Объёмный гидропривод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Объёмный гидропривод - устройство, передающее механическую энергию посредством жидкости, состоящее из насоса, гидромотора, трубопроводов, дроссельного регулирующего устройства (золотника) и дополнительного вспомогательного оборудования.

Источником энергии является объёмный насос, приводимый в действие, как правило, асинхронным электродвигателем. Насос создаёт высоконапорный поток рабочей жидкости (масла) который по напорному трубопроводу подаётся к дросселирующему устройству (золотнику). Золотник подаёт жидкость в гидромотор, изменяя его параметры (давление и подачу) и тем самым осуществляет регулирование выходных параметров гидромотора.

Гидромотор, являющийся выходным звеном гидропривода, может быть как вращательного (мотор), так возвратно-поступательного действия (гидроцилиндр).

Принципиальные схемы простейшего гидропривода приведены на рисунке 1 .

гидропривод трубопровод энергия дроссельный

1. Исходные данные для расчёта

Табл. 1

№ вариан-та	Rк [H]	нr [м/с]	Мr [нм]	r [м/с]	lвс [м]	lнаг [м]	lсл [м]	°t , марка	Тип насоса
	-	-	300	400	-0,1	12	14	85 И-20	ПЛ

2. Расчёт параметров гидропривода

Рисунок 1.Схема привода

Электродвигатель

Упругая муфта

Насос

Предохранительный клапан

Золотниковое устройство

Гидромотор

Фильтр

Радиатор

Выходное звено

10- Источник нагрузки

11- Бак

По известным выходным параметрам гидромотора определяем мощность выходного звена в рабочем режиме:

- для гидроцилиндра

По мощности выходного звена гидромотора выбираем рабочее давление пользуясь таблицей или используя прототипы.

Табл. 2

Nгм	Квт	20	100	150	250	350
Ргм	МПа	15	18	20	22	35

Задаемся объемным к.п.д. гидромотора и определяем расход жидкости через гидромотор в рабочем режиме по табл.2 Ргм =15 МПа:

;

Определяем необходимую производительность насоса гидропривода;

Давление, развиваемое насосом должно быть выше, чем давление в гидромоторе.



;

Находим максимальную производительность насоса, используя объёмный КПД насоса, равный =0.

;

Так как в рабочем режиме, как правило, открыт предохранительный клапан, определяем его параметры:

Давление открытия клапана несколько меньше давления Рн:

Ркл=0,95PH

На основании проведенных расчётов строим характеристики насоса, клапана и расходно-переходную характеристику:

3. Определение диаметров магистралей

В гидроприводе три типа магистралей:

a) всасывающая - от всасывающего патрубка до корпуса насоса:



b) нагнетательная - от насоса до корпуса гидромотора:

c) сливная - от корпуса гидромотора до сливного бака:

Задаем средние значения скоростей движения жидкости по магистралям:

Находим расчётные значения диаметров магистралей:

- для всасывающей магистрали

- для нагнетательной магистрали

- для сливной магистрали

По полученным значениям, выбираем стандартные значения по ГОСТ 8734-75диаметров трубопроводов:

- dвс =28мм ,

- dнагн=13мм ,

- dсл =19мм ,

толщину стенок трубопроводов:

- sв =0,8мм ,

- sнагн=0,6мм ,

- sсл =0,6мм ,

материал выбираем по ГОСТ 8733-74 - высококачественная безшовная сталь 10Г2, а также шероховатость внутренней поверхности Кэ=0,00004мм.

4. Гидравлический расчёт магистралей

Гидравлический расчёт необходим для определения потерь давления при движении жидкости по магистралям гидропривода. Потери давления в магистралях обусловлены внутренним трением жидкости и трением о внутреннюю поверхность трубопроводов (потери по длине) а также потерями давления в местных сопротивлениях (повороты, внезапное и плавное расширение потока, прохождение потока жидкости через фильтры, радиаторы и т. д.).

