Проектирование гидравлического привода

Содержание

Введение

. Расчет и выбор исполнительного гидродвигателя

.1 Определение нагрузочных и скоростных параметров гидродвигателя

.2 Определение геометрических параметров и выбор ГД

. Составление принципиальной схемы гидропривода

. Расчет и выбор насосной установки

. Расчет и выбор гидроаппаратуры и трубопроводов

.1 Выбор гидроаппаратуры

.2 Расчет трубопроводов

. Разработка конструкции гидроблока управления

. Определение потерь давления в аппаратах и трубопроводах

.1 Определение потерь давления в аппаратах

.2 Определение потерь давления в трубопроводах по длине

.3 Местные потери давления

. Расчёт суммарных потерь

Список использованных источников

Введение

В данной курсовой работе осуществляется проектирование гидравлического привода. Предметом разработки является гидравлический циклический привод (ГП) пресса ПГ-200 для изготовления металлочерепицы на ОАО «Северсталь». Проектируемый ГП обеспечивает подъем и опускание пресса.

Под ГП понимают совокупность устройств, предназначенную для приведения в движение механизмов посредством рабочей жидкости под давлением. Применение ГП в промышленности позволяет упростить кинематику механизмов, снизить металлоемкость, повысить точность, надежность и уровень автоматизации. ГП обеспечивает широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости. К основным преимуществам гидропривода следует отнести также достаточно высокое значение КПД.

Гидроприводы имеют и недостатки. Это потери на трение и утечки, снижающие КПД гидропривода и вызывающие разогрев рабочей жидкости. Необходимость применения фильтров тонкой очистки для обеспечения надежности гидроприводов повышает стоимость последних и усложняет техническое обслуживание.

Проектирование гидропривода базируется на применении стандартной гидроаппаратуры.

При выполнении курсовой работы используются материалы таких курсов, как физика, высшая математика, теоретическая механика, детали машин, техническое черчение, математическое моделирование.

1. Расчет и выбор исполнительного гидродвигателя

.1 Определение нагрузочных и скоростных параметров ГД

Решение этой задачи производится на основании нагрузочных и скоростных параметров привода, приведённых в задании, и кинематической схемы передаточного механизма между выходным звеном гидродвигателя и рабочим органом установки. Исходные данные для проектирования:

-       гидродвигатель поступательного движения (гидроцилиндр);

-       движение рабочего органа поступательное;

-       максимальное осевое усилие 238Т=2334 кН;

-       наибольшая линейная скорость V_max.= 0,01 м/с;

В нашем случае рабочий орган и выходное звено гидродвигателя совершают поступательное движение.

На основании параметров привода определяются максимальная скорость и максимальное осевое усилие:

V _{д max.}= V_max = 0,01 м/с

R _{д max} = R_max = 2334000 H

1.2 Определение геометрических параметров и выбор ГД

В качестве исполнительного гидродвигателя выбираем гидроцилиндр двухстороннего действия с односторонним штоком. Основными параметрами гидроцилиндра являются: диаметр поршня, диаметр штока и рабочее давление. Рабочим давлением p необходимо задаться, руководствуясь техническими характеристиками привода станка, стандартных ГЦ и насосов и рядом номинальных давлений, регламентируемых ГОСТ 6840-68. При этом необходимо учесть, что ориентировочно должно выполняться соотношение p=2/3p_Н, где p_Н ‒ давление, создаваемое насосом. Величина p₁ принимается равной рабочему давлению, т.е. p₁=p.

Диаметр поршня гидроцилиндра определяется по формуле:

где: р₁ и р₂ - давление соответственно в напорной и сливной полостях гидроцилиндра; р₁ = 32 МПа; Принимаем: р₂ = 0,6 МПа;

 - коэффициенты, которые принимаются с учетом выбранной конструкции ГЦ (с односторонним штоком).

