Проектирование гидропривода поступательного движения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

"Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова"

Транспортно-технологический институт

Кафедра Наземные транспортно-технологические комплексы, машин и механизмов

Расчётно-графическое задание

На тему: «Проектирование гидропривода поступательного движения»

Выполнил: студент группы НК-56

Иванов Иван Иванович

Проверил:

Сидоров Сидор Сидорович

Белгород 2018



Содержание

Введение

1. Расчетная часть

1.1 Исходные данные для расчёта

1.2 Расчет основных параметров гидроцилиндра

1.3 Расчет гидросети

1.4 Расчет основных рабочих параметров насосного агрегата

2. Разработка конструкции силового гидропривода в соответствии с управляемыми функциями и рабочими характеристиками

3. Техника безопасности при работе с гидросистемой

Заключение

Список литературы



Введение

Гидравлический привод (гидропривод) -- совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии.

Гидропривод представляет собой своего рода «вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ременная передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.).

Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объёмные.

В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости (и соответственно скорости движения жидкостей в гидродинамических приводах велики в сравнении со скоростями движения в объёмном гидроприводе).

В объёмных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости (в объёмных гидроприводах скорости движения жидкостей невелики -- порядка 0,5-6 м/с).

Объёмный гидропривод -- это гидропривод, в котором используются объёмные гидромашины (насосы и гидродвигатели). Объёмной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры. К объёмным машинам относят, например, поршневые насосы, аксиальнопоршневые, радиально-поршневые, шестерённые гидромашины и др.

Одна из особенностей, отличающая объёмный гидропривод от гидродинамического,-большие давления в гидросистемах. Так, номинальные давления в гидросистемах экскаваторов могут достигать 32 МПа, а в некоторых случаях рабочее давление может быть более 300 МПа, в то время как гидродинамические машины работают обычно при давлениях, не превышающих 1,5--2 МПа.

Объёмный гидропривод намного более компактен и меньше по массе, чем гидродинамический, и поэтому он получил наибольшее распространение.

В зависимости от конструкции и типа входящих в состав гидропередачи элементов объёмные гидроприводы можно классифицировать по нескольким признакам.

Широкое распространение получил гидропривод в авиации. Насыщен-ность современных самолётов системами гидропривода такова, что общая длина трубопроводов современного пассажирского авиалайнера может достигать нескольких километров.

В автомобильной промышленности самое широкое применение нашли гидроусилители руля, существенно повышающие удобство управле-ния автомобилем. Эти устройства являются разновидностью следящих гид-роприводов. Гидроусилители применяют и во многих других областях техники (авиации, тракторостроении, промышленном оборудовании и др.).

В некоторых танках, например, в японском танке Тип 10, применяется гидростатическая трансмиссия, представляющая собой, по сути, систему объёмного гидропривода движителей. Такого же типа трансмиссия устанавливается и в некоторых современных бульдозерах.

К основным преимуществам гидропривода относятся:

-возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки;

-простота управления и автоматизации;

-пожароопасность в случае применения горючих рабочих жидкостей, что налагает ограничения, например, на применение гидропривода в горячих цехах;

-зависимость вязкости рабочей жидкости, а значит и рабочих параметров гидропривода, от температуры окружающей среды;

-в сравнении с пневмо-и электроприводом невозможность эффективной передачи гидравлической энергии на большие расстояния вследствие больших потерь напора в гидролиниях на единицу длины.

К недостаткам гидропривода относятся:

-утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления в гидросистеме, что требует высокой точности изготовления деталей гидрооборудования;

-нагрев рабочей жидкости при работе, что приводит к уменьшению вязкости рабочей жидкости и увеличению утечек, поэтому в ряде случаев необходимо применение специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты;

-более низкий КПД, чем у сопоставимых механических передач;

-необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости, поскольку наличие большого количества абразивных частиц в рабочей жидкости приводит к быстрому износу деталей гидрооборудования, увеличению зазоров и утечек через них, и, как следствие, к снижению объёмного КПД;

-необходимость защиты гидросистемы от проникновения в неё воздуха, наличие которого приводит к нестабильной работе гидропривода, большим гидравлическим потерям и нагреву рабочей жидкости;

Перспективы развития гидропривода во многом связаны с развитием электроники. Так, совершенствование электронных систем позволяет упростить управление движением выходных звеньев гидропривода. В частности, в последние 10-15 лет стали появляться бульдозеры, управление которыми устроено по принципу джойстика.

