Расчет привода

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Определение параметров гидродвигателей

1.1 Определение параметров гидроцилиндров

гидродвигатель гидромотор давление циркуляция

Определяем диаметры гидроцилиндров, из условия максимального усилия на штоке.

При подаче рабочей жидкости в поршневую полость одноштокового гидроцилиндра:

, м; (1)

где R - усилие на штоке гидроцилиндра, Н;

р_ц - перепад давления на гидроцилиндре, Па;

_гм.ц - гидромеханический КПД гидроцилиндра, _гм.ц = 0,95;

(МПа).

Тогда,

(м).

В соответствии с нормалью ОН22-176-69 принимаем D₁ = 110 мм.

При подаче рабочей жидкости в штоковую полость второго гидроцилиндра:

, м; (2)

где - отношение площади поршневой полости к площади штоковой полости, принимаем = 1,6;

(м).

В соответствии с нормалью ОН22-176-69 принимаем D₂ = 250 мм.

Диаметр штока гидроцилиндра находим из соотношения:

(мм); (3)

(мм).

Диаметр штока также уточняем в соответствии с ОН22-176-69 d₁ = 70 мм, d₂ = 160 мм.

Площадь поршневой полости первого гидроцилиндра будет определяться по формуле:

(м²). (4)

Определяем площадь штоковой полости второго гидроцилиндра:

(м²). (5)

Определяем расход рабочей жидкости гидроцилиндром:

, м³/с; (6)

где _п - скорость перемещения поршня, м/с;

_о.ц - объемный КПД гидроцилиндра, _о.ц = 0,99.

Тогда для первого гидроцилиндра:

(л/с);

а для второго:

(л/с).

Определяем полную мощность гидроцилиндров:

, кВт; (7)

где _ц - полный КПД гидроцилиндра, _ц = 0,9.

Тогда для первого гидроцилиндра:

(кВт),

а для второго

(кВт).

Определяем перепад давления

в первом гидроцилиндре:

(МПа), (8)

во втором:

(МПа).

1.2 Определение параметров гидромоторов

Определяем мощность на валу гидромотора:

, Вт; (9)

где М_р - рабочий момент на исполнительном органе, Нм;

n_р - рабочая частота вращения, мин^-1;

_р - КПД редуктора, _р = 0,8.

Тогда

(Вт).

Выбираем по приложению А.2 /1/ гидромотор шестеренчатый ГМШ10 со следующими характеристиками:

- полезная мощность N_п = 5,3 кВт;

- номинальное давление р_н = 10 МПа;

- максимальное давление р_max = 12,5 МПа;

- рабочий объем V_о = 10 см³;

- крутящий момент М = 13,5 Нм;

- частота вращения номинальная n_н = 3780 мин^-1,

максимальная n_max = 4800 мин^-1;

- КПД объемный _об = 0,92;

полный _п = 0,78.

Определяем частоту вращения вала гидромотора:

, мин^-1; (10)

где n_м - номинальная частота вращения гидромотора, мин-1;

N_п - полезная (табличная) мощность гидромотора, кВт.

(мин^-1).

Определяем необходимое передаточное число редуктора по формуле:

.

Примем і_р = 190; тогда п_м = 10190=1900 (об/мин).

Определяем крутящий момент на валу гидромотора:

(Нм). (11)

Расход рабочей жидкости гидромотором можно определить по формуле:

, л/с; (12)

где V_o - рабочий объем гидромотора, см³;

_о.м - объемный КПД гидромотора, _о.м = 0,92

(м³/с).

Определяем перепад давления в гидромоторе:

, МПа (13)

где _м - полный КПД гидромотора, _м = 0,78

(МПа).

Результаты расчетов сводим в таблицу 1.

Таблица 1 - Параметры гидродвигателей

Гидродвигатель	Усилие, кН	Момент, Нм	Скорость, см/с	Частота вращения, мин-1	Диаметр гидроцилиндра, мм	Рабочий объем гидромотора, см3	Расход рабочей жидкости л/с	Перепад давления, МПа	Полная мощность, кВт
Ц1	75	12			110		1,15	8,3	10
Ц2	225	3			250		0,88	8,2	7,5
2М1			1800	10		10	0,68	8,77	6,04

2. Определение параметров и выбор насосов

Необходимую подачу насоса для питания гидродвигателя определим по формуле:

, л/с; (14)

где Q_ц(м) - расход рабочей жидкости гидроцилиндром или гидромотором, л/с;

К_п - коэффициент подачи, К_п = 1,05-1,15.