Обобщенная формула потерь давления в трубопроводе имеет вид:



,

где: - потери давления в местном сопротивлении;

- потери напора по длине магистрали.

Значения и А берутся из справочной литературы, а рассчитывается по формулам в зависимости от чисел Re потока и величины эквивалентной шероховатости внутренней поверхности магистралей.

Для расчета гидравлической характеристики всасывающей магистрали задаёмся рядом значений Qн .( например: 0,1Qн, 0,3Qн , 0,5Qн , 0,7Qн , 0,9Qн, 1,2Qн .)

Зная , по заданным Qн находим средние скорости соответствующие этим расходам:

Число Рейнальдса Re определяет режим движения жидкости и рассчитывается по формуле:

где: - кинематический коэффициент вязкости

- внутренний диаметр магистрали

- средняя скорость жидкости в трубопроводе.

В качестве рабочей жидкости проектируемого гидропривода используется масло И-20. Оно имеет следующие характеристики:

- плотность при 85°С 890 кг/м3,

- кинематическая вязкость при 50°С не менее =35*10-6 м2/с.

Коэффициент Дарси зависит от величины числа рассчитывается по формулам:

- для ламинарного режима ( Re < 2320):

;

- для гладкостенной турбулентности ( Re = 2500-5000):

;

- для вполне шероховатых труб ( Re > 5000):

;

- для зоны автомодельной по Re ( Re > )

.

Гидравлическая характеристика каждой магистрали имеет вид:

Ввиду того, что все магистрали в гидроприводе соединены последовательно, суммарная характеристика всех 3-х магистралей будет выражаться суммой потерь во всех магистралях :

Рассмотрим расчёт характеристики каждой магистрали и её составляющих:

Всасывающая магистраль

;

Местные сопротивления:

а) вход жидкости из бака в натрубок насоса (внезапное сужение)

б) угольник (поворот на 90о) на всасывающем натрубке насоса



в) выход жидкости из патрубка в полость насоса (внезапное расширение)

Все данные заносим в таблицу 3.

Табл.3

Q	0.1Qвс	0,3Qвс	0.5Qвс	0.7Qвс	0.9Qвс
	0,2	0,6	1,01	1,41	1,81
	17,8	160,2	453,94	884,7	1457,86
Re	148,57	445,71	750,29	1047,43	1344,57
л	0,43	0,14	0,085	0,061	0,047
о	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5
	50,49	418,47	1165,1	2253,98	3698,86
	29,44	86,26	148,4	207,56	263,53
	79,93	504,73	1313,5	2461,54	3962,39

Получаем ряд точек принадлежащих гидравлической характеристике всасывающей магистрали и строим ее график:

Рисунок 5. График гидравлической характеристика всасывающей магистрали

Нагнетательная магистраль

;



Местные сопротивления.

а) выход из полости насоса в нагнетательную магистраль (внезапное сужение);

;

б) угольник (поворот на 90о) на каждые 3 метра магистрали (трубопровода);

;

;

где: - количество уголков в нагнетательной магистрали;

в) выход из трубы в полость гидромотора (гидроцилиндра) (внезапное расширение);

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Все данные приведены в таблице 4.

Табл.4

Q	0.1Qнаг	0,3Qнаг	0.5Qнаг	0.7Qнаг	0.9Qнаг
	0.000089	0.00026	0.000445	0.000623	0.000801
	0,67	1,96	3,35	4,69	6,04
	199,76	1709,51	4994,01	9788,26	16234,31
Re	248,86	728	1244,29	1742	2243,43
л	0,25	0,088	0,0514	0,0367	0,029
о уч	12,03	7,79	6,88	6,51	6,31
	2742,89	15998,8	42050,48	78684,91	127151,78
	46098,46	138864,8	236946,57	331596,13	434579,99
	48841,35	154863,6	278997,05	410281,04	561731,77

Строим гидравлическую характеристику нагнетательной магистрали гидропривода рис.6:

Рисунок 6. График гидравлической характеристики нагнетательной магистрали

Сливная магистраль.

