Розрахунок основних параметрів елементів гідроприводу
Міністерство освіти і науки, молоді
та спорту України
Українська державна академія
залізничного транспорту
Кафедра БКВРМ
Розрахунково-графічна робота
з дисципліни "Гідравлічний
привод БКВРМ"
Виконав
студент групи 12-IV-БКМ
Перевірив
проф. Ремарчук Н.П.
Зміст
1. Розрахунок конструктивних параметрів елементів гідроприводу і їх
вибір з довідкової літератури
1.1 Загальні положення
1.2 Вхідні дані
1.3 Розрахунок параметрів гідроциліндра, насоса і гідроліній
1.4 Вибір елементів гідроприводу
1.5 Визначення ємкості масляного бака
2. Розрахунок загального ККД і основних параметрів гідроприводу при
його проектуванні
2.1 Визначення втрат тиску у гідроприводі від лінійних опорів
2.2 Визначення втрат тиску у гідроприводі від місцевих опорів
2.3 Визначення втрат тиску в елементах гідроприводу
2.4 Визначення загального коефіцієнта корисної дії гідроприводу на
стадії його проектування
2.5 Визначення основних показників гідроприводу на стадії його
проектування
Список літератури
1. Розрахунок конструктивних параметрів
елементів гідроприводу і їх вибір з довідкової літератури
1.1
Загальні положення
Метою курсової роботи являється закріплення знань
з дисципліни "Гідравліка і гідропневмопривод" і поглиблення їх при
проектуванні гідроприводу машин з дисципліни "Гідрообладнання будівельних
і дорожних машин". Крім того, курсова робота може являтися складовою
частиною курсових проектів інших дисциплін, а також дипломного проекту. Для
виконання цієї курсової роботи необхідно визначити ряд вхідних даних.
Вхідні дані рекомендується прийняти при виконанні
курсового проекту, наприклад, з дисципліни "Машини для земляних
робіт" або при виконанні наукової студентської роботи.
1.2
Вхідні дані
Для виконання розрахунку гідроприводу машини
(устаткування, стенда) слід встановити такі вихідні дані:
Зусилля, яке передає гідроциліндр - Rц=320 кН;
Швидкість переміщення штока - vш=0,16м/с;
Напрямок переміщення штока - прямий;
В’язкість рідини при сталій температурі - νс=0,66см2/с;
Щільність рідини - ρ = 920 кг/м3;
Довжини гідроліній і коефіцієнти місцевих опорів
на ділянках магістралей: напірна ділянка трубопроводу
=6 - довжина в (м) і =9 - місцеві опори;
виконавча робоча ділянка трубопроводу
=7 - довжина в (м) і =9 - місцеві
опори;
виконавча неробоча ділянка трубопроводу
=8 - довжина в (м) і =6 -
місцеві опори;
зливна ділянка трубопроводу
=5 - довжина в (м) і =8 - місцеві опори;
ділянки з гнучким трубопроводом
=2 - довжина виконавчої робочої і =1 - виконавчої неробочої ділянок трубопроводу, задається в
метрах.
Номінальний тиск у гідроприводі - Рн=16МПа.
Число паралельно працюючих гідроциліндрів, z - 1.
1.3
Розрахунок параметрів гідроциліндра, насоса і гідроліній
Визначення параметрів гідроциліндра
Діаметр поршня гідроциліндра визначимо за
формулою:
для прямого ходу штока
,
де - розрахунковий діаметр циліндра, мм;
- зусилля, яке передає шток гідроциліндра, кН;
- номінальний тиск у гідроприводі, МПа;
- коефіцієнт, обумовлений відношенням діаметра штока до діаметра
поршня і складає 0,3.0,9 (рекомендується 0,4.0,7);
z - число паралельно працюючих гідроциліндрів.
гідропривод елемент насос гідроциліндр
Рисунок 1.1 - Спрощена гідросхема машини
Отримане значення внутрішнього діаметра
необхідно округлити до стандартної величини . Розрахунковий діаметр штока можна визначити по формулі
,
де - коефіцієнт, рекомендоване значення
якого приведено вище.
