Розрахунок гідропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВСТУП

Поняття «машинобудівна гідравліка» є умовним і включає широкий комплекс технічних відомостей з питань прикладної гідравліки в'язких рідин стосовно об'ємних гідроприводів, а також комплекс відомостей з питань їх конструювання, виготовлення і експлуатації.

В загальному випадку гідроприводом називається пристрій для приведення в рух машин і їх механізмів, що складається з джерела витрати рідини, яким в більшості випадків служить насос, гідродвигуна (поступального, обертального, поворотного та неповноповоротного рухів), системи управління, допоміжних пристроїв і рідинних магістралей (трубопроводів). Насосом називають гідравлічну машину, перетворюючу прикладену до його валу механічну енергію привідного двигуна в гідравлічну енергію потоку рідини, гідродвигуном -- машину, перетворюючу енергію рідини в механічну енергію. Ширина застосування гідравлічних приводів (систем) в машинах обумовлена їх перевагами.

Перевагами гідроприводів є мала вага і об'єм, припадають на одиницю переданої потужності, простота здійснення без ступінчатого регулювання швидкостей, високий коефіцієнт корисної дії, надійність, стійкість заданих режимів роботи, простота управління і обслуговування, а також універсальність застосування.

Важливу роль гідравлічні приводи грають також в технічному прогресі різних машин стаціонарного типу. Так, наприклад, в металообробних верстатах розв'язуються питання автоматизації технологічних процесів і зокрема -- автоматизації операцій обробки деталей за шаблонами і програмними забезпеченнями.

Вказані переваги гідравлічних приводів дозволяють широко їх застосовувати в самих різних галузях машинобудування. Щоб оцінити застосування гідравлічних пристроїв в сучасних машинах, слід вказати, що іноді в одній машині налічується по декілька сотень одиниць гідравлічних агрегатів; протяжність трубопроводів при цьому досягає сотень метрів. Прикладами можуть служити літаки, водні судна, машини вугільної і металургійною промисловості, суднобудівельні і дорожні машини, металообробні верстати і ін.

Неухильне розширення області застосування гідравлічного приводу, безперервне зростання і вдосконалення виробництва гідравлічних машин, апаратів і допоміжного устаткування вимагають від сучасного інженера-машинобудівника теоретичних знань і практичних навиків, потрібних для раціонального використання гідравлічної енергії.

Широке застосування гідроприводів вимагає постійного їх удосконалення і створення необхідної номенклатури.



1. СФЕРА ЗАСТОСУВАННЯ ПРОЕКТУЄМОГО ГІДРОПРИВОДА

гідроциліндр тиск тривкість насос

Гідропривід застосовується в сучасному верстатобудуванні. Він дозволяє істотно спростити кінематику верстатів, понизити їх металоємність, повисить точність та надійність роботи.

Він використовується в механізмах подач, зажиму заготовки, заміни інструменту, а також в копірувальних супортах. В пристроях для транспортування, врівноваженнях, розгрузки, фіксації, усунення зазорів. В системах переключення зубчастих коліс, приводів змащувальних насосів, прибирання стружки, пересування огорож, поворот столів та револьверних головок, систем блокування та ін. В сучасних верстатах з високим ступенем автоматизації циклу у ряді випадків вимагається забезпечити до декількох десятків різних рухів.

Даний гідропривід застосовують у монтажних роботах для переміщення габаритних об'єктів. А цикл роботи основного гідроциліндра дозволяє найбільш безпечно здійснювати ці переміщення. При робочому тиску в 4МПа від здатен переміщувати навантаження 2.2 тони.



2. ОПИС РОБОТИ І СКЛАДАННЯ ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМИ

Розробка принципової схеми базується на основі заданого циклу:

На схемі ГЦ 1знаходиться у втягнутому положенні,а ГЦ 2- у витягнутому (рис.1.1). При натисканні на кнопку пуску Р10 розподільник Р2 займає крайнє праве положення. У поршневу порожнину ГЦ1 потрапляє рідина під тиском, шток починає рух та займає крайню праву позицію. Спрацьовує розподільник Р2.ГЦ2 починає втягуватись. При займанні крайнього лівого положення подається керуючий сигнал на Р3 і рідина під тиском втягує ГЦ1. При займанні крайнього правого положення, перемикається розподільник Р2. Шток ГЦ2 починає виштовхуватись.

