Расчет объемного гидропривода вращательного движения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО "Тульский государственный университет"

Политехнический институт

Кафедра "Автоматизированные станочные системы"

Дисциплина "Гидравлические и пневматические средства автоматизации"

ЗАДАНИЕ

на контрольно-курсовую работу

"Расчет объемного гидропривода вращательного движения"

Исходные данные для расчета

1. Тип гидронасоса - аксиально-поршневой.

2. Тип и число гидродвигателей - гидромотор один.

3. Нагрузка на выходном валу гидромотора - М_м.ном = 40 Н?м.

4. Скорость вращения выходного вала гидромотора - n_м.ном = 1200 мин^-1.

5. Длина напорной гидролинии - L_н = 4,0 м.

6. Длина сливной гидролинии, - L_с = 4,0 м.

7. Тип распределителя - двухпозициционный.

8. Способ управления распределителем - ручной.

9. Режим работы привода - лёгкий.

10. Место установки фильтра - в сливной линии.

Содержание отчета:

1. Принципиальная схема гидросистемы.

2. Описание по схеме порядка работы агрегатов гидросистемы.

3. Расчёт основных параметров агрегатов гидросистемы.

4. Расчёт трубопроводов.

5. Расчёт гидроцилиндра.

6. Подбор основных агрегатов гидросистемы.

Задание выдал: ________________________ _____________________

(подпись руководителя) (Ф.И.О. руководителя)

Задание получил: ____________________ Акиншин Д. В.

(подпись студента, дата) (Ф.И.О. студента)

1. Принципиальная схема гидравлического привода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Принципиальная схема гидравлического привода

Условные обозначения элементов гидравлического привода:

Б - резервуар (бак) для рабочей жидкости;

Н - насос гидравлический нерегулируемый аксиально-поршневой;

М - приводной асинхронный электродвигатель;

КП - клапан предохранительный переливной регулируемый;

Мн - манометр;

Р - двухпозиционный 4-линейный гидравлический распределитель с ручным управлением;

ГМ гидромотор;

МО - маслоохладитель (теплообменник);

Ф - фильтр масляный полнопоточный.

Условные обозначения трубопроводов:

1 - всасывающий трубопровод;

2 - напорный трубопровод;

3 и 4 - участки сливного трубопровода;

5 и 6 - трубопроводы, соединяющие распределитель с гидромотором.

2. Описание работы гидравлического привода

Первичной частью гидропривода является нерегулируемый насос Н аксиально-поршневого типа, создающий напор рабочей жидкости, в качестве которой используется минеральное масло. Насос приводится в действие от асинхронного электродвигателя М. Энергия рабочей жидкости преобразуется в механическую работу с помощью гидравлического двигателя объемного типа - гидромотора ГМ, вал которого соединен с рабочим органом технологической машины (на схеме не показан). Гидропривод имеет разомкнутую циркуляцию рабочей жидкости, резервуаром рабочей жидкости служит масляный бак Б закрытого типа. Жидкость в баке находится под атмосферным давлением.

Для управления механизмом, приводимым в движение гидроприводом, и для обеспечения заданной скорости и направления движения механизма посредством соответствующего изменения давления и расхода рабочей жидкости в данном гидроприводе предусмотрены направляющий (распределитель Р) и регулирующий (предохранительный клапан КП) гидравлические аппараты. Перемещение золотника распределителя вправо или влево осуществляется вручную посредством ручки управления с фиксацией в каждом положении.

Необходимые качественные показатели и состояние рабочей жидкости (вязкость, температура, степень очистки) поддерживаются кондиционерами рабочей жидкости: масляным фильтром Ф и маслоохладителем МО. Дополнительное охлаждение масла также осуществляется в масляном баке Б.

Гидропривод работает следующим образом. Насос Н всасывает масло из бака Б и подает ее в гидромотор ГМ через распределитель Р. Распределитель имеет две рабочие позицию, обозначенные на схеме римскими цифрами I и II.

При установке золотника распределителя Р в левое положение I включается вращение гидромотора ГМ влево (против часовой стрелки). При этом образуется следующий гидропоток:

Масло подается в левую часть гидромотора, при этом масло из правой части ГМ сливается в бак.

