Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки

Республики Казахстан

ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д. Серикбаева

Кафедра «Технологические машины и транспорт»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Гидравлика и гидропневмопривод»

Расчет объемного гидропривода

Пояснительная записка

Специальность: 5В072400

Группа: 13-ГМ-1

Выполнил студент:

Ложников В.А.

Руководитель: Гурьянов Г.А.

Усть-Каменогорск 2015 годРазмещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Введение

1. Расчет основных параметров

1.1 Выбор типа и марки насоса

1.2 Выбор гидроцилиндра

1.3 Выбор гидромотора

1.4 Выбор гидроаппаратуры

1.4.1 Выбор гидрораспределителя

1.4.2 Выбор тормозных клапанов и гидрозамков

1.5 Выбор трубопроводов (гидролиний)

1.6 Выбор вспомогательных устройств

2. Поверочный расчет

2.1 Гидравлический расчет гидролинии

2.2 Расчет выходных параметров гидроцилиндров

2.3 Расчет выходных параметров гидромоторов

2.4 Расчет КПД гидропривода

2.5 Тепловой расчет гидропривода

Заключение

Список литературы

Приложение



ВВЕДЕНИЕ

Под объемным гидроприводом понимают совокупность устройств, в число которых входит один или несколько объемных гидродвигателей, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин с помощью рабочей жидкости под давлением.

Современный уровень развития машиностроения характеризуется широким применением объемного гидравлического привода. Широкое применение гидравлического привода объясняется целым рядом его преимуществ по сравнению с другими типами привода:

1. Удобство и простота управления, которые обусловливают небольшую затрату энергии машинистом и создают условия для автоматизации не только отдельных операций, но и всего технологического процесса, выполняемого машиной.

2. Высокая компактность при небольших массе и габаритных размерах гидрооборудования по сравнению с массой и габаритными размерами механических приводных устройств той же мощности, что объясняется отсутствием или применением в меньшем количестве таких элементов, как валы, шестеренные и цепные редукторы, муфты, тормоза, канаты и др.

3. Надежное предохранение от перегрузок приводного двигателя, системы привода, металлоконструкций и рабочих органов благодаря установке предохранительных и переливных гидроклапанов.

4. Простота взаимного преобразования вращательного и поступательного движений в системах насос - гидромотор и насос - гидроцилиндр.

5. Возможность реализации больших передаточных чисел. В объемном гидроприводе с использованием высокомоментных гидромоторов передаточное число может достигать 2000.

6. Небольшая инерционность, обеспечивающая хорошие динамические свойства привода. Это позволяет уменьшить продолжительность рабочего цикла и повысить производительность машины, так как включение и реверсирование рабочих органов осуществляются за доли секунды.

7. Бесступенчатое регулирование скорости движения, позволяющее повысить коэффициент использования приводного двигателя, упростить автоматизацию привода и улучшить условия работы машиниста.

8. Независимое расположение сборочных единиц привода, позволяющее наиболее целесообразно разместить их на машине. Насос обычно устанавливают у приводного двигателя, гидродвигатели - непосредственно у исполнительных механизмов, элементы управления - у пульта машиниста, исполнительные гидроаппараты - в наиболее удобном по условиям компоновки месте.

9. Применение унифицированных сборочных единиц (насосов, гидромоторов, гидроцилиндров, гидроклапанов, гидрораспределителей, фильтров, соединений трубопроводов и др.), позволяющее снизить себестоимость привода, облегчить его эксплуатацию и ремонт, а также упростить и сократить процесс конструирования машин.

объемный гидропривод автокран лебедка



1. Расчет основных параметров

1.1 Выбор типа и марки насоса

Полезную мощность на выходных звеньях гидродвигателей определяют по формулам:

на штоке цилиндра:

, Вт (1)

N_п=0,18*134 000=24120 Вт;

на валу гидромотора:

, Вт (2)

N_п=22000*0,1=2200 Вт;

Потребляемую насосом мощность находят по формуле [1]:

, Вт (3)

где К_с = 1,1…1,3 - коэффициент запаса по скорости, учитывающий возможные утечки в гидросистеме;

К_у = 1,1…1,2 - коэффициент запаса по усилию (крутящему моменту), учитывающий возможные потери давления в гидросистеме.

