Расчет основных параметров гидропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание

1. Выполнить расчет основных параметров гидравлической системы поворота стрелы челюстного погрузчика.

2. Произвести подбор гидроаппаратуры по заданной схеме.

Усилие на штоках R=32 кН.

Давление развиваемое насосом =6,3 МПа.



1. Описание принятой гидросхемы и принципа работы гидропривода

Гидравлическая система привода поворота стрелы челюстного погрузчика представлена на рис.1. Схема состоит из бака, нерегулируемого гидромотора, трехпозиционного гидрораспределителя, двух регулируемых дросселейс параллельно подключенными к ним обратными клапанами, двух гидроцилиндров, фильтра и предохранительного клапана.

Рис. 1 Гидросхема привода поворота стрелы

Принцип работы гидропривода согласно указанной схеме заключается в следующем. Из бака рабочая жидкость (масло) забирается насосом и подается к гидрораспределителю. В нейтральном положении золотника между насосом и распределителем начинает увеличиваться давление, при этом срабатывает предохранительный клапан и жидкость сливается обратно в бак. При смене позиции золотника (нижняя позиция на схеме) открываются проходные сечения в гидрораспределителе, и жидкость начинает поступать в полости нагнетания гидродвигателей (поршневые полости гидроцилиндров).

Из штоковой полости гидроцилиндров масло по гидролинии слива проходит через регулируемые дроссели, гидрораспределитель и, очищаясь фильтром, попадает на слив в бак. Скорость поступательного движения штоков гидроцилиндров регулируется дросселями. Реверсирование движение штоков осуществляется путем переключения позиций гидрораспределителя. При обратном движении штоков без нагрузки их скорость не регулируется и зависит от расхода рабочей жидкости в штоковые полости. При обратном движении штоков без нагрузки их скорость не регулируется и зависит от расхода рабочей жидкости в штоковые полости. При аварийной остановку штоков (например, непреодолимое усилие) давление в системе возрастает, вызывая тем самым открытие предохранительного клапана.



2. Расчет основных параметров гидропривода

2.1 Определение давлений в полостях нагнетания и слива и определение диаметра поршня силового гидроцилиндра

Согласно схеме гидропривода составим уравнения для в полостях нагнетания гидроцилиндров и в полостях слива . Для этого составим схему распределения давлений в гидросистеме.

Рис. 2 Схема распределителя давлений в гидросистеме

Уравнения давлений и запишем в виде:

=--

=- - -

Где - давление в поршневой полости гидроцилиндра, МПа;

- давление в штоковой полости гидроцилиндра, МПа;

- давление, развиваемое насосом, МПа;

и - перепады давлений на гидрораспределителе, МПа;

и - перепады давлений в трубах и , МПа;

- перепады давлений на дросселе, МПа;

- перепады давлений на фильтре, МПа;

В зависимости от величины полезного усилии R примем рабочее давление в гидросистеме, т.е. давление, развиваемое насосом будет равно 6,3МПа. Перепады давлений на золотнике, дросселе и фильтре примем следующим образом:

==0,2 МПа;

=0,3 МПа;

=0,1 МПа.

Так как перепады давлений в труб на первой стадии расчета определить нельзя, то примем предварительно = =0,2 МПа. Тогда и будут равны:

=6,3-0,2-0,2=5,9 МПа;

=0,3+0,2+0,1+0,2=0,8 МПа;

2.2 Определение диаметра поршня силового цилиндра

Составим уравнение равновесия поршней силовых цилиндров, пренебрегая силами инерции

=+R+T,

Где, - площадь поршня со стороны поршневой полости,;

- площадь поршня со стороны штоковой полости,;

R - усилие на штоках, кН;

T - сила трения, приложенная к поршню.

Сила трения T увеличивается с ростом давления жидкости в цилиндре. Ее можно определить по формуле

T=(0,02…0,1)R=0,08*6,3=0,5 кН.