При установке распределителя Р в правое положение II включается вращение гидромотора ГМ вправо (по часовой стрелке). При этом образуется следующий гидропоток:

Поскольку данный гидропривод является нерегулируемым, то избыток масла от нерегулируемого насоса Н при рабочем ходе поршня гидромотора ГМ сливается в бак через переливной клапан КП, который также предохраняет агрегаты гидропривода от перегрузки при недопустимо высоком давлении масла. Давление масла при работе гидропривода контролируется с помощью манометра Мн.

3. Выбор номинального давления и марки рабочей жидкости

В первую очередь необходимо определить режим работы данного гидропривода. Исходя из заданных исходных данных, выбираем лёгкий режим гидропривода, который характеризуется следующими характеристиками:

- интенсивность использования рабочего органа машины - до 100 включений в час;

- коэффициент использования номинального давления - не более 0,4;

- коэффициент продолжительности работы привода под нагрузкой - 0,1-0,3.

Исходя из того, что был выбран лёгкий режим работы гидропривода, оснащенного нерегулируемым аксиально-поршневым гидронасосом, номинальное давление в гидросистеме назначаем 20,0 МПа в соответствии с нормальным рядом давлений по ГОСТ 6540-74 и ГОСТ 12445-77 (МПа): 0,63 ; 1,0; 1,6; 2,5; 6,3; 10; 16; 20; 25; 32.

Выбор марки рабочей жидкости определяется режимом работы гидропривода, температурными условиями его работы, номинальным давлением рабочей жидкости. Предполагается, что гидропривод предназначен для работы при положительных температурах окружающей среды, а максимальная температура рабочей жидкости не должна превышать 60°С. Перечисленным условия соответствует минеральное масло марки МГ20, которое предназначено для применения в гидроприводах, работающих при положительных температурах в закрытых помещениях.

Масло МГ20 обладает следующими техническими характеристиками:

- кинематическая вязкость при 50°С - 20 мм²/с (20 сСт);.

- температура застывания - -40°С;

- температура вспышки - 180°С;

- плотность при 50°С - 985 кг/м³.

4. Выбор типа гидромотора

По заданным значениям крутящего момента гидромотора M_м и частоты вращения n_м определяем класс искомого гидромотора:

Так как соотношение момента к скорости меньше 10, класс искомого гидромотора низкомоментный.

По техническим характеристикам гидромоторов, серийно выпускаемых фирмой “HidraPac”, и заданным значениям M_м.ном и n_м.ном по диаграмме общего КПД гидромотора выбираем наиболее подходящий типоразмер.

Это аксиально-поршневой нерегулируемый гидромотор с реверсивным вращением приводного вала серии М0 типоразмер 14.

Условное обозначение для заказа гидромотора: М0 14 С1 04 00 00.

Основные параметры гидромотора типа М0 - 14:

- рабочий объем, q_м = 14,32 см³/об;

- давление на входе:

- номинальное (длительное), 21,0 МПа;

- максимальное (кратковременное) 25,0 МПа;

- пиковое 30,0 МПа;

- давление макс. в дренажной линии, 0,15 МПа;

- частота вращения:

- максимальная, n_м.max = 3600 об/мин;

- минимальная, n_м.min = 500 об/мин

- крутящий момент:

- оптимальный, М_м.опт = (40-50) Н?м;

- максимальный М_м.max = 60 Н?м;

- коэффициент полезного действия при заданном номинальном режиме:

- объёмный, з_м.об = 96 %;

- механический, з_м.мех = 93 %;

- полный, з_м. = 89,3%;

- тонкость фильтрации рабочей жидкости, 10 мкм.

Определим расход масла, потребляемого гидромотором. Для получения заданной скорости вращения приводного вала (n_м = 1200об/мин) в полость гидромотора с рабочим объёмом q_м = 14,32 см³ следует подать теоретический расход (л/мин):

где q_м - рабочий объем гидромотора, см³/об;

n_м.ном - число оборотов вала гидромотора, об/мин;

з_м.об - объемный к.п.д. гидромотора по его технической характеристике.

Примерно такой же объем масла будет вытесняться в сливной трубопровод из противоположной полости гидромотора. В дренаж может утекать не более 1% общего расхода.