N=1,1*1,15*26320=33294,8 Вт

По потребляемой мощности и номинальному рабочему давлению в гидросистеме определяем расчетный расход насоса:

, л/мин (4)

Q=(33294,8/25000000)*61,2=0,00133 м³/с = 79,8 л/мин

По номинальному давлению и расчетному расходу выбираем тип и марку насоса 207.20 - регулируемый аксиально-поршневой насос со стальным блоком цилиндров

Техническая характеристика:

- рабочий объем - q_н = 54,8 см³/об;

- номинальное давление - p_н = 25 МПа;

- номинальная частота вращения - n_н = 1600 об/мин;

- КПД: объемный - з_он = 0,965;

полный - з_н = 0,903;

Определяем действительную производительность насоса:

, л/мин (5)

Q_н=(54,8*1600*0,965)/1000=84,6 л/мин.

Вычисляем относительную погрешность расхода:

,% (6)

дQ=(84,6-79,8)/84,6*100%=5,6%.

Погрешность не превышает допустимую (10 %), поэтому выбранный насос подходит.

1.2 Выбор гидроцилиндра

Перепад давления на поршне гидроцилиндра:

МПа, (8)

где Др = (0,1…0,15)р_н - потери давления в гидросистеме.

?p_ц=0,85*25=21,25 МПа.

Ориентировочный диаметр поршня (цилиндра)

, м (9)

=0,089 м.

Выбираем по ГОСТ 22-1417-89 гидроцилиндр 1.32.1.У - 125х80х1000 с параметрами:

- номинальное давление р_н = 32 МПа;

- диаметр поршня D = 125 мм;

- диаметр штока d = 80 мм;

- ход поршня S = 1000 мм.

- КПД: объемный - з_оц = 1;

гидромеханический - з_мц = 0,95;

1.3 Выбор гидромотора

Гидромотор предназначен для создания крутящего момента (М_м) и сообщения ведомому валу непрерывного вращения.

I вариант

Выберем низкомоментный гидромотор типа: 310.32.13.20.А - нерегулируемый аксиально-поршневой.

Техническая характеристика:

- рабочий объем - q_м = 223 см³/об;

- номинальное давление - p_н = 28 МПа;

- мощность - N_м = 66,8 кВт;

- номинальная частота вращения - n_н = 960 об/мин;

- номинальный расход - Q_м = 224 л/мин;

- КПД: объемный - з_ом = 0,96,

гидромеханический - з_гм = 0,95,

полный - з_м = 0,91;

- вес - G_м = 86 кгс.

Определяем число оборотов гидромотора:

об/мин (10)

об/мин.

Крутящий момент на валу гидромотора:

(11)

где МПа - перепад давления.

.

Из сравнения выходных параметров барабана и гидромотора следует, что между ними необходимо установить редуктор.

Вычисляем передаточное число по числам оборотов:



, (12)

;

передаточное число по крутящим моментам:

(13)

.

Выбираем редуктор типоразмера ЦЗУ-200, с параметрами:

- передаточное отношение - i_р = 80;

- КПД - з_р = 0,96;

- вес - G_р = 186 кгс.

Определяем КПД привода гидромотора - редуктора:

(14)

.

Удельный показатель массы:

, кгс/кВт (15)

.

Удельный показатель энергоемкости:

кВт/см³ (16)

кВт/см³.

II вариант

Выберем высокомоментный гидромотор радильно-поршневого типа МР-1800

Техническая характеристика:

- рабочий объем - q_н = 1809 см³/об;

- номинальное давление - p_н = 21 МПа;

- номинальная частота вращения - n_н = 80 об/мин;

- крутящий момент - М_н = 5680 Нм;

- мощность - N_н = 44,65 кВт;

- коэффициент эффективности - К_эф = 8,34;

- КПД: объемный - з_ом = 0,944;

гидромеханический - з_гм = 0,9;

полный - з_м = 0,85;

- вес - G_М = 220 кгс.

Определяем число оборотов гидромотор-барабана по формуле (10):

об/мин.