Тогда подача насоса, питающего первый гидроцилиндр, будет равна:

(л/с),

для питания второго гидроцилиндра:

(л/с),

а подача насоса, питающего спаренные гидромоторы:

(л/с).

По рассчитанной подаче и с учетом номинального давления выбираем насосы (приложение А.1 /1/):

- для питания первого гидроцилиндра шестеренчатый насос НШ50У-2 с подачей 1,45 л/с при номинальной частоте вращения 1920 мин^-1;

- для питания второго гидроцилиндра шестеренчатый насос НШ46У с подачей 1,05 л/с при номинальной частоте вращения 1500 мин^-1;

- для питания спаренных гидромоторов - шестеренчатый насос НШ32У с подачей 0,73 л/с при номинальной частоте вращения 1500 мин^-1;

Параметры выбранных насосов заносим в таблицу 2.

Таблица 2 - Характеристика выбранных насосов

Гидродвигатель	Параметры насоса	Номер потока	Принятая частота вращения, мин-1	Фактические
	Тип	Vo, см3	он	н	Требуемая частота вращения, мин-1
								подача насоса, л/с	скорость поршня, см/с	частота вращения гидромотора, мин-1
Ц1	НШ50У-2	49,1	0,92	0,83	1682	1	1682	1,27	13,2
Ц2	НШ46У	45,7	0,92	0,83	1386	2	1386	0,97	3,32
2 М1	НШ32У	31,7	0,92	0,82	1541	3	1541	0,75		2067

Требуемую частоту вращения насоса можно определить на основании зависимости:

, мин^-1; (15)

где , - табличная частота вращения и подача насоса соответственно.

Тогда

(мин^-1);

(мин^-1);

(мин^-1);

Фактическая скорость поршня гидроцилиндра будет определяться по формуле:

, см/с. (16)

Фактическая частота вращения вала гидромотора определяться по формуле:

, мин^-1; (17)

где - фактическая подача насоса, л/с;

S_ц - площадь поршневой либо штоковой полости гидроцилиндра, м²;

m - количество двигателей, работающих одновременно.

Тогда для первого гидроцилиндра

(см/с);

для второго гидроцилиндра

(см/с);

для спаренных гидромоторов

(мин^-1).

Результаты расчетов сведены в таблицу 2.

3. Выбор гидроаппаратуры

По фактической подаче насоса выбираем необходимую гидроаппаратуру. Для первого потока, при Q_н = 76,2 л/мин, принимаем:

- гидрораспределитель моноблочный Р150-В3 (Q = 100 л/мин) (приложение А.7 /1/);

- обратный клапан 61200 (Q = 100 л/мин) (приложение А.11 /1/);

- предохранительный клапан БГ52-15А (Q = 100 л/мин) (приложение А.12 /1/).

Для второго потока, при Q_н = 58,2 л/мин, принимаем:

- гидрораспределитель моноблочный Р150-В3 (Q = 100 л/мин) (приложение А.7 /1/);

- обратный клапан 61200 (Q = 100 л/мин) (приложение А.11 /1/);

- предохранительный клапан БГ52-15А (Q = 100 л/мин) (приложение А.12 /1/).

Для третьего потока, при Q_н = 45 л/мин, принимаем:

- гидрораспределитель моноблочный Р75-В3А (Q = 50 л/мин) (приложение А.7 /1/);

- предохранительный клапан БГ52-14 (Q = 70 л/мин) (приложение А.12 /1/);

- делитель потока КД-20/200 при второй настройке (Q = 40-55 л/мин);

- обратный клапан 61100, с номинальным расходом 63 л/мин.

Фильтр устанавливаем в общей сливной гидролинии, а выбираем его по суммарной подаче насосов - 97,2 л/мин:

- фильтр 1.1.40-40 (Q = 200 л/мин) (приложение А.18 /1/);

- предохранительный клапан БГ52-16 (Q = 70 л/мин) (приложение А.12 /1/).

