Теория и проектирование приводов машин и механизмов
Лекция 1 ВВЕДЕНИЕ
Объём курса – 102 часа ауд. занятий.
Электроприводы 34 часа, Гидро и пневмоприводы -68 часов Лекций – 51 час.
Практических - 34 час. Лабораторных - 16 час.
Форма отчётности – экзамен, 8 семестр.
Основная литература по гидро и пневмоприводам
1. А. В. Лепишкин и др. Гидропневмопривод. Ч. 2 Гидромашины и гидропневмопривод. М. 2005. г.
2.Навроцкий К.Л. Теория и проектирование гидропневмоприводов: Учебник для ВУЗов. – М.: Машиностроение. 1991г. – 384 с.
3.Попов Д. Н. Механика гидро- и пневмоприводов: Учебн. для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. –320 с.
4.Свешников В. К. Станочные гидроприводы: Справочник. Библиотека конструктора. – 4-е (5-е) изд. - М,: Машиностроение, 2004.- 512 с.
5.Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных ВУЗов. Т. М. Башта, С. С. Руднев Б. Б. Некрасов
и др – 4-е (2-е) изд., перераб. – М.: Машиностроение, 2010. – 423 с.
Цель преподавания дисциплины Задачи изучения дисциплины
–Целью дисциплины является дать студентам комплекс знаний по теории,
устройству и |
основам расчёта и проектирования приводов |
мащин и |
|
механизмов, |
в том числе |
станков, с перспективой использования |
|
полученных знаний при разработке объектов новой техники. |
|
||
–Задачи изучения дисциплины
–Получение общих сведений о применении электро- гидро- и пневмоприводов (далее приводы) в технике и их назначении.
–Классификация приводов машин и механизмов, их достоинства и недостатки, области использования в машиностроении.
–Изучение структуры электроприводов, характеристик электрических двигателей в составе приводов получение навыков их проектирования.
–Изучение основных характеристик гидро-пневмоприводов.
– |
Изучение устройства составных |
частей ГПП |
– |
насосов, двигателей, |
– |
регулирующих элементов и систем управления. |
|
|
|
Знакомство с основами теории, |
расчётов |
и |
автоматизированного |
|
|
проектирования приводов. |
|
|
|
-Получение навыков проектирования ГПП.
Квалификационные требования к уровню освоения содержания дисциплины согласно ГОС ВПО
•В результате изучения дисциплины студент должен:
-Иметь представление:
-о методологии проектирования сложных технических объектов – приводов машин.
• о возможностях |
к |
пакетов |
САПР |
применительно |
проектированию |
||
приводов. |
|
|
|
•- Знать:
•Структуру, принципы действия и применения приводов машин, использующих различные источники энергии.
•Технологию проектирования средств технологического оснащения – приводов машин и механизмов.
•Методы проведения технических расчетов приводов
•Уметь выполнять
•Формулировать цели проекта, задачи, построение структуры их взаимосвязей
•Разрабатывать варианты решения структуры приводов, их анализ и выбирать оптимальные решения.
•- Владеть
•информационными технологиями при проектировании и изготовлении приводов машин.
•- Иметь навыки
•Расчёта и разработки проектов приводов машин.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРО-И ПНЕВМОПРИВОДАХ
-
•Приводом называют энергосиловое устройство, посредством которого осуществляется движение какой-либо машины или механизма. Такое устройство состоит из двигателя (электрического, теплового, гидравлического,
пневматического) и аппаратуры управления
•В качестве двигателей чаще всего применяют электрические и работающие на жидкости или газе устройства. Если рабочей средой для исполнительного
двигателя является жидкость или газ, то привод называют соответственно гидро-
или пневмоприводом.
•Принцип действия объемного привода состоит в том, что жидкость или газ под давлением изменяют объем камер двигателя, вызывая тем самым
перемещение его рабочего органа и соединенного с ним выходного звена. Исполнительный двигатель выполнен в виде цилиндра с поступательно перемещающимся в нем поршнем, шток которого служит выходным звеном. От источника энергопитания (ИЭ) рабочая среда (жидкость или газ) поступает по напорной магистрали к аппарату управления (АУ). При подаче сигнала
управления аппарат управления соединяет напорную магистраль 1 с одной из полостей цилиндра 2, а полость, расположенную по
другую сторону поршня 5, — со сливной магистралью 4. На поршень 3 начинает действовать сила, вызывающая его
движение вместе со штоком в направлении х. Перемещение штока передается механизму, управляющему каким-либо объектом. Направление движения поршня можно изменить на обратное,..
•Рассмотрим устройство и принцип действия ГПП, их классификацию, а также основные сведения о свойствах используемых в приводах рабочих сред.
Общая схема объемного гидро- или пневмопривода
•Конструктивная схема простейшего гидропривода показана па рис.. Жидкость из гидробака 9 насосом 1 подается через обратный клапан 2 к направляющему золотниковому гидрораспределителю 4. В зависимости от положения его золотника
жидкость поступает в поршневую или штоковую полость гидроцилиндра 6. Предохранительный клапан 3 защищает гидропривод от давления, превышающего установленное. Гидродроссель 5 управляет расходом рабочей жидкости и, следовательно, скоростью перемещения поршня 6.1 гидроцилиндра и соединен ного со штоком 6.2 выходного звена 7 (рабочего органа машины). Фильтр 8 очищает жидкость от загрязнений на сливе ее в гидробак 9.