С развитием электроники и вычислительных средств связан прогресс в области диагностирования гидропривода. Процесс диагностирования некоторых современных машин простыми словами может быть описан следующим образом. Специалист подключает переносной компьютер к специальному разъёму на машине. Через этот разъём в компьютер поступает информация о значениях диагностических параметров от множества датчиков, встроенных в гидросистему. Программа или специалист анализирует полученные данные и выдаёт заключение о техническом состоянии машины, наличии или отсутствии неисправностей и их локализации. По такой схеме осуществляется диагностирование, например, некоторых современных ковшовых погрузчиков. Развитие вычислительных средств позволит усовершенствовать процесс диагностирования гидропривода и машин в целом.

Важную роль в развитии гидропривода может сыграть создание и внедрение новых конструкционных материалов. В частности, развитие нанотехнологий позволит повысить прочность материалов, что позволит уменьшить массу гидрооборудования и его геометрические размеры, повысить его надёжность. С другой стороны, создание прочных и одновременно эластичных материалов позволит, например, уменьшить недостатки многих гидравлических машин, в частности, увеличить развиваемое диафрагменными насосами давление.



1. Расчетная часть

1.1 Исходные данные для расчёта

Развиваемое усилие рабочего хода: F= 1,4* H;

Давление: P= 9,2* Па;

Длина: L= 16 м;

Вязкость: ?= 1,2* /с.

1.2 Расчет основных параметров гидроцилиндра

1. Величина диаметра хода поршня:

D=

где: =0.9; =0.9*p = 7.9*.

Тогда:

D= = 0.154 м.

По ГОСТ 6540-68 принимаем диаметр поршня, равный 160 мм.

2. Величина диаметра штока:

d= D*

где: V= 0.03 ; = 0.04 .

Тогда:

d= 0.154*= 0.077м = 8 мм.

3. Площадь поршня в рабочей плоскости гидроцилиндра:

S= = = 0.0186 .

4. Площадь поршня в штоковой полости гидроцилиндра:

= = = 0.0139628 .

5.Развиваемое усилие при рабочем ходе:

=0.9* = 154,1 кН.

6.Требуемое для его обеспечения величина диаметра поршня:

D= =0,147 м.

7.Усилие обратного хода:

= = 101 кН.

8. Эффективная мощность, развиваемая гидроцилиндром:

= = 4,2 кВт.



1.3 Расчет гидросети

1. Объемные расходы жидкости через патрубки поршневой и штоковой полости:

Q= = 0.00058 .

= = 0.00044 .

2. При обратном ходе поршня эти расходы составляют:

Q= = 0.00078 .

= = 0.00058.

3. Мощность, потребляемые гидроцилиндром:

= = = 4.8 кВт.

4. Внутренний диаметр трубопровода:

= = 0.0121 м.

По ГОСТ 8734-75 принимает диаметр равный 12 мм, тогда:

= = = 5.04 .



5. Определим режим движения жидкости:

= = = 508,2.

Т.е. ? =2320, то ламинарный режим движения.

Потери давления в трубопроводе:

?= * p* ;

где: = = = 0.0811.

Тогда:

? 0.0811*= 11117.1 Па.

6. Потери давления в местных сопротивлениях:

?;

где:

=.

Для данной гидросети имеем:

Тогда:

?= 14*= 177811Па.

7. Общие потери давления:

?= ?+?= 11117.1 +177811= 188928,1 Па.

1.4 Расчет основных рабочих параметров насосного агрегата

1. Давление, развиваемое насосом:

?= ?= 9,2*+ 188928,1 = 9,4*.

