Объемный гидропривод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Задание на курсовую работу

2. Описание работы гидропривода

2.1 Характерные схемы гидропривода с дроссельным регулированием

2.2 Характеристика и принцип работы гидропривода при заданной схеме

2.3 Составные элементы гидропривода, их устройство и принцип действия

3. Гидравлический расчет гидропривода

4. Методика расчета

4.1 Расчет гидроцилиндра

4.2 Определение потребного расхода

4.3 Выбор рабочей жидкости

4.4 Определение параметров трубопроводов гидролинии

4.5 Определение потерь в гидролиниях

4.6 Определение величин потребного давления

4.7 Выбор насоса. Определение потребляемой мощности и КПД гидропривода

4.8 Расчет и построение характеристик гидропривода

Выводы

Список используемой литературы

Приложение



Введение

Объемным гидроприводом называется совокупность устройств - гидромашин объемного действия и гидроаппаратов, предназначенных для передачи механической энергии и преобразования движения посредством жидкости.

К достоинствам гидропривода относят:

возможность создания больших передаточных отношений и бесступенчатое регулирование скорости движения выходного звена и усилий в широком диапазоне;

высокая удельная мощность (вес гидропривода, приходящийся на 1 кВт передаваемой мощности составляет не более 2..3 Н);

малая инерционность, что обеспечивает быстрый пуск, реверс, останов (момент инерции подвижных элементов гидропривода в 5..6 раз меньше, чем у электромашин той же мощности);

возможность просто и надежно предохранять элементы гидропривода и рабочей машины от перегрузок.

Недостатки гидропривода:

потери энергии значительно выше, чем в электроприводе (гидропривод имеет более низкий КПД);

влияние условий эксплуатации (температуры) на характеристики гидропривода;

постепенное снижение КПД в процессе эксплуатации - за счет роста утечек жидкости по мере

износа деталей привода.

Объемный гидропривод широко используется в строительных и дорожных машинах, станках, транспортных и сельскохозяйственных машинах и в других отраслях техники.

Темой курсовой работы является гидравлический расчет объемного насосного гидропривода поступательного движения с дроссельным регулированием. Работа выполняется на основании индивидуального задания, выдаваемого руководителем.

Курсовая работа включает следующие этапы:

Самостоятельная проработка курса «Объемный гидропривод» по рекомендуемой литературе и методическим указаниям

Анализ работы предложенной схемы гидропривода, изучение устройства и принцип действия составляющих его элементов

Составление принципиальной схемы гидропривода, соответствующей заданной конструктивной схеме, по правилам выполнения гидравлических схем



1. Задание на курсовую работу

Вар.№	Схема	, кН	, м/с	, м	, м	, м	, м	, м
13	б	35	0,25	0,6	2	0,8	0,8	2	-25	+20	+15



2. Описание работы гидропривода

Гидравлический привод (гидропривод)-- совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Основная функция гидропривода, как и механической передачи, -- преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.). Другая функция гидропривода -- это передача мощности от приводного двигателя к рабочим органам машины (например, в одноковшовом экскаваторе -- передача мощности от двигателя внутреннего сгорания к ковшу или к гидродвигателям привода стрелы, к гидродвигателям поворота башни и т.д.)

В общих чертах, передача мощности в гидроприводе происходит следующим образом:

Приводной двигатель передаёт вращающий момент на вал насоса, который сообщает энергию рабочей жидкости.

Рабочая жидкость по гидролиниям через регулирующую аппаратуру поступает в гидродвигатель, где гидравлическая энергия преобразуется в механическую.

После этого рабочая жидкость по гидролиниям возвращается либо в бак, либо непосредственно к насосу.