Крутящий момент на валу гидромотор-барабана по формуле (11):

.

Из сравнения выходных параметров барабана и гидромотор-барабана следует, что между ними необходимо установить редуктор.

Вычисляем передаточное число по числам оборотов по формуле (12):

.

передаточное число по крутящим моментам по формуле (13):

.

Выбираем редуктор типоразмера Ц2У-100 с параметрами:

- передаточное отношение - i_р = 10;

- КПД - з_р = 0,97; - вес - G_р = 35 кгс.

Определяем КПД привода гидромотора - редуктора по формуле (14):

.

Удельный показатель массы по формуле (15):

.

Удельный показатель энергоемкости по формуле (16):

кВт/см³.

III вариант

Выберем высокомоментный гидромотор радильно-поршневого типа МР-4500

Техническая характеристика:

- рабочий объем - q_н = 4503 см³/об;

- номинальное давление - p_н = 21 МПа;

- номинальная частота вращения - n_н = 40 об/мин;

- крутящий момент - М_н = 14000 Нм;

- мощность - N_н = 55.57 кВт;

- КПД: объемный - з_ом = 0,944;

гидромеханический - з_гм = 0,9;

полный - з_м = 0,85;

- вес - G_М = 560 кгс.

Определяем число оборотов гидромотор-барабана по формуле (10):

об/мин.

Крутящий момент на валу гидромотор-барабана по формуле (11):

.

Из сравнения выходных параметров барабана и гидромотор-барабана следует, что между ними необходимо установить редуктор.

Вычисляем передаточное число по числам оборотов по формуле (12):

.

передаточное число по крутящим моментам по формуле (13):



.

Выбираем редуктор типоразмера ЦУ-100 с параметрами:

- передаточное отношение - i_р = 2,8;

- КПД - з_р = 0,98;

- вес - G_р = 27 кгс.

Определяем КПД привода гидромотора - редуктора по формуле (14):

Удельный показатель массы по формуле (15):

.

Удельный показатель энергоемкости по формуле (16):

кВт/см³.

Показатели сравнительных вариантов сводятся в таблицу.

Вариант привода	Показатели
	зобщ	КG	КN
Гидромотор 310.32 с редуктором ЦЗУ-200	0,87	47	0,3
Гидромотор МР-1800 с Редуктором Ц2У-125	0,82	61	0,02
Гидромотор МР-4500 с редуктором ЦУ-160	0,83	105	0,01

1.1 

Из таблицы видно, что вариант привода с высокомоментным гидромотором МР-4500 и с редуктором имеет больший показатель веса, чем гидромотор 310.32 с редуктором, но имеет меньшую энергоемкость и меньший показатель КПД. Следовательно выбираем гидромотор 310.32 с редуктором ЦЗУ-200.

1.4 Выбор гидроаппаратуры

В качестве гидроаппаратуры управления потоком жидкости в гидроприводах СД и ПТМ применяют гидрораспределители, дроссели с обратными клапанами обратные клапаны, гидрозамки, тормозные клапаны, предохранительные клапаны и др.

1.4.1 Выбор гидрораспределителя

Тип и марку распределителя выбирают по номинальному давлению, подаче насоса и количеству гидродвигателей.

Выбираем секционный распределитель типа ГР-20.-20-01-02-30

Техническая характеристика:

- условный проход - D_у = 20 мм;

- номинальный расход масла - Q_н = 160 л/мин;

- максимальный расход масла - Q_max = 200 л/мин;

- номинальное давление - р_н = 32 МПа;

- внутренние утечки - ДQ_р = 115 см³/мин;

- потери давления: при номинальном расходе - Др_р = 1,5 МПа;

1.4.2 Выбор тормозных клапанов и гидрозамков

При проектировании объемных гидроприводов, регулирующая гидроаппаратура обычно не рассчитывается, а выбирается по номинальному давлению, расходу жидкости и условному проходу.

Выбираем специальный тормозной клапан модели 63.200, предназначенный для гидроприводов автомобильных и самоходных кранов.

