Разработка гидравлического привода манипулятора
Курсовая
работа
"Разработка
гидравлического привода манипулятора"
гидропривод гидравлический приводной электродвигатель
Введение
В металлорежущих станках применяются различные
по назначению гидравлические приводы, которые имеют разные нагрузки и законы
движения исполнительного органа станка.
Гидроприводы главного движения обеспечивают
перемещение рабочего органа станка со скоростью резания. Применяются они, в
основном, когда это движение поступательное и реже вращательное. В качестве
исполнительных двигателей могут использоваться гидроцилиндры
возвратно-поступательного движения и реверсируемые гидромоторы. При
возвратно-поступательном движении могут быть оба хода рабочими с осуществлением
процесса резания с одной и той же скоростью или один рабочий, а второй ход
холостой без осуществления процесса резания и происходящий с большой скоростью.
При вращательном движении предельные значения частот прямого и обратного
вращения, как главных движений резания, могут быть разные. Поэтому регулирование
скоростей прямого и обратного перемещений в гидравлических приводах с
возвратно-поступательным и вращательным движениями может быть независимым.
Гидроприводы подач обеспечивают перемещение
рабочего органа станка со скоростью подачи. Цикл работы гидроприводов подач
несколько отличается и может включать быстрые подводы рабочего органа, рабочие
подачи, выстой на упоре, быстрые отводы в исходное положение и др. Скорости
движения рабочего органа для указанных элементов цикла работы отличаются и
регулирование их независимое. Кроме того, привод подачи должен обеспечивать
постоянство установленной скорости рабочей подачи при изменении нагрузки на
рабочий орган станка, остановку рабочего органа в любом положении, исключение
его самопроизвольного движения при остановке и т. д.
Гидроприводы вспомогательных устройств станка
применяются как приводы транспортных устройств, механизмов зажима, устройств
автоматической смены инструмента, инструментальных магазинов, манипуляторов. В
зависимости от вида и назначения вспомогательного устройства к гидроприводу
предъявляются соответствующие требования: возможность регулирования усилия
зажима, исключение разжима при отключении или неисправности привода, уменьшение
времени разгона и торможения, обеспечение плавности работы и др.
В гидроприводах станков в качестве
исполнительных двигателей применяются одноштоковые простые и дифференциальные
гидроцилиндры, двухштоковые гидроцилиндры, поворотные гидродвигатели и
гидромоторы. В зависимости от этого имеются особенности расчёта гидросхемы
привода, связанные с их различными принципами или режимами работы. При этом
требуемое давление в системе рассчитывается для рабочего хода при действии
максимальных полезных нагрузок, а требуемый максимальный расход определяется по
максимальной скорости рабочего хода или по скорости максимальных перемещений
холостого хода в зависимости от режима работы
Составление расчетных схем.
Определение сил, действующих на гидродвигатели. Расчетная схема гидромотора
Рис.1 Расчетная схема гидромотора
Расчетная схема поворотного
гидродвигателя в виде силового цилиндра с реечной передачей
Рис.2 Расчетная схема поворотного гидродвигателя
в виде силового цилиндра с реечной передачей
Расчетный приведенный к выходному
валу гидродвигателя момент Мр определяется как сумма приведенных моментов
реакций Мк, сил тяжести Мтg и силы инерции Мкт подвижной части
приспособления, сил трения направляющих Мтн, сил трения в подшипнике Мтп,
момента сил инерции винта Мив.
Расчетный вращающий момент Мв,
развиваемый гидродвигателем, определяется суммой моментов сил давления Мн и
противодавления М с, сил трения в гидродвигателя МТГ и сил инерции плунжера Мип
и реечного колеса Мик.
