Проектирования магистралей гидравлических и пневматических приводов машин и механизмов

Проектирования магистралей гидравлических и пневматических приводов машин и механизмов

Введение

Современная стационарная и мобильная техника активно насыщается гидравлическими системами и агрегатами, реализующими преимущества использования жидкости в качестве энерго- или теплоносителя. Так, например, в наземных транспортных средствах гидравлические системы питания, смазки и охлаждения двигателей внутреннего сгорания, рулевое управление (гидроусилители руля), ходовая часть, ее подвеску, механизмы сцепления и торможения автомобиля.

Поэтому для грамотного обслуживания, ремонта, диагностики состояния такой техники необходимо знать основные закономерности поведения рабочих жидкостей и газов, являющихся рабочей средой указанных механизмов. Задачу решает наука гидравлика, изучающая законы поведения жидкостей и газов в условиях покоя или движения и предлагающая их практическое применение в инженерной практике. В этих условиях важное значение приобретают прикладные аспекты теоретических знаний гидравлики: основы схемотехнического поиска инженерных решений, его анализа, расчета магистралей, выбора элементной базы гидравлических систем. Это позволяет формировать у студентов инженерных специальностей и специалистов устойчивые навыки и умения, для создания новой и совершенствования действующей техники.

Цель работы

Выполнение расчетно-графической работы - заключительный этап изучения студентами общетехнических дисциплин «Гидравлика», «Гидравлика и гидропривод», «Гидравлика и теплотехника», «Гидравлика и гидропневмопривод. Теплотехника».

Целью работы является закрепление полученных теоретических знаний, а также освоение ими методики расчета и проектирования магистралей гидравлических и пневматических приводов машин и механизмов.

Таблица 1. Исходные данные для расчета

где G - вес поднимаемой платформы и транспортного средства;

Dпор - диаметр поршня гидроцилиндра;

Dшт - диаметр штока;

V - скорость перемещения платформы;

Lвс, Lн, Lсл - длины соответствующих трубопроводов (всасывающего, нагнетательного, сливного).

                 3

2

                    G                           ГЦ2                                         ГЦ3

       D_{шт              ГЦ1}

                          V₁      

       D_пор

1                         V₂

                                      ДР

                               КО1

                 КР                        

                                                P

                                                        YA2

                 МН         YA1

                                 КО2

                                                                  ТПО

                 КП                          Н

                                                                     Ф

                          Б               Б             Б

Описание работы гидропривода подъемника для обслуживания транспортных средств

Принципиальная гидравлическая схема гидропривода (рис 1) подъемника состоит из следующих элементов: гидроцилиндр ГЦ1 служит для поднятия платформы 1; гидрораспределитель Р, осуществляемый пуск, остановка и изменение направления движения платформы; гидронасос Н создает поток рабочей жидкости; предохранительный клапан служит для защиты системы от перегрузок; гидроклапан КР предназначен для создания заданного противодавления в поршневой полости ГЦ1 при опускании платформы; гидродроссель ДР служит для регулирования скорости перемещения платформы; теплообменный аппарат ТПО охлаждает рабочую жидкость; фильтр Ф производит очистку рабочей жидкости, обратный клапан КО! И КО»; гидробак Б.

В исходном состоянии «Стоп» гидрораспределитель Р находится в центральной позиции, и рабочая жидкость сливается через предохранительный клапан в бак Б. При подаче электрического сигнала на электромагнит YA1 распределитель переходит в левую позицию, и поток рабочей жидкости поступает через обратный клапан КО1 в поршневую полость гидроцилиндра ГЦ1 и в штоковые полости ГЦ2 и ГЦ3, при этом тормозные устройства отпускают платформу и начинается движение платформы 1 по стойкам (направляющим) 2 вверх. При подаче электрического сигнала на электромагнит YA2 распределитель переходит в правую позицию, и поток рабочей жидкости поступает через гидродроссель ДР в штоковую полость ГЦ1 - происходит опускание платформы.

Определение максимальных нагрузок, давлений и расходов рабочей жидкости.

Задача расчета состоит в определении диаметров гидролиний и потерь, возникающих в них при движении жидкости. Расчет производится по участкам, на которые разбивают гидравлическую (пневматическую) систему, при этом под участком понимается часть трубопровода между разветвлениями, пропускающая одинаковый расход и имеющая одинаковый внутренний диаметр. Участок может включать линейные сопротивления (участки трубы) и различные местные сопротивления (повороты, сужения, расширения, гидроаппараты и т.п.)

1. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

насос жидкость гидроцилиндр трубопровод

1.1 Расчет диаметров гидролиний

Внутренний диаметр гидролиний определяется:

                                                                               (1)

где  - максимальный расход жидкости на рассматриваемом участке трубопровода;

 - допустимая средняя скорость потока жидкости в данном сечении.

Расход жидкости на нагнетательном ( от насоса до цилиндра) и сливном ( от цилиндра до бака) участках трубопровода определяется:

где  - скорость перемещения платформы, м/с;

 - эффективная площадь поршневой полости цилиндра, м2;

 - эффективная площадь штоковой полости цилиндра, м2.