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

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

По характеру движения выходного звена:

-вращательного движения

-поступательного движения

-поворотного движения

По возможности регулирования:

-дроссельный

-объемный

-объемно-дроссельный

По схеме циркуляции рабочей жидкости:

-замкнутый схемой

-разомкнутой схемой

По источнику подачи жидкости:

-насосный

-магистральный

-аккумуляторный

К достоинствам гидропривода относят:

-возможность создания больших передаточных отношений и бесступенчатое регулирование скорости движения выходного звена и усилий в широком диапазоне;

-малая инерционность, что обеспечивает быстрый пуск, реверс, останов (момент инерции ,подвижных элементов гидропривода в 5..6 раз меньше, чем у электромашин той же мощности)

- возможность просто и надежно предохранять элементы гидропривода и рабочей машины от перегрузок.

Недостатки гидропривода:

- потери энергии значительно выше, чем в электроприводе (гидропривод имеет более низкий КПД);

- влияние условий эксплуатации (температуры) на характеристики гидропривода;

- постепенное снижение КПД в процессе эксплуатации - за счет роста утечек жидкости по мере износа деталей привода.

Объемный гидропривод широко используется в строительных и дорожных машинах, станках, транспортных и сельскохозяйственных машинах и в других отраслях техники

2.1 Характерные схемы гидропривода с дроссельным регулированием

При дроссельном регулировании в зависимости от заданных условий дроссель может быть установлен последовательно с гидродвигателем, либо параллельно ему (рис. 1г).

Последовательное включение дросселя может осуществляться:

На входе гидродвигателя (рис. 1а), на выходе гидродвигателя (рис. 1б), на входе и выходе гидродвигателя (рис. 1в).



2.2 Характеристика и принцип работы гидропривода при заданной схеме

Особенности схемы - в данной схеме объемного насосного ГП место установки дросселей последовательно на в ходе и выходе ГЦ, при таком расположение дросселей обычно используют дросселирующий гидрораспредилитель, сочетающий функции дросселя и распределителя. Достоинство данной схемы возможность регулирования скорости штока при знакопеременной нагрузке, обеспечивая при этом большую стабильность скорости при изменение величины нагрузки и точность хода на малых скоростях выходного звена. Гидопривод при заданной схеме имеет большую гидравлическую жесткость. Минусом данной схемы является большой нагрев рабочей жидкости из-за двойного дросселирования. В данной схеме циркуляция рабочей жидкости разомкнутая, т. е. система имеет гидробак.

Принцип работы - рабочая жидкость по всасывающей гидролинии из гидробака «всасывается в насос», благодаря тому, что давление на входе в насос ниже атмосферного. Насос создает напорный поток жидкости , преобразуя механическую энергию приводящего двигателя в энергию потока рабочей жидкости. После насоса установлен переливной клапан, он компенсирует избыточную подачу насоса, отправляя её обратно в гидробак, а оставшаяся часть потока по напорной линии поступает к дросселирующему гидрораспределителю. Распределитель управляет гидроцилиндром, одновременно меняя направление потоков в управляющих гидролиниях и изменяя их пропускную способность . В зависимости от положения рукояти дросселя выходное звено двигается в ту или иную сторону, чем сильнее мы увеличиваем пропускную способность распределителя тем выше скорость звена. Если рукоять распределителя находится в нейтральном положении(оба дросселя закрыты) то весь поток проходит через переливной клапан не совершая никакой полезной работы. Соответственно чем больше открыт дросселирующий гидрораспределитель, тем больше скорость звена и меньше рабочей жидкости проходит через переливной клапан. Рабочая жидкость вытесняемая гидроцелиндром, дросселируется в распределители и очищаясь фильтром попадает по сливной магистрали в гидробак.

Составные элементы гидропривода, их устройство и принцип действия

Гидропривод - это совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости под давлением. В качестве гидродвигателей применяют гидроцилиндры, выходное звено которого совершает поступательное движение; гидромоторы, выходное звено которых совершает непрерывное вращательное движение; поворотные гидродвигатели- с ограниченным углом поворота. Отсюда происходит деление гидроприводов на поступательного, вращательного и поворотного движения.

Насос-создает напорный поток жидкой среды, преобразуя механическую энергию приводящего двигателя в энергию потока рабочей жидкости.

