Проектирование гидравлического цилиндра

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Назначение гидропривода -- это совокупность гидравлических механизмов, которые передаёт и преобразует движение с помощью рабочей жидкости.

Преимущества гидропривода и его недостатки:

1. Высокая удельная мощность гидропривода, т.е. передаваемая мощность, приходящаяся на единицу суммарного веса элементов. Этот параметр у гидравлических приводов в 3-5 раз выше, чем у электрических, причем данное преимущество возрастает с ростом передаваемой мощности.

2. Относительно просто обеспечивается возможность бесступенчатого регулирования скорости выходного звена гидропривода в широком диапазоне.

3. Высокое быстродействие гидропривода. Операции пуска, реверса и остановка выполняются гидроприводом значительно быстрее, чем другими приводами. Это обусловлено малым моментом инерции исполнительного органа гидродвигателя (момент инерции вращающихся частей гидромотора в 5-10 раз меньше соответствующего момента инерции электродвигателя).

4. Высокий коэффициент усиления гидроусилителей по мощности.

5. Сравнительная простота осуществления технологических операций при заданном режиме, а также возможность простого и надежного предохранения приводящего двигателя и элементов гидропривода от перегрузок.

6. Простота преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.

7. Свобода компоновки агрегатов гидропривода.

8. К гидравлическому приводу можно подключать любое гидравлическое оборудование: отбойные молотки, дисковые пилы, различные ковши и захваты.

9. Слабое воздействие вибрации на руки.

К недостаткам гидропривода относятся:

1. Утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления в гидросистеме, что требует высокой точности изготовления деталей гидрооборудования;

2. нагрев рабочей жидкости при работе, что приводит к уменьшению вязкости рабочей жидкости и увеличению утечек, поэтому в ряде случаев необходимо применение специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты;

3. более низкий КПД чем у сопоставимых механических передач;

4 необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости, поскольку наличие большого количества абразивных частиц в рабочей жидкости приводит к быстрому износу деталей гидрооборудования, увеличению зазоров и утечек через них, и, как следствие, к снижению объёмного КПД;

5. необходимость защиты гидросистемы от проникновения в неё воздуха, наличие которого приводит к нестабильной работе гидропривода, большим гидравлическим потерям и нагреву рабочей жидкости;

6. пожароопасность в случае применения горючих рабочих жидкостей, что налагает ограничения, например, на применение гидропривода в горячих цехах;

7. зависимость вязкости рабочей жидкости, а значит и рабочих параметров гидропривода, от температуры окружающей среды;

8. в сравнении с пневмоприводом -- невозможность эффективной передачи гидравлической энергии на большие расстояния вследствие больших потерь напора в гидролиниях на единицу длины.

Области применения гидравлического привода

Объёмный гидропривод применяется в горных и строительно-дорожных машинах. В настоящее время более 50% общего парка мобильных строительно-дорожных машин (бульдозеров, экскаваторов, автогрейдеров и др.) является гидрофицированной. Это существенно отличается от ситуации 30-х - 40-х годов 20-го века, когда в этой области применялись в основном механические передачи.

В станкостроении гидропривод также широко применяется, однако в этой области он испытывает высокую конкуренцию со стороны других видов привода.

Широкое распространение получил гидропривод в авиации. Насыщенность современных самолётов системами гидропривода такова, что общая длина трубопроводов современного пассажирского авиалайнера может достигать нескольких километров.

В автомобильной промышленности самое широкое применение нашли гидроусилители руля, существенно повышающие удобство управления автомобилем. Эти устройства являются разновидностью следящих гидроприводов. Гидроусилители применяют и во многих других областях техники (авиации, тракторостроении, промышленном оборудовании и др.).

В некоторых танках, например, в японском танке Тип 10, применяется гидростатическая трансмиссия, представляющая собой, по сути, систему объёмного гидропривода движителей. Такого же типа трансмиссия устанавливается и в некоторых современных бульдозерах.

В целом, границы области применения гидропривода определяются его преимуществами и недостатками.