 мм

По полученному значению D из справочника [1] выбирается стандартный гидроцилиндр, у которого диаметр поршня D_ст.> D

D_ст = 320 мм

Диаметр штока

 мм

По справочнику [1] принимаем стандартное значение, ближайшее большее к расчетному: d_ст = 250 мм

Основные параметры гидроцилиндра по ГОСТ 6540 - 68:

D_ст = 320 мм, d_ст = 250 мм, гидроцилиндр с односторонним штоком;

р_ном. =32 МПа.

Обозначение исполнительного гидродвигателя:

Гидроцилиндр ГЦП  ГОСТ 6540 - 68

2. Составление принципиальной схемы привода

Составление принципиальной схемы гидропривода начинаем от гидроцилиндра, то есть наносим на схему гидроцилиндр, а затем на его гидролинии устанавливаем регулирующие и направляющие гидроаппараты в соответствии с циклограммой работы привода и способом регулирования скорости. После этого объединяем напорную, сливную и дренажную линии отдельных участков схемы. Последним этапом является изображение гидросхемы насоса (Н), размещение фильтра (Ф), предохранительного клапана (КП), обратного клапана (КО), дросселя (Д) и теплообменника (ТО).

Схема насосной установки окончательно определяется после выбора её модели. Необходимо предусмотреть разгрузку насоса в положении «стоп», что обычно достигается выбором соответствующей схемы реверсивного распределителя (схема).

гидравлический привод давление трубопровод

3. Расчет и выбор насосной установки

Выбор насосной установки осуществляется исходя из требуемых расхода жидкости и давления в гидроприводе.

Для гидроцилиндра с односторонним штоком:

,

,

где Q_Пmax, Q_Оmax - максимальные расходы жидкости соответственно при подъеме и опускании стола

F_1ст, F_2ст - эффективные площади стандартного гидроцилиндра соответственно в напорной и сливной полостях

v_ДmaxП, v_ДmaxО - максимальные скорости соответственно при подъеме и опускании, v_ДmaxП = v_ДmaxО = 0,01 м/c;

, м²

 м²

, м²

 м²

Определяем максимальные расходы жидкости:

Из полученных значений выбираем наибольшее.

Номинальная подача насоса должна превышать QП _max: Q_н > Q_{П max}

Величина требуемого давления на выходе из насоса:

р_н=р₁ +Δр_н ,

где: Δр_н - суммарные потери давления в линии, соединяющей насос с гидроцилиндром при подъеме стола

Потери давления могут быть определены только после разработки гидропривода, поэтому предварительно выбор насосной установки производится, приняв:

 МПа

На основании полученных значений выбираем модель насоса и двигателя к нему:

На основании полученных значений выбираем модель насосной установки и насоса: 50НР32

Н - насос на номинальное давление 50 МПа;

Р - радиально-поршневой;

Рабочий объём поршневого насоса, V_p = 32 см³;

Номинальная подача Q_н = 54,1 л/мин;

Частота вращения n = 25 об/мин;

Номинальная мощность N = 39,2 кВт;

Q_н =54,1 л/мин= 0,0009017м³/с;

Подача насоса данной установки удолетворяет условию:

Q_н > Q_{П max}

,1 л/мин >48 л/мин

4. Расчет и выбор гидроаппаратуры и трубопроводов

.1 Выбор гидроаппаратуры

Параметрами для выбора гидроаппаратуры является величина расхода жидкости и рабочего давления в той линии, где установлен аппарат. Номинальные значения расхода и давления - ближайшие большие к расчетным значениям. Выбранные аппараты должны соответствовать заданному способу монтажа, в данном случае стыкового. Выбор аппаратуры производим из справочника [2]. При выборе направляющей аппаратуры предпочтение отдаём распределителям типа В, отличающимся меньшими габаритами и металлоёмкостью.

РР - реверсивный распределитель

Гидрораспределитель 1Р323-А-Л-44-Т-А-220-50 по ТУ 2-053-1846-87

Q_ном=400 л/мин; Q_max=500 л/мин; p_ном=32 МПа

Р - тип распределителя;

- диаметр условного прохода;

- исполнение по номинальному давлению;

А - исполнение по способу установки золотника в позицию с пружинным центрированием;

Л - управление электрическое;

44 - исполнение по схеме 44;

Т - электромагнит переменного тока;

А220 - напряжение управления 220В, ток переменный;

- частота тока.

