Гидравлический расчет объемного гидропривода

Петербургский государственный университет путей сообщения Кафедра «Водоснабжение, водоотведение и гидравлика»

Курсовая работа по курсу «Гидравлика и гидропневмопривод»

на тему:

Гидравлический расчет объемного гидропривода Выполнил: студент заочного факультета Усольцев С.

Шифр: 08-ПТМ-218

Проверил: доцент Пылаев И.П.

Санкт-Петербург 2011 г.

• 1. Задание и исходные данные для расчета
• 2. Определение расчетных выходных параметров гидропривода
• 3. Назначение величины рабочего давления и выбор насоса
• 4. Определение диаметров трубопроводов
• 5. Определение потерь давления в гидросистеме
• 6. Расчет гидроцилиндров
• 7. Определение внутренних утечек рабочей жидкости, расчет времени рабочего цикла и определения к.п.д. гидропривода
• 8. Подбор и расчет остальных устройств гидропривода
• 1. Задание и исходные данные для расчета
• Требуется рассчитать гидропривод отвала бульдозера в соответствии с аксонометрической схемой, приведенной на рис. 1.
• Рис. 1. Аксонометрическая схема объёмного гидропривода
• 1 — бак для рабочей жидкости; 2 — насос; 3 — предохранительный клапан; 4 — гидроцилиндры; 5 — распределитель; 6 — фильтры для очистки рабочей жидкости; 7 — обратный клапан; 8 — 16 — трубопроводы.
• Вариант номер xy
• x= 2 y = 8
• 1) Длины участков трубопроводов принять равными
• l₈ = х = 2 м
• l_9,16 = х + 0,2у = 3,6 м
• l_10,15 = х + у = 10 м
• l_11,12,13,14 = 0,5 + 0,1у = 1,3 м
• 2) Необходимое усилие на рабочем органе (отвале бульдозера) равно:
• G = 60 + x + y = 70 кН = 7,0×10⁴ Н
• 3) Длина рабочего хода штока гидроцилиндра равна:
• L = 800 мм = 0,8 м
• 4) Время рабочего цикла гидропривода принять равным:
• t = 18 + х + y = 28 с
• 5) В качестве рабочей жидкости принять:
• Масло в соответствии со значением «у», считая его от верхней строчки таблицы приложения 5 [1]
• Принято масло турбинное 46
• Плотность с = 920 кг/м³; вязкость н = (44−48)х10^-6 м²/с
• 2. Определение расчетных выходных параметров гидропривода
• Гидропривод имеет два гидроцилиндра, работающих в одинаковых условиях.
• Необходимое усилие на штоке каждого гидроцилиндра
• Принимаем коэффициент запаса по усилию
• ,
• получаем расчетное значение усилия
• F_р=k_з.у.•F=1,20•35=42 kH.
• Исходя из условий устойчивости, определяем минимальный диаметр штока гидроцилиндра
• где k = 2 — коэффициент, учитывающий заделку концов штока;
• E = 2,1•10¹¹ Па — модуль упругости материала (для стали).
• В соответствии с нормалью ОН 22−176−69 принимаем = 50 мм и с учетом L = 800 мм по приложению 2 Методических указаний выбираем ц = 1,65.
• Скорость рабочего хода поршня
• где ?t = 1,0 с — время на переключение распределителя в крайнем положении поршня при ручном управлении.
• Принимая коэффициент запаса по скорости равным, получаем расчетное значение скорости рабочего хода поршня
• Расчетная мощность гидропривода составит:
• Вт ?4,56 кВт.
• гидросистема гидропривод трубопровод гидроцилиндр
• 3. Назначение величины рабочего давления и выбор насоса
• По величине F_р=42 kH в соответствии с таблицей 1 методических указаний рабочее давление в системе принимаем равным. При этом давлении расчетная производительность насоса составит
• На основе значений p и выбираем насос марки НШ — 32 с числом оборотов n=1100
• Производительность насоса равна
• что близко к .
• Таким образом, принят насос НШ — 32 с
• n = 1100, и
• Предохранительный клапан в системе настраиваем на давление насоса, т. е.
• 4. Определение диаметров трубопроводов
• В соответствии со схемой работы гидропривода определяем расходы на участках. Диаметры трубопроводов 11, 12, 13, 14 рассчитываем из условия пропуска половинного расхода насоса, остальные трубопроводы рассчитываем на пропуск расхода насоса.
• Внутренний диаметр определяем по формуле
• ,
• принимая рекомендуемую скорость в трубопроводах в соответствии с таблицей 3 методических указаний
• — на участке 8 = 1,5 м/с
• — на участках 9−16 = 5 м/с
• Толщину стенок трубопровода определяем по формуле
• ,
• принимая тяжелый режим работы (k = 6),
• (для стали)? 280МПа.
• По этим данным в соответствии с рекомендуемыми типоразмерами стальных бесшовных труб выбираем размеры трубопроводов (приложение 4 методических указаний).
• По принятому внутреннему диаметру определяем действительную скорость движения жидкости по формуле
• На участке 8:
• На участке 9,10,15,16:
• ,
• На участке 11,12,13,14:
• ,
• Результаты вычислений сводим в табл.1
• Таблица 1

