Розробка об`ємного гідроприводу машини

ЗМІСТ

1. Введення

2 Розробка принципової гідравлічної схеми

3. Розрахунки

3.1 Розрахунок і вибір гідроциліндра

3.2 Розрахунок і вибір гідронасосу

3.3 Вибір робочої рідини

3.4 Розрахунок і вибір гідроапаратів

3.5 Розрахунок гідроліній

3.6 Тепловий розрахунок гідроприводу

3.7 Розрахунок зовнішньої характеристики гідроприводу

Бібліографічний список

1. ВСТУП

Застосування гідравлічного приводу і засобів гидроавтоматика є одним з перспективних напрямків сучасного розвитку машинобудування. Близько 70% гірських, будівельних, дорожніх, землерийних, підйомно-транспортних машин і установок оснащених гідроприводом.

Під об'ємним гідроприводом розуміється сукупність пристроїв, до числа яких входить один або кілька об'ємних гідродвигунів, призначених для приведення в рух механізмів і машин з допомогою робочої рідини під тиском. Основою насосного гідроприводу є об'ємний насос, який створює напір робочої рідини, яка володіє в основному енергією тиску. Ця енергія перетворюється потім в механічну роботу. Завдяки високому об'ємному модулю пружності робоче рідини в об'ємному гідроприводі забезпечується практично жорсткий зв'язок між його вхідними і вихідними органами. Об'ємний насосний гідропривід з приводом від електродвигуна широко застосовується в сучасних машинах та механізмах.

Це пояснюється такими перевагами гідроприводу як: висока компактність при невеликих габаритах і масі, що припадає на одиницю потужності; можливість реалізації великих передавальних чисел; гарні динамічні властивості приводу; можливість плавного і широкого регулювання швидкості руху виконавчого органу; надійне запобігання приводного електродвигуна від перевантажень; простота перетворення обертального і поступального руху один в одного; висока швидкодія і мале час розгону рухомих частин; гідропривід легко управляється і автоматизується. Завдяки рясною і постійної мастилі гідропривід довговічний і надійний. Він дозволяє плавно, в широкому діапазоні регулювати рух виконавчого органу, Об'ємний гідропривід допускає досить довільне розташування його елементів на машині, що надзвичайно важливо для мобільних машин, що працюють в складних умовах.

До недоліків гідроприводу відносяться: порівняно невисокий ККД; необхідність високої герметичності гідроапаратів, а отже, точність обробки деталей, що обумовлює їх відносно підвищену вартість; можливість нестабільної роботи, спричиненої температурними коливаннями в'язкості робочої рідини.

2. Розробка принципової гідравлічної схеми

Тих. вимоги до гідросистеми: насос розвантажений додатковим гідророзподільником, фіксація проміжних положень штока двостороннім гідрозамки, фільтр встановлений на зливний гідролінії.

3. Розрахунки

3.1 Розрахунок і вибір гідроциліндра

Розрахункове значення діаметра гідроциліндра D _{2 p,} мм визначається за формулою:

(3.1)

де Р _{2 p} - розрахунковий тиск робочої рідини на вході в гідроциліндр, МПа; F ₂ - зусилля на штоку, Н; η _мах - механічний ККД гідроциліндра (рекомендується приймати η _мах = 0,95 ... 0,96). Приймаються η _мах = 0,95. Тиск Р _{2 p} попередньо приймається рівним:

(3.2)

де Рн - номінальний тиск у гідросистемі, МПа.

Тиск рідини, що виникає в штокової порожнини гідроциліндра, не враховуємо через його малого значення. За розрахунковим значенням діаметра D _{2 p} з табл. 3.1, в якій приведені параметри гідроциліндрів для тисків Рн = 16 і 20 МПа, беруть найближче більше значення діаметра D _2. Діаметр штока d ₂ приймають по табл. 3.1, попередньо поставивши значенням параметра (φ = 1,25 або 1,6.) Приймаються φ = 1,25.