Определим площади гидроцилиндра F1 и F2, используя соотношения

= и =

Где и - скорости поршня при рабочем и холостом ходе. Преобразуем уравнение к виду

=

Расход жидкости, поступающий в силовой цилиндр можно определить по формуле

Q=F

Если расход жидкости, поступающий в силовой цилиндр при рабочем и холостом ходе одинаков, то

Q= и Q=

Поэтому

=

Из этих выражений следует

= или =

Откуда

d=D

Следовательно, выражение площади поршня в штоковой полости примет вид:

=

Подставляя выражение площадей и в (2), сможем определить диаметр поршня

D===0,08

2.3 Выбор гидроцилиндра

Принимаем стандартный диаметр цилиндра D=80 мм. По справочнику выбираем гидроцилиндры общего назначения по ОСТ 22-1417-79 с номинальным давлением Р*=10МПа (рис.3).

Рис. 3 поршневой гидроцилиндр двухстороннего действия по ОСТ 22-1417-79

Габаритные и присоединительные размеры выбранных гидроцилиндров, мм

D	S	d
80	200	30

Поскольку ход штока S=10D, то его на продольный изгиб можно не проверять.

Посчитаем площадь поршня в поршневой и штоковой полости

===9,5*

===7,54*



2.4 Определение расхода рабочей жидкости и выбор насоса

Определяем расход жидкости, поступающий в поршневую полость каждого силового гидроцилиндра

где х_ПР - скорость перемещения поршня, которая определяется отношением хода поршня к времени рабочего хода

Тогда

Подача насоса с учетом утечек рабочей жидкости определится по формуле:

Q_H = (Q_Ц1 + ДQ_Ц)· z + ДQ _зол + ДQ_ПК,

где ДQ_Ц - утечки жидкости в силовом цилиндре;

ДQ_зол - утечки в золотнике;

ДQ_ПК - утечки через предохранительный клапан;

z - число гидроцилиндров.

Утечки в силовом цилиндре ДQ_Ц определим по формуле

Утечки в золотнике

Номинальные утечки находим в табл.2.2 и 2.3 [17].

Утечки через предохранительный клапан примем ДQ_ПК = 0,1Q_Н. Подача насоса

Определим рабочий объем насоса

где n - частота вращения ротора насоса;

з₀ - объемный КПД насоса,

Выбираем по рассчитанным параметрам пластинчатый гидронасос Г12-24М с рабочим объемом 80 см³, номинальной подачей 70 л/мин, номинальным давлением 6,3 МПа и объемным КПД з₀* = 0,9 (рис.4).

Рис. 4 Пластинчатый насос Г12-24М

Насос состоит из корпуса 2 с крышкой 9, между которыми размещаются статорное кольцо 11. На приводном валу 4 на шлицах установлен ротор 1, в пазах которого помещены пластины 12. Вал вращается в шариковых подшипниках 3. К торцам ротора прижаты торцевые распределительные диски 7 с четырьмя окнами для всасывания и нагнетания. Один из торцевых распределительных дисков плавающий: в начале работы насоса он поджимается к ротору пружинами 6, а во время работы - давлением жидкости, поступающей из напорной гидролинии. Герметизация насоса достигается установкой резинового или пробкового кольца 10 и манжет 5 из маслостойкой резины. Утечки повалу отводятся через дренажное отверстие 8.

Уточняем расход жидкости, сбрасываемый через предохранительный клапан в бак

ДQ_ПК = qnз₀ - 2(Q_Ц1 + ДQ_Ц) - ДQ _зол =
= 80·10^-3·1000·0,9 - 2(28,5+0,044) - 0,063 = 14,85 л/мин.



2.5 Расчет диаметра трубопровода и скорости движения жидкости

Находим внутренний диаметр труб, с помощью которых соединяются гидроаппараты. Для этого зададимся скоростью движения жидкости согласно требованиям ГОСТ в зависимости от давления насоса P_Н. Принимаем х_РЖ = 3,2 м/с.

