Модернизация гидропривода станка для резки арматуры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет автомобильно-дорожный

Кафедра наземных транспортно-технологических машин

Контрольная работа

Модернизация гидропривода станка для резки арматуры

Работу выполнила студентка

Волков Д.Н.

Руководитель

Чмиль В.П.

Санкт-Петербург 2015



Содержание

Исходные данные

1. Исходная гидравлическая схема станка для резки арматуры

2. Сила полезного сопротивления на штоке силового гидроцилиндра

3. Выбор насоса

4. Выбор гидроцилиндра

5. Оценка надёжности исходного гидромеханизма и техническое решение по ее повышению

6. Оценка надёжности модернизированного гидромеханизма

7. Расчет и выбор пневмогидроаккумулятора

Заключение

Список использованной литературы



Исходные данные

№	Параметр	Обозначение	Единицы измерения	Вариант №1
1	Максимальный диаметр разрезаемой арматуры	d	мм	25
2	Марка материала арматуры			Ст3
3	Производительность (число раб ходов в мин)	П	расход/мин	10
4	Рабочее давление в гидросистеме	р	МПа	30



1. Исходная гидравлическая схема станка для резки арматуры

При работающем двигателе насос 3 нагнетает рабочую жидкость в систему. В зависимости от положения золотника распределителя 2 жидкость поступает через фильтр 4 в бак ( педаль опущена) , либо в поршневую полость цилиндра 6.

При поступлении жидкости в рабочий цилиндр поршень осуществляет

рабочий ход, максимальная величина которого ограничивается КП 5, который который открывает сливное отверстие в бак.

В исходное положение поршень возвращается пружиной.

Золотник распределителя 2 управляется с помощью педали 1. При нажатии педали происходит рабочий ход поршня; при ослаблении - поршень возвращается в исходное положение под действием пружины.

2. Сила полезного сопротивления на штоке силового гидроцилиндра

Допускаемое напряжение на срез [ cр] = (0.3…0.35) * т , где

т - предел текучести материала арматуры, для Ст3 составляет т = 240 Мпа

[ cр] = 0,35 * 240 = 84 Мпа

Угловые прочности арматуры в опасном сечении площадью F при срезе:

cр = P/Fср < [ cр] = 84 Мпа

Отсюда находим допускаемое технологическое усилие:

[P] = [ cр] * Fср = [ cр] * п * d^2 / 4 = 84 * 10^6 * 3,14 * 0,025^2 / 4 = 41,212 кН

Сила полезного сопротивления при резке арматуры :

Rпс = [P] * Kд = 41,212 * 1,2 = 49,45 кН

где Кд - коэффициент динамичности, в зависимости от диаметра арматуры Кд = 1,2 ….1,4. С учетом силы сопротивления сжатия возвратной пружины

Кд можно принимать1,5 .

Ход пружины Х гидроцилиндра (подвижного штока) принимаем равным диаметру арматуры d, т.е. Х = 25 мм = 0,025 м.

V - перемещение поршня Vп (м/c) определяем по формуле :

Vп = L / 60

где L - путь ножа, проходящий за одну минуту (м/мин). Полный путь штока ( ножа ) с учетом обратного хода:

L = 2ПХ = 2 * 10 * 25 = 500 мм = 0,5 м

Здесь: 2 - число ходов рабочего цикла

П = 10 - число рабочих ходов в минуту (исходные данные)

Х = 25 мм - ход поршня в одну сторону.

Тогда средняя скорость выдвижения штока (ножа):

Vшт = 0,5/60 = 0, 0083м/c

Время рабочего хода : tp = Х/Vшт = 0,025/0,0083 = 3,01 = 3 с

3. Выбор насоса

Потребную мощность привода насоса ( кВт ) для работы цилиндра станка находим по формуле:

Nн = Rпс * Vшт / ( nгм.н. * nгм.ц.)