Расчет и выбор основных параметров
гидравлических двигателей. Расчет и выбор основных параметров гидромотора,
обеспечивающего выдвижение-втягивание руки манипулятора
Рабочий объем гидромотора:
,
где М - крутящий момент на выходном
валу, Нм;
Δp - полезный
перепад давления на гидромоторе, МПа;
- механический КПД гидромотора, =0,9
Δp=0,85*2,5=2,125
МПа;
По рабочему объему выбираем
гидромотор [1, стр. 62] Г15-24Р со следующими характеристиками:
Рабочий объем q=80 см3;
Номинальный расход Qн=77 л/мин;
Расчет и выбор основных параметров
гидромотора, обеспечивающего вертикальное перемещение руки манипулятора
Рабочий объем гидромотора:
,
где М - крутящий момент на выходном
валу, Нм;
Δp - полезный
перепад давления на гидромоторе, МПа;
- механический КПД гидромотора, =0,9
Δp=0,85*2,5=2,125
МПа;
По рабочему объему выбираем
гидромотор [1, стр. 67] МРФ-400/25М1 со следующими характеристиками:
Рабочий объем q=400 см3;
Номинальный расход Qн=127 л/мин;
Расчет и выбор основных параметров
поворотного гидродвигателя, обеспечивающего захват заготовки
Основные конструктивные параметры поворотного
гидродвигателя с преобразующим механизмом в виде рейки-шестерни можно
определить из выражения:
где Мр - вращающий момент на
выходном валу гидродвигателя, Нм;
- полезный перепад давления, МПа;
- механический КПД гидродвигателя, =0,85
D - диаметр
поршня силового цилиндра;
z - число
зубьев реечной шестерни, вибирается конструктивно;
m - модуль
реечной шестерни, мм.
Примем z=26
m=2,5
Тогда диаметр поршня силового
цилиндра определяется по формуле:
Расчет и выбор основных параметров
гидромотора, обеспечивающего поворот руки манипулятора
Рабочий объем гидромотора:
,
где М - крутящий момент на выходном
валу, Нм;
Δp - полезный
перепад давления на гидромоторе, МПа;
- механический КПД гидромотора, =0,9
Δp=0,85*2,5=2,125
МПа;
По рабочему объему выбираем
гидромотор [1, стр. 67] Г15-25Р со следующими характеристиками:
Рабочий объем q=160 см3;
Номинальный расход Qн=154 л/мин;
Расчет и выбор основных параметров
поворотного гидродвигателя, обеспечивающего поворот схвата
Основные конструктивные параметры поворотного
гидродвигателя с преобразующим механизмом в виде рейки-шестерни можно
определить из выражения:
где Мр - вращающий момент на
выходном валу гидродвигателя, Нм;
- полезный перепад давления, МПа;
- механический КПД гидродвигателя, =0,85
D - диаметр
поршня силового цилиндра;
z - число
зубьев реечной шестерни, вибирается конструктивно;
m - модуль
реечной шестерни, мм.
Примем z=21
m=1,5
Тогда диаметр поршня силового
цилиндра определяется по формуле:
Расчет требуемых расходов РЖ и
полезных перепадов давлений в гидродвигателях(построение диаграмм расходов и
перепадов давлений). Расчет требуемого расхода РЖ и полезного перепада давления
гидромотора, обеспечивающего выдвижение-втягивание руки манипулятора
Определим требуемый полезный перепад
давления на гидромоторе:
Требуемый полезный перепад давления
на гидромоторе при холостом ходе:
Определим необходимую частоту
вращения вала гидромотора, чтобы обеспечить выдвижение руки с заданной
скоростью V=20 м/мин:
,
где р - шаг шариковинтовой пары.
V1 - скорость
выдвижения руки манипулятора при рабочем ходе
Определим частоту вращения
гидромотора при торможении в конце хода руки манипулятора приняв, что скорость
выдвижения при этом V2=2 м/мин:
Тогда расход РЖ при рабочем ходе:
Расход РЖ при торможении:
Определим также время выдвижения:
и время торможения:
Расчет требуемого расхода РЖ и
полезного перепада давления гидромотора, обеспечивающего вертикальное
перемещение руки манипулятора
Определим требуемый полезный перепад давления на
гидромоторе:
Требуемый полезный перепад давления
на гидромоторе при холостом ходе:
Определим необходимую частоту
вращения вала гидромотора, чтобы обеспечить выдвижение руки с заданной
скоростью V=5 м/мин:
,
V1 - скорость
выдвижения руки манипулятора при рабочем ходе
Определим частоту вращения
гидромотора при торможении в конце хода руки манипулятора приняв, что скорость
выдвижения при этом V2=0,5 м/мин:
Тогда расход РЖ при рабочем ходе:
Расход РЖ при торможении:
Определим также время выдвижения:
и время торможения:
Расчет требуемого расхода РЖ и
полезного перепада давления поворотного гидродвигателя, обеспечивающего захват
заготовки
