Проектирование регулируемого гидропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Гидравлика»

на тему:

«Проектирование регулируемого гидропривода»

Введение

Гидропривод - совокупность устройств, при помощи которых приводятся в движение машины или механизмы посредством гидравлической энергии.

Объем применения гидравлических машин и механизмов растет по мере развития прогресса в различных отраслях Народного хозяйства. В связи с этим возрастает роль подготовки инженера - механика, способного квалифицированно применять на практике знания по расчету и выбору основного и вспомогательного оборудования гидроприводов. Решению этой задачи способствуют данные методические указания к курсовой работе, в ходе выполнения которой проектант закрепляет знания основ гидравлики и гидропривода проявляет умение выполнять гидравлические, силовые и мощностные расчеты гидромашин.

Гидравлические средства автоматизации производственных процессов получают всё более широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. Дальнейший прогресс машиностроения в настоящее время невозможен без широкой гидрофикации машин.

Высокая эффективность применения в машиностроении - гидравлических средств автоматизации подтверждена многими конкретными примерами их применения в машинах различного технологического назначения.

Быстрое развитие отраслей народного хозяйства по производству и эксплуатации гидрофицированных машин и агрегатов поставило перед инженерами целый ряд технических проблем, связанных с созданием, эксплуатацией и усовершенствованием гидравлических средств автоматизации производственных процессов.

Данная курсовая работа ставит своей целью закрепить и углубить знания по курсу «Гидравлика» путём конкретного проектирования, расчёта параметров и выбора элементов гидравлических систем.

Целями данной курсовой работы являются:

Ш Углубление и расширение познания студентов в области гидравлики, гидромашин и гидроприводов;

Ш Научиться принимать правильные инженерные решения, обоснованные расчетами;

Ш Изучить соответствующую литературу;

Ш Выработать навыки в составлении расчетно-пояснительной записки и подготовиться к выполнению дипломного проекта с элементами гидроприводов.

При выполнении курсовой работы попытаемся рассмотреть следующие вопросы:

Ш Анализ работы гидросистемы по заданной схеме;

Ш Обоснование выбираемого давления;

Ш Расчет параметров насосов, гидродвитателей, гидролий;

Ш Выбор гидроаппаратуры;

Ш Расчёт давления настройки предохранительного клапана.

1. Анализ работы гидросистемы

Исходя из схемы гидропривода, представленной на рис. 1, рабочая жидкость из гидробака (8) подаётся в насос (7) и далее по напорному трубопроводу (l₁) поступает в гидромотор (1).

При движении жидкости по напорному трубопроводу, она проходит через распределитель (2), служащий для осуществления работы гидромотора.

Слив жидкости осуществляется по сливному трубопроводу (l₂). Она также проходит через фильтр (5), служащий для очистки рабочей жидкости, на конце которого установлен обратный клапан (6), предотвращающий полное опорожнение сливного трубопровода.

Предохранительный клапан (4) предотвращает чрезмерно большое повышение давления в напорном трубопроводе, при стопорении вала мотора (1).

Рис. 1. Схема гидропривода

Схема гидропривода: 1-гидромотор нереверсивный; 2-распределитель 4\2 четырехлинейный, двухпозиционный; 3-сливной трубопровод; 4-предохранительный клапан; 5-фильтр; 6-обратный клапан; 7-гидронасос с регулируемой подачей; 8-гидробак; 9-напорный трубопровод.

2. Выбор основных элементов и расчёт параметров гидросистемы

Исходя из гидравлической схемы гидропривода, заданной в задании на проектирование, необходимо рассчитать и выбрать гидродвигатель (гидромотор) и гидронасос.

Гидродвигатели, преобразуя гидравлическую энергию рабочей жидкости в механическую энергию выходного звена, приводят в движение какой-либо рабочий орган. В зависимости от характера движения выходного звена гидродвигатели разделяются на гидроцилиндры, совершающие возвратно-поступательное движение и гидромоторы, совершающие вращательное движение.

Гидронасосы преобразуют механическую энергию приводного двигателя в гидравлическую энергию потока рабочей жидкости. По возможности изменять подачу (при постоянной частоте вращения) гидронасосы разделяются на регулируемые и на нерегулируемые.

2.1 Расчёт основных параметров и выбор гидродвигателя

Заданными величинами при расчёте гидропривода вращательного движения являются:

- крутящий момент на валу гидромотора М;

- длины труб l₁ (нагнетательной) и l₂ (сливной) с помощью которых соединяются все элементы привода;

- рекомендуемый для использования в системе насос (регулируемый или нерегулируемый);

- допустимая температура масла Т_м и температура окружающей средыT₀;

- максимальная частота вращения вала п.

