Расчет гидропривода подачи фрезерного станка

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

Ижевский Государственный Технический Университет им. М.Т. Калашникова

Воткинский филиал

Кафедра ТМ и П

Курсовая работа

по курсу «Гидравлика»

на тему: «Расчет гидропривода подачи фрезерного станка»

Выполнил:

Давыдова Е.М.

Воткинск 2016г.

Содержание

Введение

1. Выбор параметров гидродвигателя

2. Потери давления в гидродвигателе

3. Потери давления в гидродвигателе

4. Выбор рабочей жидкости

5. Расчет внутреннего диаметра трубопровода

6. Выбор гидроаппаратуры

7. Трассировка гидросети

8. Определение характеристики магистральной и вспомогательной линии

8.1 Потери давления в гидролинии

8.2 Характеристики магистральной и вспомогательной линии

9. Определение потребного давления в магистральной линии при предельном режиме работы гидропривода

10. Определение потребной подачи насоса

11. Подбор насоса и электродвигателя

12. Уточнение параметров предельного режима работы гидропривода

13. Построение характеристики магистральной линии с напорным клапаном

14. Определение параметров электропривода при его регулировании с заданной максимальной нагрузкой

Список литературы

Введение

Гидравликой называется прикладная наука в которой изучаются законы равновесия и движения капельных жидкостей, а также методы применения этих законов в различных областях инженерной практики.

Гидравлические и пневматические приводы широко применяются во всех отраслях промышленности и оборонной техники. Они используются на самолетах, судах, ракетах, прессах.

Широкое распространение гидро- и пневмоприводов объясняется тем, что они обладают рядом преимуществ по сравнению с аналогичными механическими и электрическими приводами. Их достоинствами являются меньшие габариты, удобство транспортировки энергии, сравнительная простота преобразования механической энергии в энергию потока жидкости (газа) и, наоборот высокий коэффициент полезного действия машин, участвующих в этом преобразовании, высокое быстродействие и др. Наряду с преимуществами приводы обладают некоторыми недостатками например, большую трудность представляет борьба с утечками жидкости и газа. Нежелательными являются загрязнение рабочего тела (жидкости, газа), используемого в приводах и связанный с этим большой износ трущихся частей. Для борьбы с этими недостатками конструкторы устанавливают фильтры и применяют усовершенствования, направленные к тому, чтобы снизить износ трущихся поверхностей и уменьшить утечки.

1. Выбор параметров гидродвигателя

Гидропривод выбирается из каталога по заданным значениям Tmax и Smax

Т^гц_ном?iТ_мах /з^гц_м=1*8500/0,9=9444,4 кг

S^гц_ном?S_мах /i= 1000/1=1000 мм

где i - передаточное число зубчато-реечной передачи рычажной системы равно 1

з^гц_м - механический КПД =0.9(предварительно)

Т^гц_ном - номинальное усилие на штоке гидроцилиндра

S^гц_ном - номинальный ход поршня

Выбираем гидроцилиндр 13-110Ч50Ч80 (тип Г 25-1)

Т^гц_ном =10800 кг=10,8 кН- номинальное условие

Р^гц_ном =6,3 МПа=63кг/см² -номинальное давление

S^гц_ном =1000 мм- ход поршня

d_ш=50 мм - диаметр штока

d_п=110 мм -диаметр поршня

Найдем эффективную площадь поперечного сечения гидроцилиндра в напорной полости:

F^гц_н =р/4*(d_п² - d_ш² )=3,14/4*(110² -50²)=7536(мм² )=7,5*10^-3 (м²)

2. Потери давления в гидродвигателе

?Р=iТ_мах /з^гц_м F^гц_н -формула, позволяющая оценить потери давления в гидроцилиндре