Расход РЖ определяется по формуле:
Угол поворота зубчатого колеса в
радианах:
Время поворота:
Расчет требуемого расхода РЖ и
полезного перепада давления гидромотора, обеспечивающего поворот руки манипулятора
Определим требуемый полезный перепад давления на
гидромоторе:
Требуемый полезный перепад давления
на гидромоторе при холостом ходе:
Определим частоту вращения руки
манипулятора:
Зная передаточное отношение
червячной пары, с помощью которой гидромотор поворачивает руку манипулятора,
определим частоту вращения гидромотора:
Тогда расход РЖ будет равен:
Расчет требуемого расхода РЖ и
полезного перепада давления поворотного гидродвигателя, обеспечивающего поворот
схвата
Расход РЖ определяется по формуле:
Угол поворота зубчатого колеса в
радианах:
Перемещение рейки:
Описание
разработанной гидравлической схемы
Гидравлический привод манипулятора имеет
следующий цикл работы:
. зажим заготовки с помощью поворотного
гидродвигателя ПГД1
. поворот руки манипулятора с помощью
гидромотора М3
. перемещение руки манипулятора вверх при
помощи гидромотора М2 с одновременным выдвижением схвата с помощью гидромотора
М1 и поворотом схвата поворотным гидродвигателем ПГД2
. разжим заготовки поворотным
гидродвигателем ПГД1
. перемещение руки манипулятора вниз при
помощи гидромотора М2 с одновременным задвижением схвата гидромотором М1 и
поворотом схвата при помощи поворотного гидродвигателя ПГД2
. поворот руки манипулятора гидромотором
М3
Обоснование и выбор рабочей
жидкости, способов и степени ее очистки
Рабочим жидкостям станочных гидроприводов должны
быть присущи хорошие смазочные и антикоррозионные свойства, малое изменение
вязкости в широком диапазоне температур, большой модуль упругости, химическая
стабильность, сопротивляемость вспениванию, совместимость с материалами
гидросистемы, малая плотность, малая способность к растворению воздуха, хорошая
теплопроводность, низкое давление их паров и высокая температура кипения,
возможно меньший коэффициент теплового расширения, негигроскопичность и
незначительная взаимная растворимость с водой, большая удельная теплоёмкость,
нетоксичность и отсутствие резкого запаха, прозрачность и наличие
соответствующей окраски. Жидкость должна иметь также низкую стоимость и
производиться в достаточном количестве. Наиболее подходящей жидкостью является
минеральное масло.
По рекомендациям справочной литературы принимаем
в качестве рабочей жидкости минеральное масло ИГП-30 ТУ101413-78, которое
изготовлено из нефти и достаточной селективной очистке, содержит
антиокислительную, противоизносную и противопенную присадки. Данное масло имеет
следующие характеристики:
вязкость при температуре 50◦С равную
28..31 мм2/с;
плотность 885 кг/м3;
температура вспыхивания 200◦С;
температура застывания -15◦С.
Обоснование и выбор гидравлической
аппаратуры и способа ее монтажа
Контрольно-регулирующая аппаратура подбирается
по расчётным значениям рабочего давления и расходов. При выборе гидроаппаратуры
необходимо учитывать, на каких участках гидролиний они должны устанавливаться.
Имеются участки гидролиний, служащие только для нагнетания или слива и участки,
служащие для нагнетания и слива, периодически изменяющие своё назначение. Кроме
того, имеются вспомогательные участки, на которых устанавливаются
предохранительные клапана, дроссели в ответвлении.
Выбираем контрольно- регулирующую гидравлическую
аппаратуру [2]:
Фильтр всасывающий ФВСМ 80-80В:
номинальная пропускная способность 320л/мин
диаметр условного прохода 80мм
номинальная тонкость фильтрации 80мкм
Фильтр Ф1 в напорной линии Ф7МВ :
номинальная пропускная способность
160 л/мин
диаметр условного прохода 32мм
номинальная тонкость фильтрации
25мкм
Регулятор расхода РР1 и РР3
МПГ55-24:
диаметр условного прохода 20мм
расход масла: максимальный 100 л/мин
минимальный 0,09 л/мин
Регулятор расхода РР2, РР4, РР5, РР6 МПГ55-22:
диаметр условного прохода 10мм
расход масла: максимальный 20 л/мин
минимальный 0,04 л/мин
Регулятор расхода РР7 МПГ55-25:
диаметр условного прохода 32мм
расход масла: максимальный 200 л/мин
минимальный 0,15 л/мин
Гидрораспределители Р1, Р2, Р4, Р6 типа
РХ-20-44-3-00-0Y-220/50-А-М:ё
диаметр условного прохода 20мм
расход масла: максимальный 200-400л/мин
номинальный 160 л/мин
Гидрораспределитель Р5 типа В-Е-6-44-31/.
