Проектирование объемного гидропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Волгоградский государственный технический университет»

(ФГБОУ ВО «ВГТУ»)

Автоматизированных систем, транспорта и вооружений

Автоматизации производственных процессов

Контрольная работа

По дисциплине: Гидравлические и пневматические средства автоматизации

Волгоград 2021



Задание на проектирование

Вариант 3

Условия:

Гидропередача состоит из насоса, гидромотора и гидромагистрали длиной 50 м.

Частота вращения вала гидромотора регулируется в пределах от n1=5 об/мин до n2=25 об/мин.

Максимальный крутящий момент на валу гидромотора M=3 кНм.

Предусмотреть реверсирование гидромотора и разгрузку насоса.

Руководитель курсовой работы (проекта)

С.В. Михайлов



Содержание

Введение

1. Составление схемы гидравлической принципиальной

2. Описание работы схемы

3. Выбор номинального давления

4. Расчет и выбор гидромотора

5. Расчет и выбор гидронасоса

6. Выбор рабочей жидкости

7. Выбор гидроаппаратуры и вспомогательных устройств

8. Расчет трубопроводов

9. Расчет потерь давления в гидросистеме

10. Построение напорной характеристики гидросети

11. Определение рабочего режима гидронасоса, построение совмещенной рабочей характеристики насоса и трубопровода

12. Выбор электродвигателя

13. Расчет КПД гидропривода

14. Расчет объема гидробака

Заключение

Библиографический список



Введение

Данная курсовая работа посвящена вопросам проектирования объемного гидропривода.

В работе будет рассмотрен объемный гидропривод, составлена принципиальная гидравлическая схема с перечнем элементов, описана ее работа, произведены основные расчеты и выбрано оборудование и материалы: гидродвигатели, гидронасос, рабочая жидкость, гидроаппаратура и вспомогательные устройства.

Актуальность темы курсовой работы связана в первую очередь с актуальностью использования в промышленности рассматриваемого оборудования.

Целью курсовой работы является выполнение поставленных задач в соответствии с требованиями нормативно-технической документации и стандартов.



1. Составление схемы гидравлической принципиальной

В соответствии с полученным заданием разрабатываем схему гидравлическую принципиальную.

В качестве гидромотора используем высокомоментный радиально-поршневой реверсивный гидромотор М.

В качестве гидронасоса используем регулируемый реверсивный аксиально-поршневой гидронасос для закрытых схем Н. В состав насоса Н входят собственно аксиально-поршневой насос Н1, подпиточный насос Н2, предохранительный клапан КП, два обратных клапана КО, гидроцилиндр Ц управления положением наклонной шайбы насоса Н1 и следящий гидрораспределитель Р с пропорциональным электроуправлением.

Содержание, отстой и охлаждение рабочей жидкости системы подпитки осуществляется в гидробаке Б.

Для защиты гидросистемы от перегрузок предусмотрены предохранительные клапаны КП1, КП2.

Схема гидравлическая принципиальная приведена на рисунке 1.

2. Описание работы схемы

При включении приводного двигателя приводится во вращение вал насоса Н. При этом наклонная шайба насоса установлена в нулевое положение и подача на выходе насоса Н1 равна нулю. Таким образом осуществляется разгрузка насоса.

При подаче команды на включение гидромотора М на работу с минимальной скоростью, подается соответствующий сигнал на пропорциональный распределитель Р. При этом наклонная шайба насоса Н1 цилиндром Ц устанавливается в положение подачи и насос Н1 нагнетает масло в рабочую полость гидромотора М. Масло из сливной полости гидромотора М всасывается насосом Н1. Происходит рабочая операция с заданным крутящим моментом и угловой скоростью.

Для увеличения скорости вращения вала гидромотора до максимальной скорости подается соответствующий сигнал на пропорциональный распределитель Р. При этом наклонная шайба насоса Н1 цилиндром Ц устанавливается в положение подачи и насос Н1 нагнетает масло в рабочую полость гидромотора М.

