Курсовые работы / Разработка принципиальной гидравлической схемы

ККР. 01.00.00.000 ПЗ

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Разраб.

Абрамов Г.В.

Разработка объемного гидропривода поступательного действия

Лит.

Лист

Листов

Пров.

Семенов А.А.

у

3

16

Т. конт.

ТулГУ гр. 620761

Н. конт.

Утв.

ВВЕДЕНИЕ

Применение гидравлического привода и средств гидроавтома­тики является одним из перспективных направлений современного развития машиностроения. Около 70 % горных, строительных, до­рожных, землеройных, подъемно-транспортных машин и установок оснащены гидроприводом.

Под объемным гидроприводом понимается совокупность уст­ройств, в число которых входит один или несколько объемных гид­родвигателей, предназначенных для приведения в движение меха­низмов и машин с помощью рабочей жидкости под давлением. Ос­новой насосного гидропривода является объемный насос, создаю­щий напор рабочей жидкости, которая обладает в основном энерги­ей давления. Эта энергия преобразовывается затем в механическую работу. Благодаря высокому объемному модулю упругости рабочей жидкости в объемном гидроприводе обеспечивается практически жесткая связь между его входными и выходными органами.

Объемный насосный гидропривод с приводом от электродвига­теля широко применяется в современных машинах и механизмах. Это объясняется такими преимуществами гидропривода как: высо­кая компактность при небольших габаритах и массе, приходящейся на единицу мощности; возможность реализации больших переда­точных чисел; хорошие динамические свойства привода; возмож­ность плавного и широкого регулирования скорости движения ис­полнительного органа; надежное предохранение приводного элек­тродвигателя от перегрузок; простота преобразования вращательно­го и поступательного движения друг в друга; высокое быстродейст­вие и малое время разгона подвижных частей; гидропривод легко управляется и автоматизируется. Благодаря обильной и постоянной смазке гидропривод долговечен и надежен. Он позволяет плавно, в широком диапазоне регулировать движение исполнительного орга­на. Объемный гидропривод допускает достаточно произвольное расположение его элементов на машине, что чрезвычайно важно для мобильных машин, работающих в сложных условиях.

К недостаткам гидропривода относятся: сравнительно невысо­кий КПД; необходимость высокой герметичности гидроаппаратов, а следовательно, точность обработки деталей, что обусловливает их относительно повышенную стоимость; возможность нестабиль­ной работы, вызываемой температурными колебаниями вязкости рабочей жидкости.

Абрамов Г.В.

ККР. 01.00.00.000 ПЗ

Лист

Семенов А.А.

4

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

1 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ

СХЕМЫ

Рис. 1.1. Принципиальная гидравлическая схема

Н - насос с постоянной подачей (с постоянным направлением потока); Р - трехпозиционный реверсивный золотник с соединением нагнетательной линии со сливом и запертыми полостями цилиндра; Г.З. - гидрозамок (клапан обратный управляемый, двусторонний); Ц - цилиндр двустороннего действия с подводом рабочей жидкости через шток; КП - клапан предохранительный (с собственным управлением); Ф - фильтр для жидкости; Б - бак под атмосферным давлением.

Работа гидравлической схемы, см. рисунок 1.1:

Насос Н, при получении крутящего момента от внешнего источника (например электродвигателя, двигателя внутреннего сгорании и т.п.), всасывает рабочую жидкость (масло ВМГ3) из бака Б и нагнетает её в напорный трубопровод к основному распределителю Р. В нейтральном положении распределителя рабочая жидкость направляется в сливную гидролинию через фильтр Ф обратно в бак, что способствует разгрузки насоса. При перемещении рукоятки распределителя влево рабочая жидкость проходя под давлением через гидрозамок Г.З. (установлен, чтобы исключить “сползание” цилиндра относительно штока) отрывает канал для подачи жидкости в поршневую полость гидроцилиндра Ц и открывает канал штоковой полости для её слива в бак. В результате чего цилиндр выдвигается влево. Аналогично в обратном порядке, т.е. при перемещении рукоятки распределителя вправо, гидроцилиндр перейдет в исходное положение. При отпускании рукоятки распределителя она возвращается в нейтральное положение и гидрозамок запирает одновременно штоковую и поршневую полости гидроцилиндра. Для защиты гидросистемы от перегрузок и аварий гидропривода и приводимых им в движение рабочих органов, в гидросистеме параллельно насосу, установлен предохранительный клапан КП.