5. Выбор типа гидронасоса

В данном однопоточном гидроприводе один насос обеспечивает питанием единственный гидромотор, поэтому его расчетная подача должна быть равной теоретическому расходу масла, подаваемого в гидромотор: Q_н = Q_м = 23,94 л/мин. Величина Q_н равна расходу гидропривода.

По каталогу фирмы “HidraPac” выбираем однопоточный нерегулируемый аксиально-поршневой насос серии V0 типоразмер 09.

Условное обозначение для заказа гидронасоса: V0 09 С1 04 00 00.

Основные параметры гидромотора типа V0 - 09:

- рабочий объем, q_н = 9,08 см³/об;

- номинальная подача рабочей жидкости, Q = 25,48 л/мин;

- давление на выходе насоса:

- номинальное (длительное), 21,0 МПа;

- максимальное (кратковременное) 27,0 МПа;

- пиковое 30,0 МПа;

- давление макс. в дренажной линии, 0,15 МПа;

- частота вращения:

- максимальная без нагрузки, n_н.max = 3900 об/мин;

- номинальная с нагрузкой, n_н.ном = 3600 об/мин;

- минимальная, n_н.min = 700 об/мин;

- полный коэффициент полезного действия при заданном номинальном режиме, з_нас. = 93%;

- тонкость фильтрации рабочей жидкости, 10 мкм.

Насос приводится от асинхронного электродвигателя 4А112М2У3 с синхронной частотой вращения 3000 об/мин и номинальной мощностью 7,5 кВт.

Максимальное давление, которое может развивать насос при перегрузках, ограничивается предохранительным клапаном. Предохранительный клапан открывается при давлении, превышающем расчетное давление насоса, на 15-30%. Исходя из указанного условия и технических параметров насоса V0 - 09, давление настройки предохранительного клапана устанавливается равным 20,0 МПа * 1,3 = 25,0 МПа.

6. Расчет трубопроводов

6.1 Расчет диаметров трубопроводов

Расчет трубопроводов состоит в определении внутреннего диаметра трубопроводов и потерь давления, возникающих при движении масла по трубопроводам и другим элементам гидропривода. Расчет трубопроводов производится по участкам, на которые разбивается гидравлическая схема гидропривода. Под участком понимается часть гидролинии между разветвлениями, пропускающая постоянный расход и имеющая постоянный диаметр. Участок может представлять собой прямолинейный участок трубы либо на нем могут быть присутствовать различные местные сопротивления (колена, тройники, крестовины, штуцеры и другие). Внутренний диаметр жесткой металлической трубы или гибкого резинометаллического рукава предварительно определяем по формуле

,

где Q - расход жидкости на рассматриваемом участке, л/мин;

v - средняя скорость жидкости, м/с.

Полученное значение диаметра округляется до величины, определяемой ГОСТ 8732-78 и ГОСТ8734-75. Затем по принятому диаметру определяется истинная средняя скорость масла в трубопроводе:

Средняя скорость масла во всасывающих и сливных трубопровода выбирается в зависимости от назначения трубопроводов, а в напорных, кроме того, - в зависимости от длины трубопровода и давления масла. Принятые и вычисленные значения расходов, диаметров и скоростей представлены в таблице 1, в которой номер участка соответствует номеру трубопровода по принципиальной схеме гидропривода (см. рис. 1). Предварительно были приняты следующие значения скоростей масла в трубопроводах: гидравлический привод трубопровод давление

- во всасывающем - 1 м/с;

- в напорном - 4 м/с;

- в сливном - 2 м/с.

Таблица 1. Исходные данные для расчета гидравлических потерь

Номер участка	Назначение линии	Скорость масла, м/с	Расход, л/мин	Внутр. диаметр, мм	Длина участка, м
		допус-тимая	вычис-ленная		вычис-ленный	приня-тый
1	Всасывающая	0,5 - 1,5	1,01	23,94	20,17	20,0	0,5
2, 5, 6.	Напорная	3,0 - 6,0	1,58	23,94	10,09	16,0	1,0; 3,0; 3,0.
3, 4, 7, 8.	Сливная	1,4 - 2,2	1,01	23,94	14,27	20,0	2,0; 1,0; 1,0; 1,0.

