Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В металлорежущих станках применяются различные по назначению гидравлические приводы, которые имеют разные нагрузки и законы движения исполнительного органа станка.

Гидроприводы главного движения обеспечивают перемещение рабочего органа станка со скоростью резания. Применяются они, в основном, когда это движение поступательное и реже вращательное. В качестве исполнительных двигателей могут использоваться гидроцилиндры возвратно-поступательного движения и реверсируемые гидромоторы. При возвратно-поступательном движении могут быть оба хода рабочими с осуществлением процесса резания с одной и той же скоростью или один рабочий, а второй ход холостой без осуществления процесса резания и происходящий с большой скоростью. При вращательном движении предельные значения частот прямого и обратного вращения, как главных движений резания, могут быть разные. Поэтому регулирование скоростей прямого и обратного перемещений в гидравлических приводах с возвратно-поступательным и вращательным движениями может быть независимым.

Гидроприводы подач обеспечивают перемещение рабочего органа станка со скоростью подачи. Цикл работы гидроприводов подач несколько отличается и может включать быстрые подводы рабочего органа, рабочие подачи, выстой на упоре, быстрые отводы в исходное положение и др. Скорости движения рабочего органа для указанных элементов цикла работы отличаются и регулирование их независимое. Кроме того, привод подачи должен обеспечивать постоянство установленной скорости рабочей подачи при изменении нагрузки на рабочий орган станка, остановку рабочего органа в любом положении, исключение его самопроизвольного движения при остановке и т.д.

Гидроприводы вспомогательных устройств станка применяются как приводы транспортных устройств, механизмов зажима, устройств автоматической смены инструмента, инструментальных магазинов, манипуляторов. В зависимости от вида и назначения вспомогательного устройства к гидроприводу предъявляются соответствующие требования: возможность регулирования усилия зажима, исключение разжима при отключении или неисправности привода, уменьшение времени разгона и торможения, обеспечение плавности работы и др.

В гидроприводах станков в качестве исполнительных двигателей применяются одноштоковые простые и дифференциальные гидроцилиндры, двухштоковые гидроцилиндры, поворотные гидродвигатели и гидромоторы. В зависимости от этого имеются особенности расчёта гидросхемы привода, связанные с их различными принципами или режимами работы. При этом требуемое давление в системе рассчитывается для рабочего хода при действии максимальных полезных нагрузок, а требуемый максимальный расход определяется по максимальной скорости рабочего хода или по скорости максимальных перемещений холостого хода в зависимости от режима работы.

1. Определение сил, действующих на гидроцилиндр

1.1 Расчетная схема гидроцилиндра

На рис. 1.1 представлена схема расчетной нагрузки Fр гидроцилиндра с односторонним штоком. На поршень и шток действуют силы тяжести mg, сила трения Fтр и сила инерции Fи. Рабочий орган в обе стороны совершает рабочее перемещение со скоростью Vпх = Vох = 8 м/мин.

гидроцилиндр насос трубопровод гидроаппаратура

Рисунок 1.1 - Схема расчетной нагрузки гидроцилиндра

Для рабочего хода:

Fa = Fн-Fc-Fтп-Fтш ? Fтр = Pz+Fтн = Fрх. [1, c21]

где Fрх - расчетная нагрузка рабочего хода.

Fpx = 4500Н.

1.2 Расчетная схема поворотного моментного гидроцилиндра

На рис. 1.2 представлена расчетная схема развиваемого вращающего момента Мв и расчетного приведенного момента Мр на валу поворотного моментного лопастного цилиндра привода вспомогательных движений.

Мв ?Мр = М. [1, c. 26.]

На лопасть и вал поворотного цилиндра действуют момент сил давления Мн и противодавления Мс в полостях напора и слива, момент сил трения лопасти о корпус Мтл, момент сил трения вала в подшипниках Мтв, момент сил инерции вращающейся части гидродвигателя Мjм и расчетный приведенный момент Мр.

В зависимости от режима работы вращающий момент, развиваемый поворотным лопастным гидродвигателем, и расчетный приведенный момент к валу двигателя всех действующих нагрузок будут иметь различное выражение.

Для установившегося режима рабочего хода:

Мв = Мн-Мс-Мтл-Мтв ? Мр = Мтп±Мmg = Мрх. [1, c. 27]

где Мрх - расчетный момент при рабочем ходе.

