Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Приводы перегрузочных машин. Сборник задач для проведения практических работ
.pdf
Практическое задание №4.
Продолжительность 4часа.
Регуляторы давления и расхода.
Для регулирования давления жидкости в гидросистеме наиболее широко
используются клапанные устройства, в которых изменение положения запорного
элемента (и проходного сечения клапана) происходит под взаимодействием
потока жидкости и пружины в самодействующих клапанах (рис.4.1) и при
наличии дополнительного управляющего воздействия в несамодействующих
клапанах (рис.4.2)
Рис.4.1. Самодействующие клапаны: а – одинарного действия; б – двойного
действия с дифференциальным золотником; 1 – корпус; 2 – клапан; 2' – клапан с
дифференциальным золотником; 3 – управляющая пружина; 4 – регулятор
пружины; 5 – пружина диф.золотника; 6 – управляющий шариковый клапан.
Рис.4.2. Управляемый клапан: 1 – корпус; 2 – клапан с дифференциальным
золотником; 3 – подпорная пружина.
При расчете самодействующих клапанов для регулирования давления
следует рассматривать равновесие подвижного элемента под действием всех
действующих на него сил. Для клапана, показанного на рис.4.1,а это равновесие
определяется выражением
2
4
=
где , – соответственно давление на входе в клапан и на выходе,
2
4
+ 0+ , (4.1)
0
–
предварительное поджатие пружины, – перемещение клапана, с – жесткость
пружины.
21
Таким образом, давление открытия клапана определяется настройкой
управляющей пружины. После открытия клапана при повышении давления
перепад давлений на клапане
составляет
P
=
4x
d
=
2
2
Q
, (4.2)
2
2f
при этом расход через клапан Qк выражается зависимостью (1.3), в которой
площадь проходного сечения клапана fк имеет вид
= 0,5(+ ) / sin , (4.3)
где – высота подъема тарелки клапана над седлом, – угол наклона
конического седла клапана.
Для клапана, показанного на рис.4.1,б расчет управляющей ступени
производится аналогично, но при использовании шарикового клапана принимаем
= 2
. До открытия управляющей ступени давление на торцы
дифференциального золотника 2' одинаково и в закрытом положении его
удерживает пружина 5. После открытия управляющей ступени перепад давлений
в калиброванном отверстии d0 снижает давление в полости D, тогда
4
2
>
0
4
2
+
,
и происходит полное открытие клапана.
Для управляемого клапана (рис.4.2) положение дифференциального
золотника 2 определяется условием его равновесия:
2
где = 0+ ,
– предварительное поджатие пружины 3.
0
+
4
4
2
2
=
, (4.4)
При расчете таких клапанов возникают обычно 2 задачи: определение
величины
, требуемого для смещения золотника на заданную величину при
известной силе сопротивления ; подбор пружины, обеспечивающей смещение
при заданных
и
.
Для регулирования расхода жидкости и соответственно скорости
исполнительного органа используются дроссельное и объемное регулирование.
При дроссельном регулировании потери давления на дросселе
дроссель
выражаются зависимостями (1.2) и (1.3), которые с учетом связи
и расход через
=1⁄ совершенно тождественны. Варианты установки дросселя для
регулирования расхода (скорости) показаны на рис.4.3.
Рис.4.3. Варианты установки дросселей на гидродвигателе: а – при
выдвижении штока; б – при втягивании штока; в – при дифференциальном
22
соединении цилиндра; Д1 – дроссель в напорной линии; Д2 – дроссель в сливной
линии; Д3 – дроссель в соединительной линии.