Гидродвигатель-преобразует энергию жидкости в энергию движения выходного звена (движущегося штока или вращающегося вала )

Гидробак-служит для хранения, отстоя, очистки и охлаждения рабочей жидкости, используемой для питания гидропривода.

Гидроаппаратура-выполняет функцию контроля, управления, регулирования, защиты от перегрузки гидропривода и состоит из отдельных элементов: дросселей, распределителей, клапанов и др.

Гидролинии-предназначены для прохождения рабочей жидкости от одного гидроагрегата к другому в процессе работы гидропривода.

В гидролинии обычно имеются:

-Всасывающая-от бака к насосу

-Напорная-от насоса к гидрораспределителю

-Управления-от распределителя к гидродвигателю и обратно

-Сливная-от распределителя в гидробак



3. Гидравлический расчет гидропривода

Расчетный режим работы гидропривода с дроссельным регулированием соответствует заданной нагрузке, направление которой не совпадает с направлением движения выходного звена, и максимальной скорости установившегося движения последнего, когда вся жидкость от насоса подается в гидродвигатель. Режим наблюдается при полностью открытом дросселирующем гидроспределителе и закрытом переливном клапане.



4. Методика расчета

Задачей гидравлического расчета объемного гидропривода является определение его входных параметров (подачи и давления, развиваемых насосом, потребляемой мощности) и некоторых конструктивных параметров элементов гидросистемы по заданным выходным параметрам (нагрузке на выходном звене гидродвигателя и скорости перемещения выходного звена), а также построение характеристик гидропривода.

Расчетный режим работы гидропривода с дроссельным регулированием соответствует заданной нагрузке, направление которой не совпадает с направлением движения выходного звена, и максимальной скорости установившегося движения последнего, когда вся жидкость, подаваемая насосом, поступает в гидродвигатель.

Расчет производится аналогично расчету замкнутого трубопровода с насосной подачей жидкости, для которого имеет место равенство между потребным давлением и давлением насоса и между потребным расходом и подачей насоса :

При этом цилиндр рассматривается как особое местное сопротивление, потеря давления в котором равна разности давлений по обе стороны поршня.

Таким образом потребное давление

Где - перепад давлений в гидроцилиндре, необходимый для создания требуемых усилий на штоке; - суммарные потери давления в гидролиниях, связанные с преодолением местных и линейных гидравлических сопротивлений в трубопроводах и гидроаппаратуре

Потребный расход определяется величиной полезного расхода жидкости , необходимого для движения поршня с заданной скоростью, и объемными потерями в гидросистеме:

По найденным значениям потребных давлений и расхода производится выбор насоса, обеспечивающего нормальную работу гидропривода.

4.1 Расчёт гидроцилиндра

При проектировании гидропривода важно правильно выбрать величину рабочего давления в системе. При заниженных давлениях гидропривод получается очень громоздким. При высоких давлениях система становится компактной, но в этом случае возрастают требования к качеству изготовления элементов гидропривода и их прочности.

Вначале обычно выбирают величину полезного перепада давления в гидродвигателе, которая позволяет определить геометрические размеры последнего.

Практические рекомендации по выбору полезного перепада давления в гидроцилиндре в зависимости от величины требуемого усилия Fр приведены ниже: Зависимость перепада давления от усилия на штоке.

Усилия на штоке, F, кн	До 10	10-30	30-50	50-100	Более 100
Перепады давления В гидроцилиндре , МПа	До 2	2-4	4-6	6-10	Более 10

При заданном усилии Fр и выбранном перепаде давления в гидроцилиндре эффективная площадь поршня определяется по формуле



Внутренний диаметр в цилиндре, равный диаметру поршня:

Где -

отношение диаметра штока к диаметру поршня. Величина К зависит от давления в гидроцилиндре и определяется расчётом штока на прочность. В приближенных расчётах значения К принимаются равными:

К=0,5 при 5<P<10

Внутренний диаметр гидроцилиндра стандартизован. Поэтому величину диаметра, полученную расчётом, следует округлить до ближайшего большего стандартного значения Dст>D.