Рассчитать параметры и выбрать гидромотор при следующих исходных данных: М = 150 Н·м; п = 4,5.

1. Определяем мощность гидромотора:

N_м =М·2р·п, (1)

где М - максимальный момент на валу гидромотора, Н·м;

п - максимальная частота вращения вала, об/с.

N_м = 150·2·3,14·4,5 = 4239 Вт.

2. Для определения оптимального давления можно воспользоваться табл. 1.

Устанавливающей зависимость рабочего давления от мощности гидропривода. При этом следует учитывать, что величина рабочего давления может быть взята только из ряда номинальных давлений (табл. 2).

Таблица 1. Зависимость рабочего давления от мощности гидропривода

Мощность N, кВт	до 0,1	0,1-1	1-5	5-20	свыше 20
Давление Р, МПа	1	1-6,3	6,3-10	10-16	16-25

Таблица 2. Ряды номинальных давлений гидромоторов (МПа)

Поршневых по ГОСТ 14062-68	6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40
Шестерённых по ГОСТ 14060-68	2,5; 6,3; 10; 16; 20

По данным табл. 1и 2 принимаем Р_м^' = 10 МПа.

3. Рассчитываем предварительный рабочий объем гидромотора:

q_м^' = = 117,75 см³.

4. Полученное значение q_м^' округляем до ближайшего стандартного из табл. 3.

Таблица 3. Номинальный рабочий объем q_м (см³) гидромоторов по ГОСТ 14060-68 и 14062-62

1,00; 1,25; 1,60; 2,00; 2,50; 3,20; 4,00; 5,00; 6,304; 8,004; 9,004; 10,04; 11,2; 12,5; 14,0; 16,0; 18,0; 20,0; 22,4; 25,0; 28,0; 32,0; 36,0; 40,0; 45,0; 50,0; 56,0; 63,0; 70,0; 80,0; 90,0; 100; 112; 125; 140; 160; 180; 200; 224; 250; 280; 320; 360; 400; 450; 500.

По данным табл. 3 принимаем q_м^' = 112 см³.

5. Уточняем перепад давления на гидромоторе:

Р_м = = 10,51 МПа.

6. Рассчитываем расход жидкости, поступающий в гидромотор:

Q_м = = 5,6·10^-4м³/с = 33,6 л/мин.

Таблица 4. Основные параметры гидромотора

, см3	Рм, МПа	п, об/мин	Qм, л/мин
112	10,51	4,5	33,6

2.2 Расчёт основных параметров и выбор гидронасоса

Исходными данными при выборе гидронасоса являются:

- рабочее давление гидродвигателя Р_Д, с учётом схемы Р_Д = Р_м = 10,51 МПа.

- расход жидкости гидродвигателя Q_Д, с учётом схемы Q_Д = Q_м = 5,6·10^-4 м³/с = 33,6 л/мин.

- рекомендуемый для использования в системе насос - регулируемый.

Насос подбирается по следующим параметрам:

- давление, Р_н^';

- подаче, Q_н^';

- рабочий объём, _н^';

- частота вращения вала, п_н^'.

1. Определяем необходимое давление насоса:

Р_н^'= P_Д + ??Р, (5)

где P_Д - давление гидромотора при максимальной нагрузке, МПа;

??Р - суммарные потери давления в напорном трубопроводе, определяемые по соотношению:

??Р = (0,2…0,3) P_Д. (6)

Р_н^' = 10,51+0,2·10,51= 12,612 МПа.

2. Определяем необходимую подачу насоса:

Q_н^' = Q_Д + ??Q, (7)

где Q_Д - расход жидкости гидродвигателя, м³/с.

??Q - суммарные объёмные потери в системе (м³/с), определяемые по соотношению:

??Q = (0,05…0,10) Q_Д. (8)

Q_н^' = 5,6·10^-4+0,05·5,6·10^-4= 5,88·10^-4м³/с = 35,28 л/мин.

Частота вращения вала насоса выбирается в зависимости от приводного двигателя. При использовании электродвигателя частоту вращения п_н^' можно принять равной п_н^' = 24 с^-1(1450 об/мин).

3. Определяем рабочий объём насоса:

_н^' =? ?·10⁶, (9)

_н^' =? ?·10⁶= 24,5 см³.

4. По рабочему объёму _н^', подаче Q_н^' и давлению Р_н^' выбираем наиболее подходящий насос: насос НПлР-20/16 со следующими характеристиками:

_н = 20 см³; п_н = 1450 об/мин; з_он = 0,82.

