metodakr
.pdf
В.П. КОРПАЧЕВ, А.А. АНДРИЯС, А.И. ПЕРЕЖИЛИН
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА
КРАСНОЯРСК 2012
1
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
В.П. КОРПАЧЕВ, А.А. АНДРИЯС, А.И. ПЕРЕЖИЛИН
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА
Рекомендовано редакционно-издательским советом СибГТУ в качестве учебного пособия для студентов направления 250400.62 - «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств»
профиля подготовки «Лесоинженерное дело» очной и заочной форм обучения
Издание третье, переработанное и дополненное
Красноярск 2012
УДК 630.36-82 (075.8)
Корпачев, В. П. Основы проектирования объемного гидропривода : учебное пособие для студентов направления 250400.62 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» профиля подготовки «Лесоинженерное дело» очной и заочной форм обучения. – 3-е изд., перераб. и доп. / В. П. Корпачев, А. А. Андрияс, А. И. Пережилин. – Красноярск : СибГТУ, 2012. – 164 с.
Учебное пособие предназначено для студентов, изучающих дисциплину «Гидравлика, гидро- и пневмопривод», и посвящено проблемам проектирования объемного гидропривода.
В учебном пособии изложены сведения о порядке проектирования объемных гидроприводов возвратнопоступательного движения, приведена методика расчета основных параметров силового гидроцилиндра, выбора элементов объемного гидропривода.
Табл. 43; рис. 62; библ. назв. 18.
Рецензенты:
А.Н. Минаев, д-р техн. наук, проф. (СПбГЛТА);
Н.Г. Черноусова, доц. (научно-методический совет СибГТУ).
© Корпачев В.П., 2012 © Андрияс А.А., 2012 © Пережилин А.И., 2012
© ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет», 2012
3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................... |
5 |
||
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРАВЛИЧЕСКОМ ПРИВОДЕ................................... |
6 |
||
1.1 |
Динамические гидроприводы..................................................................... |
7 |
|
1.2 |
Объемные гидроприводы........................................................................... |
9 |
|
1.3 |
Основные элементы объемного гидропривода.................................... |
11 |
|
1.4 |
Классификация гидравлических приводов............................................ |
14 |
|
1.5 |
Реальные схемы объемного гидропривода. Основные элементы... |
15 |
|
1.6 |
Типы схем объемного гидропривода...................................................... |
17 |
|
1.7 |
Достоинства и недостатки гидравлических приводов......................... |
17 |
|
1.8 |
Общие сведения о порядке проектирования и расчета объемного |
|
|
гидропривода..................................................................................................... |
18 |
||
2 ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ГИДРОПРИВОДА ................................................... |
20 |
||
2.1 |
Рабочие жидкости для гидросистем машин лесной |
|
|
промышленности.............................................................................................. |
20 |
||
2.2 |
Рабочее давление в гидросистеме.......................................................... |
23 |
|
2.3 |
Объемные гидродвигатели....................................................................... |
25 |
|
2.3.1 Классификация гидродвигателей............................................................. |
25 |
||
2.3.2 Гидроцилиндры.......................................................................................... |
26 |
||
2.3.3 Конструкции гидроцилиндров................................................................... |
28 |
||
2.3.4 Поворотные гидродвигатели .................................................................... |
34 |
||
2.4 |
Основы расчета гидроцилиндров............................................................ |
37 |
|
2.4.1 Приближенный расчет основных параметров силового |
|
||
гидроцилиндра.................................................................................................... |
38 |
||
2.4.2 Уточненный расчет основных параметров гидроцилиндра.................... |
39 |
||
2.4.3 Расчет гидроцилиндра на устойчивость.................................................. |
49 |
||
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВАМ 1 – 2..................................................... |
51 |
||
3 НАСОСЫ И ГИДРОМОТОРЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ОБЪЕМНОМ |
|
||
ГИДРОПРИВОДЕ ................................................................................................... |
52 |
||
3.1 |
Назначение, классификация насосов и гидромоторов........................ |
52 |
|
3.2 |
Шестеренные насосы................................................................................. |
53 |
|
3.3 |
Пластинчатые насосы................................................................................ |
56 |
|
3.4 |
Роторно-поршневые насосы..................................................................... |
61 |
|
3.4.1 |
Радиальные роторно-поршневые насосы............................................ |
61 |
|
3.4.2 |
Аксиальные роторно-поршневые насосы............................................. |
64 |
|
3.5 |
Гидромоторы ............................................................................................... |
70 |
|
3.6 |
Выбор насоса гидропривода.................................................................... |
72 |
|
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 3.............................................................. |
