Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Под гидроприводом понимают совокупность устройств (в том числе и гидродвигатель), предназначенную для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости под давлением. В качестве рабочей жидкости в станочных гидроприводах используется минеральное масло.

Применение гидроприводов станкостроении позволяет упростить кинематику станков, снизить металлоемкость, повысить точность, надежность и уровень автоматизации.

Широкое использование гидроприводов в станкостроении определяется рядом их существенных преимуществ перед другими типами приводов и прежде всего возможностью получения больших усилий и мощностей при ограниченных размерах гидродвигателей. Гидроприводы обеспечивают широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости (при условии хорошей плавности движения), возможность работы в динамических режимах с требуемым качеством переходных процессов, защиту системы от перегрузки и точный контроль действующих усилий. С помощью гидроцилиндров удается получить прямолинейное движение без кинематических преобразований, а также обеспечить определенное соотношение скоростей прямого и обратного ходов.

В современных станках и гибких производственных системах с высокой степенью автоматизации цикла требуется реализация множества различных движений. Компактные гидродвигатели легко встроить в станочные механизмы и соединить трубопроводами с насосной установкой, имеющей один или два насоса. Такая система открывает широкие возможности для автоматизации цикла, контроля и оптимизации рабочих процессов, применения копировальных, адаптивных или программных систем управления, легко поддается модернизации, состоит, главным образом, из унифицированных изделий, серийно выпускаемых специализированными заводами. К основным преимуществам гидропривода следует отнести также достаточно высокое значение КПД, повышенную жесткость и долговечность.

Гидроприводы имеют и недостатки, которые ограничивают их использование в станкостроении. Это потери на трение и утечки, снижающие КПД гидропривода и вызывающие разогрев рабочей жидкости. Внутренние утечки через зазоры подвижных элементов в допустимых пределах полезны, поскольку улучшают условия смазывания и теплоотвода, в то время как наружные утечки приводят к повышенному расходу масла, загрязнению гидросистемы и рабочего места. Необходимость применения фильтров тонкой очистки для обеспечения надежности гидроприводов повышает стоимость последних и усложняет техническое обслуживание. Работоспособность резко снижается при попадании воздуха и воды в минеральное масло. Изменение вязкости масла при его разогреве приводит к изменению скорости движения рабочих органов. Узлы гидропривода весьма трудоемки в изготовлении. В связи с наличием внутренних утечек затруднена точная координация движений гидродвигателей. Для обслуживания гидрофицированных станков требуется специалист - гидравлик.

Наиболее эффективно применение гидропривода в станках с возвратно-поступательным движением рабочего органа, в высокоавтоматизированных многоцелевых станках, агрегатных станках и автоматических линиях, гибких производственных системах. Гидроприводы используются в механизмах подач, смены инструмента, зажима, копировальных суппортах, устройствах для транспортирования, уравновешивания, разгрузки, фиксации, устранения зазоров, переключения зубчатых колес, привода, смазочных насосов, блокировок, уборки стружки, перемещения ограждений, поворота столов и револьверных головок, перемещения пинолей и т.п.

При правильном конструировании, изготовлении и эксплуатации гидроприводов их недостатки могут быть сведены к минимуму. Для этого нужно хорошо знать унифицированные узлы станочного гидропривода, централизованно изготовляемые специализированными заводами, а также типовые узлы специального назначения.



1. Разработка принципиальной гидравлической схемы привода

С помощью гидропривода обеспечивается следующий цикл движений исполнительного механизма:

a) быстрое движение вперед (подвод инструмента к обрабатываемой детали) на расстояние L_бп за время t_бп при внешней нагрузке равной F_бп.

b) Медленное движение вперед (рабочая подача инструмента при обработке детали) на расстоянии L_рх со скоростью V_рх.

2. Определение скоростей движения выходного звена гидропривода

Находим время рабочего хода:

Находим время быстрого подвода:

Найдем расстояние, на которое инструмент перемещается при быстром отводе:

Для поршневой рабочей полости цилиндра:

, где

- коэффициент мультипликации привода, в станкостроении наиболее часто встречаются гидроприводы с .