где nгм.н. и nгм.ц. - гидромеханические КПД насоса гидроцилиндра. По справочным данным среднее значение nгм.н. = 0,9; для цилиднра значение nгм.ц выбираем в зависимости от рабочего давления гидросистемы (таб.1)

При заданном рабочем давлении 30МПа, значение nгм.ц. = 0,98, тогда потребляемая мощность:

Nн = 49,45 * 0,0083/ (0,9*0,98) = 0,46 кВт

Таблица 1

Pном, МПа	10	14	16	20	25	32
nгм.ц.	0,93	0,94	0,95	0,96	0,97	0,98

По справочным данным для привода насоса выбираем асинхронный электродвигатель АОЛ2-11-2 У3 номинальной мощности 0,8 кВт при частоте вращения 3000 об/мин.

Полезная (выходная) мощность насоса, кВт:

Nп = Nн * nн

где nн - общий КПД насоса:

nн = nгм.н * nоб.н. = 0,9 * 0,98 = 0,882

Nп = 0,8 * 0,882 = 0,756 кВт

Действительная подача насоса Qн (м^3/c) находится по формуле:

Qн = Nп/pн = 0,756 * 10^3 / 30 * 10^6 = 0,0000252 (м^3/c)

Для перевода подачи насоса в л/мин умножим полученное значение на 60 000

Qн = 0,0000252 * 60000 = 1,512 (л/мин)

Потребляемый рабочий объем насоса Vo (м^3) находим по формуле:

гидропривод станок резка арматура

Vo = Qн / (nн. * nоб.н.) = 1,512 / (3000*0,98) = 0,000514л = 0,51 см^3

По справочным данным выбираем ближайший больший по рабочему объему нерегулируемый аксиально-поршневой насос Н1С-006 с рабочим объёмом Vo = 6 см^3

4. Выбор гидроцилиндра

Внутренний диаметр цилиндра находят по формуле:

D = (4Rпс / п * nгм.ц.* pном)^(1/2) = (4* 230,79 * 10^3 / 3,14 * 0,97 * 25 * 10^6)^(1/2) = 0,11 м

Для диаметров гильз цилиндра D (мм) ГОСТ 6540-68 установлены следующие ряды: 80 (90); 100 (110); 125 (140); 160 (180); 200 (220) и т.д.

Принимаем диаметр цилиндра D = 0,11 м

Выбираем диаметр d его штока также с учетом рядов, приведенных в ГОСТ, отношение d/D = 0,6 d= 0,6 * 0,11 = 0, 066 м

Принимаем диаметр штока d = 0,08 м

5. Оценка надёжности гидромеханизма и техническое решение по её выполнению

Интенсивность отказов:

л^' = 1/T_ср, [ч^-1],



где T_ср - среднее значение наработки на отказ устройства, [ч], (табл.2).

Таблица 2

Гидроустройства	Интенсивность отказов л'	Tср
Насосы аксиально-поршневые нерегулируемые	330	3000
Гидроцилиндры	108	9250
Распределители золотниковые	59	16850
Клапаны предохранительно-переливные	93	10750
Клапаны обратные, логические клапаны «ИЛИ»	19,6	51050
Гидропневмоаккумуляторы	50	20000
Фильтры	278	3600

Каждый контур состоит из следующих элементов k_i с известными интенсивностями отказов.

1) Насосный контур (k₁ = 4): насос аксиально-поршневой (л^' = 133·10^-6 ч¹); клапан предохранительный (л^' = 93·10^-6 ч^-1); распределитель (л^' = 59·10^-6 ч^-1) и фильтр (л^' = 278·10^-6 ч^-1). Max интенсивность отказа контура: л₁ = 760·10^-6 ч^-1.

2) Силовой контур (k₂ = 1): гидроцилиндр (л^' = 108·10^-6 ч^-1).

Принимаем наработку станка в течение года T = 1200 ч.

