Проектирование гидравлической схемы гидроагрегатного станка

Эпюра изменения давления по длине гидропривода дает наглядное представление о потерях (падении) давления на отдельных гидроаппаратах, по длине и в местных сопротивлениях гидролиний, а также служит основой для оценки расчетного перепада на гидродвигателях.

Процесс построения эпюры состоит из последовательного построения двух ее частей:

· первой - от гидробака до входа гидродвигателя (по направлению течения рабочей жидкости);

· второй - от гидробака до выхода гидродвигателя (против направления течения рабочей жидкости);

Расчёт потерь давления на участке содержащем гидроаппарат:

,

Где - потеря давления в гидроаппарате (техническая характеристика);

Q - фактический расход рабочей жидкости через гидроаппарат (в данной работе используем =13,26);

- номинальный расход гидроаппарата (техн. хар-ка).

Потери давления на участке «и-к»

,

Потери давления на участке «п-р»

,

Расчёт потерь давления на участке гидросистемы, содержащем гидролинию без дополнительных местных сопротивлений:

Потери давления при движении рабочей жидкости по прямолинейному участку гидролинии вызываются силами трения жидкости о шероховатые стенки трубопроводов. Величина потерь определяется режимом течения рабочей жидкости, который может быть ламинарным или турбулентным. Вид режима устанавливается с помощью безразмерного критерия - числа Рейнольдса Re, рассчитываемого для трубопроводов круглого поперечного сечения по формуле:

,

где - - кинематическая вязкость рабочей жидкости, м2/с.

Потери давления на участке «о-п»

,

При рабочей температуре вминеральное масло АМГ-10 имеет следующие показатели:

· Плотность

· Кинематическая вязкость

Так как число Рейнольдса

,

то режим течения является ламинарным.

При ламинарном течении потери давления , Па, в прямолинейном участке гидролинии длиной l, м:

,

где - плотность рабочей жидкости, кг/м3

,

Потери давления на участке «а-б»

,

При рабочей температуре вминеральное масло АМГ-10 имеет следующие показатели:

· Плотность

· Кинематическая вязкость

Так как число Рейнольдса

,

то режим течения является ламинарным.

При ламинарном течении потери давления , Па, в прямолинейном участке гидролинии длиной l, м:

,

где - плотность рабочей жидкости, кг/м3

,

Потери давления на участке «в-г»

,

При рабочей температуре вминеральное масло АМГ-10 имеет следующие показатели:

· Плотность

· Кинематическая вязкость

Так как число Рейнольдса

,

то режим течения является ламинарным.

При ламинарном течении потери давления , Па, в прямолинейном участке гидролинии длиной l, м:

,

где - плотность рабочей жидкости, кг/м3

,

Расчёт потерь давления на участке с местным сопротивлением:

,

где - безразмерный коэффициент местного сопротивления

Потери давления на участке «з»

,

Расчет потери давления в гидроцилиндре:

Давление на входе гидроцилиндра

,

Где - коэффициент, учитывающий усилие трения в уплотнениях гидроцилиндра (рекомендуется ).

- площадь поршневой полости

,

Для обеспечения плавности движения поршня внутренний диаметр гидроцилиндра должен удовлетворять условию:

,

где S-ход поршня

,

Для обеспечения требуемой скорости перемещения поршня гидроцилиндра минимальную величину внутреннего диаметра гидроцилиндра , м рассчитываем по приближенной зависимости (без учета неравномерного движения штока при разгоне)

,

,

По [11] минимальную величину внутреннего диаметра гидроцилиндра округляем до большего значения D из нормального ряда диаметров, . гидропривод давление насос кавитация

Диаметр штока , м, предварительно определяется по зависимости:

,

,

Округляем до ближайшего значения из нормального ряда по ГОСТ 12447-80, Тогда

,

Тогда давление на входе гидроцилиндра

,

Потери давления на гидроцилиндре:

,

,

Таблица №5 - Изменение давления на участках гидросистемы

Аналогично рассчитываем все оставшиеся участки, и данные заносим в таблицу №5.

Рис.2. Эпюра изменения давления по длине гидросистемы

Минимальная величина внутреннего диаметра гидроцилиндра:

,

где коэффициент учитывающий усилие трения в уплотнениях гидроцилиндра (рекомендуется ).