В220-50:
диаметр условного прохода 6мм
расход масла: максимальный 10-30л/мин
номинальный 16 л/мин
Гидрораспределитель Р3 типа
В-Е-6-574Е-31/Ф.В220-50.Н:
диаметр условного прохода 6мм
расход масла: максимальный 10-30л/мин
номинальный 16 л/мин
Гидрораспределитель Р7 типа РХ-20-573Е-1-00-220/50-А-М:
диаметр условного прохода 20мм
расход масла: максимальный 200-400л/мин
номинальный 160 л/мин
Гидрораспределители Р8 и Р9 типа
В-Е-16-573Е-41/В220-50.Н:
диаметр условного прохода 16мм
расход масла: максимальный 100-240л/мин
номинальный 60 л/мин
Расчет параметров и
выбор трубопроводов
Внутренний диаметр трубопроводов для различных
по назначению участков гидролиний определяется по максимальным расходам
проходящих по ним и рекомендуемым средним скоростям потоков рабочей жидкости в
трубопроводах. В зависимости от рабочего давления и вида трубопровода
рекомендуемая средняя скорость потока не должна превышать во всасывающих линиях
1,0... 1,5 м/с, в сливных 2 м/с и в напорных 3...5 м/с.
Внутренний диаметр трубопроводов для линий
напора и слива определяется по формулам
и
где dH и dc -
внутренние диаметры трубопроводов напора и слива, мм;
и - максимальные расходы рабочей
жидкости в линиях нагнетания и слива, л/мин;
VH и Vc - средние
скорости потока рабочей жидкости в трубопроводах линий нагнетания и слива.
7Гидромотор, обеспечивающий
выдвижение-втягивание руки манипулятора
Полученные значения внутренних
диаметров округляем до значений из основного ряда. С целью снижения потерь на
трение в трубопроводе диаметры увеличиваем, и в результате имеем: ,
Минимально допустимая толщина стенки
трубопровода:
где δ - толщина
стенки трубопровода, мм;
Р - наибольшее давление в
трубопроводе, МПа;
σВр. - предел прочности на
растяжение материала трубопровода, МПа;
КБ - коэффициент безопасности;
7Гидромотор, обеспечивающий
вертикальное перемещение руки манипулятора
Полученные значения внутренних
диаметров округляем до значений из основного ряда. С целью снижения потерь на
трение в трубопроводе диаметры увеличиваем, и в результате имеем: ,
Минимально допустимая толщина стенки
трубопровода:
где δ - толщина
стенки трубопровода, мм;
Р - наибольшее давление в
трубопроводе, МПа;
σВр. - предел прочности на
растяжение материала трубопровода, МПа;
КБ - коэффициент безопасности;
Поворотный гидродвигатель, обеспечивающий
захват заготовки
Полученные значения внутренних
диаметров округляем до значений из основного ряда. С целью снижения потерь на
трение в трубопроводе диаметры увеличиваем, и в результате имеем: ,
Минимально допустимая толщина стенки
трубопровода:
где δ - толщина
стенки трубопровода, мм;
Р - наибольшее давление в
трубопроводе, МПа;
σВр. - предел прочности на
растяжение материала трубопровода, МПа;
КБ - коэффициент безопасности;
Гидромотор, обеспечивающий поворот
руки манипулятора
Полученные значения внутренних
диаметров округляем до значений из основного ряда. С целью снижения потерь на
трение в трубопроводе диаметры увеличиваем, и в результате имеем: ,
Минимально допустимая толщина стенки
трубопровода:
где δ - толщина
стенки трубопровода, мм;
Р - наибольшее давление в
трубопроводе, МПа;
σВр. - предел прочности на
растяжение материала трубопровода, МПа;
КБ - коэффициент безопасности;
Поворотный гидродвигатель,
обеспечивающий поворот схвата
Полученные значения внутренних
диаметров округляем до значений из основного ряда. С целью снижения потерь на
трение в трубопроводе диаметры увеличиваем, и в результате имеем: ,
Минимально допустимая толщина стенки
трубопровода:
где δ - толщина
стенки трубопровода, мм;
Р - наибольшее давление в
трубопроводе, МПа;
σВр. - предел прочности на
растяжение материала трубопровода, МПа;
КБ - коэффициент безопасности;
Определение гидравлических потерь в
напорной и сливной магистралях. Определение наибольшего рабочего давления в
гидроприводе
Предварительно принимаем рабочую
жидкость масло ИГП - 30, с вязкостью .
