Модернизация гидропривода пакетированного пресса

Для исследования динамических характеристик был использован пакет HydroCad с использованием встроенного программного обеспечения математической модели. Мною была составлена расчетная схема в среде HydroCad, были предложены необходимые модели и введены необходимые параметры и исходные данные.

3.1.1 Математическое описание гидравлических систем

Все уравнения, составляющие модель гидравлической системы, могут быть условно объединены в четыре группы:

· уравнения расхода;

· уравнения движения;

· уравнения неразрывности потока;

· уравнения определения величин проходных сечений.

Группа уравнений расходов включает в себя следующие зависимости.

1. Уравнение для определения подачи насоса

(3.1.)

где - угловая скорость вала насоса, об/с;

- рабочий объём насоса, /об;

- объёмный КПД насоса (считается постоянным независимо от давления на выходе насоса);

- параметр регулирования насоса; если насос не регулируемый, то =0.. 1, если регулируемый и реверсивный, то -1.. 1.

(3.2)

где - расход на утечки в насосе,

здесь: - давление на выходе насоса, Па;

- номинальное давление на выходе насоса, Па;

- объёмный КПД насоса при номинальном давлении.

2. Уравнение расхода через поршневую и штоковую полости гидроцилиндра соответственно:

(3.3)

где: - площадь поршневой и штоковой полости соответственно, м²;

- скорость движения поршня гидроцилиндра, м/с.

Уравнение перетечек между полостями гидроцилиндра имеет вид:

(3.4)

где: - коэффициент перетечек, м⁵/нс;

- давление в поршневой и штоковойполостях соответственно, Па;

Коэффициент перетечек определяется экспериментально или из приближенного выражения:

,

где: - номинальный расход через поршневую полость (при номинальной скорости перемещения поршня), м³/с;

- номинальный (паспортный) объемный КПД гидроцилиндра;

- перепад давления между полостями гидроцилиндра при номинальной скорости перемещения поршня и номинальной нагрузке на штоке, Па.

Группа уравнений движения. В принципе движение объекта описывается уравнением Лагранжа II рода. Например, в случае возвратно-поступательного движения объекта с переменной массой, зависящей от координаты объекта, общее уравнение движения имеет вид:

,

где: - соответственно обобщенная координата и скорость объекта;

- масса объекта как функция обобщенной координаты;

- сумма внешних сил;

- соответственно потенциальная и кинетическая энергия системы.

В упрощенном виде уравнение движения представляет собой формулу второго закона Ньютона для поступательного или вращательного движения с детально расписанной правой частью выражения.

4. Уравнение движения поршня гидроцилиндра (возвратно-поступательное движение объекта):



(3.5)

где: - масса, приведенная к поршню гидроцилиндра, кг;

- координата поршня гидроцилиндра, м;

- давление в поршневой и штоковойполостях соответственно, Па;

- площадь поршневой и штоковой полости соответственно, м²;

- коэффициент вязкого трения, нс/м;

R - усилие на штоке гидроцилиндра, Н;

- реакция левого или правого упора гильзы цилиндра на поршень, Н;

- сила сухого трения между поршнем и гильзой цилиндра, Н.

Модуль упругости материала упора может быть приближенно определен по выражению:

, (3.6)

где: - изменение давления, Па;

- относительное изменение объема.

Сила сухого трения с учетом случая остановки объекта может быть описана выражением [В.Ф. Казмиренко]:

(3.7)



где: - абсолютное значение силы сухого трения страгивания, Н;

- скорость движения объекта (в нашем случае - поршня), м/с.

Силу реакции пружины можно определить по закону Гука:

, (3.8)

где: - жесткость пружины, Н/м;

- величина предварительного сжатия пружины, т.е. при значении координаты ЗРЭ или поршня пружина сжата на величину (это часто делают для устранения так называемого «дребезга ЗРЭ»), м.

3.1.2 Уравнения неразрывности потока

Уравнения неразрывности потока являются приложением закона сохранения масс для гидравлики. Тогда уравнение неразрывности потока в общем виде:

,

где: - расход жидкости на входе в трубопровод и на выходе из него соответственно, м³/с;

- расход на компенсацию деформации жидкости и стенок трубопровода, м³/с.