Таблиця 3.1 - Параметри гідроциліндрів загального призначення

З таблиці обираємо D ₂ = 100 мм, d ₂ = 45 мм.

Для прийнятого діаметра D ₂ робочий тиск рідини Р _2, МПа у ідроціліндра складе:

(3.3)

Витрата рідини, що підводиться в поршневу порожнину гідроциліндра Q _2Р, м ³ / с складе:

(3.4)

де V ₂ - задана швидкість руху поршня м / с; η ₀ - об'ємний ККД гідроциліндра, який для нових гідроциліндрів з манжетні ущільнення можна прийняти η ₀ = 1.

3.2 Розрахунок і вибір гідронасосу

Розрахункова подача гідронасосу Q _{1 p} визначається з умови нерозривності потоку рідини, яке з точністю до витоків у гидролінія і гідроапаратури, що припустимо на стадії попереднього розрахунку, має вигляд

(3.5)

Тоді розрахунковий робочий об'єм гідронасосу V _op, м ³ визначають за формулою

(3.6)

де n - номінальна частота обертання вала насоса, с ^-1, - Об'ємний ККД гідронасосу, який попередньо можна прийняти рівним η ₀₁ = 0,9 ... 0,95. Приймаються η ₀₁ = 0,925.

При виборі типу гідронасосу необхідно в першу чергу враховувати рівень номінального тиску. Аксіально-поршневі гідронасоси розраховані на високі значення номінального тиску. Вони мають також більш високі об'ємний і повний ККД у порівнянні з гідронасосом інших типів. Тому для умов завдання на контрольно-курсову роботу доцільно орієнтуватися на аксіально-поршневі гідронасоси. Вибираємо гідронасос з табл. 3.2.

Таблиця 3.2 Основні параметри аксіально-поршневих гідронасосів

Вибираємо насос тапа НА: робочий об'єм, V ₀₁ = 33см ^3, номінальне тиском-ня 16 МПа, частота обертання n = 1500 хв ^-1, ККД: об'ємний η ₀ = 0,91, повний η = 0,85, маса 14 кг .

З урахуванням фактичних параметрів прийнятого гідронасосу дійсна його подача буде дорівнює, м ³ / с:

(3.7)

де V ₀₁ і η ₀ - робочий об'єм і об'ємний ККД прийнятого типорозміру гідронасосу; n - частота обертання вала гідронасосу за умовами завдання, с ^-1

3.3 Вибір робочої рідини

Спочатку необхідно вибрати умови застосування гідрофікованої машини або обладнання: при негативних температурах; при позитивних температурах в закритих приміщеннях, при позитивних температурах на відкритому повітрі.

Аксіально-поршневі насоси працюють на чистих (тонкість фільтрації 25 мкм) робочих рідинах ВМГЗ, МР-20 або МР-30 в залежності від умов застосування гідроприводу. Технічні характеристики цих робочих рідин наведено в табл. 3.3.

Таблиця 3.3 - Технічні характеристики робочих рідин

Вибираючи робочу рідину марки МГ-20. Щільність при 50 ^о С: ρ = 985 кг / м ^3; кінематична в'язкість при 50 ° С: v = 0,2 ∙ 10 ^-4 м / с; температурні межі застосування аксіально-поршневих насосів: від -10 ° С до +80 ° С; умови застосування: при позитивних температурах в закритих приміщеннях.

3.4 Розрахунок і вибір гідроапаратів

Вибір гідроапаратури проводиться, перш за все, по тиску і витраті робочої рідини в точці установки. Необхідно враховувати також функціональні особливості подбираемое гідроапаратури. З таблиць вибираємо гідроапаратуру.

