Расчет гидропривода и его элементов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОЦИЛИНДРОМ

Исходные данные.

R = 5,8 кН - усилие, приложенное к штоку гидроцилиндра;

- скорость поршня при рабочем ходе;

- ход поршня, задан диапазон 500 - 750 мм, принимаем равным 600 мм или 0,6 м.

1.1 Выбор способа регулирования гидроцилиндром

В зависимости от требований связанных эксплуатацией машины, в гидроприводе могут применяться объёмное и дроссельное регулирование скоростей движения выходного звена гидросистемы или сочетание этих способов.

Объёмное регулирование скорости осуществляется изменением подачи насоса или гидромотора в зависимости от рабочего объёма, который изменяется автоматически или с помощью управляющих устройств.

Гидроприводы с объёмным регулированием имеют существенно более высокий КПД по сравнению с гидроприводами, работающими по принципу дроссельного регулирования.

С экономической позиции гидроприводы с объёмным регулированием более дорогостоящие, чем нерегулируемые, по причине большей стоимости регулируемых насосов и гидромоторов в сравнении с нерегулируемыми.

По этим причинам объёмное регулирование применяют в тех случаях когда существенными являются энергетические показатели, например, в строительных машинах большой мощности, работающих в тяжёлых нагрузочных режимах, длительных по времени, обеспечивающие непрерывные технологические процессы.

При дроссельном регулировании изменяются размеры проходных сечений дросселей или дросселирующих гидрораспределителей.

Гидропривод с дроссельным регулированием применяют для маломощных систем (до 5 кВт), а также при кратковременных режимах непрерывной работы, при этом стремятся применять недорогие гидромашины (шестерённые).

Делаем вывод, что в нашем случае целесообразно применять дроссельное регулирование скорости движения выходного звена гидросистемы.

1.2 Выбор схемы циркуляции жидкости

В зависимости от требований, связанных с эксплуатацией машины могут применяться замкнутые и разомкнутые схемы циркуляции жидкости.

Гидропривод с замкнутой циркуляцией по сравнению с гидроприводом с разомкнутой циркуляцией имеет ряд приемуществ:

1. Отсутствие большого гидробака;

2. Относительно малый вес и габариты;

3. Исключена возможность кавитации;

4. Исключено проникновение благи в гидросистему.

Недостатки гидропривода с замкнутой циркуляцией состоят в следующем. В них могут применяться только гидромоторы, так как при работе гидроцилиндров не может быть постоянного расхода во всасывающей линии насоса. Рабочая жидкость, заполняющая гидросистему в относительно небольшом количестве, быстро нагревается и требует установки специального охладителя.

Приняв во внимание все преимущества и недостатки замкнутых и разомкнутых схем циркуляции жидкости, применительно к нашему случаю, мы выбираем разомкнутую схему циркуляции жидкости.

Схема гидравлическая принципиальная представлена на рис.1.

Рисунок 1. Схема гидравлическая принципиальная

Насос Н, подаёт рабочую жидкость к гидроцилиндру ГЦ.

Гидрораспределитель Р, служит для управления потоками рабочей жидкости, подводимой к гидроцилиндру. Для разгрузки гидросистемы напорная линия насоса, в нейтральном положении гидрораспределителя, сообщается со сливом.

Клапан предохранителя КП служит для настройки максимальной величины давления в гидросистеме, при превышении которой клапан открывается и жидкость от насоса сливается в бак Б.

Бак также выполняет роль теплообменника, отводя тепло от рабочей жидкости.

Фильтр сливной Ф служит для очистки рабочей жидкости от загрязнений и инородных частиц.

Дроссель регулируемый ДР является гидравлическим сопротивлением, величину которого можно регулировать изменяя размер проходного сечения.

При определении места установки дросселя мы приняли во внимание следующее. Дроссель, установленный в сливную магистраль обеспечивает двухстороннюю жесткость гидроцилиндра, как при прямом, так и при обратном ходе. Создаёт наибольшую устойчивость против автоколебаний, и в особенности при малых скоростях движения выходного звена (штока).



2. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ И ПОДБОР ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОПРИВОДА

2.1 Выбор рабочего давления

Полезное усилие на штоке гидроцилиндра относительно невелико и составляет 5,8 кН, давление насоса принимаем равным 6,3 МПа.

