7. Расчёт объёмного гидропривода

Составитель В. С. Козлов.

УДК629.113.004

Расчёт объёмного гидропривода: Метод. указания к выполнению лаб. работ / НГТУ; Сост.: B.C. Козлов. Н. Новгород, 2005. 11 с.

Рассмотрено устройство и определены основные параметры гидромашин и гидроцилиндров объёмного гидропривода. Приведена методика расчёта просстейших гидроцепей.

Редактор Э.Л. Абросимова

Подл. к печ. 03.02.05. Формат 60x84 1/16. Бумага газетная. Печать офсетная. Печ. л. 0,75. Уч.-изд. л. 0,7. Тираж 100 экз. Заказ 135.

Нижегородский государственный технический университет. Типография НГТУ. 603600, Н. Новгород, ул. Минина, 24.

© Нижегородский государственный технический университет, 2005

1. Цель работы.

Изучить принципиальные особенности и приобрести практические навыки в расчёте параметров объёмного гидроцилиндров.

2. Краткие сведения о работе.

2.1.Принцип действия.

В отличие от гидродинамических передач, в которых передача энергии осуществляется, главным образом, за счёт динамического взаимодействия жидкости с соответствующими-элементами привода, в гидрообъёмных приводах энергия передаётся статически, давлением жидкости, заключённой в некотором объёме, сообщающемся с входом и выходом системы.

Основными элементами объёмного гидропривода являются источник гидравлической энергии - насос или аккумулятор; приёмник гидравлической энергии - гидродвигатель; органы распределения и регулирования гидравлической энергии; органы защиты - предохранительные клапаны; вспомогательная аппаратура и устройства - баки, фильтры, трубопроводы.

Насос и гидродвигатель - машины объёмного действия. Насос преобразует механическую энергию, приложенную к его валу, в энергию жидкости. В этом случае жидкость, заключённая во внутренней камере насоса, вытесняется из неё с помощью механических вытеснителей - поршней, лопастей и др. В гидродвигателе энергия жидкости преобразуется в механическую энергию его ведомого звена. Жидкость, поступающая от насоса в камеру гидродвигателя, сама является «вытеснителем», сообщающим движение поршням, лопастям, плунжерам и другим элементам гидродвигателя, непосредственно или через передачу связанным с рабочими органами механизмов.

По виду движения выходного элемента насосы и гидродвигатели разделяют на гидромашины вращательного и поступательного движения.

С конструктивной точки зрения насосы и гидродвигатели обычно являются обратимыми, т. е. каждый из них может быть использован либо как насос, либо как гидродвигатель.

На рис. 1. показана одна из типовых схем объёмного гидропривода. Привод имеет насос 3, к которому со стороны резервуара 1с рабочей жидкостью подсоединён всасывающий трубопровод 2, а с другой - напорный трубопровод 4. Далее, 5 - фильтр, S - обратный клапан, 7- гидроаккумулятор, 8 - автомат разгрузки, 9 - сливной трубопровод, 10 - напорная магистраль, 11 - распределитель, 12 - исполнительный механизм (гидроцилиндр).

Рис.1. Схема объёмного гидропривода (ОГ).

2.2. Объёмные гидромашины - шестеренные и аксиально-поршневые насосы.

Основными элементами шестеренных насосов (рис. 2.а) являются валышестерни 5 и 6, установленные в корпусе 4 насоса на плавающих втулках 3, выполняющих роль подшипников скольжения. Корпус насоса закрывается крышкой 2. Перекос втулок-подшипников из-за неодинакового давления во всасывающей и напорной камерах насоса устраняется путём установки специальных пластин 7, обтянутых резиновым кольцом.

Жидкость подаётся вдоль валов через отверстие 1 в крышке 2 и отверстие в ведомой шестерне во всасывающую камеру насоса.

Принцип действия шестеренных насосов основан на том, что зубья шестерен, входя в зацепление, выталкивают рабочую жидкость из впадин между зубьями в напорную камеру двигателя, а с другой стороны, в местах выхода зубьев из зацепления образуется вакуум, вызывающий всасывание жидкости.

Шестеренные насосы имеют постоянную подачу, частота их вращения 500 ...

2500 об/мин при низком пусковом моменте; их КПД колеблется в пределах 65...85 %.

На рис. 2,б показан регулируемый аксиально-поршневой насос. Его основными рабочими элементами являются блок цилиндров 8, которому сообщается вращение от приводного вала 9 через упорное кольцо 10, в последнем заделаны головки шатунов 11 поршней 12 цилиндров. Так как ось блока цилиндров наклонена к оси приводного вала (на угол φ), при одновременном вращении блока цилиндров и упорного кольца происходит относительное движение поршней в цилиндрах: за одну половину оборота поршень совершает полный ход в цилиндре, за вторую половину оборота этот же ход он совершает в обратном направлении. При прямом ходе поршня полость цилиндра сообщается с напорной линией, а при обратном - со всасывающей.

В регулируемых аксиально-поршневых насосах подача жидкости (и, следовательно, скорость выходного звена) изменяется путём изменения угла γ.

На рис. 2,в показан нерегулируемый аксиально-поршневой насос. Его основными элементами являются корпус 14, приводной вал 13, шатуны 16, установленные в гнездах фланца приводного вала, пластина 15, с помощью которой шатуны закрепляются в своих гнёздах, блок цилиндров 17, распределитель 18.