; 

Местные сопротивления

а) вход из полости гидромотора в сливную магистраль;

;

б) угольник (поворот на 90о) на каждые 3 метра магистрали (трубопровода);

;

;

где: - количество уголков в нагнетательной магистрали;

в) выход в полость фильтра:

;

г) фильтроэлемент

;

д) вход в сливную магистраль из полости фильтра (внезапное сужение)

;

ж) теплообменник

;

з) выход из сливной магистрали в бак гидропривода:

;

Все данные приведены в таблице 5.

Табл.5

Q	0.1Qнаг	0,3Qнаг	0.5Qнаг	0.7Qнаг	0.9Qнаг
	0,31	0,92	1,57	2,19	2,83
	42,76	376,65	1096,88	2134,26	3563,96
Re	168,29	499,43	852,29	1188,86	1536,29
л	0,38	0,13	0,075	0,054	0,042
о уч	18,88	11	9,34	8,68	7,01
	6369,6	21901,46	34426,72	66985,96	91635,96
	11972,8	36079	60616,88	84920,84	110295,18
	18342,4	57980,46	95043,59	151906,8	201931,143

Строим график :

Рисунок 7. График гидравлической характеристики сливной магистрали

Используя графики гидравлических характеристик всасывающей, нагнетательной и сливной магистралей находим суммарную гидравлическую характеристику магистралей гидропривода.

Для этого проводим графическое сложение функций характеристик при одном и том же значении .

Рисунок 8.Суммарная гидравлическая характеристика гидропривода

Для удобства расчётов характеристик составили и заполнили расчётную таблицу 5.

Таблица 5.

Q	0.1Qнаг	0,3Qнаг	0.5Qнаг	0.7Qнаг	0.9Qнаг
	79,93	504,73	1313,5	2461,54	3962,39
	48841,35	154863,57	278997,05	410281,04	561731,77
	18342,4	57980,46	95043,59	151906,8	201931,143
	67263,68	213348,76	375354,14	428649,38	767625,303



5. Построение расходно-перепадной характеристики с учётом гидравлических потерь

Для построения РПХ гидропривода с учётом потерь необходимо наложить расходно-перепадную характеристику насосной установки с предохранительным клапаном на гидравлическую характеристику магистралей выполненных в одном масштабе и произвести вычисление ординат при одном:

Qзол =1,068*10-3м3/с

Pзол = 22,5 Мпа

6. Расчет управляющего золотника

Рис. 9

Управляющий золотник гидропровода, конструктивная схема которого приведена на Рис. 9, представляет собой устройство для дросселирования и переключения потоков жидкости поступающих от насоса к гидромотору и от гидромотра на слив.

По классификации - это четырехлинейный (щелевой) трехпозиционный управляющий золотник. Он имеет 4 канала (1:4) или 4 рабочие щели - по два на каждом пояске.

В нейтральном (среднем) положении пояски плунжера перекрывают окна втулки золотника, так как ширина пояска m больше ширины окна t. Поэтому каналы 1,2,3 и 4 изолированы друг от друга. Следует добавить, что окна не обязательно являются кольцевыми проточками во втулке золотника и пояски, закрывающие окна разделяют каналы 1,2 от каналов 3,4. При перемещении плунжера влево между окнами и правыми кромками поясков образуются кольцевые щели площадью ПDx. При этом канал 1 соединяется с каналом 4, а канал 2 с каналом 3. Причем площади кольцевых щелей, а следовательно и линейно зависят от перемещения плунжера x.

При перемещении плунжера вправо открываются щели со стороны левых кромок поясков. В этом случае канал 1 соединяется с каналом 3, а канал 2 с каналом 4. Таким образом, происходит реверсирование движения выходного звена гидропровода.

Скорость перемещения выходного звена гидропровода, будь то гидромотор или гидроцилиндр, регулируется степенью открытия щели золотника или просто перемещением .

При определённой степени открытия =наступает «насыщение», то есть гидропровод уже не управляется, увеличением х, так как

Большинство силовых гидропроводов регулируются по скорости выходного звена, при.

