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 - R_ц=320 кН;

Швидкість переміщення штока - v_ш=0,16м/с;

Напрямок переміщення штока - прямий;

В’язкість рідини при сталій температурі - ν_с=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 - Р_н=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 п_н - 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,

V_{К -} 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.