Методика расчета объемного гидропривода возвратно-поступательного перемещения (с гидроцилиндром)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методика расчета объемного гидропривода возвратно-поступательного перемещения (с гидроцилиндром)

Содержание

1. Исходные данные для расчета объемного гидропривода

2. Расчет диаметра поршня и выбор гидроцилиндра

2.1 Расчет скорости поршня и потребляемого расхода

2.2 Предварительный расчет давления в объемном гидроприводе и определении объема насоса

3. Расчет КПД объемного гидропривода

3.1 Максимальная механическая мощность объемного гидропривода

3.2 Расчет потребляемой насосом мощности

4. Выбор диаметров трубопроводов и условного прохода гидроаппаратов

5. Выбор сорта рабочей жидкости

Выводы по курсовой работе

1. Исходные данные для расчета объемного гидропривода

1. Усилия, развиваемые гидроцилиндром при подводе РЖ в различные полости: бесштоковую (поршневую) F2 и штоковую F1 для гидроцилиндров двухстороннего действия, Н;

2. Ход поршня Lп гидроцилиндра, мм;

3. Время t перемещения поршня гидроцилиндра из одного крайнего положения в другое (прямой ход при движении штока наружу и обратный ход при движении штока внутрь гидроцилиндра), с

4. Конструктивные особенности гидроцилиндра в части крепления штока и корпуса (на проушинах, лапах, цапфах и др.);

5. Значения номинального рном (допускаемого при работе без ограничения по времени) и максимального рмакс давлений, которыми обычно задаются исходя из номенклатуры выпускаемых гидроустройств (насоса, гидроцилиндра и гидроаппаратуры управления и защиты от перегрузок), МПа;

6. Значение номинальной частоты вращения приводящего двигателя nдв насоса гидропривода, мин;

7. Диапазон изменения скорости гидроцилиндра в эксплуатации (при необходимости).

Целью расчета объемного гидропривода является определение: диаметров поршня и штока (плунжера) гидроцилиндра; скорости перемещения поршня (плунжера); расхода, потребляемого гидроцилиндром; допустимой нагрузки на гидроцилиндр; рабочего объема насоса и мощности приводящего двигателя; КПД объемного гидропривода, диаметры трубопроводов и условный проход гидроаппаратов.

Гидравлическая принципиальная схема объемного гидропривода с дроссельным регулированием скорости гидроцилиндра представлена на рис. 1 и включает следующие гидроустройства: насос Н с приводящим двигателем "м"; гидроцилиндр Ц; гидрораспределитель Р (четырехлинйный, трехпозиционный с электромагнитным управлением, 14-я схема коммутации каналов в среднем положении - каналы p, A, B и T объединены и поэтому насос Н разгружен от давления); гидродроссель ДР на входе в гидроцилиндр; предохранительный клапан КП; манометры МН1 ...МНЗ; гидробак Б.

На рис. 2 представлена принципиальная гидравлическая схема объемного гидропривода с машинным (объемным) регулированием рабочего объема насоса Н и гидроцилиндром Ц двухстороннего действия и односторонним штоком. Рабочая жидкость нагнетается насосом Н к двухпозиционному четырехлйнейному золотниковому гидрораепределителю Р (шифр схемы - 574), снабженному рукояткой для перемещения золотника 1 фиксатором положения. При поступлении рабочей жидкости в бесштоковую полость (как показано на рисунке) шток гидроцилиндра перемещается вправо (прямой ход), при переключении гидрораспределителя Р в крайнее левое положение шток движется влево (обратный ход). Для защиты от перегрузок служит предохранительный клапан КП (измерения давления по манометру МН), при открытии которого рабочая жидкость слипается в гидробак Б.

Рис. 1.Гидравлическая принципиальная схема объемного гидропривода с дроссельным регулированием скорости гидроцилиндра Ц

Рис 2-Гидравлическая принципиальная схема гидропривода с машинным (объемным) регулированием скорости гидроцилиндра Ц

2. Расчет диаметра поршня и выбор гидроцилиндра

Для гидроцилиндров с односторонним штоком предварительно определяют диаметр поршня, пренебрегая площадью штока, по следующей формуле

(1)

Принимаем DП=40 мм; где F2 - усилие, действующее на поршень (внешняя нагрузка, которая является задаваемым значением, см. выше), Н, рвх - давление на входе в гидроцилиндр, значение которого должно составлять порядка 75% от номинального

рвх ? 0,75рном, МПа. (2)

Югм - гидромеханический КПД гидроцилиндра (для современных конструкций задаются Югм = (0,96...0,98). Диаметр поршня DП округляют в большую сторону D*п 1 исходя из стандартных значений: 18;22; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63;70; 80; 90; 100; 110; 125; 140; 160; 180; 200; 220; 250 и 320 мм, каждому из которых соответствует стандартное значение штока d*1, (если номенклатурой гидроцилиндров предусматривается два или более значений диаметров штока, то предварительно принимают меньшее из них). В современных конструкциях d = (0,25...0,7)Dп, поэтому рекомендуется задаваться средним значением dср ? 0,5•Dп с последующим уточнением по каталогу. В Таблице 1 приведены рекомендуемые типоразмеры гидроцилиндров. Далее с учетом стандартного значения диаметра штока уточняют диаметр поршня