При установке дросселя Д
расход составит =
через него проходит расход
1
=
; для дросселя Д
, для дросселя Д2
имеем 3=
3
. Для
расчета площади проходного сечения дросселя, обеспечивающего заданную
скорость движения исполнительного органа (штока гидроцилиндра), необходимо
знать величины ,
(или характеристику насосной установки), силу
сопротивления и требуемую скорость . Требуемый перепад давлений на
дросселе и расход
определяем из уравнения установившегося движения:
- для дросселя Д1 (в напорной линии):
- рис.4.3,а:
- рис.4.3,б:
= ; =
1
= ; =
1
; (4.5)
. (4.6)
- для дросселя Д2 (в сливной линии):
- рис.4.3,а: +
- рис.4.3,б: +
= ; =
= ; =
(4.7)
(4.8)
- для дросселя Д3 (в соединительной линии):
- рис.4.3,в:
= ; =
(4.9)
Используя зависимости (4.5 ÷4.9) можно определить требуемые параметры
дросселя, а совместно с (1.3) найти требуемую площадь
или решить обратную
задачу – при заданной настройке дросселя найти выходные параметры
гидродвигателя, и
то расчет проводится аналогичным образом, но =
. Если в качестве гидродвигателя используется гидромотор,
и получаем одинаковые
характеристики Д1 и Д2.
Рис.4.4. Установка дросселя для изменения характеристики насосной
установки.
При использовании дросселя для регулирования скорости гидродвигателя
путем изменения характеристики насосной установки ( рис.4.4 ) перепад давлений
=
на выходе насоса и расходом
, а расход через дроссель представляет собой разность между расходом
, требуемым для обеспечения заданной
скорости :
=
,
где = () и = () в соответствии с характеристикой насосной
установки; измененная характеристика насоса имеет вид
=
или = 0
=
= 0(/
2
(4.10)
0,5
)
(4.11)
23
Объемное регулирование скорости в соответствии с зависимостью (2.20)
характеризуется изменением относительного параметра регулирования
e 0,1 1, при этом минимальное значение соответствует расходу, требуемому
для компенсации утечек в насосе, а максимальное – номинальному расходу.
Задачи.
4.1.
Определить давление открытия предохранительного клапана (рис.4.1,а)
имеющего пружину жесткостью с = 40 Н/мм, если при настройке ее длина
уменьшилась на 10 мм; найти высоту подъема клапана с d = 10 мм и углом
наклона образующей конуса к его оси = 45° для пропуска расхода
Q = 30 л/мин. Принять = 0,7 и = 900 кг/м
3
.
4.2.
Подобрать параметры пружины для предохранительного клапана (рис.4.1,а)
с d = 12мм и углом наклона образующей тарелки клапана = 45°. Клапан
рассчитан на давление Р = 6,3МПа и расход Q = 50 л/мин, при изменении
расхода от 0 до
Принять = 0,7 и
перепад давлений на клапане увеличивается на 0,5 МПа.
= 900 кг/м3.
4.3.
Подобрать параметры пружины управляющей ступени клапана (рис.4.1,б),
рассчитанного на давление 20 МПа, если диаметр подводящего отверстия
= 4мм, расход через управляющую ступень
потерь этой ступени
= 2,2 и
= 850 кг/м3.
= 1 л/мин, коэффициент
4.4.
Подобрать параметры пружины основной ступени клапана (рис.4.1,б),
имеющего D = 25мм, d0 = 1мм и коэффициент потерь в канале d
поступающий в управляющую ступень
= 1 л/мин, =850 кг/м
= 2,4. Расход,
0
3
.
4.5.
Определить требуемое давление управления
выдвижение штока регулятора на
= 150Н, предварительном поджатии пружины F0 = 250 Н и ее жесткости
= 10 мм при силе сопротивления
(рис.4.2), обеспечивающее
c = 20 H/мм, если давление подпора Pп = 0,5 МПа, d = 20мм, D=30мм.
4.6.
Какое рабочее усилие Fp можно получить на штоке управляемого клапана
(рис.4.2.) при его выдвижении на
= 10мм, если d = 20мм; D = 30мм,
предварительное поджатие пружины F0 = 100Н и ее жесткость c = 30 Н/мм,
давление подпора Рп = 0,5 МПа и Р
= 5 МПа.
упр
24
4.7.