2.2 Расчёт размеров и подбор гидроцилиндра

Решение задачи начинаем с определения давления в полостях гидроцилиндра и выбора диаметров поршня и штока [7,c.19].

Обозначим полезные площади поршня поршневой и штоковой полостей гидроцилиндра соответственно и , а давление в этих полостях и .

; (2.1)

;

где D и d - диаметры поршня и штока гидроцилиндра.

Уравнение равновесия поршня гидроцилиндра с одним штоком без учёта сил инерции:

, (2.2)

где Т - сила трения, приложенная к поршню;

R - усилие приложенное к штоку гидрцилиндра.

Применительно к гидроприводу, представленному на рисунке 1, давление в поршневой полости:

,

Давление в штоковой полости:

,

где - давление развиваемое насосом, МПа;

и - перепады давлений на гидрораспределителе, МПа;

и - перепады давлений в трубопроводах и , МПа;

- перепад давления на дросселе, МПа;

- перепад давления в фильтре, МПа.

Определим скорости поршня при рабочем и холостом ходе:

; (2.3)

;

гидроцилиндр гидросистема расчет насос

где и - скорости поршня при рабочем и холостом ходе;

S - ход штока.

Преобразуем формулу (2.3) к виду:

;

Расход жидкости, поступающей в рабочие полости гидроцилиндра, можно определить по формуле:

,

где - скорость движения поршня гидроцилиндра, м/с.

Принимаем, что расход жидкости поступающей в гидроцилиндр, при рабочем и холостом ходе одинаковы и получаем:

,

откуда получаем :

;

следовательно:

,

откуда получаем:

; (2.4)

Из этого следует, что выражение (2.1) для определения площади рабочей поверхности поршня в штоковой полости гидроцилиндра примет вид:

; (2.5)

Подставив выражение (2.1) и (2.5) площадей и в уравнение (2.2) и получим, что диаметр поршня гидроцилиндра равен:

Или

(2.6)

Выражение для определения силы трения поршня гидроцилиндра:

;

Перепады давления принимаем равными:

;

;

;

.

Из выражения (2.3) определим :

сек.

По условию задачи скорость поршня при холостом ходе не задана, а подача насоса , поэтому исходя из того, что объём штоковой полости меньше, чем объём поршневой из-за разницы полезных площадей, принимаем:

м/сек,

Тогда:

сек.

Тогда получаем:

.

Полученное значение округляем в большую сторону и выбираем ближайшее значение из ряда стандартных диаметров поршней гидроцилиндров в соответствии с [3].

Из выражения (2.4) найдём диаметр штока d:

Полученное значение округляем в большую сторону и выбираем ближайшее значение из ряда стандартных диаметров штоков в соответствии с [1].

Определим толщину стенки гидроцилиндра д по формуле Ляма:

где допускаемое напряжение для стали:

Исходя из условия , находим толщину стенки по формуле:

где коэффициент запаса k принимаем равным 2,5, тогда:

Принимаем толщину стенки

2.3 Определение параметров и выбор насоса

Определим расход жидкости, поступающей в гидроцилиндр:

Определим подачу насоса с учётом утечек:

(2.7)

где - утечки жидкости в силовом гидроцилиндре,

- утечки жидкости в золотнике распределителя,

- утечки жидкости предохранительного клапана,

- число гидроцилиндров.

Определим рабочий объём насоса:

где n - частота вращения вала насоса (принимаем );

- объёмный КПД насоса (принимаем ).

Рабочий объём насоса будет равен:

Выбираем шестерённый насос НШ-4.

Определим минимальную мощность привода насоса:

k - коэффициент запаса,

2.4 Выбор гидроаппаратуры и вспомогательных устройств

Согласно выбранной схеме гидропривода, а также учитывая значения расходов и давлений, произведём подбор гидроаппаратуры. Все данные по выбранной аппаратуре заносим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Гидроаппаратура	Кол-во	Маркировка	Расход max, л/мин	Давление max, МПа	Перепад давления, МПа
Насос	1	НШ-4К-3	16,3	21	-
Предохранительный клапан	1	Г52-22	20	6,3	0,15
Распределитель	1	ПГ74-22	20	20	0,2
Дроссель	1	ПГ-77-12	20	20	0,3
Фильтр сливной	1	С45-51	16	0,63	0,1

Из таблицы видно, что выбранная гидроаппаратура соответствует расчётному расходу и давлению.