По ГОСТ 6540-68 выбираем D=40 мм.

Диаметр штока поршня d=kDст=0,04*0,5=0,02 м

Уточнение значения эффективной площади поршня:

Окончательное значение перепада давления в гидроцилиндре:



Необходимая величина перепада давления в цилиндре с учётом механических потерь на трение в уплотнениях поршня и штока:

Где T-Сила трения

- Механический КПД гидроцилиндра. В практических расчётах принимается

4.2 Определение потребного расхода

Потребный расход рабочей жидкости

Где - полезный расход, необходимый для обеспечения заданной скорости движения поршня,

?ДQ- объёмные потери в гидросистеме, обусловленные утечками жидкости в гидроцилиндре, дросселе, распределителе, клапане и других гидроагрегатах. Объёмные потери в гидроцилиндре учитываются введением в расчёт объёмного КПД гидроцилиндра



Суммарные объёмные потери в остальных гидроагрегатах ориентировочно могут быть определены по формуле:

Где: Ку- коэффициент утечек, представляющий собой величину утечек в см3/с, отнесенную к давлению 1 Мпа. Среднее значение Ку= 0,005 см3/с*Мпа

P- давление в системе, в первом приближении

P=

Таким образом, потребный расход

Объемный КПД гидросистемы

4.3 Выбор рабочей жидкости

объемный гидропривод дроссельный трубопровод

Эксплуатационные качества гидропривода во многом определяются правильным выбором рабочей жидкости. Она должна отличаться стабильностью характеристик, иметь хорошие смазывающие и антикоррозийные свойства, быть пожаробезопасной и нетоксичной, нейтральной по отношению к материалам уплотнений.

В качестве рабочих жидкостей объёмных гидроприводов в общем машиностроении применяются минеральные масла и синтетические жидкости на кремнийорганической основе (селиконовые).

Важнейшим свойством при выборе рабочей смеси является её вязкость. Она не должна быть ни слишком низкой, т.к. это увеличивает утечки, ни слишком вязкой, т.к. при этом резко возрастают гидравлические сопротивления в системе.

Основными исходными параметрами, определяющими выбор типа рабочей жидкости, являются температурные условия работы гидропривода и величина давления в системе. При высоких температурах и больших давлениях рекомендуется применять более вязкие жидкости.

Температуры наружного воздуха, в которых работает привод могут изменяться в широких пределах. Вследствие нагрева рабочей жидкости во время работы гидропривода ее температура будет выше температуры окружающей среды.

Длительная стабильность характеристик минеральных масел может быть обеспечена, если рабочая температура масла не поднимается выше +70оС и не опускается ниже -25оС. Вне указанных пределов обычно производится подогрев или охлаждение масла. Наиболее благоприятный диапазон рабочих температур- +25…40 оС. При высоких температурах (до 200 оС) применяют кремнийорганические жидкости.

Для обеспечения герметичности системы; эксплуатирующейся при положительных температурах, рекомендуется применять рабочие жидкости с кинематической вязкостью 20-40 сСт при давлениях до 7 Мпа и 40-100 сСт при давлениях 7-20 Мпа в нормальных условиях работы.

«Холодный» запуск гидропривода может быть обеспечен при повышении кинематической вязкости до 3000-5000 сСт.

В гидроприводах, работавших в условиях низких температур, применяются морозостойкие жидкости, например, трансформаторное масло, веретенное масло АУ и др.

Технические данные масел, используемых в ГП, условия их применения, зависимости вязкости гидравлических масел от температуры приведены в приложении 3.

В соответствии со всем вышеперечисленным, выбираем марку РЖ (масла): веретенное АУ.