Гідророзподільник служить для включення, виключення та реверсування руху штока гідроциліндра. Вибираємо розподільник типу Р-16:

Запобіжний гідроклапан призначений для захисту гідроприводу від тиску, що перевищує встановлений. Вибираємо гідроклапан БГ52-14:

Гідрозамок являє собою керований зворотний клапан і служить для фіксації штока вимкненого гідроциліндра в необхідному положенні. Вибираємо гідрозамок типу КУ-20:

Фільтр служить для очищення робочої рідини від твердих забруднювачів. Вибір типу фільтру проводиться по необхідної тонкості очищення, витраті робочої рідини через фільтр і тиску в гідролінії гідроприводу. Вибираємо фільтр типу 1.1.20-25:

Гидробак служить для розміщення робочої рідини, додаткового очищення рідини від забруднень за рахунок осідання твердих частинок, а також охолодження рідини виділенням тепла через зовнішні поверхні бака в навколишнє середовище.

Обсяг бака орієнтовно визначається за формулою:

V _Б = (2 ... ^3). Q _1, дм ³ (3.8)

де Q ₁ - подача гідронасосу, л / хв.

V _Б = 2,5 ∙ 45 = 112,5 дм ³

Номінальну місткість бака приймають відповідно до рекомендацій ГОСТ 16770 з ряду значень (дм ^3):

25: 40, 63; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800

Вибирай V _Б = 125 дм ^3.

3.5. Розрахунок гідроліній

Розрахунковий діаметр d _P, мм гідроліній визначається за формулою:

= (3.9)

де Q - витрата рідини на даній ділянці, м ³ / с V д - що допускається швидкість руху робочої рідини в трубопроводі: для всмоктувального трубопроводу V _Д = 0,5 ... 1,5 м / с; для зливного V д = 1, 5 .., 2,5 м / с; для напірного при Рн ≥ 10 МПа і l <10 м допускається швидкість V _Д = 5 ... 6 м / с. Розрахункове значення діаметра (у мм) округляється до найближчого за ГОСТ 8732 або ГОСТ 8734: ... 7; 9; 12; 15; 16; 22; 28, 36, 44; 56; 67; 86 ,.... Ці значення діаметрів вибираються при номінальних тисках від 10 до 20 МПа.

Визначимо розрахунковий діаметр для всмоктувального трубопроводу:

За ГОСТом приймаємо = 36 мм.

Визначимо розрахунковий діаметр для зливного трубопроводу:

За ГОСТом приймаємо = 22 мм.

Визначимо розрахунковий діаметр для напірного трубопроводу:

За ГОСТом приймаємо = 15 мм.

За прийнятим діаметру визначається дійсна швидкість, м / с руху рідини в напірному, зливному і всмоктуючому трубопроводах:

(3.10)

Визначимо дійсну швидкість руху рідини у всмоктуючому трубопроводі:

Визначимо дійсну швидкість руху рідини в зливному трубопроводі:

Визначимо дійсну швидкість руху рідини в напірному трубопроводі:

Розрахунок гідравлічних втрат в напірній гідроліііі проводиться з урахуванням втрат тиску по довжині трубопроводу Δ Р _т, втрат тиску в місцевих опорах трубопроводу Δ Р _м і втрат тиску в Гідроапарати ДРгд.

Втрати тиску, ΔР _Т, Па по довжині трубопроводу визначаються по формулі Дарсі-Вейсбаха

(3.11)

де р - щільність робочої рідини, кг / м ^3; λ - коефіцієнт гідравлічного тертя; l - довжина гідролінії, м; v - швидкість руху рідини, м / с; d - діаметр напірної гідролінії, м.

Для визначення коефіцієнта гідравлічного тертя спочатку необхідно визначити режим руху рідини, для чого визначається значення числа Рейнольдса за формулою

(3.12)

де v - кінематична в'язкість робочої рідини, м ² / с.

Так як R е <2300, то режим руху рідини ламінарний.

При ламінарному русі рідини коефіцієнт гідравлічного тертя з урахуванням теплообміну з навколишнім середовищем через стінки трубопроводу визначається за формулою Пуазейля:

(3.13)

Втрати тиск DР _Т по довжині трубопроводу:

Втрати тиску в місцевих опорах визначаються за формулою

(3.16)

Де ξ - коефіцієнт місцевого опору. Як місцевих опорів враховуються: входи в гідророзподільник, гідрозамок і гідроциліндр (ξ ₁ = ξ ₂ = ξ ₃ = 0,8 ... 0,9);

місце приєднання гідролінії запобіжного гідроклапана до напірної гідролінії (ξ ₄ = 0,2) і два закруглених коліна (ξ ₅ = ξ ₆ = 0,15).

