расчет гидропривода. Расчет объемного гидропривода поступательного движения 95 вариан. Исходные данные 3 Принципиальная схема гидравлического привода 4
 Скачать 0.72 Mb.
|
|
Содержание: Введение 2 Исходные данные: 3 1. Принципиальная схема гидравлического привода 4 2. Описание работы гидравлического привода 5 3. Режим работы гидропривода 7 4. Выбор марки рабочей жидкости 8 5. Расчет гидравлического цилиндра 8 6. Определение расхода, потребляемого гидроцилиндрами 9 7. Выбор гидронасоса 10 8.Расчет гидролинии 11 8.1. Расчет диаметров труб и рукавов 11 8.2. Расчет и выбор гидробака 16 9. Подбор основных агрегатов гидропривода 17 10. Расчет мощности и КПД гидропривода 18 11. Тепловой расчет гидропривода 19 12. Библиографический список 21 ВведениеВ строительно-дорожных и подъемно-транспортных машинах обычно применяется насосный объемный гидравлический привод. Объемный гидропривод имеет достоинства, определяющие его широкое распространение в машиностроении. Это малая масса и габариты, а, следовательно, и малая инерционность движущихся частей. Гидропривод легко управляется и автоматизируется, может создавать очень большие усилия и передаточные отношения. Он позволяет плавно и в широком диапазоне регулировать скорость движения рабочего органа. Благодаря обильной и постоянной смазке гидропривод долговечен и надежен. К недостаткам гидропривода относятся: сравнительно невысокий КПД; необходимость высокой герметичности гидроаппаратов, а, следовательно, точности обработки деталей, что обуславливает их повышенную стоимость; большая металлоемкость; возможность нестабильной работы, вызываемой температурными колебаниями вязкости рабочей жидкости. Пластинчатые насосы, широко применяемые в строительно-дорожных машинах, развивают давление 6,3 МПа, могут работать при максимальном давлении 12 МПа, но продолжительность максимального нагружения не должна превышать 2% длительности рабочего цикла. Кроме того, они отличаются большим постоянством параметров и характеристик при длительной эксплуатации с переменными внешними условиями, высокими объемным и механическим КПД. Исходные данные:1) Тип гидронасоса: аксиально-поршневой; 2) Тип гидродвигателя: три аксиально-поршневых ГЦ с односторонним штоком; 3) Нагрузка на рабочем органе: 2х200 кН; 4) Скорость рабочего органа: 0,06 м/с; 5) Длина напорной гидролинии: 8 м, 6) Длина сливной гидролинии: 8 м, 7) Тип распределителя: 3 позиции; 8) Способ управления гидрораспределителем – электромагнитный; 9) Режим работы гидропривода: тяжелый; 10) Способ установки фильтра: в сливной гидролинии. 11) К=3 – количество исполнительных гидродвигателей; 12) Температура окружающего воздуха – 10 … +25°С. 13)Сила сопротивления на выходном звене гидропривода,  кН14)Номинальная линейная скорость выходного звена гидропривода,  м/с.15) Номинальное давление рабочей жидкости в гидросистеме,  МПа1. Принципиальная схема гидравлического приводаДанный гидропривод относится к насосному гидроприводу поступательного движения с разомкнутой системой циркуляции рабочей жидкости. В состав гидропривода входят: бак (Б) – резервуар, предназначенный для размещения рабочей жидкости; аксиально-поршневой насос (Н) – предназначен для создания давления в гидросистеме; клапан предохранительный (КП) – предназначен для поддержания постоянного давления в гидросистеме; манометр (МН) – предназначен для контроля давления в гидросистеме; фильтр (Ф) – предназначен для очищения рабочей жидкости от продуктов износа трущихся деталей гидропривода; трехпозиционный распределитель с электромагнитным управлением (Р) – предназначен для управления направлением движения штока; гидроцилиндры (Ц1, Ц2) – предназначен для передачи усилия на рабочий орган; 8) Условные обозначения трубопроводов: 1 – всасывающий трубопровод; 2 – участки напорного трубопровода; 3,4,5 – сливной трубопровод; 7,8 – трубопроводы, соединяющие распределитель с гидроцилиндрами. 2. Описание работы гидравлического приводаПервичной частью гидропривода является нерегулируемый аксиально-поршневой гидравлический насос Н, создающий напор рабочей жидкости, в качестве которой используется минеральное масло. Насос приводится в действие от асинхронного электродвигателя М. поскольку гидропривод оснащен одним насосом, то данный гидропривод является однопоточным. Энергия рабочей жидкости преобразуется в механическую работу с помощью двух параллельно соединенных гидравлических цилиндров Ц1 и Ц2 ,которые являются вторичной частью гидропривода. Штоки гидроцилиндров соединены с рабочим органом и в процессе рабочего хода преодолевают технологическую нагрузку. При выдвижении шток каждого гидроцилиндра совершает рабочий ход, а при втягивании штока – холостой ход. Рассматриваемый гидропривод имеет разомкнутую циркуляцию рабочей жидкости, резервуаром рабочей жидкости служит масляный бак Б закрытого типа. Жидкость в баке находится