2. Мощность насоса:

= = = 8,9 кВт.

3.КПД гидропривода:

= *100%= 47 %.

4. Объем рабочей жидкости в гидроприводе:

V= 4*Q*60= 4*0.00058*60= 0.14 .

Принимаем гидроцилиндр с одноуровневым штоком на = 1,4 МПа.

гидропривод насосный агрегат



2. Разработка конструкции силового гидропривода в соответствии с управляемыми функциями и рабочими характеристиками

На рис.2. изображена принципиальная схема гидропривода, которая разработана в данной расчетно-графической работе.

Рис. 2. Принципиальная схема гидропривода: 1 - гидроцилиндр; 2 - дроссель; 3 - распределитель потока; 4 -фильтр;5 - гидробак; 6 - насос; 7 - предохранительный клапан



3. Техника безопасности при работе с гидросистемой

· Объемные гидроприводы должны соответствовать требованиям безопасности, установленным настоящим стандартом и ГОСТ 12.2.003.

· При проектировании гидроприводов, гидросистем и гидроустройств и их эксплуатации должны быть учтены все предполагаемые режимы работы и случаи возможного их применения и должна быть проведена оценка опасных ситуаций. Если это осуществимо, то установленные при анализе опасные ситуации должны быть исключены при проектировании. Если это не уменьшает риска, то должны быть применены защитные устройства против этих опасных ситуаций.

· Все гидроприводы, гидросистемы и гидроустройства должны проектироваться или выбираться таким образом, чтобы они обеспечивали безопасность и надежную работу в пределах, установленных при проектировании ограничений и предполагаемых случаях их использования.

· Особое внимание должно уделяться надежности тех устройств, которые могут вызвать аварийную ситуацию при выходе из строя или ненормальном функционировании. Гидроустройства должны выбираться, применяться и устанавливаться в соответствии с требованиями и рекомендациями разработчика.

· Гидроприводы, гидросистемы и гидроустройства должны быть спроектированы таким образом, чтобы повышение давления и возможные гидравлические удары не создавали опасности.

· Предпочтительными защитными гидроустройствами против превышения максимально допустимого давления являются предохранительные клапаны, которыми можно ограничивать увеличение давления во всех частях гидропривода или гидросистемы более 1,1 и кратковременные пики давления не более 1,3, или должны быть использованы альтернативные устройства, например регуляторы подачи на насосах при обеспечении ими ограничения требуемого давления.

· Безопасность разрушения гидроустройств должна обеспечиваться при давлении не менее 2,0 Мпа, а гидропневмоаккумуляторов при давлении не менее 4,0 МПа, если не оговорены специальные требования по безопасности разрушения.

· Все гидроустройства, гидросистемы и гидропривод должны выдерживать механические воздействия в виде вибраций, линейных ускорений и ударов, возникающих при работе машины (агрегата), где устанавливается гидроустройство, гидросистема или гидропривод, и оговоренных в нормативном документе.

· Внешние утечки (герметичность) в гидроприводе, гидросистеме и гидроустройствах, за исключением особо оговоренных в нормативном документе случаев, не допускаются. На подвижных элементах и соединениях допускается наличие пленки рабочей жидкости без каплепадения.

· Неподвижные соединения, наружные стенки, сварные и резьбовые соединения гидроустройств должны быть герметичными в диапазоне давлений от минимального до 1,25 номинального (опрессовка), но не более максимального значения, оговоренного в нормативном документе.

· Герметичность следует проверять при давлении 0,05 МПа в течение 1-12 ч и номинальном, в течение 5-15 мин при нормальных условиях окружающей среды. Конкретное время из указанных временных интервалов проведения испытаний и способ контроля устанавливаются в документации изготовителя. Проверка герметичности должна осуществляться по окончании приемосдаточных испытаний.

· Не допускается подсос воздуха в гидропривод или гидросистему.

· Внутренние утечки (перетечки) не должны способствовать возникновению опасности.

· Циклические режимы работы гидропривода или гидросистемы не должны способствовать появлению опасности. Ресурс при циклических режимах работы определяется разработчиком и указывается в технической документации.