По ГОСТ 1642-50 плотность РЖ - 890 кг/м3, вязкость - 0,6 сСт (при +15)

4.4 Определение параметров трубопроводов гидролиний

Внутренние диаметры трубопроводов dвн определяются на основе уравнения:

. Откуда

Здесь: Q- расход жидкости в трубопроводе, принимается равным потребному расходу ;

- площадь поперечного сечения трубопровода;

- допустимая средняя скорость движения рабочей жидкости в трубопроводе.

При выборе скорости течения в трубопроводе руководствуются тем, что её повышение приводит к увеличению потерь давления, а снижение- к увеличению массы трубопроводов и гидроагрегатов. Ориентировочные значения допустимых скоростей принимаем по таблице 1.

Толщина стенок трубы д определяется из условия обеспечения прочности на разрыв:



Где: ур- предел выносливости трубы на разрыв; для стальных труб ур=400 Мпа;

P- давление рабочей жидкости, в первом приближении принимается

P=ДPгд;

К3- коэффициент запасов прочности, обычно принимают К3=3

Жесткие трубопроводы гидролиний обычно изготавливаются из стальных бесшовных холоднотянутых труб по ГОСТ 8734-75. Окончательный набор трубопроводов производится с учётом стандартных значений толщины стенок и наружного диаметра труб. Расчет производится в табличной форме. Определение диаметров трубопроводов

наименование гидролиии	,м/с	вычисленные	принятые
		dвн, мм	, мм	, мм	dн, мм	dвн, мм
всасывающая	1,5	14,07746	-	0,5	16	15
напорная	6	7,03873	1,089595	1	8	8
управления 1	5	7,71054	1,193592	1	8	8
управления 2	5	7,71054	1,193592	1	8	8
сливная	2	12,19144	0,004572	0,5	14	13

4.5 Определение потерь в гидролиниях

Потери давления в гидролиниях складываются из потерь на трение по длине трубопроводов и потерь в местных гидравлических сопротивлениях.

Суммарные потери давления в каждой гидролинии могут быть определены методом приведённых длин по формуле Дарси:



Где: - соответственно скорость и расход жидкости в гидролинии,

;

- удельный вес и плотность рабочей жидкости,

;

- коэффициент гидравлического трения;

- действительная длина трубопровода;

- эквивалентная длина прямой трубы диаметром , сопротивление которой равно данному местному сопротивлению; связь между и коэффициентом местного сопротивления определяется следующим соотношением:

- приведенная длина трубопровода

Приближенные значения коэффициентов местных сопротивлений и эквивалентных длин для наиболее характерных местных сопротивлений гидроприводов приведены в приложении 6.

Коэффициент гидравлического трения определяется в зависимости от величины числа Рейнольдса



Где - кинематический коэффициент вязкости рабочей жидкости при заданном значении температуры, определяется по графику (см. приложение 4).

Известно, что при ламинарном режиме движения (Re<2300) в условиях изотермического течения жидкости коэффициент гидравлического трения

Поскольку при работе гидропривода температура жидкости в системе, как правило, выше температуры окружающей среды, то с учетом охлаждения внешних слоев жидкости, соприкасающихся со стенками трубы, а также возможных деформаций труб (сужения, помятостей и пр.), при расчетах гидроприводов принимают при ламинарном режиме

Трубы, применяемые в гидроприводах, можно считать гидравлически гладкими во всем диапазоне чисел Re, возможных в гидросистеме. Поэтому при турбулентном режиме движения коэффициент гидравлического трения следует определить по формуле Блазиуса:

Гидравлический расчет производится в табличной форме (таблицы 2, 3)

Определение приведенных длин трубопроводов



Расчет потерь давления в гидролиниях



4.6 Определение величины потребного давления

Давление, потребное для работы гидропривода в расчетном режиме,

4.7 Выбор насоса. Определение потребляемой мощности и КПД гидропривода

В объемных гидроприводах с дроссельным регулированием применяются нерегулируемые роторные насосы различных типов: шестеренные, винтовые, пластинчатые, радиальные и аксиальные роторно-поршневые.