74 |
||
4 РЕГУЛИРУЮЩИЕ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ГИДРОПРИВОДА..... |
75 |
||
4.1 |
Регуляторы давления................................................................................. |
75 |
|
4.1.1 Предохранительные клапаны................................................................... |
76 |
||
4.1.2 Редукционные клапаны............................................................................. |
82 |
||
4.2 |
Регуляторы расхода рабочей жидкости.................................................. |
85 |
|
4.2.1 Обратные клапаны .................................................................................... |
85 |
||
|
4 |
|
4.2.2 Ограничители расхода.............................................................................. |
88 |
|
4.2.3 Делители (сумматоры) потока.................................................................. |
90 |
|
4.2.4 Гидродроссели и регуляторы потока ....................................................... |
92 |
|
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 4.............................................................. |
99 |
|
5 РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ ПОТОКА РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ ................................... |
99 |
|
5.1 |
Крановые гидрораспределители ........................................................... |
100 |
5.2 |
Клапанные распределители.................................................................... |
101 |
5.3 |
Золотниковые гидрораспределители................................................... |
103 |
6 ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ГИДРОСИСТЕМ ............................... |
107 |
|
6.1 |
Гидравлические баки и теплообменники.............................................. |
107 |
6.2 |
Фильтры ..................................................................................................... |
110 |
6.3 |
Гидравлические аккумуляторы.............................................................. |
115 |
6.4 |
Гидрозамки................................................................................................. |
118 |
6.5 |
Средства измерения................................................................................. |
123 |
7 ТРУБОПРОВОДЫ............................................................................................. |
129 |
|
8 ПОТЕРИ НАПОРА (ДАВЛЕНИЯ) В СИСТЕМЕ ГИДРОПРИВОДА................ |
132 |
|
9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД ГИДРОПРИВОДА И ФАКТИЧЕСКОГО УСИЛИЯ НА |
|
|
ШТОКЕ ГИДРОЦИЛИНДРА................................................................................. |
137 |
|
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВАМ 4 – 9................................................... |
140 |
|
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.................................................................... |
141 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ А (СПРАВОЧНОЕ) – ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И |
|
|
ЗАВИСИМОСТИ ГИДРАВЛИКИ И ГИДРОПРИВОДА....................................... |
143 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ Б (СПРАВОЧНОЕ) – УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ |
|
|
ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ..................................................................... |
149 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ В (СПРАВОЧНОЕ) – ПРИМЕРЫ РАСЧЕТНЫХ СХЕМ |
|
|
ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА........................................................................ |
156 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ Г (СПРАВОЧНОЕ) – ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ .... |
163 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ Д (СПРАВОЧНОЕ) – ПРИМЕРНАЯ СТРУКТУРА |
|
|
КУРСОВОЙ РАБОТЫ .......................................................................................... |
164 |
|
5
ВВЕДЕНИЕ
Учебное пособие «Основы проектирования объемного гидропривода» подготовлено в соответствии с требованием государственного образовательного стандарта по направлению подготовки 250400.62 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» по дисциплине «Гидравлика, гидро- и пневмопривод». Курс «Гидравлика, гидро- и пневмопривод» общим объемом 180 часов изучается в течение 4 семестра.
Предусмотренная рабочим учебным планом курсовая работа является замыкающим звеном учебного процесса по дисциплине «Гидравлика, гидро- и пневмопривод», состоящего из лекционного курса, лабораторных и практических занятий и курсовой работы, объединённых в учебно-методический комплекс. Значительная часть учебного времени (примерно 40 – 50%) отводится на самостоятельную работу студентов, частью которой является курсовая работа.
Цель настоящего пособия – обеспечить методическое руководство по выполнению курсовой работы. Суть же самой работы заключается в подготовке студента к будущей практической инженерной деятельности на производстве.
Данное пособие может быть также рекомендовано для студентов очного и заочного отделений специальности 150405 «Машины и оборудование лесного комплекса», изучающих дисциплину «Гидравлика».
6
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРАВЛИЧЕСКОМ ПРИВОДЕ
Гидравлическим приводом называется совокупность устройств – гидромашин и гидроаппаратуры, предназначенных для передачи механической энергии и приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости.