Техническая характеристика:

- условный проход - D_у = 20 мм;

- номинальное давление - р_н = 20 МПа;

- максимальное давление - р_мах = 35 МПа;

- номинальный расход-Q=160 л/мин;

- вес G = 16 кгс.

Выбираем гидрозамки типоразмера 62.300

Техническая характеристика:

- условный проход - D_у = 25 мм;

- номинальное давление - р_н = 31,5 МПа;

- максимальное давление - р_макс = 35 МПа;

- номинальный расход Q=160 л/мин;

- потери давления при срабатывании клапана - Др_гз = 0,3 МПа;

- вес - G = 9,47 кг.

1.5 Выбор трубопроводов (гидролиний)

Внутренний диаметр трубопровода рассчитывают на основе подачи насоса (Q_н) и рекомендованных значений скорости (v) рабочей жидкости, выбираемые в зависимости от назначения трубопровода и номинального давления в гидросистеме.

Выбираем значения скоростей согласно рекомендациям:

- для всасывающего трубопровода - v_в = 0,8…1,4 принимаем 1,4 м/с;

- для сливного трубопровода - v_с =1,4… 2 принимаем 2 м/с;

- для напорного с учетом давления в гидросистеме - v_н =3,9 м/с.

Внутренний диаметр трубопровода рассчитываем по формуле:

, мм (17)

-определяем диаметр всасывающего трубопровода:

мм.

Выбираем стальную электросварную трубу по ГОСТ 10704-86 с наружным диаметром d_н = 45 мм и толщиной стенки S = 1,4 мм , тогда d_вн = 47,2 мм.

- определяем диаметр сливного трубопровода:

мм.

Выбираем стальную электросварную трубу по ГОСТ 10704-86 с наружным диаметром d_н = 40 мм и толщиной стенки S = 1,5 мм, тогда внутренний диаметр d_вн=42 мм.

- определяем диаметр напорного трубопровода:

мм.

Выбираем стальную бесшовную трубу по ГОСТ 8732-88 с наружным диаметром d_н = 42 мм и толщиной стенки S = 8 мм, тогда d_вн = 26 мм.

1.6 Выбор вспомогательных устройств

К вспомогательным устройствам относятся фильтры, теплообменники, масляные баки и т. п.

В гидросистемах СД и ПТМ применяют в основном линейные фильтры с бумажным или сетчатым фильтроэлементом, обеспечивающим тонкость фильтрации 25 и 40 мкм.

Выбираем линейный фильтр по ГОСТ 22-883-85 одинарный с бумажными фильтроэлементами. Условное обозначение 1.2.40-40.

Техническая характеристика:

- условный проход - D_у = 40 мм;

- номинальный расход - Q_н = 160 л/мин;

- номинальное давление - р_н = 0,63 МПа;

- потери давления - Др_ф = 0,25 МПа;

- тонкость фильтрации - 25 мкм;

- ресурс фильтроэлемента - 300 часов;

- вес - G = 8 кгс.



2. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ

2.1 Гидравлический расчет гидролинии

Потери давления определяются отдельно для каждой гидролинии (всасывающей, напорной, сливной) при температуре масла МГ-30, t = 50 ^оС и давлении р = 15 МПа (плотность масла с = 870 кг/м³, кинематический коэффициент вязкости v = 4 ^. 10^-5 м²/с - таблица 2, [1]).

Ввиду малой длины и большого диаметра всасывающей гидролинии потерями давления в ней можно пренебречь.

Конструктивно принимаем дополнительные данные:

длины нагнетательной и сливной гидролиний l_н = l_с = 10 м;

коэффициенты местных сопротивлений:

- резкое сужение в наконечниках (количество) - ж_с = 0,20 (8);

- резкое расширение в наконечниках (количество) - ж_р = 0,16 (8);

- вход в гидроцилиндр и фильтр (количество) - ж_вх = 0,8 (2);

- поворотные соединения (количество) - ж_п = 2 (2);

- колена с плавным поворотом - ж_к = 0,15 (4).

Вычисляем действительные скорости движения масла в напорной и сливной гидролиниях:

м/с (18)

напорная гидролиния:

м/с,



сливная гидролиния:

м/с.