Якщо кнопку розподільник Р10 лишити увімкненим, то система буде відпрацьовувати цикл за циклом, зберігаючи задану послідовність прямувань робочих органів. Кнопку Пуск можна вимкнути в будь-який момент роботи системи. Зупинка при цьому відбудеться тільки після виконання всього циклу системи у тому ж самому вихідному положенні робочих органів.

Дана схема дозволяє одержати роботу по тактам: ШП-1РП-2РП-ШВ.Схема забезпечує регулювання швидкості при прямому і оберненому ході. Сигнал управління швидкостями руху ГЦ1 передається за допомогою копіру,закріпленого на штоку ГЦ1 і датчиків.



3. ВИБІР РОБОЧОЇ РІДИНИ

Вибираємо масло індустріальне І-50А (ГОСТ 20799-88) - масло загального призначення, дистилятне або суміш дистилярного із залишковим з сірчистих і мало сірчистих нафт селективного очищення. Не містить присадок.

Вживають в якості робочих рідин в гідравлічних системах верстатного устаткування, автоматичних ліній, пресів, для змащування легко-і середньо нагруженних зубчастих передач, напрямних кочення і ковзання верстатів, де не потрібно спеціальні масла, і інших механізмів. Найбільш широко застосовують масло І-50А в гідравлічних системах промислового устаткування, для будівельних, дорожніх і інших машин, що працюють на відкритому повітрі.

- Кінематична в'язкість при 40?С- 90-110мм2/с

- Густина при 20?С- не більше 910 кг/м3

- Температура застигання - не вище -15?С

- Температура спалаху - не нижче 225(215)?С



4. РОЗРАХУНОК ГІДРОПРИВОДА

4.1 Визначення розмірів гідроциліндрів

4.1.1 Визначення розмірів основного гідроциліндра

Внутрішній діаметр гідроциліндра визначається в залежності від значення і напрямку чинного навантаження.

Рівняння рівноваги сил, що діють на поршень, уявимо у вигляді:

,

де р1 - тиск в порожнині циліндра, яка сполучена з напірною гідролінією;

р2 - тиск в порожнині циліндра, яка сполучена з зливальною гідролінією, р2=0,4МПа

F1 - площа поршня з боку напірної гідролінії;

F2 - площа поршня з боку зливної гідролінії;

Р - повне навантаження.

З урахуванням механічного ККД гідроциліндра:



Рис. 4.1

Для гідроциліндрів у яких шток працює на розтяг:

Протитиснення визначається гідравлічними втратами, які дорівнюють сумі втрат на лінійних і місцевих опорах трубопроводів і гідроапаратів, встановлених на зливальній гідролінії.

При розрахунку попередньо приймемо =5,5МПа = 5,5?106Па, МПа=0,4?106Па.



Коефіцієнт відношення площ із нормальним діаметром штока .

Механічний ККД гідроциліндра з ущільненнями гумовими і металевими кільцями . Приймемо .

Розрахунковий діаметр гідроциліндра і штока округляють до найближчого по ДЕРЖСТАНДАРТу 12447-80. Вибираємо мм.

Діаметр штока d визначають зі співвідношення:

Діаметр підводящих отворів, мм;

де Q - витрата рідини через прохідний отвір, /с;

- середня швидкість руху рідини, м/с.

Середню швидкість руху рідини приймаємо рівною 5 м/с;



Отримане значення округляємо по ДЕРЖСТАНДАРТу 8732-78 і ДЕРЖСТАНДАРТу 8734-75:мм.

4.1.2 Визначення розмірів допоміжного гідроциліндра

Гідроциліндр працює на стиск при виштовхуванні плунжера, діаметр, мм;

=5.5 - задане робоче зусилля, кН;

,- тиск відповідно в напірній і зливальній порожнина гідроциліндра;

= = - відношення площин поршня з боку відповідно поршневої і штокової порожнин, із нормальним діаметром штока = 1;

Механічний ККД гідроциліндра з ущільненнями гумовими і металевими кільцями . Приймемо .

Н



Діаметр підводящих отворів, мм;

де Q - витрата рідини через прохідний отвір, /с;

- довжина ходу;

- час спрацювання;

Середню швидкість руху рідини приймаємо рівною 5 м/с;

Отримане значення округляємо по ДЕРЖСТАНДАРТУ 8732-78 і ДЕРЖСТАНДАРТу 8734-75:мм.

