Проектирование объёмного гидропривода продольно-строгального станка 7212 с технологическим и прочностным расчетом

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Рисунок 1 - Схема гидропривода: 1 -- гидробак; 2 -- насос шестеренный; 3 -- клапан давления; 4 -- фильтр; 5 -- дроссель; 6 -- распределитель; 7 -- гидроцилиндр.

Она состоит из гидробака закрытого типа 1, насоса пластинчатого 2, фильтра 3, распределителя золотникового 4, гидроцилиндра двухштокового 5, дросселя настраиваемого 6, клапана предохранительного конусного типа 7.

При рабочем ходе станка насос 2 всасысает жидкость из масляного бака, масло засасывается пластинчатым насосом и через сетчатый фильтр нагнетается в маслораспределитель и далее в точки смазки (направляющие станины и реечное косозубое колесо). Давление и расход масла регулируются клапаном с переливным золотником.

В системе смазки имеется реле давления, которое отключает станок при отсутствии смазки. Для смазки зубчатых колес и подшипников коробок подач в каждой коробке установлен плунжерный насос, который подает масло через распределитель к определенным местам. Масло подается через сетчатый фильтр из масляной ванны, расположенной в корпусе соответствующей коробки.

Для смазки направляющих поперечины, ходовых винтов, ходовых валов и конических зубчатых колес поперечины, ходовых винтов и зубчатых колес боковой каретки установлены дозаторы, предназначенные для автоматической подачи смазки на направляющие во время перемещения смазываемого узла.

3. Расчет гидропневмопривода

Расчет гидропневмопривода начинается с выбора рабочей жидкости.

Выбор рабочей жидкости.

Жидкость гидропривода -- это его рабочий элемент. Эксплуатационные свойства рабочих жидкостей в значительной степени определяют надежность, экономичность и долговечность работы гидроприводов. строгальный станок гидропривод корпусный

К рабочим жидкостям, применяемым в гидроприводах, предъявляются следующие эксплуатационные требования:

· стабильная вязкость в эксплуатационных режимах;

· малая плотность;

· малая сжимаемость (высокий объемный модуль упругости);

· стабильность при хранении;

· нейтральность к конструкционным материалам гидроустройств;

· стойкость к окислению при нагревании;

· малая испаряемость;

· нетоксичность;

· высокая механическая стойкость;

· высокие изолирующие и диэлектрические свойства;

· высокий коэффициент теплопроводности, удельной теплоемкости и малый коэффициент теплового расширения.

В нашем случае для продольно-строгального станка выбираем масло индустриальное 20.

Таблица 2 - Выбор жидкости.

Выбор и обоснование номинального давления в гидропневмосистеме.

В данной работе номинальное давление задано и оно равно 9 МПа.

В зависимости от применяемого давления гидроприводы делятся на три типа: низкого -- до 1,6 МПа, среднего -- 1,6...6,3 и высокого -- 6,3...20 МПа.

По нашим данным следует, что используются гидроприводы высокого давления, которые используют главным образом в мощных строгальных, долбежных, прошивочных и протяжных станках. Они позволяют получить большую мощность на выходе при сравнительно небольших габаритных размерах гидродвигателей.

Следует иметь ввиду, что с уменьшением давления увеличивается масса и стоимость гидрооборудования. С другой стороны, с увеличением давления повышаются требования к точности изготовления деталей, к чистоте и качеству рабочей жидкости.

Определение основных параметров и выбор двигателей.

Для нахождения основных параметров гидропневмоцилиндров (при заданном рабочем давлении в цилиндре) -- внутреннего диаметра D и диаметра штока d, расхода рабочей жидкости -- необходимо знать исходные данные:

- нагрузку на штоке Fm, Н;

- скорость перемещения штока vш, м/с.

Для расчета внутреннего диаметра гидроцилиндра D, мм, используется уравнение равновесия поршня.

Рисунок 2 - Гидроцилиндр: 1 - шток; 2 - поршень; 3,4 - штоковая полость

При движении поршня вправо:

Для расчета мы принимаем.

Расчетное значение внутреннего диаметра гидроцилиндра округляем до ближайшего целого по ГОСТ 6540-68, значит из этого следует, что по ГОСТ 6540-68 размер будет равен 28 мм. = 0,028 м.

Определяем расход рабочей жидкости Q:

Где - максимальная скорость выходного звена-штока, м/с; - объемный КПД гидроцилиндра.

Для гидроцилиндров с уплотнением поршня резиновыми кольцами и манжетами объемный КПД

Выбор направляющей и регулирующей аппаратуры.

К гидропневмоаппаратуре относятся распределители, дроссели, различные клапаны, регуляторы потока, а также кондиционеры рабочей жидкости (гидробаки, фильтры, гидроаккумуляторы). Они создают условия надежной работы привода в течение заданного ресурса времени и по своим эксплуатационным параметрам должны соответствовать значениям, указанным в технических характеристиках.