Втрати тиску в місцевих опорах:

= 3 ∙ 7561 +1779 +2 ∙ 1334 = 27130 Па = 0,027 МПа

Дійсні втрати тиску в гідрораспределятеле і гідрозамки визначаються за формулами:

(3.17)

(3.18)

де Δ Р _PH і Δ Р _ДТ номінальні втрати тиску в гідророзподільник і гідрозамки відповідно до їх технічними характеристиками; Q _PH і Q _ДТ номінальні витрати робочої рідини через гідророзподільник і гідрозамок відповідно до їх технічними характеристиками; Q ₁ - подача гідронасосу розрахована за формулою (3.7).

Сумарні втрати тиску в Гідроапарати

(3.19)

Сумарні втрати тиску в напірному трубопроводі визначаються за формулою

(3.20)

Δ Р = 0,06 +0,027 +0,3 = 0,387 МПа

У правильно розрахованої напірної гідролінії сумарні втрати тиску не повинні перевищувати 5 ... 6% номінального тиску. 0,387 МПа складає менше 6% від 16 МПа, отже гидролінія розрахована правильно.

При цьому

Р ₁ = Р ₂ + Δ Р <Р _H, (3.21)

де P ₂ - тиск у гідроциліндра, розрахована за формулою (3.3):

Р ₁ = 13,4 +0,387 = 13,787 <16.

3.6 Тепловий розрахунок гідроприводу

Енергія, витрачена на подолання різних опорів в гідроприводі, в кінцевому підсумку перетворюється в теплоту, що викликає нагрів робочої рідини і небажане зниження її в'язкості. Приблизно вважається, що отримана з робочою рідиною теплота повинна віддаватися в навколишнє середовище через поверхню бака.

Тепловий потік через стінки бака еквівалентний втраченої потужності Δ N

Δ N = N ₁ - N _2П (3.22)

де N ₁ - потужність гідронасосу; N _2П - корисна потужність на штоку гідроциліндра.

Потужність гідронасосу, Вт

(3.23)

де Q ₁ - подача гідронасосу, визначена за формулою (3.7); Р ₁ - тиск гідронасосу, розрахована за формулою (3.21); η ₁ - повний ККД гідронасосу відповідно до його технічною характеристикою.

Корисна потужність, Вт визначається за формулою

N ₂ = F ₂ V ₂ (3.24)

де F ₂ - зусилля на штоку відповідно до завдання, Н; V ₂ - дійсна швидкість руху штока, м / с.

Дійсна швидкість руху штока V ₂ визначається за формулою

(3.25)

де Δ Q _p - витікання робочої рідини в гідророзподільників, що приймаються відповідно до його технічною характеристикою.

м / с.

Корисна потужність:

N ₂ = 100 ∙ 10 ³ ∙ 0,095 = 9500 Вт

Тепловий потік через стінки бака еквівалентний втраченої потужності:

Δ N = 12165-9500 = 2665 Вт

Потрібна площа поверхні охолодження

(3.26)

де k ₀ - коефіцієнт теплопередачі, який за відсутності обдування не перевищує 15 Вт / м ^2, t _Ж - температура рідини (60 ... 70 ° С), t _В - температура повітря.

3.7 Розрахунок зовнішньої характеристики гідроприводу

Стосовно до проектованого гідроприводу під зовнішньою характеристикою розуміють залежність швидкості переміщення штока гідроциліндра від зусилля на штоку V = ƒ (F _2). Для побудови графіка зовнішньої характеристики необхідно задатися кількома (не менше 4 ... 5) значеннями F _{2 i} в межах 0 ≤ F _{2 i} ≤ F _2. Кожному значенню зусилля F _{2 i} відповідає тиск Р _{2 i} гідроциліндра, яке визначається за формулою

(3.27)

Оскільки втрати тиску в напірному трубопроводі практично не залежать від тиску в напірному трубопроводі, то відповідні значення тиску Δ P _{2 i} у гідронасосу визначаються за формулою

P _{1 i} = P _{2 i} + ΔP (3.28)

де Δ Р - втрати тиску, розраховані за формулою (3.20).