QН =QТ V =V Н nН V (1)

где VН - рабочий объём насоса; nН -частота вращения насоса. Теоретическая мощность насоса или гидродвигателя

N Т =QТ p=M Т Т

где Δр - перепад давления в подводящем и отводящем трубопроводах; МТ и ωТ -

соответственно вращающий момент и угловая скорость вала гидромашины. Однако мощность, необходимая для привода гидромашины, всегда больше

теоретической, так как помимо объёмных потерь жидкости всегда имеют место механические потери, возникающие в результате трения вращающихся и поступательно движущихся деталей гидромашины, а также гидравлические потери. Последние вызываются внезапными расширениями и сужениями трубопроводов, например, при поступлении жидкости из трубы в гидроцилиндры, аккумуляторы, фильтры и прочие ёмкости, что сопровождается снижением скорости течения жидкости и потерей давления и энергии, происходящей, в основном, в результате вихреобразования после выхода потока жидкости из узкой части канала. Механические потери в гидросистеме учитываются механическим КПД ηМЕХ, а. гидравлические потери - гидравлическим КПД ηГ.

Полный КПД насоса ηН определяется по отношению полезной мощности N П= p QН к потребляемой N Н =M Н nН . Выражая перепад давлений во

всасывающем и напорном трубопроводах Δр в МПа, подачу насоса QН в л/мин,

момент на валу насоса МН в Н·м и частоту вращения вала насоса nН в об/мин, получим:

Н= V Г МЕХ =159,2 p QН (2)

M Н nН

Из выражения (2) следует, что момент, который необходимо иметь на валу двигателя для обеспечения заданной подачи QН.

N Н = p QН (5)

60 Н

где QН - в л/мин; Δр - в МПа; МН - в Н·м; ωН - в рад/с; nН - в об/мин.

В практических расчётах принимаем рабочее давление РНОМ = 120 кг/см2, перепад давления ΔP не более 0,9·РНОМ. ηV = 0,96, ηм= 0,92, ηГ = 0,97.

Таблица 1. Характеристика шестеренных насосов.

Параметры гидропривода с гидроцилиндрами. Основными параметрами гидроцилиндров являются номинальное давление рНОМ диаметр поршня DП (и цилиндра), диаметр штока dШТ и его ход S.

Усилие, развиваемое гидроцилиндром при выдвижении одностороннего штока (рис. 3,а)

где p1 и p2 - давление в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндра; ηМЕХ — механический КПД гидроцилиндра.

При Р1 = 0 усилие втягивания штока

Скорость νП поршня гидроцилиндра выбирают в соответствии с задаваемой

скоростью рабочего оборудования. С расходом рабочей жидкости она связана соотношением

Из выражения (9) при известных значениях νП и Fi определяют расход

жидкости Q.

Как видим, скорость поршня при одинаковой подаче жидкости в поршневую и штоковую полости гидроцилиндра будет разной, так как в первом случае Fi = FП, а во

втором случае Fi = FП - fШТ, где FП и fШТ - соответственно площади поршня и штока. Очевидно, что при подаче жидкости в штоковую полость, т. е. при обратном ходе

Рис. 3. Схема сил в гидроцилиндрах.

Следовательно, при обратном ходе расход жидкости в линии слива будет больше, чем в штоковой полости, что вызывает повышенное давление жидкости при сливе. Во избежание этого сечения трубопроводов, подключённых к поршневой полости (к линии слива) должны быть больше сечений трубопроводов, подключённых к штоковой полости.

Передаточное отношение гидропривода i, находится отношением усилия на

Размеры гидроцилиндров можно также подбирать по коэффициенту β, равному отношению диаметра штока к диаметру поршня. (см. таблицу 3.)

Таблица 3.

3. Порядок выполнения работы.

Работа выполняется в индивидуальном порядке согласно назначенного варианта. Черновые расчёты с окончательными выводами предъявляются преподавателю в конце занятия.

4. Оформление работы и сдача отчёта.

Отчёт выполняется на стандартных листах формата А4. Последовательность оформления : цель работы, краткие теоретические сведения, исходные данные, расчётное задание, расчётная схема, решение задачи, выводы. Сдача работы ведётся с учётом контрольных вопросов.

5. Содержание работы.

Пользуясь рис.1 и рис.3 составить схему гидропривода с ручным насосом, представляющим собой шарнирный рычаг длиной lР соединённый со штоком насосного гидропневмоцилиндра.

Для составленной схемы подобрать или рассчитать параметры ручного гидропривода :

-диаметры поршней цилиндров,

-давление в гидросистеме,

-передаточное отношение ручного привода, iP отношение плеч приводного рычага,

-передаточное отношение гидропривода iГ ,

-общее передаточное отношение,

-количество качков на полный вылет штока исполнительного гидроцилиндра. Располагая полученными расчётными данными подобрать параметры насоса

типа НШ из таблицы 1. взамен ручного привода на скорость перемещения штока исполнительного цилиндра 5-10 см/с. Варианты задаваемых параметров - см Приложение 1.

6.Контрольные вопросы для сдачи отчёта.

1.Принципиальная схема гидропривода.

2.Устройство основных элементов гидропривода.

3.Основные параметры гидромашин.

4.Параметры гидропривода с гидропневмоцилиндрами.

5.Почему сливные магистрали гидропривода должны быть большего диаметра, чем напорные ?

ЛИТЕРАТУРА

1.Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. - М.: Машиностроение, 1972.

2.Гоберман Л.А. Основы теории, расчёта и проектирования СДМ. -М.: Маш., 1988.

Приложение