Имея в виду, что

где d_Т - внутренний диаметр труб, получим

Найденное значение диаметра d_Т округляем до ближайшего стандартного в бoльшую строну согласно ГОСТ 16516-80 [14, с.7], т.е. d_Т = 16 мм.

Уточнив внутренний диаметр труб, находим среднюю скорость движения жидкости в трубах

2.6 Подбор гидроаппаратуры

трубопровод гидропривод поршень жидкость

Зная расходы и ориентировочные величины давлений, приступим к выбору гидроаппаратуры. Применительно к рассчитываемому гидроприводу необходимо выбрать предохранительный клапан, гидрораспределитель, два дросселя, два обратных клапана и фильтр. Производим подбор гидроаппаратуры, удовлетворяющей полученным данным по расходу Q_Н (не ниже 70 л/мин) и давлению P (не ниже 6,3 МПа). Все данные по выбранной аппаратуре представлены в табл.1.

Гидроаппаратура	Кол-во	Тип	Расход, л/мин	Давление, МПа
Предохранительный клапан [14, с.124]	1	ПГ54-34М	125	6,3
Гидрораспределитель [14, с.78, 85, 86] (ДP по [14, рис.4.3])	1	ВММ10.44	33	32
Дроссель [14, с.143, 146, 148]	2	ПГ77-14	80	20
Фильтр щелевой [14, с.304]	1	40-80-1	40	6,3
Клапан обратный [14, с.108]	2	Г51-33	63	20

2.7 Описание выбранной гидроаппаратуры

Предохранительный клапан ПГ54-34М (рис.5) стыкового присоединения состоит из следующих основных деталей: корпуса 3, колпачка 5, золотника 2, пружины 6, регулировочного винта 8 и втулки 7. Масло подводится к аппарату через отверстие P и отводится через отверстие A. Линия P через канал 10 и малое отверстие (демпфер) 11 соединена с полостью 1, а полость 9 через канал 4 - с отверстием A. Когда усилие от давления масла на торец золотника в полости 1 преодолевает усилие пружины 6 (регулируется винтом 8) и усилие от давления масла на противоположный торец золотника в полости 9, золотник перемещается вверх, соединяя линии P и A.

Рис. 5 Конструкция гидроклапана давления ПГ54-34М

Гидрораспределитель типа ВММ10.44 по ГОСТ 24697-81 (рис.6) имеет чугунный литой корпус 1, в котором выполнены каналы для подключения линий P, T, A и B. Корпус имеет пять маслоподводящих канавок. В центральном отверстии корпуса (диаметром 10 мм) расположен золотник 2, который через толкатели 3 перемещается узлом управления.

Рис. 6 Распределитель ВММ 6.44 и пилот с управлением от рукоятки:
а) внешний вид; б) конструкция; в) исполнение по 44-й гидросхеме

Дроссель типа ПГ77-14 (ТУ27-20-2205-78) состоит из следующих основных деталей (рис.7): корпуса 1, втулки 2, втулки-дросселя 3, винта 4, валика 6, лимба 8, контргайки 7, пробки 11, пружины 10, указателя оборотов 5 и штифта 9. Масло из гидросистемы подводится к отверстию "подвод" аппарата, проходит через дросселирующую щель, образованную фасонным отверстием во втулке 2 и торцом втулки-дросселя 3 (вид Б), и отводится через отверстие "отвод". Расход регулируется путем осевого перемещения втулки-дросселя 3 с помощью винта 4 в одну сторону и пружины 10 - в противоположную. Винт поворачивается от лимба 8 через валик 6. Между винтом и валиком установлена втулка с зубчатым зацеплением, позволяющим так устанавливать лимб относительно валика, что при полностью закрытом дросселе утечка него не превышает 0,06 л/мин.

