Расчет объемного гидропривода

Расчет объемного гидропривода

Министерство науки и образования Российской Федерации

ФГБОУ ВПО

«Сибирский государственный технологический университет»

Кафедра использования водных ресурсов

Факультет переработки природных соединений

Курсовой проект

на тему: «Расчет объемного гидропривода»

Красноярск 2011

Задание

На выполнение курсовой работы: «Расчет объемного гидропривода»

Рабочее усилие на штоке .

Ход поршня .

Скорость движения рабочего органа .

Общая длина трубопровода , в том числе напорного трубопровода .

Колебание температуры окружающей среды составляет от С до С.

Требуется: составить принципиальную гидравлическую схему и определить основные параметры гидравлического привода с возвратно-поступательным движением рабочего органа.

В системе гидропривода имеется: гидробак, насос, всасывающий и нагнетательный трубопроводы, гидрораспределитель, силовой гидроцилиндр, предохранительный клапан, дроссель, фильтр.

Введение

В данном проекте представлены результаты проектирования объемного гидропривода.

Спроектированный объемный гидропривод отвечает требуемым техническим характеристикам, приведенным в задании на курсовой проект, и соответствует всем необходимым стандартам.

Объёмный гидропривод - это гидропривод, в котором используются объёмные гидромашины. Название «объёмный гидропривод» происходит от того, что принцип действия объёмных гидромашин основан на попеременом заполнении рабочего объёма жидкостью и вытеснения жидкости из него. Объёмный гидропривод машин позволяет с высокой точностью поддержвать или изменять скорость машины при произвольном нагружении, осущестлять слежение - точно воспроизводить заданные режимы вращательного или возвратно-поступательного движения, усиливая одновременно управляющее воздействие.

Наиболее широко объёмный гидропривод машин применяется в металлорежущих станках, прессах, в системах управления летательных аппаратов, судов, тяжёлых автомобилей, мобильной строительно-дорожной технике, в системах автоматического управления и регулирования тепловых двигателей, гидротурбин. Реже объёмный Гидропривод машин используется в качестве главных приводов транспортных установках на автомобилях, кранах.

Гидропривод поступательного движения

Рисунок 1 - Гидропривод поступательного движения: 1 - гидробак; 2 -насос; 3 - гидрораспределитель; 4 - силовой гидроцилиндр; 5 - предохранительный клапан; 6 - дроссель; 7 - фильтр; 8 - гидролинии

Гидравлическим приводом называется совокупность гидроустройств и гидролиний, предназначенных для передачи энергии и приведения в движение механизмов и рабочих органов машин посредством жидкости под давлением. Полости отдельных гидроустройств и гидролиний совместно могут рассматриваться как единый закрытый сосуд, заполненный без пустот однородной жидкостью.

Гидропривод поступательного движения состоит:

гидробака;

насоса;

гидрораспределителя;

силового гидроцилиндра;

предохранительного клапана;

дросселя;

фильтра;

гидролиний.

Насос

Рисунок 2 - Схема шестеренного насоса

Рисунок 3 - Обозначение на чертеже шестеренного насоса

Принцип работы:. Ведущая шестерня находится в постоянном зацеплении с ведомой и приводит её во вращательное движение. При вращении шестерён насоса в противоположные стороны в полости всасывания зубья, выходя из зацепления, образуют разрежение (вакуум). За счёт этого из гидробака в полость всасывания поступает рабочая жидкость, которая, заполняя впадины между зубьями обеих шестерён, перемещается зубьями вдоль цилиндрических стенок колодцев в корпусе и переносится из полости всасывания в полость нагнетания, где зубья шестерён, входя в зацепление, выталкивают жидкость из впадин в нагнетательный трубопровод. При этом между зубьями образуется плотный контакт, вследствие чего обратный перенос жидкости из полости нагнетания в полость всасывания невозможен.

Силовой гидроцилиндр

Рисунок 4 - Обозначение на чертеже гидроцилиндра

Предохранительный клапан

Рисунок 5 - Схема предохранительного клапана

Рисунок 6 - Обозначение на чертеже предохранительного клапана

Гидрораспределитель

Рисунок 7 - Обозначение на чертеже предохранительного клапана

Дроссель

Дроссель - это регулирующий гидроаппарат, предназначенный для создания гидравлического сопротивления потоку жидкости. Дополнительное гидравлическое сопротивление создаётся за счёт изменения проходного сечения потока жидкости. Изменением гидравлического сопротивления гидродросселя создаётся необходимый перепад давлений на тех или иных элементах гидросистем, а также изменяется величина потока жидкости, проходящего через гидродроссель.