Потери давления на трение жидкости в
трубопроводах определяются для линий напора и слива в зависимости от расхода и
режима течения рабочей жидкости по этим линиям при рабочем ходе исполнительного
органа. По средней скорости потока рабочей жидкости в трубопроводе при рабочем
ходе определяется число Рейнольдса и устанавливается вид режима её движения для
линий напора и слива.
Гидромотор, обеспечивающий
выдвижение-втягивание руки манипулятора
Число Рейнольдса:
;
,
где и - числа Рейнольдса для линии напора
и слива;
и - расходы рабочей жидкости в линиях
нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;
и - внутренние диаметры трубопровода
линии напора и слива, мм;
- кинематическая вязкость рабочей
жидкости, мм2/с.
При Re>2300
коэффициент сопротивления трению по длине
трубопроводов линии напора и слива
рассчитывается по формуле:
Если , то коэффициент сопротивления
трению по длине
трубопроводов линии напора и слива
рассчитывается по формуле:
где и - числа Рейнольдса для линии напора
и слива;
и - коэффициенты сопротивления трению
по длине трубопроводов линии напора и слива.
Расчёт потерь давления на трение
жидкости в трубопроводах производится для линий нагнетания и слива:
;
,
где и - потери давления на трение
жидкости в трубопроводе напора и слива, МПа;
- плотность рабочей жидкости,
кг/м3;
и - коэффициенты сопротивления трению
по длине трубопроводов линии напора и слива;
и - длины трубопроводов напора и
слива, мм;
и - расходы рабочей жидкости в линиях
нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;
и - внутренние диаметры трубопровода
линии напора и слива, мм.
Подставляя в данное выражение
требуемые значения, получим:
МПа;
МПа;
Расчёт потерь давления на местные
сопротивления производим в процентном отношении от величины линейных потерь.
В итоге потери на местные
сопротивления для линий нагнетания и слива:
МПа;
МПа;
Расчёт потерь давления в гидролиниях
и аппаратах
При расчётах рабочего давления в
гидросистеме должны определяться потери давления в гидравлических аппаратах при
протекании через них рабочей жидкости.
Напорная линия:
Расчёт потерь ведётся по формуле:
,
где - фактически проходящий расход,
л/мин;
- номинальный расход, л/мин;
- потери давления, л/мин.
Гидрораспределитель.
Фактическое изменение перепада
давления гидрораспределителя:
МПа;
Определяем потери давления в
напорной и сливной линиях по формулам:
;
;
где и - потери давления на трение в
трубопроводах напора и слива, МПа;
и - потери давления на местные
сопротивления в трубопроводах напора и слива, МПа;
и - потери давления в аппаратах в
трубопроводах напора и слива, Мпа.
МПа;
МПа;
МПа;
МПа;
Определение наибольшего рабочего
давления:
Гидромотор, обеспечивающий
вертикальное перемещение руки манипулятора
;
,
г
де и - числа Рейнольдса для линии напора
и слива;
и - расходы рабочей жидкости в линиях
нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;
и - внутренние диаметры трубопровода
линии напора и слива, мм;
- кинематическая вязкость рабочей
жидкости, мм2/с.
При Re>2300
коэффициент сопротивления трению по длине
трубопроводов линии напора и слива
рассчитывается по формуле:
Если , то коэффициент сопротивления
трению по длине
трубопроводов линии напора и слива
рассчитывается по формуле:
и - коэффициенты сопротивления трению
по длине трубопроводов линии напора и слива.
Расчёт потерь давления на трение
жидкости в трубопроводах производится для линий нагнетания и слива:
;
,
где и - потери давления на трение
жидкости в трубопроводе напора и слива, МПа;
- плотность рабочей жидкости,
кг/м3;
и - коэффициенты сопротивления трению
по длине трубопроводов линии напора и слива;
и - длины трубопроводов напора и
слива, мм;
и - расходы рабочей жидкости в линиях
нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;
и - внутренние диаметры трубопровода
линии напора и слива, мм.