Полному осевому перемещению втулки-дросселя соответствует четыре оборота лимба, что позволяет плавно регулировать расход масла. После каждого полного оборота лимб с помощью штифта 9 поворачивает на ј оборота указатель 5, на торце которого имеются цифры "1"…"4"; самопроизвольный поворот указателя предотвращает шариковый пружинный фиксатор. Острые кромки по всему периметру дросселирующей щели практически исключает зависимость установленного расхода от температуры масла, а треугольная форма проходного сечения при малых открытиях уменьшает опасность засорении.

Фильтр щелевой 40-80-1 ГОСТ 21329-75 (рис.8) имеет фильтрующий пакет, состоящий из набора основных 8 и промежуточных 9 пластин. Фильтр по конструкции состоит из стакана 1, крышки 2, оси 3, стойки 10 с закрепленными на ней скребками 11, рукоятки 4, уплотнений 5, 6 и пробки 7, служащей для слива загрязнений. Из отверстия I крышки масло проходит через щели между платинами 8 и отводится в гидросистему через отверстие II. При повороте фильтрующего пакета рукояткой 4 скребки 11 прочищают щели между основными пластинами. Очистку фильтрующего пакета не рекомендуется выполнять во время работы гидропривода.

Рис. 7 Конструкция дросселя ПГ77-14

Рис. 8 Фильтр щелевой 40-80-1

Обратный клапан Г51-33 (ТУ2-053-1649-83Е) состоит из корпуса 1, к коническому седлу которого пробкой 5 через пружину 4 прижат плунжер 3. Масло, подводимое в отверстие 7, приподнимает плунжер и проходит в отводное отверстие 2. При изменении направления течения давление масла в отверстии 2 (и полости 6) вместе с пружиной 4 плотно прижимает плунжер к седлу, исключая возможность обратного потока.

Рис. 9 Обратный клапан Г51-33



3. Определение КПД гидропривода

Определим КПД гидропривода, учитывая, что он работает при постоянной нагрузке.

Общий КПД проектируемого гидропривода, работающего при постоянной нагрузке определим по формуле

где N_пр - затрачиваемая мощность привода (насосной установки),

где з - общий КПД насоса при расчетных значениях давления, расхода, вязкости рабочей жидкости и частоты вращения приводного вала насоса;

N_пол - полезная мощность привода, которая определяется по заданным нагрузкам и скоростям гидродвигателей: для привода с гидроцилиндром

N_пол = R х_ПРz = 12,8·0,05·2 = 1,28 кВт,

где z - число силовых цилиндров, включенных в привод.

Общий КПД проектируемого гидропривода з_общ = 0,6. Причина такого низкого КПД заключается в том, что в схему включено два силовых гидроцилиндра с большой силой трения, приложенной к поршню.



4. Расчет объема гидробака

Определим потери мощности в гидроприводе, переходящие в тепло, найдя разницу между затрачиваемой мощностью и полезной

ДN = N_пр - N_пол = 7,8 - 4,7 = 3,1 кВт.

Количество тепла E_пр, выделяемое в гидроприводе в единицу времени, эквивалентно теряемой в гидроприводе мощности ДN

E_пр ДN, т.е. Е_пр = 3,1 кВт

Перепад температур между рабочей жидкостью и окружающим воздухом

ДT = T_M - T_O = 60 - 14 = 46°C

Площадь поверхности теплообмена, необходимая для поддержания перепада ДT_уст ДT

где K_тр и K_б - коэффициенты теплопередачи труб и гидробака, Вт/(м²·єС).

Примем K_тр = 12 Вт/(м²·єС) и K_б = 8 Вт/(м²·єС), тогда

Площадь поверхности теплообмена складывается из поверхности труб Sтр, через которые происходит теплообмен с окружающей средой, и поверхности теплоотдачи бака S_б

S_пов = S_тр + S_б

Определим площадь поверхности труб

Найдя площадь поверхности гидробака, определим его объем V_б и округлим до стандартного значения в большую сторону

Округлив до стандартного значения объем бака V_б, принимаем его равным 1 литр. Однако, согласно рекомендациям по проектированию гидропривода, объем гидробака должен быть в три раза больше объема масла, находящегося в трубопроводах и гидроаппаратах системы.

