней нагрузке:

= 157(1-0,013) = 154,96 1/с.

Ёмкость бака по трёхминутной производительности насоса:

Округляем до ближайшего значения по ГОСТу 12448-80 доWБ = 630дм3.

Вычислим коэффициенты утечек:

Гидромотор:

Насос:   

Гидрораспредилитель: .

  1.  Расчёт статических характеристик.

Момент на валу насоса при средней нагрузке и средней угловой скорости гидромотора:

 

Коэффициент трансформаци и момента, передаточное число и КПД передачи:

Уточнённый полный КПД гидромотора при средней нагрузке:

.

КПД гидросети:

.

КПД гидропередачи:

.

Значения КПД совпадают, следовательно, расчет сделан правильно.

Построим механическую характеристику, соответствующую средней скорости вала гидромотора.

Параметр регулирования насоса:

Параметры холостого хода определим по формулам:

;

Пренебрегая скольжением на холостом ходу, определим объёмный КПД насоса:

 

Скорость холостого хода:

Точки с координатами (10,91; 0); (9,42; 4000) определяют положение механической характеристики для = 0,905

Скоростную характеристику построим для средней нагрузки

Зона нечувствительности при  определим по формуле:

  1.  Динамический расчет гидропривода.

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

Пренебрегая распределенностью параметров, примем:

Уравнение динамической характеристики асинхронного двигателя с учетом  примет вид:


Уравнение нагрузки электродвигателя:

Уравнение нагрузки гидромотора:

Уравнение движения жидкости в нагнетательном трубопроводе, включая насос и гидромотор:

Перепишем систему уравнений в безразмерном виде, обозначая     и вычислим постоянные коэффициенты при средней нагрузке и угловой скорости гидромотора.

Тогда уравнение асинхронного двигателя примет вид:

 

Уравнение нагрузки электродвигателя после деления всех членов на коэффициент при

Уравнения нагрузки гидромотора после деления на коэффициент при :

 

Уравнение движения жидкости после деления на коэффициент при

 

После вычисления постоянных коэффициентов система уравнений примет вид:

 

Учитывая, что в статике производные равны нулю, определим начальные условия при t = 0:

 

  

          

      

             

Полученные результаты представлены на рисунке, из которого следует, что спроектированный гидропривод удовлетворяет заданию.

Результаты динамического расчета:

-0.01

0.991

0.987

0.97

0.991

0

0.991

0.987

0.97

0.991

0.01

0.955

0.984

0.844

0.981

0.02

0.975

0.982

0.827

1.029

0.03

1.025

0.98

0.852

1.073

0.04

1.091

0.978

0.882

1.106

0.05

1.149

0.978

0.908

1.131

0.06

1.179

0.979

0.927

1.149

0.07

1.182

0.981

0.942

1.162

0.08

1.171

0.981

0.953

1.172

0.09

1.164

0.981

0.961

1.179

0.1

1.168

0.98

0.966

1.184

0.11

1.181

0.979

0.97

1.187

0.12

1.194

0.979

0.973

1.189

0.13

1.2

0.98

0.974

1.191

0.14

1.198

0.98

0.976

1.192

0.15

1.193

0.98

0.977

1.193

0.16

1.189

0.98

0.977

1.193

0.17

1.189

0.98

0.978

1.194

0.18

1.192

0.98

0.978

1.194

0.19

1.196

0.98

0.978

1.194

0.2

1.197

0.98

0.979

1.194

0.21

1.197

0.98

0.979

1.194

0.22

1.197

0.98

0.979

1.194

Таблица приведенных данных:

-0.01

1.000

1.000

1.000

1.000

0.00

1.000

1.000

1.000

1.000

0.01

0.964

0.997

0.870

0.990

0.02

0.984

0.995

0.853

1.038

0.03

1.034

0.993

0.878

1.083

0.04

1.101

0.991

0.909

1.116

0.05

1.159

0.991

0.936

1.141

0.06

1.190

0.992

0.956

1.159

0.07

1.193

0.994

0.971

1.173

0.08

1.182

0.994

0.982

1.183

0.09

1.175

0.994

0.991

1.190

0.10

1.179

0.993

0.996

1.195

0.11

1.192

0.992

1.000

1.198

0.12

1.205

0.992

1.003

1.200

0.13

1.211

0.993

1.004

1.202

0.14

1.209

0.993

1.006

1.203

0.15

1.204

0.993

1.007

1.204

0.16

1.200

0.993

1.007

1.204

0.17

1.200

0.993

1.008

1.205

0.18

1.203

0.993

1.008

1.205

0.19

1.207

0.993

1.008

1.205

0.20

1.208

0.993

1.009

1.205

0.21

1.208

0.993

1.009

1.205

0.22

1.208

0.993

1.009

1.205

Заключение.