Абрамов Г.В.

ККР. 01.00.00.000 ПЗ

Лист

Семенов А.А.

5

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

2 РАСЧЕТ И ВЫБОР СИЛОВЫХ ГИДРОДВИГАТЕЛЕЙ,

НАСОСА И РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ

2.1 Расчет и выбор гидроцилиндра

Расчетное значение диаметра гидроцилиндра D_2Р определяется в соответствии с формулой (3.1) [1]:

где P_2Р – расчетное давление рабочей жидкости на входе в гидроци­линдр;

F₂ – усилие на штоке;

η_мех – механический КПД гидроцилин­дра, принимаем согласно [1], с.28:

η_мех = 0,95…0,96

Давление P_2Р предварительно принимаем согласно [1], с.28:

P_2Р = (0,85...0,9) · P_H ,

где Р_Н – номинальное давление в гидросистеме.

P_2Р = (0,85...0,9) · 16 = 14,4 МПа.

Принимаем диаметр поршня и штока (φ = 1,6) в соответствии с таблицей 3.1 [1]: D₂ = 80 мм; d₂ = 53 мм.

Для принятого диаметра D₂ рабочее давление жидкости Р₂ у гидроцилиндра составит по формуле (3.3) [1]:

Расход жидкости, подводимой в поршневую полость гидроци­линдра, составит по формуле (3.4) [1]:

где v₂ – заданная скорость движения поршня;

η₀ – объемный КПД гидроцилиндра, который для новых гидроцилиндров с манжетны­ми уплотнениями принимаем в соответствии с рекомендациями [1], с. 29: η₀ = 1.

2.2 Расчет и выбор гидронасоса

Расчетная подача гидронасоса Q_1P определяется из условия не­разрывности потока жидкости, которое с точностью до утечек в гидролиниях и гидроаппаратуре, что допустимо на стадии предва­рительного расчета, согласно формулы (3.5) [1]:

Q_1P = Q_2P.

Абрамов Г.В.

ККР. 01.00.00.000 ПЗ

Лист

Семенов А.А.

6

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Тогда расчетный рабочий объем гидронасоса V_ОР определяют по формуле (3.6) [1]:

где n₁ – номинальная частота вращения вала насоса, с^-1;

η₀₁ – объемный КПД гидронасоса, предварительно принимаем в соответствии с

рекомендациями [1], с. 29: η₀₁ = 0,92.

По таблице 3.2 [1], выбираем аксиально-поршневой насос типа 210 с рабочим объёмом номинальным давлением частотой вращения 3000 мин^-1; η₀₁ = 0,95; полный КПД η = 0,85; масса 5,5 кг.

С учетом фактических параметров принятого гидронасоса дей­ствительная его подача будет, по формуле (3.7) [1]:

где V₀₁ и η₀₁ – рабочий объем и объемный КПД принятого типораз­мера

гидронасоса;

n₁ – номинальная частота вращения вала гидронасоса по усло­виям задания.

2.3 Выбор рабочей жидкости

По таблице 3.3 [1] для умеренно-холодного климата принимаем рабочую жидкость ВМГЗ:

Абрамов Г.В.

ККР. 01.00.00.000 ПЗ

Лист

Семенов А.А.

7

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

3 РАСЧЕТ И ВЫБОР ГИДРОАППАРАТОВ

По расходу жидкости и давлению для нашего случая по расходу и номинальному давлению Р_Н = 16 МПа:

1. Принимаем по таблице 3.4 [1] распределитель типа Р-16 у которого:

При расходе потери давления будут меньше 0,2 МПа.

2. Выбираем по таблице 3.7 [1] предохранительный клапан типа БГ 52-13 у которого:

3. Выбираем схему исполнения ревер­сивного золотника с ручным управлением, в соответствии с рекомендациями [1], с.32 типа 64БГ74-22.

4. Выбираем по таблице 3.8 [1] гидрозамок типа КУ-16 у которого:

5. Выбираем по таблице 3.9 [1] фильтр типа 1.1.20-25 у которого:

6. Объем бака ориентировочно определяется по формуле (3.8) [1]:

где – подача гидронасоса, л/мин.

Принимаем в соответствии с рекомендациями ГОСТ 16770:

Абрамов Г.В.

ККР. 01.00.00.000 ПЗ

Лист

Семенов А.А.