4. Расчет параметров трубопроводов

4.1 Выбор исходных данных

При конструктивной проработке гидравлической схемы устанавливаются длины гидролиний и количество местных сопротивлений. исходные данные заносим в таблицу 3.

Таблица 3 - Исходные данные для расчета параметров трубопроводов

Гидролиния
	длина, м	кол-во колен
Всасывающая	1	2
Напорная	8	3
Сливная	9	4

4.2 Определение диаметров трубопроводов

Для определения внутреннего диаметра трубопровода необходимо задаться средней скоростью движения жидкости в трубопроводе. Примем следующие значения: для всасывающей линии - 1,5 м/с, для напорной - 5 м/с, для сливной - 2 м/с.

Диаметр трубопровода определяем по формуле:

, м; (18)

где Q - расход рабочей жидкости, л/с;

- средняя скорость движения жидкости, м/с.

Тогда в первом потоке для всасывающей гидролинии:

(м).

Диаметр трубопровода округляем в соответствии с данными, приведенными в приложении А.3 /1/ до ближайшего значения. Аналогично определяем диаметры всех трубопроводов первого и второго потоков. Результаты расчетов заносим в таблицу 4.

Таблица 4 - Результаты расчета диаметров трубопроводов

Гидролиния	Диаметр трубопровода, мм
	1-й поток	2-й поток	3-й поток
Всасывающая	40	32	32
Напорная	20	16	16
Сливная	32	25	25

4.3 Определение потерь давления по длине трубопроводов

Уточняем скорость течения рабочей жидкости в трубопроводах в соответствии с формулой:

, м/с. (19)

В качестве рабочей жидкости принимаем всесезонное гидравлическое масло ВМГЗ ТУ-38-1-01-479-79, плотность масла 860 кг/м³, кинематическая вязкость при 50 С = 10 мм²/с.

Принимаем рабочую (установившуюся) температуру рабочей жидкости равной t = 70 C.

Тогда кинематическую вязкость рабочей жидкости при данной температуре можно определить воспользовавшись следующей зависимостью:

, мм²/с; (20)

где _t - кинематическая вязкость при температуре t, мм²/с;

₅₀ - кинематическая вязкость при 50 С;

п - показатель степени, при ₅₀ = 10 мм²/с - n = 1,73.

Тогда

(мм²/с).

Рассчитываем число Рейнольдса и по его величине определяем режим течения жидкости в трубопроводе:

. (21)

Критическое число Рейнольдса для гладких трубопроводов составляет Reкр = 2300.

Определяем потери давления на трение в трубопроводах по формуле:

, Па (22)

где - плотность рабочей жидкости, кг/м³;

- коэффициент гидравлического трения;

l - длина трубопровода, м;

- скорость течения жидкости, м/с;

d - диаметр трубопровода, м.

Коэффициент гидравлического трения определяется в зависимости от режима течения жидкости, при ламинарном режиме:

; (23)

где А = 75 - для стальных труб.

При турбулентном режиме течения можно воспользоваться формулой Блазиуса:

(24)

Результаты вычислений заносим в таблицу 5

Таблица 5 - Результаты расчета потерь давления на трение по длине

Суммарные потери давления на трение в гидролинии будут равны:

- для первого гидроцилиндра

(Па);

- для второго гидроцилиндра

(Па);

- для гидромотор

(Па).

4.4 Определение потерь давления в местных сопротивлениях и гидроаппаратуре

Потери давления в местных сопротивлениях можно определить по формуле Вейсбаха:

, Па (25)

где z - количество сопротивлений одного вида;

- коэффициент местного сопротивления, для обратного клапана _кл = 2-3, для колена _к = 0,15

Потери давления в гидроаппаратах при расходе отличном от номинального можно определить по формуле:

, МПа. (26)

Расчет оформляем в виде таблицы 6.