Для привода горных машин желательно, чтобы переходный процесс был апериодическим с небольшим перерегулированием или без него.

Как видно из рисунка на чертеже, переходной процесс гидросистемы, вызванный единичным ступенчатым воздействием (скачкообразным повышением нагрузки на гидромоторе) при нулевых начальных условиях, носит колебательный характер. Для повышения качества данной гидросистемы и улучшения переходных характеристик следует, на мой взгляд, предусмотреть демпфирующее устройство. Я предлагаю включить в мою систему гидроаккумулятор – ёмкость, предназначенную для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением. Гидроаккумулятор, в котором аккумулирование (накапливание) и возврат (отдача) энергии происходят за счет сжатия и расширения газа, называют пневмогидроаккумулятором. В системах гидропривода преимущественно применяют аккумуляторы этого типа.

Подобный аккумулятор представляет собой закрытый сосуд, заполненный сжатым газом с некоторым начальным давлением разрядки. При подаче в этот сосуд жидкости объем газовой камеры уменьшается, вследствие чего давление газа повышается, достигая к концу зарядки жидкостью некоторого заданного максимального значения.

В аккумуляторах, применяемых в гидроприводах, жидкость и газ обычно разделены поршнем или иными средствами для устранения возможности растворения газа в жидкости. В соответствии с типом применяемого разделителя сред различают поршневые и диафрагменные аккумуляторы. Я рекомендую использовать аккумуляторы второго типа, в которых среды разделяются с помощью эластичной резиновой диафрагмы. Они лишены некоторых недостатков, присущих поршневым аккумуляторам, а именно:

  •  трения поршня в цилиндре, на преодоление которого расходуется энергия аккумулятора;
  •  возможности нарушения герметичности в соединении поршня и цилиндра;
  •  возможных скачкообразных движений поршня и как следствие – колебаний давления.

Список используемой литературы.

  1.  Коваль П.В. ”Гидравлика и гидропривод горных машин.”
  2.  Башта Т.М. “Гидравлика. Гидромашины и гидропривод.”
  3.  Косперский Н.Ф. “Справочник по гидроприводу.”

4.   Ковалевский В.Ф. “Справочник по гидроприводам горных машин.”

PAGE  21


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

5358. Вернадский: Учение о ноосфере и современное глобальное мышление 258.71 KB
  Истинное величие Вернадского выясняется только теперь. Оно в его глубоких философских идеях,заглядывающих в будущее,вплотную затрагивающих судьбы всего человечества. Он родился в Петербурге в 1863 году...
5359. Проектирование столовой общедоступной на 100 мест 1.17 MB
  Предприятия общественного питания - это предприятия, предназначенные для производства кулинарной продукции, мучных кондитерских и булочных изделий, их реализации и организации питания. Индустрия общественного питания находится еще в ...
5360. Принципы работы с элементами управления 238 KB
  Принципы работы с элементами управления Любое стандартное приложение Windows использует различные элементы управления, такие, как кнопки, полосы просмотра, редакторы текстов и т.д, реализованные в виде дочерних окон. Дочерние окна управления Так как...
5361. Пример решения задачи по разделу Переходные процессы 184 KB
  Пример решения задачи по разделу Переходные процессы Задача. Дана электрическая цепь, в которой происходит коммутация В цепи действует постоянная ЭДС Е. Требуется определить закон изменения во времени токов и напряжений посл...
5362. Экономическая теория. Микроэкономика. Макроэкономика. Конспект лекций 1.05 MB
  Общетеоретические вопросы экономики Предмет и метод экономической теории Предмет экономической теории. Задачи экономической теории. Экономические блага, их классификация. Граница производственных возможностей. Экономическая...
5363. Вымогательство и его криминалистическая характеристика 146 KB
  Вымогательство и его криминалистическая характеристика Одним из наиболее опасных посягательств на государственную или общественную собственность, а также на личные интересы граждан, является вымогательство (как основная статья доходов организованной...
5364. Основы синергетики 78.5 KB
  В последние годы наблюдается стремительный и бурный рост интереса к междисциплинарному направлению, получившему название синергетика. Издаются солидные монографии, учебники, выходят сотни статей, проводятся национальные и международные ко...
5365. Уровни познания. Эмпирическое и теоретическое исследование 67 KB
  Уровни естественнонаучного познания Изучение естествознания нужно не только для того, чтобы мы как культурные люди знали и разбирались в его результатах, но и для понимания самой структуры нашего мышления. Итак, мы отправляемся в безбрежное море поз...
5366. Механизм излучения. Виды спектральных анализов 34.44 KB
  Спектр - это разложение света на составные части, лучи разных цветов. Метод исследования химического состава различных веществ по их линейчатым спектрам испускания или поглощения называют спектральным анализом. Для спектрального анализ...