Выбор гидропривода. Курсовая Захаров К. Министерство науки

• Название: Министерство науки
• Анкор: Выбор гидропривода
• Дата: 23.04.2023
• Размер: 339.59 Kb.
• Имя файла: Курсовая Захаров К.docx
• Тип: Реферат; #1084063

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт геологии и нефтегазодобычи

Кафедра: «Машины и оборудование

нефтяной и газовой промышленности»

Защита Оценка

К защите Дата

Подпись Подпись


ГИДРОПРИВОД

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине

«Гидромашины и компрессоры»

210301.021.000 ПЗ


Разработал: студент группы ЭОПб-20-2 Захаров К.Е.

Руководитель: д.т.н., профессор Пивень В.В.


Тюмень, 2021

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ 7

Задание для курсовой работы: 7

1.1 Выбор функциональной схемы гидропривода 7

1.2 Выбор рабочей жидкости 9

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 10

2.1 Выбор гидродвигателя 10

Выбираем гидроцилиндр HM0025160050. 11

2.2 Определение расхода жидкости 11

2.3 Выбор гидравлической аппаратуры 12

2.4 Расчет гидравлической сети 14

2.5 Выбор насоса и определение его рабочего режима 20

2.6 Выбор электродвигателя 21

2.7 Расчет КПД гидропривода 22

2.8 Определение объема масляного бака 22

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 23

ВВЕДЕНИЕ

Гидроприводом называется совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости, находящейся под давлением, с одновременным выполнением функций регулирования и реверсирования скорости движения выходного звена гидродвигателя. Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объемные. В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости. В объемных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости.

Объемный гидропривод состоит из гидропередачи, устройств управления, вспомогательных устройств и гидролиний.

Объемная гидропередача, являющаяся силовой частью гидропривода, состоит из объемного насоса (преобразователя механической энергии приводящего двигателя в энергию потока рабочей жидкости) и объемного гидродвигателя (преобразователя энергии потока рабочей жидкости в механическую энергию выходного звена). В состав некоторых объемных гидропередач входит гидроаккумулятор (гидроемкости, предназначенные для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, с целью последующего ее использования для приведения в работу гидродвигателя). Кроме того, в состав гидропередач могут входить также
гидропреобразователи - объемные гидромашины для преобразования энергии потока рабочей жидкости с одними значениями давления P и расхода Q в энергию другого потока с другими значениями P и Q. Устройства управления предназначены для управления потоком или другими устройствами
гидропривода. При этом под управлением потоком понимается изменение или поддержание на определенном уровне давления и расхода в гидросистеме, а также изменение направления движения потока рабочей жидкости.

К устройствам управления относятся:

1. 
   гидрораспределители, служащие для изменения направления движения потока рабочей жидкости, обеспечения требуемой последовательности включения в работу гидродвигателей, реверсирования движения их
   выходных звеньев и т.д.;
   
2. 
   вспомогательные устройства обеспечивают надежную работу всех элементов гидропривода. К ним относятся: кондиционеры рабочей жидкости (фильтры, теплообменные аппараты и др.);
   
3. 
   уплотнители, обеспечивающие герметизацию гидросистемы;
   гидравлические реле давления;
   гидроемкости (гидробаки и гидроаккумуляторы рабочей жидкости) и др.
   

В зависимости от конструкции и типа входящих в состав гидропередачи элементов объемные гидроприводы можно классифицировать по нескольким признакам.

По характеру движения выходного звена гидродвигателя: гидропривод вращательного движения, когда в качестве гидродвигателя применяется гидромотор; гидропривод поступательного движения, у которого в качестве гидродвигателя применяется гидроцилиндр; гидропривод поворотного движения, когда в качестве гидродвигателя применен поворотный гидроцилиндр, у которого ведомое звено совершает возвратно-поворотное движение на угол, меньший 360.

По возможности регулирования: регулируемый гидропривод, в котором в процессе его эксплуатации скорость выходного звена гидродвигателя можно изменять по требуемому закону;
нерегулируемый гидропривод, у которого нельзя изменять скорость движения выходного звена гидропередачи.

По схеме циркуляции рабочей жидкости: гидропривод с замкнутой схемой циркуляции, в котором рабочая жидкость от гидродвигателя возвращается во всасывающую гидролинию насоса; гидропривод с разомкнутой системой циркуляции, в котором рабочая жидкость постоянно сообщается с
гидробаком или атмосферой. Достоинства такой схемы хорошие условия для охлаждения и очистки рабочей жидкости.

По источнику подачи рабочей жидкости: насосные гидроприводы, в которых рабочая жидкость подается в гидродвигатели насосами, входящих в состав этих гидроприводов; аккумуляторные гидроприводы, в которых рабочая жидкость подается в гидродвигатели из гидроаккумуляторов, предварительно заряженных от
внешних источников, не входящих в состав данных гидроприводов; магистральные гидроприводы, в которых рабочая жидкость подается к гидродвигателям от специальной магистрали, не входящей в состав этих приводов.

По типу приводящего двигателя гидроприводы могут быть с электроприводом, приводом от ДВС, турбин и т.д.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Задание для курсовой работы:

1. 
   Гидропередача состоит из аксиального роторно-поршневого насоса, параллельно подключенных к нему силового гидроцилиндра с односторонним штоком и двух гидромоторов, а также гидромагистрали протяженностью 15 м.
   
2. 
   Силовой гидроцилиндр и гидромоторы работают одновременно.
   
3. 
   Усилие на штоке F, 15 кН.
   
4. 
   Скорость поршня , 0,09 м/с.
   
5. 
   Моменты на валах М₁=М₂, 0,02 кН м.
   
6. 
   Частота вращения валов гидромотора n₁=n₂, 1400 об/с.
   
7. 
   Номинальное давление Р, 10 Мпа.
   
8. 
   Длины трубопроводов l₁=2 м, l₂=l_э=5 м, l₁=l₅=6 м, l_сл=10 м.
   

1.1 Выбор функциональной схемы гидропривода

Рассчитываем выходную мощность на валах гидромоторов:



M – крутящий момент на валу гидромотора, кНм;

n– частота вращения вала гидромотора, об/мин.

кВт

Так как в гидросистеме находятся 2 гидромотора, их выходные мощности суммируются, следовательно .

Выбираем объемный метод регулирования, так как >3кВт.

Рассчитываем выходную мощность на штоках гидроцилиндра



F – усилие на штоке, кН;

– максимальная скорость перемещения штока, м/с;



Выбираем дроссельный метод регулирования.



Рис.1.1 – Схема гидропривода

Для фиксации штока гидроцилиндра ставим гидрозамок, который перекрывает движение жидкости в одном или в обоих направлениях; для разгрузки насоса устанавливаем редукционный клапан; для изменения направления, регулирования величины и запирания потока рабочей жидкости используем распределитель 4-ч линейный 3-х позиционный; для фильтрации жидкости от механических примесей, во всасывающей линии устанавливаем фильтр перед гидробаком. Регулируемый насос устанавливаем для регуляции и изменения потока жидкости.

1.2 Выбор рабочей жидкости

При обосновании выбора рабочей жидкости следует руководствоваться основными требованиями, предъявляемыми к ней. Важными параметрами характеристики жидкости являются температуры застывания и замерзания.

В качестве рабочей жидкости выберем масло индустриальное марки И – 50А (ГОСТ 20799 – 75). Данное масло имеет следующие характеристики:

1. 
   Вязкость при температуре 50⁰С = 47…55 10^-6 м²/с
   
2. 
   Температура вспышки = 200⁰С
   
3. 
   Температура застывания = – 20⁰С
   
4. 
   Пределы рабочих температур = +10 … +70⁰С
   
5. 
   Плотность 890 … 930 кг/м³
   
6. 
   
   

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор гидродвигателя

По заданному крутящему моменты, а также по числу оборотов выбираем нерегулируемый, с наклонным блоком гидромотор типа МН250/100.

• 
  Номинальное давление = 10 МПа
  
• 
  Рабочий объем = 250 см³
  
• 
  Частота вращения = от 10 до 1500 об/мин
  
• 
  Объемный КПД = 0.96
  
• 
  Общий КПД = 0.90
  

При создании необходимого крутящего момента М перепад давлений в гидромоторе Рд составит:



где _до – объемный к.п.д.;

q_д - рабочий объем гидромотора, м³;

_д – общий к.п.д.



Найдем перепад давлений в гидроцилиндре.

По выходному заданному усилию на штоке и допускаемому напряжению сжатия (растяжения) материала находится площадь сечения штока f_ш:



где  - допускаемое нормальное напряжение, Н/м². Допускаемое напряжение на сжатие для стали 40ХН - 110⁸ Н/м²







По ГОСТу принимаем диаметр штока равным 16 мм, а диаметр цилиндра равный 25 мм.

Выбираем гидроцилиндр HM0025160050.

2.2 Определение расхода жидкости

Расход рабочей жидкости гидромотора находится согласно выражениям:





где Q_{м max} и Q _{м min} – максимальный и минимальный расход жидкости;

q_м – рабочий объем гидромотора (теоретический расход жидкости за один оборот вала), м³/об;

n_max и n_min – максимальная и минимальная скорости вращения вала гидромотора (по заданию), об/с;

_ом – объемный к.п.д. (из технической характеристики гидромотора). Для поршневых гидромоторов _ом = 0,96.





Расход рабочей жидкости в бесштоковой полости силового гидроцилиндра определяется:





Q_{ц max} и Q_{ц min} - максимальный и минимальный расход жидкости;

_max и _min – максимальная и минимальная скорости движения поршня (по заданию), м/с;

D – внутренний диаметр цилиндра, м;

_оц = 0,99 – объемный к.п.д. силового гидроцилиндра.





Так как гидроприводы работают не одновременно и подключены параллельно, расходы суммируются.

2.3 Выбор гидравлической аппаратуры

Исходя из задачи выбираем:

1. 
   Гидрораспределитель типа КЭ 1,6-2,5-16 для гидромоторов
   

Характеристики:

• 
  Номинальная подача 2,5 л/мин
  
• 
  Номинальное давление 16 Мпа
  
• 
  Потери давления при номинальном режиме не более 0,5 Мпа
  

2. 
   Гидрораспределитель типа 26.1401 для гидроцилиндра
   

Характеристики:

• 
  Номинальная подача 180 л/мин
  
• 
  Номинальное давление 14 Мпа
  
• 
  Потери давления при номинальном режиме не более 0,3 Мпа
  

3. 
   Обратный клапан типа КВРНД
   

Характеристики:

• 
  Пропускная способность 16 л/мин
  
• 
  Номинальное давление 10 МПа
  
• 
  Потери давления при номинальном режиме не более 0,3 Мпа
  

4. 
   Фильтр сливной, типа ГМ-16-10-50
   

Характеристики:

• 
  Тонкость фильтрации 10 мкм
  
• 
  Пропускная способность 50 л/мин
  
• 
  Номинальное давление 16 МПа
  
• 
  Потери давления при номинальном режиме не более 0,2 Мпа
  
1. 
   Гидрозамок З.М. 10000
   

Характеристики:

• 
  Диаметр условного прохода 10 мм
  
• 
  Пропускная способность 50 л/мин
  
• 
  Номинальное давление 16 МПа
  
• 
  Потери давления при номинальном режиме не более 0,2 Мпа
  
1. 
   Редукционный клапан М-КР
   

Характеристики:

• 
  Диаметр условного прохода 10 мм
  
• 
  Пропускная способность 40 л/мин
  
• 
  Номинальное давление 10 МПа
  
• 
  Потери давления при номинальном режиме не более 0,3 Мпа
  

2.4 Расчет гидравлической сети

Расчет гидравлической сети сводится к определению диаметров стандартных труб при максимальном расходе жидкости и к подсчету потерь давления. Диаметры трубопроводов определяются из условия обеспечения допустимых эксплуатационных скоростей _экс:

• 
  всасывающие трубопроводы – 0,5…1,5 м/с;
  
• 
  сливные трубопроводы – 2 м/с;
  
• 
  нагнетательные трубопроводы при давлении до 2,5 МПа – 3 м/с, при давлении до 10 МПа – 5 м/с, при давлении более 15 МПа – 8…10 м/с.
  

Используя уравнение постоянства расхода, определяют диаметр трубопровода:

(2.9)

где d_р - внутренний диаметр трубопровода, м;

Q_max – максимальный расход, определяемый по уравнению, м³/с;

_экс – эксплуатационная скорость движения рабочей жидкости, м/с.

Полученный диаметр трубы d_р округляется до величины стандартизированного ряда d.

Для всасывающего трубопровода:

м

Округляем до 34 мм

Для сливного трубопровода:

м

Округляем до 28 мм

Для нагнетательного трубопровода:

м

Округляем до 18 мм.

Определим скорость движения жидкости для каждого трубопровода.



Для всасывающего трубопровода:



Для сливного трубопровода



Для нагнетательного трубопровода:



Определим потери в гидросистеме с помощью уравнения



Где P_w – суммарные потери давления, МПа;

P_l – сумма потерь давления по длине во всасывающем, нагнетательном и сливном трубопроводах, МПа;

Р_м – сумма потерь давления в местных сопротивлениях (в гидроаппаратуре и фасонных частях трубопровода), МПа.

Потери давления по длине трубопровода определяются согласно формуле:

где  - плотность, кг/м³;

g – ускорение силы тяжести, м/с²;

 - коэффициент Дарси;

l – длина соответствующей трубы,м;

d – диаметр трубы, м;

– скорость движения жидкости в трубе, м/с.

Коэффициент  зависит от режима движения жидкости, который в свою очередь характеризуется числом Рейнольдса Re:



где  - кинематическая вязкость жидкости, м²/с.

Для всасывающего трубопровода:



Коэффициент Рейнольдса меньше 2300, соответственно режим течения ламинарный. При ламинарном режиме движения жидкости, коэффициент Дарси определяется по формуле Стокса:



Найдем потери давления на всасывающем трубопроводе



Нагнетательный трубопровод





Потери давления в нагнетательном трубопроводе



Сливной трубопровод





Потери давления в сливном трубопроводе



Найдем местные потери давления. Подсчет потерь давления в выбранной гидроаппаратуре производится с помощью квадратичного закона сопротивления:

где Р_ном – номинальная потеря давления, указанная в технической характеристике гидроустройства при номинальном расходе Q_ном, МПа.

1. 
   Потери давления в гидрораспределителе при гидромоторе
   

2. 
   Потери давления в гидпрораспределителе при гидроцилиндре
   

3. 
   Потери давления в обратном клапане
   

4. 
   Потери давления в сливном фильтре
   

5. 
   Потери давления в гидрозамке
   

6. 
   Потери давления в редукционном клапане
   

Таблица 2.1 – Потери давления на участках гидросистемы

Участок гидросистемы	Потери давления, МПа
	по длине, Pl	местные, Pм	общие, Pw
Всасывающий	0,0012	0,253	0,2536
Нагнетательный	0,5454	0,1653	0,7107
Сливной	0,04877	0,279	0,3278
Сумма	0,5942	0,6973	1,2915

Так как в гидроприводах трубопроводы относятся к коротким, то основные потери давления падают на местные сопротивления, в которых, как правило, имеет место квадратичный закон сопротивления. Поэтому сопротивление системы можно принять величиной постоянной, а уравнение (2.11) записать в виде:



где a – сопротивление трубопровода.

Зная максимальный расход жидкости Q_max и сумму потерь давления P_w (из таблицы 2.1), определяется а:





Общее давление в гидросети, необходимое для работы гидропривода, описывается уравнением:





где Р_с – общее давление в гидросети, МПа;

z – число последовательно соединенных одинаковых и одновременно работающих гидродвигателей;

Р_д(ц) – перепад рабочего давления в гидромоторе (силовом гидроцилиндре).

Задаваясь значениями расхода Q, по уравнению (2.20) строится напорная характеристика гидросети: P_с = f(Q)

2.5 Выбор насоса и определение его рабочего режима

Выбираем аксиально-поршневой регулируемый насос с наклонным блоком типа НА-М.

• 
  Рабочий объем 90 см3;
  
• 
  номинальное давление 32(40) МПа;
  
• 
  номинальная подача 100 л/мин;
  
• 
  номинальная частота вращения 1500 об/мин;
  
• 
  объемный КПД 0,95;
  
• 
  полный КПД 0,91.
  

Строим совместную напорную характеристику насоса и трубопровода, чтобы найти рабочую точку.

Рис.2.1 Совмещенная напорная характеристика насоса и трубопровода

2.6 Выбор электродвигателя

Определив по рабочей точке режим работы насоса (P_p ; Q_p), рассчитывается мощность на его валу:



где N_в – мощность на валу насоса, Вт;

Р_р – развиваемое давление, Па;

Q_р – производительность насоса, м³/с;

 - общий к.п.д. насоса.



По найденной мощности, с учетом поправки в 15%, выбираем электродвигатель типа А02-61-4. Номинальная мощность 13 кВт, частота оборотов 1460 об/мин

2.7 Расчет КПД гидропривода

Зная выходную мощность гидродвигателя N_д(ц) и мощность на валу насоса, общий к.п.д. можно определить по формуле:





Данное значение КПД гидродвигателя входит в диапазон допустимых значений.

2.8 Определение объема масляного бака

Ориентировочно емкость бака W_б можно принять равным двум минутным подачам насоса:

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   Челомбитко С.И. Гидромашины и компрессоры: Методические указания для курсовых работ (Часть 1). – Тюмень, изд-во «Тюменский индустриальный университет», 2017.-32с.
   
2. 
   Челомбитко С.И. Гидромашины и компрессоры: Методические указания для курсовых работ (Часть 2). – Тюмень, изд-во «Тюменский индустриальный университет», 2017.-34с.
   
3. 
   Н.С. Галдин, И.А. Семенова Гидравлические элементы мобильных машин: Учебное пособие. – Омск: СибАДИ, 2016. – 231с.
   
4. 
   Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. — М: Машиностроение, 1982. — 429 с.
   
5. 
   Скрицкий В.Я., Рокшевский В.А. Эксплуатация промышленных гидроприводов. — М.: Машиностроение, 1984. — 176 с.