2. Определение параметров гидродвигателя

2.1 Расчёт параметров рабочего гидроцилиндра

Так как исполнительным двигателем является одноштоковый цилиндр, то рабочие области полостей напора и слива равны и нагрузка на штоке вычисляется по формуле:

; [1, стр. 10]

где - полезный перепад давления в гидроцилиндре, ; [1, стр. 10]

- механический КПД.

Рабочая площадь поршня полости нагнетания определяется по формуле:

; [1, стр. 10]

где - при проектных расчётах может принимать значение ;

В качестве расчётного давления принимаем среднюю величину рабочего давления для соответствующей группы станков .

;

Диаметр поршня гидроцилиндра зажима (Ц1) определим по формуле:

; [1, стр. 10]

Конструктивно исходя из жесткости принимаем

Диаметр штока для дифференциальных цилиндров:

Округлив полученные значения до стандартных, рассчитываем:

=

2.2 Расчёт параметров поворотного гидродвигателя

Так как исполнительным двигателем является поворотный гидродвигатель, то рабочие области полостей напора и слива равны, крутящий момент по заданию M=3Н м, механический КПД _м =0,9. Основные конструктивные размеры можно определить из соотношения:

[1, с. 32]

где M - вращающий момент на выходном валу гидродвигателя,

- механический КПД,

- при проектных расчётах может принимать значение ,

D - диаметр поршня, мм:,

z - число зубьев реечной шестерни,

m - модуль реечной шестерни.

где z=19,



принимаем m=1,5,

принимаем

Так как исполнительным двигателем является поворотный гидродвигатель, то рабочие области полостей напора и слива равны, крутящий момент по заданию M=1Н м вертикальной подачи, механический КПД _м =0,9. Основные конструктивные размеры можно определить из соотношения:

[1, с. 32]

где M - вращающий момент на выходном валу гидродвигателя,

- механический КПД,

- при проектных расчётах может принимать значение ,

D - диаметр поршня, мм:,

z - число зубьев реечной шестерни,

m - модуль реечной шестерни.

Принимаем D=32 мм, d=16 мм, b=8.

3. Определение полезных перепадов давления для элементов цикла

3.1 Определение полезных перепадов давления

Полученные ранее параметры округляем до стандартных значений и определяем требуемый полезный перепад давления в гидроцилиндре:

, [1, стр. 10]

где F - нагрузка на штоке, Н;

D - диаметр поршня, мм;

- механический К.П.Д.

Полезный перепад давления в гидроцилиндре возвратно-поступательной подачи

.

Полезный перепад давления в гидроцилиндре:

Определяем требуемый полезный перепад давления в поворотном гидродвигателе:

[1, с. 32]

где M - вращающий момент на выходном валу гидродвигателя,

- механический КПД,

D - диаметр поршня, мм:,

z - число зубьев реечной шестерни,

m - модуль реечной шестерни.

Полезный перепад давления в поворотном гидродвигателе вертикальной подачи

3.2 Определение требуемых расходов в цилиндрах

Определим рабочие площади полостей напора и слива при прямом ходе в одноштоковом цилиндре

;

;

и соответственно для обратного хода:

;

;

Определение требуемых расходов для гидроцилиндра.

В результате подстановки соответствующих значений получим:

гидроцилиндр:

для прямого хода:

для обратного хода:

Расход жидкости для полостей напора и слива определяем по формулам:

; [1, стр. 14]

В итоге имеем:

= л/мин

3.3 Определение требуемых расходов для поворотных гидродвигателей

Исполнительным аппаратом является поворотный гидродвигатель,

[1, с. 41]

где - угловая скорость поворота выходного вала, рад/с;

D - диаметр поршня, мм:,

z - число зубьев реечной шестерни,

m - модуль реечной шестерни.

Исполнительным аппаратом является поворотный гидродвигатель поперечной подачи,

[1, с. 41]

где - угловая скорость поворота выходного вала, рад/с;

D - диаметр поршня, мм:,

3.4 Построение диаграмм расходов и перепадов давления

Рассчитанные значения расходов и полезных сводим в таблицу. Строим диаграммы зависимости расходов и полезных перепадов давления от времени цикла.