?Р=8500/0,93*75=122 кг/см² =12 МПа

з^гц_м =0,93 при d_ш =(40..60)10^-3 м

3. Предельные значения объемного расхода гидродвигателя

Q^гц_мах =U_мах F^гц_н/i з^гц =0,15*7,5*10^-3 =0,001125(м³/мин)=1,125 л/мин

Q^гц_min =U_мin F^гц_н/i з^гц=0,008*7,5*10^-3 =6*10^-6 м³/мин=6*10^-5 (м³/мин)=6*10^-6 л/мин

В формулах з^гц=1

Результаты вычислений занесены в таблицу 1

4. Выбор рабочей жидкости

Выбор рабочей жидкости определяется температурными условиями работы, рабочим давлением и требованиями к выходным параметрам гидропривода. Выберем рабочую температуру, в интервале от 0° до 50° С, что соответствует 273-323°К.

При ?Р=12МПа рекомендуется применять рабочую жидкость с кинематическим коэффициентом вязкости . Данному условию (н) соответствует масло: индукционное 20 ГОСТ1770-57.

Тип масла: индустриальное 20

Р=890 кгс/м³

н=0,8*10^-4 м² /с

t_Y =50 °С

t_z =-20 °С

t=170 °С

Характеристики масла приведены в таб. 2

5. Расчет внутреннего диаметра трубопровода

В данном случае значение объемного расхода на гидролиниях всасывания, напора и слива равны: Q_лин =вQ

Здесь в - коэффициент представляющий собой отношение объемного расхода в гидролинии к объемному расходу гидроцилиндра и равен 1.

Следовательно, можно записать:

Q_{лин(мах)} =Q^ГЦ_мах

Q_лин(min) =Q^ГЦ_min

Согласно рекомендациям принимаем следующие скорости жидкости:

для всасывающей гидролинии (линия хи; ав)

Для сливной гидролинии (линия ag; af)

Для напорной линии (линия cz)

Соблюдение условия ламинарности режима:

условие выполняется.

Существующий сортамент труб и диаметры условных проходов гидроаппаратов накладывают на внутренний диаметр трубопровода дополнительное ограничение:

2,4*10^-3 м?d?32*10^-3 м

d1, d2, d3-удовлетворяют данным условиям.

Толщина стенки трубопровода

,

где -временное сопротивление разрыву

=500МПа=50кг/мм

Для всасывающей гидролинии (линия хи; ав)

Если толщина стенки получается менее 0,5*10^-3м(0,5 мм), то из условия жесткости трубопровода принимается д=0,5*10^-3м= д₁

Для сливной гидролинии (линия ag; af)

Значит принимаем д₂=0,5мм

Для напорной гидролинии (линия cz)

.

Значит принимаем д₃=0,5мм

Наружный диаметр трубопровода

Для всасывающей гидролинии (линия хи; ав)

Для сливной гидролинии (линия ag; af)

Для напорной гидролинии (линия cz)

Наружный диаметр трубопровода согласуем с сортаментом трубы, т.е округляем до ближайшего стандартного значения.

Из ГОСТ 19277-73 принимаем:

d_нар1=8 мм д₁=0,5 d₁=7 мм

d_нар2=5 мм д₂=0,5 d₂=4 мм

d_нар3=4 мм д₃=0,5 d₃=3 мм

6. Выбор гидроаппаратуры

По значениям объемного расхода Qmax, диаметра труб -d (в соответствующей линии) и потери давления из каталогов выбираем гидроаппаратуру, заданную схемой гидропривода соблюдением условий:

По справочной литературе выбирается гидроаппаратура:

-гидрораспределитель РI23-АЛ 64.

-клапан обратный Г51-21

-клапан напорный БГ54-22

-фильтр пластинчатый ФП 7

-дроссель ДР-12

Технические характеристики гидроаппаратуры приведены в таб.4

7. Трассировка гидросети

Трассировка гидросети заключается в установлении длин, диаметров, видов и количества местных сопротивлений на отдельных гидролиниях. Также установим местные сопротивления: плавные и резкие повороты потока, внезапные сужения и расширения в местах соединения трубопровода с гидроаппаратурой и другие виды сопротивлений.