Рассчитаем площади поршневой и штоковой полостей гидроцилиндра:

Рассчитаем давление в гидроцилиндре:

С учетом величины давления жидкости в трубопроводе по полученным значениям  подбираем трубы в соответствии с ГОСТ:

По принятым диаметрам  определяются истинные скорости  на участках гидролиний:

Толщина стенки нагнетательной гидролинии проверяется выражением:

                                                                                               (2)

где р - максимальные давления на участках трубы, принимаемые для:

= 0,05МПа; = 0,3МПа; = ;

 - стандартное значение диаметра гидролиний;

[σ] - допускаемые напряжения на разрыв материала гидролиний, принимаем равным 50 МПа т.к. трубы стальные.

Принимаем толщины стенок равными:

Значения расходов, диаметров и скоростей, являющихся исходными данными для расчета гидравлических потерь давлений, заносим в таблицу 2.

Таблица 2. Исходные данные для расчёта гидравлических потерь

1.2 Расчёт гидравлических потерь в магистралях гидросистемы

Гидравлические потери давления в гидролиниях складываются из суммы потерь в линейных сопротивлениях  (на прямых участках гидролиний) и потерь в местных сопротивлениях .

1.2.1 Потери давления в линейном сопротивлении

                                                                                       (3)

где  - удельный вес рабочей жидкости;

λ - коэффициент гидровлического сопротивления;

d и l - диаметр и длина участка гидролинии;

 - средняя скорость жидкости на участке гидролинии.

Рассчитаем удельный вес рабочей жидкости:

где  - плотность рабочей жидкости, принимаем равной 885 кг/м3.

Для вычисления коэффициента гидравлического сопротивления  необходимо определить режим движения жидкости по числу Рейнольдса:

                                                                                      (4)

где  - коэффициент кинематической вязкости рабочей жидкости, принимаем

Так как  >  , режим движения рабочей жидкости на данном участке турбулентный и для гидравлически гладких труб  определяется по формуле Блазиуса:

                                                                                           (5)

Результаты расчёта сводятся в таблицу 3.

Таблица 3. Потери давления в линейных сопротивлениях магистралей

1.2.2 Потери давления в местном сопротивлении

                                                                                    (6)

где  - коэффициент данного местного сопротивления.

Результаты расчёта сводятся в таблицу 4.

Таблица 4. Потери давления в местных сопротивлениях магистралей

1.2.3 Определение общих потерь давления в гидроприводе

Так как участки соединены последовательно, то общая потеря давления в гидроприводе представляют собой сумму потерь давления в линейных и местных сопротивлениях на всех участках:

                                                                             (7)

1.2.4 Определение давления насоса, необходимого для обеспечения функционирования гидроцилиндра

1.3 Построение характеристики трубопровода

Характеристикой трубопровода называется график зависимости суммарной потери напора или давления в трубопроводе от расхода, т.е  или  . Так как режим течения турбулентный характеристика трубопровода не линейна. Для этого задаем 5 промежуточных значений расхода и для них определим .

Крутизна характеристики определяется диаметром и длиной трубопровода, местными гидравлическими сопротивлениями и вязкостью жидкости (наибольшее влияние вязкость оказывает при ламинарном режиме).

Суммарную потерю напора в общем случае удобно выразить в метрах формулой:

                                                         (8)

График зависимости суммарной потери напора от расхода жидкости

1.4 Построение полного (гидродинамического) и гидростатического напоров

Для двух сечений потока, соответствующих началу и концу трубопровода, уравнение Бернулли имеет вид:

                                        (9)

Исходя из уравнения Бернулли произведем расчеты гидродинамического и гидростатического напоров:

где  - атмосферное давление, принимаем равным 105 Па;

Найдем потери давления в линейном сопротивлении для всасывающего участка:

Рассчитаем потери давления в линейном сопротивлении для нагнетательного участка, разделив общую длину магистрали данного участка на количество промежутков между элементами гидролинии на данном участке:

где  - количество промежутков между элементами гидролинии на данном участке.

Местные потери на участке гидроцилиндра (участок 16) складываются из потерь при внезапном расширении потока рабочей жидкости, из потерь на работу совершаемую гидроцилиндром и из потерь при внезапном сужении потока рабочей жидкости:

Рассчитаем потери давления в линейном сопротивлении для нагнетательного участка, разделив общую длину магистрали данного участка на количество промежутков между элементами гидролинии на данном участке:

Результаты расчетов потерь удельной энергии, полного скоростного и статического напоров, по которым строятся линии удельных энергий, заносятся в таблицу 5.

Таблица 5. Результаты расчета напора в гидромагистралях

Заключение

В результате выполнения работы мы закрепили полученные теоретические знания, а также освоили ими методику расчёта и проектирования магистралей гидравлических пневматических приводов машин и механизмов.

Список литературы

1.   Башта Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Т.М. Башта [и др.]. - М.: Машиностроение, 1982.

2.      Вильнер А.М. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / А.М. Вильнер, Я.Т. Ковалев, Б.Б. Некрасов [и др.]. - Минск: Высшая школа, 1985.

.        Юшкин В.В. Основы расчёта объёмного гидропривода / В.В. Юшкин. - Минск: Высшая школа, 1982.

.        Задачник по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / под ред. Б.Б. Некрасова. - М.: Высшая школа, 1989.

.        Попов Д.Н. Механика гидро-и пневмоприводов / Д.Н. Попов. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.

.        Валуева В.П. Введение в механику жидкости / В.П. Валуева. - М.: МЭИ, 2001.

.        Гудилин А.П. Гидравлика и гидропривод / А.П. Гудилин. - М.: «Горная книга», 2001.

.        Калицун Б.Л. Основы гидравлики и аэродинамики / Б.Л. Калицун. - М.: Стройиздат, 2001.