Расчет гидропривода подающей части угольного комбайна
ДОНЕЦКИЙ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА
«ЭНЕРГОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ»
Курсовая работа
Тема: «Расчет
гидропривода подающей части угольного комбайна»
Выполнил студент
гр. КПМО
Проверил к.т.н,
доц.Геммерлинг О.А.
Донецк - 20
г.
ДОНЕЦКИЙ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА
«ЭНЕРГОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ»
УТВЕРЖДАЮ:
Руководитель работы
__________
«____» _______________ 20 г.
ЗАДАНИЕ НА
КУРСОВУЮ РАБОТУ
Студент ., группа КПМО-
Тема работы: «Расчет гидропривода подающей части угольного комбайна»
Исходные данные: момент на валу гидромотора Мд = 300 Н·м,
частота вращения вала nд =
150 мин-1,
длина гидролиний lн = lв = 0,5÷0,7 м,
начальный момент сопротивления Мс.о = 220 Н·м,
показатель изменения нагрузки К = 0,4 Н·м/мин-1
Срок сдачи работы_____________________
Дата выдачи задания ____________ Студент ____________________
Реферат
Курсовая работа: 24 страниц, 4 рисунка, 1 таблица, 4 источника.
Цель: составить гидравлическую схему, рассчитать и выбрать все элементы
гидропривода подающей части угольного комбайна.
Объект: гидропривод подающей части угольного комбайна.
В курсовой работе проведен расчет составленной гидросхемы механизма
подачи угольного комбайна, выбраны гидромотор МР-0,25/10, основной регулируемый
насос НАС, рассчитаны и выбраны диаметры напорной гидролинии (внутренний 16 мм)
и подкачной (внутренний 8 мм), рассчитаны потери давления в гидролиниях,
построены линии абсолютного давления в гидроприводе, построены моментные
характеристики гидромотора, определены рабочие режимы насоса, определено КПД
гидропередачи изменение которого во всех режимах работы достигает 14%, что
свидетельствует о неэкономичности регулирования.
НАСОС, ГИДРОПЕРЕДАЧА, ГИДРОМОТОР, ДАВЛЕНИЕ, ПОДАЧА, ГИДРОЛИНИЯ
Содержание
Введение
. Составление и анализ схемы
. Выбор гидромашин и рабочей жидкости
. Выбор гидроаппаратуры и вспомогательных устройств
. Расчёт гидролинии и потерь давления
. Линия абсолютного давления в гидроприводе
. Сила давления на колено трубы
. Давление срабатывания предохранительного клапана
. Проверка насосов на кавитацию
. Моментные характеристики
. Рабочие режимы гидромотора
. Рабочие режимы насоса
. КПД гидропередачи
. Эксплуатация и ТБ
Выводы
Список источников
Введение
Создание современных средств механизации и авторизации в настоящее время
немыслимо без широкого применения гидропривода, особенно объёмного. Объёмный
гидропривод имеет по сравнению с электромеханическим приводом ряд преимуществ:
надёжное ограничение величины действующего усилия простыми средствами,
возможность осуществления больших передаточных чисел при относительно не
больших диапазонах бесступенчатого регулирования скоростей исполнительных
органов в широком диапазоне; лёгкость преобразования вращательного движения в
поступательное, значительное упрощение автоматического программного и
дистанционного управления. Свободное расположения в пространстве валов и осей
приводных органов, возможность ограничения динамических нагрузок, плавный пуск
и наращивание скоростей под нагрузкой.
Гидропривод - это совокупность устройств,
предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством
гидравлической энергии. Обязательными элементами гидропривода являются насос и
гидродвигатель.
К основным преимуществам гидропривода относятся:
возможность универсального преобразования механической характеристики
приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки; простота
управления и автоматизации; простота предохранения приводного двигателя и
исполнительных органов машин от перегрузок; широкий диапазон бесступенчатого
регулирования скорости выходного звена; большая передаваемая мощность на
единицу массы привода; надежная смазка трущихся поверхностей при применении
минеральных масел в качестве рабочих жидкостей.
К недостаткам гидропривода относятся: утечки рабочей
жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления;
нагрев рабочей жидкости, что требует применения специальных охладительных
устройств и средств тепловой защиты; более низкий КПД (по приведенным выше
причинам), чем у сопоставимых механических передач.
Сейчас трудно назвать область техники, где бы ни
использовался гидропривод. Эффективность, большие технические возможности
делают его почти универсальным средством при механизации и автоматизации
различных технологических процессов.