Основные свойства жидкостей, используемые в гидравлических приводах:
а) текучесть; б) несжимаемость;
в) равномерное распределение по объему внешнего давления (закон Паскаля).
В силу первых двух свойств жидкости не могут накапливать потенциальную (внутреннюю) энергию упругой деформации (как твердые тела или газы) или повышения температуры (газы). В связи с этим каждый конкретно выделенный объем жидкости может обладать только двумя видами механической энергии:
−кинетической, когда жидкость находится в движении;
−потенциальной, вследствие воздействия сил гравитации (гравитационного поля), когда жидкость поднята на некоторую высоту над поверхностью земли; действия центробежных сил, когда жидкость находится в движении по криволинейной траектории; или при воздействии других полей взаимодействующих с жидкостью, например магнитных полей.
Различают два типа гидроприводов, отличающихся по физическому эффекту преобразования гидравлической энергии в работу:
−динамические гидроприводы;
−объемные гидроприводы.
Гидроприводы по определению состоят из двух основных элементов: источника гидравлической энергии и исполнительных органов – гидропередачи. Исполнительные органы могут быть двух видов: циклического действия (поступательные и поворотные гидроцилиндры) и непрерывного действия (вращательные органы – гидромоторы).
Источники гидравлической энергии делятся на два типа:
−с превращением в гидравлическую энергию потенциальной энергии жидкости, то есть с превращением статической жидкости в движущийся поток;
−с превращением механической энергии (энергии движущихся элементов устройства) в гидравлическую энергию, то есть в движущийся поток. Устройства этого типа получили название насосов.
7
На рисунках 1.1 и 1.2 представлены схемы источников гидравлической энергии.
Рисунок 1.1 – Статический источник гидравлической энергии
Рисунок 1.2 – Механические источники гидравлической энергии:
а– центробежный насос; б – шестеренный насос
1.1Динамические гидроприводы
На рисунке 1.3 представлены схемы динамических приводов с различными источниками гидравлической энергии.
Рисунок 1.3 – Схемы динамических гидроприводов: а – с источником энергии статического типа; б – с насосом в качестве источника энергии
8
По принципу действия «динамические» исполнительные органы не отличаются от центробежных насосов, в которых действует обратный поток, и таким образом происходит обратное превращение гидравлической энергии в механическую. Устройства этого типа называются «турбинами».
Принимая условие неразрывности потока, кинетическую энергию, превратившуюся в механическую работу можно выразить в следующем виде (рисунок 1.3):
W = |
m(υ12 −υ22 ) |
η, |
(1.1) |
|||
|
|
|||||
|
|
2 |
|
|
|
|
где m – расход массы жидкости в секунду; |
|
|||||
υ1 – скорость жидкости до входа в турбину; |
|
|||||
υ2 – скорость жидкости на выходе из турбины; |
|
|||||
η – кпд турбины. |
|
|
|
|
|
|
Так как секундный расход массы жидкости равен: |
|
|||||
m = |
πd |
2 |
ρυ1 , |
|
||
4 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
то выражение (1.1) примет следующий вид:
W = |
πd2 |
ρυ1 (υ12 − υ22 )η, |
(1.2) |
|
8 |
||||
|
|
|
где W – секундный расход энергии; d – диаметр трубопровода;
ρ – плотность жидкости; υ1 – скорость жидкости в трубопроводе.
Секундный расход энергии – это мощность, следовательно:
W = N = M60n = Mω−1η,
где N – мощность турбины;
M – развиваемый турбиной момент; n – количество оборотов в минуту; ω-1 – частота вращения.
9
Как видно из выражения (1.2), передаваемая энергия привода зависит только от скоростей υ1 и υ2, поэтому приводы этого типа получили название «динамических».
1.2Объемные гидроприводы
На рисунке 1.4 представлены схемы объемных гидроприводов, отличающихся тем, что некоторый объем жидкости, передающий работу от источника энергии заключен в замкнутый объем.
Рисунок 1.4 – Схемы объемного гидропривода: а – с плунжерным насосом в качестве источника гидравлической энергии; б – с шестеренным насосом в качестве источника гидравлической энергии
Если система нагружена внешней силой F2 (рисунок 1.4), но находится в покое, то можно записать:
P1 = P2 = P3 ,
где P1, Р2, Р3 – давление жидкости.