Проектування гідроприводу машини

Федеральне агентство залізничного транспорту

Сибірський державний університет шляхів сполучення

Проектування гідроприводу машини

Курсова робота

з дисципліни «Гідропривід»

2008

Зміст

1 Опис роботи та властивості гідравлічної схеми

1.1 Характеристики об'ємного гідроприводу машини

1.2 Рух силових і керуючих потоків для першого робочого органу

1.3 Рух силових і керуючих потоків для другого робочого органу

2 Попередній розрахунок об'ємної гідропередачі. Вибір комплектуючих

2.1 Мета та умови розрахунку

2.2 Розрахункова схема

2.3 Потужності на робочих органах

2.4 Вибір номінального тиску

2.5 Вибір насосів і розрахунок їх продуктивності

2.6 Вибір гідродвигунів

2.7 Вибір робочої рідини

2.8 Вибір трубопроводів і розрахунок товщини їх стінок

2.9 Вибір розподільників

2.10 Вибір фільтрів

2.11 Вибір запобіжних клапанів

3 Перевірочний статичний розрахунок об'ємної гідропередачі

3.1 Мета та умови розрахунку

3.2 Розрахункова схема. Визначення втрат тиску

3.3 обертаючий момент і сили на вихідних ланках гідродвигунів

_{4 Розрахунок параметрів теплового захисту гідропередачі}

_{4.1 Вихідні дані розрахунку}

_{4.2 Параметри бака}

_{4.3 Параметри теплообмінного апарату}

_{4.4 Продуктивність вентилятора}

Список літератури

1 Опис роботи та властивості гідравлічної схеми

1.1 Характеристики об'ємного гідроприводу машини

Робоча рідина подається з гідробака Б через загальну всмоктувальну лінію індивідуальними аксіально-поршневими насосами в напірні лінії, що йдуть до робочих органів через гідророзподільники.

Приводи робочих органів реверсивні, нерегульовані. Від першого насоса Н 1 наводиться високомоментного гідромотор М приводу робочого органу № 1 (обертальної дії). Від другого насоса Н2 наводиться гідроциліндр приводу робочого органу № 2 (поступальної дії).

Для зміни напрямку руху гідродвигуна і робочого органу, включення - вимикання гідродвигунів використані трипозиційні, четирехлінейние розподільники з гідравлічним управлінням (Р2) і електричним управлінням (Р1). У приводі робочого органу № 1 встановлено розподільник з закритим центром, а в приводі робочого органу № 2 - з відкритим.

Первинну захист гідросистеми (від активних і реактивних перевантажень для РО1 і від реактивних і інерційних при пуску для РО2) забезпечують запобіжні клапани КП 1, КП 2 непрямої дії. У приводі РВ 1 з електричним управлінням, нормально відкритий, у приводі РО2 некерований. Первинна захист РО1 налаштована на тиск 35 МПа, первинний захист РО2 - 35 МПа. Вторинну захист (від інерційних перевантажень при гальмуванні, а також від реактивних і температурних перевантажень) забезпечують блоки вторинного захисту (А4, А5), встановлені між робочими лініями гідродвигунів за розподільниками. Вторинна захист гідромотора налаштована на тиск 37 МПа, гідроциліндра - 37 МПа. Контроль тиску робочої рідини в напірних лініях здійснюється за допомогою манометрів МН 1, МН 2, МН3, МН4. Перед фільтрацією робоча рідина охолоджується в теплообмінному апараті АТ. Температура рідини в баку контролюється термометром Т.

Зливні лінії від гідродвигунів об'єднані в загальну зливну магістраль. Злив з магістралі проводиться через фільтрувальну установку Ф.

1.2 Рух силових і керуючих потоків для першого робочого органу

При включенні дизеля відбувається нагнітання насосом Н 1 робочої рідини в напірну лінію. Контроль тиску здійснюється манометром МН3.Включеніе приводу робочого органу РО1 проводиться подачею електричного сигналу на лівий електромагніт розподільника Р1. Силовий розподільник з нейтральної позиції переходить в робочу, забезпечуючи подачу робочої рідини гідромоторів, приводячи його в обертання. При цьому силовий потік йде:

Б - Н1 - Р 1 - М - Р 1 - ТЗ - АТ - Ф - Б.

Реверсування гідромотора здійснюється подачею електричного сигналу на правий електромагніт Р1. Клапан первинного захисту КП1 забезпечує захист гідросистеми від перевантажень. Налаштування клапана проведена на 26 МПа, при перевищенні цього тиску КП1 відкривається, частина потоку рідини йде по шляху:

Б - Н1 - КП1 - ТС - АТ - Ф - Б.

При нейтральній позиції силового розподільника КП1 працює в режимі переливного клапана, вся рідина іде на злив по дорозі:

Б - Н1 - КП1 - ТС - АТ - Ф - Б.

При включенні силового розподільника в робочу позицію КП1 переходить в режим запобіжного клапана. Блок вторинного захисту А4 забезпечує захист гідромотора, при нейтральній позиції розподільника коли мотор працює як насос. Налаштування блоку проведена на 30 МПа, при перевищенні цього тиску рідина йде по шляху:

для прямого включення: М - А4-М

для реверсивного включення: М - А4-М.

При роботі М в як насоса зв'язок А4 зі зливом потрібна для заповнення дренажних витоків.

1.3 Рух силових і керуючих потоків для другого робочого органу

При включенні дизеля відбувається нагнітання насосом Н2 робочої рідини в напірну лінію. Контроль тиску здійснюється манометром МН4. Включення приводу робочого органу РО2 проводиться включенням розподільника Р2 в робочу позицію. Управління розподільником Р2 проводиться блоком сервоуправління А3. При включенні розподільника Р3 МГ подається під тиском насосом Н3 до правого торця розподільника Р2. Силовий розподільник з нейтральної позиції переходить в робочу, забезпечуючи подачу робочої рідини до гідроциліндра, висуваючи шток гідроциліндра. При цьому силовий потік йде:

Б - Н2 - Р2 - Ц - Р2 - ТС - АТ - Ф - Б.

Втягування гідроциліндра здійснюється перекладом розподільника Р4 у робочу позицію. Клапан первинного захисту КП2 забезпечує захист гідросистеми від перевантажень. Налаштування клапана проведена на 35 МПа, при перевищенні цього тиску КП1 відкривається, частина потоку рідини йде по шляху:

Б - Н2 - КП2 - ТС - АТ - Ф - Б.

При нейтральній позиції силового розподільника рідина іде на злив через його центр по дорозі:

Б - Н2 - Р2 - ТС - АТ - Ф - Б.

Блок вторинного захисту А5 забезпечує захист гідроциліндра від активних і реактивних навантажень. Налаштування блоку проведена на 37 МПа, при перевищенні цього тиску рідина йде по шляху:

для висунення: Ц - А5 - Ц

для втягування: Ц - А5 - Ц.

При роботі Ц зв'язок А5 зі зливом потрібна для заповнення дренажних витоків.

2 Попередній розрахунок об'ємної гідропередачі. Вибір комплектуючих

2.1 Мета та умови розрахунку

Цілі: вибрати насоси, робочі рідини для зими і для літа, гідродвигуни, трубопроводи, розподільники, запобіжні клапани. Умови: комплектуючі вибрані на підставі статичного розрахунку, при сталих рухах робочих органів. Температура рідини оптимальна.

2.2 Розрахункова схема

Розрахункова схема для попереднього розрахунку об'ємної гідропередачі:

Рисунок 1 - Розрахункова схема до попереднім розрахунком

2.3 Потужності на робочих органах

Потужність на РВ 1 Р _РО1, Вт:

, (2.1)

. (2.2)

де - Потужність насоса на РО1 ( );

- Повний ККД насоса ( );

- ККД, що враховує втрати потужності на шляху від насоса до гідродвигуна і від гідродвигуна до бака ( );

- Повний ККД гідродвигуна ( - Для радіально-поршневого двигуна; - Для гідроциліндра);

- ККД передачі між гідродвигуном і робочим органом ( );

,

Потужність на РВ 2 Р _Р02 , Вт:

, (2.3)

, (2.4)

. (2.5)

де - Потужність дизеля ( );

- Потужність насоса РО1 на вході ( ).

,

,

2.4 Вибір номінального тиску

Номінальний тиск р _ном, МПа:

(2.6)

де Р _РВ - потужність на робочому органі, кВт.

,

.

Остаточно ухвалено номінальний тиск для гідропередачі 25 МПа.

2.5 Вибір насосів і розрахунок їх продуктивності

Вибираємо насоси по потужності на виході:

Таблиця 2.2 - Характеристики насосів

Для другого РО2 обрані два насоси марки 310.112

Необхідна частота обертання вала насоса n _{н необх,} об / с:

, (2.7)

об / с,

об / с.

Насос приводу РО1 дефорсирован за частотою, тому що , Насос приводу РО2 дефорсирован за частотою, тому що

Передаточне відношення приводу насоса u _пн:

, (2.8)

,

.

Продуктивність насоса Q _н, л / хв:

. (2.9)

,

.

2.6 Вибір гідродвигунів. Вибір гідромотора приводу РВ 1

Необхідна потужність на валу гідромотора Р _М, Вт:

, (2.10)

Обрано найближчий більший за потужністю гідромотор МР-700 .

Таблиця 2.3 - Характеристики гідромотора

Фактична частота обертання вала гідромотора, об / хв:

, (2.11)

.

Вибір гідроциліндра приводу РО2.

, (2.12)

, (2.13)

, (2.14)

.

Приймаються швидкість РО1 , Так як швидкості розрізняються потрібно поставити прискорює передачу. Передаточне відношення якої:

, (2.15)

,

, (2.16)

, (2.17)

,

.

Обрано гідроциліндр з найближчим великим діаметром поршня .

Таблиця 2.4 - Характеристики гідроциліндра

Діаметр поршня D, мм	Діаметр штока d, мм	Ставлення робочих площ	Мінімальний хід штока , Мм	Максимальний хід штока , Мм
100	60	1,65	800	1250

Обрано стандартний хід штока

2.7 Вибір робочої рідини

В якості робочих приймають спеціальні гідравлічні рідини, що рекомендуються для вибраних насосів. Температури застигання прийнятих рідин повинні бути нижче мінімальної температури повітря на 10 ⁰ ... 15 ⁰ С. Для літнього періоду роботи прийнята робоча рідина МГЕ-46В, а для зимового періоду роботи - ВМГЗ .

Таблиця 2.5 - Технічні характеристики робочих рідин

2.8 Вибір трубопроводів і розрахунок товщини їх стінок

Для гідроприводу машини жорсткі трубопроводи виготовляють з сталевих безшовних холоднодеформованих труб за ГОСТ 8734, виконаних з сталі 45.

Розрахунок напірного трубопроводу РО1

Необхідний внутрішній діаметр мм:

(2.18)

де - Допустима швидкість ( - Для напірного трубопроводу).

Зовнішній діаметр , Мм:

(2.19)

де - Мінімальна товщина стінки, мм:

(2.20)

де - Максимальний тиск рідини, Па;

- Допустиме напруження розриву, Па:

(2.21)

де - Межа міцності Па (для сталі 45 ).

,

,

З урахуванням відхилення

Розрахунок напірного трубопроводу РО2

Необхідний внутрішній діаметр , Мм:

Мінімальна товщина стінки , Мм:

Зовнішній діаметр , Мм:

Прийнято з ряду стандартних .

, (2.22)

.

Приймаються з ряду стандартних = 8 мм.

Розрахунок всмоктувального трубопроводу

Необхідний внутрішній діаметр , Мм:

, (2.23)

де - Сумарна продуктивність насосів, м ³ / с:

; (2.24)

- Допустима швидкість ( - Для всмоктуючих трубопроводів).

,

Товщина стінки прийнята для забезпечення з'єднання труб.

Зовнішній діаметр , Мм:

З урахуванням відхилення

Розрахунок зливного трубопроводу.

Необхідний внутрішній діаметр , Мм:

, (2.25)

де - Допустима швидкість, м / с ( - Для зливних трубопроводів).

Товщина стінки прийнята для забезпечення з'єднання труб.

Зовнішній діаметр , Мм:

З урахуванням відхилення

2.9 Вибір розподільників

Розподільники вибирають за принциповою схемою (числу позицій і ліній, з відкритим чи закритим центром), по витраті і тиску рідини, а також по заданому типу управління . Для управління РО1 обраний трипозиційний, четирехлінейний розподільник з закритим центром і гідравлічним управлінням. Для управління РО2 обраний трипозиційний, четирехлінейний розподільник з відкритим центром і електричним управлінням.

Таблиця 2.6 - Характеристики розподільників

2.10 Вибір фільтрів

Фільтри вибирають по необхідної тонкощі фільтрації (зазвичай 10 ... 40мкм) і по витраті рідини . Пропускна здатність фільтрувальної установки , Л / хв:

, (2.26)

.

Таблиця 2.7 - Характеристики фільтрів

2.11 Вибір запобіжних клапанів

Запобіжні клапани вибирають по витраті в захищається лінії і по максимальному тиску в захищається лінії (воно має бути не менш бажаного тиску настройки). Для первинного захисту гідропередачі РО1 і РО2 обраний керований клапан непрямої дії. Для вторинної захисту РО1 і РО2 обрані клапани прямої дії .

Таблиця 2.8 - Характеристики клапанів первинної захисту по ТУ2-053-5749043-002-88

Тиск настроювання первинного захисту , Па:

. (2.27)

гідропередачі РО1:

гідропередачі РО2:

Тиск настроювання вторинного захисту , Па:

. (2.28)

гідропередачі РО1:

гідропередачі РО1:

3 Перевірочний статичний розрахунок об'ємної гідропередачі

3.1 Мета та умови розрахунку

Цілі: визначення втрат тиску на шляху від насосів до гідродвигунів і до бака, обертаючих моментів і сил на вихідних ланках гідродвигунів і на робочих органах, коригування параметрів приводу (при необхідності).

Умови: руху робочих органів встановилися; температура рідини дорівнює 20 ^о С.

3. 2 Розрахункова схема. Визначення втрат тиску

У даній роботі складають розрахункову схему і обчислюють втрати тиску для кожної з гідропередач.

Малюнок 2-Розрахункова схема до перевірочного розрахунку для першого робочого органу

РО1

1,2,3,4,6,7,8,9,10,11,12,14,15,16,17,18,21,24-з'єднання. 3,7,8,11,15,16-хрестовини і трійники. 1,2,4,6,9,10,12,14,17,18,19,21,22,24-штуцера. L-повороти, коліна. 20-теплообмінний апарат. 23-фільтри. 25-вихід у бак.

Малюнок 3-Розрахункова схема до перевірочного розрахунку для другого робочого органу РО2

1,2,3,4,5,6,7,9,10,11,12,13,14,17,18,21,24,25,27-з'єднання. L-повороти, коліна.

5,6,10,13,17,18-хрестовини, трійники. 1,2,3,4,7,9,11,12,14,16,19,21,22,24,25,27-штуцера. 28-вихід у бак. 8,15-розподільник. 23-теплообмінний аппарат.26-фільтри.

Таблиця 3.1 - Характеристики трубопроводів

Лінійні втрати тиску , Па:

, (3.1)

де - Коефіцієнт гідравлічних втрат, який залежить від режиму течії;

- Довжина трубопроводу, м;

- Щільність рідини, кг / м ³ (для ВМГЗ );

- Діаметр трубопроводу, м;

- Швидкість рідини в трубопроводі, м / с:

(3.2)

Коефіцієнт гідравлічних втрат :

, Якщо <2320; (3.3)

, Якщо > 2320, (3.4)

де - Число Рейнольдса:

, (3.5)

де - Коефіцієнт кінематичної в'язкості рідини при температурі +20 ⁰ С, м ² / с (для ВМГЗ ).

Лінійні втрати на ділянці насос - гідродвигун для РО1:

,

,

,

, , , .

Лінійні втрати на ділянці насос - гідродвигун для РО2:

,

,

,

, , , .

Лінійні втрати на ділянці гідродвигун - зливна лінія для РО1

,

,

,

, , , .

Лінійні втрати на ділянці гідродвигун - зливна лінія для РО2

,

,

,

, , , .

Лінійні втрати на ділянці зливна лінія - бак:

,

,

,

, , , .

Місцеві втрати , Па:

, (3.6)

де - Коефіцієнт місцевого опору.

Таблиця 3.2 - Коефіцієнти місцевого опору

Розрахунок місцевих втрат для РО1:

,

,

.

Розрахунок місцевих втрат для РО2:

,

,

.

Результати розрахунків всіх втрат тиску зведені в таблицю 3.3

Таблиця 3.3 - Характеристики ділянок гідропередачі. Результати розрахунків втрат тиску

3.3 обертаючий момент і сили на вихідних ланках гідродвигунів

Обертаючий момент на валу гідромотора , ^Н. М:

; (3.7)

сила на штоку при висуванні , Н:

, (3.8)

де - Гдромеханіческій ККД гідромотора;

q _м - робочий об'єм гідромотора;

- Номінальний тиск в напірній лінії;

- Сума втрат тиску від насоса до гідромотора і гідроциліндра;

- Сума втрат тиску від гідромотора і гідроциліндра до бака;

D - діаметр поршня гідроциліндра;

d - діаметр штока гідроциліндра;

- Гдромеханіческій ККД гідроциліндра ( ).

,

Умови:

, (3.9)

. (3.10)

Перевірка умов (3.9) і (3.10):

,

Умова (3.9) порушено на 1%, а умова (3.10) на 5%.

Таблиця 8 - Задані і отримані характеристики приводів

_{4 Розрахунок параметрів теплового захисту гідропередачі}

_{4.1 Вихідні дані розрахунку}

Бажана усталена температура рідини Т _вуст = +50 ^о С, температура повітря Т _в = +20 ^о С. Гідропередача працює в безперервному режимі. Потужність на вході насоса кВт першого робочого органу РО1і кВт. ГП в передремонтні стані.

4.2 Параметри бака

Вибір бака похідний з умови відстою і заспокоєння рідини. Цим умовам задовольняє бак, обсяг якого приблизно на 25% більше обсягу рідини, що перекачується всіма насосами за 1-2 хвилини (60-120 секунд).

_, (4.1),

_{Площа бака:}

, (4.2)

.

4.3 Параметри теплообмінного апарату

Площа теплообмінного апарату А _Т обчислена з умови отримання бажаної усталеною температури МГ:

Т _у = Т _у + 0,95 Р _П / (k _Т А _Т + ε k _Б А _Б), (4.3)

де k - коефіцієнт теплопередачі, k _Т = 30 Вт / (м ² · ^о С), k _Б = 10 Вт / (м ² · ^о С);

A - площа поверхні, м ^2;

ε ≈ 2 - коефіцієнт, що враховує площі інших елементів (трубопроводів, розподільників і т.д.);

Т _в - температури повітря, ^о С;

Р _П - потужність теплового потоку, що надходить в гідропередачі, кВт.

, (4.4)

де k _В - коефіцієнт використання передачі по часу протягом зміни (прийнятий k _В = 0,8);

η - Повний ККД передачі;

Р _вх - номінальна потужність передачі.

, (4.5)

де - Повний ККД насоса;

- Повний ККД гідродвигуна;

- ККД, що враховує втрати механічної потужності на шляху насос - гідродвигун - бак.

. (4.6)

Для першого робочого органу РО1:

,

.

Для другого робочого органу РО2:

,

.

ККД всієї гідропередачі:

.

З урахуванням зносу апаратів гідропередачі ККД знижений на 20%, тобто η = 0,61 (1-0,2) = 0,50.

.

, (4.7)

.

4.4 Продуктивність вентилятора

Продуктивність вентилятора визначена з рівності потужностей теплових потоків, що віддається МГ і одержуваної повітрям:

c ρ Q _(T T ^вх - _T T ^вих) = c _в ρ _в Q _в (T _в ^вих - T _в), (4.8)

де (Т _Т ^вх - Т _Т ^вих) - різниця температури РЖ на вході і виході АТ;

с, r і Q - питома теплоємність, щільність і витрата МР (з »2000 Дж / ​​(кг ° × С); r» 855 кг / м ^3);

T _в ^вих - T _в - різниця температури повітря на виході і вході АТ;

з _в, r _в і Q _в - питома теплоємність, щільність і шуканий витрата повітря (з _в »1010 Дж / ​​(кг ° × С); r _в» 1,2 кг / м ^3).

Величина (Т _Т ^вх - Т _Т ^вих) обчислена з умови, щоб АТ розсіював припадає на його частку потужність теплового потоку Р _Т = Р _П - Р _{Б + Е:}

cρQ (Т _Т ^вх - Т _Т ^вих) = Р _П - ε k _Б А _Б (Т _у - Т _в), (4.9)

.

Температура повітря на виході T _в ^вих прийнята 30 ˚ C.

, (4.10)

Список літератури

Мокін Н.В. «Об'ємний гідропривід», метод. вказівки по виконанню курсової роботи. М., 1999. 39с.

Мокін Н.В. «Гідравлічні та пневматичні приводи».

М. 2004. 353с.

3. СТП СГУПС 01.01 - 2000 «Курсовий і дипломний проекти. Вимоги до оформлення ». М. 2000. 40с.