1. Составление и анализ схемы
Гидравлическая схема гидропривода подающей части угольного комбайна
представлена на рис. 1.
Рисунок 1. Гидравлическая схема гидропривода: 1 - бак подпиточной линии;
2 - приемный фильтр; 3 - подпиточный насос; 4 - предохранительный клапан; 5 -
обратный клапан; 6 - реверсивный гидромотор; 7 - реверсивный насос
Представленная гидравлическая схема является замкнутой, в которой для
подпитки используется вспомогательный насос. В системе кроме основного
оборудования - насосы и гидромотор используется дополнительное - фильтры для
очистки рабочей жидкости, обратные клапана для обеспечения движения потока в
одном направлении в гидролинии где он установлен, предохранительные клапаны во
избежание критического повышения давления в системе.
1.1 Выбор
стандартного давления
При выборе давления гидроприводов руководствуемся техническими
характеристиками серийно выпускаемых гидромашин и гидроаппаратов, которые
входят в гидравлическую систему и которые предлагаем использовать в
проектировании гидропривода. Стандартные давления нормированы ГОСТ12445-80. В
данном случае принимаем давление серийно выпускаемых машин 10 МПа.
2. Выбор
гидромашин и рабочей жидкости
.1 Основные
механические характеристики гидромотора
По значениям момента на валу Мд = 300 Н∙м и частоте вращения nд= 150 мин-1, при принятом
стандартному давлению Рд =10 МПа, выбираем серийно производимый гидромотор типа
МР-0,25/10:
рабочий объем 250 см³/об; номинальное давление 10 МПа;
номинальный крутящий момент 380 Нм;
частота вращения 8 - 240 об/мин;
КПД объемный 0,94 общий 0,89.
Необходимая мощность:
д.в. = Мд·ωд ,
где ωд - угловая скорость вращения
ωд = 
= 15,7 рад/с,
р.в
= 300∙15,7= 4710 Вт = 4,71 кВт.
Необходимый
расход гидромотора
д
=qд·nд/ηд∙о,
где
qд- рабочий объём гидромотора; nд∙о-объёмный
КПД
2.2
Выбор насоса
По
давлению Р=(1,03÷1,05)Рд = 10,5 МПа и Qн ≥ 40
л/мин выбираем регулируемый насос НАС:
рабочий
объем 40 см³/об;
подача
номинальная 56,5 л/мин, минимальная 6 л/мин;
давление
номинальное 20 МПа;
КПД
объемный 0,95, полный 0,89;
давление
на всасе до 0,02 МПа.
Необходимая
подача подкачного насоса
л/мин.
Подкачной
насос будет выбран после выбора фильтра и обратного клапана и определения
суммарный потерь на этих элементах.
.3
Выбор рабочей жидкости
Выбираем
минеральное масло индустриальное: И-45А ГОСТ 1707-51.
3.
Выбор гидроаппаратуры и вспомогательных устройств
.1
Фильтр грубой очистки
Для
очистки рабочей жидкости от крупных примесей выбираем приемный фильтр типа 0,16
с41-23:
тонкость
очистки 160 мкм;
пропускная
способность 25 л/мин;
потери
давления 0,015-0,02 МПа.
.2
Обратные клапаны
Предназначены
для пропускания жидкости по магистрали в одном направлении. Выбираем клапаны
типа Г 51-22:
- расход номинальный 18 л/мин;
давление номинальное 20 МПа;
перепад давления 0,2 МПа;
утечка масла 5 см3/мин.
Необходимое давление подкачного насоса 0,2+0,02 = 0,22 МПа.
Выбираем подкачной пластинчатый насос БГ12:
номинальное давление 12,5 МПа;
номинальная подача 12 л/мин;
КПД объемный 0,72, общий 0,61.
4. Расчет гидролинии и потерь давления
.1 Расчетный диаметр труб
dp = 
,
где
Vo - оптимальная скорость рабочей жидкости: для напорных
гидролиний Vo = 3-5 м/с.
Напорные
гидролинии, расход 40 л/мин = 0,00067 м³/с:
dp.нап = 
= 0,015 м.
Подкачная
гидролиния, расход 12 л/мин = 0,0002 м³/с:
dp.нап = 
= 0,008 м.
.2
Расчет толщины стенки трубы
гидромашина давление клапан насос
Напорный
и всасывающий трубопровод взаимообратимые, т.к. насос и гидромотор реверсивные.
Необходимая
расчетная толщина стенки трубы:
dр = d1 + d2,
где
d1 - часть толщины, обеспечивающая достаточную
прочность;
d2 - часть толщины,
обеспечивающая необходимую долговечность трубы.