Подставляя в данное выражение
требуемые значения, получим:
МПа;
МПа;
Расчёт потерь давления на местные
сопротивления производим в процентном отношении от величины линейных потерь.
В итоге потери на местные
сопротивления для линий нагнетания и слива:
МПа;
МПа;
Расчёт потерь давления в гидролиниях
и аппаратах
При расчётах рабочего давления в
гидросистеме должны определяться потери давления в гидравлических аппаратах при
протекании через них рабочей жидкости.
Напорная линия:
Расчёт потерь ведётся по формуле:
,
где - фактически проходящий расход,
л/мин;
- номинальный расход, л/мин;
- потери давления, л/мин.
Гидрораспределитель.
Фактическое изменение перепада
давления гидрораспределителя:
МПа;
Определяем потери давления в
напорной и сливной линиях по формулам:
;
;
где и - потери давления на трение в
трубопроводах напора и слива, МПа;
и - потери давления на местные
сопротивления в трубопроводах напора и слива, МПа;
и - потери давления в аппаратах в
трубопроводах напора и слива, Мпа.
МПа;
МПа;
МПа;
МПа;
Определение наибольшего рабочего
давления:
Поворотный гидродвигатель,
обеспечивающий захват заготовки
Число Рейнольдса:
;
,
где и - числа Рейнольдса для линии напора
и слива;
и - расходы рабочей жидкости в линиях
нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;
и - внутренние диаметры трубопровода
линии напора и слива, мм;
- кинематическая вязкость рабочей
жидкости, мм2/с.
Если , то коэффициент сопротивления
трению по длине
трубопроводов линии напора и слива
рассчитывается по формуле:
где и - числа Рейнольдса для линии напора
и слива;
и - коэффициенты сопротивления трению
по длине трубопроводов линии напора и слива.
Расчёт потерь давления на трение
жидкости в трубопроводах производится для линий нагнетания и слива:
;
,
где и - потери давления на трение
жидкости в трубопроводе напора и слива, МПа;
- плотность рабочей жидкости,
кг/м3;
и - коэффициенты сопротивления трению
по длине трубопроводов линии напора и слива;
и - длины трубопроводов напора и
слива, мм;
и - расходы рабочей жидкости в линиях
нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;
и - внутренние диаметры трубопровода
линии напора и слива, мм.
Подставляя в данное выражение
требуемые значения, получим:
МПа;
МПа;
Расчёт потерь давления на местные
сопротивления производим в процентном отношении от величины линейных потерь.
В итоге потери на местные
сопротивления для линий нагнетания и слива:
МПа;
МПа;
Расчёт потерь давления в гидролиниях
и аппаратах
При расчётах рабочего давления в
гидросистеме должны определяться потери давления в гидравлических аппаратах при
протекании через них рабочей жидкости.
Расчёт потерь ведётся по формуле:
,
где - фактически проходящий расход,
л/мин;
- номинальный расход, л/мин;
- потери давления, л/мин.
Гидрораспределитель.
Фактическое изменение перепада
давления гидрораспределителя:
МПа;
Определяем потери давления в
напорной и сливной линиях по формулам:
;
;
где и - потери давления на трение в
трубопроводах напора и слива, МПа;
и - потери давления на местные
сопротивления в трубопроводах напора и слива, МПа;
и - потери давления в аппаратах в
трубопроводах напора и слива, Мпа.
МПа;
МПа;
МПа;
МПа;
Определение наибольшего рабочего
давления:
Гидромотор, обеспечивающий поворот
руки манипулятора
Число Рейнольдса:
;
,
где и - числа Рейнольдса для линии напора
и слива;
и - расходы рабочей жидкости в линиях
нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;
и - внутренние диаметры трубопровода
линии напора и слива, мм;
- кинематическая вязкость рабочей
жидкости, мм2/с.
При Re>2300
коэффициент сопротивления трению по длине
трубопроводов линии напора и слива
рассчитывается по формуле:
где и - числа Рейнольдса для линии напора
и слива;
и - коэффициенты сопротивления трению
по длине трубопроводов линии напора и слива.