· Вибрационные характеристики гидроустройств, установленные в приложении 1 ГОСТ 28988, при номинальных рабочих параметрах подлежат нормированию или измерению, если вибрация, возникающая при их функционировании, может влиять на надежность, работоспособность, вибрационную безопасность их самих или машин (агрегатов), составными частями которых они являются, и должны указываться в стандартах или технических условиях на эти машины (агрегаты). Параметры вибрации, создаваемой гидроприводами, гидросистемами или гидроустройствами на рабочих местах, должны соответствовать ГОСТ 12.1.012.

· Первоначально определяемые на машине (агрегате) предельные значения шумовых характеристик при работе гидропривода, гидросистемы или гидроустройства при номинальных рабочих параметрах в зависимости от конструктивных особенностей гидромашин и приводного двигателя должны соответствовать ГОСТ 12.1.003.

· Создаваемые гидроприводом, гидросистемой или гидроустройством на рабочих местах уровни шума, значения шумовых характеристик уровней звуковой мощности в октавных полосах частот и методы их определения следует приводить в стандартах или технических условиях на эти машины (агрегаты) по мере получения и накопления статистических или экспериментальных данных. В технических условиях на объемные гидроприводы, гидросистемы и гидроустройства, при необходимости, должен быть приведен уровень звуковой мощности с конкретным специально подобранным приводным двигателем или нагрузочным устройством.

· На гидроцилиндры, гидроаппаратуру (за исключением некоторых видов клапанов), баки, гидроаккумуляторы, гидролинии, кондиционеры рабочей жидкости нормы шума не устанавливают.

· Для гидропривода, гидросистемы и гидроустройств должен быть указан диапазон предельных рабочих температур. Температура рабочей жидкости при их работе не должна превышать установленные предельные значения ее безопасного использования и установленные рабочие температуры гидроустройств.

· Конструкцией и размещением на машине (агрегате) гидроприводов и гидросистем должно быть предусмотрено, чтобы температура поверхности, на которую может попасть рабочая жидкость, не превышала температуры воспламенения этой рабочей жидкости.

· При использовании трудновоспламеняемых рабочих жидкостей для предотвращения получения обслуживающим персоналом ожогов должна быть предусмотрена установка защитных ограждений и аварийных символов и сигналов, различных информационных или предупреждающих устройств.

· При использовании гидропривода (гидросистемы) в пожароопасных условиях должны применяться трудно воспламеняющиеся рабочие жидкости или предприняты противопожарные меры по исключению пожароопасности.

· Гидроприводы (гидросистемы) должны быть оснащены устройствами аварийного отключения, обеспечивающими самофиксирование рабочих органов в выключенном состоянии. При наличии нескольких пультов управления каждый пульт должен быть оснащен устройством для аварийного отключения, блокировками, исключающим возможность одновременного управления от различных пультов, и сигнализацией, указывающей использованное для выключения системы аварийное устройство.

· При возникновении опасной ситуации должно автоматически происходить полное отключение гидропривода (гидросистемы) от источника энергии, должна автоматически происходить нейтрализация накопленной в гидроприводе (гидросистеме) энергии при останове, должно наблюдаться отсутствие самозапуска, а переключатель вида работ должен запираться.

· Для фиксирования в заданном положении выходных звеньев гидродвигателей должны быть установлены гидрозамки или другие фиксирующие устройства, если это необходимо.

· Предпочтительно следует использовать управление по пути, независимое от нагрузки. Управление по пути следует применять в том случае, когда неправильное функционирование с последовательным ограничением давления (нагрузки) или регулирования времени может привести к опасности.

· Система управления объемным гидроприводом (гидросистемой) должна быть спроектирована так, чтобы воспрепятствовать непреднамеренным опасным движениям, недопустимой последовательности функций приводов. Это должно обеспечиваться на всех этапах производственного процесса гидрофицированной машины (агрегата).

· Преднамеренные или непреднамеренные механические движения с участием гидроустройств с яркой окраской не должны приводить к ситуациям, угрожающим людям.