Согласно
ГОСТ 3845-75
d1 = 
= 
где
Рр = 1,25Р - расчетное давление на прочность
sдоп - допустимое
напряжение, равное 40% от временного сопротивления разрыву; для наиболее
распространенных сталей для труб sв = 350-420 МПа;
d2 - принимаем равным
1,0 мм, полагая, что скорость коррозии равна 0,2 мм/год, а срок службы
установки 5 лет.
По
условиям механической прочности d ³ 2 м.
Напорные
гидролинии:
d1 = 
= 0,00056 м
dр = 0,56+ 1 = 1,56
мм;
Подкачная
гидролиния
d1 = 
= 0,0003 м
dр = 0,3+ 1 = 1,3 мм.
Окончательно
внутренний диаметр труб d, наружный dн и толщину d выбираем по ГОСТ 8734-78.
Напорная
гидролиния -d = 16 мм, dн = 20 мм, d = 2 мм; подкачная гидролиния - d = 8 мм, dн =
12 мм, d = 2 мм.
.3
Расчет потерь давления
Для
определения сопротивления общего участка и для построения лини
пьезометрического напора потери давления рекомендуется рассчитывать при
расходе, соответствующему номинальной подаче насоса.
Потери
давления в гидролиниях по длине
Скорость
жидкости в гидролинии:
=
.
Напорные
- номинальная подача насоса 56,5 л/мин:
V = 
= 4,69 м/с;
Подпиточная
- номинальная подача насоса 12 л/мин
V = 
= 3,98 м/с;
Потери
давления по длине в участках гидролиний:
DРДл = 
,
l = 
, при Re £ 2320;
l = 
, при 105 > Re > 2320;
Re = 
,
нап
= 
= 1668 < 2320;
lнап = 
= 0,045
Потери:
DРдл.нап = 0,045
= 19487 Па;
Подпиточная
Re = 
= 708 < 2320;
l = 
= 0,106
Потери
DРдл.п = 0,106
= 63158 Па.
Полные
потери давления по длине
ΣDРдл =
63158+19487 = 82645 Па.
Потери
давления на местные сопротивления
DРМ = 
,
где
DРном - номинальные (паспортные) значения перехода
(потери) давления в аппарате при номинальном (паспортном) расходе Qном.
1. Обратный клапан:
DРМ = 
= 0,089 МПа
.
Приемный фильтр:
DРМ = 
= 0,005 МПа.
Потери давления в коленах, тройниках и т.п. принимаем равным
,25 SDРДл = 20661 Па
Полные потери давления
DРП = SDРДл + SDРМ
DРП = 82645+20661+89000+5000 = 197306 Па.
5. Линия абсолютного давления
Подпор на всасе выбранного насоса НАС Pл = 0,02 МПа, с учетом этого линия абсолютного давления для
гидропередачи представлена на рис. 2.
Рисунок 2. Линия абсолютного давления для гидропередачи
При построении линии абсолютного давления в подкачной гидролинии
необходимо чтобы было согласование давление во всасывающей гидролинии
гидропередачи Pл = 0,02 МПа и давления в конце
подкачной гидролинии (рис. 3).
Рисунок 3. Линия абсолютного давления для подкачной гидролинии
6. Силы давления на колено трубы
Определяем составляющие RX и RZ и равнодействующую R сил давления рабочей жидкости на
колено трубы с закруглением 90° в месте наибольшего давления.
RX = RZ =
Р 
, R = 
.
Напорные
гидролинии:
=
RZ =10 
= 2010
Н;
R = 
·= 2843 Н.
7.
Давления срабатывания предохранительного клапана
Оно
выбирается из условия, что это давление должно быть большим на 25%
максимального расчетного в месте установки клапана.
Ркл
= 1,25 Рр;
Ркл
= 1,25 10 = 12,5 МПа.
8.
Проверка насосов на кавитацию
Условие
бескавитационной работы подкачного насоса:
Ндоп
≥Нвак
,
м.
,5
> 0,3
Условие
выполняется, значит данный насос отвечает условию
бескавитационной работы.
9.
Моментные характеристики
.1
Характеристика момента сопротивления
Характеристика
момента сопротивления строится по уравнению Мс = Мс.о +К nд.