,

Найдем скорость быстрого отвода:

Принимаем время выстоя , тогда время всего цикла будет:

Рис 1.1 Циклограмма привода: I - быстрый подвод инструмента; II - рабочий ход; III - быстрый отвод; IV - выстой

3. Определение внешних нагрузок на выходном звене гидропривода

Рис. 2.1 Схема работы гидроцилиндра

Для данного расположения гидроцилиндра:

; ; ;

где ;

=0,1…0,3 - коэффициент трения;

=0,1…0,5 - время разгона (торможения) поршня;

- приведенный вес перемещающихся частей станка;

Принимаем =0,1 и = 0,2 с, тогда:

;

;

;

;

;

;

Рис. 2.2 Скоростная и нагрузочная диаграммы гидропривода агрегатной головки

4. Мощность на выходном звене привода

Эффективные мощности на выходном звене гидропривода в разные периоды работы:

Рис. 3.1 Диаграмма мощностей привода агрегатной головки при ходе вперед и назад

5. Назначение номинального давления

Под номинальным давлением понимается наибольшее избыточное давление, при котором устройство должно работать в течение установленного ресурса с сохранением параметров в пределах установленных норм.

В гидроприводах технологического оборудования:

.

В соответствии со стандартным рядом значений номинального давления для объемных приводов по ГОСТ 12455-80 назначаем:

.

6. Выбор марки рабочей жидкости

Выбор марки минерального масла определяется температурными условиями, режимов работы гидропривода и его номинальным давлением, которым должно соответствовать важнейшее физическое свойство масла - вязкость; завышение или занижение вязкости масла приводит к ухудшению эксплуатационных свойств гидропривода.

При номинальном давлении выбирается вязкость рабочей жидкости: . Выбираем минеральное масло марки И-40А ГОСТ 20799-75.

7. Определение параметров объемного давления

Эффективная рабочая площадь поршня:

;

где - механический КПД гидроцилиндра, учитывающий влияние сил трения поршня и штока о корпус гидроцилиндра. Принимаем .

- гидравлический КПД аппаратов и соединительных гидролиний. Он отражает потери давления при течении рабочей жидкости от насоса к гидродвигателю и обратно, в первом приближении принимаем: .

Расчет ведется по максимальной нагрузке, в нашем случае ;

;

Внутренний диаметр D гидроцилиндра находится по формуле:

8. Выбор типоразмера гидроцилиндра

Из стандартного ряда значений для диаметров из ГОСТ 6540-68 выбираем по ближайшему большему значению и .

Принимаю гидроцилиндр ОСТ2 Г29-1-77 (ТУ2-053-1652-83Е):

D	ТИП	D1 (f9)	D2 (h11)	d1	d2	L1	l	l1	l2	l3	l4	l5	l6	l7
80	1	105	97	M24Ч1,5	K 3/8”	152	18	32	30	11	15	26	61	50

Принимаю

Уточняем механический КПД: при уплотнении резиновыми манжетами для ;

Объемный КПД зависит от вида уплотнителя, в современных гидроприводах при манжетном уплотнении , принимаем

Площадь поршневой полости:

;

Площадь штоковой полости:

;

Действительные коэффициенты асимметрии:

;

;

9. Определение объемных расходов рабочей среды в камерах гидроцилиндра по переходам

Быстрый подвод:

Напорная линия:

;

Сливная линия:

;

Рабочий ход:

Напорная линия: ;

Сливная линия: ;

Быстрый отвод:

Напорная линия:

;

Сливная линия:

;

10. Расчет ориентировочных значений давления в камерах гидроцилиндра

Ориентировочные значения давления в камерах объемного двигателя находятся по формулам:

, где

,

,

11. Расчет требуемых величин подачи рабочей жидкости насосной установкой в разные периоды работы привода

Расход масла через гидроцилиндр

, где

- объемный КПД аппарата с учетом его износа, в первом приближении можно принять , примем . Точное значение находят после выбора гидроаппаратуры как произведение объемных КПД аппаратов, включенных в напорную линию.