1. Описание принципиальной гидравлической схемы и перечень её элементов

Рисунок 1 - Схема гидравлическая принципиальная

Б - Бак

Н - Насос

П - Клапан переливной

Р - Распределитель

Др - Дроссели

ГЦ-1 - Гидроцилиндр

ГЦ-2 - Гидроцилиндр

Данные для расчёта

Номер схемы 30

Усилие на штоке F=320кН

Длина хода поршня L=430мм

Рабочее давление гидропривода Р=20МПа

Длина напорной линии L1=8м

Длина сливной линии l2=14м

Число двойных ходов поршня в минуту m=10мин-1

Температура окружающей среды Т=-20-+40

Материал трубопровода 12Х18Н

Описание схемы:

Описание гидропривода по следующим показателям:

- питание гидропривода: Насосный;

- число потоков гидропривода: Однопоточный;

- характер циркуляции рабочей жидкости: Разомкнутый;

- регулирование скорости выдвижения выходных звеньев: Регулируемая с помощью дросселя;

- вид управления: Цикловое.

Принцип работы схемы:

Жидкость подсасывается насосом из бака, который приводится в движение электродвигателем.

При позиции распределителя В, жидкость идет, в шкотовую полость гидроцилиндра-1 и гидроцилиндра-2

Жидкость из поршневой полости идет на слив. Переливной клапан нужен для сброса лишнего давления в системе, дроссель регулирует скорость хода поршня.

Когда распределитель в позиции А происходит все наоборот.



2. Расчётная часть

2.1 Определение силовых и геометрических параметров гидроцилиндра

Определяем перепад давлений в гидроцилиндре, МПа

(1)

где -давление в поршневой полости, МПа

-давление в шкотовой полости, МПа

(с дросселем)

Определяем скорость прямого хода:

, (2)

где L-ход штока, м

m-число двойных ходов штока в минуту

Определяем силу инерции движущихся частей гидроцилиндра:

,H (3)

где

-время разгона при прямом ходе

с

-скорость прямого хода,

,H (4)

кН

, м² (5)

гидравлический цилиндр жидкость насос

где - фактическая нагрузка на штоке, Н

- общий КПД гидроцилиндра,

-перепад давлений в гидроцилиндре, МПа

м²

Определяем диаметр поршня:

(6)

Выбираем по ГОСТу 124470-80

Определяем диаметр штока:

(7)

Выбираем по ГОСТу 124470-80

Проверяем условие прочности по международному стандарту DIN3320:

(8)

где -площадь штоковой полости

-площадь поршня

, условие выполнено

(9)

(10)

Определение усилия, которое развивает гидроцилиндр принятых размеров:

(11)

условие выполнено

Определяем количество жидкости (подачу) в поршневой и штоковой полости при отсутствии сопротивления на сливе:

(12)



(13)

Определение скорости штока при условии, что в схеме установлены дроссели или регуляторы расхода:

- при максимальном открытии дросселя:

(14)

(15)

(16)

- при минимальном расходе через дроссель, когда:

,



(17)

(18)

2.2 Расчет штока на устойчивость и прочность

Определяем максимально допустимое рабочее усилие на штоке гидроцилиндра:

(19)

где - критическая сила, при которой шток теряет устойчивость и прогибается, Н

- коэффициент запаса прочности,

(для стали)

(20)

где Е - модуль упругости, МПа

- приведённая длина стержня, м

,

(21)

условие выполнено, т.к.

324636,73946915984

2.3 Определение размеров гильзы цилиндра

Толщина стенки для стальных цилиндров:

(22)

где - допускаемое напряжение смятия

МПа (для кованой углеродистой стали)

Выбираю толщину стенки гидроцилиндра

(23)

где

-условное рабочее напряжение в гидроцилиндре при испытании, МПа

Внешний диаметр гидроцилиндра:

(24)

-цилиднр толстостенный

-цилиндр тонкостенный

Определяем толщину днища:

мм (25)

мм

(26)

Определяем резьбу для крепления днища гидроцилиндра:

Обозначаем резьбу по ГОСТ 9150-81 М:

шаг резьбы

мм

мм

мм

Проверяем прочность резьбового соединения:



(27)

где - шаг резьбы, мм

-длина резьбы, находящейся в соединении, мм

(28)

МПа

2.4 Выбор уплотнения в гидроцилиндре

Манжеты уплотнительные резиновые по ГОСТ 6678-72

Манжета 1 -140-3 ГОСТ 6678-72

мм

мм

Манжета 2- 280-3 ГОСТ 6678-72

мм

мм

2.5 Выбор рабочей жидкости

Выбираем рабочую жидкость в связи с температурным режимом со следующими свойствами:

Достоинства:

- хорошие смазывающие свойства

- низкая сжимаемость

- работает в условиях широких температур

Недостатки:

- пары масла взрывоопасны

- необходима установка кондиционеров

м - вязкость при

- пределы рабочих температур

- плотность

-модуль упругости

2.6 Определение подачи насоса и выбор типа насоса

Определяем полезную мощность исполняемого звена гидродвигателя:

На штоке гидроцилиндра:

(29)

По рассчитанной мощности насосной установки определяется расход жидкости в гидросистеме:

(30)

где -номинальное рабочее давление в гидросистеме

Выбираем насос:

Аксиально-поршневой насос типа НАР ГОСТ 2. 782-88 НПР100

Определяем мощность насосной установки:

(31)

где -коэффициент запаса по усилию

-коэффициент запаса по скорости

,- число одновременно работающих цилиндров в моторов

2.7 Расчёт трубопровода

Определение условного прохода напорного трубопровода:

(32)

где - скорость жидкости,

Выбираем по ГОСТу 16516-80

мм

Проверяет напорный трубопровод на прочность

(33)

где - длина напорной линии трубопровода, м

- плотность жидкости

- время разгона, с

с

-мощность, отдаваемая в гидросистему насосом, Вт

Определение условного прохода всасывыющего трубопровода:

(34)

где - скорость жидкости,

Выбираем по ГОСТу 16516-80

мм

Определение условного прохода сливного трубопровода:

(35)

где - скорость жидкости,

Выбираем по ГОСТу 16516-80

мм

(36)



где - предел прочности, МПа

- коэффициент безопасности

-максимальное давление, МПа

Принимаем

(35)

2.8 Определение потерь давления в трубопроводе

(38)

где - коэффициент гидравлических линейных сопротивлений

-коэффициент местных сопротивлений

(39)

Суммарный коэффициент местного сопротивления:

(40)



определяем число Рейнольдса:

(41)

1133,33

Линейные сопротивления для ламинарного режима:

(42)

= Мпа

Таблица 1 - Расчет коэффициентов местных сопротивлений

Вид сопротивления	Количество	Значение
Повороты	4
Распределители	1
Входы в Гидроцилиндр	2
Дроссели	1
Клапаны	3

2.9 Выбор гидроаппаратуры

Выбираю насос исходя из рабочего давления и подачи по каталогу BoschRexroth



2.10 Определения мощности и КПД гидропривода

Полная мощность гидропривода равна мощности, потребляемой насосом, кВт:

(43)

где подача насоса,

давление, развиваемое насосом, МПа;

общий КПД насоса

Полезная мощность гидропривода , определяется как сумма действительных выходных мощностей гидродвигателей данной гидросистемы, которые определяется по их действительным выходным параметрам, полученным в проверочном расчете:

- действительная мощность на штоке гидроцилиндра

(44)

где усилие на штоке гидроцилиндра, Н;

действительная скорость перемещения выходного звена гидроцилиндра, ;

Полный КПД проектируемого гидропривода:

(45)



3. Проектирование гидроцилиндра

Проектирование гидроцилиндра производится подетально:

- проектирование гильзы

- проектирование поршня

- проектирование штока

После этого производится вычерчивание сборочного чертежа.

Рисунок 1 - Модель гильзы в 3D

Рисунок 2 - Модель поршня в 3D

Рисунок 3 - Модель штока в 3D



Список использованной литературы

1. Юнусов Г.С. Монтаж, эксплуатация и ремонт технологического оборудования [Электронный ресурс]: Уч. пособ. - ЭБС Лань, 2011. - 160 с. - Режим доступа: http://e.lanbook.com/view/book/2043/

2. Воронкин Ю.Н. Методы профилактики и ремонта промышленного оборудования [Текст]: Уч. пособ. Для СПО / Воронкин Ю.Н. - М.: Академия, 2010. - 240 с.

3. Наземцев А.С. Пневматические и гидравлические системы и приводы. Часть 2. Гидравлические приводы и системы. Основы. Уч. пособие / А.С. Наземцев, Д.Е. Рыбальченко - М.: ФОРУМ, 2007-304

4. Свешников В.К. Станочные гидроприводы [Текст]: справочник / В.К. Свешников. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2004 - 512 с.

Размещено на Allbest.ru