Хід штока (без проведення розрахунку на стійкість) складає
.
Об’єм рідини, який споживається гідроциліндром
складає
где - об’єм рідини, який споживається гідроциліндром, дм3/хв;
- швидкість переміщення штока, м/с.
Для забезпечення функціонування гідроциліндрів, з заданими
параметрами, необхідно, щоб об’єм рідини, який споживається гідроциліндрами,
дорівнював подачі насоса, тобто
.
Використовуючи дане співвідношення, визначимо розрахунковий
об’єм робочої камери насоса
,
где пн - номінальна частота обертання вала
насоса, хв-1.
см3/об.
На основі розрахункового об’єма робочої камери насосу
підбираємо насос 210.20 з об’ємом робочої камери 69см3/об,
номінальний тиск 14 МПа, максимальний тиск 32 МПа, частота обертів: максимальна
- 1920 об/хв, номінальна - 1500 об/хв, мінімальна - 1200 об/хв; об'ємний ККД -
0,92, гідравлічний - 0,92, загальний - 0,85.
Об’єм рідини (дм3/хв), що проходить через
виконавчу неробочу і зливну ділянки трубопроводів, складає:
,
Швидкість течії рідини на різних ділянках гідроприводу
складає:
для напірної, виконавчої робочої і виконавчої неробочої
ділянок у межах (3.10) м/с, величину якої прийняти самостійно близько до
середнього значення і, як правило, рекомендується цю швидкість рідини
забезпечити на всіх трьох ділянках, які позначені, як , а швидкість рідини слід позначити, як ; для зливної ділянки в межах (1,4.2) м/с,
яка позначена, як , а швидкість рідини слід позначити, як . Тоді, розрахунковий діаметр трубопроводу
на цих ділянках, відповідно, складатиме:
для напірної, виконавчої робочої і виконавчої неробочої
ділянок
,
для зливної ділянки
,
де - швидкість течії рідини на відповідних
ділянках гідроліній, м/с;
- об’єм рідини, що проходить по різним ділянкам гідроліній, дм3/хв.
.
1.4 Вибір
елементів гідроприводу
До гідроапаратів відносяться гідророзподільники, клапани та
дроселі. Вибір гідроапаратів слід здійснювати з умови забезпечення роботи коли:
допускається тиск в гідроапараті не нижче (МПа), (див. вихідні дані); витрати рідини через гідроапарат,
близький (більший або менший) від (дм3/хв).
Вибір гідророзподільників.
Для напірної, виконавчої робочої і виконавчої неробочої
ділянок вибираємо гідророзподільник з умовним проходом 20 мм, =100 л/хв., =0,65 МПа.
Для зливної - з умовним проходом 20 мм, =100 л/хв., =0,65 МПа.
Вибір зворотного клапана.
Вибираємо зворотній клапан 61200 з підсиленою пружиною:
умовний прохід 32мм, =0,15 МПа, =100 л/хв.
Вибір фільтра.
Вибираємо фільтр 1.1-40 з умовним проходом 25 мм, 0,03 МПа, =100 МПа.
1.5
Визначення ємкості масляного бака
Ємність масляного бака встановлюється у залежності від
величини об’єму рідини, яка споживається гідроциліндрами , а також від типу машини і від характеру
її навантаженності.
,
Приймаємо масляний бак з
2. Розрахунок загального ККД і
основних параметрів гідроприводу при його проектуванні
2.1
Визначення втрат тиску у гідроприводі від лінійних опорів
В основу визначення лінійних втрат тиску в гідроприводі
використовується метод, який дозволяє визначити той чи
інший режим течії рідини по величині параметра . Якщо величина параметра менша за одиницю, то режим течії рідини відповідає ламінарному, а
якщо ця величина більша за одиницю або дорівнює одиниці, то режим течії рідини
турбулентний. При розрахунках параметра індекс слід замінити на номер конкретної ділянку
гідроприводу і скористатись формулами:
для напірної і виконавчої робочої ділянок ,
для виконавчої неробочої ділянки ,
для зливної,
де - діаметр трубопроводу
на напірній, виконавчій робочій і виконавчій неробочій ділянках, мм;
- діаметр трубопроводу на зливній ділянці, мм.
