Расчет и выбор гидропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В настоящее время существует множество технологических машин и комплексов, в которых применяется объёмный гидропривод.

Наиболее широко применяется в машиностроении в кузнечно-прессовом оборудовании; тракторах, дорожно-строительных машинах, автокранах (привод рабочих органов);

горной технике (проходческие щиты, гидрокрепь).

Реже - в качестве трансмиссии тяжелой военной техники, авиации (привод рулей, шасси).

Для выполнения большого объёма задач, требуется создание больших усилий в механизме. За счёт движения рабочей жидкости, на основе которой работает гидропривод, решается широкий спектр технологических задач.

Достоинства гидропривода:

1) Высокая удельная энергоемкость, равная отношению передаваемой мощности к объему или массе привода (наивысшая в общем машиностроении).

2) Малая инерционность подвижных частей.

3) Высокая жесткость.

4) Простота плавной регулировки скорости выходного звена.

5) Простота получения линейного перемещения.

Недостатки гидропривода:

1) Сложность в обслуживании (регулярная замена фильтров) из-за повышенной чувствительности к загрязнениям рабочей жидкости.

2) Низкий КПД дроссельных схем регулирования.

3) Сложность организации работы при низких (-60 ^оС) и при высоких (+120 ^оС) температурах.

4) Пожароопасность при использовании горючих рабочих жидкостей.

1. Теоретическая часть

Гидравлический привод (гидропривод) -- совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии.

Гидропривод представляет собой своего рода «гидравлическую вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.). [1]

Функции гидропривода

Основная функция гидропривода, как и механической передачи, -- преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.). Другая функция гидропривода -- это передача мощности от приводного двигателя к рабочим органам машины (например, в одноковшовом экскаваторе -- передача мощности от двигателя внутреннего сгорания к ковшу или к гидродвигателям привода стрелы, к гидродвигателям поворота башни и т.д.).

В общих чертах, передача мощности в гидроприводе происходит следующим образом:

1. Приводной двигатель передаёт вращающий момент на вал насоса, который сообщает энергию рабочей жидкости.

2. Рабочая жидкость по гидролиниям через регулирующую аппаратуру поступает в гидродвигатель, где гидравлическая энергия преобразуется в механическую.

3. После этого рабочая жидкость по гидролиниям возвращается либо в бак, либо непосредственно к насосу. [2]

Виды гидроприводов

Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объёмные:

- В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости.

- В объёмных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости.

Объёмный гидропривод -- это гидропривод, в котором используются объёмные гидромашины (насосы и гидродвигатели). Объёмной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры. К объёмным машинам относят, например, поршневые насосы, аксиально-поршневые, радиально-поршневые, шестерённые гидромашины и др.

Выбор рабочей жидкости

Для нормальной работы гидропривода рабочая жидкость должна иметь достаточную вязкость, быть однородной, обладать хорошей смазывающей способностью. Она должна сохранять свои свойства при изменении температуры, скорости и давления. Температура воспламенения рабочей жидкости гидросистем должна быть не ниже 160° С. Для получения минимальной зависимости вязкости от температуры применяют вязкостные присадки.

В качестве рабочей жидкости для гидросистем наиболее часто применяют минеральные масла.

Веретенное масло представляет собой масло, входящее в группу гидравлических индустриальных смазывающих жидкостей. Этот продукт для смазки производится из парафинистой нефти, характеризующейся малым или средним процентным содержанием серы. Процесс изготовления выполняется по специально отработанной технологии, включающей в себя селективную обработку нефтяной смеси при помощи фенола. На следующем этапе выполняется процедура депарафинизации.

Благодаря своим свойствам, веретенное масло гарантирует оптимальную работу гидравлических приводов в широком диапазоне температур: от -40°С до +60°С. Оптимальная температура, при которой масло дольше всего сберегает свои свойства - +50-60°С.