Расчёт потерь давления на трение
жидкости в трубопроводах производится для линий нагнетания и слива:
;
,
где и - потери давления на трение
жидкости в трубопроводе напора и слива, МПа;
- плотность рабочей жидкости,
кг/м3;
и - коэффициенты сопротивления трению
по длине трубопроводов линии напора и слива;
и - длины трубопроводов напора и
слива, мм;
и - расходы рабочей жидкости в линиях
нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;
и - внутренние диаметры трубопровода
линии напора и слива, мм.
Подставляя в данное выражение
требуемые значения, получим:
МПа;
МПа;
Расчёт потерь давления на местные
сопротивления производим в процентном отношении от величины линейных потерь.
В итоге потери на местные
сопротивления для линий нагнетания и слива:
МПа;
МПа;
Расчёт потерь давления в гидролиниях
и аппаратах
При расчётах рабочего давления в
гидросистеме должны определяться потери давления в гидравлических аппаратах при
протекании через них рабочей жидкости.
Напорная линия:
Расчёт потерь ведётся по формуле:
,
где - фактически проходящий расход,
л/мин;
- номинальный расход, л/мин;
- потери давления, л/мин.
Гидрораспределитель.
Фактическое изменение перепада
давления гидрораспределителя:
МПа;
Определяем потери давления в
напорной и сливной линиях по формулам:
;
;
где и - потери давления на трение в
трубопроводах напора и слива, МПа;
и - потери давления на местные
сопротивления в трубопроводах напора и слива, МПа;
и - потери давления в аппаратах в
трубопроводах напора и слива, Мпа.
МПа;
МПа;
МПа;
МПа;
Определение наибольшего рабочего
давления:
Поворотный гидродвигатель,
обеспечивающий поворот схвата
Число Рейнольдса:
;
,
где и - числа Рейнольдса для линии напора
и слива;
и - расходы рабочей жидкости в линиях
нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;
и - внутренние диаметры трубопровода
линии напора и слива, мм;
- кинематическая вязкость рабочей
жидкости, мм2/с.
Если , то коэффициент сопротивления
трению по длине
трубопроводов линии напора и слива
рассчитывается по формуле:
где и - числа Рейнольдса для линии напора
и слива;
и - коэффициенты сопротивления трению
по длине трубопроводов линии напора и слива.
Расчёт потерь давления на трение
жидкости в трубопроводах производится для линий нагнетания и слива:
;
,
где и - потери давления на трение
жидкости в трубопроводе напора и слива, МПа;
- плотность рабочей жидкости,
кг/м3;
и - коэффициенты сопротивления трению
по длине трубопроводов линии напора и слива;
и - длины трубопроводов напора и
слива, мм;
и - расходы рабочей жидкости в линиях
нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;
и - внутренние диаметры трубопровода
линии напора и слива, мм.
Подставляя в данное выражение
требуемые значения, получим:
МПа;
МПа;
Расчёт потерь давления на местные
сопротивления производим в процентном отношении от величины линейных потерь.
В итоге потери на местные
сопротивления для линий нагнетания и слива:
МПа;
МПа;
Расчёт потерь давления в гидролиниях
и аппаратах
При расчётах рабочего давления в
гидросистеме должны определяться потери давления в гидравлических аппаратах при
протекании через них рабочей жидкости.
Напорная линия:
Расчёт потерь ведётся по формуле:
,
где - фактически проходящий расход,
л/мин;
- номинальный расход, л/мин;
- потери давления, л/мин.
Гидрораспределитель.
Фактическое изменение перепада
давления гидрораспределителя:
МПа;
Определяем потери давления в
напорной и сливной линиях по формулам:
;
;
где и - потери давления на трение в
трубопроводах напора и слива, МПа;
и - потери давления на местные
сопротивления в трубопроводах напора и слива, МПа;
и - потери давления в аппаратах в
трубопроводах напора и слива, Мпа.
МПа;
МПа;
МПа;
МПа;
Определение наибольшего рабочего
давления:
Определение объемных потерь и
производительности насосной установки
Рассчитываем объёмные потери, то есть внутренние
утечки для напорной линии каждого гидравлического исполнительного органа. При
этом суммируются объёмные потери не только на работающем участке системы, но и
на аппаратах, соединённой с напорной линией рассматриваемого участка. При проектных
предварительных расчётах объёмные потери могут определяться для гидравлических
аппаратов:
Гидромотор, обеспечивающий
выдвижение-втягивание руки манипулятора
для гидромотора:
;
для гидрораспределителя:
для регулятора расхода:
Суммарные потери: л/мин.