6.2 Расчет гидравлических потерь

Гидравлические потери, возникающие при прохождении масла по трубопроводам и гидроаппаратам, складываются из потерь на гидравлическое трение Дp_т, потерь в местных сопротивлениях Дp_м и потерь в гидроаппаратах Дp_га. Потери давления на трение (Па) определяются по формуле Дарси-Вейсбаха

,

где с - плотность масла, кг/м³;

л - коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси);

L - длина участка трубопровода, м;

v - средняя скорость масла, м/с;

d - внутренний диаметр трубопровода, м.

Потери напора в местных сопротивлениях определяются по формуле Вейсбаха:

,

где о - коэффициент местного сопротивления, зависящий от режима течения жидкости и вида местного сопротивления.

Суммарные потери давления для соответствующего трубопровода вычисляются по формуле:

Для вычисления коэффициента гидравлического трения необходимо определить режим течения жидкости в трубопроводе по числу Рейнольдса:

,

где н - кинематическая вязкость выбранного масла, м²/с.

Вычисляем число Re для напорного и сливного трубопроводов:

- для напорного - ;

- для сливного - .

Так как для обоих трубопроводов выполняется условие Re < Re_кр = 2300 , то движение масла в трубопроводах является ламинарным, следовательно, величина коэффициента гидравлического трения л определяется по эмпирической формуле:

Но эта формула не учитывает охлаждение слоев жидкости, прилегающих к стенкам трубопровода, и поэтому более предпочтительной, является формула:

- для напорного - ;

- для сливного - .

Используя расчетные значения коэффициентов л, определим потери давления на трение в напорном и сливном трубопроводах:

;

Вычислим потери давления в местных сопротивлениях.

Местными сопротивлениями в напорном трубопроводе являются золотниковый распределитель, разветвление трубопровода, вход в гидромотор, изгибы трубы.

Местными потерями в сливном трубопроводе являются выход из гидромотора, распределитель, масляный фильтр, маслоохладитель, изгибы трубы.

Потери давления в местных сопротивлениях (Па) определяются по формуле Вейсбаха:

где с - плотность масла, кг/м³;

о - коэффициент местного сопротивления;

v - средняя скорость масла, м/с.

Расчёты потерь давления в гидроаппаратах и в местных сопротивлениях сведены в таблицы 2 и 3 соответственно.

Таблица 2. Потери давления в гидроаппаратах

Наименование гидроаппарата	Марка и типоразмер	Параметры гидроаппарата	?Дpм, МПа
		табличные	в гидроприводе
		Q, л/мин	p, МПа	Q, л/мин	p, МПа
Двухпозиционный четырёхлинейный распределитель	Р102ФВ574-УХЛ4	30-40	20,0	23,94,	20,0	0,25
Масляный фильтр	FH150-04	32	1,0	23,94	20,0	0,35
Маслоохладитель	Г44-23	35	0,2	23,94	0,2	0,15

Таблица 3. Расчет потерь давления в местных сопротивлениях

Участок	Вид сопротивления	Коэффициент местного сопротивления о	Скорость масла v, м/с	Потери давления Дpм, Па	Суммарные потери давления ?Дpм, Па
Напорный	Вход в гидромотор	0,8	1,58	983	3011
	Разделение потоков	1,5		1844
	Закругленное колено - 2	0,15		184
Сливной	Выход из гидромотора	0,6	1,01	301	778
	Закругленное колено - 2	0,15		75
	Вход в маслобак	0,8		402

При последовательном соединении участков трубопроводов общая потеря давления определяется как сумма всех потерь в местных сопротивлениях и на трение на всех участках:

7. Подбор основных агрегатов гидропривода

Полный (геометрический) объем масляного бака определяется из условия трехминутной номинальной производительности насоса:

V_Б = 3?Q_н = 3?23,94 = 71,82 л (дм³).

В соответствии с ГОСТ 12448-80 выбираем номинальную вместимость масляного бака 100 дм³. Бак должен быть заполнен маслом на 0,75 - 0,80 полного объема. Таким образом, объем заливаемого в бак масла должен находиться в пределах от 75 до 80 л.