 (3)

где

Др = рвх - рвых

- перепад давлений между входом и выходом из гидроцилиндра (поршневой и штоковой полостями), МПа, рвых - давление на выходе из гидроцилиндра (в штоковой полости), обычно находящееся в пределах рвых = 0,5... 1,0 МПа, причем большее значение принимают для гидроприводов с установкой фильтра или маслоохладителя в сливной линии. При выбранных значениях D*П 2 и d*2 проводят проверку на функционирование гидроцилиндра при тянущей нагрузке, корда шток движется внутрь гидроцилиндра (подводное давления рабочей жидкости в штоковую полость)

(4)

Если условие (4) не выполняется, то необходимо увеличение площади штоковой полости за счет увеличения диаметра поршня. Уточняют рабочий перепад давлений, необходимый для преодоления внешней нагрузки при выбранных диаметрах поршня и штока гидроцилиндра (рабочий перепад давлений)

(5)

Который не должен превышать номинального давления насоса рном (для повышения долговечности объемного гидропривода рекомендуется не превышать давление более 75% от номинального для насоса)

2.1 Расчет скорости поршня и потребляемого расхода

гидравлический насос поршень давление

Расчет скорости поршня и потребляемого расхода проводят по теоретическим формулам исходя из высокого уровня герметичности современных уплотнений, обеспечивающих огромный КПД гидроцилиндров близким 100%.Значение скорости не должно превышать допускаемого значения, приводимого производителем гидроцилиндров в каталоге (обычно, не более 0,5 м/с). В противном случае необходимо в объемном гидроприводе предусмотреть дроссель для ограничения расхода рабочей жидкости, подаваемого к гидроцилиндру.

Значение скорости определяют по формуле:

(6)

(7)

Где SП - площадь поршня, ммІ

Скорость поршня гидроцилиндра при подводе рабочей жидкости в штоковую полость (обратный ход или движение штока внутрь гидроцилиндра)

(8)

площадь штока диаметром d*2 ммІ,(9)

(10)

QШТ - расход, подводимый в штоковую полость, значение которого может быть равным расходу, подаваемому в поршневую полость (QШТ=QП) или меньше (QШТ=QП), если значение скорости превышает допустимое. Предварительно в формулу (8) подставляют QШТ=QП и если значение скорости превышает то расход ограничивают установкой дросселя или изменением рабочего объема в регулируемом насосе, а максимальное значение расхода определяют по формуле

2.2 Предварительный расчет давления в объемном гидроприводе и определении объема насоса

Давление, развиваемое насосом для обеспечения функционирования гидроцилиндра с заданной внешней нагрузкой, зависит от следующих факторов

(12)

где рвых - гидравлические потери давления РЖ по длине входного трубопровода от насоса к гидроцилиндру, включая потери в гидроаппаратах (например, гидрораспределителе, в регуляторе расхода, обратном клапане, фильтре и др.).

Эти потери подлежат гидравлическому расчету, однако, как правило, значение этих потерь не должно превышать 5% от рабочего давления для обеспечения высокого значения общего КПД гидропривода

(13)

Путем составления значения расхода QП и номинальной подачи насоса по табл. 2 и 3 подбирают предварительно типа размер (шифр) и значение объемного (коэффициента подачи) и общего КПД насоса, которые необходимы для дальнейшего расчета. Определяют максимальную теоретическую подачу насоса, обеспечивающую максимальную скорость гидроцилиндра

(14)

Где QП - расход, потребляемый гидроцилиндром, который равен фактической (требуемой) подаче насоса QП = QН

Юно - объемный КПД насоса(или коэффициент подачи, значение которого для современных конструкций насосов находятся в пределах 0,9…0,98). Значение Юно принимают по табл.2 и 3 согласно заданному значению номинального давления рном. Определяют рабочий объем насоса (предварительно), обеспечивающий требуемую подачу РЖ при заданной максимальной частоте вращения приводящего двигателя

(15)

Где nдв -номинальная частота вращения вала приводящего двигателя насоса (nдв = nн),мин

k - коэффициент, учитывающий износ насоса, гидроцилиндра и гидроаппаратов при эксплуатации (назначают в пределах k = 1…1,2).

Рабочий объем насоса уточняют по каталогу, округляя до ближайшего большего значения или номенклатурного ряда насосов V*н. Следует обратить внимание на то, что при выборе насоса с регулируемым рабочим объемом потребляемый гидроцилиндром расход и подача насоса совпадают (18), а при выборе насоса с постоянным рабочим объемом подача насоса всегда больше потребляемого расхода

Что обусловлено округлением значения рабочего объема насоса и введением коэффициента k больше единицы. Поэтому для получения требуемой скорости поршня применяют дроссельные способы регулирования расхода в гидроцилиндр, связанные с перепуском части подачи насоса через переливной клапан (дроссель установлен последовательно к гидроцилиндру) или через дроссель в гидробак (установка дросселя на параллельном потоке).