Ф - фильтр напорный

Модель 4ФГМ32-10М(К) УХЛ4 ТУ2-053-5228-90

Q_ном=320 л/мин; p_ном=32 МПа

4 - типоразмер, Ду=40мм;

ФГМ - фильтр гидравлический масляный;

- номинальное давление 32 МПа;

10 - тонкость фильтрации;

УХЛ4 - климатическое исполнение.

КО - обратный клапан

Клапан обратный МКОВ 32/3 МР 2 УХЛ ТУ 2-053-1736-85

Q_ном=160 л/мин; Q_мах=400 л/мин;

МКОВ - клапан обратный встраиваемый с международными присоединительными размерами по DIN 24342;

 - условный проход;

3 - номинальное давление 32 МПа;

М - модульный монтаж;

Р - клапан установлен в линии Р,

2 - исполнение по давлению открытия 0,15 МПА;

УХЛ - климатическое исполнение.

КП - клапан предохранительный

Клапан предохранительный МКПВ 32/3 МР 9 1.24 УХЛ_ном=250 л/мин; Q_max=350 л/мин;

МКПВ - клапан предохранительный встраиваемый с международными присоединительными размерами;

 - условный проход;

3 - номинальное давление 32 МПа;

М - модульный монтаж;

Р - клапан установлен в линии Р;

- исполнение по функционально-конструктивному признаку

- исполнение по давлению;

- напряжение электромагнита;

УХЛ - климатическое исполнение.

Д - дроссель

Дроссель МДВ-32/3 УХЛ ТУ2-053-1397-78_ном=320 л/мин; p_ном=32 МПа

МДВ - дроссель встраиваемый;

3 - номинальное давление 32 МПа;

- условный проход, Ду=32 мм;

УХЛ - климатическое исполнение.

ТО - теплообменник

Теплообменник МО 6,3 ТУ2-053-1168-84

Q_ном=250 л/мин; Q_max=620 л/мин;

МО - маслоохладители водяные;

,3 - давление масла на входе, МПа.

4.2 Расчет трубопроводов

Внутренний диаметр трубопровода:

, мм

где: Q - максимальный расход жидкости в трубопроводе, м³/с;

 - рекомендуемая скорость течения жидкости в трубопроводе;

Максимально допускаемая толщина стенки трубопровода:

,

где: р - максимальное давление жидкости в трубопроводе: р=50 МПа;

- предел прочности на растяжение материала трубопровода:

= 340 МПа;

К_б - коэффициент безопасности, К_б = 2…5;

Трубопроводы разбиваем на участки и производим расчёт для каждого участка.

Напорная линия 1-4, 27-28, 25-26, 37-38:

 54,1 л/мин (0,0009017м³/с):

По рекомендациям = 3,2 м/с:

 м (18,9 мм)

По ГОСТ 8734-75 принимаем трубу 20х2,5, у которой внутренний диаметр мм. Проверяем условие :

 мм

2,5 мм > 2,2 мм условие выполняется.

Напорная линия 5-9, 23-21:

 48,0 л/мин (0,0008 м³/с):

По рекомендациям = 3,2 м/с:

 м (17 мм)

По ГОСТ 8734-75 принимаем трубу 17х2,0, у которой внутренний диаметр мм. Проверяем условие :

 мм

2,0 мм > 1,8 мм условие выполняется.

Напорно-сливная линия 11-12:

 48,0 л/мин (0,0008 м³/с):

По рекомендациям = 2 м/с:

 м (22,0 мм)

По ГОСТ 8734-75 принимаем трубу 22х2,5, у которой внутренний диаметр мм. Проверяем условие :

 мм

2,5 мм > 2,4 мм условие выполняется.

