Гидроцилиндр и гидросистема
Поршневой цилиндр (рисунок 1) состоит из трубы 9, штока 8, имеющего резьбовый конец 15, поршня 5, передней крышки 11, крепящейся к цилиндру гайкой 12, задней крышки 19, приваренной к трубе цилиндра, подводящих штуцеров 2 и уплотнений. Труба 9, образующая основной рабочий объем, имеет тщательно обработанную поверхность, по которой и совершает в процессе работы возвратно-поступательные движение… Читать ещё >
Гидроцилиндр и гидросистема (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВПО Тульский государственный университет Политехнический институт Кафедра «Механика пластического формоизменения»
КОНТРОЛЬНО-КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «ГИДРАВЛИКА»
Выполнил Овчинников А. В.
Студент гр. 430 101
Тула 2013
Задание на контрольно-курсовую работу Насос 1 (рисунок 1) подает рабочую жидкость через гидрораспределитель 2 в гидроцилиндр 3, поршень которого перемещается со скоростью и преодолевает рабочее усилие .
Выполнить расчет гидроцилиндра и гидросистемы с целью определения давления, мощности насоса и объема гидробака. Подобрать необходимые гидроагрегаты и рабочую жидкость. При расчете местными потерями в коленях гидролиний пренебречь.
По конструктивным соображениям заданны диаметры поршня и штока гидроцилиндра, рабочие скорость, усилие и ход, а так же длины трубопроводов .
Рисунок 1. Схема гидропривода: 1. Насос; 2. Гидрораспределитель; 3. Гидроцилиндр; 4. Гидробак; 5. Фильтр грубой очистки; 6. Фильтр тонкой очистки; 7. Предохранительный клапан; 8. Манометр; М — электродвигатель.
Исходные данные.
№ | |||||||||||||
кН | м/с | мм | мм | м | м | м | м | м | м | м | м | ||
1,0 | 0,3 | 2,2 | 1,5 | 2,1 | 2,6 | 0,4 | 1,1 | 1,5 | |||||
Введение
Задачей данной контрольно-курсовой работы является закрепление полученных знаний и выяснение возможности приложения этих знаний каждым студентом к конкретному проекту гидропривода. При выполнении этой работы студенты приобретают навыки расчета и проектирования гидравлических систем прессов, знакомятся со справочниками и каталогами по гидравлическому оборудованию, с ГОСТами и отраслевыми руководящими материалами.
Проектируемый насосный гидропривод должен отвечать общим техническим требованиям по ГОСТ 17 411–72, а его технические параметры соответствовать ГОСТ 12 445–87 (давление), ГОСТ 12 448–67 (номинальные емкости), ГОСТ 13 825–88 (номинальные потоки) и ГОСТ 16 516–70 (условные проходы гидролиний). В отношении техники безопасности должны быть удовлетворенны требования ГОСТа 16 028−70.
1. Расчет гидроцилиндра Исходными данными для проектирования и расчета гидроцилиндра обычно являются величины усилия, скорости и хода поршня, возможные диаметральные размеры гидроцилиндра и его схема (тип).
Рабочее давление ,[Па] гидроцилиндра вычисляется по формуле
(1)
где — рабочее усиление на штоке, Н;
— диаметр поршня, м;
— механический КПД гидроцилиндра ().
Расчет на прочность гидроцилиндра производится по условному давлению —, которое превышает рабочее на 20−30%
. (2)
.
При расчете необходимо различать тонкостенные и толстостенные цилиндры.
Их условно делят по отношению наружного диаметра гидроцилиндра к внутреннему:
тонкостенные
толстостенные
Тонкостенные гидроцилиндры применяются при давлениях до 10 МПа, а толстостенные — при большем давлении. Так как Р< 10 МПа, следовательно принимаем цилиндр тонкостенный.
Минимальная толщина стенки для гидроцилиндра определяется по формуле
(4)
где допускаемое напряжение в стенке гидроцилиндра;
— предел прочности материала цилиндра;
Назначаем материал цилиндра — кованые из низколегированной стали с
Cприбавка, обусловленная точностью обработки. Назначаем С=0,7 мм МПа;
Окончательная толщина стенки гидроцилиндра принимается с учетом стандартных размеров труб, используемых для изготовления цилиндров по ГОСТ 8734–68 и ГОСТ 8732–68. По ГОСТу 16 516−70 выбираем. Проведем проверку; получаем тонкостенные гидроцилиндры. Условие выполняется.
После этого выбирается конструкция гидроцилиндра, определяются размеры гидравлических каналов подвода и отвода рабочей жидкости, выбираются типы уплотнений поршня, штока и крышек и определяются их размеры.
Конструкцию гидроцилиндра выбирают по справочникам.
Сечение каналов подвода и отвода рассчитывают по допустимым скоростям и расходу рабочей жидкости.
Расход гидроцилиндра подсчитывается по формуле, [м3/с]
; (6)
где V — рабочая скорость штока, м/с.