Участки	,	Q,	Размеры трубопровода	v,
			вычисленные	принятые
			21,1	;		2,0	21,0
9,10,15,16			11,5	1,23		2,0	12,0
11,12,13,14		261.5	8,16	0,87		1,4	9,2

Примечание: Во всасывающем трубопроводе (участок 8) толщина стенок расчетом не определялась вследствие незначительной величины действующего в нем давления.

5. Определение потерь давления в гидросистеме

Для определения потерь давления на участках используем метод приведенных длин. Местные сопротивления принимаем в соответствии с аксонометрической схемой стр. 3. Определяем приведенные длины участков, вычисление которых сводим в табл.2

Приближенные значения эквивалентных длин, отвечающих наиболее характерным местным сопротивлениям гидроприводов, определяем на основе таблицы в приложении 6 методических указаний, где указаны диапазоны значений для каждого местного сопротивления.

В качестве рабочей жидкости примем масло турбинное 46 с плотностью с=920 кг/м³ и средним коэффициентом кинематической вязкости =4,6•10^-5м²/с.

Таблица 2

Участки	Длина участка, l, м		Виды местных сопротивлений			м	м
	2,0	0,021	Вход в трубопровод			0,88	2,88
			Резкий поворот
			Штуцер
	3,6	0,012	Обратный клапан			3,01	16,61
			Три штуцера	3x2
			Тройник на проход
		0,012	Четыре резких поворота	4х32
			Распределитель
			Тройник с разделением на два равных потока
	1,3	0,0092	Резкий поворот			0,42	1,72
			Штуцер
			Выход в гидроцилиндр
	1,3	0,0092	Вход в трубопровод			0,39	1,69
			Штуцер
			Резкий поворот
		0,012	Тройник с соединением потоков			2,4
	3,6	0,012	Три резких поворота	3х32
			Три штуцера	3х2
			Распределитель
			Выход в фильтр

Расчет потерь давления в гидросистеме сведен в таблицу 3, причем расход в подающей линии принят равным подаче насоса, а в сливной линии вычислен по формуле с учетом аккумулирующей способности гидроцилиндра и определен равным Коэффициент гидравлического трения л вычислен по формуле А. Д. Альтшуля, при эквивалентной высоте шероховатости .

Величину числа Рейнольдса определяем по формуле Таблица 3

Участки		м		v,			л		с,		кПа
Подающая линия: бак — гидроцилиндр
	0,88	0,021		1,51	2,25•10-5		0,052	5,45			5,60
9,10	10,21	0,012		4,64			0,148	125,92			1221,30
	1,49	0,0084		4,73			0,162	28,74			289,67
Сливная линия: гидроцилиндр — бак
	1,45	0,0084		2,87	2,25•10-5		0,163	28,14	901;		104,40
15,16	9,6	0,012		2,81			0,149	119,2			423,99
Фильтр	;	;	;	;		;	;	;		;
	628,39
	?p=2144,96

6. Расчет гидроцилиндров

Давление в поршневой полости гидроцилиндра равно Необходимая площадь гидроцилиндра составит

.