4.2. Визначення витрат і тисків в гідродвигунах

Витратирозраховуютьпіслявизначенняконструктивнихрозмірівгідродвигунів на підставі заданих швидкостей руху і з урахуванням циклограми роботи приводів для кожного її такту.

Для гідроциліндра споживана витрата при роботі штока на виштовхування;



Q = F V ;

При роботі штока на втягування;

Q = FV ,

де Fі F - площі поршня відповідно з боку поршневоїі штокової порожнини основного або допоміжного гідроциліндра; Vі V - відповідні швидкості руху поршня.

Площі поршня і штока визначають по округленим до стандартних значень діаметрів;

F = ;

F = .

Об'ємнимивтратами в гідроциліндрах можна зневажити, =1.

Витрата, споживана гідродвигуном;

Qмi = ,

де q - паспортне значення робочого обсягу гідродвигуна;n - частота обертання вала гідродвигуна; - об'ємний ККД гідродвигуна, який варто приймати на підставі паспортних даних.

Визначмо витрати приводу, що працює по циклу . Причому, система працює за таким циклом:

2 - 1 (1РП-ШП-1РП) - 1(1РП-ШВ-2РП-ШВ) - 2 - ВЧ

Параметри циліндрів такі:

циліндр Ц1: діаметр поршня D1=0,100м і штока d1=0,05м , повна довжина ходу S1=0,5м;

При виштовхуванні поршня:

Швидкий підвід S=0,05м;

перша робоча подача S1РП= 0,2м,V1РП=0,45м/хв,

друга робоча подачаS2РП= 0,4м,V2РП=0,40 м/хв,

При втягуванні поршня:

швидкий відвід SШВ= 0,05м;VШВ=6 м/хв.

циліндр Ц2 - діаметр поршня D=0,05м, довжина ходу S2=0,20м , час спрацьовування при втягуванні і виштовхуванні не більше tд=7с.

Визначимо робочі площі гідроциліндра Ц1:

Визначимо робочі площі гідроциліндра Ц2:

Циліндр безштоковий;

Час ti кожного такту можна визначити з:

ti =

де - довжина ходу привода для даного такту; - швидкість переміщення поршня.

Визначимо витратиспоживані гідро двигунами для кожного такту.

Перепад тисків в порожнинах гідро двигунів визначається навантаженням на шток і тиском у зливній порожнині:

тиск в робочій порожнині при виштовхуванні штока:

при втягуванні:

де - корисне навантаження; - площа поршня; - тиск в зливній порожнині; - механічний ККД, ; D і d - діаметр поршня і штока.

Для гідроциліндра з двобічним штоком приймаємо:

При холостому ході корисне навантаження на шток визначається механічними втратами

Визначаємо тиски в робочій порожнині гідроциліндрів в кожному такті:

Такт I. Працює циліндр Ц2 на виштовхування

Швидкість:

Витрата:

Час:

Такт II. Працює циліндр Ц1 (на виштовхування)

II.1 Перша робоча подача.

Швидкість:.

Витрата:

Час:.



II.2 Швидкий підвід.

Швидкість

Витрата:

Час:

;

II.3 Перша робоча подача.

Швидкість

.

Витрата:

Час:

Такт III. Працює циліндр Ц1 на втягування

III.1 Перша робоча подача.

Швидкість



.

Витрата:

Час:

III.2 Швидкий відвід:

III.3 Друга робоча подача.

Швидкість:

Витрата:

Час:



III.4 Швидкий відвід:

Такт IV. Працює циліндр Ц 2 на втягування.

.

Час повного циклу системи:

Отримані значення зводимо в табл. 4.1



Таблиця 4.1

4.3 Вибір насоса і схеми насосної установки

Для нормальної роботи гідроприводу необхідно, щоб у кожному такті виконувалась умова:

де Qн - витрата насоса;

Qі - витрата споживана гідро двигуном в відповідному такті.

Об'єм рідини, що буде надходить у гідросистему за час циклу tц :

Об'єм рідини Vцп , споживаний гідросистемою за час циклу:

Коефіцієнт використання продуктивності насоса визначиться як відношення об'єму рідини, споживаного гідросистемою за час циклу, до обсягу рідини, що надходить від насоса:

Чим менше значення kQ, тим нижче ККД гідроприводу. Максимальне значення ККД відповідає kQ = 1. У цьому випадку Vцп = Vц. Для зменшення втрат і збільшення ККД гідроприводу доцільно застосовувати насосну установку з гідроакумулятором.