— объемный к.п.д. гидроцилиндра. В расчетах принять .
;
Диаметр подводящих каналов, [м]
(7)
где — допустимая скорость жидкости в каналах гидроцилиндра. Назначаем =3м/с.
м, По ГОСТу 16 516−70 выбираем ,
Поршневой цилиндр.
Рисунок 1. Поршневой цилиндр: 1-втулка; 2-штуцер; 3-удерживающий упор; 4-уплотнение; 5-поршень; 6-уплотнение кольцом; 7-конус;8-шток; 9-труба; 10-уплотнение; 11-передняя крышка; 12-гайка; 13-штоковое уплотнение; 14-чистильщик; 15-резьбовый конец; 16-бронзовая втулка; 17-застопоренная гайка; 18-конический хвостовик; 19-проушина крышки.
Поршневые цилиндры являются цилиндрами двустороннего силового действия. Они бывают с однои двусторонним штоком. Наибольшее распространение в горных машинах получили цилиндры с односторонним штоком.
Поршневой цилиндр (рисунок 1) состоит из трубы 9, штока 8, имеющего резьбовый конец 15, поршня 5, передней крышки 11, крепящейся к цилиндру гайкой 12, задней крышки 19, приваренной к трубе цилиндра, подводящих штуцеров 2 и уплотнений. Труба 9, образующая основной рабочий объем, имеет тщательно обработанную поверхность, по которой и совершает в процессе работы возвратно-поступательные движение поршень 5 с уплотнениями 4, удерживающими упорами 3. Шток 8 в зависимости от длины и нагрузок или других факторов может быть сплошным или пустотелым. Пустотелые штоки, как правило, выполняются сварными.
В проушину крышки 19 запрессована втулка 1 для шарнирного соединения с органами машины.
Шток движется в бронзовой втулке 16, запрессованной в переднюю крышку 11. Рабочие поверхности штока в последнее время подвергают хромированию, улучшающему его износостойкость и антикоррозионные свойства. Крепления поршня 5, уплотненного кольцом 6, на штоке 8 осуществляется застопоренной гайкой 17. В передней крышке 11 размещаются уплотнение 10, герметизирующее место соединения крышки с трубой 9 цилиндра, штоковое уплотнение 13 и чистильщик 14. Кроме конического хвостовика 18 перед поршнем устанавливается конус 7. Конические поверхности предназначены для смягчения ударов в конце хода. При движении штока 8 влево в конце хода хвостовик 18 входит в отверстие задней крышки. Вытесняемая из-под поршня жидкость проходит через образовавшуюся кольцевую щель с большим сопротивлением, создавая противоположно направленное усилие. Происходит смягчение удара, притормаживание. Типы и размеры уплотнений выбираются в зависимости от рабочего давления и размеров гидроцилиндров по справочнику [I] (с.193−222).
2. Выбор насоса Давление насоса можно определить как
(8)
где коэффициент 1,2 учитывает все потери давления в гидравлических линиях.
Подача насоса [м3/с] определяется по заданной скорости выходного звена гидродвигателя и его активной площади, вычисленной при расчете гидроцилиндра.
(9)
где множитель 1,1 учитывает объёмные потери (утечки) в гидроаппаратуре и в гидроцилиндре.
Выбираем пластинчатый насос БГ12−26АМ.
Пластинчатый насос
Рисунок 2. Пластинчатый насос типа Г12−2: 1-нагнетательное отверстие;2-фланец;3-вал;4-корпус;5-диск;6-пружина;7-ротор;8-статор;9-диск;10-крышка;11-лопатки;12,13-окно;14-штуцер;15,16-резиновое кольцо;
Пластинчатые, или лопастные насосы — это ротационные нерегулируемые насосы двойного действия, предназначенные для работы как на давлениях до 6,3Мпа, так и на давлениях до 12,5Мпа.
Пластинчатые нерегулируемые насосы двойного действия с постоянным направлением потока масла предназначены для нагнетания масла в гидросистему одним потоком (насосы в одинарном исполнении) или двумя независимыми потоками (насосы в сдвоенном исполнении). Наибольшее распространение эти насосы получили в различных установках подземного и поверхностного транспорта угольных шахт: толкателях, качающихся площадках, агрегатах для обмена вагонеток в клетях, а также в некоторых буровых установках для выполнения вспомогательных операций.
В корпусе 4 насоса типа Г12−2(Рисунок 2) помещается стальное закаленное кольцо 8 — статор, по внутренней профилированной поверхности которого скользят лопатки 11, свободно перемещающиеся в радиальных пазах ротора 7 (число лопаток может быть разным у различных типов). Ротор сидит на шлицах вала 3, вращающегося в шариковых подшипниках.
К торцам статора и ротора пружинами 6 прижаты диски 5 и 9. В диске 9 имеются два окна 12 для всасывания, а в диске 5 — два окна 13 для нагнетания масла (вращение вала насоса по часовой стрелке при положении наблюдателя со стороны вала насоса).