Рис. 1 - Схема гидравлическая принципиальная

Для реверса гидромотора М подается соответствующий сигнал на пропорциональный распределитель Р. При этом наклонная шайба насоса Н1 цилиндром Ц устанавливается в положение подачи и насос Н1 нагнетает масло в противоположную полость гидромотора М.

При перегрузке гидромотора М срабатывают предохранительные клапаны КП1 или КП2 (в зависимости от линии перегрузки), и масло сбрасывается из напорной линии в линию слива.

3. Выбор номинального давления

По рекомендациям [1] и ГОСТ 6540-74 принимаем номинальное давление в гидросистеме р=20 МПа.

4. Расчет и выбор гидромотора

В соответствии с рекомендациями [1] определяем тип гидромотора

.

При таком отношении рекомендуется использовать высокомоментный гидромотор.

Находим потребный рабочий объем гидромотора, м3 [1]

,

где - механический КПД гидромотора, принимаем

,

В соответствии в [2] выбираем высокомоментный радиально-поршневой гидромотор типа МРФ-1000/25М1, имеющий следующие основные параметры:

- рабочий объем - 1000 см3;

- давление номинальное - 25 МПа;

- давление максимальное - 32 МПа;

- частота вращения номинальная - 240 об/мин;

- частота вращения максимальная - 300 об/мин;

- частота вращения минимальная - 5 об/мин;

- крутящий момент номинальный - 3730 Нм;

- расход номинальный - 253 л/мин;

- КПД полный =0,87;

- КПД гидромеханический =0,9;

- КПД объемный =0,94.

Габаритный чертеж гидромотора приведен на рис.2.

Рис. 2 - Габаритный чертеж гидромотора МРФ-1000/25М1



Определяем фактический перепад давления на гидромоторе, МПа

,

,

Определяем потребный расход гидромотора при минимальной частоте вращения его вала, м3/с

,

,

Определяем потребный расход гидромотора при максимальной частоте вращения его вала, м3/с

,

,

5. Расчет и выбор гидронасоса

Определяем потребную максимальную подачу гидронасоса, л/мин

,

где - коэффициент запаса по скорости, принимаем

число питаемых насосом гидродвигателей,



,

Давление гидронасоса, МПа

,

где - коэффициент запаса по усилию, принимаем

,

В соответствии в [1] выбираем регулируемый аксиально-поршневой насос для закрытых схем типа 416.0.28 производства ПАО «ПСМ-Гидравлика», имеющих следующие основные параметры:

- рабочий объем - 0…28 см3;

- давление номинальное - 25 МПа;

- давление максимальное - 40 МПа;

- частота вращения минимальная -500 об/мин;

- частота вращения максимальная - 2000 об/мин;

- подача номинальная - 54 л/мин;

- КПД объемный =0,95;

- КПД гидромеханический =0,96;

- КПД полный =0,91.

6. Выбор рабочей жидкости

По рекомендациям [2] в качестве рабочей жидкости гидропривода принимаем рабочую жидкость ВМГЗ-10, которая является всесезонной для районов с холодным климатом.

Основа масла ВМГЗ на 100% минеральная. Оно производится из сернистой нефти, при помощи процесса глубокой парафинизации, либо гидрокрекинга для снижения вязкости. К основе добавляется пакет присадок: антипенных, противоизносных, антиокислительных. Уровень содержания присадок может несколько изменяться в зависимости от производителя.

Стандартизовано масло по ГОСТ 17479.3-85, выпускается по ТУ 38.101479. гидравлический давление трубопровод напорный

Основные характеристики ВМГЗ-10:

- плотность

- кинематическая вязкость при температуре +

- температура застывания -

7. Выбор гидроаппаратуры и вспомогательных устройств

Аппаратуру и устройства выбираем по рассчитанным подаче и давлению гидронасоса в соответствии с [2].