Минимальная величина внутреннего диаметра округляется до большего значенияDиз нормального ряда диаметров по [11].

Для гидроцилиндра(Ц2)

,

По ГОСТ [11] минимальную величину внутреннего диаметра гидроцилиндра округляем до большего значения D из нормального ряда диаметров, .

По формуле (5.9) пересчитаем диаметр штока , м,

,

Округляем до ближайшего значения из нормального ряда по [11],

Пересчитаем площадь поршня

,

Минимальное значение толщины стенки гидроцилиндра из легированной стали:

,

где - допустимое напряжение на разрыв материала стенки, [у]p=160 МПа

- коэффициент Пуассона,

,

Рассчитанное значение округляем до ближайшего большего из нормального ряда размеров по [12]

Наружный диаметр гидроцилиндра , м, определяется по зависимости

,

,

Минимальная толщина плоской крышки из легированной стали с центральным отверстием

,

,

,

Ориентировочное число стяжных болтов:

,

,

Округляем до 4.

Минимальный внутренний диаметр резьбы болта:

,

где - допустимое напряжение на разрыв материала болта или шпильки, МПа;

- допустимое давление для плоских прокладок уплотнения стыка корпуса с крышкой. Выбираем прокладку из фторопласта, где , прокладочный коэффициент

,

По [13] округляем рассчитанное значение , соответственно диаметр стяжного болта или шпильки

Минимальный размер отверстия для подвода рабочей жидкости в гидроцилиндр:

,

где - скорость течения жидкости через входное отверстие .

,

По [14] округляем рассчитанное значениев большую сторону, .

8. Выбор уплотнений

Под характеристикой насоса понимают графическуюзависимость его давления от подачи.

Первая точкаА определяется теоретической подачей Qт насоса, которая вычисляется по формуле

,

где - рабочий объем,

- частота вращения, об/мин

,

Такая подача насоса существует при нулевом давлении на выходе насоса. Как следует из формулы, теоретическаяподача не зависит от давления насоса и поэтому представляет собой прямую вертикальную линию(линия 1 на рис. 4).

Действительная подача насоса меньше теоретической на величинуобъемных потерь, т.е. потерь на утечки и перетечки жидкости из полостейс высокими давлениями. Такие утечки через зазоры существуют в любом,самом технически совершенном насосе. Из-за малой величины поперечных размеров зазоров и значительной вязкости жидкости эти утечки носят ламинарный характер, т.е. их величина пропорциональна давлению насоса (qут?p). Отсюда следует, что действительная характеристика насосапредставляет собой прямую линию, наклоненную в сторону снижения подачи (линия 2).

На графике видно,что величина утечек qут растетпропорционально росту давленияp (q?ут>q?ут), а его действительная подача c ростом давленияуменьшается (Q?н<Q?н). Отметим: чем технически совершеннеенасос, тем меньше у него утечки именьше наклон линии 2.

Вторая точка В имеет координаты Q' и p'. Здесь величина Q' определяется величиной объемного КПД насоса зон, заданном при давлении p'

,

В большинстве случаев давление p' совпадает с принятым давлениемpном.

,

Соединив точки А и В получим действительную характеристику насоса. При такой характеристике для небольшого изменения подачи насоса требуется существенное повышение давления. Для изменения подачи в широком диапазоне без значительного повышения давления используем переливной клапан.

Переливной клапан, в отличие от предохранительного, постоянно участвует в работе насосной установки, обеспечивая требуемую величину давления питания гидросистемы. Под характеристикой насосной установки в этом случае понимается зависимость, определяющая совместную работу насоса и переливного клапана. Эта зависимость получается в результате графического вычитания из характеристики насоса характеристики клапана в соответствии с уравнением

,

Характеристика клапана (C'D') в большинстве случаев достаточно точно описывается линейным уравнением

,

где pкmin - давление настройки переливного клапана;

Kк- коэффициент, учитывающий жесткость пружины клапана.

В связи с отсутствием данных о коэффициенте, учитывающем жесткость пружины клапана, в расчетах будем использовать следующую формулу

,

После построения характеристик насоса (линия 2) и клапана (линия 3) проводят их графическое вычитание в соответствии с формулой. Для этого точкаС' переносится в положение С, а точка D' - в положение D (рис.4). Затем эти точки (С и D) соединяются линией.