· При необходимости, делается ограждение открытых движущихся частей с окраской опасных частей и установкой знаков безопасности.

· В гидроприводах (гидросистемах) с расположением гидроустройств на разных уровнях должна быть предусмотрена защита от вытекания рабочей жидкости из высокорасположенных гидроустройств в выключенном состоянии гидропривода (гидросистемы).

· Если при снижении давления создается опасность, то должны быть предусмотрены блокировки для предотвращения опасного поведения машины (агрегата). При этом не должны отключаться такие гидроустройства, как зажимные, тормозные и т.п.

· При размещении гидролинии на машине (агрегате) должны быть исключены трение, скручивание, недопустимые перегибы и напряжения рукавов при перемещении подвижных частей системы и машины. Рукава следует размещать с учетом естественного прогиба.

· Соединения трубопроводов и рукавов должны быть доступны для наружного осмотра, ремонта и замены. Трубы, трубопроводные соединения и каналы, включая литые и просверленные отверстия, должны быть свободны от опасных инородных тел, таких как окалина, заусенцы, стружка и т.п.

· Быстроразъемные муфты следует выбирать так, чтобы в разомкнутом состоянии они с обеих сторон независимо друг от друга осуществляли изоляцию гидролиний без потерь рабочей жидкости. Самопроизвольная расстыковка не должна приводить к возникновению опасностей.

· Не допускается приваривать крепежные элементы к трубопроводам и использовать трубопроводы для крепления других элементов конструкции.

· Трубопроводы, если это необходимо, на обоих концах и в отдельных точках по их длине должны быть надежно закреплены посредством опор специальной конструкции.

· Элементы крепления трубопроводов следует устанавливать вне зоны сварных стыков трубопроводов и не должны создавать опасности электролитической коррозии.

· Контакт трубопроводов с элементами конструкции, а также друг с другом вне мест креплений не допускается.

· Пайку и сварку трубопроводов следует проводить только после травления, промывки и просушки полостей этих устройств для удаления следов рабочей жидкости. После пайки и сварки полости трубопроводов промыть рабочей жидкостью с контролем чистоты рабочей жидкости.

· Сварку трубопроводов и других деталей должны производить сварщики, прошедшие аттестацию.

· При размещении и установке измерительных средств должна быть обеспечена защита от перетягивания и вывертывания регулируемых элементов.

· Не допускается эксплуатация неаттестованных измерительных средств и манометров, а также при любом их повреждении (разбито стекло, помят корпус, стрелка в исходном положении не установлена на нуле).

· На шкале или корпусе манометра, постоянно показывающего давление в одной точке гидропривода (гидросистемы), должна быть нанесена красная метка, соответствующая наибольшему или наименьшему допускаемому давлению в этой точке гидропривода (гидросистемы).



Заключение

В процессе изучения данного предмета я приобрел устойчивые и полные навыки в исследовании гидравлических систем, на практике изучил основные методы расчета параметров гидроцилиндра, гидросети, рабочих параметров насосного агрегата, Участвовал в разработке конструкции силового гидроцилиндра. Курсовой работой окончательно закрепил свои знания, проверил их на опыте. Изучение данного предмета помогло глубже вникнуть в процессы, происходящие в различных машинах и механизмах, понять их сущность.



Список литературы

1. Разработка объемного гидропривода поступательного действия: А.А. Подколзин, О.М. Пискунов, К.В. Демин; Тул. гос. ун-т. - Тула, 2003. - 58 с.

2. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. - 2-е изд., перераб. - Москва: Машиностроение,1982. - 423 с.

3. Гидравлика и гидропривод : В.Г. Гейер, B.C. Дулин, А.Г. Боруменский и др. Москва: Недра, 1981, 295 c.

4. Гидропривод и средства гидроавтоматики: Чупраков Ю. И. Учебное пособие для вузов по специальности «Гидропривод и гидропневмоавтоматика». - М.: Машиностроение, 1979.-232 с., ил.

Размещено на Allbest.ru

...