8

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

4 РАЧЕТ ГИДРОЛИНИЙ

Расчетный диаметр гидролиний определяется по формуле (3.9) [1]:

где Q – расход жидкости на рассматриваемом участке, м/с

(подача насоса );

– до­пускаемая скорость движения рабочей жидкости в трубопроводе.

Принимаем в соответствии с рекомендациями [1], с.35:

- для всасывающего трубопровода

- для сливного

- для напорного при и < 10 м, допускае­мая скорость

по ГОСТ 8734 принимаем

по ГОСТ 8734 принимаем

по ГОСТ 8734 принимаем

По принятым диаметрам согласно ГОСТа 8734 определяется действительная скорость движения жидкости в напорном, сливном и всасывающем трубо­проводах по формуле (3.10) [1]:

Расчет гидравлических потерь определим только в напорной гидролинии.

Для напорного трубопровода с учетом потерь давления по длине трубопровода ΔР_Тр, по­терь давления в местных сопротивлениях трубопровода ΔР_М и по­терь давления в гидроаппаратах ΔР_ГА.

Потери давления по длине трубопровода определяются по фор­муле (3.11) [1]:

где ρ – плотность рабочей жидкости;

λ – коэффициент гидравличе­ского трения;

l – длина гидролинии;

v – скорость движения жидко­сти;

d – диаметр напорной гидролинии.

Абрамов Г.В.

ККР. 01.00.00.000 ПЗ

Лист

Семенов А.А.

9

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Для определения коэффициента гидравлического трения снача­ла необходимо определить режим движения жидкости, для чего определяется значение числа Рейнольдса по формуле (3.12) [1]:

где – кинематическая вязкость рабочей жидкости.

Так как > следовательно режим движения жидкости турбулентный. Для турбулентного режима, в соответствии с рекомендациями [1], с. 36:

> 10

Следовательно, коэффициент гидравлического трения в переходной зоне и зоне вполне шероховатых труб определять­ся по формуле (3.15) [1]:

Потери давления в местных сопротивлениях определяются по формуле (3.16) [1]:

где – коэффициент местного сопротивления.

В качестве местных сопротивлений учитываем: входы в гид­рораспределитель, гидрозамок и гидроцилиндр ; место присоединения гидролинии предохранительного гидрокла­пана к напорной гидролинии и два закругленных колена .

Действительные потери давления в гидрораспределителе и гидрозамке определяются по формулам (3.17) и (3.18) [1]:

где и – номинальные потери давления в гидрораспределителе и

гидрозамке в соответствии с их техническими характеристи­ками;

Q_PH и Q_3Н – номинальные расходы рабочей жидкости через гидрораспределитель

и гидрозамок в соответствии с их техниче­скими характеристиками;

– подача гидронасоса.

Абрамов Г.В.

ККР. 01.00.00.000 ПЗ

Лист

Семенов А.А.

10

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Суммарные потери давления в гидроаппаратах определяются по формуле (3.19) [1]:

Суммарные потери давления в напорном трубопроводе опреде­ляются по формуле (3.20) [1]:

Суммарные потери давления в напорной гидролинии 3% что не превышает 5...6 % номинального дав­ления.

При этом

<

где Р₂ – давление у гидроцилиндра.

<

Следовательно, гидронасос не перегружен.

Абрамов Г.В.

ККР. 01.00.00.000 ПЗ

Лист

Семенов А.А.

11

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

5 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ГИДРОПРИВОДА

Энергия, затраченная на преодоление различных сопротивле­ний в гидроприводе, в конечном итоге превращается в теплоту, что вызывает нагрев рабочей жидкости и нежелательное снижение ее вязкости. Приближенно считается, что полученная с рабочей жид­костью теплота должна отдаваться в окружающую среду через по­верхность бака, трубопроводы, гидроаппаратуру.

Расчет теплового баланса выполним для тяжелого режима ”Т”. Гидропривод работает при максимальной нагрузке на штоке гидроцилиндра с продолжительностью включения:

Тепловой поток через поверхности охлаждения (стенки бака) эквивалентен потерянной мощности, определяется по формуле (3.22) [1]:

где – мощность гидронасоса;

– полезная мощность на штоке гидроцилиндра.

Полезная мощность определяется по формуле (3.24) [1]:

где F₂ – усилие на штоке в соответствии с заданием;

v₂ – действи­тельная скорость движения штока.