В результате получается характеристика насосной установки - ломаная линия АСDна рис.4.

Построение характеристики простого трубопровода

Под простым трубопроводом понимается трубопровод без разветвлений. Характеристикой трубопровода называется зависимость потерьдавления ДрУ (или напора) в нем от расхода Q.

В большинстве случаев характеристику трубопровода используют в графическом виде. Для получения этой характеристики необходимо оценить все гидравлические потери вданном трубопроводе, суммировать их и преобразовать полученную зависимость к функции вида ДрУ = f(Q).

Пригидравлическом расчете такого трубопровода сгидродвигателем, гидродвигатель рассматриваем как местное сопротивление с условной потерей (перепадом) давления Дpгд.

Тогда характеристика трубопровода, содержащегогидродвигательбудет иметь вид

,

Точка пересечения линии 3 с СDдает рабочую точку гидросистемы (точка R). Ее координаты: Qну=14,1 л/мин,и pн= 4,6МПа .

Функции для построения графика:

Рис.3. Характеристика насосной установки

1 - Теоретическая подача насоса

2 - Действительная подача насоса

3 - Характеристика переливного клапана

4 - Характеристика насосной установки

5 - Характеристика трубопровода

R - Рабочая точка гидросистемы

11. Гидробак

Гидробаки предназначены для питания гидропривода рабочей жидкостью. Кроме того, через гидробак осуществляется теплообмен между рабочей жидкостью и окружающим пространством; в нем происходит выделение из рабочей жидкости воздуха, пеногашение и оседание механических и других примесей. Размеры бака 0,35х0,35х0,35 (м)

Рис.4. Гидробак

1 - указатель масла; 2- всасывающая труба; 3 - крышка; 4 - сапун;

5 - глазок; 6-сливная труба; 7-фильтр; 8-сетчатый фильтр(ячейки 0,1 0,1 мм);

9 - заливное отверстие; 10 - магнитная пробка;

11 - крышка для слива РЖ; 12 - перегородки (успокоители)

Гидробаки изготавливают сварными из листовой стали толщиной 1-2 мм или литыми из чугуна. Форма гидробаков чаще всего прямоугольная. Внутри гидробака имеются перегородки 12, которыми всасывающая труба отделена от сливной 6. Кроме того, перегородки удлиняют путь циркуляции рабочей жидкости, благодаря чему улучшаются условия для пеногашения и оседания на дно гидробака примесей, содержащихся в рабочей жидкости. Лучшему выделению воздуха из рабочей жидкости способствует мелкая сетка, поставленная в гидробаке под углом. Для выравнивания уровня жидкости в гидробаке перегородки имеют отверстия на выоте 50…100 мм от дна. Заливку рабочей жидкости производят через отверстие 9 с сетчатым фильтром 8, имеющим ячейки размером не более 0,1 0,1 мм. Отверстие для заливки закрывают пробкой. Для контроля уровня рабочей жидкости в гидробаке служат указатель 1 или смотровой глазок 5.

Для выравнивания давления над поверхностью жидкости в баке с атмосферным давлением служит сапун 4. Возможны случаи, когда давление в гидробаке отличается от атмосферного (избыточное давление или вакуум).

Сливную и всасывающую трубы устанавливают на высоте h = (2…3) d от дна бака, а концы труб скашивают под углом 45°. При этом скос сливной трубы направлен к стенке, а всасывающей - от стенки. Такое расположение концов труб уменьшает смешивание жидкости с воздухом, взмучивание осадков и попадание примесей во всасывающуюгидролинию. В верхней части сливной трубы может быть установлен фильтр.

Дно гидробака имеет отверстие с крышкой 11 для спуска рабочей жидкости, периодической очистки и промывки гидроемкости. На дне также могут быть установлены магнитные пробки 10 для задержания металлических примесей. Крышка 3 бывает съемной. С гидробаком она соединяется через уплотнитель из маслостойкой резины.

12. Проектирование гидроцилиндра

Гидроцилиндр - это самый простой образец двигателя. Выходное (подвижное) звено, которым может быть шток, плунжер или же сам корпус цилиндра, осуществляет возвратно-поступательное движение.