Расчёт количественного значения надёжности каждого контура основывается на использовании экспоненциального закона:

P(k₁) = e^-л·T = 1/2,718^{0,00076·1200} = 0,4

P(k₂) = e^-л·T = 1/2,718^{0,000108·1200} = 0,879

Тогда вероятность безотказной работы гидромеханизма в течение планируемого периода:

P(t) = P(k₁) ·P(k₂) = 0,4·0,879 = 0,35



Для повышения надёжности изменим структурную схему механизма, применив автомат разгрузки насоса, приведенном на рис.2

Схема позволяет исключить предохранительный клапан. В ней применяют гидроцилиндр двустороннего действия, что позволяет исключить возвратную пружину, снизить динамику работы цилиндра, силу сопротивления на штоке при резке арматуры с 230,79 кН до 164,9 кН. Это, в свою очередь, уменьшает потребную мощность и подачу, позволяет выбрать более экономичный насос с меньшим рабочим объемом и гидроцилиндр меньших размеров и массы. Кроме того, для повышения надежности предусмотрен предохранительный клапан, работающий при засорении его фильтроэлемента.

Работа модернизированной схемы:

При отпущенной педали 7 рабочая жидкость под давлением от насоса 2 поступает через КО 4 по каналам распределителя 6 в штоковую полость Б цилиндра 9, а из полости А вытесняется на слив в гидробак с предварительной очисткой в фильтре 10. Одновременно с этим происходит заряд подключенного к напорной линии ПГАК 5.

По мере зарядки АК происходит перемещение двухходового гидроуправляемого распределителя 3. При этом насос обратным клапаном 4 отключается от заряженного АК и открытым двухходовым распределителем 3 и соединяется с гидробаком.

Таким образом ПГАК 5 находится в полностью заряженном состоянии, а насос переведен в дежурный режим, разгружен.

При нажатии на педаль 7 поршневая полость А цилиндра 9 сообщается с АК 5, а штоковая со сливом.

При выдвижении - шток выполняет рабочий ход и резка арматуры за счет гидравлической энергии накопленной в АК.

По мере расходования и снижения давления в АК происходит обратное переключение распределителя 3, подключенного насоса и напорной гидролинии, питание цилиндра в этот период работы осуществляется от насоса при одновременном заряде АК.

6. Оценка надёжности модернизированного гидромеханизма

Применение насосно-аккумуляторного привода позволяет оптимизировать работу гидромеханизма, снижает пульсации давления и увеличивая ресурс гидроэлементов схемы. Поэтому при оценке надежности механизма принимаем макс. значение наработки. Статические данные по макс наработках на отказ в табл. 3

Таблица 3

Наименование элементов	Макс наработка на отказ, Тмакс	Интенсивность отказов
Насос нерегулируемый аксиально-поршневой	5000	200
гидроцилиндры	13000	77
Распределители золотниковые	25000	40
Предохранительные клапаны	15000	67
Обратный клапан	100000	10
аккумуляторы	20000	50
фильтры	6200	160

Предварительно принимаем, что переодическая разгрузка насоса позволяет увеличить его ресурс не менее чем в 1, 5 раза.

Тогда наработка насоса на отказ составит 5000*1,5 = 7,500 , а интенсивность л^{' =} 1/7500 = 133 * 10^6

1. Контур:

Насосно-аккумуляторный контур (К1 = 7): ): насос аксиально-поршневой (л^' = 133·10^-6 ч¹); клапан перепускной (л^' = 67·10^-6 ч^-1);

Обратный клапан (л^' = 10·10^-6 ч¹); аккумулятор (л^' = 50·10^-6 ч-¹); двухходовой распределитель (л^' = 40·10^-6 ч^-1) и фильтр (л^' = 160·10^-6 ч^-1). Max интенсивность отказа контура: л₁ = 500·10^-6 ч^-1.

2. Контур:

Силовой контур (k₂ = 1): гидроцилиндр (л^' = 77·10^-6 ч^-1).