Таблица 3 - Гидроаппаратура

Расчет трубопровода.

В схемах приводов применяются жесткие трубопроводы из черных и цветных металлов, а также гибкие трубопроводы-рукава.

Жесткие трубопроводы изготавливаются из сталей марок 10 и 20. В линиях управления и подключения контрольных приборов, а также в системах низкого давления используют трубопроводы из цветных металлов.

Трубопроводы и рукава имеют условный проход, т.е. внутренний диаметр мм, равен 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80 мм и т.д.

Диаметры трубопроводов подбираются из условия ламинарного режима движения жидкости, чтобы уменьшить потери давления (при Re <2 300).

Скорости движения жидкости рекомендуются следующие:

- во всасывающем трубопроводе < 1,6 м/с,

- в сливном трубопроводе 2,0 м/с,

- в напорных трубопроводах в зависимости от номинального (рабочего) давления в гидросистеме (табл. 4).

Таблица 4. - Ряд номинальных давлений

Для всасывающего трубопровода:

Для сливного трубопровода:

Для напорного трубопровода:

Толщина стенки не должна быть мене 0,5 мм для стальных труб.

Расчет потерь давления в гидропневмоприводе.

В приводах имеют место два вида потерь давления: на трение жидкости по длине трубопроводов и на местных сопротивлениях (в том числе и в гидропневмоаппаратуре).

Средняя скорость движения жидкости в трубопроводе находится по формуле:

Коэффициент гидравлического трения л зависит от режима течения жидкости в трубопроводе. Последний определяется безразмерным числом Рейнольдса Re.

Для всасывающего трубопровода:

Для сливного трубопровода:

Для напорного трубопровода:

При турбулентном режиме , когда Re=ReKp, можно использовать формулу Блазиуса:

ю

При ламинарном режиме коэффициент гидравлического трения ,рассчитывается по формуле Пуазейля:

Для всасывающего трубопровода:

Для сливного трубопровода:

Для напорного трубопровода:

Потери давления на местных гидравлических сопротивлениях находятся по формуле Вейсбаха:

где -- коэффициент местного сопротивления.

Средние значения коэффициентов для наиболее встречающихся в гидроприводах местных сопротивлений равны:

- штуцеры, присоединяющие трубы к агрегатам и переходники, соединяющие отрезки труб -- 0,1;

- плавные повороты груб под углом 90° при минимальном радиусе изгиба -- ;

- вход в гидроцилиндр, фильтр --.

Затем подсчитываем суммарные потери давления в гидролиниях:

Определение основных параметров и выбор насоса.

К основным параметрам насоса относятся: номинальное давление Рн, номинальная подача QH и частота вращения приводного вала п.

Выбранный тип насоса должен обеспечивать работу гидродвигателей на максимальных нагрузках и скоростях. Давление и подача выбранного насоса должны быть по возможности ближе к номинальным, рекомендуемым заводом-изготовителем, и соответствовать заданному номинальному давлению для гидроцилиндра.

Тепловой расчет гидропривода.

В процессе эксплуатации рабочая жидкость в гидросистеме нагревается за счет трения о стенки трубопроводов, а также механического и вязкостного трения в насосе и гидроцилиндрах или гидродвигателях.

Известно, что при нагревании рабочей жидкости ее вязкость и смазочные свойства резко уменьшаются. Температуру жидкости обычно снижают при помощи естественного охлаждения.

При расчете количества отводимой в окружающую среду теплоты площадь наружной поверхности элементов гидропривода оценивают исходя из объема циркулирующей в них жидкости. Это поверхности насоса, гидродвигателей (гидроцилиндров) и гидробака. Температура нагрева их поверхности не должна превышать температуру окружающей среды не более чем на 35.. .40°С.

4. Расчет сборочной единицы

Предохранительные клапаны предназначены для предохранения гидросистем от давления рабочей среды, превышающего установленное (номинальное). Этот клапан периодического действия, то есть при номинальном давлении он закрыт и открывается при давлении рабочей среды превышающее номинальное. Состоит из корпуса 1, цилиндрической пружины 2, регулировочного винта 3, запорно-регулирующего органа 4.

Рисунок 3

Основные технологические и прочностные расчеты.

Принцип работы клапана основан на уравновешивании силой Fпр ,Н, пружины силы давления Fд,Н, потока рабочей жидкости на запорно-регулирующий орган далее (ЗРО).

Сила Fд,Н, от давления на ЗРО клапана без учета сил трения и инерции определяется по формуле:

где Р -- давление в напорной линии, = 9 Мпа.

-- внутренний диаметр, м. (условный проход) подводящего трубопровода принимаем 0,012 м из расчетов трубопроводов.

Расчет клапана на прочность.