Выбор типа насоса для конкретного гидропривода зависит от назначения и условий его работы. Подбор нужного насоса производится путем сопоставления его главной характеристики с рабочей точкой для расчетного режима, определяемой значениями потребных расхода и давления. При этом должны быть выполнены следующие условия:

Абсолютное совпадение этих величин мало вероятно. Поэтому следует выбирать насос с параметрами, превышающим потребляет, но по возможности близкими к ним.

Следует иметь в виду, что в технической характеристике насоса указывается наибольшее давление, которое способен создать насос. При работе в составе гидропривода насос создает давление равное потребность давлению. Это давление не может превышать давление настройки переливного или предохранительного клапанов.

Подача нерегулируемого объемного насоса практически постоянно. При большой величине потребность расхода, когда нет возможности обеспечить его одним насосом, следует применять два или более одинаковых насоса, суммарная подача которых близка к расчетной.

Мощность, потребляемая гидроприводом в расчетном режиме,

Где - общий КПД насоса

При

параметрами:

Общий КПД гидропривода в расчетном режиме работы, учитывающий потери мощности в насосе, трубопровода, гидроаппаратуре и гидродвигателе, равен:

4.8 Расчет и построение характеристик гидропривода

Характеристики дроссельной гидропривода представляют собой зависимости скорости движения выходного звена гидродвигателя и КПД гидропривода от величины полезной нагрузки и при постоянном открытии дросселя. В курсовой работе построение характеристик производится для случая максимального открытия дросселя.

Здесь рассматривал так называемые статические характеристики гидропривода, описывающие его работу на установившихся режимах.

Расчет характеристики гидросистемы производится в форме таблицы 4. Пределы изменения расхода при расчете принимаются от нуля до . Линия ограничения давления насоса действием переливного клапана (при последовательном включении дросселя) принимается параллельной оси абсцисс (линия все на рис. 3а), а давление на которое настраивается переливной клапан - соответствующим точке в пересечения характеристик насоса и гидросистемы.

При построении характеристик гидропривода будем считать, что при заданной нагрузке и полном открытии дросселя в схемах с последовательном включением дросселя переливом клапан закрыт, и вся подача насоса с точностью до объемных потерь поступает в гидродвигатель (). В схеме с параллельным включением дросселя при тех же условиях вся подача насоса сливается через дроссель, минуя гидродвигатель

Расчет характеристик гидропривода последовательном включением дросселя производится в форме таблицы 5а. Вид характеристик показан на рис. 4а. В таблице рассчитывается часть ав характеристики , соответствующая изменению нагрузки от максимальной , при которой двигатель останавливается, до заданной , при которой скорость достигает максимальной значения. Дальнейшее уменьшение нагрузки до нуля не оказывает влияния на скорость.

Расчет характеристики гидросистемы



Расчет характеристик гидропривода с параллельным включением дросселя производится в форме

таблицы 5б. Вид характеристик показан на рис.4б. При выполнении расчета предполагается, что в схеме применяется идеальный квадратичный дроссель, потери давления в котором прямо пропорциональны квадрату расхода:

Где - сопротивление дросселя при данном открытии.

Принимая во внимание, что при параллельном включении дросселя перепад давления на нем равен потребному давлению гидросистемы, Сопротивление полностью открытого дросселя можно определить из соотношения

Где перепад давления в гидроцилиндре при заданном значении нагрузки , когда

Отсюда:

Расчет характеристик гидропривода с последовательным включением дросселя



Заключение

Был проведён расчёт объёмного гидропривода. В результате чего были выбраны элементы гидропривода, определены режимы работы, КПД и построены характеристики.



Список использованной литературы

1. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Гидравлика, гидромашины и гидроприводы»/ М.Е. Рабинович, Г.И. Усов / Горький, 1980.

2. «Основы расчета объемного гидропривода»/ В.В. Юшкин / Минск, 1982.

3. «Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам»/ Я.М. Вильнер / Минск, 1985.



Приложение

Шестеренный насос НШ10



Предохранительный клапан



Сетчатый фильтр

Размещено на Allbest.ru

...