•На рис. 2.2,6 изображена та же схема гидропривода с помощью условных графических обозначений, принятых Единой системой конструкторской документации (см. ГОСТ 2.782-96 ).
•а — конструктивная; б — гидравлическая
Преимущества и недостатки ГП
Гидропривод получил значительное распространение ввиду присущих ему следующих преимуществ:
•
•малых габаритных размеров и массы (15...20 % массы электромеханических приводов);
•высокого быстродействия и точности отработки сигналов управления благодаря малой инерционности гидропривода (по сравнению с электроприводами);
•возможности бесступенчатого регулирования (в диапазоне! 1:1000) скоростей выходных звеньев простыми средствами;
•жесткости механической характеристики, нечувствительности к колебаниям нагрузки;
•простоты защиты привода от перегрузок;
•возможности получения значительных и регулируемых усилий на рабочих органах машин.
• высокой напряженности (плотности) силового поля до 20...50 МПа (для электродвигателей не более 0,1...1,5 МПа);
•К недостаткам объемного гидропривода относятся: чувствительность к качеству рабочей жидкости (загрязненности, вязкости, возможности воспламенения); высокие требования к качеству, изготовления элементов гидропривода, к культуре обслуживания; возможность загрязнения окружающей среды из-за утечек рабочей жидкости.
Классификация гидро-пневмо-приводов
Объемные гидро- и пневмоприводы классифицируют по следующим признакам::
•По характеру движения выходного звена (поступательное, вращательное, неполноповоротное, т.е. с углом поворота менее 360°, вращательное с неограниченным углом поворота);
•В зависимости от непрерывного или дискретного изменения сигнала на входе аппарата управления;
•Отсутствия или наличия обратной связи от выходного звена привода;
•способа регулирования исполнительного двигателя привода;
•энергоснабжения привода от централизованного или автономного источника питания
•Схемы приводов, в которых отражены первые три и отчасти два последних признака, даны на рис. 1.1. Исполнительным двигателем одного из приводов (рис. 1.1, а) служит гидроцилиндр 1 с поступательным перемещением штока.
Классификация гидро-пневмо-приводов-продолжение-1
•Другой привод (рис. 1.1, б) имеет гидроцилиндр 2 с расположенным в нем шибером
(лопастью), угол поворота которого меньше 360°. Исполнительным двигателем последнего привода (рис. 1.1, в) является мотор 3 с неограниченным углом поворота вала. Аппараты 4, 5 и б управления исполнительными двигателями соединены с напорной (давление питания рп) и сливной (давление рсл) магистралями, подключенными к централизованному источнику питания приводов рабочей средой под давлением. Если распределитель аппарата отклонен от среднего положения, что на схеме соответствует смещению клеток со стрелками влево или вправо, то одна полость исполнительного двигателя соединится с напорной, а другая — со сливной магистралью. Под действием силы, вызванной разностью давлений в полостях двигателя, будет происходить движение рабочего органа двигателя (поршня, лопасти или ротора мотора) и связанного с ним выходного звена (штока, вала).
•В аппаратах 4 и 5 при смещении распределителей в пределах своего полного хода непрерывно изменяются проходные сечения каналов, соединяющих полости двигателя с напорной и сливной магистралями. Эта особенность аппарата показана на схемах дополнительными прямыми линиями, проведенными сверху и снизу клеток со стрелками.
•Распределитель аппарата б может занимать, кроме среднего, только два крайних положения, поэтому проходные сечения каналов изменяются в нем дискретно от нулевого до максимального значения.
•Аппарат 4 имеет вспомогательный усилитель 7, который за счет использования энергии рабочей среды повышает мощность сигнала управления, необходимого для смещения распределителя от среднего положения. Управление распределителем аппарата 5 осуществляется посредством рукоятки 8, а распределителя 6 — двумя электромагнитами 9 с пружинами, фиксирующими среднее положение распределителя. Применяют также
аппараты с электромагнитами, которые пропорционально электрическому сигналу (току управления) смещают распределитель от среднего положения. Входная электрическая мощность у таких аппаратов значительно выше, чем у аппаратов с вспомогательным усилителем.
Классификация гидро-пневмо-приводов-продолжение-2
•Общим для двух первых из трех рассмотренных выше приводов является способ регулирования исполнительного двигателя. Этот способ основан на дросселировании потока рабочей среды в распределителе аппарата управления путем изменения проходных сечений каналов, соединяющих полости (камеры) исполнительного двигателя с напорной и сливной магистралями..
•Тот же аппарат управления при смещении распределителя в разные стороны от среднего положения изменяет направление движения выходного звена. Приводы с такими аппаратами управления называют гидро- и пневмоприводами с дроссельным регулирова нием. Согласно схеме, показанной на рис. 1.1, в, аппарат управления меняет только направление движения выходного звена, когда его распределитель перемещается из одного крайнего положения в другое. Скорость движения выходного звена можно регулировать с помощью этого аппарата в случае широтно-импульсной модуляции сигнала управления его распределителем. При таком управлении изменяется продолжительность пребывания распределителя в крайнем положении, что позволяет уменьшать или увеличивать среднюю скорость движения выходного звена. Однако дискретное переключение распределителя обычно сопровождается колебаниями давлений в напорной и сливной магистралях, а также в каналах аппарата управления и полостях исполнительного двигателя, что может вызвать повреждение элементов привода.
•.