Определить требуемую площадь проходного сечения дросселя Д1 (рис.4.3,а),
обеспечивающего скорость поршня = 1 м/с при использовании гидроцилиндра
ГЦ 60х40х630 с внешней нагрузкой Fc = 10 кН при давлении питания
Рп = 10 МПа и подпоре на сливе Рс = 0,5 МПа. Привод работает на рабочей
жидкости = 850 кг/м3, коэффициент потери дросселя принять
= 2,2.
1
4.8.
Определить требуемую площадь проходного сечения дросселя Д2 (рис.4.3,а),
обеспечивающую скорость поршня = 1 м/с при использовании гидроцилиндра
ГЦ 60х 40х630 с внешней нагрузкой Fc = 10 кН при давлении питания
Рп = 10 МПа и подпоре на сливе Рс = 0,5МПа. Плотность рабочей жидкости
= 850 кг/м3 , коэффициент потерь дросселя
= 2,2.
2
4.9.
Определить тянущее усилие на штоке гидроцилиндра ГЦ 100х60х1000
(рис.4.3,б) при давлении питания Рп = 10 МПа, подпоре на сливе Рс = 0,5 МПа,
если в напорной линии установлен дроссель Д1, имеющий площадь проходного
сечения
= 80 мм
жидкости плотностью = 900 кг/м
2
и коэффициент потерь
3
.
= 2,0, при использовании рабочей
4.10.
Определить тянущее усилие на штоке гидроцилиндра ГЦ 100х60х1000
(рис.4.3,б) при давлении питания Рп = 10 МПа, подпоре на сливе Рс = 0,5 МПа и
в сливной линии установлен дроссель Д2 с площадью проходного сечения
= 80 мм
жидкости плотностью = 900 кг/м
2
и коэффициентом потерь
3
.
= 2,0, при использовании рабочей
4.11.
Какое толкающее усилие развивает гидроцилиндр ГЦ 80х50х1000
(рис.4.3,в) при давлении питания Рп = 10 МПа, если дроссель Д3 имеет площадь
проходного сечения
= 50 мм
рабочая жидкость плотностью = 900 кг/м
2
, коэффициент потерь = 2,2 и используется
3
. Выдвижение штока происходит со
скоростью v = 0,5 м/с. Какой расход Qn нужен для обеспечения этой скорости?
4.12.
Подобрать проходное сечение дросселя Д3 (рис.4.3,в), для двуштокового
гидроцилиндра ГЦ 80х50х1000, если при действии силы F0 = 20кН шток должен
двигаться в ту же сторону со скоростью v = 0,5 м/с. Источника питания нет,
плотность рабочей жидкости = 820 кг/м
= 2,2.
3
, коэффициент потерь дросселя
25
4.13.
Определить настройку дросселя Д (рис. 4.4), если этот источник питания
имеет Рп = 10 МПа и Qн = 4 л/мин и требуется скорость выдвижения штока
гидроцилиндра ГЦ 80х50х1000 v = 1 м/с. Принять
= 850 кг/м
3
;
= 2,0.
4.14.
Определить настройку дросселя Д (рис.4.4) для Рп = 10МПа и подачи насоса
Qн = 4 л/мин, если источник питания должен обеспечить скорость втягивания
штока v = 1 м/с, при использовании гидроцилиндра ГЦ 80х50х1000. Принять
= 850 кг/м
3
;
= 2,0.
26
Практическое занятие № 5.
Делители потока и демпферы.
Продолжительность 3 часа.
Делители потока (сумматоры потока) используются для обеспечения равных
или находящихся в определенном соотношении скоростей двух исполнительных
механизмов, они нашли широкое применение при синхронизации механизмов. По
исполнению они подразделяются на клапанные (рис.5.1) и машинные (рис.5.2).
Рис.5.1. Клапанный делитель потока: 1 – корпус; 2 – подвижный элемент.