Рисунок 8 - Обозначение на чертеже предохранительного клапана

Гидролинии

Гидролинии предназначены для прохождения рабочей жидкости в процессе работы гидропривода. В общем случае гидролиния состоит из всасывающей, напорной и сливной линий. Кроме того, в гидроприводе часто имеются гидролинии управления и дренажная. Всасывающая линия служит для подведения рабочей жидкости к насосу из бака, от распределителя или непосредственно от гидродвигателя.

Выбор рабочей жидкости

Таблица 1 - Параметры рабочей жидкости

Определение рабочего давления в гидросистеме.

Величина рабочего давления влияет на габариты и стоимость элементов гидропривода, долговечность их работы, правила эксплуатации.

При выполнении предварительного расчета гидропривода стационарных лесных машин рабочее давление принимаем в зависимости от величины преодолеваемой нагрузки.

Принимаем рабочее давление:

Проверяем рабочее давление в соответствии с рядом номинальных давлений по ГОСТ 12445-80 (СТ СЭВ 518-77). Выбранное рабочее давление соответствует ГОСТ 12445-80. Приближенный расчет основных параметров силового гидроцилиндра. Диаметр силового гидроцилиндра (без учета потерь давления на преодоление дополнительных нагрузок).

 (1)

где:

 - рабочее усилие на штоке, кН;

 - рабочее давление в цилиндре, МПа.

По вычисленному расчетному диаметру D подбираю ближайший больший нормализованный диаметр ГОСТ 6540-68, значения в мм.

В соответствии с ГОСТ 6540-68 внутренний диаметр гидроцилиндра равен: . Диаметр штока d определяется в зависимости от величины хода поршня S.

 (2)

По вычисленному значению диаметра штока принимается ближайший больший, согласно ГОСТ 6540-68.

Уточненный расчет основных параметров силового гидроцилиндра. В процессе работы силового гидроцилиндра часть рабочего давления затрачивается на преодоление силы трения в конструктивных элементах гидроцилиндра, силу противодавления, динамические нагрузки, возникающие при разгоне и торможении поршня гидроцилиндра. Считая принятое давление рабочим исходным параметром, можно уточнить диаметр силового гидроцилиндра. Для этого необходимо учесть названные выше дополнительные нагрузки.

 (3)

ТС - статическая нагрузка, кН;

ТД - динамическая нагрузка, кН.

 (4)

- рабочее усилие на штоке, кН;

Ттр - сила трения в конструктивных элементах, кН;

Тпр - сила противодавления, кН.

 (5)

Сила трения при уплотнении манжетами с шевронным (V-образным) профилем.

, Н (6)

- диаметр уплотняемого соединения;- ширина уплотнения (определяется на основе данных т.2.4.[1]);- удельная сила трения, равная 0.22МПа.

На штоке:

На поршне:

Рекомендуемое число манжетов в пакете (на поршне и штоке) приводится в т.2.5.[1].

Вычисляем силу трения Ттр.

Вычисляем силу противодавления.

 (7)

Динамическая сила.

 (8)

 - скорость движения рабочего органа.

=0.1с

Уточняю диаметр силового цилиндра.

 (9)

По вычисленному расчетному диаметру D подбираю ближайший больший нормализованный диаметр ГОСТ 6540-68, значения в мм.

В соответствии с ГОСТ 6540-68 внутренний диаметр гидроцилиндра равен:

Диаметр штока d определяется в зависимости от величины хода поршня S.

По вычисленному значению диаметра штока принимается ближайший больший, согласно ГОСТ 6540-68.

Для уточненного диаметра гидроцилиндра определяю толщину стенок корпуса  и донышка корпуса гидроцилиндра t.

 - допустимое напряжение на растяжение материала корпуса т.2.8.[1];

 - расчетное давление рабочей жидкости, ;

 - наружный радиус корпуса гидроцилиндра;

 - внутренний радиус корпуса гидроцилиндра, .