,
У загальному вигляді не залежно від призначення
ділянки гідроприводу лінійні втрати тиску для жорсткого трубопроводу складають [3]: при ламінарному
режимі
,
0,08 МПа
Для ділянки гідроприводу з гнучким трубопроводом лінійні втрати тиску, в загальному
вигляді, складають:
при ламінарному режимі
,
при турбулентному режимі
,
де - довжина гнучкого трубопроводу, м.
.
Сумарні лінійні втрати тиску, що залежать від втрат тиску
на кожній з ділянок гідроприводу, визначаються за формулами:
на ділянці від насоса до робочої порожнини гідроциліндра
на ділянці від неробочої порожнини гідроциліндра до
масляного бака
де - лінійні втрати тиску, які встановлені
для жорстких гідроліній на напірній, виконавчій робочій, виконавчій неробочій і
зливній ділянках, з урахуванням режиму течії рідини, відповідно, МПа;
- втрати тиску в гнучких гідролініях, які встановлені на
виконавчій робочій і виконавчій неробочій ділянках теж з урахуванням режиму
течії рідини, відповідно, МПа.
++
2.2
Визначення втрат тиску у гідроприводі від місцевих опорів
У загальному вигляді величини втрат тиску від
місцевих опорів не залежно від призначення окремої ділянки гідроприводу,
виключаючи гідророзподільники, зворотні клапани і фільтри, для яких в
паспортних характеристиках вказуються ці дані, визначаються в загальному
вигляді за формулою
,
де - втрати тиску від місцевих опорів на
окремій ділянці гідроприводу, МПа; - діаметр трубопроводу на окремій ділянці гідроприводу, мм; - сумарний коефіцієнт місцевих опорів на
окремій ділянці трубопроводу. Сумарні втрати тиску від місцевих опорів на
ділянці від насоса до робочої порожнини гідроциліндра, як для прямого, так і
зворотного напрямку руху штока досягають значення
Сумарні втрати тиску від місцевих опорів на ділянці від
неробочої порожнини гідроциліндра до баку визначаються в залежності від
напрямку руху штока за формулами:
.
2.3
Визначення втрат тиску в елементах гідроприводу
Встановлені заводом виготовлювач параметри
вказуються у паспорті на кожний з гідроелементів.
При використанні в гідроприводі, наприклад,
гідророзподільника, зворотного клапана і фільтра, якщо величина проходження
робочої рідини і її в’язкість, відмінні від зазначених раніше, то втрати тиску
в гідроприводі, за достатнім рівнем точності, можуть бути визначені за
формулами: на ділянці від насоса до робочої порожнини гідроциліндра
,
на ділянці від неробочої порожнини гідроциліндра до масляного
баку
,
де - втрати тиску для гідророзподільника,
які встановлені заводом виготовлювачем при номінальному значенні розходу рідини
, і в’язкості 0,3±0,03 см2/с, при прямуванні
її до робочої порожнини гідроциліндра і від неробочої порожнини гідроциліндра
на злив, відповідно, МПа;
- втрати тиску для клапанна і фільтра, які встановлені заводом
виготовлювачем при номінальних значеннях розходу рідини , і в’язкості рідини 0,3±0,03 см2/с, відповідно, МПа;
- в’язкість рідини в гідроприводі, (див. вихідні данні), см2/с;
- об’єм рідини, що спрямовується насосом у робочу порожнину
гідроциліндра, дм3/хв;
- об’єм рідини, що витісняється з неробочої
порожнини гідроциліндра на злив у масляний бак, дм3/хв.