Клапаны предохранительные КП1, КП2

Принимаем клапан предохранительный типа Г 54-32М со следующими характеристиками:

- условный проход - 10 мм;

- номинальный расход - 35 л/мин;

- номинальное давление - 25 МПа;

8. Расчет трубопроводов

Расчетный диаметр трубопровода[2]:

,

где - подача насоса, л/мин;

- допустимая скорость движения жидкости в трубопроводе.

Поскольку привод имеет замкнутую циркуляцию, то трубопроводы рассчитываем как сливные с допускаемой скоростью = 2 м/с.

,

Принимаем для изготовления всех трубопроводов стальную бесшовную трубу по ГОСТ 8734-75 с условным проходом , наружным диаметром 25 мм и толщиной стенки 2,5 мм.

9. Расчет потерь давления в гидросистеме

Потери давления в напорной магистрали, МПа

,

где - потери давления на трение по длине трубопровода , МПа;

- местные потери давления на фитингах и переходах напорной линии, МПа;

Конструктивно принимаем дополнительные данные:

местные сопротивления в напорных трубопроводах:

- резкое сужение в наконечниках/количество ??с=0,2/4;

- тройник при проходящем потоке/количество ??тр=0,1/2;

- вход в гидромотор/количество ??вх=0,8/1;

- колена с плавным поворотом на 90°/количество ??к=0,15/2;

Уточняем действительное значение скорости жидкости в напорной гидролинии



,

,

Для определения потерь давления по длине трубопровода необходимо вычислить число Рейнольдса ( и коэффициент потерь ( на трение гидролиний.

Число Рейнольдса для круглого гладкого трубопровода определяется по формуле [3]:

,

где - скорость рабочей жидкости в трубопроводе, м/с;

d - внутренний диаметр трубопровода, м;

?? - кинематическая вязкость рабочей жидкости, для масла ВМГЗ-10 при температуре ??=20*10-6 м2/с; плотность этого масла

,

В трубопроводах режим течения ламинарный, поскольку полученное значение числа Рейнольдса ниже критического значения, равного 2300.

В этом случае коэффициент потерь на трение рассчитывается по следующей формуле

,

,

Потери на трение по длине напорного трубопровода, МПа

,

,

Потери давления на местных сопротивлениях в напорном трубопроводе, МПа

,

Рассчитаем суммарные коэффициенты местных сопротивлений в трубопроводах

,

,

,

Таким образом, по формуле (9) получаем

,

Суммарные потери давления в трубопроводах составляют

,

где подпор в сливном трубопроводе, определяется величиной настройки предохранительного клапана КП системы подпитки, принимаем



,

10. Построение напорной характеристики гидросети

Так как в гидроприводах трубопроводы относятся к коротким, то основные потери давления падают на местные сопротивления, в которых, как правило, имеет место квадратичный закон сопротивления. Поэтому сопротивление системы можно принять величиной постоянной, а уравнение (13) записать в виде:

Рw = а Q2max,

где a - сопротивление трубопровода.

Зная максимальный расход жидкости Qmax и сумму потерь давления (из формулы (16) определяем коэффициент а:

,

где - расход жидкости в сети,

,

Общее давление в гидросети, необходимое для работы гидропривода, описывается уравнением:

,

где - общее давление в гидросети, МПа;

z - число последовательно соединенных одинаковых и одновременно работающих гидродвигателей;

- перепад рабочего давления в гидромоторе;

Задаваясь значениями расхода Q, по уравнению (17) находим соответствующие значения давления, результаты заносим в табл. 1.

Таблица 1 - Результаты расчета напорной характеристики гидросети

№№ точек	Расход , м3/с	Давление , МПа
1	0	20,93
2	1,17	20,96
3	2,33	21,07
4	3,5	21,24
5	4,67	21,49

По полученным значениям строим напорную характеристику гидросети (см. рис. 3).