Рисунок 3.1 - Диаграмма зависимости расхода от времени



Рисунок 3.2 - Диаграмма зависимости полезного перепада давления от времени

Таблица 3.1 - Расходы и полезные перепады давления гидросистеме

	Q, л/мин	ДP, МПа
Возвратно-поступательное движение	23,56	2,65
	22,62	1,3
Поперечная подача	1,09	0,79
	1,09	0,79
Вертикальная подача	0,185	1,45
	0,185	1,45

4. Описание работы гидросхемы

От насоса жидкость поступает через регулятор расхода РР1 к распределитель РН1, включается электромагнит ЭМ1 и происходит выдвижение штока гидроцилиндра пока не сработает конечный выключатель КВ2, в этот момент срабатывает ЭМ2 (распределитель РН1 становится в нейтральном положении) и ЭМ3 на распределителе РН2, поворот вала поворотного гидродвигателя Д1 - поперечная подача.

Срабатывает конечный выключатель КВ4, в этот момент срабатывает ЭМ4 (распределитель РН2 становится в нейтральном положении) и ЭМ2 на распределителе РН1, происходит втягивание штока гидроцилиндра ГЦ пока не срабатывает КВ1. Срабатывает ЭМ1 (распределитель РН1 становится в нейтральном положении) и ЭМ5, происходит вертикальная подача - поворот вала гидродвигателя пока не сработает КВ6.

Срабатывает ЭМ6 - РН3 в нейтральном положении, ЭМ1 - выдвижение штока, пока не сработает КВ2.

Срабатывает ЭМ2 - РН1 в нейтральном положении, ЭМ4 - поперечная подача, пока не сработает КВ3.

Срабатывает ЭМ3 - РН2 в нейтральном положении, ЭМ2 - втягивание штока, пока не сработает КВ1.

Срабатывает ЭМ1 - РН1 в нейтральном положении, ЭМ6 - вертикальная подача, пока не сработает КВ5.

В нагнетающей магистрали и на сливе установлены фильтры - грубой и тонкой очистки соответственно, обеспечивающие требуемую степень очистки рабочей жидкости от механических загрязнений.

В линии нагнетания после насоса установлен предохранительный клапан непрямого действия с электромагнитной разгрузкой, настроенный на предельное давление и предохраняющий гидросистему от перегрузок и сливающий излишки рабочей жидкости в бак. Применение данного аппарата обеспечивает возможность остановки привода в любой момент времени.

Для настройки гидроаппаратуры на заданное давление в систему включён манометр, который благодаря соответствующему переходнику позволяет настраивать аппараты в требуемых точках гидросистемы.

5. Обоснование и выбор рабочей жидкости, способы и степени её очистки

Рабочим жидкостям станочных гидроприводов должны быть присущи хорошие смазочные и антикоррозионные свойства, малое изменение вязкости в широком диапазоне температур, большой модуль упругости, химическая стабильность, сопротивляемость вспениванию, совместимость с материалами гидросистемы, малая плотность, малая способность к растворению воздуха, хорошая теплопроводность, низкое давление их паров и высокая температура кипения, возможно меньший коэффициент теплового расширения, негигроскопичность и незначительная взаимная растворимость с водой, большая удельная теплоёмкость, нетоксичность и отсутствие резкого запаха, прозрачность и наличие соответствующей окраски. Жидкость должна иметь также низкую стоимость и производиться в достаточном количестве. Наиболее подходящей жидкостью является минеральное масло.

По рекомендациям справочной литературы принимаем в качестве рабочей жидкости минеральное масло ИГП-30 ТУ101413-78, которое изготовлено из нефти и достаточной селективной очистке, содержит антиокислительную, противоизносную и противопенную присадки. Данное масло имеет следующие характеристики:

- вязкость при температуре 50^?С равную 28...31 мм²/с;

- плотность 885 кг/м³;

- температура вспыхивания 200^?С;

- температура застывания -15^?С.

В нагнетающей магистрали и на сливе установлены фильтры - грубой и тонкой очистки соответственно, обеспечивающие требуемую степень очистки рабочей жидкости от механических загрязнений и элементов абразивного износа после прохождения гидросистемы станка.

