Проектування гідроциліндра
Вихідні
дані до роботи
За
вибраним варіантом схеми гідропривода і вихідними даними, а також взятим
значенням робочого тиску, визначити розміри гідроциліндра і підібрати
розподільник, дросель, гідро клапан, фільтр. Розрахувати втрати тиску в
магістралях привода. Вибрати насос. Розрахувати потужність і ККД гідропривода.
Еквівалентну шорсткість гідроліній взяти 
=0,06 мм, а
механічний ККД гідроциліндра -
=0,90.
Вихідні
данні: F=70 кН; Vn=3,6
; р=16 МПа; масло: АМГ-10.
Рисунок 1 – Принципова схема гідропривода
Робоча
рідина(масло) 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) і фільтр (Ф)
зливається в бак (Б).
1.
Розрахунок довжини гідроліній
Довжину
напірної лінії(м) визначаємо за формулою
, (1.1)
де N=5+8=13 – сума
двох останніх цифр номера залікової книжки.
Визначаємо
довжину напорної лінії
(м)
Довжина
зливної лінії дорівнює
, (1.2)
Визначаємо
довжину зливної лінії
(м)
Довжина
всмоктувальної лінії
,
(1.3)
Визначаємо
довжину всмоктувальної лінії
(м)
2.
Розрахунок і вибір параметрів гідроустаткування
2.1
Вибір робочої рідини
Вибір
робочої рідини виконуємо залежно від температурних умов, режиму роботи
гідропривода і його робочого тиску. Нормальна температура робочої рідини
складає 50–60
. При такій температурі і тиску 2,5–10 МПа робочу
рідину вибираємо за даними таблиці додатку А [1, с. 19].
Приймаємо робочу рідину: масло АМГ-10 з густиною ρ=850 
, кінематичною в’язкістю ν=
.
2.2
Вибір робочого тиску
Значення
робочого тиску (МПа) вибираємо зряду нормативних, установлених ГОСТ 12445–80
даних [1, с. 8].
Для
умов роботи заданого гідропривода приймаємо значення тиску Р=16 МПа.
2.3
Розрахунок розмірів гідроциліндра
Площу
поршня гідроциліндра визначаємо за вибраним тиском і розрахунковим
навантаженням із співвідношення
, (2.1)
де 
- ефективна площа поршня гідроциліндра,
м2;
F – зусилля на
штоку, Н;
P – робочий тиск,
Па;
- механічний к.к.д. гідроциліндра;
- гідравлічний к.к.д. гідроапаратури.
Гідравлічний
к.к.д. гідроапаратури визначає втрати тиску в
трубопроводах і гідроапаратурі, що входить до складу привода. Приймаємо =0,85.
Площа
поршня гідроциліндра дорівнює
(м2).
За
отриманою ефективною площею поршня гідроциліндра визначаємо діаметр поршня за
формулою
, (2.2)
де 
- відношення діаметра штока до діаметра
поршня (
).
При
цьому вибираємо залежно від величини робочого
тиску Р>10 МПа =0,8.
Отримаємо
діаметр поршня
(м).
Одержане
значення діаметра поршня округлюємо згідно
ГОСТ
12447–80 відповідно до ряду розмірів діаметрів. Приймаємо діаметр поршня 140 (мм).
Діаметр
штока визначаємо за формулою
. (2.3)
Діаметр
штока дорівнює
(м).
Округлюємо значення штока до нормативного [1, с. 10]: d=110 (мм).
За
вибраними стандартними значеннями діаметрів поршня D і штока d уточнюємо
ефективні площі напірної і зливної 
порожнин гідроциліндра.
Ефективну
площу напірної порожнини гідроциліндра знаходимо за формулою
.
(2.4)
Ефективна
площа дорівнює
(м2).
Зливну
площу напірної порожнини гідроциліндра знаходимо за формулою
. (2.5)
Зливна
площя дорівнює
(м2).
2.4
Розрахунок необхідної витрати рідини
Необхідну
витрату рідини QНОМ (
), що надходить у
гідроциліндр, знаходимо за формулою
, (2.6)
де V n – швидкість руху поршня, 
;
Se – ефективна
площа поршня гідроциліндра, м2;
Необхідна
витрата рідини дорівнює
=21 
.
Необхідна
подача насоса буде дорівнювати
, (2.7)
Приймаємо
k=1,1.
Одержимо
значення необхідної подачі насоса
=23,1 .
Необхідну витрату рідини Qзл (), що виходить із
зливної порожнини гідроциліндра, знаходять за формулою:
. (2.8)
Визначаємо
витрати рідини зливої лінії
=55,2
.
2.5 Вибір
гідророзподільника
Тип і марку гідророзподільника вибираємо за робочим тиском Р=16
МПа і максимальною витратою через розподільник Qр=55,2 
. Вибираємо по [2, с. 78, табл. 4.4] гідророзподільник типу
Р(Рн) 323 
=55,2, 
=0,01 МПа.