2.4 Визначення
загального коефіцієнта корисної дії гідроприводу на стадії його проектування
Основним показником спроектованого гідроприводу є
величина загального коефіцієнта корисної дії (ККД). Для вирішення цього питання
необхідно виконати наступні дії.
Загальні втрати тиску в гідроприводі на етапі
його проектування складають:
на ділянці від насоса до робочої порожнини
гідроциліндра
,
на ділянці від неробочої порожнини гідроциліндра до
масляного баку
,
де - загальні втрати тиску, обумовлені
лінійними і місцевими опорами, а також втратами тиску в гідроелементах на
ділянці від насоса до робочої порожнини гідроциліндра, МПа;
- загальні втрати тиску, обумовлені лінійними і місцевими
опорами, а також втратами тиску в гідроелементах на ділянці від неробочої
порожнини гідроциліндра до масляного баку, МПа.
Площа робочої поверхні поршня складає:
зі сторони без штокової порожнини гідроциліндра
,
зі сторони штокової порожнини гідроциліндра
,
де - діаметр поршня і штока, відповідно, мм.
,
Сумарні внутрішні втрати рідини можуть досягати величини:
,
Використовуючи встановлені вище дані та результати
дослідженьзагальний коефіцієнт корисної дії на етапі проектування гідроприводу
визначається за формулами:
,
де
- загальні внутрішні втрати рідини в насосі, гідророзподільнику і
гідроциліндрі при виконанні штоком гідроциліндра прямого або зворотного ходу,
відповідно, дм3/хв; - гідромеханічний ККД насоса,
VК - об’єм робочої камери насоса (див.
паспортні дані насоса), см3/об.
2.5
Визначення основних показників гідроприводу на стадії його проектування
Потужність, яку передають гідроциліндр при
виконанні прямого або зворотного ходу штока, визначається за формулою
,
де - потужність гідроциліндра, вимірюється в
кВт, якщо - кН, а - м/c.
Потужність, яка необхідна для приводу насоса, кВт:
,
.
Момент крутний на валу насоса, Нм:
,
де - тиск, який розвиває насос при виконанні
штоком гідроциліндра прямого або зворотного ходу, відповідно, МПа
Тиск, який розвиває насос, можна визначити за формулою:
для прямого напрямку руху штока
,
На основі виконаних розрахунків скласти дані про гідропривід
такі, як:
загальний коефіцієнт корисної дії =0,66;
потужність гідроциліндрів =15,5 кВТ;
потужність насоса=25 кВт;
крутний момент на валу насоса, =148 кНм.
Отримані результати є основними показниками спроектованого
гідроприводу машини, устаткування або випробувального стенду, на основі яких
можна виконувати різноманітні дослідження по впливу в’язкості рідини,
конструктивних параметрів трубопроводу та інших параметрів для забезпечення
роботи гідроприводу в зоні оптимальних показників.
Список
літератури
1.
Васильченко В.А., Беркович Ф.М. Гидравлический привод строительных и дорожных
машин. - Москва: Стройиздат, 1978. - 166 с.
.
Методические указания к курсовому проекту "Гидрофицированные стреловые
самоходные краны" по дисциплине "Подъемно-транспортные машины"
для студентов специальности 15.04/Сост. Н.П. Ремарчук, С.В. Козупица. -
Харьков: ХАДИ, 1993. - 76 с.
.
Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник. -
Москва: Машиностроение, 1983. - 301 с.
.
Ремарчук Н.П., Босик Д.В., Мудрый А.В. Определение линейных потерь давления в
гидроприводе машин // Автомобильный транспорт. Серия "Совершенствование
машин для земляных и дорожных работ" Сб. научн. тр. ХГАДТУ Вып.2. Харьков
РИО ХГАДТУ, 1999. - с.31-33.
. Ремарчук
Н.П. Оценка качества гидросистем машин на основе определения коэффициента
полезного действия // Автомобильный транспорт. Серия "Совершенствование
машин для земляных и дорожных работ" Сб. научн. тр. ХГАДТУ Вып.5. Харьков
РИО ХГАДТУ, 2000. - с.156-159.