Уравнение баланса расходов в линии между насосом и ГЦ имеет вид:

,



где: - расход жидкости в полость, подключенную к линии насоса, м³/c;

- подача насоса в линию, подключенную к гидроцилиндру, м³/с.

Если к линии между насосом и гидроцилиндром подключен предохранительный клапан и с учетом перетечек между полостями гидроцилиндра уравнение баланса расходов такого участка гидросистемы будет иметь вид:

, (3.9)

где: - расход через предохранительный клапан, м³/c;

- расход перетечек, м³/c.

Переписав выражение (2.3.9) получают дифференциальное уравнение для определения величины давления в линии между насосом, клапаном и гидроцилиндром:

. (3.10)

Когда уравнения неразрывности потока и дифференциальные уравнения для определения величины давления будут написаны для всех участков гидросистемы, мы получим замкнутую систему уравнений, моделирующую с той или иной погрешностью работу гидросистемы. Решая эту систему, при задании управляющих и возмущающих воздействий получают реакции системы на эти воздействия, анализируют устойчивость системы, показатели качества и другие параметры.

Исходные данные основных элементов гидравлической схемы:

Гидроцилиндр:



Начальная нагрузка на штоке гидроцилиндра равна 9000Н Предохранительный клапан:

Насос аксиально-поршневой с 310.4.56.03:

Время расчёта - 14 секунд.

При математическом моделировании нам необходимо было рассмотреть первую позицию распределителя, при которой рабочая жидкость от насоса поступает в поршневую полость гидроцилиндра, то есть происходит процесс прессования. При этом нагрузка изменяется от 0 до 900 кН, поэтому при моделировании она задана циклограммой. Итак, были получены следующие характеристики



Рисунок 3.2-управляющее воздействие

Позиции распределителя по которым меняется направления хода гидроцилиндра(вперед и назад),а также изменения направления потока жидкости.

Рисунок 3.3-возмущающее воздействие



Нагрузка на цилиндре изменяемая по времени на момент страгивания,на момент нагружености гидроцилиндра и на момент обратного хода.

T,с

Рисунок 3.4-подача насоса

Подача гидронасоса остается практически неизменной т.к. насос не регулируемый и нет параметров и устройств которые регулируют подачу.

T,с

Рисунок 3.5-давление создаваемое насосом

Давление создаваемое гидронасосом изменяется по закону возмущающего воздействия(нагрузке),на данном рисунке показаны скачки давления во временые промежутки страгивания, нагружения и обратного хода гидроцилиндра.



Т,с

Рисунок 3.6-расход гидроцилиндра в точке 1

Т,с

Рисунок 3.7-расход гидроцилиндра в точке 2

В позиции 1(расход в точке1) подача гидроцилиндра масло приходит в поршневую полость от0 до 2 сек холостой ход, с 2 сек начинает толкать поршень до 6 сек с нагрузкой 900кН, а после переключения распределителя в позицию 2(расход в точке 2) масло начинает подаваться в штоковую полость и происходит обратный ход при нагрузке 100кН.



Т,с

Рисунок 3.8-давление гидроцилиндра в точке 1

Давление гидроцилиндра в точке 1 от0 до 2сек. равно 0 т.к. цилиндр еще не начал нагружаться, с 2сек до 6сек, происходит скачок т.к. цилиндр нагружен сначала 100кН(минимальная нагрузка),а потом доходит до 900кН, после происходит обратный ход и цилиндр двигается с маленьким давлением.

Т,с

Рисунок 3.9-скорость поршня гидроцилиндр

Скорость поршня гидроцилиндра изменяется по нагрузке т.к. при 900кН скорость толкания поршня 0.02 м/с, а при обратном ходе и нагрузке 100кН скорость равна 0,03м/с.



Т,с

Рисунок 3.10-нагрузка на шток гидроцилиндра

Нагрузка на штоке изменяется по времени (0-2)сек. холостой ход,(2-4)сек. возрастает до минимальной нагрузки 100кН,после (4-6)сек. нагрузка возрастает 900кН,потом (6;14)сек. нагрузка падает до 100кН т.к происходит обратный ход.