2.6 Вибір дроселя
Типорозмір дроселя вибираємо за робочим тиском Р=16 МПа і
витратою через дросель QДР=21 . Вибираємо за [2, с. 146, табл. 5.13] дросель
типу Г55–13А 
=21 , 
=0,2 МПа.
2.7 Вибір фільтра
Фільтр і його типорозмір вибираємо за витратою робочої
рідини в гідролінії QЗЛ =QФ=55,2 і необхідною для даного гідропривода тонкістю
фільтрації за [2, с. 296, табл 8.2] дорівнює 25 мкм. За [2, с. 300,
табл. 8.6] вибираємо фільтр марки ФС
=100,
=0,1 МПа.
3. Гідравлічний розрахунок системи привода
3.1 Гідравлічний розрахунок трубопроводів
Розрахунок трубопроводів виконується на ділянках і полягає у
визначенні їх діаметрів. Діаметри трубопроводів визначають, виходячи із
забезпечення допустимої швидкості течії VДОП, 
, що повинні бути в рекомендованих межах
[1, с. 11].
Діаметри трубопроводів визначаємо за формулою
, (3.1)
де Q – витрата рідини на даній ділянці гідромережі,.
Для всмоктувальної гідролінії QВС=QН = 0,00039 .
=0,021 (м) =21 (мм).
Отримані
діаметри округлюють до значення за ГОСТом 6540–68. Приймаємо dвс=20 мм.
Для напірної гідролінії QНАП=QНОМ
=0,00035 .
=0,011 (м)=11 (мм).
Приймаємо
=12 мм за ГОСТом 6540–68.
Для зливної гідролінії QЗЛ =0,00092 .
=0,026 (м)=26 (мм)
Приймаємо 
=25 мм за ГОСТом 6540–68.
Фактична швидкість при робочій подачі в всмоктувальній гідролінії
визначається за формулою
. (3.2)
Визначаємо швидкість в всмоктувальній гідролінії
=1,2 
.
Фактична швидкість у напірній гідролінії складає
. (3.3)
Визначаємо швидкість у напірній гідролінії
=3,1 .
Фактична швидкість у зливній гідролінії дорівнює
. (3.4)
Визначаємо швидкість у зливній гідролінії
=1,88 .
3.2 Визначення втрат тиску в гідросистемі
Втрати тиску визначають на всмоктувальній, напірній та
зливній гідролініях. Величина втрат на кожній ділянці визначається за формулою:
, (3.5)
де SDРТР – втрати на тертя по довжині трубопроводу,
МПа;
SDРМ – втрати в місцевих опорах, МПа;
- втрати гідроапаратах, МПа.
Втрати тиску DРТР на тертя по довжині трубопроводу обчислюємо
за формулою Дарсі-Вейсбаха
, (3.6)
де l – коефіцієнт
гідравлічного тертя по довжині;
r – густина рідини,
;
l, d – довжина і діаметр трубопроводу, м;
Vф – середня швидкість течії рідини, .
Коефіцієнт гідравлічного тертя (коефіцієнт Дарсі) визначаємо,
виходячи з режиму руху рідини і відносної шорсткості труби
, де DЕ - еквівалентна
шорсткість.
Режими руху рідини визначаємо за числом Рейнольда
, (3.7)
де 
– кінематичний коефіцієнт
в’язкості, 
.
При числі Re ≤ Re кр=2320 –
режим ламінарний, при Re >2320 – турбулентний.
Визначаємо втрати напору на тертя на кожній лінії:
1)
визначаємо на всмоктувальній лінії
= 2400.
Оскільки
– режим руху турбулентний.
2)
визначаємо на напірній лінії
=3720.
Оскільки 
– режим руху
турбулентний.
3)
визначаємо на зливній лінії
=4700.
Оскільки 
– режим руху турбулентний.
Для турбулентного руху рідини на ділянці трубопроводу, коефіцієнт
гідравлічного тертя визначають за формулою
. (3.8)
1)
визначаємо на всмоктувальній лінії
2)
визначаємо на напірній лінії
.
3)
визначаємо на зливній лінії
.
За формулою (3.6) визначаємо витрати на тертя:
1)
визначаємо на всмоктувальній лінії
=906 (Па).
2)
визначаємо на напірній лінії
=38783 (Па).
3)
визначаємо на зливній лінії
= 7740 (Па).
Сумарні втрати тиску на тертя
находимо за формулою
SDРТР=DР 
+DР 
+DР 
, (3.9)
де DР – втрати тиску на тертя на
всмоктувальній лінії;
DР – втрати тиску на
тертя на напірній лінії;
DР – втрати тиску на
тертя на зливній лінії.
Визначаємо
сумарні втрати тиску на тертя
SDРТР=906+38783+7740= 47429 (Па).
Місцеві гідравлічні втрати DРМ визначаємо за формулою Вейсбаха
(3.10)
де åz – сумарний коефіцієнт місцевого опору.
До місцевих опорів заданої схеми гідропривода відносять: раптове
розширення потоку (вхід у циліндр), раптове звуження потоку (вихід з циліндра),
плавні повороти гідроліній, штуцерні приєднання трубопроводів, трійники, а
також втрати в гідроапаратах: розподільнику, дроселі та фільтрі.
Значення коефіцієнтів місцевих втрат визначаємо згідно [1, с. 20]:
zВХ=0,5
– вхід у трубу;
zВИХ=1 –
вихід із труби;
zПОВ=0,14
– плавний поворот труби (для 
);
zШТ=0,6
– штуцерні приєднання трубопроводів;
zТР=1,0
– трійник.
Вирахуємо значення коефіцієнтів місцевих опорів на кожній з
гідроліній:
1)
всмоктувальна лінія
åzВС=zВХ+zШТ.
Визначаємо
åzВС=0,5+0,6=1,1.
Визначаємо місцеві гідравлічні втрати на всмоктувальній
лінії
=673 (Па).
2) напірна лінія
åzН=5zШТ+zТР+2zПОВ +zВИХ.
Визначаємо
åzН=5×0,6+1,0+2∙0,14
+1,0=5,28.
Визначаємо місцеві гідравлічні втрати на напірній лінії
= 21565 (Па).
2)
зливна
лінія
åzЗЛ=zВХ +4zПОВ+zВИХ +4zШТ.
Визначаємо
åzЗЛ=0,5+4×0,14+1+4×0,6=4,46.
Визначаємо місцеві гідравлічні втрати на зливній лінії
= 6699 (Па).
Сумарні місцеві втрати
SDРМ=DР 
+DР 
+DР 
, (3.11)
де DР – місцеві втрати на всмоктувальній
лінії;
DР – місцеві втрати на
напірній лінії;
DР – місцеві втрати на
зливній лінії.
Визначаємо
сумарні місцеві втрати
SDРМ=673 +21565+6699=28937 (Па).
Втрати тиску в гідроапаратах визначимо за формулами
. (3.12)
1) втрати на гідророзподільнику
. (3.13)
. (3.14)
Визначаємо
=724 (Па).
. (3.15)
Визначаємо
=5000 (Па).
Визначаємо сумарні витрати згідно формули (3.13)
724+5000=5724 (Па)
2) втрати на фільтрі
. (3.16)
Визначаємо
= 30470 (Па).
. (3.17)
Визначаємо
=200000 (Па).
Сумарні місцеві втрати тиску в гідроапаратах
SDРАП=DР 
+DР 
+DР 
. (3.18)
Визначаємо сумарні місцеві втрати тиску в гідроапаратах
SDРАП=5724+30470+200000
=236194 (Па).
Втрати тиску в гідросистемі
SDР=47429+28937+236194=321560 (Па).
Сумарні витрати тиску не повинні перевищувати 20% тиску, що
розвивається насосом: 
(Па).
.
Умова віконується.
4. Вибір параметрів насоса і гідроклапана тиску
4.1 Вибір параметрів насоса
Необхідний тиск насоса обчислюємо за рівнянням
, (4.1)
де 
- сумарні втрати тиску в
гідролініях, Па;
- зусилля на штоку
гідроциліндра, Н;
- ефективна
площа поршня, 
;
-механічний к.к.д. гідроциліндра.
Визначаємо
тиск насоса
=13504230 (Па) =13,5 (МПа).
Тип насоса вибираємо відповідно до значень необхідної подачі
QH=23,1 і 
13,5МПа за [2, с. 34, табл2.7] – НПлР
(QHОМ=24,
РНОМ=16МПа, hН=0,69)
4.2 Вибір гідроклапана тиску
Гідроклапан тиску вибираємо за значенням необхідного тиску
16
МПа і подачі вибраного насоса QHОМ =24 за [2, с. 124,
табл. 5.3] – Г54–32М (QHОМ =32).
5. Розрахунок потужності і ККД гідропривода
Ефективну (корисну) потужність Nn, Вт,
гідроциліндра визначаємо за формулою
Nn=F×Vn (5.1)
Визначаємо
Nn=
=4200 (Вт).
Повна потужність N, Вт, гідропривода дорівнює потужності,
спожитої насосом
, (5.2)
де QH – подача вибраного насоса, QH
=24=0,0004;
- розрахунковий тиск насоса,
Па;
hН –
повний к.к.д. вибраного насоса.
Визначаємо
=7829 (Вт).
Повний ККД гідропривода
. (5.3)
Визначаємо
.
Література
1.
Методичні вказівки до курсової роботи з курсу «Гідравліка та гідропневмоприводи»
для студентів бакалавратури 6.0902 «Інженерна механіка» усіх форм навчання.
/Укладачі: В.Ф. Герман, С.П. Кулініч. – Суми: СумДУ, 2000. – 20 с.
2. Свешников В.К.,
Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. – 2-е изд. перераб. и
доп. – М.: Машиностроение, – 512 с.: ил.
3. Норкус В.П.
и др. «Гидравлика, гидромашины и гидроприводы» Методические указания для
студентов заочного отделения. М.: 1983 г.