M02999

31

Таблиця 3.1 – Вихідні дані щодо структури енергосилових частин гідроприводів

Примітка. kF та kL – відповідні умовні силовий та геометричний коефіцієнти гідроциліндрів

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

32

Таблиця 3.2 – Варіанти експлуатаційних параметрів гідроприводів

Примітка. Технологічне навантаження на шток гідроциліндра (зусилля) F визначається добутком умовного зусилля F′ та коефіцієнта гідроциліндра kF

Примітка. Хід поршня L визначається добутком умовної довжини штока L′ та коефіцієнта гідроцилиндра kL

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

33

3.4 Рекомендації щодо виконання завдання

Перед виконанням завдання необхідно засвоїти теоретичний матеріал розділу “Гідроприводи” курсу, користуючись літературою [1–2, 4, 6–7], конспектом лекцій, а також даними методичними вказівками.

Слід приділити особливу увагу з’ясуванню призначення гідроприводу, яке зумовлює тип гідродвигуна (поступального або обертального руху), принципу роботи гідроприводу в цілому та конкретних гідроагрегатів, з яких він складається. Необхідно мати чітке уявлення про методику статичного розрахунку, а також принципи регулювання гідроприводів.

Розрахунок починають із зображення схеми гідроприводу і зазначення (відповідно до заданих номерів схеми та варіанта) всіх параметрів, що задаються таблицями 3.1 та 3.2. Далі необхідно навести короткий опис роботи гідроприводу в цілому та конкретних гідроапаратів, з яких він складається.

Послідовність розрахунку є зворотною по відношенню до напрямку передавання енергії в гідроприводі (див. рис. 3.1): починаючи із заданого корисного навантаження – до необхідної механічної потужності, яку споживає гідропривід.

3.4.1 Вибір силового гідроциліндра

Гідравлічний двигун (або двигуни) вибирають у залежності від призначення гідроприводу на підставі експлуатаційних параметрів, що має забезпечити гідропривід: навантаження та швидкості руху виконуючої ланки.

Для гідроприводів поступального руху як гідродвигун використовують силовий гідравлічний циліндр (гідроциліндр), схему якого наведено на рис. 3.3.

Експлуатаційними параметрами за цих умов є: навантаження (зусилля) на штоці F, хід поршня L, швидкість переміщення поршня υ. Враховуючи задані таблицями 3.1 та 3.2 величини, слід визначити дійсні значення сили F = k F × F′ та ходу поршня L = kL × L′ .

Реальні гідроциліндри підбирають за такими основними параметрами: внутрішній діаметр циліндра D (діаметр поршня),

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

34

зовнішній діаметр штока dшт , довжина штока Lшт , та робочий тиск pгц . В основі розрахунків лежить рівняння рівноваги поршня, яке для

схеми, коли долання технологічного навантаження відбувається під час висування поршня (показана на рисунку 3.3), має вигляд:

зливній (штоковій) порожнині гідроциліндра та її ефективна площа; T

– сила тертя.

Рисунок 3.3 – Силовий гідроциліндр двобічної дії

(пунктиром показаний варіант двоштокового гідроциліндра)

Ефективна площа зливної (штокової) порожнини залежить від співвідношення діаметрів поршня та штока:

де ϕ = d шт2 D2 – відношення площ штока і поршня.

Ефективна площа напірної (поршневої) порожнини для випадку одноштокового гідроциліндра визначається як:

Для двоштокового гідроциліндра ефективна площа його напірної порожнини ω1 визначається, як і для зливної, за формулою (3.2).

В попередньому розрахунку вважають, що протитиск у зливній порожнині гідроциліндра відсутній ( p2 = 0 ), а сили тертя враховують

механічним к.к.д. гідроциліндра ηмех гц , значення якого лежать у межах від 0,85 до 0,95. Оскільки завданням задається конкретний тип

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

35

гідроциліндра, то величину тиску p1 в його напірній порожнині приймають рівною номінальному значенню тиску pгц , яке вибирають

з каталогу [5, 7, 8], або з додатку Д (таблиці Д.1 – Д.6) для заданого типу гідроциліндра.

За цих умов розрахункове значення діаметра поршня гідроциліндра Dр визначається з рівняння (3.1) як:

Реальний гідроциліндр вибирають з каталогу [5, 7, 8], або з додатку Д (таблиці Д.1 – Д.6), зазначають величини D, dшт , Lшт та

pгц ном , що задовольняють умовам : D³ Dр , Lшт ³ L .

Якщо нема стандартного гідроциліндра, що задовольняє зазначеним умовам, то застосовують декілька гідроциліндрів заданого типу, розподіливши задане навантаження F рівномірно між ними. Бажано, щоб число гідроциліндрів z було парним (два або чотири), оскільки тоді можна синхронізувати рух їх поршнів, застосувавши ділильники потоку. Враховуючи, що гідроциліндри мають бути однаковими, для визначення їх типорозміру у формули (3.4), (3.5) підставляють значення сили F , зменшене в z разів.

Корисну потужність силового (виконуючого) блоку гідропривода (механічна потужність на штоці вибраного силового гідроциліндра) розраховують за формулою:

де u1 = Lщт t1 – швидкість робочого (прямого) ходу штока, м/с.