Требуемый минимальный диаметр гидроцилиндра равен В соответствии с величинами L, ц, и по нормали ОН 22−176−69 подбираем унифицированный гидроцилиндр с параметрами:

L=800мм;

ц=1,65:

d=50мм;

D=80мм Проверяем выбранный гидроцилиндр на создание требуемого усилия при рабочем ходе.

Сила трения в уплотнениях поршня где м = 0,13 — коэффициент трения для резиновых манжет;

= 7,5 10^-3 м = 7,5 мм — ширина рабочей части манжеты, принятая равной половине ширины манжеты при уплотнении по наружному диаметру (=15 мм по приложению 7 методических указаний).

= 5 МПа — контактное давление от деформации усов манжеты при ее монтаже.

Сила трения в уплотнениях штока

=

где = 6,25 10^-3 м = 6,25 мм — ширина рабочей части манжеты, принятая равной половине ширины манжеты при уплотнении по внутреннему диаметру (=12,5 мм по приложению 7 методических указаний).

=Н — давление в сливной полости гидроцилиндра, которое в случае свободного слива принимается равным потере давления в сливной магистрали ().

Сила сопротивления, обусловленная вытеснением жидкости с противоположной стороны поршня, равна Полезное усилие, создаваемое гидроцилиндром при рабочем ходе Так как = 40,7кН F = 35кН, то выбранный гидроцилиндр удовлетворяет требованию по созданию заданного усилия. В соответствии со схемой гидропривода два таких гидроцилиндра обеспечат необходимое усилие на рабочем органе.

7. Определение внутренних утечек рабочей жидкости, расчет времени рабочего цикла и определения к.п.д. гидропривода

Рабочий расход в гидросистеме найдем по формуле Внутренние утечки складываются из утечек в распределителе и суммы утечек в гидроцилиндрах Утечки в распределителе равны Утечки в гидроцилиндрах составят В указанных формулах:

= 0,96 — объемный к.п.д. распределителя;

= 0,99 — объемный к.п.д. гидроцилиндра.

Таким образом, Общий рабочий расход:

=497

Рабочий расход одного гидроцилиндра:

Скорость рабочего хода поршня:

Скорость холостого хода поршня:

Время одного двойного хода поршня гидроцилиндра составляет (при времени переключения распределителя? t = 1,0 с).

В данном случае время двойного хода поршня гидроцилиндра равно времени рабочего цикла гидропривода, т.к. цилиндры работают параллельно.

Так как t = 27с = 28с, гидропривод удовлетворяет требованию по обеспечению проектной производительности машины.

Определяем общий к.п.д. гидропривода.

Мощность, потребляемая гидроприводом, где = 0,81 — полный к.п.д. насоса НШ-32

Полезная мощность гидропривода:

Общий к.п.д. гидропривода:

8. Подбор и расчет остальных устройств гидропривода

Объем бака для рабочей жидкости принимает равным трехминутной производительности насоса

3•31,4=94,2л Принимаем: бак типовой конструкции, применяющейся на строительных и дорожных машинах емкостью 100 л; фильтр для очистки рабочей жидкости — в соответствии с приложением 8 методических указаний, проволочный плетеный сетчатый марки ПС 42−23 с тонкостью фильтрации 0,08 мм и расчетным расходом 35 л/мин; распределитель — золотниковый четрехпозиционный с ручным управлением, рассчитанный на расход не менее 50 л/мин; предохранительный клапан — конический; обратный клапан — также конический.

Диаметр канала предохранительного клапана вычисляем по формуле где v — скорость движения жидкости в канале; принята равной 12

Принимаем = 8,0 мм.

Диаметр самого конического клапана берем равным С помощью регулировочного винта клапан настраивается на давление, развиваемое насосом, и пломбируется.

Расчетные диаметры обратного конического клапана принимаем равными диаметрам, полученным для предохранительного клапана, т. е. = 8,0 мм, мм.

1. Пылаев И. П. Гидравлический расчет объемного гидропривода возвратно-поступательного движения. ПГУПС, 1999.

2. Лепешкин А. В., Михайлин А. А., Шейпак А. А. Гидравлика и гидропневмопривод. Часть 2. Москва. 2003.