под атмосферным давлением. Для управления механизмами, приводимыми в движение гидроприводом, для обеспечения заданных скоростей и схемы движения, последовательности работы механизмов посредством соответствующего изменения давления и расхода рабочей жидкости в данном гидроприводе предусмотрены направляющий (распределитель Р) и регулирующий (предохранительный клапан КП) гидравлические аппараты. Перемещение золотника распределителя вправо или влево от исходного центрального положения осуществляется посредством двух электромагнитов. В среднее (исходное) положение золотник устанавливается при обесточенных электромагнитах с помощью двух пружин . Необходимые качественные показатели и состояние рабочей жидкости (вязкость, температура, степень очистки) поддерживаются кондиционерами рабочей жидкости: масляным фильтром Ф и маслоохладителем АТ. Последующее охлаждение масла происходит в масляном баке Б. давление масла во время работы гидропривода контролируется с помощью манометра МН. Гидропривод работает следующим образом. Насос Н через всасывающую гидролинию забирает масло из бака Б и подает его под давлением в напорную гидролинию. В гидроцилиндры Ц1 и Ц2 масло поступает через распределитель Р. Распределитель имеет две рабочие и одну нейтральную позиции, обозначенные на схеме римскими цифрами I, II, III. При установке золотника распределителя в положение II под действием пружин образуется следующий гидропоток (поток масла):  В среднем положении распределителя рабочей полости гидроцилиндры заперты запорно-регулирующим элементом Р, а насос разгружается – он перекачивает масло с небольшим давлением через распределитель по сливной гидролинии в бак. В этом положении происходит холостой ход гидропривода. При установке распределителя в положении I включается ход поршней гидроцилиндров вправо по схеме. При этом образуется следующий гидропоток :  Масло одновременно подается в поршневые полости гидроцилиндров, при этом масло из штоковых полостей через распределитель сливается в бак. При установке распределителя в положение III включается ход поршней гидроцилиндров влево по схеме. Образуется гидропоток:  Масло подается в штоковые полости гидроцилиндров, при этом масло из поршневых полостей гидроцилиндров через распределитель сливается в бак. Поскольку данный гидропривод является нерегулируемым, то избыток масла от нерегулируемого насоса при рабочем ходе поршня гидроцилиндра сливается в бак через переливной клапан КП, который также предохраняет агрегаты гидропривода от перегрузки при недопустимо высоком давлении масла. Давление масла при работе гидропривода контролируется с помощью манометра МН. 3. Режим работы гидроприводаВ первую очередь необходимо определить режимы работы данного гидропривода. Поскольку задан тяжелый режим нагружения гидропривода, то он характеризуется следующими характеристиками: – интенсивность использования рабочего органа машины – 200 – 400 включений в час; – коэффициент использования номинального давления – 0,7 – 0,9 kд – коэффициент продолжительности работы гидропривода под нагрузкой – 0,5 – 0,8 kн 4. Выбор марки рабочей жидкостиВыбор марки рабочей жидкости определяется режимом работы гидропривода, температурными условиями его работы, номинальным давлением рабочей жидкости. Проектируемый гидропривод предназначен для работы при положительных температурах окружающей среды, а максимальная температура рабочей жидкости не должна превышать 70°С. Перечисленным условиям соответствует минеральное масло марки МГ20, которое предназначено для применения в гидроприводах, работающих при положительных температурах в закрытых помещениях. Масло МГ20 обладает следующими номинальными техническими характеристиками: – кинематическая вязкость при 50°С – 20 мм2/с – 0,2 м2/с (20 сСт);. – температура застывания – 40°С; – температура вспышки – 180°С; – плотность при 50°С – 985 кг/м3. 5. Расчет гидравлического цилиндраВ общем случае усилие R, развиваемое гидроцилиндром, определяется из соотношения:  где  - давление в напорной гидролинии (номинальная подача насоса); D – внутренний диаметр гидроцилиндра;  Механический КПД для неизношенного гидроцилиндра принимаем равным 0,95. Тогда расчетный внутренний диаметр гидроцилиндра будет равен  Полученную величину округляем в большую сторону до ближайшего нормального (стандартного) значения: D=210 мм. После округления диаметра цилиндра вычислим развиваемое гидроцилиндром рабочее усилие при номинальном давлении масла:  6. Определение расхода, потребляемого гидроцилиндрамиОпределим расход масла, потребляемого гидроцилиндром. Для получения заданной скорости V (м/мин) скорости поршня в полость гидроцилиндра с площадью поршня  (м2) следует подать теоретический расход (л/мин) при условии, что объемный КПД неизношенного гидроцилиндра с новыми уплотнениями   где  м/мин – максимальная заданная скорость поршня.7. Выбор гидронасосаВ проектируемом однопоточном гидроприводе один насос обеспечивает питанием два гидродвигателя, поэтому его расчетная подача должна быть не менее теоретического расхода масла, подаваемого на три гидроцилиндра:  Величина  равна расходу гидропривода.