Для гидролинии , где к и -количество и коэффициент Вейсбаха однотипных местных сопротивлений на данной линии

Поворот:

На 90° К_пп=1: хи=1*1,1=1,1 ab=1*1,1=1,1

ax=1*1,1=1,1 bc=1*1,1=1,1

ag=1*1,1=1,1 cz=1*1,1=1,1

На 60° К_рп=1: хи=0 ab=2*0,55=1,1

ax=0 bc=0

ag=0 cz=2*0,55=1,1

На 30° К_вр=1: хи=0 ab=2*0,2=0,4

ax=1*0,2=0,2 bc=0

ag=1*0,2=0,2 cz=1*0,5=0,5

Вход в трубку К_вс : хи=1*0,5=0,5 ab=0

ag=0 cz=1*0,5=0,5

_хи=1,1+0,5=1,6; _ag=1,1+0,2=1,3; _bc=1,1

_ах=1,1+0,2=1,3; _ab=1,1+0,4+1,1=2,6; _cz=1,1+1,1+0,2+0,5=2,9

_Сум=1,6+1,3+1,1+1,3+2,6+2,9=10,8

Трассировка всей гидросети приведена в таб. 3

8. Определение характеристики магистральной и вспомогательной линии

Магистральной гидролинией называется часть гидросети, представляющая собой совокупность всасывающей, напорной и сливной гидролинии, по которой рабочая жидкость движется от насоса в гидродвигатель и обратно.

Вспомогательными гидролиниями называются параллельные гидролинии, служащие обычно для отвода части или всей рабочей жидкости.

8.1 Потери давления в гидролинии

Эти потери могут быть определены по формуле:

,

где - потери давления на трение по длине гидролинии.

r - режим работы (ламинарный) r=1

- суммарные потери давления от местных сопротивлений гидролиний.

,

где Д=8с/р²d⁴; Д=8*890/ р²d⁴=7120/ р²d⁴ (кг/м⁷)

- суммарные потери давления в установленной гидроаппаратуре, на рассматриваемой гидролинии:

-для распределителя:

где ДQ_ном^р=2,2*10^-3, ДР_ном^р=5*10⁴ кг/м²

-для обратного клапана:

где ДQ_ном^ок=1,3*10^-4 м³/с, ДР_ном^ок=2*10⁴ кг/м²

-для фильтра:

где ДQ_ном^ф=10,04*10^-4 м³/с, ДР_ном^ф=2*10⁴ кг/м²

-попарного клапана:

ДQ_ном^нк=3,34*10^-4 м³/с, ДР_ном^нк=6*10⁴ кг/м², ДQ_min^нк=0,08*10^-8 м³/с

-для гидродросселя:

-для гидродвигателя:

8.2 Характеристики магистральной и вспомогательной линии

l^хи=0,5 м; l^ав= l^аg=2м; l^cz=2,5м

К₁=4,5*10⁸*0,5+13,5*10⁸*2+4,2*10*2,5=3,7*10¹⁰ кгс/мм⁴

К₂=30*10¹⁰*1,6+90*10⁴*2,6+28*10¹¹*2,9+0,02*10¹⁰+1,25*10¹⁵+2*1,03*10¹⁰=1,3*10¹⁵ кг/мм⁴

ДР^маг= ДР^Гц+3,7*10¹⁰Q+1,3*10¹⁰ Q

К^ag₁=В^ag₁l^ag+ДС^др_ном/(Q^др_ном)²=13,5*10⁹*2+4,76*10⁷=2,7*10¹⁰

К^ag₁=Д^agо^ag_Сум=90*10¹¹*1,3=11,7*10¹²

ДС^ag=ДС^др_*+2,7*10¹⁰Q+11,7*10¹⁰ Q²

9. Определение потребного давления в магистральной линии при предельном режиме работы гидропривода