Таблица 5. Основные параметры гидронасоса

Марка насоса	Рабочий объем qн, см3	Частота вращения nн, об/мин	Номинальное давление Pн?, МПа	Объёмный КПД зон	Полный КПД зн
НПлР-20/16	20	1450	16	0,82	0,69

5. Уточняем подачу насоса:

Q_н = _н·10^-6· n_н· з_он, (10)

где _н - рабочий объём выбранного насоса, см³;

n_н - частота вращения приводного вала выбранного насоса, 1/с (в общем случае n_н не равно предварительно выбранному п_н^');

з_он - объёмный КПД насоса.

Q_н = 20·10^-6·24·0,82 = 3,94·10^-4 м³/с.

3. Расчёт трубопроводов

Расчету подвергаются два трубопровода системы - напорный и сливной. Напорный трубопровод начинается на выходном патрубке гидронасоса и заканчивается на входе в двигатель. Сливной трубопровод начинается на выходе из гидродвигателя и заканчивается на гидробаке.

Расчет трубопровода включает в себя определение внутреннего диаметра и потерь давления.

3.1 Расчёт диаметра трубопровода

Определение внутреннего диаметра трубопровода (напорного и сливного) ведется исходя из условий допустимой скорости потока в трубопроводе х_д. Рекомендуемые значения скорости рабочей жидкости в зависимости от давления насоса приведены в табл. 6.

Таблица 6. Рекомендуемые значения скорости рабочей жидкости

Рн, МПа	2,5	6,3	16	32	63	100
хд, м/с	2	3,2	4	5	6,3	10

Значит, Р_н = 6,3 МПа; х_д = 3,2 м/с

Определить диаметр сливного трубопровода в гидроприводе вращательного движения при следующих исходных данных:

Р_н = 6,3 МПа; х_д = 3,2 м/с; Q_м = 5,6·10^-4м³/с.

1. Определяем расход масла в трубопроводе:

Q_Т = Q_м = 5,6·10^-4м³/с.

2. Определяем расчетный диаметр трубопроводов (напорного и сливного):

d_Т^' , (11)

где d_Т^' - расчетный диаметр трубопровода исходя из условия обеспечения допустимой скорости потока в трубопроводе, м;

Q_Т - расход жидкости в трубопроводе (расчётный расход), м³/с;

х_д - допустимая средняя скорость, м/с.

d_Т^' = = 0,015 м.

3. Округляем d_Т^' до ближайшего стандартного в большую сторону согласно табл. 7.

Таблица 7. Стандартные значения внутреннего диаметра труб (мм) по ГОСТ 16516-80

1; 1,6; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 160; 200; 250

Значит, d_Т = 16 мм.

3.2 Расчёт потерь давления в трубопроводе и гидроаппаратуре. Расчет потерь давления в трубопроводе

Определим потери давления в напорном трубопроовде при следующих исходных данных: Q_Т = 5,6·10^-4 м³/с; d_Т = 16 мм; рабочая жидкость - масло И30; максимальная температура масла t_м = 55; плотность масла = 890 кг/м³; на трубопроводе имеются 4 штуцера и 5 плавных колен трубопровода под прямым углом; длина трубопровода l₁ = 4 м.

1. Определяем среднюю скорость течения в трубе:

х = = 2,79 м/с.

2. Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений:

_м = n₁ •₁ + n₂ • ₂ + … + n_i • _i, (13)

где n₁ - штуцеры, присоединяющие трубы к гидроустройствам;

₁ - коэффициент местного сопротивления,

₁ = 0,1;

n₂ - плавные колена трубопроводов под прямым углом;

₂ - коэффициент местного сопротивления,

₂ = 0,15.

_м = 4·0,1+5·0,15 = 1,15.

3. Определяем потери давления от местных сопротивлений:

?Р_мс1 = • _м , (14)

где х - средняя скорость в сечении за местным сопротивлением, м/с;

_м - сумма коэффициентов местных сопротивлений;

- плотность жидкости, кг/м³.

?Р_мс1 = 890·1,15· = 3984 Па = 0,004 МПа.

4. Определяем значение кинематического коэффициента вязкости при максимальной температуре (55):

н = н₅₀, (15)

где н - кинематический коэффициент вязкости жидкости при температуре t_м, м²/с;

н_50? - кинематический коэффициент вязкости жидкости при температуре 50, м²/с;

t_м - температура масла (жидкости), .

н = 0,30• = 2,44•10^-5м²/с.