По справочнику [1] выбираем нерегулируемый аксиально-поршневой насос модели 210.12.00.03, который характеризуется следующими основными техническими параметрами: – рабочий объем –  = 18 см3; – номинальное давление на выходе из насоса – 20 МПа; – максимальное давление – 32 МПа; – максимальная частота вращения вала – 5000 мин-1; – минимальная частота вращения вала – 2800 мин-1; –максимальный КПД при номинальном режиме работы –0,96; – минимальный КПД при номинальном режиме работы –0,88; –номинальная мощность 9 кВт; – масса – 4 кг. Исходя из предложенного режима работы гидропривода, для привода насоса выбираем асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа 4А112М2УЗ с синхронной частотой вращения 3000 мин-1 и номинальной мощностью 7,5 кВт [2]. Подача насоса 210.12.00.03 при частоте вращения приводного вала  3000 мин-1 будет равна:  Максимальное давление, которое может развивать насос при перегрузках, ограничивается предохранительным клапаном. Предохранительный клапан должен открывается при давлении, превышающем расчетное давление насоса, на 15 – 30 %. Исходя из указанного условия и технических параметров насоса 210.12.00.03, давление настройки предохранительного клапана устанавливается равным 40 МПа (25%). Поскольку насос 210.12.00.03 имеет постоянную производительность, то избыток подаваемого насосом в гидроцилиндр масла будет сливаться в бак через переливной золотник предохранительного клапана. 8.Расчет гидролинии8.1. Расчет диаметров труб и рукавовРасчет гидролиний состоит в определении внутреннего диаметра трубопроводов и потерь давления, возникающих при движении рабочей жидкости по трубопроводам и другим элементам гидропривода. Расчет трубопроводов производится по участкам, на которые разбивается гидравлическая схема гидропривода. Под участком понимается часть гидролинии между разветвлениями, пропускающая постоянный расход и имеющая постоянный диаметр. Участок может представлять собой прямолинейный участок трубы либо на нем могут быть присутствовать различные местные сопротивления (колена, тройники, крестовины, штуцеры и другие). Внутренний диаметр (мм) жесткой металлической трубы или гибкого резинометаллического рукава предварительно определяется по формуле:  ,где Q =41,4 – расход жидкости на рассматриваемом участке, л/мин; V – средняя скорость жидкости, м/с. Полученное значение диаметра округляется до величины, определяемой ГОСТ 8732-78 и ГОСТ 8734-75. Предварительно были приняты следующие значения скоростей масла в трубопроводах: во всасывающем – 1 м/с, в напорном – 4,5 м/с, в сливном – 1,5 м/с. Всасывающая гидролиния  Напорная гидролиния:  Сливная гидролиния:  Затем по принятому диаметру определяется действительная средняя скорость (м/с) масла в трубопроводе:  Всасывающая гидролиния:  Напорная гидролиния:  Сливная гидролиния:  Принятые и вычисленные значения расходов, диаметров и скоростей представлены в таблице 1. Таблица 1. Исходные данные для расчета гидравлических потерь
Исходя из номинального давления рабочей жидкости в гидроприводе в качестве трубопроводов выбираем тонкостенные трубы стальные бесшовные холоднодеформированные по ГОСТ 8734-75 из углеродистой конструкционной стали марки 20. Определим необходимую толщину стенки δ (мм) напорного трубопровода по формуле: δ=  где  – максимальное давление масла, МПа (в рассчитываемом гидроприводе );  – допустимое напряжение материала трубы на разрыв, МПа (для стали 20 примем  Тогда толщина стенки трубы будет равна  По результатам расчета выбираем толщину стенок трубопроводов 1 мм. Тогда обозначение напорного трубопровода – 15×1, сливного трубопровода – 25×1, где числа 15 и 25 – наружный диаметр трубы в мм. 8.2. Расчет и выбор гидробакаОсновным параметром гидробака является его вместимость. На этапе предварительного расчета вместимость гидробака Vб выбирают в зависимости от минутной подачи насоса Qн по формуле:  где Кб – коэффициент, зависящий от режима работы гидропривода. Расчетное значение объема бака согласовывают со стандартным по ГОСТ 12448-80. Окончательно вместимость бака определяет тепловым расчетом гидросистемы и вновь согласовывают с ГОСТ. Наиболее распространены гидробаки, имеющие форму параллелепипеда. Площадь теплоотдачи таких баков может быть определена по формуле:  где Vб – вместимость гидробака, м3. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
. 
во всех последовательно включенных гидроагрегатах и трубопроводах: 
.
,
– температура окружающего воздуха, 
; 
– охлаждаемая поверхность бака;
– объем масла в баке.
[3]. 
, 
то температура масла при работе гидропривода в номинальном режиме составит:
