Проектування гідроприводу до свердлильні верстати для виконання автоматичного циклу рухів

Міністерство освіти РФ

Дисципліна: гідропневмоприводів

Курсова робота

Тема: Проектування гідроприводу до свердлильні верстати для виконання автоматичного циклу рухів

Зміст

1. Визначення основних параметрів виконавчих гідродвигунів і вибір їх типорозмірів

   1. Вибір виконавчого гідродвигуна для забезпечення вертикальної подачі свердлильної голівки.

   2. Вибір виконавчого гідродвигуна для забезпечення повороту столу на якому встановлена ​​деталь.

   3. Вибір виконавчого гідродвигуна для забезпечення фіксації стола.

2. Проектування принципової гідравлічної схеми.

   1. Вибір схеми установки дроселя.

   2. Визначення кількості дроселів і регуляторів витрати.

   3. Вибір схем розгалуження потоків і визначення загального виду гідросхеми.

3. Визначення основних параметрів гідросистеми і вибір обладнання.

   1. Розрахунок подачі масла у виконавчі гідродвигуни.

   2. Розрахунок сил тертя.

   3. Розрахунок тисків в гідросистемі.

   4. Вибір гідроапаратів і визначення втрат тисків.

1. Визначення основних параметрів виконавчих гідродвигунів і вибір їх типорозмірів

В якості виконавчих гідродвигунів (ГД) можуть бути використані: гідроциліндри (Ц), гідромотори (М), і поворотні гідравлічні двигуни (Д).

Кількість обраних ГД дорівнює числу рухів, зазначених у завданні на курсове проектування.

У курсовій роботі потрібно забезпечити три різних руху:

• Вертикальна подача свердлильної головки (ВСГ)

• Поворот столу на якому встановлена ​​деталь (ПС)

• Фіксація столу (Ф)

• . Вибір виконавчого гідродвигуна для забезпечення вертикальної подачі свердлильної головки

В якості виконавчого ГД для забезпечення даного типу руху кращими є гідроциліндри. Але за завданням потрібно забезпечити значну довжину переміщення робочого органу (1550 мм.). За таких переміщеннях довжина ходу Ц визначає зону нестійкого руху. Тому в якості виконавчого двигуна вибираємо гідромотор.

Крутний момент на валу:

Н × м

де: К ₁ = 1.2 - коефіцієнт запасу за навантаженням;

R - технологічна навантаження, Н;

d ₂ = 30 ÷ 35 - середній діаметр ходового гвинта, мм;

λ - кут підйому різьби ходового гвинта;

ρ - кут тертя.

R = R ± m _пч gsin (b) = 16000 +360 * sin 90 º = 19531,6 Н.

Мінімальна частота обертання ходового гвинта:

об / хв

Максимальна частота обертання ходового гвинта:

об / хв

Зіставляючи розраховані величини з паспортними даними вибираємо гідромотор типу Г15-23Н з наступними характеристиками:

• Робочий об'єм: V = 40 см ³

• Номінальна витрата масла: Q = 38.4 л / хв

• Номінальний обертальний момент на валу: М _ном = 33.3 Н · м

• Номінальний тиск на вході мотора: Р _ном = 6.3 МПа

• Номінальна частота обертання вала: n _ном = 960 об / хв

• Максимальна частота обертання вала: n _max = 1800 об / хв

• Мінімальна частота обертання вала: n _min = 20 об / хв

Через те, що мінімальна частота обертання ходового гвинта значно менше мінімальної частоти обертання вала гідромотора, виникає необхідність застосування понижуючого редуктора. Вал гідромотора через муфту з'єднується з редуктором, вихідний вал якого безпосередньо з'єднується з ходовим гвинтом.

Розрахункове передавальне число редуктора визначається за формулою:

Це передавальне число округлюється в більшу сторону до значення із стандартного ряду. Приймаються u = 6,3

Гідромотор і редуктор підібрані вірно якщо виконуються наступні умови:

1.2. Вибір виконавчого гідродвигуна для забезпечення повороту столу на якому встановлена ​​деталь

У тих випадках, коли робочий орган верстата (у нашому випадку це стіл) робить поворот спочатку в один бік а потім в протилежну, доцільно використовувати поворотні гідродвигуни (Д).

Вихідними даними для їх вибору є:

• Н · м - крутний момент, необхідний для забезпечення поворотного руху;

• c ^-1 - максимальна кутова швидкість обертання;

• - Максимальний кут повороту.

Вибираємо поворотний гідродвигун ДПГ63 має такі характеристики:

• Робочий об'єм на кут повороту 270 º: V = 200 см ³

• Витрата масла при максимальній швидкості повороту: Q = 6.3 л / хв

• Номінальний обертовий момент: М _ном = 630 Н · м

• Номінальний тиск нагнітання: Р _ном = 16 Мпа

• Максимальний тиск нагнітання: Р _max = 20 МПа

• Максимальна кутова швидкість повороту: ω _{Д max} = 3.14 c ^-1

1.3. Вибір виконавчого гідродвигуна для забезпечення фіксації стола

Для фіксації стола будемо використовувати гідроциліндр. Для цього необхідно визначити розрахунковий діаметр поршня:

мм

Округлюємо розрахунковий діаметр до стандартного значення: D _p = 63 мм.

Перевіряємо виконання наступної умови:

л / хв

За завданням необхідно забезпечити хід 9 мм. Вибираємо стандартне значення ходу S = 10 мм.

Вибираємо гідроциліндр з наступними характеристиками:

• - Діаметр циліндра;

• - Діаметр штока;

• - Хід поршня.

2. Проектування принципової гідравлічної схеми

Перед складанням схеми необхідно вибрати спосіб регулювання швидкості вихідних ланок гідродвигунів. У курсовій роботі використовується дросельний спосіб управління, що полягає у створенні гідравлічного опору потоку рідини, шляхом зміни прохідного перерізу.

Схема проектується на основі наявних циклограм руху робочих органів верстата.

2.1. Вибір схеми установки дроселя

У даному випадку доцільно використовувати схеми установки дроселя на вході гідродвигуна. Така схема дозволяє забезпечити більш високий до п. д.

2.2. Визначення кількості дроселів і регуляторів витрати

Кількість дроселів і регуляторів витрати вибирається окремо для кожного гідродвигуна, за циклограмою руху робочих органів верстата. Для швидких переміщень використовуються дроселі, а для робочих подач - регулятори витрати.

2.2.1.Для руху L 1 (гідромотор):

Робочий орган верстата робить рух по наступному циклу: стоп (С) → швидко вперед (БВ) → робоча подача зі швидкістю 1 (РП1) → швидко тому (БН) → стоп (С) → робоча подача зі швидкістю 2 (РП2) → швидко тому (БН) → стоп протягом часу між циклами (ВМЦ).

Об'єднуємо руху по групах. Першій групі відповідають швидкі переміщення - БВ і БН, другої групи - робоча подача РП. По таблиці 2.1 [1, с.21] знаходимо необхідну кількість дроселів і регуляторів витрати для кожної з груп:

• Перша група: необхідну кількість дроселів - 1

• Друга група: необхідну кількість регуляторів витрати - 1

Таким чином, загальна кількість апаратів:

• Дроселі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .1 шт.;

• Регулятори витрати ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1 шт.

2.2.2.Для руху L 2 (поворотний гідродвигун):

Робочий орган верстата робить рух по наступному циклу: стоп (С) → швидко вперед (БВ) → стоп (С) → швидко тому (БН) → стоп (С).

Об'єднуємо руху по групах. Першій групі відповідають швидкі переміщення - БВ і БН. По таблиці 2.1 [1, с.21] знаходимо необхідну кількість дроселів і регуляторів витрати для кожної з груп:

• Перша група: необхідну кількість дроселів - 1

Таким чином, загальна кількість апаратів:

• Дроселі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .1 шт.

2.2.3.Для руху L 3 (односторонній гідроциліндр з пружинним поверненням):

Робочий орган верстата робить рух по наступному циклу: віджимання (О) → стоп (С) → затиск (З) → стоп (С) → віджимання (О) → стоп (С) → затиск (З) → стоп (С).

Об'єднуємо руху по групах. Першій групі відповідають руху - О і З. По таблиці 2.1 [1, с.21] знаходимо необхідну кількість дроселів і регуляторів витрати для кожної з груп:

• Перша група: необхідну кількість дроселів - 2

Таким чином, загальна кількість апаратів:

• Дроселі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .2 шт.

Отже, в гідравлічній схемі знадобиться:

• Дроселі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .4 шт.;

• Регулятори витрати ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .1 шт.

3. Вибір схем розгалуження потоків і визначення загального виду гідросхеми

Принцип роботи гідроприводу, зібраного за складеною гідравлічної схеми досить простий: масло проходить через певний налаштований дросселирующий апарат і надходить у напірну порожнину відповідного гідродвигуна. У цей же час масло з зливний порожнини витісняється і надходить на злив, в масляний бак.

Різні ділянки циклограми показують, що масло, протягом циклу, має спрямовуватися з різних трубопроводах, проходити через різні дросселирующие апарати і надходити до гідродвигуна. Таким чином, гідравлічна схема будується на основі розгалуження потоків. Цей принцип дозволяє досягти інваріантності напрямки потоків.

2.3.1. Для руху L 1 (гідромотор):

Необхідна кількість дросселирующих апаратів вже визначено раніше: дроселів - 1 шт., Регуляторів витрати - 1 шт.

Покажемо шлях масла від напірної лінії (поз. 1) до зливної (поз. 8) для кожної з ділянок циклограми.

Ділянка 1, 2, 3 (С - стоп): масло до гідромоторів не надходить.

Ділянка 4 (БВ - швидко вперед): 1 - Р1 - 4 - ДР - 3 - РП (через КО) - 2 - Р1 - 5 - Р2 - 6 - М - 7 - Р2 - 8.

Ділянка 5 (РП - робоча подача): 1 - Р1 - 2 - РП - 3 - ДР (через КО) - 4 - Р1 - 5 - Р2 - 6 - М - 7 - Р2 - 8.

Ділянка 6 (БН - швидко назад): 1 - Р1 - 4 - ДР - 3 - РП (через КО) - 2 - Р1 - 5 - Р2 - 7 - М - 6 - Р2 - 8.

Ділянка 7,8 (С - стоп): масло до гідромоторів не надходить.

Ділянка 9 (РП - робоча подача): 1 - Р1 - 2 - РП - 3 - ДР (через КО) - 4 - Р1 - 5 - Р2 - 6 - М - 7 - Р2 - 8.

Ділянка 10 (БН - швидко назад): 1 - Р1 - 4 - ДР - 3 - РП (через КО) - 2 - Р1 - 5 - Р2 - 7 - М - 6 - Р2 - 8.

Ділянка 11 (ВМЦ - час між циклами): масло до гідромоторів не надходить.

Рис. 1. Принципова гідравлічна схема приводу робочого органу верстата для здійснення вертикальної подачі свердлильної голівки.

2.3.2. Для руху L 2 (поворотний гідродвигун):

Необхідна кількість дросселирующих апаратів вже визначено раніше: дроселів - 1 шт.

Покажемо шлях масла від напірної лінії (поз. 1) до зливної (поз. 5) для кожної з ділянок циклограми.

Ділянка 1 (С - стоп): масло до гідродвигуна не надходить.

Ділянка 2 (БВ - швидко вперед): 1 - ДР - 2 - Р - 3 - Д - 4 - Р - 5.

Ділянка 3, 4, 5, 6 (С - стоп): масло до гідродвигуна не надходить.

Ділянка 7 (БН - швидко назад): 1 - ДР - 2 - Р - 4 - Д - 3 - Р - 5.

Ділянка 8, 9, 10, 11 (С - стоп): масло до гідродвигуна не надходить.

Рис. 2. Принципова гідравлічна схема приводу робочого органу верстата для здійснення повороту столу.

2.3.3. Для руху L 3 (гідроциліндр односторонній з пружинним поверненням):

Необхідна кількість дросселирующих апаратів вже визначено раніше: дроселів - 1 шт.

Покажемо шлях масла від напірної лінії (поз. 1) до зливної (поз. 4) для кожної з ділянок циклограми.

Ділянка 1 (О - віджимання): Ц (поворотна пружина) - 3 - Р - 4.

Ділянка 2 (С - стоп): тиск вирівнюється з атмосферним.

Ділянка 3 (З - затиск): 1 - ДР - 2 - Р - 3 - Ц.

Ділянка 4, 5 (С - стоп): тиск підтримується максимальним.

Ділянка 6 (О - віджимання): Ц (поворотна пружина) - 3 - Р - 4.

Ділянка 7 (С - стоп): тиск вирівнюється з атмосферним.

Ділянка 8 (З - затиск): 1 - ДР - 2 - Р - 3 - Ц.

Ділянка 9, 10, 11 (С - стоп): тиск підтримується максимальним.

Рис. 3. Принципова гідравлічна схема приводу робочого органу верстата для здійснення фіксації стола.

Рис. 4. Принципова гідравлічна схема.

2. Визначення основних параметрів гідросистеми і вибір устаткування

3.1. Розрахунок подачі масла у виконавчі гідродвигуни

Розрахунок подачі масла необхідний для визначення типорозмірів гідроапаратури управління, трубопроводів та насосної установки, а також для настроювання апаратів.

Подача масла розраховується по кожній ділянці циклограми руху, окремо для кожного гідродвигуна. Вихідними даними для розрахунків є: лінійна швидкість руху робочого органу верстата (кутова) і площа поршня (робочий об'єм).

3.1.1. Розрахунок подачі масла для гідромотора (ВСГ):

Подача масла визначається за формулою:

л / хв.

де: V ₀ - робочий об'єм гідроматора, см ^3;

V _i - Лінійна швидкість руху робочого органу верстата, мм / хв;

u - передавальне число редуктора;

S - крок ходового гвинта, мм.

л / хв.

л / хв.

3.1.2. Розрахунок подачі масла для гідродвигуна (ПС):

Подача масла визначається за формулою:

л / хв.