В клапанном делителе потока расход Qn через центральную расточку
поступает во внутреннюю полость подвижного элемента 2, откуда через
калиброванные отверстия d01 и d02 идет в полости А и Б в соотношении,
определяемом площадями отверстий. При d01 = d02 расход делится пополам:
Q1=Q2=0,5Qn. Далее расходы Q1 и Q2 через щелевые прорези длиной l1 и l
2
(как правило l1 = l2) поступает к исполнительным механизмам. Положение
подвижного элемента 2 определяется равенством давлений в полостях А и Б, а
поскольку давления РА и РБ зависят от нагрузки на исполнительные механизмы
и , то давления РА и РБ можно определить в виде
где
=
2;
10
,
20
10
1
10
=
2
=
20
20
, а направление смещения зависит от соотношения давлений Р1
РА = Р
1
2
±
1
=
10
2;
- смещение элемента 2 от начального положения
; РБ = Р
1
2
=
20
2
±±
(5.1)
2
; (5.2)
2
и Р2 и действует на выравнивание давлений РА и РБ, т.е. на достижение нового
равновесного положения элемента 2.
Потери давления в щелях
1=
; 2=
1
(
2
– ширина щели). С учетом (5.1) и (5.2) можно
1
определить смещение элемента 2 на величину
и
определяются зависимостью (1.2), где
2
, соответствующее новому
2
равновесному положению.
Машинные делители потока представляют собой две одинаковые
гидромашины 1 и 2 с равными рабочими объемами V01 = V02 (деление потока
пополам) или с определенным соотношением V01/ V02 (деление потока в заданном
соотношении), объединенные общим валом, т.е. имеющим одинаковую частоту
вращения.
27
Рис.5.2. Машинный делитель потока: 1,2 – гидромашины с рабочими объемами
V01 и V02; 3 – общий вал.
Расходы определяются формулами
1= 01; 2= 02, (5.3)
а поскольку =const, при 01=
синхронизацию исполнительных механизмов. При Р
машинный делитель потока обеспечивает
02
эта синхронизация
1Р2
обеспечивается с погрешностью определяемой разностью утечек в гидромашинах
(ГМ) 1 и 2. Поскольку суммарная мощность выходных потоков должна быть
равна мощности входного потока, учитывая соотношения
Р1 = Р
± P
n
; Р2 = Р
1
P
n
,
2
получаем
0,5(Р
± P1)
n
+ 0,5(Р
P2) =
n
, (5.4)
откуда получаем возможность получения на одном из выходов давления Рi >Рn.
Допустим Р2=0,5Рn и V01 = V02. Тогда из условия равенства мощностей на
выходе в ГМ1 и ГМ2 получаем
0,5= 0,25+
Тогда
(2)
=
2
0
4
0
=
=
2()
, где крутящий момент, создаваемый на валу
2()
+
2()
или
, (5.5)
ГМ2 за счет разницы гидравлических мощностей на входе и выходе,
передаваемый по общему валу на ГМ1. С учетом дополнительной механической
мощности, поступающей на ГМ1, получаем
1
= 0,5
0
+
= 0,5
4
0
+
4
, (5.6)
откуда
1
1=
(1 +
)
4
Ввиду того, что ГМ1 и ГМ 2 начинают работать в разных режимах (ГМ2 –
гидромотор, ГМ1 – насос), на качество деления потока влияют утечки в них и их
направление:
1
= 0,5
1
1
;
0
2
= 0,5
1
2
, (5.7)
0
тогда
1= 0,5
2= 0,5+
1
. (5.8)
2
Демпферы предназначены для плавной остановки рабочих органов путем
поглощения кинетической энергии движущихся тел. По принципу действия они
28
подразделяются на демпферы с переменной площадью проходного сечения
(рис.5.3,а) и на демпферы с постоянным давлением (рис.5.3,б)
Рис.5.3. Автономные демпферные системы: а – с переменной площадью
проходного сечения; б – с постоянным давлением; 1 – тормозимая масса; 2 –
демпферный гидроцилиндр; 3 – тяга регулятора проходного сечения; 4 –
подпиточный бачок; 5 – переменный дроссель; 6 – предохранительный клапан.