 (11)

Расчет гидроцилиндра на устойчивость

Допускаемая (эксплутационная) нагрузка из условия устойчивости.

 (12)

 - коэффициент, учитывающий возможное повышение давления в гидросистеме, ;

 - запас устойчивости, принимаемый в зависимости от материала и назначения цилиндра, не менее: 1,52,0 для стали.

Критическая сила может быть определена по формуле:

 (13)

Е - модуль упругости материала, для стали ;

 - полная длина цилиндра с выдвинутым штоком;

 - момент инерции цилиндра.

 (14)

 - наружный и внутренний диаметры гидроцилиндра;

 - коэффициент, учитывающий заделку концов цилиндра и штока (рис.2.34)[1], .

Из условия устойчивости гидроцилиндра определяем допускаемое давление жидкости в гидроцилиндре.

 (15)

Если , то гидроцилиндр устойчив. Данное условие соблюдается, следовательно гидроцилиндр устойчив.

Трубопроводы

Внутренний диаметр трубопровода.

 (16)

 (17)

В соответствии с ГОСТ 8734-75 уточняем диаметры:

диаметр для всасывающей гидролинии ;

диаметр для напорной гидролинии .

Уточняем фактическую скорость движения рабочей жидкости во всасывающем и напорном трубопроводах.

Фактическая скорость во всасывающем трубопроводе.

 (18)

Фактическая скорость в напорном трубопроводе.

 (19)

Потери напора (давления) в системе гидропривода

Суммарные потери давления в гидросистеме гидропривода .

 (20)

- потери давления при трении движущейся рабочей жидкости в трубопроводах;

 - потери давления в местных сопротивлениях трубопроводах;

 - потери давления в гидроаппаратуре.

Потери давления на трение.

 (21)

- объемный вес рабочей жидкости;

 - коэффициент сопротивления трения;

- внутренний диаметр трубопровода (условный проход);

 - длина участка трубопровода без местных сопротивлений;

 - скорость движения рабочей на рассматриваемом участке;

 - ускорение свободного падения.

Для определения коэффициент сопротивления трения предварительно определяется число Рейнольдса .

 (22)

 - коэффициент кинематической вязкости жидкости.

По т.7.[1] определяем форму канала. Принимаем форму канала - круглые гладкие трубы.

Для гладких труб и шлангов без резких сужений и изгибов

гидропривод дроссель трубопровод насос

 (23)

Потери давления в местных сопротивлениях.

 (24)

 - коэффициент местного сопротивления т.7.3.[1], ;

 - поправочный коэффициент, приближенно учитывающий при ламинарном режиме зависимость  от , , .

Потери давления в гидроаппаратуре.

 определяются по т.7.4.[1].

Суммарные потери давления в гидросистеме гидропривода .

Потери расхода в системе гидропривода

Потери расхода в гидросистеме.

 (25)

Выбор насоса

Заданным параметрам соответствует насос марки НШ50У-2  и .п

Объемные потери в системе гидропривода

Общие потери в гидросистеме складываются из потерь в насосе , потерь в цилиндре гидродвигателя , потерь в золотнике .

 (26)

 - удельная утечка жидкости в золотнике,  на ;

 - удельная утечка жидкости в насосе,  на ;

 - удельная утечка жидкости в цилиндре гидродвигателя,  на

КПД гидропривода

Полный КПД гидропривода  состоит из гидравлического КПД , объемного КПД  и механического КПД (), который в свою очередь состоит из механического КПД насоса  и механического КПД гидродвигателя .

 (27)

 (28)

 (29)

 (30)

 (31)

 (32)

Определение полезного усилия, передаваемого рабочему органу

После определения потерь давления в системе гидропривода и действительного давления в гидроцилиндре, можно рассчитать силу, передаваемую поршнем гидроцилиндра рабочему органу.

 (33)

 надежная работа гидропривода обеспечена.

Список используемых источников

1. Корпачев В.П. Основы проектирования объемного гидропривода - Красноярск. 2000. - 124 с.

. Осипов П.Ф. Гидравлические и гидродинамические расчеты. Учебное пособие / П.Ф. Осипов. - Ухта: УГТУ, 2002. - 71 с.