Таблица 6 - Потери давления в местных сопротивлениях и гидроаппаратах

Поток	Гидролиния	, м/с	Потери давления
			колена	обратный клапан	гидрораспределитель, МПа	делитель потока, МПа	фильтр, МПа	двигатель, МПа
			z	рк, Па	z	ркл, Па
1	Всасывающая	1,01	2	132
	Напорная	4,04	3	3158	1	50000	0,32			8,3
	Сливная	1,58	4	644					0,1
2	Всасывающая	1,21	2	189
	Напорная	4,83	3	4514	1	50000	0,32			8,2
	Сливная	1,98	4	1011					0,1
3	Всасывающая	0,93	2	112
	Напорная	3,73	3	2692	1	50000	0,2	0,8		8,77
	Сливная	1,53	4	604	1	50000			0,1

4.5 Определение рабочего давления насосов

Давление, развиваемое насосом, определяется как сумма перепадов давления в гидросистеме:

- для первого потока

- для второго потока при работе гидроцилиндра

;

- для третьего потока при работе гидромоторов

5. Определение коэффициента полезного действия гидропривода

Определим мощность, потребляемую насосами по формуле:

, кВт; (27)

где Q_н - фактическая подача насоса, л/с;

р_н - давление, развиваемое насосом, МПа.

_н - полный КПД насоса.

Тогда для первого потока при работе первого гидроцилиндра

(кВт);

при работе второго гидроцилиндра

(кВт).

при работе гидромотора

(кВт).

КПД гидропривода определяется выражением:

; (28)

где N_дв - полезная мощность двигателя, кВт;

N_н - мощность, потребляемая насосом, кВт.

Определим полезные мощности гидродвигателей:

первого гидроцилиндра

(кВт);

второго гидроцилиндра

(кВт);

гидромотора

(кВт).

Значит при работе первого гидроцилиндра

;

при работе второго гидроцилиндра

;

при работе спаренных гидромоторов

.

6. Определение объема гидробака

Объем гидробака определяется исходя из условия обеспечения минутной подачи насоса, при максимальной подаче:

(л). (29)

В соответствии с рекомендациями, приведенными в приложении А.3 /1/ принимаем объем бака равным V = 200 л.

7. Тепловой расчет привода

Потери мощности, которые превращаются в тепло определим по формуле:

, кВт.

Наибольшие потери мощности происходят в третьем потоке:

(кВт).

Повышение температуры составит:

, С; (30)

где Т_ж - установившаяся температура рабочей жидкости в баке, 70 С;

Т_в - температура окружающего воздуха, 15 С;

S_i - площадь элементов гидропривода, м²;

К_і - коэффициент теплопередачи от рабочей жидкости окружающему воздуху, К = 9 Вт/(м²С).

(С).

Принимаем, что охлаждение рабочей жидкости происходит в баке, тогда площадь поверхности гидробака будет равна:

 (м²).

Тогда по формуле (30) получим:

(С).

Для обеспечения нормального температурного режима необходимо применить оребрение бака для увеличения поверхности теплообмена с воздухом.

При этом необходимая площадь поверхности ребер должна составить:

(м²).

Заключение

В результате выполненных расчетов были определены параметры одноштокового гидроцилиндра одностороннего действия (D = 110 мм, d = 70 мм), двухштокового гидроцилиндра двухостороннего действия (D = 250 мм, d = 160 мм), выбрана марка гидромотора (ГМШ10), разработана принципиальная схема гидропривода с разомкнутой схемой циркуляции рабочей жидкости. Была подобрана соответствующая регулирующая гидроаппаратура и рассчитаны параметры трубопроводов.

Привод первого гидроцилиндра осуществляется от насоса НШ50У-2, привод второго гидроцилиндра от насоса НШ46У; привод спаренных гидромоторов осуществляется от насоса НШ32У. КПД первого, второго и третьего потоков соответственно составили 73 %, 72 % и 55 %.

Список литературы

1.Методичні вказівки до виконання курсової роботи по дисципліні «Гідро- і пневмопривод» (для студентів спеціальності 7.090214 «Підйомно-транспортні, будівельні, дорожні машини і обладнання» денної та заочної форм навчання) / Уклад.: Б.О. Корольков, В.П.Мельник, О.Г.Водолажченко. - Макіївка: ДонДАБА, 2002. - 31 с.

2.Гидравлика, гидромашины, гидроприводы /Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. -М.: «Машиностроение», 1982, -423 с.

3.Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин. Справочник. -М.: «Машиностроение», 1983. -301 с.

4.Мандрус В.І., Лещій Н.П., Звягін В.М. Машинобудівна гідравліка. Задачі та приклади розрахунків. Львів, «Світ», 1995. -263 с.

Размещено на Allbest.ru