3. Расчет КПД объемного гидропривода

3.1 Максимальная механическая мощность объемного гидропривода

Определяют максимальную механическую мощность объемного гидропривода (встречаются также термины - выходная, эффективная и полезная мощность)

(16)

где значение усилия является заданным Н, а скорость (м/с) определяют по формулам (6) или (8).

3.2 Расчет потребляемой насосом мощности

При использовании насоса с регулируемым рабочим объемом потребляемая мощность составит

(17)

где рн - давление на выходе насоса, МПа, Qн -фактическая подача насоса, л/мин, Qнт - теоретическая подача насоса, л/мин, Юн - КПД насоса (общий), Юнгм - гидромеханический КПД насоса. В технической характеристике насосов приводят значения общего КПД (Ю) и коэффициент подачи Юно, поэтому гидромеханический КПД определяют по формуле

 (18)

а значения Qн и рн определяют из выражений (10) и (11).

При использовании насоса с постоянным рабочим объемом и дроссельным способом регулирования расхода к гидроцилиндру, его теоретическую подачу определяют по формуле

(19)

И далее потребляемую мощность насоса

(20)

Определяют общий КПД объемного гидропривода при максимальной скорости гидроцилиндра с учетом способа регулирования его скорости

(21)

Определяют установочную мощность приводящего двигателя с применяемым на практике коэффициентом запаса

(22)

Потребляемая насосом мощность не должна превышать мощности приводящего двигателя, в противном случае необходима корректировка задания на проектирование объемного гидропривода, например, путем снижения максимальной скорости гидроцилиндра (времени его перемещения) или установки приводящего двигателя повышенной мощности.

4. Выбор диаметров трубопроводов и условного прохода гидроаппаратов

Внутренний диаметр трубопровода определяют по формуле

(23)

где Qнт.др - расход рабочей жидкости (7), л/мин, а при машинном способе регулирования рабочего объема насоса вместо Qнт.др подставляют значение теоретической подачи Qнт. Юно - объемный КПД (или коэффициент подачи) насоса, (V)- допускаемая скорость течения рабочей жидкости, м/c,

Значение которой выбирают исходя из следующих рекомендаций по назначению максимальной скорости течения рабочей жидкости в трубопроводах и соединениях трубопроводов: - Для всасывающих трубопроводов dвс-(V)=1,2 м/c, или не более значения скорости (или не менее давления), установленного поставщиком насоса (Примечание: при расчете диаметра всасывающего трубопровода в формуле (28) КПД насоса принимают Юно=1); - для напорных трубопроводов dН-(V)=5 м/c; - для сливных трубопроводов dсл-(V)=4 м/c; Диаметры трубопроводов округляют согласно значениям условных проходов Условным проходом гидроустройства называется округленный до ближайшего значения из установленного ряда диаметр круга, площадь которого равна площади характерного проходного сечения канала гидроустройства или площади проходного сечения присоединяемого трубопровода. Условные проходы выбирают из ряда по ГОСТ 16516:1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200 и 250 мм.

Скорость во всасывающем трубопроводе жестко увязана с возможностями функционирования насосов без квитанции, скорости в напорном и сливном трубопроводах устанавливают в результате расчета КПД гидропривода и выполнения условия (16), поэтому в гидроприводах высоких давлений скорости достигают 8 м/c и более.

Далее проводят уточненный расчет КПД гидропривода для рабочего режима с учетом уточненных значений потерь давления Дрпотерь (14) на основе гидравлического расчета трубопроводов и данных по потери давления гидроустройствах (обычно производители гидрораспределителей, дросселей, обработанных клапанов, теплообменных аппаратов и фильтров приводят графические зависимости перепада давлений от расхода рабочей жидкости при различных значениях коэффициента кинематической вязкости). Если при проектировании объемного гидропривода скорости течения рабочей жидкости не превышают 4 м/c для сливного и 5 м/c для нагнетательного трубопровода, а условный проход гидрораспределителей, клапанов давления (обратных и гидрозамков), дросселей, фильтров и теплообменных аппаратов соответствует внутреннему диаметру расчетных трубопроводов, то гидравлический расчет не проводят и оценку потерь мощности делают при испытаниях экспериментального образца объемного гидропривода.

5. Выбор сорта рабочей жидкости

В качестве основного сорта рабочей жидкости для объемных гидроприводов мобильных машин рекомендуется масло минеральное типа МГЕ-46В, ТУ 38.001347-83.

Выводы по курсовой работе

После выполнения расчетов необходимо представить следующие данные: 1.Выбран гидроцилиндр типа 16ГЦ 40/25ПП-360 2. Рабочее давление в объемном гидроприводе Дрраб=10,6 МПа; 3. Выбрать насос типа: НШ 32-А 3 4.Мощность приводящего двигателя должна составлять Рдв= 6,89 кВт при частот вращения nдв =1500 мин-1; 5. Выбраны диаметры трубопроводов согласно нормальному ряду условных проходов dвс=28,2?32мм; dН=13,8?16мм; dсл=15,45?16мм; 6. Общий КПД объемного гидропривода равен Юогп=0,37.

Размещено на Allbest.ru