Недостатній розмір витрати в деяких тактах компенсується гідроакумулятором, що підживлюється в усіх останніх тактах.

Оптимальним можна вважати режим роботи, при якому подача насоса дорівнює середньому Qср значенню витрати, споживаної приводом за цикл:

де kз - коефіцієнт запасу, kз = 1,1...1,15.

Обираємо:

Насос пластинчастий Rexroth1PF2V2-2X по iso 228/1:

- робочий об'єм 10 см3;

- номінальна витрата 15л/хв.;

- частота обертання 900-3000хв-1;

- ККД повний 0,56, об'ємний 0,74.

- Тиск 17,5МПа

Робочий об?єм акумулятора можна визначити на підставі діаграми витрат (Рис. 4.2)

Обираємо стандартний гідроаккумулятор об'ємом 3л (АРХ-3/320 ТУ 2-053-1410-79).

Рисунок 4.2

4.4 Гідравлічний розрахунок

4.4.1 Вибір розмірів трубопроводів

Задача розрахунку - визначення діаметрів трубопроводів і втрат тиску, що виникають у них при переміщені робочої рідини.

Розрахунок варто робити по ділянках, що мають однакову витрату. Ділянка являє собою трубопровід з установленими на ньому місцевими опорами (трійники, штуцера, коліна і т.і.) і гідроапаратами.

де Qт - витрата рідини на ділянці що розраховується, Vср - середня швидкість рідини.

Середню швидкість рідини вибирають у залежності від призначення трубопроводу:

для всмоктувальних V=0,5…1,5 м/ с;

для зливальних V= 1,4…2,2 м/ с;

для напірних V= 3...6 м/ с.

Визначаємо діаметри трубопроводів:

· внутрішній діаметр всмоктувальної ділянки:

Згідно ДЕРЖСТАНДАРТу 8732-78 приймаємо: dТвс = 16 мм.

· внутрішній діаметр напірної ділянки:

Згідно ДЕРЖСТАНДАРТу 8732-78 приймаємо: dТнап = 8 мм.

· внутрішній діаметр зливної ділянки:

Згідно ДЕРЖСТАНДАРТу 8732-78 приймаємо: dТзл = 10 мм.

За прийнятим діаметром визначаємо дійсну швидкість руху рідини в трубопроводі:

· на всмоктувальній ділянці:

· на напірній ділянці:

· на зливній ділянці:

4.4.2 Визначення втрат тиску на гідравлічне тертя

Гідравлічні втрати в гідролініях складаються із втрат на гідравлічне тертя , втрат у місцевих опорах і втрат у гідроапаратах .

Втрати тиску на тертя

де - коефіцієнт тертя; l- довжина ділянки; - щільність; V- середня швидкість рідини, dт - діаметр труби або шланга.

Коефіцієнт тертя залежить від режиму плину рідини й визначається по числу Рейнольдса:

де - кінематична в'язкість рідини.

При ламінарному русі рідини ( Re< 2320).

Враховуючи можливість звуження івикривлення перерізу труби при практичних розрахунках приймають:

= 75 / Re.

При турбулентному русі ( Re 2320) коефіцієнт тертя залежить від числа Рейнольдса, й від відносної шорсткості стінок каналу. Сталеві труби мають шорсткість = 0,03мм, труби з кольорових металів уважаються практично гладкими.

· всмоктувальна лінія (l=1м)

коефіцієнт Рейнольда:2320-ламінарний режим

коефіцієнт Дарсі:;

втрати на гідравлічне тертя:

· напірна лінія (l=5м)

коефіцієнт Рейнольда:2320-ламінарний режим

коефіцієнт Дарсі:;

втрати на гідравлічне тертя:

· зливна лінія (l=5,5м)

коефіцієнт Рейнольда:2320-ламінарний режим

коефіцієнт Дарсі:;

втрати на гідравлічне тертя:

Сумарні втрати на гідравлічне тертя:

Результати розрахунків заносим у таблицю 4.2

Таблиця 4.2

Номер ділянки	L, м	d, мм	Q, л/хв.	V, м/с	Re	?	, МПа
1(вс)	1	16	15	0,75	240	0,31	0,0049
2(нап)	5	8	15	3	480	0,156	0,0405
3(зл)	5,5	10	15	1,9	380	0,2	0,179

4.4.3 Визначення втрат у місцевих опорах

При Re > 105 коефіцієнт тертя практично не залежить від Re і можна прийняти = 0,02. Втрати на місцевих опорах визначимо по формулі:

де - коефіцієнт місцевого опору.