Расчёт количественного значения надёжности каждого контура:

P(k₁) = e^-л·T = 1/2,718^0,0005·1200 = 0,549

P(k₂) = e^-л·T = 1/2,718^{0,00077·1200} = 0,912

Вероятность безотказной работы механизма в течении года:

P(t) = P(k1) ·P(k2) = 0,549·0,912 = 0,5

7. Расчет и выбор пневмогидроаккумулятора

Механическая работа при резке арматуры находится по формуле:

А_мех = Rпс * Vшт * tр = 164,9 * 10^3 * 0,023 * 2 = 7590[Н·м]

Рассмотрим поршневой тип аккумулятора, в котором отношение начального давления р₀ к максимальному р₂ равно 1:10. Принимаем номинальное давление газа р0 в аккумуляторе 25/10 = 2,5 Мпа

При условии полного вытеснения жидкости из аккумулятора при его разряде: Vп = Vo - V2

Расчет параметров АК для быстро протекаемого процесса его разряд или заряд производит для адиабатного процесса, применяем среднее значение показателя k = 1,3. При условии полного вытеснения жидкости из АК, названный процесс описывается выражением:

PoVo^1,3 = P2V2^1,3,

где Po,P2 - начальное и макс рабочее давление газа;

Vo - объем газа при Ро;

V2 - объем газа при Р2;

Объем газа:

V2 = Vo (Po/P2)^(1/1,3) = Vo (2,5/25)^(1/1,3) = 0,17Vo

Тогда полезный объемный ППАК:

Vп = Vo - 0,17Vo = 0,83Vo

Среднее давление газа в принятом диапозоне:

Pср = 0,5 (25 +- 2,5) = 13,75 Мпа

Произведение полезного объема жидкости Vп на среднее давление газа в принятом диапазоне определяет внешнюю работу АК:

А = Vп * Pср = 0,83Vo * 13,75 * 10^6 = 11,4 * 10^6 Vo , Н*м

Найдем конструктивную вместимость АК:

7590= 11,4 * 10^6 Vo

Vo = 7590 / 11,4 * 10^6 = 0,00067 м^3 = 0,67 дм^3

Объем газа V2 = 0,17Vo = 0,17 * 0,67 = 0,1132 дм^3

Проверка расчетов произведенного по двум рабочим состояниям, определяемых законом политропных изменений:

PoVo^k = P2V2^k = const

2,5 * 0,67 ^1,3 = 25 * 0,1132 ^1,3 = 1,48

По справочным данным выбираем поршневой ПГАК АРХ-1/32, с конструктивной вместимостью Vo = 1 дм^3; макс давлением 32 МПа; масса 6,6кг .



Заключение

Повышение надёжности механизма зависит от ряда мероприятий, применяемых к конструкции.

Задачей данной курсовой работы являлось проектирование насосно-аккумуляторного привод гидроусилителя трактора, выполнение расчётов основных характеристик, узлов и деталей, необходимых для изготовления и применения данного привода.

Для увеличения ресурса насоса и подшипников коленчатого вала была изменена структурная схему механизма с насосной на насосно-аккумуляторную, предусматривающую подачу масла под давлением к подшипникам в момент страгивания коленвала при запуске двигателя, а также обеспечивающую периодическую разгрузку масляного насоса при питании в этот период потребителей системы смазки от предварительно заряженного пневмогидроаккумулятора.

Наличие ПГАК оптимизирует работу привода и позволяет применять в гидросистеме насос с меньшей подачей, уменьшает потери энергии из-за слива излишка жидкости, повышает КПД гидропривода.



Список использованной литературы

1. Чмиль В.П. Гидропневмопривод строительной техники. Конструкция, принцип действия, расчёт: учеб. пособие. - СПб.: Изд-во «Лань», 2011, с. 242...246, 224...227.

2. Конспект лекций

Размещено на Allbest.ru

...