Т,с

Рисунок 3.11-перемещение поршня гидроцилиндра

Перемещение поршня происходит с 2 сек. в прямом направлении т.к. мы переводим распределитель в позицию 1 дойдя до сек. после происходит обратный ход т.к. мы переводим распределитель в позицию 2 до 12 сек.(см.рис.1.2.), за это время гидроцилиндр производит полное движение прямо-обратно.

Из динамических характеристик, которые получены при режиме прессования, мы видим, что насос обеспечивает постоянную подачу, повышая и понижая давление, а в начале хода штока гидроцилиндра, нагрузка резко возрастает, давление в цилиндре увеличивается



Заключение

В представленной выпускной квалификационной работе был рассмотрен гидропривод прессования пакетированного пресса.

В технологической части выпускной квалификационной работы дано описание работы и конструкции пресса, а также представлены виды рабочего оборудования, используемого на нем. Также в этом разделе описана безопасная эксплуатация пресса.

В проектно-конструкторской части выпускной квалификационной работы была рассмотрена гидравлическая схема гидропривода прессования, а также полный расчет гидропривода прессования, получены статические характеристики гидропривода. Также в этом разделе был рассмотрен технологический процесс изготовления детали гильза гидроцилиндра, разработана технологическая карта.

Также приведено экономическое обосновании произведенной модернизации, был произведен расчет затрат на проектирование гидропривода прессования пакетированного пресса, а также калькуляция себестоимости производства гидропривода.

В научно-исследовательской части выпускной квалификационной работы была составлена гидравлическая схема в среде HydroCad, получены графики переходных процессов, позволяющих проследить поведение гидропривода в тот или иной момент времени при различных параметрах гидроагрегатов. пакетированный пресс деталь гидроцилиндр

Анализ результатов выпускной квалификационной работы показал целесообразность замены гидронасоса немецкого производства на гидронасос типа 310.4.56 российского производства с такими же параметрами.



Список используемой литература

1. Анурьев А.И. Справочник конструктора машиностроителя. В 3-х томах. Машиностроение 1982г. 736с.

2. Монахов Г.А. “Обработка металлов резанием” Справочник технолога. 3-е издание. Москва. 1974 г. 600 с.

3. Горбацевич А.Ф. “ Курсовое проектирование по технологии машиностроения” 4-е издание 1983 г. 256 с.

4. Бутов А.И. Кондрашев В.Л. Чернов О.В. ”Расчет объемного гидропривода ”.Методическое пособие по курсовому проектированию. Новочеркасск. НГТУ, 1996г. 111с.

5. Свешников В.К. Усов А.А. ”Станочные гидроприводы” Справочник, 2-е издание Москва, 1988 г. 512 с.

6. Нуждин А.В. ”Технология изготовления деталей гидро и пневмоприводов ”.Учебное пособие.Южно Российский Государственный технический университет. Новочеркасск ЮРГТУ, 2001 г.204 с.

7. Меренков П.В.” Методические указания к курсовой работе и экономической части дипломного проекта для студентов специальностей 1801, 1905. ”Новочеркасск ЮРГТУ, 2001 г. 204 с.

8. Льюис Э. Стерн Х. ”Гидравлические системы управления”. Москва 1966 г. 407с.

9. Монахов Г.А. “Обработка металлов резанием” Справочник технолога. 3-е издание. Москва.1974 г. 600 с.

10. ГОСТ 12.1.004-91. Электробезопасность. Общие требования.

11. СНиП 23-05-95. ”Естественное и искусственное освещение”.

12. ГОСТ12.2.009-80. Станки металлообрабатывающие. Общие требования в эксплуатации.



Приложение

Текст программы.

procedure GC_1_BASE(

Const P1{Входной трубопровод: Давление, Па}:TFloat;

Var Q1{Входной трубопровод: Поток рабочей жидкости, м3/с}:TFloat;

Const P2{Сливной трубопровод: Давление, Па}:TFloat;

Var Q2{Сливной трубопровод: Поток рабочей жидкости, м3/с}:TFloat;

Const F1{Поршень: Сила, н}:TFloat;

Const V1{Поршень: Скорость, м/с}:TFloat;

Var dV1{Поршень: Приращение V1 на шаге интегрирования}:TFloat;