· напірна лінія

Трійник:

Обернений клапан:

Коліно:

Штуцер:

· зливна лінія

Трійник:



Коліно:

Штуцер:

Зворотній клапан:

Результати розрахунків заносим у таблицю 4.3

Розрахунок втрат на місцевих опорах Таблиця 4.3

Лінія	Вид опору	Кількість		, МПа	, МПа
Напірна	Трійник	6	2,5	0,01
	Зворотній клапан	2	2,5	0,01	0,0854
	Штуцер	2	0,7	0,0006
	Коліно	7	0,15	0,0006
Зливна	Трійник	10	2,5	0,004	0,047
	Коліно	12	0,15	0,004
	Штуцер	2	0,7	0,00024
	Зворотній клапан	1	2,5	0,00024

Обираємо ГА та знайдемо значення дійсних втрат тиску на них:

дедійсне значення витрати на ГА,значення втрат тиску при номінальній витраті

Ф1 - Фільтр:

1ФГМ32-М. Тонкість очистки 32мкм ,Qn=15,5л/хв.,Dy=32мм

Ф2 - Фільтр:

АС42-52 Тонкість очистки 52 мкм ,Qn=32л/хв.,Dy=32мм

ЗК1 - Зворотній клапан:

Г52-32 Qn=20л/хв

ЗК2 - Зворотній клапан:

Г52-32 Qn=20л/хв

ЗК3 - Зворотній клапан:

Г52-32 Qn=20л/хв

ДР1-Дросель

ПГ7712

Qn=20л/хв

ДР2-Дросель

ПГ7712

Qn=20л/хв

Р1-розподільник

ВX6 44 30/0

Р4-розподільник

ВЕ6 573 31 /Г24Н

Р5-розподільник

ВX6 44 30/0

Р10-розподільник

ВX6X547/0

КР- клапан редукційний

Г57-22

РП- Регулятор потоку

RexrothMG6G1X/V

4.5 Тепловий розрахунок

При роботі гідроприводу внаслідок механічних, гідравлічних і об'ємних втрат відбувається виділення теплової енергії, що йде на нагрівання гідробака з маслом, а також розсіюється в навколишній простір.

Кількість теплоти Q, кДж, виділеної в гідроприводі за 1 год. роботи t визначають різницею споживаної NН і ефективної NЕ потужностей (кВт)

Кількість теплоти, що виділяється в гідроприводі за 1 год. роботи, визначимо як алгебраїчну суму кількості теплоти для кожного такту:

З урахуванням записаного виразу кількість теплоти дорівнює:



Перевищення сталої температурі масла в баку над температурою навколишнього середовища:

де -коефіцієнт теплопередачі від масла до повітря.

Розрахункова площа гідробака;

де - об'єм масла в баку.

Об'єм масла в гідробаку не повинен перевищувати двох-трьох хвилинної подачі насоса:

Повний геометричний об'єм гідробакуVб-визначають з умови його заповнення на 0,8 висоти до найближчого значення Vб згідно з ДЕРЖСТАНДАРТом 16770/71.Vб-40л.

Максимальна температура робочої рідини:

Так як tmax перевищує 70?С тоді теплообмінник треба встановлювати.

Вибираємо теплообмінник RexrothABUKG-18-12/01K010/PGF3-40/100/S0160

;

4.6. Розрахунок гідроциліндрів на тривкість

4.6.1 Розрахунок товщини стінки

Розрахунок поведемо по третій і четвертій теоріям тривкості.

,

де S - товщина стінки циліндра в небезпечному перетині;

D - внутрішній діаметр циліндра;

- напруга що припускається;

p-робочий тиск.

В якості матеріалу приймаємо Сталь 40Х ГОСТ 8733-74:=750МПа.

,

де n- коефіцієнт запасу міцності, ( n=3).

.



Список використаної літератури

1. Абрамов Е.И., Колесниченко К.А., Маслов В.Т. Элементы гидропривода: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - Київ: Техніка, 1977. - 322 с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. -M. : Машиностроение, 1977. - Т. 1-3.

3. Гидропривод и гидропневмоавтомтика станков / Под ред. В.А. Федорца. - Київ: Вищашк., 1987. - 375 с.

4.Свешников В.К., УсовА.А. Станочные гидроприводы: Справочник. - М.: Машиностроение

Размещено на Allbest.ur

...