Рис. 3 - Напорная характеристика гидросети

11. Определение рабочего режима гидронасоса, построение совмещенной рабочей характеристики насоса и трубопровода

Расчет и выбор насоса выполнен в п.5.

Теоретическая напорная характеристика насоса Pт.н = f (Qт) при заданном числе оборотов представляет собой вертикальную прямую, а действительная Рн = f (Q) - несколько отклоняется влево при увеличении давления.

Характеристики получают опытным путем на заводских и лабораторных стендах. При наличии только табличных данных о насосе с достаточной степенью точности можно считать, что фактическая подача при нулевом перепаде давлений равна теоретической Qт (величина постоянная), а при номинальном давлении фактическая подача Qн отличается от Qт на величину объемного коэффициента полезного действия он.

Рис. 4 - Совмещенная рабочая характеристика насоса и трубопровода

Таким образом получаем следующие точки для построения упрощенной (линейной) характеристики насоса:

- точка 1,

- точка 2,

По найденным точкам на рис. 4 строим характеристику насоса. Точка пересечения характеристик насоса и трубопровода - есть рабочая точка гидросистемы.

Определим ее параметры графическим путем с учетом масштаба построения графиков

,

,

12. Выбор электродвигателя

Мощность на валу насоса, Вт

Мощность приводного двигателя, кВт

,

где - коэффициент запаса, принимаем

,

Принимаем электродвигатель 4А132М4У3 ГОСТ 19523-80 мощностью 11 кВт и синхронной частотой вращения 1500 об/мин.



13. Расчет КПД гидропривода

Мощность на выходе гидромотора при максимальной частоте вращения, Вт

,

,

КПД гидропривода

,

,

14. Расчет объема гидробака

Емкость гидробака подпиточного насоса, л, определяем по формуле[2]:

,

где - коэффициент, принимаем =2;

- подача подпиточного насоса при принятом электродвигателе с синхронной частотой вращения 1500 об/мин, 15 л/мин;

,

По ГОСТ 12448-80 принимаем =40 л.



Заключение

В данной курсовой работе рассмотрены вопросы проектирования объемного гидропривода.

Выполнен проектный расчет: подобраны гидромотор, насос, гидроаппаратура и вспомогательные устройства, трубопроводы, рассчитаны потери давления, построены характеристики трубопровода, насоса и сети, подобран приводной двигатель, рассчитан КПД привода, определен объем гидробака.

Составлена и оформлена схема гидравлическая принципиальная с перечнем элементов, описана ее работа. Разработан габаритный чертеж высокомоментного гидромотора. Работа выполнена в соответствии с требованиями нормативно-технической документации и стандартов.



Библиографический список

1. С.В. Петрашев, А.С. Огай, А.Ю. Золотуев. Расчет и выбор элементов объемного гидропривода. Методические указания для выполнения курсовой работы по специальности 150900. Морской государственный университет им. адмирала Г.И. Невельского. Владивосток. 2007 г. - 29 с.

2. Свешников В.К. Станочные гидроприводы: Библиотека конструктора. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2004. - 512 с.: ил.

3. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1971. - 672с.

4. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М.: Машиностроение, 1972. - 320 с.

5. Гейер В.Г. и др. Гидравлика и гидропривод. М.: Недра, 1981. - 302 с.

6. Двинин А.А., Безус А.А., Двинина И.С., Кудрявцева Н.А. Гидромашины и компрессоры: Методические указания к курсовой работе по гидроприводу. - Тюмень, изд-во "Нефтегазовый университет", 1999.-32 с.

7. Гидро- и пневмопривод и его элементы. Рынок продукции: Каталог. М.: Машиностроение, 1992. - 232 с.

8. Даниельянц А.А. и др. Объемный гидропривод нефтепромыслового оборудования. М.: Недра, 1975. - 176 с.

9. Молчанов А.Г. Объемный гидропривод нефтепромысловых машин и механизмов. М.: Недра, 1989. - 212 с.

Размещено на Allbest.ru