Выбираем золотниковый двухпозиционный четырёхлинейный распределитель с ручным управлением и фиксацией положений Р102ФВ574 - УХЛ4, имеющий следующие параметры:

- номинальный/максимальный расход масла - 30/40 л/мин;

- давление минимальное/номинальное/максимальное - 0,5/20,0/21,0 МПа.

Выбор марки масляного фильтра осуществляется исходя из номинальной производительности насоса (24 л/мин), давления в сливном трубопроводе (0,5 МПа) и допустимой тонкости фильтрации для аксиально-поршневых насосов и гидромоторов (10 мкм). Выбираем фильтр из фильтровальной бумаги FH150-04 с номинальной тонкостью фильтрации 10 мкм с номинальным расходом 32 л/мин и номинальным давлением 1,0 МПа, предназначенного для установки в сливной магистрали гидропривода. Код для заказа FH150 - 04 - 4 10Р010.

В качестве маслоохладителя выбираем теплообменник типа Г44-23. Теплообменник имеет принудительное воздушное охлаждение, мощность электродвигателя вентилятора 120 Вт. Технические данные теплообменника Г44-23:

- максимальный расход масла - 35 л/мин;

- максимальное давление масла на входе - 0,2 МПа;

- максимальная температура масла на входе - 70°С;

- номинальная/максимальная рассеиваемая мощность в час - 1,44/1,67 кВт.

В качестве предохранительного и переливного клапана выбираем гидроклапан 10-20-1-11, имеющий следующие основные параметры:

- номинальный/максимальный расход масла - 40/56 л/мин;

- давление настройки - 1,0-25 МПа.

В качестве манометра выбираем стрелочный манометр по ГОСТ 2405-88 (введён взамен ГОСТ 8625-77) с верхним пределом измеряемого давления 40 МПа класса точности 1,0.

8. Расчет мощности и КПД гидропривода

Полная мощность гидропривода равна мощности, потребляемой насосом, и определяется по формуле:

Полный КПД гидропривода вычисляется как произведение его механического, объемного и гидравлического КПД:

Механический КПД гидропривода равен произведению механических КПД последовательно включенных насоса, распределителя и гидромотора:

.

Аналогичным образом вычисляется объемный КПД гидропривода:

Гидравлический КПД гидропривода зависит от суммы гидравлических потерь Дp во всех последовательно включенных гидроагрегатах и трубопроводах:

Таким образом, полный КПД гидропривода равен

.

9. Проверочный расчет гидропривода

Поскольку невозможно точно подобрать элементы гидропривода, которые обеспечивали бы точные значения заданных параметров гидропривода. Цель проверочного расчета - установить действительные значения упомянутых параметров при выбранных агрегатах гидропривода. При этом проверяется действительный момент М_М.Д на выходном валу гидромотора и действительный расход рабочей жидкости Q_М.Д.

Момент на выходном валу гидромотора

Действительный расход рабочей жидкости через гидромотор:

;

Примем объемные КПД устройств, установленных между насосом и гидромотором, равными 1, тогда действительный расход рабочей жидкости в напорной линии насоса, необходимый для питания гидромотора, равен 17,900·10^-3 м³/с.

Библиографический список использованной литературы

1. Свешников В.К. Станочные гидроприводы. - М.: Машиностроение, 1995. - 448 с.

2. Юшкин В.В. Основы расчета объемного гидропривода. - Минск: Высш. шк., 1982. - 93 с.

3. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для вузов/Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. - М.: Машиностроение, 1982. - 423 с.

4. Васильченко В. А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник - М.: Машиностроение, 1983. - 301 с., илл.

5. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Объемные гидро - и пневмомашины и передачи: Учеб. пособие для вузов/А. Ф. Андреев, Л. В. Барташевич, Н. В. Богдан и др.; Под ред. В. В. Гуськова. - Мн.: Выш. шк., 1987. - 310 с.

6. Проектирование объемного гидропривода. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Гидравлика, пневматика и гидропневмоприводы» (для студентов-заочников специальности Т 04.02.00 - “Эксплуатация транспортных средств”). Могилев: Белорусско-Российский университет, 2003. - 32 с.

Размещено на Allbest.ru