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

2 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

31537. Интерфейсы DTE-DCE 141 KB
  Глобальные сети обычно создаются крупными телекоммуникационными компаниями для оказания платных услуг абонентам. Такие сети называют публичными или общественными. Существуют также такие понятия, как оператор сети и поставщик услуг сети.
31538. Б. Рассел о материи и идеализме. Ф. Энгельс об основном вопросе философии и этапах развития материализма 184.5 KB
  Существует ли в мире знание столь достоверное, что никакой разумный человек не мог бы подвергнуть его сомнению? Поначалу этот вопрос может показаться весьма легким, но на самом деле это один из самых трудных вопросов, которые только можно вообразить. Когда мы осознаем трудности, которые встают на пути прямого и убедительного ответа на этот вопрос
31539. ПРЕДМЕТ, ПРОБЛЕМИ І ФУНКЦІЇ ФІЛОСОФІЇ. ОСНОВНІ ПИТАННЯ ФІЛОСОФІЇ 111 KB
  ОСНОВНІ ПИТАННЯ ФІЛОСОФІЇ Поняття і предмет філософії. Форми і методи філософії. Матеріалізм та ідеалізм в історії філософії.
31540. Разработка тематического мероприятия «Праздник белорусской кухни» 2.35 MB
  Многовековую, очень богатую и интересную историю имеет белорусская кухня. Она оказала влияние на кухни соседних народов – русских, украинцев, поляков, литовцев, латышей. В свою очередь кухни этих народов в значительной мере воздействовали на белорусскую,
31541. Виробництво кисломолочної продукції з молока незбираного з масовою часткою жиру 3,4% масою 27т 785 KB
  Кисломолочний продукт — молочний продукт, який виробляють ферментацією молока або маслянки, вершків, сироватки, знежиреного молока спеціальними мікроорганізмами. Готовий продукт в кінці терміну придатності повинен містити життєздатних клітини мікроорганізмів в кількості не менше колонієутворювальних одиниць в 1 г продукт...
31542. Технологический расчет для производства ряженки 6 тонн в смену 368.5 KB
  Ряженка — кисломолочный напиток, получаемый из коровьего топлёного молока молочнокислым брожением. Заквашивание производится термофильными молочнокислыми стрептококками и чистыми культурами болгарской палочки, сквашивается в течение 3—6 часов. Имеет желтовато-буроватый оттенок и традиционный кисломолочный вкус
31543. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ И ПРИНЦИПЫ СУЩЕСТВОВАНИЯ ЕВРОСОЮЗА 82 KB
  Совет Министров, состоящий из пятнадцати глав государств и правительств стран-членов ЕС является основным органом принятия решений. Он выдвигает широкие политические инициативы и определяет основные направления политики. В зависимости от обсуждаемых вопросов, Совет состоит из тех министров стран-членов, которые отвечают за данную область.
31544. Розробка проекту винагороди персоналу підприємства АЗОВСТАЛЬ 889 KB
  За економічного підходу людину розглядають як об\'єкт управління, причому головний інтерес представляє її функція – праця, вимірювана витратами робочого часу і заробітною платою. Організація є набором механічних відносин, що повинна діяти подібно до механізму
31545. МОСКОВСКОЕ БИЕННАЛЕ И ФЕСТИВАЛИ КАК ФОРМА АКТУАЛИЗАЦИИ СОВРЕМЕННОГО ИСКУССТВА 1.54 MB
  Работа посвящена исследованию Биеннале и фестивалей современного искусства как особой, актуальной формы презентации, а также выявлению их значения и места в мировой художественной культуре Москвы.