Зная диаметр плунжера золотника Dзол=25мм и Рн=22,5*106, определяем максимальный ход плунжера или максимальное открытие золотника при Qзол = Qн =1,068*10-3 :

,

где:

А=200

Re=2228,57

D=0.025мм

Для определения параметров золотника задаёмся точкой открытия клапана расходно-перепадной характеристики. Таким образом, условием мы задаём самое пологое положение гидравлической характеристики золотника

Задавая степень открытия золотника как и, просчитывая Рзi (Qзол) для каждого из положений находим, регулировочные характеристики гидропривода. При этом величину Qзi необходимо задавать от меньших значений к большим. Например: для подсчитываем для значений Qзi =0,1Qн ; 0,2Qн ; 0,3Qн ; 0,5Qн . Как только очередное значение станет больше чем = 22,5 , расчёт для прекращаем и переходим к расчёту для .

Полученные значения заносим в таблицу 6.

Таблица 6.

QГ	0,1 QГ=0,346	0,2 QГ=0,692	0,3 QГ=1,038	0,5 QГ=1,73	0,8 QГ=2,768	1QГ=3,46
0,15	10,32	41,24	-	-	-	-
0,25	3,72	14,87	33,45	-	-	-
0,5	0,92	3,71	8,36	23,22	-	-
0,75	0,41	1,65	3,72	10,32	26,43	-
1,0	0,23	0,93	2,09	5,81	14,87	33,45



Максимальное открытие окон золотника равно или в относительных величинах:

Следовательно, область регулирования гидропровода ограничивается осями координат и регулировочной характеристикой золотника при .

Строим по ним сетку регулировочных характеристик управляющего золотника и накладываем её на расходно-перепадную характеристику насосной установки с предохранительным клапаном с учётом гидравлических потерь.

Произведя графическое вычитание характеристик золотника от расходно-перепадной характеристики, получаем внутреннюю регулировочную характеристику гидропровода .

7. Построение характеристики гидропровода по КПД

Величины являются внутренними (гидравлическими) параметрами гидромотора. Для расчёта внешних силовых параметров на основе и необходимо знать конкретныепараметры гидромотора. Либо используя силовые параметры гидропривода в рабочем режиме, рассчитать геометрические параметры гидромотора и по ним подобрать конкретный типоразмер из справочной литературы.

Рассмотрим в качестве гидромотора -гидромотор вращательного действия. По исходным данным и находим основные геометрические параметры:



Отсюда:

,

Vг=300•=100см3

По найденному рабочему объему гидромотора подбираем из справочника гидромотор, указанного в задании типа, и уточняем значение :

гидромоторпластинчатый с рабочим объёмом

И так, при данном объёме гидромотора, чтобы развить крутящий момент в и при этом гидропривод мог регулироваться нашим золотниковым устройством необходимо давление в гидромоторе:

При этом угловая скорость вращения вала гидромотора будет:

Для получения угл. скорости вращения вала,повысим расход через гидромотор.

При данной угл. скорости момент будет равен

Для 3-х значений степени открытия золотника (Х = 0,5 ; Х = 0,75 ; Х = 1) в зависимости от расхода определим и просчитаем: давления, моменты, угловые скорости и КПД.

По этим данным построим характеристику КПД от расхода:



Литература

1. Гидравлическое оборудование. Каталог-справочник. ч.I и II., М., ВНИИГидропривод, 1967.

2. Башта Т. М. Гидравлика , гидравлические машины и гидравлические гидроприводы. Учеб. пособие для вузов-М., «Машиностроение», 1982.

3. Казарян С.М. Лабораторный практикум по гидравлике, гидравлические машины и гидроприводы. Учеб. пособие для вузов - Ер.: Луйс, 1984.

4. Яруллин Ч.А. Теория и расчет объемного гидропривода: учебное пособие - Уфа: УГАТУ, 2006 - 90с.

Размещено на Allbest.ru

...