Определим объем рабочей жидкости, находящейся в гидросистеме. Объем масла в трубах

Объем масла в двух гидроцилиндрах

V_ГЦ = 2 F₁ S = 2·9,5·10^-3·0,5 = 0.0095 м³

Объем масла в гидронасосе равен его рабочему объему

V_Н = q = 0,08 л.

Объем масла в фильтре можно приближенно посчитать исходя из геометрических размеров выбранного фильтра. Стакан фильтра имеет цилиндрическую форму диаметром 110 мм и высотой 205 мм. Пластины занимают приблизительно 60% внутреннего объема фильтра. Исходя из этих геометрических характеристик объем масла, заполняющего фильтр равно.

Объемом масла, находящегося в гидрораспределителе, дросселях и обратных клапанах можно пренебречь.

Таким образом, объем рабочей жидкости, находящейся в гидросистеме равен

V = V_труб + V_ГЦ + V_Н + V_Ф = 2,61 + 9,5 + 0,08 + 0,8 = 12,99 л.

Тогда объем бака равен

V_б = 3V = 3 12,99 = 38,97 л,

а округляя его до стандартного значения объема по ГОСТ 12448-80 примем объем бака V_б = 40 литров.



Заключение

1. По выбранной схеме я определил диаметр поршня 59мм. Принял стандартный диаметр цилиндра 60мм. По справочнику выбрал гидроцилиндр общего назначения по ГОСТ 22-1417-79 с номинальным давлением 16 МПа.

2. Определил расход рабочей жидкости 21, рабочий объем насоса 0,86 . Выбрал по рассчитанным параметрам пластинчатый гидронасос 416.0.90 с рабочим объемом 90 , номинальной подачей 171, номинальным давлением 40 МПа и объемный КПД =0,9.

3. Рассчитав внутренний диаметр труб 12мм и находим среднюю скорость движения жидкость в трубах. Зная расходы и величины давлений произвел выбор гидроаппаратуры.

4. Предохранительный клапан ВГ-54-34 М с номинальным давлением 20МПа и расходом 125.

5. Гидрораспределитель Р-80 с расходом 80 и номинальным давлением 16 МПа.

6. Фильтр щелев 1.1.20-10/200 с расходом 63 и номинальным давлением 20 МПа

7. Обратные клапаны 4121.20 с расходом 63 и номинальным давлением 25 МПа.

8. Дроссели 62600 с расходом 63 и номинальным давлением 25МПа.

9. Определил общий КПД гидропривода .

10. Рассчитал объем гидробака 24



Список литературы

1. Андреев А.Ф., Барташевич Л.В., Боглан Н.В. и др. Гидро- пневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Объемные гидро- и пневмомашины и передачи. Минск: Высшая школа, 1987. 310 с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х Т. 5-е изд., перераб. и доп. Том 3. М.: Машиностроение, 1980 г. 559 с.

3. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М.: Машиностроение, 1972. 320 с.

4. Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник. 2-е изд., перераб. М.: Машиностроение, 1982. 423 с.

5. Богданович Л.Б. Гидравлические механизмы поступательного движения: Схемы и конструкции. М., Киев: МАШГИЗ, 1958. 181 с.

6. Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник. М.: Машиностроение, 1983. 301 с., ил.

7. Каверзин С.В. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу самоходных машин: Учебное пособие. Красноярск: ПИК "Офсет", 1997. 384 с.

8. Лебедев И.И. Объемный гидропривод машин лесной промышленности. М.: Лесная промышленность, 1986. 296 с.

9. Лебедев Н.И. Гидропривод машин лесной промышленности. М.: Лесная промышленность, 1978. 304 с.

10. Навроцкий К.Л. Теория и проектирование гидро- и пневмопривода: Учебник. М.: Машиностроение, 1991. 384 с., ил.

Размещено на Allbest.ru

...