Основные параметры, которыми характеризуют все гидроцилиндры - это внутренний диаметр, ход поршня, диаметр штока и номинальное давление рабочей жидкости.

У гидроцилиндров двустороннего действия возможностей несколько больше. У них две рабочих плоскости, то есть рабочие усилия на выходном звене они могут создавать в двух направлениях. Чтобы обеспечить возвратно-поступательное движение жидкость поочередно поступает под давлением в полости цилиндра. Когда одна из полостей наполняется жидкостью, другая соединяется со сливом.

Основные части, из которых состоит цилиндр - это корпус гидроцилиндра, состоящий из гильзы (4) крышек (3), которые имеют отверстие под шток, шток (1), поршень (2).

С помощью поршня (2) и металлических уплотнительных колец (7) напорная и сливная линия герметично разделены. Поршень крепится на штоке с помощью стопорных колец (14), вмонтированных в канавку таким образом, что выступающая часть работает как плечо, фиксируя деталь на монтажном месте. Корпус крепится на резьбе гильзы цилиндра с помощью контргайки (9). В корпус вставлена гильза (4), которая служит направляющей для штока. Чтобы избежать утечки рабочей жидкости из полостей штока, в проточке корпуса установлены уплотнительные кольца (6). Крышка (3) крепится на четырех соединениях болт шайба (10,11).

Рис.5. Эскиз гидроцилиндра

Во избежание утечки рабочей жидкости через крышку в ней установлены манжеты (12). Со стороны внешнего торца крышки стоит грязесъемник (5). Для подвода рабочей жидкости используем конический штуцер (13), к которому крепится гибкий рукав при помощи фитинга. Шток крепится к кронштейну с помощью резьбы, с круглой шлицевой гайкой (8).

Таблица №6 - Спецификация

Заключение

В процессе выполнения курсовой работы была спроектированная гидравлическая система гидроагрегатного станка, составлена принципиальная схема и эпюра изменения давления по длине гидролиний, выполнен расчёт основных параметров гидропривода, осуществлен подбор элементной базы, а так же произведен тепловой расчет.

Список литературы

1. Лагерев А.В. Проектирование насосных гидроприводов подъемно-транспортной техники. Учеб.пособие.- Брянск: БГТУ, 2006.-232 с.

2. Симанин Н.А. Основы расчета и проектирования станочных гидроприводов и систем цикловой гидроавтоматики: Учеб.пособие.- Пенза: Изд-во Пенз.политехн.ин-та, 1992.- // с.: 12ил., 2 табл., библиогр. 14 назн.

3. Лепешкин А.В., Михайлин А.А., Шейпак А.А. Гидравликаи гидропневмопривод:Учебник. Ч. 2. Гидравлические машины и гидропневмопривод / Под ред. А.А. Шейпака. - М.: МГИУ, 2003. - 352 с.

4. Свешников В. К., Усов А. А. Станочные гидроприводы: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. Машиностроение, 1988. - 512с.

5. ГОСТ 12445-80. Гидроприводы объемные, пневмоприводы и смазочные системы. Номинальные давления. - Введ.1980-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 1980. - 3с.

6. ГОСТ 13825-80. Гидроприводы объемные и смазочные системы. Номинальные расходы жидкости. - Введ. 1980-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 1980. - 3с.

7. ГОСТ 617-72. Трубы медные. Технические условия. - Введ. 1992-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1992. - 15с.

8. ГОСТ 12447-80. Гидроприводы объемные, пневмоприводы и смазочные системы. Нормальныедиаметры. - Введ. 1980-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 1980. - 2с.

9. ГОСТ 6636-69. Основные нормы взаимозаменяемости. Нормальные линейные размеры. - Введ. 1970-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1970. - 7с.

10. ГОСТ 8724-81. Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Диаметры и шаги. - Введ. 1982-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1970. - 12 с.

Аннотация

В данной курсовой работе спроектирована гидравлическая схема гидроагрегатного станка, выполнен ее расчет и подбор гидроаппаратов. А также разработана конструкторская документация (принципиальная гидравлическая схема, эпюра изменения давления по длине гидролинии, а также напорную характеристику гидросистемы, эскиз гидроцилиндра, эскиз гидробака).

Размещено на Allbest.ru