Веретенное масло с антиоксидантными добавками обеспечит возможность эксплуатации приводов в условиях взаимодействия с неблагоприятной средой. Также этот тип масла может служить сырьевой базой для производства смазочных материалов специального назначения и компонентом для смазочных жидкостей промышленных станков. [3]

Основные преимущества веретенных масел:

o стабильность эксплуатационных характеристик;

o повышенный уровень чистоты;

o устойчивость к воздействию внешней среды;

o высокая степень защиты механизмов от износа и коррозионного отложения;

o стабильность индекса вязкости;

o совместимость с различными легированными смазками аналогичного уровня вязкости

Осуществляем подбор веретенного масла по каталогу [3].

Таблица 2. Рабочая жидкость

Марка масла	Вязкость при 50°С	Температура, °С	Предел рабочих температур, °С	Объемный вес, кг/
	ССт	°Е	Застывание	вспышка
Веретенное АУ	12…14	2,05.. 2,27	-45	163	от -40 до +60	888…896

Произведём расчет объёмного гидропривода для механизма (рис. 2) в соответствии с вариантами таблицы 1 для работы в средней полосе России (t = -40…+40°С).

Таблица 3. Вариант исходных данных в соответствии с заданием

Показатели	Наименование техники
	Бульдозер Т-170
Базовое шасси
Механизм подъема стрелы (отвала)	Усилие на штоке, Н	12,0 104
	Ход поршня (штока), м	0,95
	Скорость штока (выпуск/уборка), м/сек	0,035
Р, МПа	14

Рис. 2. Общее устройство гидроцилиндра. [4]

1. Гильза (корпус цилиндра)

2. Шток

3. Штоковые уплотнения

4. Поршень

5. Поршневые уплотнения

6. БРС (быстросъёмные соединения)

7. Корпусная проушина

Расчетная схема гидроцилиндра

Рис. 3. Расчётные параметры гидроцилиндра

где:

D - диаметр поршня;

P₁ - рабочее давление в поршневой полости;

P₂ - рабочее давление в штоковой полости;

d - диаметр штока;

S - ход поршня;

Q - расход жидкости (подача);

F₁ - площадь поршня в поршневой полости;

F₂ - площадь поршня в штоковой полости;

R₁ - усилие, развиваемое штоком при его выдвижении;

R₂ - усилие, развиваемое штоком при его втягивании;

V₁, V₂ - эффективная скорость при втягивании и выдвижении штока соответственно;

По расчётной схеме гидроцилиндра (рис. 3) нужно рассчитать его параметры, а именно:

D - диаметр поршня;

d - диаметр штока;

Q - расход жидкости (подача);

F₁ - площадь поршня в поршневой полости;

F₂ - площадь поршня в штоковой полости;

R₁ - усилие, развиваемое штоком при его выдвижении;

R₂ - усилие, развиваемое штоком при его втягивании;

2.Расчётная часть

Преобразуя данную зависимость, найдём площадь F₁- поршня в штоковой полости:

1) R₁ =F₁PK_тр [1] ;

₁= = = 0,00902 м² = 90 см².

Зная площадь поршня в штоковой полости F₁, можно найти диаметр поршня D и диаметр штока из данного соотношения:

2) [1];

Из соотношения следует, что

D= = = 0,107 м = 10,7 см;

= = 0,076 м = 7,6 см.

Зная диаметр поршня D, найдём площадь поршня в поршневой полости F₂, используя данную зависимость:

3) = 0,004456м² = 44,56 см².

Зная рабочее давление P и диаметр поршня D, вычислим усилие, развиваемое штоком при его уборке R₂:

4) R₂ = F₂ P₂K_тр=

Зная параметры, найдём расход (гидроцилиндра) Q:

5) Q = ;

?_объемн возьмем равный 0,96.

Q = = 0,33 .

Далее по расчетному диаметру поршня, выбираем стандартный гидроцилиндр по каталогу. Выписываем все стандартные размеры величин гидроцилиндра из каталога [6]:

ГИДРОЦИЛИНДР ЦГ-150.105Х1000.11 подходит:

D = 11 см - диаметр поршня;

d = 8 см - диаметр штока;

R₁ = 265,96 кН - усилие, развиваемое штоком при его выдвижении;

R₂ = 125,35 кН - усилие, развиваемое штоком при его втягивании;

S = 1,1 м - ход поршня;

P = 28 - МПа номинальное давление;

P = 32 - МПа максимальное давление;

v = 0, 035 м/сек - скорость штока (выпуск/уборка);

V = 10,45 л - рабочий объем;

m = 142 кг - масса.