Сливная линия 16-17, 17-18, 19-20:

 48,0 л/мин (0,0008 м³/с):

По рекомендациям = 2 м/с:

 м (22,0 мм)

По ГОСТ 8734-75 принимаем трубу 24х1,0, у которой внутренний диаметр мм. Проверяем условие :

 мм

1,0 мм ≥ 0,15 мм условие выполняется.

Сливная линия 35-36, 45-46:

Q_н =54,1 л/мин= 0,0009017м³/с;

По рекомендациям = 2 м/с:

 м (23,9 мм)

По ГОСТ 8734-75 принимаем трубу 24х1,0, у которой внутренний диаметр мм. Проверяем условие :

 мм

1,0 мм > 0,15 мм условие выполняется.

Исходя из давления в гидросистеме, используем соединения прямые ОСТ2 Г93-4-78 и угловые ОСТ2 Г93-8-78 [2] с развальцовкой.

5. Разработка конструкции гидроблока управления

В гидроблок управления входят следующие аппараты: реверсивный распределитель РР стыкового исполнения, дроссель Д с обратным клапаном модульного исполнения, обратный клапан ОК модульного исполнения.

Данные аппараты компонуются в виде пакета, и между аппаратами устанавливаются специально разработанные плиты. Для выбранной конструкции гидроблока управления необходимо спроектировать одну плиту.

Плиты и аппараты скрепляются посредством стандартных крепёжных деталей. В данном случае - это шпильки. При проектировании плит гидроблока управления обеспечивается максимальная простота, компактность и технологичность конструкции, удобство сборки, а также возможность установки его на оборудование (предусмотрена установочная пластина с отверстиями). Диаметры отверстий в корпусе соответствуют диаметрам отверстий в аппаратах, которые к нему присоединяются. Толщина перемычек между отверстиями не превышает 3…5 мм.

На основе компоновки выполняется сборочный чертеж гидроблока управления, на котором проставляются габаритные, присоединительные и установочные размеры. На основании сборочного чертежа блока управления выполняются рабочие чертежи плит. Учитывая сложность конструкции корпуса, отверстия пронумеровываются (обозначаются) и их размеры указываются в таблицах на чертежах.

6. Определение потерь в гидроаппаратах и трубопроводах

.1 Определение потерь давления в аппаратах

Потери давления D р_ГА в гидроаппаратах определяются по формуле:

, МПа

где: Dр_о - давление открывания или настройки аппарата;

А и В - коэффициенты аппроксимации экспериментальной зависимости потерь давления в аппарате от расхода жидкости через него;

Q_мах - расход жидкости через аппарат на данном этапе цикла.

Величина Dр_о для обратных клапанов приводится в справочнике [2], а для напорных, редукционных и переливных клапанов выбирается при расчете гидродвигателя и насосной установки. Для распределителей, фильтров и дросселей Dр_о=0.

Коэффициенты А и В определяются по формулам:

, МПа с/м³

, МПа с² / м⁶

где: Q _ном - номинальный расход аппарата;

Dр_ном - потери давления в аппарате при номинальном расходе.

Величина Dр_ном для стандартных гидроаппаратов указывается в справочнике [1] в таблицах основных параметров.

Фильтр Ф: _ном=320 л/мин = 5,33·10^-3 м³/с; Q_мах=48,0 л/мин=0,8·10^-3 м³/с;

Dр_ном=0,16 МПа

 МПа·с/м³;

 МПа·с²/м⁶;

 МПа.

Клапан обратный КО:_ном=160 л/мин = 2,66·10^-3 м³/с; Q_мах=18,6 л/мин=0,31·10^-3 м³/с;

Dр_ном=0,2МПа, Dр₀=0,1МПа

 МПа·с/м³

 МПа·с²/м⁶

 МПа.