Диаметр конического запорно-регулирующего органа 15 мм.

Из условий сборки узла диаметр клапана получается равным 40 мм. из этого минимальная толщина стенки корпуса клапана, дст, мм находится из зависимости:

где [ув] - допускаемое напряжение на разрыв материала корпуса (для стали 30Л оно равно 80МПа.

Принимаем толщину стенки корпуса клапана 4 мм.

Толщину плоской крышки клапана находим по формуле:

дк?0,405 Dk, мм.

дк=0,40540=6,03мм.

Принимаем толщину крышки равной 7 мм.

Под резьбу для крышки внутренний диаметр корпуса клапана принимаем равным 40 мм. Тогда для крышки принимаем метрическую резьбу М42х2.

5. Изучение других конструкций фильтра

Фильтры служат для очистки рабочей жидкости от содержащихся в ней примесей. Эти примеси состоят из посторонних частиц, попадающих в гидросистему извне (через зазоры в уплотнениях, при заливке и доливке рабочей жидкости в гидробак и т.д.), из продуктов износа гидроагрегата и продуктов окисления рабочей жидкости.

Механические примеси вызывают абразивный износ и приводят к заклиниванию подвижных пар, ухудшают смазку трущихся деталей гидропривода, снижают химическую стойкость рабочей жидкости, засоряют узкие каналы в регулирующей гидроаппаратуре.

По тонкости очистки, т.е. по размеру задерживаемых частиц фильтры делятся на фильтры грубой, нормальной и тонкой очистки.

Фильтры грубой очистки задерживают частицы размером до 0,1 мм.

(сетчатые, пластинчатые) и устанавливаются в отверстиях для заливки рабочей жидкости в гидробаки, во всасывающих и напорных гидролиниях и служат для предварительной очистки.

Фильтры нормальной очистки задерживают частицы от 0,1 до 0,05 мм (сетчатые, пластинчатые, магнитно-сетчатые) и устанавливаются на напорных и сливных гидролиниях.

Фильтры тонкой очистки задерживают частицы размером менее 0,05 мм (картонные, войлочные, керамические), рассчитаны на небольшой расход и устанавливаются в ответвлениях от гидромагистралей.

Конструкции фильтров:

Сетчатые фильтры устанавливают на всасывающих и сливных гидролиниях, а также в заливочных отверстиях гидробаков. Фильтрующим элементом является латунная сетка, размер ячеек которой определяет тонкость очистки рабочей жидкости.

Пластинчатые (щелевые) фильтры устанавливают на напорных и сливных гидролиниях гидросистем. Жидкость поступает в корпус фильтра и через щели между основными и промежуточными пластинами попадает во внутреннюю полость фильтра, образованную вырезами в основных пластинах. При протекании жидкости через щели содержащиеся в ней механические примеси задерживаются. Тонкость очистки зависит от толщины промежуточных пластин.

Фильтры с картонными и тканевыми элементами задерживают за один проход значительную (до 75%) часть твердых включений размером более 4-5 мкм.

Сепараторы имеют неограниченную пропускную способность при малом сопротивлении. Принцип их работы основан на пропуске рабочей жидкости через силовые поля, которые задерживают примеси.

Заключение

В курсовой работе изложена характеристика продольно - строгального станка 7212 описана гидравлическая схема и принцип ее расчета.

Значительная часть записки отводиться на расчет гидропривода. Выбор минерального масла и его параметров. Были произведены технологические и конструктивные расчеты фильтра.

По найденной подаче и давлению была подобрана направляющая и регулирующая гидроаппаратуру. Определена мощность приводного электродвигателя и осуществлен тепловой гидропривода расчет.

Для сборной единицы - фильтра был произведен технологический и прочностной расчет, определены его конструктивного размеры.

Дано описание других конструкций фильтров. К курсовой работе прилагаются чертежи: схема гидропривода с перечнем гидроаппаратуры и чертеж фильтра в сборе.

Литература

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т./ В.И. Анурьев. - М.: Машиностроение, 1982. - Т.1. - 729 с.; Т.2. - 584.; Т.3. - 576с.

2. Гидропривод и гидропневмоавтоматика / курс лекций. В.Ф. Барышников. - Барановичи 2009.

3. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / Я.М. Вильнер и др.; под ред. Б.Б. Некрасова. - Минск: Выш. шк., 1985. - 382с.

4. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / под ред. Б.Б. Некрасова. - Минск: Выш. шк., 1976. - 416с.

5. Гидропривод и гидропневмоавтоматика / методические указания по выполнению курсовой работы. В.Ф. Барышников. - Барановичи 2009.

6. Дунаев П.Д. Конструирование узлов и деталей машин: учебное пособие для студентов технических вузов/ П.Д. Дунаев, О.П. Леликов: Академия, 2004. - 496с.

Размещено на Allbest.ru