Расчётная часть

1) = 0,017662 м² = 176,7 см²;

2) = 0,0098125 м² = 98,13 см²;

3) Q = = = 0,000357 = 0,36 ;

4) W = 59₁ • S• 1,5 • 2 = 0,017662 (объема гидробака).

Выбор гидроаппаратуры для гидропривода

По всем полученным расчётным данным подбираем гидроаппаратуру для управления гидропривода:

1. Гидробак

2. Редукционный клапан

3. Обратный клапан

4. Манометр

5. Гидрораспределитель

6. Дроссель

7. Гидронасос

8. Фильтр

9. Расходомер.

Выбор гидробака

Гидробак (гидравлический бак) - ёмкость для поддержания давления в трубопроводной системе, хранения жидкости, а также её отстоя и охлаждения, выделения воздуха воздуха и других примесей. Вверху имеется заливная горловина с фильтром, имеет отводящие и приводящие патрубки, маслоуказатель. Объем гидравлического бака определяется исходя из общего расхода гидропривода (обычно проектируют равным двум-трём величинам подачи насоса).

В соответствии с каталогом [7] выбран гидравлический бак:

Гидравлический бак серия А линейка «Стандарт». Объем 63 литра.

Выбор редукционного клапана

Редукционный клапан - это автоматически действующий пневматический или гидравлический дроссель, предназначенный для поддержания на постоянном уровне давления на выходе при переменном давлении на входе в клапан.

Виды редукционных клапанов:

Редукционный клапан прямого действия (не требует внешнего источника питания).

Клапаны, управляемые пневмо- или электроприводом.

Рис. 5. Обозначение редукционного клапана на схеме гидропривода [16].

В соответствии с каталогом [8] выбран редукционный клапан:

DN 15 - 100 PN40:

Номинальное давление Р_ном= 40 МПа;

Выбор обратного клапана

Обратный клапан - устройство, которое пропускает поток жидкости только в одном направлении. Функциональное отличие обратного клапана от предохранительного заключается в том, что предохранительный срабатывает только в том случае, когда давление на входе достигает определённого уровня, а обратный клапан срабатывает при любом, даже самом минимальном превышении давления на входе над давлением на выходе из клапана; часто к обратным клапанам относятся гидрозамки;



Рис. 6. Обозначение обратного клапана на схеме гидропривода [16].

В соответствии с каталогом [9] выбран обратный клапан: WK 450 540

Номинальный расход Q_ном = 260 л/мин ;

Номинальное давление Р_ном35 МПа ;

Выбор манометра

Манометр - прибор, для измерения давления жидкости или газа (измеряет избыточное давление). Действие манометра основано на уравновешивании измеряемого давления силой упругой деформации трубчатой пружины или более чувствительной двухпластинчатой мембраны, один конец которой запаян в держатель, а другой через тягу связан механизмом, преобразующим перемещение упругого чувствительного элемента в круговое движение показывающей стрелки.

Для контроля и настройки на определённое давление насоса в линиях гидросистемы должны быть установлены манометры по ГОСТ 8625-77. В соответствии с ГОСТ 2405-80 манометры имеют классы точности 0,4;0,6;1;1,5;2,5 или 4.

Рис. 7. Обозначение манометра на схеме гидропривода [16].

В соответствии с каталогом [10] выбран манометр: МП40М-40МПа-G1/8 с диапазоном измерения давления от 0-40 МПа.

Выбор гидрораспределителя

Гидрораспределитель - это гидроаппарат, обеспечивающий изменение направления потока рабочей жидкости в двух или более гидролиниях при наличии внешнего управляющего воздействия.

Гидрораспределители бывают направляющими и дросселирующими. Направляющим называется гидрораспределитель, обеспечивающий перекрытие или изменение направления потока жидкости за счет полного открытия или полного перекрытия соответствующих проходных сечений.