6. Выбор гидроаппаратуры

Контрольно-регулирующая аппаратура подбирается по расчётным значениям рабочего давления и расходов. При выборе гидроаппаратуры необходимо учитывать, на каких участках гидролиний они должны устанавливаться. Имеются участки гидролиний, служащие только для нагнетания или слива и участки, служащие для нагнетания и слива, периодически изменяющие своё назначение. Кроме того, имеются вспомогательные участки, на которых устанавливаются предохранительные клапана, дроссели в ответвлении.

Выбираем контрольно - регулирующую гидравлическую аппаратуру из каталога [3]:

Гидрораспределитель типа МРЭ10.20-44/2 2-Ф110/50Ш (3 шт.):

диаметр условного прохода, мм………………………………………10;

номинальный расход масла, л/мин ……………………………………40;

номинальное давление, МПа…………………………………………….15.

Регулятор расхода МПГ 55-32М (3 шт.):

диаметр условного прохода, мм……………………………………10;

номинальный расход масла, л/мин……………………………………32;

номинальное давление, МПа………………………………………….20.

Предохранительный клапан давления с электромагнитной разгрузкой типа КПЭ 10-20-211К (1 шт.):

диаметр условного прохода, мм…………………………………….10;

номинальный расход масла, л/мин……………………………………40;

номинальное давление, МПа…………………………………….20.

Фильтр напорный типа 1ФГМП32Н-40М (1 шт.):

диаметр условного прохода, мм…………………………………….12;

номинальный расход, л/мин…………………………………………50.

номинальное давление, МПа………………………………………….32.

Фильтр сливной типа ФМП16-40 (1 шт.):

диаметр условного прохода, мм……………………………………. 22;

номинальный расход, л/мин…………………………………………50;

номинальное давление, МПа……………………………………… 0,4.

Манометр типа МО-250-25-0,15:

верхний предел измерения, МПа…………………………………..25;

погрешность измерения, МПа…………………………………….. 0,5.

Переключатель манометра типа ПМ 320-6:

номинальное давление, МПа……………………………………..32;

Фильтр всасывающий типа 40-80 ОСТ2 С41-2-80:

Реле давления типа ПГ62-11:

номинальное давление, Мпа……………………………………0,6-6,3;

номинальный расход, л/мин…………………………………………40.

Реле уровня типа С53-5

Реле температуры типа УМ 7117-146

7. Тепловой расчёт гидросистемы

При работе гидропривода происходит нагрев рабочей жидкости из-за потери мощности, т.к. энергия, затраченная на преодоление различных сопротивлений в гидросистеме, превращается в теплоту, поглощаемую рабочей жидкостью. Тепловой расчёт гидропривода должен быть таким, чтобы превышение установившейся температуры жидкости в баке над температурой окружающей среды было в пределах допустимого превышения температуры или температура рабочей жидкости из условия её работоспособного состояния не превышала допустимого значения . Полученная рабочей жидкостью теплота должна отдаваться в окружающую среду через поверхности стенок бака, а если этого недостаточно, то устанавливается дополнительный теплообменник.

Среднее количество теплоты, выделяемое гидросистемой в единицу времени, равно потери мощности:

[1, стр. 55]

Требуемая поверхность излучения и объём рабочей жидкости в баке:

; [1, стр. 55]

, [1, стр. 55]

где и и N_пот. - количество теплоты и потери мощности, кВт;

S_Б - площадь поверхности излучения бака, м²;

- разность температур рабочей жидкости в баке и окружающей среды, °С;

;

м²;

л.

Принимаем стандартный объём бака л.

Фактическое количество теплоты, отводимое через стенки бака определяем по формуле:

; [1, стр. 56]

где - фактическое количество теплоты, отводимое через стенки бака, кВт.

кВт.

Так как то теплообменник требуется.

. [1, стр. 56]

Теплообменник не требуется.

Литература

1) Расчёт гидравлических приводов станочного оборудования: Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию по дисц. «Гидропривод и гидропневмоавтоматика» для студ. машиностроит. спец. / В.И. Глубокий. - Мн.: БНТУ, 2005. - 80 с.

2) Свешников В.К. Станочные гидроприводы. - М.: Машиностроение 1982. - 464 с.

3) Расчёт гидравлических приводов: Методическое пособие по курсовому проектированию по дисц. «Гидропривод и гидропневмоавтоматика» для студ. машиностроит. спец. / А.М. Якимович, В.И. Клевзович, А.И. Бачанцев. - Мн.: БНТУ, 2002. - 71 с.

Размещено на Allbest.ru