Предельным режимом работы гидропривода называется режим, при котором вся подаваемая насосом жидкость поступает в гидродвигатель. В нашем случае дроссель закрыт=?, клапан напорный закрыт

Определяются потери давления на магистральной линии при максимальном и минимальном значении объемного расхода гидроцилиндра

ДС^маг_мах=ДС^Гц+К₁^магQ_мах^Гц+ К₂^маг (Q_мах^Гц)²=140*10⁴+3,7*10¹⁰*18,75*

10^-6+1,3*10¹⁵(18,75*10^-6)²=25,5*10⁴ кг/м²

ДС^маг_min=ДС^Гц+К₁^магQ_мin^Гц+ К₂^маг (Q_мin^Гц)²=140*10⁴+3,7*10¹⁰(10^-6)+1,3*10¹⁵

(10^-6)²=1,4*10⁵ кг/мм²

10. Определение потребной подачи насоса

Требуемая подача определяется как сумма объемного расхода через гидроцилиндр и утечек в гидроаппаратуре при предельных режимах.

,

где - объемный расход гидроаппаратуры, т.е гидрораспределителя и клапана напорного.

Определяется максимальный расход жидкости насосом

11. Подбор насоса и электродвигателя

По данным потребного давления и потребной подачи из каталога выбираем требуемый гидронасос при соблюдений следующих условий: ; ;

Выбран насос пластинчатый Г12-41Б, техническая характеристика насоса приведена в таб. 5.

Определим требуемую мощность электродвигателя.

По каталогу выбираем электродвигатель при условии:

Выбран электродвигатель: Дигатель АО2-11-2 ГОСТ 13859-68. Техническая характеристика двигателя приведена в таб. 5.

12. Уточнение параметров предельного режима работы гидропривода

Искомые параметры (P,Q) предельного режима работы гидропривода определяем по точке пересечения характеристик насоса в магистральной линии

Характеристика магистральной линии строится по семи точкам.

, где i=0,1,2,3,4.

Q^гц_мах=18,7*10^-6 м³/с; Q^гц_мin=1*10^-6 м³/с

1точка:

2точка:

3точка:

4точка:

5точка:

6точка:

7точка:

Результат по точкам сведен в таблицу 6.

Из графика определяем потерю давления на магистральной линии при мах значении обратного расхода гидродвигателя Р?145*10⁴ кг/м²

13. Построение характеристики параллельной линии с напорным клапаном

Приняв равным давлению, соответствующему точке пересечения характеристик и строим характеристику . Характеристику строим по семи точкам:

, где при i=0,1,2,3,4; давление , соответствующее точке пересечения характеристик насоса и линии ag должно удовлетворять условию:

=14,5(МПа) - из графика.

1 точка: [10⁴ кг/м²; л/мин]

2 точка:

при Q₀=10^-6 м³/с

3 точка:

при Q₁=5,4*10^-6 м³/с

4 точка:

при Q₂=9,8*10^-6 м³/с

5 точка:

при Q₃=14,2*10^-6 м³/с

6 точка:

при Q₄=18,7*10^-6 м³/с

7 точка:

при Q₅=7,8*10^-6 м³/с

Характеристики магистральной линии (Q) и вспомогательной линии приведены в табл. 6.

14. Определение параметров электропривода при его регулировании с заданной максимальной нагрузкой

Регулирование параллельно включенным дросселем.

а) строим характеристику

характеристику строим по семи точкам:

б) строим характеристики

в) строим характеристики при j=2.