5. Определяем число Рейнольдса:

Re = , (16)

Re = = 1830.

6. Проверяем условие по выражению

Re< Re_кр, 1830<2300; значит режим движения - ламинарный.

7. Вычисляем коэффциент гидравлического трения:

л = , (17)

где Re - число Рейнольдса.

л = = 0,035.

8. Определяем потери давления по длине трубопровода:

?Р_дл1 = •л • , (18)

где л - коэффициент гидравлического трения;

- плотность рабочей жидкости.

?Р_дл1 = 890 • 0,035· = 30309 Па = 0,03 МПа.

9. Определяем общие потери давления в трубопроводе:

?Р₁ = ?Р_дл1 + ?Р_мс1, (19)

?Р₁ = 30309+3984 = 34293 Па = 0,034 МПа.

Определим потери давления в сливном трубопроводе при следующих исходных данных: Q_Т = 5,6·10^-4 м³/с; d_Т = 16 мм; рабочая жидкость - масло И30; максимальная температура масла t_м = 55; плотность масла = 890 кг/м³; на трубопроводе имеются 7 штуцеров и 5 плавных колен трубопровода под прямым углом; длина трубопровода l₂ = 3,5 м.

1. Определяем среднюю скорость течения в трубе:

х = = 2,79 м/с.

2. Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений:

_м = n₁ •₁ + n₂ • ₂ + … + n_i • _i,

где n₁ - штуцеры, присоединяющие трубы к гидроустройствам;

₁ - коэффициент местного сопротивления,

₁ = 0,1;

n₂ - плавные колена трубопроводов под прямым углом;

₂ - коэффициент местного сопротивления,

₂ = 0,15;

n₃ - выход их трубы в гидробак;

₃ - коэффициент местного сопротивления,

₃ = 0,75.

_м = 7·0,1+5·0,15+1·0,75 = 2,2.

3. Определяем потери давления от местных сопротивлений:

?Р_мс2 = • _м ,

где х - средняя скорость в сечении за местным сопротивлением, м/с;

_м - сумма коэффициентов местных сопротивлений;

- плотность жидкости, кг/м³.

?Р_мс2 = 890·2,2· = 7621 Па = 0,0076 МПа.

4. Определяем значение кинематического коэффициента вязкости при максимальной температуре (55):

н = 0,30• = 2,44•10^-5м²/с.

5. Определяем число Рейнольдса:

Re = ,

Re = = 1830.

6. Проверяем условие по выражению

Re< Re_кр, 1830<2300; значит режим движения - ламинарный.

7. Вычисляем коэффициент гидравлического трения:

л = ,

где Re - число Рейнольдса.

л = = 0,035.

8. Определяем потери давления по длине трубопровода:

?Р_дл2 = •л • ,

где л - коэффициент гидравлического трения;

- плотность рабочей жидкости.

?Р_дл2 = 890 • 0,035· • = 26521 Па = 0,027 МПа.

9. Определяем общие потери давления в трубопроводе:

?Р₂ = ?Р_дл2 + ?Р_мс2,

?Р₂ = 26521+7621 = 34142 Па = 0,034 МПа.

Расчет потерь давления в гидроаппаратуре.

При определении потерь (перепадов) давлений в гидроаппаратах необходимо исходить из действительных расходов, которые в общем случае отличаются от номинальных. Поэтому необходимо уточнить данные о перепадах давлений.

?Р_га = ?Р_га, (20)

где ?Р_га - действительные потери давления в гидроаппаратуре, МПа;

?Р_га^? - номинальные потери давления (при номинальном расходе), МПа;

Q_га - действительный расход через гидроаппарат (л/мин), равный расходу трубопровода Q_га = Q_Т,

Q_га = 33,6 л/мин;

Q_га^? - номинальный расход через гидроаппарат, л/мин.

1. Определяем номинальные потери давления:

на гидрораспределителе ПГ74-24: ?Р_га^? = 0,30 МПа при номинальном расходе Q_га^? = 70 л/мин;

на фильтре щелевом Г43-53: ?Р_га^? = 0,10 МПа при номинальном расходе Q_га^? = 40 л/мин;

на клапане обратном Г51-24: ?Р_га^? = 0,20 МПа при номинальном расходе Q_га^? = 70 л/мин.

2. Определяем действительные потери давления:

на гидрораспределителе:

?Р_{га рас1} = ?Р_{га рас2} = 0,3·??² = 0,069 МПа;

на фильтре щелевом:

?Р_{га ф} = 0,1·??² = 0,071 МПа;

на клапане обратном:

?Р_{га к} = 0,2·??² = 0,046 МПа.