Гидромотор, обеспечивающий
вертикальное перемещение руки манипулятора
для гидромотора:
;
для гидрораспределителя:
для регулятора расхода:
Суммарные потери: л/мин.
Поворотный гидродвигатель,
обеспечивающий захват заготовки
для гидродвигателя:
;
для гидрораспределителя:
для регулятора расхода:
Суммарные потери: л/мин.
Гидромотор, обеспечивающий поворот
руки манипулятора
для гидромотора:
;
для гидрораспределителя:
для регулятора расхода:
Суммарные потери: л/мин.
Поворотный гидродвигатель,
обеспечивающий поворот схвата для гидродвигателя:
;
для гидрораспределителя:
для регулятора расхода:
Суммарные потери: л/мин.
Определение максимальной
производительности насоса
Определяется необходимая наибольшая подача
рабочей жидкости для каждого гидравлического исполнительного органа:
,
где - максимальный расход рабочей
жидкости для гидравлического исполнительного органа;
- суммарные объёмные потери.
Определение мощности приводного
электродвигателя
Мощность приводного электродвигателя
рассчитывается из условия:
,
где NЭ - мощность
приводного вала электродвигателя, кВт;
- подача насоса, л/мин;
РК - давление настройки
предохранительного клапана, МПа;
- общий коэффициент полезного
действия насоса.
кВт.
кВт.
Так, как по диаграмме расходов
насосы работают одновременно, то выбранный насос должен обладать суммарной
мощностью:
кВт.
Выбор электродвигателя
По справочным таблицам, в зависимости от
расчётной мощности выбираем трёхфазный асинхронный короткозамкнутый, закрытый,
обдуваемый, с высотой оси вращения 50…250мм. электродвигатель модели 4А160М6У3
ГОСТ 19523-74, со следующими характеристиками:
мощность 15 кВт;
номинальная частота вращения 975 мин-1.
Определение КПД
гидравлического привода
К.П.Д. гидравлической системы гидропривода
определяется по следующей зависимости:
где - полезный перепад давления,
рабочий расход рабочей жидкости, время работы в течении каждого цикла
исполнительного органа;
- давление настройки
предохранительного клапана;
Qн - подача
насоса;
- время цикла.
Тепловой расчет
гидропривода
При работе гидропривода происходит
нагрев рабочей жидкости из-за потери мощности, т. к. энергия, затраченная на
преодоление различных сопротивлений в гидросистеме, превращается в теплоту,
поглощаемую рабочей жидкостью. Тепловой расчёт гидропривода должен быть таким,
чтобы превышение установившейся температуры жидкости в баке над температурой
окружающей среды было в пределах допустимого превышения температуры или
температура рабочей жидкости из условия её работоспособного состояния не
превышала допустимого значения . Полученная рабочей жидкостью
теплота должна отдаваться в окружающую среду через поверхности стенок бака, а
если этого недостаточно, то устанавливается дополнительный теплообменник.
Среднее количество теплоты, выделяемое гидросистемой в единицу времени, равно
потери мощности:
Требуемая поверхность излучения и
объём рабочей жидкости в баке:
;
,
где θ и Nпот. -
количество теплоты и потери мощности, кВт;
SБ - площадь
поверхности излучения бака, м2;
- разность температур рабочей
жидкости в баке и окружающей среды, °С;
;
м2;
л.
Принимаем стандартный объём бака л.
Фактическое количество теплоты,
отводимое через стенки бака определяем по формуле:
;
где - фактическое количество теплоты,
отводимое через стенки бака, кВт.
кВт.
Так как то
теплообменник не требуется.
Литература
1.
Свешников В. К. Станочные гидроприводы. - М.: Машиностроение, 1982. - 464 с.
.Расчёт
гидравлических приводов станочного оборудования: Учебно- методическое пособие
по курсовому проектированию по дисц. «Гидропривод и гидропневмоавтоматика» для
студ. машиностроит. спец./В.И. Глубокий. - Мн.: БНТУ, 2005. - 80 с.
.Расчёт
гидравлических приводов: Методическое пособие по курсовому проектированию по
дисц. «Гидропривод и гидропневмоавтоматика» для студ. машиностроит. спец./А.М.
Якимович, В.И. Клевзович, А.И. Бачанцев. - Мн.: БНТУ, 2002. - 71 с.