Const X1{Поршень: Перемещение, м}:TFloat;

Var dX1{Поршень: Приращение X1 на шаге интегрирования}:TFloat;

ConstL_cil{Ход поршня, мм}:TFloat;

Constd_por{Диаметр поршня, мм}:TFloat;

Constd_st{Диаметрштока, мм}:TFloat;

ConstF_tr{Сила страгивания (сухого трения), }:TFloat;

ConstK_per{Коэффициент перетечек между полостями, }:TFloat;

ConstLam{Коэффициент вязкого трения, }:TFloat;

Constm_cil{Приведённая масса, }:TFloat);

Var

f_por,f_st,F_upora, F_tr1: Single;

begin

F_upora:=0;

if X1<0then

F_upora:=Estal* X1;

if X1>L_cil/1000then

F_upora:=Estal*(X1-L_cil/1000);

f_por:= pi *Sqr(d_por/1000)/4;

f_st:= pi *(Sqr(d_por/1000)-Sqr(d_st/1000))/4;

F_tr1:=0;

F_tr1:=F_tr;

if((F_tr1>(P1*f_por-P2*f_st-F_upora-Lam*V1-0.02*F1*sign(V1)-F1))and(V1=0))then

F_tr1:=(P1*f_por-P2*f_st-F_upora-Lam*V1-0.02*F1*sign(V1)-F1);{движущаясиламеньшесилыстрагивания}

dV1:=1/m_cil*(P1*f_por- P2*f_st-F_upora- Lam*V1-0.02*F1*sign(V1)- F_tr1*Sign(V1)- F1);

dX1:= V1;

Q1:= V1*f_por+K_per*(P1-P2)*Sign(P1-P2);

Q2:= V1*f_st+K_per*(P1-P2)*Sign(P1-P2);

end;

procedure RASPR_4X3(

ConstP1{Входнойтрубопровод:Давление, Па}:TFloat;

Var Q1{Входной трубопровод: Поток рабочей жидкости, м3/с}:TFloat;

Const P2{Трубопровод № 2:Давление, Па}:TFloat;

Var Q2{Трубопровод № 2:Поток рабочей жидкости, м3/с}:TFloat;

Const P3{Трубопровод № 3:Давление, Па}:TFloat;

Var Q3{Трубопровод № 3:Поток рабочей жидкости, м3/с}:TFloat;

Const P4{Трубопровод № 4:Давление, Па}:TFloat;

Var Q4{Трубопровод № 4:Поток рабочей жидкости, м3/с}:TFloat;

Constd_usl{Диаметр условного прохода, м}:TFloat;

ConstPos{Позиция распределителя,}:TFloat);

var

f:TFloat;

begin

f:=pi*sqr(D_usl)/4;

ifPos=0then

begin

Q1:=0;

Q2:=0;

Q3:=0;

Q4:=0;

end;

ifPos>0then

begin

Q1:=0.7*f*Sqrt(2/Ro*(Abs(P1-P2)))*Sign(P1-P2);

Q2:=Q1;

Q3:=0.7*f*Sqrt(2/Ro*(Abs(P4-P3)))*Sign(P4-P3);

Q4:=-Q3;

end;

ifpos<0then

begin

Q1:=0.7*f*Sqrt(2/Ro*(Abs(P1-P3)))*Sign(P1-P3);

Q3:=Q1;

Q2:=0.7*f*Sqrt(2/Ro*(Abs(P4-P2)))*Sign(P4-P2);

Q4:=-Q2;

end;

end;

procedure PREDKL(

ConstP1{Входнойтрубопровод:Давление, Па}:TFloat;

Var Q1{Входной трубопровод: Поток рабочей жидкости, м3/с}:TFloat;

Const P2{Трубопровод № 2:Давление, Па}:TFloat;

Var Q2{Трубопровод № 2:Поток рабочей жидкости, м3/с}:TFloat;

Constd_usl{Диаметр условного прохода, м}:TFloat;

ConstP_nastr{Давление настройки, }:TFloat);

const

dP=0.1;// 0.1 это 10% превышения давления от настройки, необходимые для полного открытия клапана

var

Par:TFloat;

begin

Par:=0;

if P1>P_nastr*1e6then

begin

if P1>(1+dP)*P_nastr*1e6then

Par:=1

else

Par:=(P1-P_nastr*1e6)/(dP*P_nastr*1e6);