Зі збільшенням тиску P _{1 i} зростають витікання робочої рідини в гідронасосу Δ Q _{1 i} і в гідророзподільників Δ Q _pi Тому дійсна подача робочої рідини в гідроциліндр із зростанням зусилля F _{2 i} зменшується. У зв'язку з цим зменшується і швидкість руху штока V _{2 i} значення якої визначається за формулою

(3.29)

де Q _{1 T} - теоретична подача гідронасосу; Δ Q _Ni і Δ Q _Pi - витікання робочої рідини в гідронасосів та гідророзподільників.

При цьому:

(3.30)

(3.31)

(3.31)

де a ₁ і a ₂ - коефіцієнти витоків для гідронасосу і гідророзподільника.

Коефіцієнти витоків визначаються за формулами

(3.33)

, (3.34)

де η ₀₁ - об'ємний ККД гідронасосу відповідно до його технічною характеристикою; Δ Q _p - Витоку прийнятого гідророзподільника відповідно до його технічною характеристикою; Р _н - номінальний тиск.

Розрахуємо коефіцієнти витоків і теоретичну подачу гідронасосу (так як вони однакові для всіх швидкостей):

Розрахуємо швидкості переміщення штока гідроциліндра для наступних значень зусилля на штоку: F _{2 i} = 0; 25; 50; 75; 100 кН.

1) F ₂₀ = 0 кН.

P ₂₀ = 0

P ₁₀ = 0 +0,387 = 0,387 МПа

Δ Q _{H 0} = 0,18 ∙ 10 ^-12 ∙ 0,387 ∙ 10 ⁶ = 0,06 ∙ 10 ^-6

Δ Q _Р0 = 0,05 ∙ 10 ^-12 ∙ 0,387 ∙ 10 ⁶ = 0,01 ∙ 10 ^-6

2) F ₂₁ = 25 кН.

P ₁₁ = +0,387 = 3,7 МПа

Δ Q _{H 1} = ∙ 3,7 ∙ 10 ⁶ = 0,66 ∙ 10 ^-6

Δ Q _Р1 = ∙ 3,7 ∙ 10 ⁶ = 0,185 ∙ 10 ^-6

3) F _{2 лютого} = 50 кН.

P ₁₂ = 6,7 +0,387 = 7,087 МПа

Δ Q _{H 2} = ∙ 7,087 ∙ 10 ⁶ = 1,27 ∙ 10 ^-6

Δ Q _Р2 = ∙ 7,087 ∙ 10 ⁶ = 0,35 ∙ 10 ^-6

4) F ₂₃ = 75 кН.

P ₁₃ = 10 +0,387 = 10,387 МПа

Δ Q _{H 3} = ∙ 10,387 ∙ 10 ⁶ = 1,9 ∙ 10 ^-6

Δ Q _Р3 = ∙ 10,387 ∙ 10 ⁶ = 0,5 ∙ 10 ^-6

5) F ₂₄ = 100 кН.

P ₁₄ = +0,387 = 13,787 МПа

Δ Q _{H 4} = ∙ 13,787 ∙ 10 ⁶ = 2,48 ∙ 10 ^-6

Δ Q _Р4 = ∙ 13,787 ∙ 10 ⁶ = 0,69 ∙ 10 ^-6

За отриманими даними побудуємо графік залежності V = ƒ (F _2). Далі необхідно оцінити ступінь зниження швидкості руху штока при зміні зусилля F _{2 i} від нуля до F _2.

(3.35)

де V ₂₀ - швидкість руху штока при F ₂ = 0.

СПИСОК

1. Гідравліка, гідромашини і гідроприводи / Т.М. Башта