де: Q _{Д max} - Витрата масла при максимальній швидкості повороту, л / хв;

ω _i - Кутова частота обертання робочого органу верстата, с ^-1;

3.1.3. Розрахунок подачі масла для гідроциліндра (Ф):

Подача масла визначається за формулою:

л / хв.

де: F _{н i} - Площа поршня в напірній лінії, мм ^2;

V _i - Лінійна швидкість руху робочого органу верстата, мм / хв;

За отриманими значеннями будуємо циклограми подачі масла, спочатку окремо для кожного гідродвигуна, потім сумарну.

Рис. 5. Циклограми подачі масла.

3.2. Розрахунок сил тертя

Розрахунок сил тертя необхідний для подальшого уточненого розрахунку тисків в гідросистемі. Тиск, поряд з витратою рідини, є основними параметрами, що дозволяють здійснити раціональний вибір гідрообладнання, у т. ч. насосної установки.

3.2.1. Розрахунок сил тертя приводу вертикальної подачі свердлильної головки

Для здійснення вертикальної подачі свердлильної головки (поступальне переміщення) застосовується гідромотор Г15-23Н. У даному випадку сили тертя враховуються тільки в напрямних верстата. Силу тертя можна визначити за формулою:

де: μ - коефіцієнт тертя; при страгивания μ = 0,2; при робочій подачі

μ = 0,10-0,15; при холостому ході μ = 0,8-0,12;

N - сила, діюча по нормалі до напрямних, Н.

Рис. 5. Розрахункова схема приводу свердлильної головки вертикально-свердлильного верстата по коштах передачі «гвинт-гайка».

Н.

Н.

3.2.2. Розрахунок сил тертя приводу фіксації стола

Для здійснення фіксації стола (поступальне переміщення) застосовується гідроциліндр.

При використанні гідроциліндра сили тертя виникають:

• У ущільненні, між поршнем і гільзою циліндра;

• У ущільненні, між штоком і поршнем;

• У напрямних робочого органу верстата.

Сила тертя в ущільненні визначається за формулою:

Н.

Рис. 6. Розрахункова схема приводу фіксації стола.

Н.

Н.

Н.

3. Розрахунок тисків у гідросистемі

Для вибору гідроапаратури і насосної установки та оцінки енергетичних характеристик необхідно уточнити значення попередньо обраного тиску в напірній лінії, в залежності від фактичних умов.

Величина настроювання запобіжного клапана в гідросистемі:

де: Δ р _R - втрати тиску на подолання тільки корисного навантаження, Мпа;

Δ р _Т, Δ р _G - втрати тиску, відповідно, на подолання сил тертя і ваги рухомих частин, Мпа;

Δ р _С - втрати тиску, обумовлені наявністю в зливний лінії підпірного клапана (0,3 ÷ 0,5 МПа);

F _С - площа поршня з боку зливний лінії, мм ^2;

До _Л - коефіцієнт, що враховує втрати тиску в напірній і зливний лініях.

Розрахунки за цією формулою виробляємо розглядаючи кожну ділянку для окремих видів руху робочого органу.

Для руху L 1:

Мпа

Мпа

Мпа

МПа

МПа

МПа

Мпа

Мпа

МПа

МПа

Мпа

Для руху L 2:

Мпа

МПа

Мпа

Мпа

Мпа

Мпа

МПа

Мпа

Мпа

Мпа

Мпа

Для руху L 3:

Мпа

Мпа

МПа

Мпа

Мпа

Мпа

Мпа

МПа

Мпа

Мпа

Мпа

За отриманими значеннями будуємо циклограми тиску масла, спочатку окремо для кожного гідродвигуна, потім сумарну.

Рис. 6. Циклограми тиску масла.

3. Вибір гідроапаратів і визначення втрат тисків

1. Вибір гідроапаратів управління, трубопроводів та з'єднань

Типорозмір апаратів вибирається виходячи з розробленої принципової схеми (мал. 4) за максимальній витраті масла, що проходить через нього і максимальному тиску в гідросистемі.

Витрата через апарат визначається за циклограмою подач масла того елемента циклу, для забезпечення якого він включений.

Дані про обрані Гідроапарати зводимо в таблицю у вигляді умовних позначень.

Внутрішній діаметр трубопроводу розраховується за формулою:

, Мм.

Де: Q - максимальна витрата масла для кожного окремого трубопроводу, л / хв;

v _м - швидкість потоку рідини в трубопроводі, м / с.

Мінімально допустима товщина стінки трубопроводу:

, Мм

де: р-тиск в трубопроводі, Мпа;

σ _вр - межа міцності на розтяг матеріалу трубопроводу, МПа;

До _б - коефіцієнт безпеки (3 ÷ 6)

мм.

мм.

мм.

мм.

мм.

мм.