,

Рис. 10.1 Диаграмма подач по переходам

12. Определение проходных сечений трубопроводов и аппаратов

При первом приближении проходные сечения трубопроводов и аппаратов выбирают на основе рекомендуемых значений скорости течения рабочей среды. Коррекцию приближенных значений проходных сечений производят после расчета гидравлических потерь.

Основным параметром трубопроводов является условный проход , т.е. диаметр круга с площадью равной проходному сечению трубопровода или канала в корпусе аппарата.

В первом приближении требуемый условный проход определяют:

, где

- средняя скорость жидкости

Для всасывающих трубопроводов (=1,6 м/с):

Для напорных трубопроводов (=3,2 м/с):

Для сливных трубопроводов (=2 м/с):

В целях унификации гидропривода для напорной, сливной и всасывающей гидролинии трубопровода по расчетной величине подбираем одинаковое стандартное значение условного прохода .

Проверим выбранные значения условного прохода по числу Рейнольдса:

Для напорной линии (=3,2 м/с):

Для сливной линии (=2 м/с):

Для всасывающей линии (=1,6 м/с):

Re < 2300, значит будет наблюдаться ламинарный режим течения жидкости.

13. Выбор гидроаппаратуры

Гидроаппаратуру выбирают из каталогов - справочников, по величине условного прохода d_y, расхода Q_ном и давления p. Давление и расход, с которым жидкость будет проходить через аппарат, не должны превышать допустимые для него значения.

По величине наибольшей подачи в напорной гидролинии и выбранному номинальному давлению , выбираем насос пластинчатый марки БГ12-22М ТУ2-053-1364-78Е:

гидравлический привод трубопровод гидроаппаратура

номинальная подача ;

номинальное давление ;

номинальная частота вращения ;

номинальная мощность ;

рабочий объем ;

объемный КПД ;

полный КПД ;

масса, не более = 9,5 кг;

В сливную линию выбираем дроссель марки МПГ55-14, с параметрами:

рабочий проход: ;

максимальный расход : ;

масса: ;

номинальное давление: ;

минимальное давление: ;

Фильтры обеспечивают в процессе эксплуатации гидропривода необходимую чистоту масла, при соблюдении необходимых требований к чистоте гидросистемы удается повысить надежность гидроприводов и уменьшить эксплуатационные расходы в среднем на 50%.

В напорную линию выбираем фильтр напорный по ГОСТ 16026-80:

условный проход: ;

номинальный расход: ;

перепад давления: ;

масса: ;

номинальное давление: ;

Выбираем распределитель типа РХ20 по ГОСТ 26890-86:

условный проход: ;

номинальный расход: ;

максимальный расход : ;

номинальное давление: ;

номинальное давление в сливной линии:

масса: ;

В напорную и сливную линию выбираем два обратных клапана марки Г51-34 с параметрами:

условный проход: ;

номинальный расход: ;

перепад давления: ;

утечка масла: ;

масса: ;

номинальное рабочее давление: ;

минимальное рабочее давление: .

14. Расчет гидравлических потерь давления (уточненный расчет гидросистемы)

Расчет гидравлических потерь следует вести для наиболее нагруженного периода работы гидропривода, для которого на начальной стадии проектирования задавались допустимым значением гидравлических потерь .

Для уточненного расчета разбиваем гидропривод на участки (6 участков) и для удобства характеристики участков и потери давления отражаем в таблице:

Номер участка	Характеристика участка	Дp, МПа
	Вид участка	L, м	d, мм	Q, л/мин	Uт, м/с	Re	F, м
1	Вс.	0	25	33,175	1,126	1000	0,0007165	0
2	Нап.	2,5		21,112	0,717	2000	0,0017964	0,553
3
4	Сл.	2		15,834	0,538	1250	0,0017964	0,555
5
6



Литература

1. Свешников В.К., Усов А.А. Стандартные гидроприводы: Справочник. М.: Машиностроение, 1988.

2. Михайлов С.В. Оптимизационное проектирование гидроприводов возвратно-поступательного действия с цикловым программным управлением. Методическое пособие. Кострома, КГТУ, 2000.

Размещено на Allbest.ru

...