Расчет объемного гидропривода поступательного движения Н(1). Исходные данные 3 Принципиальная схема гидравлического привода 4
 Скачать 1.48 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 номинального давления 7 5. Выбор марки рабочей жидкости 9 6. Расчет гидравлического цилиндра 9 7. Определение расхода, потребляемого гидроцилиндрами 10 8. Выбор гидронасоса 11 9.Расчет гидролинии 12 9.1. Расчет диаметров труб и рукавов 12 9.2. Расчет гидравлических потерь 17 10. Подбор основных агрегатов гидропривода 22 11. Расчет мощности и КПД гидропривода 23 12. Тепловой расчет гидропривода 24 13. Библиографический список 26 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: 0,08 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) Тип рабочей жидкости – минеральное масло; 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 номинального давленияИсходя из того, что был задан аксиально-поршневой гидронасос, то номинальное давление рабочей жидкости выбирается равным 20 МПа, что соответствует нормальному ряду номинальных давлений по ГОСТ 6540-68. 5. 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. 6. 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=125 мм. После округления диаметра цилиндра вычислим развиваемое гидроцилиндром рабочее усилие при номинальном давлении масла:  7. 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.8. Выбор гидронасосаВ проектируемом однопоточном гидроприводе один насос обеспечивает питанием два гидродвигателя, поэтому его расчетная подача должна быть не менее теоретического расхода масла, подаваемого на оба 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 –  = 12 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:  = 34560  .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. 9.Расчет гидролинии9.1. 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 – 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:  , принимаем 28 мм.Напорная гидролиния:  , принимаем 13 мм.Сливная гидролиния:  , принимаем 23 мм.Затем по принятому диаметру определяется действительная средняя скорость (м/с) масла в трубопроводе:  Всасывающая гидролиния: V = 21·(  ) = 0,93 м/с.Напорная гидролиния: V = 21·(  ) = 4,29 м/с.Сливная гидролиния: V = 21·(  ) = 1,37 м/с.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 δ=  = 0,52 мм.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. 9.2. Расчет гидравлических потерьГидравлические потери, возникающие при прохождении масла по трубопроводам и гидроаппаратам, складываются из потерь на гидравлическое трение  , потерь в местных сопротивлениях  и потерь в гидроаппаратах  .Потери давления на трение (Па) определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:  где  – плотность масла, кг/м3; λ – коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси); L – длина участка трубопровода, м;  – средняя скорость масла, м/с;  – внутренний диаметр трубопровода, м.Для вычисления коэффициента гидравлического трения необходимо определить режим течения жидкости в трубопроводе по числу Рейнольдса:  где  – кинематическая вязкость выбранного масла, м2/с. Вычисляем для напорного и сливного трубопроводов величину Re: для напорного –  =  = 2788,5;для сливного –  =  = 11575,5.Так как для напорного трубопровода выполняется условие  , то движение масла в напорном трубопроводе является турбулентным. Следовательно, величина коэффициента гидравлического трения зависит от числа Рейнольдса и значения относительной шероховатости внутренней поверхности трубы  , где  – средняя эквивалентная шероховатость стенок трубопровода. Для стальных новых и чистых трубопроводов принимаем  . Если пренебречь шероховатостью стенок, считать трубы гидравлически гладкими можно при выполнении условия: Имеем для напорного трубопровода:  ,Следовательно, напорный трубопровод можно считать гидравлически гладким и вычислить коэффициент λ по формуле Блазиуса: λ=  Имеем для напорного трубопровода:  =  =0,0435.Для сливного трубопровода  , следовательно, движение масла в сливном трубопроводе является ламинарным. Коэффициент λ для сливного трубопровода равен:  = 0,048.Используя расчетные значения коэффициентов λ, определим потери давления на трение в напорном и сливном трубопроводах: в напорном:  в сливном:  Вычислим потери давления в местных сопротивлениях. Местными сопротивлениями в напорном трубопроводе являются золотниковый распределитель, разветвление трубопровода, вход в трубопровод, изгибы трубы. Местными потерями в сливном трубопроводе являются выход из гидроцилиндра, распределитель, масляный фильтр, маслоохладитель, изгибы трубы. Потери давления в местных сопротивлениях (в Па) определяются по формуле Вейсбаха:  где  – плотность масла, кг/м3; ξ – коэффициент местного сопротивления;  – средняя скорость масла за местным сопротивлением, м/с. Расчет потерь давления в местных сопротивлениях и в гидроаппаратах сведены в таблицы 2 и 3 соответственно.
Значения коэффициентов местных сопротивлений ξ находятся по приложению 23 (2, с. 87). Потери давления в местных сопротивлениях заносятся в таблицу 3. Таблица 2. Расчет потерь давления в местных сопротивлениях Потери давления в гидроаппаратах принимаем по их техническим характеристикам и заносим в таблицу 3. Таблица 3. Перечень установленных гидроаппаратов (технические данные и гидравлические потери)
При последовательном соединении участков трубопроводов общая потеря давления определяется как сумма всех потерь на трение и в местных сопротивлениях на всех участках: Δр∑ =  + +  +  +  +  + +  +  == 0,243+0,015+0,069+0,006+0,5+0,18+0,1+0,1 = 1,213 МПа | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
= 14502,43
= 3697,49
. 
.
,
– температура окружающего воздуха, 
; 
– охлаждаемая поверхность бака;
– объем масла в баке.
[3]. 
, 
то температура масла при работе гидропривода в номинальном режиме составит:
