Гідравлічний розрахунок системи гідропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Сумський державний університет

Кафедра прикладної гідроаеромеханіки

Курсова робота

з курсу: “Гідравліка, гідро- та пневмоприводи”

Гідравлічний розрахунок системи гідропривода

Виконав Власенко А.С.

Група ВІ-91

Викладач

Герман В.Ф.

Суми 2011

Зміст

гідроустаткування рідина всмоктувальний тиск

1. Вихідні дані до роботи

1.1 Принципова схема об'ємного гідропривода поступального руху

1.2 Розрахунок довжини гідролінії

2. Розрахунок і вибір параметрів гідроустаткування

2.1 Вибір робочого тиску

2.2 Вибір робочої рідини

2.3 Розрахунок розмірів гідроциліндра

2.4 Розрахунок необхідної витрати рідини

2.5 Вибір гідророзподільника

2.6 Вибір дроселя

2.7 Вибір фільтра

3. Гідравлічний розрахунок системи привода

3.1 Гідравлічний розрахунок трубопроводів

3.2 Визначення втрат тиску в гідросистемі

4. Вибір параметрів насоса і гідроклапана тиску

4.1 Вибір параметрів насоса

4.2 Вибір гідроклапана тиску

5. Розрахунок потужності і ККД гідропривода

Список літератури

1. Вихідні дані до роботи

1.1 Принципова схема об'ємного гідропривода поступального руху

Робоча рідина з бака “Б” подається насосом “Н” через розподільник “Р” у робочу порожнину гідроциліндра “Ц”. Шток гідроциліндра навантажений силою “F”. Надлишок рідини, що нагнітається насосом, відводиться в бак «Б» через клапан переливний “КП”. Для регулювання швидкості робочого органа встановлений дросель “ДР”. Відпрацьована рідина з порожнини гідроциліндра через розподільник “Р”, дросель “ДР” і фільтр “Ф” зливається в бак “Б”.

Рисунок 1. Принципова схема об'ємного гідропривода

За вибраним варіантом схеми гідропривода і заданими у табл. 1 вихідними даними, а також взятим значенням робочого тиску визначити розміри гідроциліндра і підібрати гідророзподільник, гідродросель, гідроклапан, гідрофільтр. Розрахувати втрати тиску в гідролініях і гідроапаратах привода. Вибрати насос. Розрахувати потужність і к.к.д. гідропривода.

Еквівалентну шорсткість гідроліній взяти = 0,06мм. Механічний к.к.д. гідроциліндра взяти таким, що дорівнює = 0,88- 0,92.

Таблиця 1. Вихідні дані

Варіант	2
F, кН	36
Vn, м/хв.	6,0

Переведемо вихідні дані в систему СІ

F, Н	36•103
Vn, м/с.	0,1

1.2 Розрахунок довжини гідролінії

Довжину напірної лінії, м, визначаємо за формулою

_нап =1,5+0,1N, (1.1)

де N - сума двох останніх цифр номера залікової книжки, N=2+1=3

_нап = 1,5 + 0,1·3 = 1,8 м.

Довжину всмоктувальної лінії визначаємо за формулою

_вс = 0,2_нап, (1.2)

_вс = 0,2 · 1,8 = 0,36 м.

Довжину зливної лінії визначаємо за формулою

зл =1,15нап, (1.3)

зл =1,15 · 1,8 = 2,07 м.

2. Розрахунок і вибір параметрів гідроустаткування

2.1 Вибір робочого тиску

Значення робочого тиску, МПа, вибираємо з ряду нормативних, установлених ГОСТ 12445-80 даних:

0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10; 16; 20; 25; 32.

Для умов роботи заданого гідропривода приймаємо тиск 6,3 МПа.

2.2 Вибір робочої рідини

Вибір робочої рідини виконуємо залежно від температурних умов, режиму роботи гідропривода і його робочого тиску.

Нормальна температура робочої рідини становить 50-60°С. При такій температурі і тиску 6,3 МПа рекомендується застосовувати робочі рідини з кінематичною в'язкістю

.

Робочу рідину вибираємо за даними таблиці додатка Б, і приймаємо масло “Інструментальне 20”, густина 885 кг/м³, кінематична в'язкість 20·10^-6 м²/c.

2.3 Розрахунок розмірів гідроциліндра

Площу поршня гідроциліндра визначаємо за вибраним тиском і розрахунковим навантаженням із співвідношення

, (2.1)

де S_е - ефективна площа поршня гідроциліндра, м²;

F - зусилля на штоці, Н;

p - робочий тиск, Па;

- механічний ККД гідроциліндра;

- гідравлічний ККД гідроапаратури.

Гідравлічний ККД гідроапаратури визначає втрати тиску в трубопроводах і гідроапаратурі, що входить до складу привода.

Приймаємо механічний ККД гідроциліндра =0,9.

Приймаємо = 0,8.

м².

За отриманою ефективною площею поршня гідроциліндра визначаємо діаметр поршня за формулою

, (2.2)

де D - діаметр поршня гідроциліндра, м;

- відношення діаметра штока до діаметра поршня ().

При цьому вибираємо залежно від величини робочого тиску.

p ? 10 МПа, =0,7.

м.

Одержане значення діаметра поршня округлюємо згідно з ГОСТ 12447-80 відповідно до ряду розмірів діаметрів [2].

Приймаємо діаметр

D = 140 мм.

Діаметр штока визначаємо із співвідношення

. (2.3)

м.

Значення діаметра штока округлюємо до нормативного

d = 100 мм.

За вибраними стандартними значеннями діаметрів поршня D і штока d уточнюємо ефективні площі напірної S_е і зливної S_езл порожнин гідроциліндра за формулою

; (2.4)

м².

2.4 Розрахунок необхідної витрати рідини

Розрахунок витрати рідини виконуємо для кожної ділянки гідравлічної схеми гідропривода: всмоктувальної (бак-насос), напірної (насос-гідроциліндр), зливної (гідроциліндр-бак).

Необхідну витрату рідини Q_ном, м³/с, що надходить у гідроциліндр, знаходимо за формулою 2.5

, (2.5)

де - швидкість руху поршня, м/с;

S_е - уточнена ефективна площа поршня у напірній порожнині гідроциліндра, м².

м³/с = 45,2 л/хв.

Подача насоса Q_н повинна забезпечити потрібну витрату рідини для гідроциліндра і компенсувати витікання рідини в зазорах та через ущільнення.

Необхідна подача насоса буде дорівнювати

, (2.6)

приймаємо: k = 1,1;

м³/с = 49,8 л/хв.

Витрату рідини у всмоктувальній гідролінії Q_вс визначаємо з урахуванням об'ємних втрат (витоків рідини) в насосі

. (2.7)

Об'ємний ККД насоса приймаємо

= 0,93.

м³/с.

При розрахунках напірної гідролінії витрату рідини приймаємо Q_нап = Q_н.

Для зливної гідролінії витрату розраховуємо за формулою

, (2.8)

де - уточнена ефективна площа поршня у зливній порожнині гідроциліндра, м²;

V_n - швидкість руху поршня, м/с.

Оскільки S_е = S_езл, то Q_зл = Q_ном = 0,000754 м³/с = 45,2 л/хв.

2.5 Вибір гідророзподільника

Тип і марку гідророзподільника вибираємо за робочим тиском p = 16 МПа і максимальною витратою через розподільник Q_р= 45,2 л/хв [4].

Приймаємо розподільник марки В22 схема 64;

л/хв = 0,0008294 м³/с;

МПа;

Діаметр умовного проходу d = 22·10^-3 м.

2.6 Вибір дроселя

Типорозмір дроселя вибираємо за робочим тиском p = 6,3 МПа і витратою через дросель Q_др = 45,2 л/хв. [4] з додатка Д.

Приймаємо дросель марки КВМК16G1.1;

м³/с = 63 л/хв.;

МПа.

2.7 Вибір фільтра

Фільтр і його типорозмір вибираємо за витратою робочої рідини в зливній гідро лінії Q_зл = 45,2 л/хв., і необхідною для даного гідропривода тонкістю фільтрації. Тонкість фільтрації визначається залежно від типу привода [2]. Вибір фільтра виконуємо з додатка Е або по [2].

Приймаємо фільтр марки ФС;

л/хв. = 16,67·10^-4 м³/с;

МПа.

3. Гідравлічний розрахунок системи привода

3.1 Гідравлічний розрахунок трубопроводів

Розрахунок трубопроводів полягає у визначенні їх діаметрів. Розрахунок виконуємо по гідролініях: всмоктувальній, напірній та зливній, виділених у гідравлічній схемі. Діаметри трубопроводів визначаємо, виходячи із забезпечення допустимої швидкості течії V_доп, м/с, рідини, що повинні бути в таких межах [1]:

- всмоктувальні гідролінії 0,5-1,5 приймаємо (1 м/с);

- зливні гідролінії 1,4-2,0 приймаємо (1,6 м/с);

- напірні гідролінії 3,0-5,0 приймаємо (4 м/с).

З урахуванням допустимих швидкостей за відомою витратою визначаємо діаметри трубопроводів d, м

, (3.1)

де Q - витрата рідини на даній гідролінії, м³/с.

;

;

.

Отримані діаметри округлюємо до значення, яке рекомендоване ГОСТ 6540-68:

3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250.

Внутрішні діаметри трубопроводів приймаємо:

d_вс = 32 мм;

d_зл = 25 мм;

d_нап = 16 мм.

Після вибору стандартних діаметрів трубопроводів визначаємо дійсні середні швидкості в гідролініях.

Дійсна швидкість при витраті рідини у всмоктувальній гідролінії визначається за формулою

; (3.2)

м/с. .

Дійсна швидкість у напірній гідролінії становить

; (3.3)

м/с. .

Дійсна швидкість у зливній гідролінії дорівнює

; (3.4)

м/с. .

3.2 Визначення втрат тиску в гідросистемі

Втрати тиску визначаємо на всмоктувальній, напірній і зливній гідролініях. Величина втрат на кожній ділянці визначається за формулою

+ ; (3.5)

де - втрати на тертя по довжині трубопроводу;

- втрати в місцевих опорах;

- втрати в гідроапаратах.

Втрати тиску , Па, на тертя по довжині трубопроводу обчислюємо за формулою Дарсі-Вейсбаха

; (3.6)

де - густина рідини, кг/м³;

- гідравлічний коефіцієнт тертя ;

,d - довжина і діаметр трубопроводу, м;

V_д - дійсна швидкість течії рідини, м/с.

Гідравлічний коефіцієнт тертя (коефіцієнт Дарсі) визначаємо, виходячи з режиму руху рідини і відносної шорсткості труби , де - еквівалентна шорсткість (за емпіричними формулами) [1,3].

Режим руху рідини визначаємо за числом Рейнольдса

; (3.7)

де V_д - дійсна швидкість у всмоктувальному, напірному чи зливному трубопроводі, м/с;

d - діаметр трубопроводу, м;

- кінематичний коефіцієнт в'язкості, м²/с.

- (Re=1774) < 2320 - ламінарний режим;

- (Re=3301) > 2320 - турбулентний режим;

- (Re=1920) < 2320 - ламінарний режим.

Для виконання гідравлічних розрахунків при турбулентному режимі для труб промислового виготовлення з природною шорсткістю для будь-якої області опору використовуємо формулу Альтшуля

; (3.8)

Якщо рух ламінарний, гідравлічний коефіцієнт тертя визначаємо за формулою

(3.9)

;

;

Па;

Па;

Па;

Місцеві гідравлічні втрати , Па, визначаємо за формулою Вейсбаха

; (3.10)

де - коефіцієнт місцевого опору;

V_д - дійсна швидкість у місці перерізу місцевого опору, м/с;

- густина рідини, кг/м³.

До місцевих опорів стосовно заданого гідропривода відносяться: різке розширення потоку (вихід із трубопроводу в гідроциліндр і бак), різке звуження потоку (вхід у трубопровід із гідроциліндра та із бака), плавні повороти гідроліній, штуцерні з'єднання трубопроводів, трійники.

Значення коефіцієнтів місцевих опорів приймаємо: для плавного повороту ж_пов= 0,4; для штуцера ж_шт= 0,6; для різкого звуження ж_вх = 0,5; для різкого розширення ж_вих=1,0; для трійника ж_тр=1,1.

;

;

;

;

;

;

Па;

Па;

Па.

Втрати тиску в гідроапаратах (розподільнику, дроселі, фільтрі) при турбулентному режимі визначаємо із формули

; (3.11)

при ламінарному режимі

; (3.12)

де - табличне значення втрат тиску на даному опорі при номінальній подачі (наводиться в паспортних даних);

Q_д - фактична (дійсна) витрата рідини у гідролінії, на якій встановлено гідроапарат;

Q_ном - номінальна витрата рідини для гідроапарата.

Втрати тиску в розподільнику визначають для напірної та зливної частини. При цьому приймають рух рідини в каналах турбулентним, а втрати тиску при проходженні рідини в одному напрямку /2.

;

;

;

.

Сумарні втрати тиску у всмоктувальній, напірній і зливній гідролініях визначаємо за залежністю

; (3.13)

де - сумарні втрати тиску у всмоктувальній лінії, Па;

- сумарні втрати тиску в напірній лінії, Па;

- сумарні втрати тиску в зливній лінії, Па.

Па;

Па;

Па;

Па.

Сумарні втрати тиску не повинні перевищувати 20% тиску, що розвивається насосом.

4. Вибір параметрів насоса і гідроклапана тиску

4.1 Вибір параметрів насоса

Необхідний тиск насоса р_н обчислюємо за рівнянням:

, (4.1)

де - сумарні втрати тиску в гідролініях, Па;

F - зусилля на штоці гідроциліндра, Н;

S_е - уточнена ефективна площа поршня у напірній порожнині гідроциліндра, м²;

- механічний ККД гідроциліндра.

.

Тип насоса вибираємо відповідно до значень необхідної подачі Q_н і розрахункового тиску р_н = 5,6 МПа [4] у додатку В.

р_н = 5,6 МПа, Q_н = 8,3·10^-4 м³/с = 49,8 л/хв.

Приймаємо насос пластинчастий нерегульований марки Г12-24АМ

Робочий об'єм 63·10^-6 м³;

м³/с = 53,82 л/хв.;

МПа;

МПа.

4.2 Вибір гідроклапана тиску

Гідроклапан тиску вибираємо за значеннями необхідного тиску насоса р_н = 5,6 МПа, і подачі вибраного насоса Q_н = 8,3·10^-4 м³/с =49,8 л/хв. [4] з додатка Є.

Приймаємо запобіжний клапан марки Г54-34М;

м;

м³/с = 125 л/хв.;

.

5. Розрахунок потужності і ККД гідропривода

Ефективну (корисну) потужність N_к , Вт, гідроциліндра визначаємо за формулою

; (5.1)

де F - зусилля на поршні, Н;

V_п - швидкість поршня гідроциліндра, м/с.

Вт.

Повна потужність N, Вт, гідропривода дорівнює потужності, спожитої насосом

; (5.2)

де р_н - розрахунковий тиск насоса, Па;

Q_н - подача вибраного насоса, м³/с;

- повний ККД вибраного насоса.

;

Повний ККД гідропривода

; (5.3)

.

Список літератури

1. Объёмные гидравлические приводы /Башта Т.М. и др. - М.:Машиностроение, 1969. - 410 с.

2. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы. - М.: Машиностроение, 1988. - 512 с.

3. Вильнер Я.М., Ковалёв Я.Г., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. - Минск: Вышэйш. шк.,1976. - 410 с.

4. Методичні вказівки до курсової роботи з курсу “Гідравліка, гідро- та пневмоприводи ” / укладачі: В.Ф. Герман, О.І. Котенко. - Суми: Вид-во СумДУ, 2010. - 29 с.

Размещено на Allbest.ru

...