Дроссель Д (напор через дроссель):_ном=160 л/мин = 2,67·10^-3 м³/с; Q_мах=18,6 л/мин=0,31·10^-3 м³/с; Dр_ном=0,2МПа

 МПа·с/м³

 МПа·с²/м⁶

 МПа

Распределитель РР:_ном=400 л/мин= 6,66·10^-3 м³/с Dр_ном=0,02МПа

 МПа·с/м³

 МПа·с²/м⁶

Напор Q_мах=48,0 л/мин=0,8·10^-3 м³/с

 МПа

Расчет потерь давления в гидроаппаратах сводим в табл. 6.1.

Таблица 6.1. Потери давления в гидроаппаратах

Напорная линия: D p_га =0,1198 ΜПа

Сливная линия: D p_га =0,1133 ΜПа

6.2 Определение потерь давления в трубопроводах по длине

Потери давления по длине обусловлены вязким трением жидкости при ее течении в трубопроводе. Существенное влияние на величину этих потерь оказывает режим течения жидкости. Различают два режима: ламинарный и турбулентный, причем переход из одного режима в другой происходит при критическом числе Рейнольдса (Re_кр).

Поэтому прежде всего для каждого трубопровода определяется число Рейнольдса (Re).

,

где U - фактическая скорость движения жидкости в трубопроводе;

n - кинематический коэффициент вязкости жидкости.

Затем сравниваем это число с Re_кр: если Re < Re_кр, то режим течения ламинарный.

Для гладких круглых труб, а так же для отверстий в корпусе гидроблока управления Re_кр=2300, для рукавов Re_кр=1600.

При расчете потерь давления трубопроводы разбиваются на участки, имеющие одинаковый диаметр и расход жидкости. Потери давления D Р_е на вязкое трение:

где ρ- плотность рабочей жидкости;

λ_i - коэффициент гидравлического трения на i-м участке;

n_i - число участков.

Для гладких цилиндрических трубопроводов коэффициент λ_i определяется по формулам:

‒       при ламинарном режиме

λ_i=64/Re_i

при турбулентном режиме

λ_i=0,3164/(Re_i )^0,25

где Re_i - число Рейнольдса. на i-м участке.

Расчет производим для подъема.

В приводе используем рабочую жидкость И-50А ГОСТ 20799-75 [2]:

‒       плотность рабочей жидкости r = 910 кг/м³;

‒       кинематический коэффициент вязкости  = 50 · 10^-6 м²/с.

На участке 1-2:

 м³

 м/с

Режим течения ламинарный.

 МПа.

Для остальных участков трубопровода расчет производим аналогично. Результаты расчетов сводим в табл. 6.2.

Таблица 6.2. Потери давления по длине

Напорная линия: D p_l =0,039 ΜПа

6.3 Местные потери давления

Местные потери давления  складываются из потерь в различных местных сопротивлениях  и определяются по формуле:

,

где ζ_j - коэффициент j-го местного сопротивления;

n_м - число местных сопротивлений;ст_j - площадь внутреннего сечения трубопровода перед j-м сопротивлением.

Коэффициент ζj определяется по справочнику [2, глава 10].

Расчет производим для подъема.

Участок 1-2, 25-26:

-       резкое расширение (вход из трубы в фильтр) do/d=0,9 ζ=0,6

 (МПа).

Для остальных участков трубопровода расчет производим аналогично. Результаты расчетов сводим в табл.6.3.

Таблица 6.3 Местные потери давления

Напорная линия: D p_м =0,0386 ΜПа

Сливная линия: D p_м =0,0150 ΜПа

7. Проверка насосной установки

По результатам расчетов потерь давления в гидроаппаратах, потерь по длине, местных потерь рассчитываются суммарные потери в напорной и сливной линиях. Результаты сводятся в таблицу.

Таблица 7.1. Суммарные потери давления

По полученным данным уточняем расчет насосной установки по давлению:

Рн_треб= Р₁+DР_н=32+0,1994=32,1994 МПа

Список использованных источников

1.      Колпаков В. Н. Гидропневмопривод и гидропневмоавтоматика станочного оборудования. Методические указания к выполнению курсовой работы. - Вологда: ВоГТУ. 2014.

.        Свешников В. К. Станочные гидроприводы. Справочник - М.: Машиностроение. 1995.