3.4.2 Визначення споживної потужності гідроциліндра

Силовий гідроциліндр живиться гідравлічною енергією потоку рідини, параметрами якої виступають тиск p1 та витрата Qгц . Тому

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

36

гідроциліндра розраховують, виразивши його з рівняння (3.1). В одержану формулу підставляють дійсне (задане) значення протитиску p2 , яке зумовлене опором зливної гідролінії, а також дійсні значення

ефективних площ відповідних порожнин гідроциліндра з урахуванням його типу (одноабо двоштоковий) та вибраних стандартних значень діаметрів поршня та штока. Сили тертя враховують механічним к.к.д. гідроциліндра.

Витрата Qгц , що споживається гідроциліндром для виконання

технологічної операції, залежить від його конструкції (діаметра поршня D), технологічного швидкісного параметра (швидкості переміщення поршня υ ) та об’ємного к.к.д. ηо гц гідроциліндра:

порожнину гідроциліндра (поршневу або штокову); ηо гц = 0,94...0,98 .

Оскільки згідно з рисунком 3.3 для висування штоку необхідно подавати рідину в поршневу порожнину гідроциліндра, то рівняння (3.8) запишеться у вигляді:

Qгц =υ1 × ω1ηо гц ,

де ω1 визначається у залежності від типу гідроциліндра за формулою

(3.2) або (3.3).

3.4.3 Вибір джерела гідравлічної енергії

Основним елементом у блоці забезпечення енергією є безпосередньо само джерело гідравлічної енергії – машина, що перетворює механічну енергію на гідравлічну, тобто надає потоку рідини додаткову енергію. Такою гідравлічною машиною у гідроприводах керуючих та регулюючих пристроїв енергетичних

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

37

установок частіше за все виступають об’ємні насоси роторного типу. Вибір такого насоса здійснюють на підставі одержаних значень

насос, мають бути більшими за відповідні параметри, що споживаються гідроциліндром ( Qгц та p1 ) через витіки в

гідросистемі та втрати тиску в напірній гідролінії (між насосом та гідроциліндром):

типу з каталогу [5, 7, 8] або з додатку Д (таблиці Д.7 – Д.10), зазначають його марку, та номінальні значення параметрів Vн, Qн ном,

pн ном, nн ном, Nн ном, hн, h о н за умов: Vн ³ Vн р ; Qн ном ³ Qн ; pн ном ³ pн.

Якщо не знайдено насос, що може забезпечити необхідні параметри (Qн ном ³ Qн ; pн ном ³ pн), то використовують спільну роботу декількох насосів, застосувавши їх відповідне з’єднання задля забезпечення того чи іншого параметра.

Кількість насосів та схема їх з’єднання ілюструється графічно.

3.4.4 Вибір електродвигуна та визначення ефективності гідроприводу

Насос (насосна установка) захищається від перенавантаження запобіжним (переливним) клапаном, який налагоджують на необхідний тиск ( pкл = pн ), що контролюється манометром (див. рис.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

38

3.2). Тому практично маємо умову pн = const . Витрата (подача)

насоса (насосної установки) від силових режимів роботи гідроприводу практично не залежить і обумовлюється тільки режимом роботи самого насоса (насосів). Для нерегулівних насосів за умови відсутності механізмів, що змінюють частоту обертання вала насоса, режимом роботи насоса є номінальний режим. Тоді витрата робочої рідини через переливний клапан під час руху поршня гідроциліндра визначається формулою:

Частіше за все механічна потужність на вал насоса передається від електродвигуна через муфтове з’єднання або через редуктор (ремінну передачу). Електродвигун вибирають з каталогу [3] або з додатку Д (таблиця Д.11) на підставі значень Nн та nн ном , зазначають його марку, значення параметрів Nе та nе. Слід дотримуватися таких умов: Nе ³ Nн ;

співвідношенням корисної потужності гідроциліндра та споживної потужності насоса:

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

39

ПЕРЕЛIК ПОСИЛАНЬ

1.Башта Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. – М.: Машиностроение, 1982. – 590 с.

2.Гідроприводи та гідропневмоавтоматика: Підручник /В.О.Федорець, М.Н.Педченко, В.Б.Струтинський та ін. – К.: Вища шк., 1995. – 463 с.

3.Карвовский Г.А., Окороков С.П. Справочник по асинхронным двигателям и пускорегулирующей аппаратуре. – М.: Энергия, 1969. – 256 с.

4.Лещій Н.П., Мандрус В.І. та ін. Машинобудівна гідравліка. Задачі та приклади розрахунків: Навчальний посібник для вузів. – Львів, 1995. – 238 с.

5.Нагорный В.С., Денисов А.А. Устройства автоматики гидро- и пневмосистем: Учебн. пособие техн. вузов. – М.: Высш. шк., 1991.

– 367 с.

6.Скляревський О.М. Об’ємний гідропривід. – Запоріжжя, 2002. – 354 с.

7.Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / Под общ. ред. Б.Б.Некрасова. – 2-е изд., перераб.

и доп. – Мн.: Выш. шк.., 1985. – 382 с.

8.Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник.– 2-е изд., перераб. и доп.– М.: Машиностроение, 1988.– 512 с.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

40

Додаток А Зразок титульного аркуша

МIНIСТЕРСТВО НАУКИ І ОСВIТИ УКРАЇНИ

ЗАПОРIЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНIЧНИЙ УНIВЕРСИТЕТ

Кафедра теплотехніки та гідравліки

РОЗРАХУНКОВО-ГРАФІЧНЕ ЗАВДАННЯ № 1

“РОЗРАХУНОК ГІДРОСТАТИЧНОГО НАВАНТАЖЕННЯ НА ТВЕРДІ ПОВЕРХНІ РІЗНИХ ФОРМ”

Виконав:

Студент групи __________ /_________________/ “___” _______ 201 __

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com