Для построения зависимости Мс(nд)
при
увеличении (уменьшении) момента сопротивления достаточно выполнить
соответствующий параллельный перенос ранее построенной линии (рис.3). Так как
эта прямая, что для построения достаточно двух точек:
nд = 0, Мс =
Мс.о = 220 Нм
д = 150
мин-1, Мс = 280 Нм
9.2
Моментная характеристика гидромотора
Теоретическая
характеристика при номинальном давлении Рд.ном Мд.т. = Рд.ном·qд
/2π не
зависит от 
nд и
представляет собой прямую линию, параллельную оси абсцисс. Действительный
момент Mд несколько уменьшается с увеличением nд за счет
увеличения гидравлических потерь. Так как закон изменения потерь неизвестен, то
Мд(nд)
рекомендуется строить по уравнению:
Мд
= Мд.т
- ΔМд
где
ΔМд = Км nд2, Км =const - коэффициент пропорциональности, определяется при
номинальном значении Мд.ном и максимальном nд (т. А на рис.3).
Мд.т
= 
= 
= 398
Н·м
Определим
коэффициент пропорциональности Км, при максимальной частоте вращения
гидромотора 240 об/мин:
Км
= 
= 
=0,0017
Перед
построением характеристики Мд(nд)
предварительно рассчитаем значение функции для нескольких значений nд.
Таблица
1. Зависимость момента от частоты вращения гидромотора
|
nд, мин-1
|
0
|
50
|
100
|
150
|
|
Mд, Н·м
|
398
|
394
|
381
|
360
|
330
|
Координаты
точки А: nд = 225 мин-1
; Mд =
312 Н·м.
10.
Рабочие режимы гидромотора
Заданный
рабочий режим определяется точкой пересечения линий
Мд1(nд) и Мс1(nд). Координаты этой точки: Мс1 = 280 Н·м, nд =
150 мин-1, при этом момент смещается от заданного 300 Нм из-за коэффициента
изменения нагрузки 0,44, который очевидно для заданных условий должен
составлять
.
При
увеличении Мс на 10% и допустимом при этом уменьшении частоты на 10% рабочий режим по-прежнему будет определяться
точкой пересечения соответствующих новых линий Мд2(nд) и Мс2(nд). При
уменьшении частоты на 10% рабочий режим определяется точкой 2:
Мс2 = 290 Н·м, nд2 = 135 мин-1. Аналогично определяем рабочий режим
при увеличении nд на 10%. Этому режиму соответствует точка 3: Мс3 =
270 Н·м,
nд3 = 165 мин-1
Мощность
на валу гидромотора определим из уравнения Nд.в = Мд·ωд,
где ωд =π·n/30 - угловая скорость вращения.
Строим
характеристику 
Nд.в (nд) для номинального и заданных трех режимов, определим
координаты всех трех точек и нанесем их на график (рис. 3):
nд.А = 190 мин-1 Nд.в=
= 7347 Вт = 7,35 кВт.
Для
режима 1 Nд.в= 
= 4396
Вт = 4,40 кВт
Для
режима 2 Nд.в= 
= 4098
Вт = 4,10 кВт 
Для
режима 3 Nд.в= 
= 4663
Вт = 4,66 кВт
Рисунок
3. Моментная характеристика гидромотора
11.
Рабочие режимы насоса
Давление
гидродвигателя при заданном Мд·
Рд
= 
где
qд - рабочий объем гидромотора
Рд
= 
= 8,33 МПа.
Так
как потери в гидролинии основного насоса малы по сравнению с Рд, то
характеристику сети можно строить по двум точкам (0; Рд) и (Qн, Рс). Потери давления в напорной гидролинии
составляют ΔРп = 19487 Па.
где
Рс = Рд
+ ΔРп= 8330000 + 19487 = 8349487 Па
то
есть получим две точки (0; 8,33), (40; 8,35). Для определения рабочего режима
насоса пользуемся методом итерации, выполняя расчеты в такой последовательности.
Для
построения зависимости Рн(Q) определим теоретическую подачу насоса 
н.т = 
,
н.т = 
=
59,5 л/мин
Получим
первую точку (59,5; 0). Вторую точку определяется номинальным режимом (Qн.ном,
Рн.ном
) или (56,5; 20).
Определим
максимально возможную подачу насоса, как точку пересечения характеристики сети
Рс(Q) с характеристикой незарегулированного насоса 
Рн(Q) (на рис.4 т. А): QА = 58 л/мин.
Графически
определим утечки в насосе: ∆Qн.А = 1,5 л/мин
Эта
величина при Рн =const будет постоянна. Определим объемный КПД насоса для
режима А
= 
= 0,97
Так
как в гидромоторе утечки изменяются по тому же закону, что и в насосе, то
объемный КПД гидромотора, соответствующий режиму А - ηд.о.А можно определить из пропорции:
ηд.о.А = 
= 
=0,96
Вычисляем
расход гидромотора при заданном nд по формуле
д1
= 
= 39063
см³/мин = 39,1 л/мин
Этот
расход примерно равен подаче насоса при nд1, т.е. Qн1 =
Qд1.