4. Расчёт давления настройки предохранительного клапана

гидродвигатель трубопровод давление гидравлический

В разделе выполняется расчет рабочего давления гидропривода, на которое должен быть настроен предохранительный клапан.

Предохранительный (переливной) клапан обеспечивает безаварийную работу гидропривода при чрезмерных перегрузках гидродвигателя. Возникающее при этом недопустимо высокое повышение давления снимается предохранительным клапаном, который в этот момент открывается и переливает через себя часть рабочей жидкости в гидробак. Давление, при котором происходит открытие предохранительного клапана, называемое рабочим давлением гидропривода, определяется по формуле:

Р = ??Р_га + ?Р₁ + Р₂ + Р_Д, (21)

где Р - рабочие давление гидропривода (давление на которое рассчитывается предохранительный клапан), МПа;

??Р_га - сумма потерь во всех гидроаппаратах, МПа;

?Р₁, ?Р₂ - потери давления в трубопроводах, МПа;

Р_д - перепад давления на гидродвигателе, МПа.

Исходя, из данной схемы распределения давления в гидросистеме (рис. 2):

Р = ?Р₁ + ?Р_рас1 + Р_м + ?Р_рас2 + ?Р₂ + ?Р_ф + ?Р_к,

где ?Р₁, ?Р₂ - потери давления в напорном и сливном трубопроводах, МПа;

Р_м - перепад давлений на гидромоторе, МПа;

?Р_ф, ?Р_к - на фильтре и обратном клапане, МПа.

?Р_рас1, ?Р_рас2 - перепады давлений на распределителе, МПа.

Р = 0,034 + 0,069 + 10,51 + 0,069 + 0,034 + 0,071 + 0,046 = 10,833 МПа.

Заключение

В процессе выполнения работы мы проанализировали работу гидросистемы.

Рассчитали основные параметры и выбрали гидродвигатель - гидромотор: q_м = 112 см³, Р_м = 10,51 МПа, Q_м = 5,6• 10^-4 м³/с = 33,6 л/мин.

Затем выбрали гидронасос: НПлР20/16: q_н = 20 см³, n_н = 1450 об/мин, Р = 16 МПа, з_он = 0,82, з_н = 0,69.

Рассчитали диаметр трубопровода: d_Т = 16 мм. Затем рассчитали потери давления в трубопроводе и гидроаппаратуре.

Определили общие потери давления:

на напорном трубопроводе: ?Р₁ = 0,034 МПа;

на сливном трубопроводе: ?Р₂ = 0,034 МПа;

Определили действительные потери давления:

на фильтре: ?Р_га = 0,071 МПа;

на обратном клапане: ?Р_га = 0,046 МПа.

И наконец, рассчитали давление настройки предохранительного клапана: Р = 10,833 МПа.

Библиографический список

1. Бутов А.И., Водяник Г.М., Карастан П.С. «Объемный гидропривод»:учебное пособие. Новочеркасск: НПИ, 1979. - 84 с.

2. Кречко А.В. «Гидравлика»: учебное пособие; Шахтинский ин-т (филиал) ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2007. - 112 с.

3. Ковалевский В.Ф., Железняков Н.П., Беймен Ю.Б. «Справочник по гидроприводам горных машин» - М.: Недра, 1973. - 504 с.

4. Анурьев В.И. «Справочник конструктора машиностроителя» ТЗ-М.: Машиностроение, 1978. - 557 с.

5. Вильнер Я.М. «Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам» - Минск, 1985.

6. Свешников В.А., Усов А.А. «Станочные гидроприводы. Справочник» - М.: Машиностроение, 1988. = 512 с.

7. Башта Т.М. «Гидравлика, гидромашины и гидроприводы»: Учебник для студ. вузов / Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. - 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1982. - 422 с.

8. «Общие требования и правила оформления текстовых документов в учебном поцессе»/Сост.: Теняков Е.И.; Новочерк. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: НГТУ, 1998. - 28 с.

9. ГОСТ 6540-68. «Цилиндры гидравлические и пневматические. Ряды основных параметров. «М.: «Издательство стандартов», 1991. - 6 с.

10. ГОСТ 14060-68. «Гидромоторы шестеренные Ряды основных параметров.» М.: «Издательство стандартов», 1986. - 3 с.

11. ГОСТ 14062-68. «Гидромоторы поршневые. Ряды основных параметров.» М.: «Издательство стандартов», 1986. - 3 с.

Размещено на Allbest.ru