Таблица 1. Технические характеристики гидродвигателя:

типоразмер гидроцилиндра
вид штока	двусторонний
dп - диаметр поршня	0,11(110) м(мм)
dш - диаметр штока	0,05(50) м(мм)
- ход поршня	1,0(1000) м(мм)
Fн - эффективная площадь поперечного сечения	0,00753(7,53) мІ(ммІ)
- номинальное давление гидродвигателя	6,3(63) МПа(кг/смІ)
- номинальное усилие на штоке	9450 кг
- КПД гидроцилиндра общий	0,98
- КПД гидроцилиндра объемный	1
- КПД гидроцилиндра механический	0,93
скорость движения поршня	2,5*10Їі(0,15) м/с(мм/мин) 1,33*10Їі(0,008) м/с(мм/мин)
расход гидродвигателя	1,125*(0,675) мі/с(л/мин) 6*(0,36)
- необходимое усилие на штоке	8500 кг
- потери давления в гидродвигателе	12(122) МПа(кг/смІ)

Таблица 2. Характеристика рабочей жидкости.

марка	Р	н	tуст	tзаст	tвсп
20 ГОСТ 1770-57	кг/мі(гр/смі)	Сст(мІ/с)	°С
	890(0,89)	0,8*10-4	50	-20	170

гидродвигатель электропривод магистральный клапан

Таблица 3. Свободная таблица данных по трассировке гидросети

участок	Vдоп, м/с	d, мм	режим	B	L, м	Крп орп	Кпп опп	Квр овр	Квс овс	осум	гидроаппаратура
			б	r
хи ав	1	7,0	1	-	1	0,5 2	0 1,1	1,1 1,1	0 0	0,5 0	1,6 2,6	КО, Ф,ГР
ag af	2	4,0	1	-	1	2 1,0	0 1,1	1,1 1,1	0,2 0	0 0	1,3 1,1	КН, ДР
cz	5	3,0	1	-	1	2,5	1,1	1,1	0,5	0,5	2,9	ГР

Таблица 4. Техническая характеристика гидросети.

наименование гидроаппаратуры	параметры
	Рном	ДРном	Qном	ДQном	d	Кпоз	Клин	Упр
	МПа(кг/смІ)	(л/мин)	мм
гидрораспределитель РI23 -АЛ	32 (320)	0,5 (5)	130	0,1	12	3	4	9
клапан напорный БГ 54-22	6,18 (63)	0,59 (6)	20	0,035	10	Qmin	Qном- Qmin
						мі/с(л/мин)
						8,3*(0,5)	3,25* (19,4)
клапан обратный Г 51-21	15 (150)	0,196 (2)	8	-	2	Рmin
						3,0
фильтр пластинчатый ФП7	19,62 (200)	0,196 (2)	2,5	-	8	буст, мкм
						5
дроссель ДР-12	32 (320)	0,196 (2)	25	-	12	-

Таблица 5. Техническая характеристика гидронасоса и электродвигателя

типоразмер гидронасоса	Г12-41Б	типоразмер электродвигателя	А 02-11-2
обозн	ед. изм.	значение	обозн	ед. изм.	значение
Рном	МПа(кг/смІ)	50(500)
Qном	мі/с(л/мин)	0,5*(3)
Qmax		-
Qmin		-
Nном	кВт	0,8	Nном	кВт	0,4
nном	об/мин	1450	nном	об/мин	1000
з	-	0,31	з	-	0,68
зo	-	0,64

Таблица 6. Характеристика магистральной и вспомогательной линии.

Nточки	0	1	2	3	4	5	6
, л/мин	0	0,06	0,342	0,6	0,856	1,125	4,6
,кг/м2	140	143	163	188	218	254	1219
,кг/м2	145	147	159	171	183	195	362
МПа	0	27,3*	26,1*	68,2*	12,9*	21,1*	31*

Список литературы

1. Чупраков Ю.И. «Основы гидро- и пневмоприводов». Изд. «Машиностроение» 1996г.

2. Методические указание к курсовой работе по дисциплине «Гидравлика, гидравлические машины и гидроприводы». Изд. ИМИ, Ижевск 1979г.

Размещено на Allbest.ru

...