Дросселирующим называется гидрораспределитель, обеспечивающий изменение как направления движения жидкости в нескольких гидролиниях одновременно, так и расхода в них в соответствии с внешним управляющим воздействием.

В отличие от направляющего гидрораспределителя запорно-регулирующий элемент дросселирующего гидрораспределителя может занимать бесконечное множество промежуточных "рабочих положений". При этом он одновременно работает и как запорно-регулирующий элемент регулируемого гидродросселя, создавая сопротивление прохождению потока рабочей жидкости. Обычно площадь проходного сечения в дросселирующем гидрораспределителе зависит от величины управляющего сигнала.

Гидрораспределители подразделяются:

по конструкции запорно-регулирующего элемента -- на золотниковые, крановые и клапанные;

числу внешних гидролиний -- на двухлинейные, трехлинейные и т.д.;

числу характерных позиций запорно-регулирующего элемента -- на двухпозиционные, трехпозиционные и т.д.;

виду управления -- на распределители с ручным, механическим, электрическим и гидравлическим управлением;

числу запорно-регулирующих элементов -- на одноступенчатые, двухступенчатые и. т.д

Рис. 8. Обозначение гидрораспределителя на схеме гидропривода [16].

В соответствии с каталогом [11] выбран гидрораспределитель с механическим управлением золотниковый 1Р.323.

Номинальное давление P_ном= 32 МПа;

Максимальное давление P_ном= 35 МПа;

Номинальный расход Q_ном = 500 л/мин;

Выбор дросселя

Гидравлический дроссель - регулирующий гидроаппарат, предназначенный для создания гидравлического сопротивления потоку жидкости. Дополнительное гидравлическое сопротивление создаётся за счёт изменения проходного сечения потока жидкости. Изменением гидравлического сопротивления гидродросселя создаётся необходимый перепад давлений на тех или иных элементах гидросистем, а также изменяется величина потока жидкости, проходящего через гидродроссель.

Гидродроссели по типу запорного элемента подразделяются на игольчатые, золотниковые, щелевые, тарельчатые и др.

Регулируемый дроссель -- это такой дроссель, у которого площадь его проходного сечения можно менять путём воздействия на его запорно-регулирующий элемент извне.



Рис. 9. Обозначение регулируемого дросселя на схеме гидропривода [16].

В соответствии с каталогом [12] выбран дроссель: ДК-С20.

Номинальное давление P_ном= 32 МПа;

Максимальное давление P_ном= 35 МПа;

Номинальный расход Q_ном = 63 л/мин;

Максимальный расход Q_ном = 100 л/мин.

Выбор гидронасоса

Гидронасос - устройство или механизм, который преобразует механическую энергию приводного вала в кинетическую энергию потока рабочей жидкости.

Регулируемые гидронасосы позволяют изменять величину потока рабочей жидкости за счет изменения рабочего объема.

Рис. 10. Обозначение нерегулируемого гидронасоса на схеме гидропривода [16].

В соответствии с каталогом [13] выбран гидронасос: PBF 10.4.56.04.06N.

Номинальное давление P_ном= 32 МПа;

Номинальный расход Q_ном = 86 л/мин;

Выбор фильтра

Фильтр - устройство, предназначенное для очистки рабочей жидкости путем удаления из нее твердых частиц.

Рис. 12. Обозначение фильтра на схеме гидропривода [16].

В соответствии с каталогом [14] выбран фильтр: MF 0850R010BN3HC (114-66/412)

Размер: 114x66x412 мм

Выбор расходомера

Расходомер - прибор, измеряющий объёмный расход или массовый расход вещества, то есть количество вещества (объём, масса), проходящее через данное сечение потока, например, сечение трубопровода в единицу времени.

Рис. 13. Обозначение расходомера на схеме гидропривода [16].

В соответствии с каталогом [15] выбран расходомер:

УРЖ2КМ Модель 3 ППД.