Уточняем
объемный КПД для точки 1
.
Уточняем
значение объемного КПД гидромотора
ηд.о.1 = 
= 
=0,95
Уточненная
подача насоса
н1
= Qд1 = 
л/мин.
Давление
гидродвигателя при Мд2·
Рд2
= 
= 
МПа
Расход
гидромотора для точки 2 при nд = 135 мин-1
д2
= 
= 35904 см³/мин = 35,9 л/мин.
Уточняем
объемный КПД насоса
.
Уточняем
значение объемного КПД гидромотора
ηд.о.2 = 
= =0,95
Уточненная
подача насоса
Qн2 = Qд2 =
л/мин.
Давление
гидродвигателя при Мд3·
Рд3
= 
= 
МПа
Для
точки 3 при nд = 165 мин-1
д3
= 
= 43,9 л/мин.
Уточняем
объемный КПД насоса
.
Уточняем
значение объемного КПД гидромотора
ηд.о.3 = 
= =0,96
Уточненная
подача насоса
н3
= Qд3 = 
л/мин.
Рисунок
4. Рабочий режим насоса
11.2 Мощность насоса
ηнг
ηнм = 
=
=0,94
Для
вычисления текущих значений ηн
принимаем произведение ηнг ηнм 
постоянным, то есть
ηн1
= ηн.о.1 ηнг ηнм =
0,96·0,94=0,9
Мощность
насоса вычисляем по формуле:
Nн.в.1 = 
6,11 кВт
ηн2
= ηн.о.2 ηнг ηнм =
0,96·0,94=0,9
Мощность
насоса вычисляем по формуле:
н.в.2
= 
5,30 кВт.
ηн3
= ηн.о.3 ηнг ηнм =
0,97·0,94=0,91
Мощность
насоса вычисляем по формуле:
н.в.3
= 
5,55 кВт.
12. КПД гидропередачи
η1 = 
%;
η2 = 
%;
η3 = 
%.
Регулирование
не экономично, т.к. максимальное изменение КПД достигает (77-69)/77=0,10 = 10%.
13.
Эксплуатация и техника безопасности
При эксплуатации гидроприводов необходимо создать безопасные условия для
обслуживающего персонала от поражения струёй жидкости. Для этого ограждают
кожухом все участки гидромашин, которые не заключены в общий корпус машины. При
обнаружении внешних утечек жидкости необходимо немедленно остановить насос и
устранить утечки. Следует периодически проверять работу предохранительных
клапанов. В случае отклонения Рср срабатывания от наторенного более, чем на
10%, клапан должен быть заменён. Если гидропривод может работать в
полуавтоматическом режиме, то на пульте управления должно быть устройство для
переключения привода на ручное управление и соответствующая сигнализация об
этом.
При длительной работе с маслами необходимо пользоваться рукавицами. После
окончания работы необходимо вымочить руки тёплой водой с мылом. При загорании
масел допускаются все средства тушения, кроме воды, поэтому необходимо наличие
огнетушителей, ящиков с песком и лопат.
Выводы
В курсовой работе проведен расчет составленной гидросхемы механизма
подачи угольного комбайна, выбраны гидромотор МР-0,25/10, основной регулируемый
насос НАС, рассчитаны и выбраны диаметры напорной гидролинии (внутренний 16 мм)
и подкачной (внутренний 8 мм), рассчитаны потери давления в гидролиниях, построены
линии абсолютного давления в гидроприводе, построены моментные характеристики
гидромотора, определены рабочие режимы насоса, определено КПД гидропередачи
изменение которого во всех режимах работы достигает 14%, что свидетельствует о
неэкономичности регулирования.
Список
источников
1. Гидравлика
и гидропривод. / В.Г. Гейер, В.С. Дулин, А.Г. Боруменский, А.Н. Заря. -
М.:Недра, 1981. - 295с.
2.
Методические указания к курсовой работе по гидроприводу / Сост.: Заря А.Н.,
Яковлев В.М. - Донецк: ДПИ, 1990 г.
. Свешников
В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. - М.: Машиностроение, 1988
г.
4.
Ковалевский В.Ф., Железняков Н.Т., Бейлин Ю.Е. Справочник по гидроприводам
горных машин. - М.: Недра, 1973 г