Определяем числа Рейнольдса в гидролиниях:

(19)

- турбулентный режим,

- ламинарный режим.

Определяем гидравлические коэффициенты трения.

, (20)

,

, (21)

.

Определяем потери давления в напорной гидролинии:

Па (22)

МПа.

Определяем потери давления в сливной гидролинии, состоящей из двух участков: от гидроцилиндров до распределителя с d_н = 0,024 м и от распределителя до масляного бака с d_с = 0,037 м.

Па (23)

МПа.

Общие потери давления равны:

напорная гидролиния:

Др_н = Др_fн + Др_р + Др_р+ Др_ок+ 2Др_гз , Па (24)

Др_н = 0,219 + 1,5 + 0,05 + 20,3 = 2,369 МПа;

сливная гидролиния:

Др_с = Др_fс + Др_ф, Па (25)

Др_с= 0,105 + 0,25 = 0,355 МПа.

Потери давления в гидросистеме подъема составят:

Др₁ = Др_н + Др_с , Па. (26)

Др₁= 2,369 + 0,355= 2,724 МПа.

Эти потери не должны превышать запланированных в предварительном расчете (п. 1.2)

Др = 0,15 Др_н,, Па (27)

Др=0,1528 = 4,2 МПа > Др₁ = 2,724 МПа.

Потери давления в гидросистеме привода грузовой лебедки будут меньше, ввиду отсутствия гидрозамка:

Др₂ = Др₁ - 2Др_гз , Па (28)

Др₂= МПа,

которые также должны быть меньше запланированных в предварительном расчете:

Па (29)

МПа >Др₂ = 2,124 МПа.

2.2 Расчет выходных параметров гидроцилиндра

Наибольшие фактические усилия на штоке гидроцилиндра подъема стрелы будут равны:

, Н (30)

кН.

Фактические скорости движения на штоке гидроцилиндра:

м/с (31)

м/с.

Полезная мощность, развиваемая штоком гидроцилиндра по формуле (1):

кВт.

2.3 Расчет параметров гидромотора

Определяем фактический перепад давления на гидромоторе:

Др_м = р_н - Др₂, МПа (32)

Др_м = 28 - 2,124 = 25,876 МПа.

I вариант

Крутящий момент на валу гидромотора (11):

.

Крутящий момент на валу барабана:

(33)

.

Число оборотов барабана:

_б = , об/мин (34)

_б = об/мин.

II вариант

Крутящий момент на валу гидромотора (11):

.

Крутящий момент на валу барабана:

(33)

.

Число оборотов барабана:

_б = , об/мин (34)

_б = об/мин.

III вариант

Крутящий момент на валу гидромотора (11):

.



Крутящий момент на валу барабана (33):

.

Число оборотов барабана (34):

_б = об/мин.

2.4 Расчет КПД гидропривода

Коэффициент полезного действия гидропривода позволяет оценить эффективность спроектированной машины. Расчет КПД зависит от типа гидродвигателя (гидроцилиндр или гидромотор).

Для гидроприводов возвратно-поступательного действия КПД равен произведению КПД насоса (з_н), гидравлического (з_г), механический цилиндра (з_мц) и объемный распределителя (з_ор).

. (35)

Гидравлический КПД учитывает потери давления в гидролиниях и гидрооборудовании:

(36)

Объемный КПД учитывает утечки в распределителе:

(37)

Тогда полный КПД гидропривода подъема стрелы будет равен:

Для гидроприводов вращательного действия он равен произведению КПД насоса (з_н), привода гидромотор-редуктор (з_мр), объемного распределителя (з_ор) и гидравлического КПД (з_г):

(38)

Гидравлический КПД для такого привода равен:

, (39)

Полный КПД гидропривода грузовой лебедки:

I вариант

II вариант

= 0,9170,820,9240,9993=0,689.

III вариант

= 0,9170,830,9240,9993=0,698.

2.5 Тепловой расчет гидропривода

Тепловой расчет гидросистемы осуществляется с целью определения установившейся температуры рабочей жидкости, объема гидробака и поверхности теплопередачи, а также для выяснения целесообразности применения теплообменников, обеспечивающих оптимальный режим работы гидросистемы.

Мощность, подведенную к валу насоса, нужно определять с учетом динамических нагрузок в переходных режимах работы - разгона и торможения выходных звеньев гидродвигателей (поршня со штоком гидроцилиндра, вала гидромотора). Динамические нагрузки учитываются коэффициентом динамичности (k_дин), допускаемые значения которых зависят от режима работы гидропривода.

Потребляемая насосом мощность рассчитывается по формуле:

Вт (40)

кВт,

где k_дин = 1,6 - коэффициент динамичности.

Количество тепла, выделяемое гидросистемой в единицу времени, определяется по формуле:



Вт (41)

кВт,

где з_min - меньшее значение общего КПД гидроприводов стрелы и грузовой лебедки;

k_в = 0,5 - коэффициент продолжительности работы под нагрузкой;

k_д = 0,4- коэффициент использования номинального давления (данные из таблицы 1 [1]).

Количество тепла, рассеиваемое в окружающую среду с поверхностей гидрооборудования (насосов, гидромоторов, фильтров, гидроцилиндров, металлических гидролиний, гидробаков и теплообменников), определяется по формуле:

, (42)

где К - коэффициент теплопередачи поверхностей гидрооборудования в атмосферу, , К=15;

F - необходимая площадь поверхности теплообмена, м²;

t_ж - установившаяся температура жидкости, ^оС;

t_в - температура окружающего воздуха, ^оС.

В установившемся режиме работы гидросистемы Q₁ = Q₂= Q.

Необходимая площадь поверхности теплообмена:

м² (43)

м².



Необходимая площадь гидробака:

F_в = F - F_ф , м² (44)

где Fф - фактическая площадь поверхностей гидрооборудования, приведенная в таблице 1 по данным ВНИИстройдормаша.

Таблица 1 - Площади теплопередачи гидрооборудования

Гидрооборудование	Количество	Fф, м2
Насос регулируемый аксиально-поршневой 323.20	1	0,21
аксиально-поршневой гидромотор 310.32	1	0,21
Гидроцилиндр 1.25.1.У - 125х80х500	1	1,231
Трубопроводы: dн= 50 мм, dвн = 34 мм, dс= 45 мм, dвн= 42 мм	10 м	1,32 1,256
Фильтр 1.1.50-25	1	1,115
Итого	-	5,34

F_в = 11,75 - 5,34 = 6,41 м².

Площадь теплопередачи гидробаков в зависимости от его емкости (V_б) вычисляют по формуле:

(45)

Емкость гидробака принимаем равной двухминутной производительности насоса [1]:

л (46)

л.

Округляем по ГОСТ 12448-80 до 320 л.

Вычисляем площадь теплоотдачи гидробака:

м².

Определяем установившуюся температуру жидкости:

^оС (47)

^оС.

Так как установившаяся температура превышает максимально допустимую температуру жидкости (75 ^оС), то теплообменник в гидросистеме необходим.

Выбираем теплообменник с маркой калорифера КМ6-СК-1. Техническая характеристика:

- номинальный расход Q_н = 320 л/мин;

- площадь теплопередающей поверхности - F_T = 22,7 м²;

- вес - G = 77,3 кгс.

Следовательно,

^оС (48)

^оС.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовой работе был произведен расчет гидропривода подъема (опускания) стрелы автокрана и грузовой лебедки. Был произведен выбор гидронасоса, гидроаппаратуры, гидроцилиндра, трубопровода, вспомогательных устройств.

Было рассмотрено три варианта гидромотора и выбор наиболее целесообразного из них.

Эффективность спроектированной машины выражает коэффициент полезного действия гидропривода:

- Полный КПД гидропривода подъема стрелы -0,7;

- Полный КПД гидропривода грузовой лебедки - 0,665.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Краузе Г.Н., Кутилин Н.Д., Сыцко С.А. Справочное пособие «Редукторы». - Издательство «Машиностроение», Ленинград 1972.

2. Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. /Башта

Т.М., Руднев С.С, Некрасов Б.Б. и др./ - М.: Машиностроение, 1982. - 424 с.



ПРИЛОЖЕНИЕ

Размещено на Allbest.ru