2.5 Выбор рабочей жидкости

Выбор рабочих жидкостей для гидросистемы определяется:

- диапазоном рабочих температур;

- давлением в гидросистеме;

- скоростями движения исполнительных механизмов;

- конструкционными материалами и материалами уплотнений;

- особенностями эксплуатации машины (на открытом воздухе или в помещении, условиями хранения машины, возможностями засорения и т.д.).

Рабочее давление в гидросистеме и скорость движения исполнительного механизма являются важными показателями, определяющими выбор рабочей жидкости. Утечки жидкости повышаются при увеличении давления, следовательно, было бы лучше применять рабочую жидкость с повышенной вязкостью. Но при этом будут увеличиваться гидравлические потери, и снижаться КПД гидропривода. Аналогичное влияние оказывает на рабочую жидкость скорость движения исполнительных механизмов. В настоящее время нет научно обоснованных рекомендаций по выбору рабочих жидкостей в зависимости от давления и скорости движения исполнительного механизма. Однако отмечается стремление при больших давлениях применять рабочую жидкость повышенной, а при низких давлениях - пониженной вязкости.

В гидроприводах, работающих при средних скоростях движения выходного звена привода, рекомендуется использовать масла с коэффициентом вязкости

В качестве рабочей жидкости выбираем масло гидравлическое МГ-15-В

Плотность при , не более 895

2.6 Расчёт гидролиний

Для определения внутреннего диаметра трубопровода воспользуемся формулой [8,c.28].

где Q - расход рабочей жидкости на рассматриваемом участке трубопровода;

- средняя скорость движения рабочей жидкости по трубопроводу, м/с.

Для напорного трубопровода принимаем , тогда получим:

Для всасывающего трубопровода принимаем , тогда получим:

Для сливного трубопровода принимаем , тогда получим:

Для соединения гидроаппаратуры будем использовать рукава высокого давления согласно [4].

Для напорного и сливного трубопровода выбираем: Рукав 1-6-20 ГОСТ 6286-73.

Для всасывающего трубопровода выбираем: Рукав 1-10-16 ГОСТ 6286-73.

Определим перепады давления в напорных трубопроводах и (примем длину трубопроводов ):

где с - плотность рабочей жидкости;

л - коэффициент гидравлического трения;

Коэффициент гидравлического трения определим по формуле Альтшуля:

Вычислим число Рейнольдса:

Зная, чему равна кинематическая вязкость масла при температуре , найдём его значение при температуре (принимаем ) по формуле:

Для МГ-15-В

.

Для ламинарного режима течения , для турбулентного режима течения .

- эквивалентная шероховатость трубопровода (для РВД ).

:

Тогда:

Зная реальные перепады давления в напорных трубопроводах (перепады давления на дросселе и сливном фильтре остаются прежние), находим давления в полостях силовых цилиндров:

Далее определяем:

Уточняем давление, развиваемое насосом:



ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 6540-68. Гидроцилиндры и пневмоцилиндры. Ряды основных параметров.

2. ГОСТ 12445-80. Гидроприводы объёмные, пневмоприводы и смазочные системы. Номинальные давления.

3. ГОСТ 12447-80. Гидроприводы объёмные, пневмоприводы и смазочные системы. Номинальные диаметры.

4. ГОСТ 6286-73. Рукава резиновые высокого давления с металлическими оплётками неармированные. Технические условия.

5. ГОСТ 2.701-84. Правила выполнения схем.

6. ГОСТ 2.704-76. Правила выполнения гидравлических и пневматических схем.

7. ГОСТ 2.782-96. Обозначения условные графические. Машины гидравлические и пневматические.

8. А.В. Вавилов, А.Н. Смоляк. Проектирование гидроприводов строительных и дорожных машин: учебно-методическое пособие для студентов специальности 1-36-11-01 «Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» - Минск: БНТУ, 2012, 74с.

9. Т.М. Башта. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М., «Машиностроение», 1972-320с.

Размещено на Allbest.ru

...