После контакта массы m со штоком демпферного гидроцилиндра в
начальный момент скорость штока равна скорости v, при этом давление в
бесштоковой полости повышается и начинается переток жидкости из этой
полости в штоковую и подпиточный бачок через дроссель 5 (рис.5.3,а) или
предохранительный клапан 6 (рис.5.3,б). Совместное движение массы и поршня
описывается уравнением
=
, (5.9)
где в общем случае = (, ), = и зависит от давления в бачке 4.
Максимальное давление
определяем из условия преобразования
кинетической энергии массы m в потенциальную энергию сжатого объѐма
жидкости:
2
=
2
0
=
0
, (5.10)
где
=
=
0
(5.11)
Поскольку совместное решение (5.9), (5.10) и (5.11) в аналитическом виде
невозможно, как правило, пользуются шаговыми методами расчета на
компьютере. Чтобы приближенно оценить характер зависимости () или
() предварительно сделаем допущение, что 0, следовательно 0.
При расчете демпфера рис.5.3,а на каждом i-ом шаге расчета принимаем
= ,
()
= ,
()
= . Тогда алгоритм расчета параметров
демпфера имеет вид:
- в начале 1-го шага
- задаем = 0,01, где приближенное значение времени торможения
0
=
/ (полагая Р
= Ра);
ш
находим из условия = 0/;
- находим параметры демпферы в конце шага:
2
0
1= 0= 0
; (5.12)
2
29
2
1= 00; 1= 1; 1=
2
1
1
2
При расчете демпфера такого типа возможна постановка задачи двух типов:
- определить закон движения тормозимой массы при известном законе
изменения (х); - определить требуемый для торможения с =const закон
изменения (х). При решении задач первого типа давление
тогда начальная площадь
0=
где
находится в диапазоне 1,8….2,2, а для получения закона движения с
const закон изменения
определяется зависимостью
0
0
(х) имеет вид
= 0(1
2
, (5.13)
2
) (5.14)
находим из (5.5),
Полученные по зависимостям (5.8) результаты являются исходными
данными для расчета второго шага и т.д.
При решении задач второго типа задается значение =const и используя
зависимости (5.5), (5.8) и (5.9) определяют шаговым методом требуемую
функцию
(х).
Расчет демпферов согласно рис.5.3,б базируется на постоянстве
давления = , определяемого настройкой предохранительного клапана 6.
В отсутствие подпора в бачке 4 для расчета закона движения массы m
используются те же зависимости (5.5), (5.8), (5.9) и в результате шагового расчета
получают зависимость v(х).
Задачи.
5.1.
Клапанный делитель потока (рис.5.1) имеет геометрические параметры:
D=25м; d01=d02= 10мм; дросселирующие щели l1=l2=10мм имеют ширину
b=2мм. На какое расстояние сместится плунжер клапана, если в исходном
положении
Q
=100 л/мин и =900 кг/м
n
требуется обеспечить Q1=Q
=
=6мм, к клапану подводится поток жидкости с Рn=10 МПа,
1
2
3
, а на выходе давления Р1=9 МПа, Р2=6 МПа и
. При расчете принять = 1,6;
2
= 2,2.
5.2.
Клапанный делитель потока (рис. 5.1) имеет геометрические параметры,
плотность жидкости и коэффициенты потерь из 5.1. К клапану подходит поток
жидкости с Рn = 16 МПа и Qn = 120 л/мин. Какие давления Р1 и Р2 должны быть
на выходах, если для поддержания Q1 = Q2 плунжер сместится на 3 мм.
5.3.
Клапанный делитель потока (рис.5.1) имеет D=25мм ; d01=5мм ; d02=8мм и
равные дросселирующие щели длиной l1=l2=10мм и шириной b = 2мм. К клапану
подходит поток жидкости с = 900 кг/м
3
; Рn=12 МПа и Qn=120 л/мин. В каком
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]