Номинальный расход Q_ном= 300 м³/час;

Номинальное давление Р_ном= 35 МПа;



Описание работы гидропривода

Жидкость поступает в трубопровод под действием насоса 1, затем манометр 2 замеряет показания ее давления. Далее, жидкость идет через обратный клапан 4 и движется через регулируемый гидравлический дроссель 5, с помощью которого можно регулировать расход жидкости (если дроссель 5 затрудняет движение жидкости, тем самым перекрывая обратный клапан, жидкость движется уже через редукционный клапан 3, выходя, непосредственно, в гидробак.) После этого она, проходя через гидрораспределитель 6, попадает в гидроцилиндры 7. Выходя из гидроцилиндров, жидкость движется обратно через расходомер 8, который замеряет расход жидкости, проходящей через сечение трубопровода, перед тем, как она пройдет через фильтр 9 и попадет обратно в гидробак 10.

Заключение

гидропривод аппаратура схема

В данной курсовой работе была осуществлена работа с учебной литературой на тему объёмного гидропривода, был произведён расчёт и выбор гидроцилиндра. Выполнена работа с каталогами, произведён поиск выбор вспомогательной гидравлической аппаратуры и подобрана рабочая жидкость для гидропривода. По всем данным была построена принципиальная схема гидропривода и произведено описание его работы. В качестве заключения построен чертёж выбранного гидроцилиндра.

Список используемой литературы

1. Схиртладзе А.Г. Гидравлические и пневматические системы: Учебное пособие для вузов. - М.: УЧЛ, 2006. - 534с. [1]

2. Свешников В.К. Станочные гидроприводы. Справочник. - М.: Машиностроение. 2004. - 512с. [2]

Гидравлическое масло АУ. [3] [Электронный ресурс]:

3. http://www.expert-oil.com/site.xp/050049049124056057048.html

4. Схема объёмного гидропривода. [4] [Электронный ресурс]: https://present5.com/gidroprivod-texnologicheskogo-oborudovaniya-rekomenduemaya-literatura-1-bashta-t/

Общее устройство гидроцилиндра. [5] [Электронный ресурс]:

5. https://psz-spb.ru/elektromontazhnye-izdeliya-i-instrumenty/elektoromontazhnyy-instrument/instrument-enerpred/domkraty-i-cilindry/cilindry-gidravlicheskie-s-proushinami-enerpred/

Каталог гидроцилиндров [6] [Электронный ресурс]:

6. http://sms-ural.com/catalog/gidrotsilindry/.

Гидробак. [7] [Электронный ресурс]:

7. https://gts-binotto.ru/magazin-gidravliki/gidrobaki/zakabinnie-gidrobaki/

8. Редукционный клапан. [8] [Электронный ресурс]: https://www.tehnoing.ru/files/passport/2.9.1

9. Обратный клапан. [9] [Электронный ресурс]: https://gpagregat.com/netcat_files/212/211/S_RU.pdf

Манометр. [10] [Электронный ресурс]:

10. http://tehbor.ru/pribori-kipia/jumas-tehbor/manometri/manometri-mp40m-g1Гидрораспределитель. [11] [Электронный ресурс]:

11. http://xn--b1ace3acjc9j.xn--p1ai/pdf/gidro/gidroraspredeliteli.pdf

Дроссель. [12] [Электронный ресурс]:

12. http://mirgidravliki.ru/katalog-oborudovaniya/rossiya/index-8/grossel_dr.htm

13. Гидронасос. [13] [Электронный ресурс]: https://vladgidroresurs.ru/catalog/pumps/

14. Фильтр. [14] [Электронный ресурс]: https://ukd174.ru/g17551602-gidrooborudovanie

15. Расходомер. [15] [Электронный ресурс]: https://www.terainvest.ru/catalog/rashodomery/rashodomery-vody/ultrazvukovoy-rashodomer-urzh2km-model-3/

16. Условные обозначения элементов гидропривода на гидравлических схемах. [16] [Электронный ресурс]: http://stanki-katalog.ru/st_81.htm

17. ГОСТ 21.101-97 «Основные требования к проектной и рабочей документации». [Электронный ресурс]: http://www.topeng.ru.

18. ГОСТ 2.781-96 ЕСКД «Обозначения условные графические. Аппараты гидравлические и пневматические, устройства управления и приборы контрольно-измерительные». [Электронный ресурс]: http://www.gosthelp.ru.

Размещено на Allbest.ru