Действительная скорость движения штока v₂ определяется по формуле (3.25) [1]:

где – утечки рабочей жидкости в гидрораспределителе, прини­маемые в

соответствии с его технической характеристикой.

Утечки жидкости в других гидроаппаратах не учи­тываем из-за их малости.

Потребная площадь поверхности охлаждения определяется по формуле (3.26) [1]:

где k₀ – коэффициент теплопередачи, который при отсутствии об­дува не

превышает 15 Вт/м²;

t_ж – температура жидкости: t_ж = 50 °С;

t_B – температура воздуха: t_В = 20 °С.

Абрамов Г.В.

ККР. 01.00.00.000 ПЗ

Лист

Семенов А.А.

12

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

На практике бак выполняется в виде параллелепипеда, с соотношением сторон 0,25×0,5×1, см. рисунок 5.1.

Общая поверхность бака, определяется следующим образом:

Поверхности трубопроводов:

Суммарную необходимую площадь поверхности охлаждения определяем по формуле:

<

Недостающие получим путем оребрения маслобака, см. рисунок 5.1.

Рис. 5.1. Маслобак гидросистемы.

Абрамов Г.В.

ККР. 01.00.00.000 ПЗ

Лист

Семенов А.А.

13

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

6 РАСЧЕТ ВНЕШНЕЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИДРОПРИВОДА

Применительно к проектируемому гидроприводу под внешней характеристикой понимают зависимость скорости перемещения штока гидроцилиндра от усилия на штоке . Для построе­ния графика внешней характеристики необходимо задаться не­сколькими (не менее 4...5) значениями F_2i в пределах 0 < F_2i < F₂.

F₂ = 0 кН; 14 кН; 28 кН; 42 кН; 56 кН; 70 кН; 84 кН.

Ка­ждому значению усилия F_2i соответствует давление P_2i гидроци­линдра, которое определяется по формуле (3.27) [1]:

Поскольку потери давления в напорном трубопроводе практи­чески не зависят от давления в напорном трубопроводе, то соответ­ствующие значения давления ΔP_2i у гидронасоса определяются по формуле (3.28) [1]:

где ΔР – потери давления.

С увеличением давления P_1i возрастают утечки рабочей жидко­сти в гидронасосе ΔQ_1i и в гидрораспределителе ΔQ_Pi. Поэтому действительная подача рабочей жидкости в гидроцилиндр с возрас­танием усилия F_2i уменьшается. В связи с этим уменьшается и ско­рость движения штока v_2i, значение которой определяется по фор­муле (3.29) [1]:

где Q_1T – теоретическая подача гидронасоса;

ΔQ_1i и ΔQ_Pi – утечки рабочей жидкости в гидронасосе и гидрораспределителе. При этом

Утечки рабочей жидкости в гидронасосе и гидрораспределителе определяются по формулам (3.31) и (3.32) [1]:

где а₁ и а₂ – коэффициенты утечек для гидронасоса и гидрораспре­делителя.

Коэффициенты утечек определяются по формулам (3.33) и (3.34) [1]:

Оценим степень снижения скорости движения штока при изменении усилия F_2i от нуля до F₂, по формуле (3.35) [1]:

где v₂₀ – скорость движения штока при F₂ = 0.

Абрамов Г.В.

ККР. 01.00.00.000 ПЗ

Лист

Семенов А.А.

14

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

При этом давление насоса будет равным суммарным гидровлическим потерям:

Результаты расчетов сведем в таблицу 6.1.

Таблица 6.1 – Результаты расчетов гидропривода

Заполняя таблицу считаем:

По полученным данным строится график внешней характеристики , см. рисунок 6.1.

Рис. 6.1. График внешней характеристики

Полученная внешняя характеристика достаточно жесткая и

Абрамов Г.В.

ККР. 01.00.00.000 ПЗ

Лист

Семенов А.А.

15

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Разработка объемного гидропривода поступательного действия / А.А. Подколзин, О.М. Пискунов, К.В. Демин; Тул. гос. ун-т. – Тула, 2003. – 58 с.

2. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. – 2-е изд., перераб. – М.: Машиностроение,1982. – 423 с.

3. Гидравлика и гидропривод / В.Г. Гейер, B.C. Дулин, А.Г. Боруменский и др. М.: Недра, 1981, 295 c.

Абрамов Г.В.

ККР. 01.00.00.000 ПЗ

Лист

Семенов А.А.

16

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата