Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

В строительно-дорожных и подъемно-транспортных машинах обычно применяется насосный объемный гидравлический привод.

Достоинства гидравлических приводов и их преимущества по сравнению с другими типами приводов - механическими, электромеханическими и пневматическими:

Объемный гидропривод имеет широкое распространение в машиностроении благодаря малой массы и габаритов, а, следовательно, и малой инерционности 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.

Поршневые насосы (плунжерные насосы) -- один из видов объёмных гидромашин, в котором вытеснителями являются один или несколько поршней (плунжеров), совершающих возвратно-поступательное движение.

В отличие от многих других объёмных насосов, поршневые насосы не являются обратимыми, то есть, они не могут работать в качестве гидродвигателей из-за наличия клапанной системы распределения.

Также широко применяют насосы двустороннего действия, у которых как поршневая, так и штоковая полость имеют (в отличие от дифференциальной схемы включения) свою клапанную систему распределения. У таких насосов коэффициент пульсаций ниже, а КПД выше, чем у насосов одностороннего действия.

Исходные данные

1)Тип гидронасоса: радиально-поршневой;

2)Тип гидродвигателя: два гидромотора Г16-1х;

3)Нагрузка на рабочем органе: 2х45 Н*м;

4)Скорость рабочего органа: 700 1/мин;

5)Длина напорной гидролинии: 4 м,

6)Длина сливной гидролинии: 10 м,

7)Тип распределителя: 3 позиции;

8)Способ управления гидрораспределителем - электромагнитный;

9)Режим работы гидропривода: легкий;

10)Способ установки фильтра: в сливной гидролинии.

11)Тип рабочей жидкости - минеральное масло;

12)Температура окружающего воздуха - +5 … +40°С.



1.ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА

Рисунок 1 - Принципиальная схема гидравлического привода

Условные обозначения элементов гидравлического привода:

Б - резервуар для рабочей жидкости (гидробак);

Н - насос гидравлический нерегулируемый (для создания давления в гидросистеме);

М - приводной асинхронный электродвигатель;

КП - клапан предохранительный переливной регулируемый (для поддержания постоянного давления в гидросистеме);

МН - манометр (для контроля давления в гидросистеме);

Р - трехпозиционный 4-линейный гидравлический распределитель с дистанционным электромагнитным управлением;

М1, М2 - два пластинчатых гидромотора Г16-1;

АТ - аппарат теплообменный (маслоохладитель);

Ф - фильтр масляный полнопоточный.

Условные обозначения трубопроводов:

1 - всасывающий трубопровод;

2 - напорный трубопровод;

3, 4 - участки сливного трубопровода;

5, 6 - трубопроводы, соединяющие распределитель с гидромоторами.

2.ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА

Первичной частью гидропривода является насос Н радиально-поршневого типа, создающий напор рабочей жидкости, в качестве которой используется минеральное масло. Насос приводится в действие от асинхронного электродвигателя М. Энергия рабочей жидкости преобразуется в механическую работу с помощью гидравлического двигателя объемного типа - пластинчатого гидромотора Г16-1. 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 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. Охлаждение масла также осуществляется в масляном баке Б.

Гидропривод работает следующим образом. Насос Н всасывает масло из бака Б и подает его под давлением в гидромоторы М1,М2 через распределитель Р. Распределитель имеет две рабочие и одну нейтральную позицию, обозначенные на схеме римскими цифрами I, II, III. При установке золотника распределителя в среднее положение I под действием пружин образуется следующий гидропоток:

В среднем положении распределителя рабочие полости гидромотора заперты, а насос разгружается - перекачивает масло с небольшим давлением через распределитель по сливному трубопроводу в бак. В этом положении распределителя происходит холостой ход гидропривода.

При установке распределителя в положение II включается ход валов гидромоторов вправо по схеме. При этом образуется следующий гидропоток:

Масло подается в левую по схеме полость гидромоторов, при этом масло из правой полости сливается в бак.

При установке распределителя в положение III включается ход валов гидромоторов влево по схеме. При этом образуется следующий гидропоток:

Масло подается в правую по схеме полость гидромоторов, при этом масло из левой полости гидромотора сливается в бак.

Поскольку данный гидропривод является нерегулируемым, то избыток масла от нерегулируемого насоса при рабочем ходе валов гидромоторов 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.ВЫБОР НОМИНАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ И МАРКИ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ

В первую очередь необходимо определить режимы работы данного гидропривода. Поскольку задан легкий режим нагружения гидропривода, то он характеризуется следующими характеристиками [4,с.46]:

-интенсивность использования рабочего органа машины - до 100 включений в час;

-коэффициент использования номинального давления kд - менее 0,4;

-коэффициент продолжительности работы гидропривода под нагрузкой kн - 0,1 - 0,3.

Рабочее давление влияет на габариты, стоимость, долговечность и эксплуатационную пригодность гидропривода. При выбранных высоких значениях давление гидропривод получается компактным, но при этом снижается его долговечность и возрастает стоимость при повышенном требовании к прочности и точности его элементов.

Исходя из того, что был задан радиально-поршневой гидронасос, то номинальное давление рабочей жидкости выбирается равным 32 МПа, что соответствует нормальному ряду номинальных давлений по ГОСТ 6540-68.

Выбор 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 (20 сСт);.

-температура застывания - -40°С;

-температура вспышки - 180°С;

-плотность при 50°С - 895 кг/м3.



4.РАСЧЕТ ГИДРОМОТОРА

Таблица 4.1- Техническая характеристика гидромотора Г16-1

Тип	Номин. Крутящий момент, Н•м	Рабочий объём, см3	Ном. давление, МПа	Частота вращения, мин-1	КПД
			32	700	Гидромех	Обьемный
Г16-1	45	11,2			0,82	0,98

Определим мощность на выходном валу гидромотора, Вт

(4.1)

где М - крутящий момент на валу, Н•м;

- угловая скорость, рад/с, ;

- частота вращения, об/с.

Перепад давления в гидромоторе, Па

(4.2)

где м³

- механический КПД гидромотора.

Определяем расхода рабочей жидкости проходящей через гидромотор.

(4.3)

где q_м - рабочий объём гидромотора, см³;

n_м- частота вращения вала, об/мин;

з_м.о - объёмный КПД гидромотора.



5.ВЫБОР ГИДРОНАСОСА

В проектируемом однопоточном гидроприводе один насос обеспечивает питанием два гидродвигателя Г16-1, поэтому его расчетная подача должна быть не менее теоретического расхода масла, подаваемого на оба гидромотора: . Величина равна расходу гидропривода.

Тип насоса выбирается в зависимости от способа регулирования и рабочего давления. Насос выбираю по подаче (расходу) Q и рабочему давлению р.

Выбираем эксцентриковый радиально-поршневой насос типа Н403Е с реверсивным валовым движением созданы специально для установки в гидроприводах различных агрегатов, в которых требуется поддержание давления потока жидкости 32 Мпа. Техническими параметрами:

-рабочий объем - 25 см³;

-номинальный расход - не менее 34 л/мин;

-номинальное давление на выходе из насоса - 32 МПа;

-максимальное давление - 40 МПа;

-номинальная частота вращения вала - 1500 мин^-1;

-максимальная частота вращения вала - 1500 мин^-1;

-минимальная частота вращения вала -300 мин^-1;

-номинальная потребляемая мощность - 21 кВт;

-объемный КПД при номинальном режиме работы - не менее 0,91;

-полный КПД при номинальном режиме работы - не менее 0,85;

-масса (без рабочей жидкости) - 47 кг.

Исходя из продолжительного режима работы гидропривода для привода насоса выбираем асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа 4А200М8У3 с синхронной частотой вращения 750 мин^-1 (асинхронная частота вращения ?720 мин^-1) и номинальной мощностью 18 кВт [1]. Подача у выбранного насоса должна быть больше подачи гидромоторов. Подача насоса Н403Е при частоте вращения приводного вала 720 мин^-1 будет равна:

(5.1)

где q_м - рабочий объём насоса, см³;

n_м- частота вращения вала, об/мин;

з_м.о - объёмный КПД насоса. радиальный поршневой гидропривод

Q_н ? Q, т.к 16,4 л/мин ? 15,6 л/мин - условие соблюдается.

Максимальное давление, которое может развивать насос при перегрузках, ограничивается предохранительным клапаном. Предохранительный клапан должен открываться при давлении, превышающем расчетное давление насоса, на 15-30 %. Исходя из указанного условия и технических параметров насоса Н403Е, давление настройки предохранительного клапана устанавливается равным 40 МПа.



6.РАСЧЕТ ГИДРОЛИНИЙ

6.1 Расчет диаметров трубопроводов

Расчет 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:

(6.1.1)

где Q- расход жидкости на рассматриваемом участке, л/мин;

v- средняя скорость жидкости, м/с.

Средняя скорость масла во всасывающих и сливных трубопроводах выбирается в зависимости от назначения трубопроводов, а в напорных, кроме того, - в зависимости от длины трубопровода и давления масла.

Предварительно были приняты следующие значения скоростей масла в трубопроводах: во всасывающем - 1 м/с, в напорном - 5 м/с, в сливном - 2 м/с.

Полученное значение диаметра округляется до величины, определяемой ГОСТ 8732-78 и ГОСТ 8734-75.

Всасывающая гидролиния:

Напорная гидролиния:

Сливная гидролиния:

Затем по принятому диаметру определяется действительная средняя скорость (м/с) масла в трубопроводе:

(6.1.2)

Всасывающая гидролиния:

Напорная гидролиния:

Сливная гидролиния:

Принятые и вычисленные значения расходов, диаметров и скоростей представлены в Таблице 6.1.1, в которой номер участка соответствует номеру трубопровода по принципиальной схеме гидропривода (см. рис. 1).



Таблица 6.1.1 - Исходные данные для расчета гидравлических потерь

Номер участка	Назначение	Скорость масла, м/с	Расход, л/мин	Диаметр, мм	Длина участка, м
		Допустимая	Вычисленная		Вычисленный	Принятый
1	Всасывающая гидролиния	0,5 - 1,5	0,954	16,4	18,7	19	0,5
2,5,6	Напорная гидролиния	3 - 6	4,252	16,4	8,3	9	1,5; 1,5; 1,0
3,4,7,8	Сливная гидролиния	1 - 2	1,757	16,4	13,2	14	4,0; 2,0; 2,0; 2,0

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 [3].

Определим необходимую толщину стенки напорного трубопровода по формуле:

(6.1.3)

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 1мм. Тогда обозначение напорного трубопровода - 11х1, сливного трубопровода - 16х1, где числа 11 и 16 - наружный диаметр трубы в мм.



6.2 Расчет гидравлических потерь

Гидравлические 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:

(6.2.1)

где: - плотность масла, кг/м³;

л - 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:

(6.2.2)

где - кинематическая вязкость выбранного масла, м²/с.

Вычисляем для напорного и сливного трубопроводов величину Re:

для напорного:

для сливного:

Так как для обоих трубопроводов выполняется условие , то движение масла в обоих трубопроводах является ламинарным.

Следовательно, вычислим коэффициент л :

(6.2.3)

Имеем для напорного трубопровода:

для сливного трубопровода:

Используя расчетные значения коэффициентов л, 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 гидромоторовь, распределитель, масляный фильтр, маслоохладитель, изгибы трубы. Потери давления в местных сопротивлениях (в Па) определяются по формуле Вейсбаха:

(6.2.4)

где - плотность масла, кг/м³;

о - коэффициент местного сопротивления;

- средняя скорость масла за местным сопротивлением, м/с.

Расчет потерь давления в местных сопротивлениях и в гидроаппаратах сведены в таблицы 6.2.1 и 6.2.2 соответственно.

Значения коэффициентов местных сопротивлений о находятся по приложению 23 [1, с. 87].

Таблица 6.2.1 - Расчет потерь давления в местных сопротивлениях

Гидролиния	Вид сопротивления	Коэффициент местного сопротивления о	Скорость масла V, м/с	Потери давления , Па	Суммарные потери давления, Па
Напорная	Вход в гидромотор -2шт.	0,8	4,252	2·0,5·895·0,8·=12945	27509
	Разделение потоков	1,5		0,5·895·1,5·=12136
	Закругленное колено - 2 шт.	0,15		2·0,5·895·0,15·=2428
Сливная	Слияние потоков - 2 шт.	2,0	1,757	2·0,5·895·2,0·= 5526	8705
	Закругленное колено - 2 шт.	0,15		2·0,5·895·0,15·= 415
	Выход из гидромотора -2шт	0,6		2·0,5·895·0,6·= 1658
	Вход в маслобак	0,8		0,5·895·0,8·=1106

Потери давления в гидроаппаратах принимаем по их техническим характеристикам и заносим в таблицу 6.2.2.



Таблица 6.2.2 - Перечень установленных гидроаппаратов (технические данные и гидравлические потери), потери давления в гидроаппаратах

Буквенное позиционное обозначение	Наименование гидроаппарата	Марка и типоразмер	Параметры гидроаппарата	МПа
			табличные	в гидроприводе
			Q, л/мин	p, МПа	Q, л/мин	p, МПа
КП	Клапан предохранительный	КПМ6/3Р- УХЛ1	20	32/35	16,4	32	0,5
Р	Золотниковый распределитель 4/3	ХВЕХ16	80	32	16,4	32	0,18
Ф	Масляный фильтр	W 719/30	25	1,4	16,4	0,5	0,1
АТ	Маслоохладитель	ТВ4000	100	0,63	16,4	0,5	0,1

При последовательном соединении участков трубопроводов общая потеря давления определяется как сумма всех потерь на трение и в местных сопротивлениях на всех участках:

(6.2.5)



7.ПОДБОР ОСНОВНЫХ АГРЕГАТОВ ГИДРОПРИВОДА

Полезный (геометрический) объем масляного бака определяется из условия трехминутной номинальной производительности насоса:

(7.1)

В соответствии с ГОСТ 16770-91 выбираем номинальную вместимость масляного бака 60 дм³ [3]. Объем заливаемого в бак масла - не менее 40 л.

Выбор марки масляного фильтра осуществляется исходя из номинальной производительности насоса (16,4 л/мин), давления в сливном трубопроводе и допустимой тонкости фильтрации для радиально-поршневых насосов. Выбираем фильтр W 719/30 с номинальной тонкостью фильтрации 20 мкм с номинальным расходом 25 л/мин и номинальным давлением 1,4 МПа, предназначенного для установки в сливной магистрали гидропривода.

В качестве предохранительного и переливного клапана выбираем гидроклапан давления КПМ6/3Р-УХЛ1, имеющий следующие основные параметры:

-номинальный/максимальный расход масла - 20 л/мин;

-давление настройки - 32 МПа.

В качестве манометра выбираем стрелочный манометр по ГОСТ 2405-88 с верхним пределом измеряемого давления 50 МПа [3].



8.РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И КПД ГИДРОПРИВОДА

Полная мощность гидропривода равна мощности, потребляемой насосом, и определяется по формуле

(8.1)

Полный КПД гидропривода вычисляется как произведение его механического, объемного и гидравлического КПД:

(8.2)

Механический КПД гидропривода равен произведению механических КПД последовательно включенных насоса, распределителя и гидромотора:

(8.3)

Аналогичным образом вычисляется объемный КПД гидропривода:

(8.4)

Гидравлический КПД гидропривода зависит от суммы гидравлических потерь Дp во всех последовательно включенных гидроагрегатах и трубопроводах:

(8.5)

Таким образом, полный КПД гидропривода равен:

В правильно спроектированном гидроприводе , что соответствует расчетам.



9.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ГИДРОПРИВОДА

Вся энергия, затраченная на преодоление различного рода сопротивлений в гидроприводе, в конечном итоге превращается в теплоту, поглощаемую маслом, что вызывает его нагрев и нежелательное уменьшение вязкости. Будем считать, что полученная маслом теплота должна отдаваться в окружающую среду через поверхность стенок масляного бака. Если площадь стенок оказывается недостаточной, то устанавливается воздушно-масляный или водомасляный теплообменник (маслоохладитель). Предположим также, что бак имеет форму прямоугольного параллелепипеда.

Тепловой поток (кВт) через стенки маслобака эквивалентен потерянной мощности и с учетом режима работы гидропривода определяется по формуле:

(9.1)

где: -полная мощность гидропривода (101кВт);

-коэффициент продолжительности работы гидропривода (0,1-0,3)

- полный КПД гидропривода (0,6).

Количество тепла (кДж), которое может быть передано от нагретого масла окружающему воздуху, определяется по формуле:

(9.2)

где t - время работы гидропривода, ч.

Если масло охлаждается только в гидробаке, то установившаяся температура масла, которая не должна превышать 70°С, определяется по формуле

(9.3)

где: t- температура окружающего воздуха, єС;

K - коэффициент теплопередачи от масла к окружающему воздуху, приведенный к охлаждаемой поверхности гидробака;

- охлаждаемая поверхность бака, м²;

- объем масла в баке, м³.

При отсутствии интенсивной местной циркуляции воздуха около бака [2].

Если принять, что , , то температура масла при работе гидропривода в номинальном режиме составит:

Выбранный объем гидробака не обеспечивает охлаждение масла для заданных режимов работы гидропривода. Поэтому необходима установка дополнительного теплообменника. Количество тепла, выделяемого за 1 час работы гидропривода, равно.

Исходя из расчетного количества выделяемого тепла, выбираем маслоохладитель типа ТВ4000, кторый имеет воздушное охлаждение от электродвигателя с вентилятором.

Технические данные маслоохладителя ТВ4000:

-количество отводимого тепла при температуре масла, превышающей температуру окружающего воздуха на 30°С, - 16Ч10⁶ Дж/ч;

-номинальный/максимальный расход масла - 100 л/мин;

-максимальное давление масла на входе - 0,63 МПа;

-максимальная температура масла на входе - +70°С.

Таким образом, маслоохладитель типа ТВ4000 может рассеять 16000 кДж/ч избыточного тепла, что превосходит количество выделяемого тепла (4449,6 кДж). Установившаяся температура масла в гидробаке при установке теплообменника будет равна

Размещено на Allbest.ru

...