Q1:= Par *0.7* Pi*Sqr(d_usl)/4*Sqrt(2/Ro*Abs(P1-P2))* Sign(P1-P2)

end

else

Q1:=0;

Q2:= Q1;

end;

procedure NASOS_POST_BASE(

Const P1{Входнойтрубопровод:Давление, Па}:TFloat;

Var Q1{Входной трубопровод: Поток рабочей жидкости, м3/с}:TFloat;

Const P2{Сливной трубопровод: Давление, Па}:TFloat;

Var Q2{Сливной трубопровод: Поток рабочей жидкости, м3/с}:TFloat;

Constq_nas{Рабочий объём номинальный, см3/об}:TFloat;

ConstP_nom{Давление на выходе номинальное, }:TFloat;

Constkpd_o_nom{КПД обьемный при номинальном режиме работы, }:TFloat;

Const n {Частота вращения вала насоса, об/мин}:TFloat);

begin

Q1:=q_nas*n/1e6/60;

Q2:= Q1-Q1*((1-kpd_o_nom)*(P2/P_nom/1e6));

end;

procedure FILTR(

Const P1{Входнойтрубопровод:Давление, Па}:TFloat;

Var Q1{Входной трубопровод: Поток рабочей жидкости, м3/с}:TFloat;

Const P2{Трубопровод № 2:Давление, Па}:TFloat;

Var Q2{Трубопровод № 2:Поток рабочей жидкости, м3/с}:TFloat;

Constd_usl{Диаметр условного прохода, м}:TFloat);

var

f: single;

begin

f:= pi *Sqr(d_usl)/4;

Q1:=0.7* f *Sqrt(2/ro* Abs(P1- P2))* Sign(P1- P2);

Q2:= Q1;

end;

procedure Tube(

Var P1{Давлениевточке 1, Па}:TFloat;

Var dP1{Приращение давления на шаге интегрирования в точке 1}:TFloat;

Const Q1{Поток в точке 1, м3/с}:TFloat;

Var P2{Давление в точке 2, Па}:TFloat;

Const Q2{Поток в точке 2, м3/с}:TFloat;

Const C {Приведённая жесткость, }:TFloat;

Const L {Длина, м}:TFloat;

Constd_vn{Внутренний диаметр, м}:TFloat);

begin

if(P1<-1e5)then

P1:=-1e5;

dP1:= c *(Q1+ Q2);

P2:= P1;

end;

procedure BAK(

Const P1{Входнойтрубопровод:Давление, Па}:TFloat;

Var Q1{Входной трубопровод: Поток рабочей жидкости, м3/с}:TFloat);

var

S: single;

begin

S:= pi *Sqr(0.02)/4;

Q1:=0.7* s *Sqrt(2/ro* Abs(P1))* Sign(P1);

end;

Таблица 2.1. Разработка технологического процесса механической обработки

Номер операции	Наименование операции	Операционный эскиз	Оборудование	Инструмент	Приспособление
000	Токарная: 1. Подрезать торец 1 2. Точить поверхность 2 3. Подрезать торец 3 4. Нарезать резьбу 4 5. Снять фаску 5 6. Точить поверхность 6 7. Точить поверхность 7		Токарно-револьверный станок	Подрезной резец Проходной резец Расточной резец Фасонный резец Канавочный резец Резьбовой резец Измерительная скобка L=479мм Штангенциркуль Нутромер	Оправка
005	Токарная: 1. Точить поверхность 1 2. Снять фаску 2 3. Точить поверхность 3 4. Точить поверхность 4		Токарно-револьверный станок	Подрезной резец Расточной резец Фасонный резец Канавочный резец Измерительная скобка L=479мм Штангенциркуль Глубиномер
010	Сверлильная: 1. Сверлить отверстие 1 2. Сверлить отверстие 2		Вертикально сверлильный станок	Сверло 20мм Пробка 20мм Штангенциркуль	Приспособление
015	Шлифовальная: Раскатать поверхность 1 Обкатать поверхность 2		Обкаточный станок
020	ОТК

Размещено на Allbest.ru

...