Лопатки 11 под действием центробежных сил и давления масла, подведенного через отверстия, прижаты к внутренней поверхности статора. Внутренняя поверхность статора спрофилирована так, что каждая камера между двумя соседними лопатками во время соединения с окнами всасывания 12 увеличивает свой объем и заполняется через них маслом, а во время соединения с окнами нагнетания 13 уменьшает свой объем, вытесняя масло через них в линию нагнетания. За один оборот ротора производится два цикла всасывания и два цикла нагнетания. Благодаря диаметрально расположенным подводам и отводам нагрузка на ротор от давления масла уравновешена и подшипники насоса разгружены, а вал передает только крутящий момент.
Соединение крышки 10 с корпусом 4 уплотнено резиновым кольцом 15. Вал 3 уплотнен манжетами, установленными во фланце 2. Диск 5 в корпусе 4 уплотнен резиновым кольцом 16.
Нагнетательное 1 и всасывающее отверстия соединены с соответствующими окнами литыми каналами. Отвод утечек производится через штуцер 14, к которому подсоединяется дренажный трубопровод.
Насос БГ12−26АМ Насос БГ12−26АМ пластинчатый, двойного действия является нерегулируемый с постоянным направлением потоком масла. Диапазон температур от 0 до 50 С. Требуемая тонкость фильтрации 0,04 мм. Рекомендуемые марки масел: турбинное 22 и 22Л по ГОСТ 32–53 и ВНИИНП-403, ГОСТ 16 728–71. Вязкость минеральных масел 200−400мм/с при давлении 12,5 МПа. Допустимая продолжительность работы насоса на максимальном давлении не более 30% общей долговечности.
Техническая характеристика насоса БГ12−26АМ
Рабочий объем, см/об | Номинальная производительность, дм/с | Давление | Мощность, кВт | Диапазон частот вращения, об/с | К.п.д | Долговечность, ч | Масса, кг | |||
Номинальное, МПа | Максимальное, МПа | объемный | общий | |||||||
3,34 | 12,5 | 16−32 | 0.96 | 0,91 | ||||||
Рисунок 3. Предохранительный клапан Г52−2: 1-пружина;2-шарик;3-крышка;4-седло;5-пружина;6-золотник;7-корпус;8-депфер;9-отверстие вспомогательного переключателя. А, Б, В, Г-полости
3. Выбор гидроаппаратуры
Предохранительный клапан выбирается по полной подаче и наибольшему давлению насоса. Если наибольшее давление не оговорено в задании и в технической характеристике насоса, то давление настройки предохранительного клапана выбирается на 20% больше давления насоса. Выбираем предохранительный клапан Г52−2.
Предохранительный клапан Г52−2
Конструкция клапана типа Г52−2 приведена на рисунке 3. Жидкость к клапану подводится от насоса к полости Б и одновременно через систему отверстий поступает в полости, А и Г. Когда давление в системе преодолевает усилие пружины 1 шарикового клапана, шарик 2 отходит от седла 4 и масло в небольшом количестве из полости, А через клапан и отверстия в крышке 3 и корпус 7 поступает в полость В слива, подключенную к баку. Давление в полости, А благодаря демпферу 8 падает, в результате чего золотник 6 приподнимается и соединяет полости Б и В. При падении давления в сети золотник 6 под действием пружины 5 возвращается в исходное положение.
Дистанционное управление разгрузкой осуществляется подсоединением через отверстие 9 вспомогательного переключателя (крана или золотника управления), которой соединяет полость, А со сливом. Для подсоединения переключателя к клапанам резьбового и фланцевого присоединений необходимо вместо пробки установить штуцер с трубкой.
Технические характеристики предохранительных клапанов типа Г52−2
Расход | Давление | Условный проход, мм | Перепад давления при изменении расхода от номинального до наименьшего, не более, МПа | Давление разгрузки, МПа | Время набора давления после разгрузки, не более, с | Масса, кг | Типоразмер | |||
номинальный, дм/с | Наименьший, дм/с | номинальное, МПа | Наименьшее, МПа | |||||||
4,17 | 0,08 | 6,3 | 0,5 | 0,3 | 0,3 | 0,2 | 8,6 | Г52−26 | ||
Гидрораспределитель
Гидрораспределитель выбирается по справочникам и каталогам в зависимости от давления и подачи примененного насоса с учетом задания и специальных технических требований. Допускается применять гидрораспределители при увеличенных расходах, но не более чем на 40%, по сравнению с указанными в их технических характеристиках. Потеря давления при этом подсчитывается по выражению:
; (10)
где — соответственно потеря давления и расход при номинальном режиме, указанном в технической характеристике гидрораспределителя. ;
Выбираем реверсивный распределитель с гидравлическим управлением по МН 5782−65.
Рисунок 4. Распределитель типа Г72−3: 1,6-пружина;2,7-крышка;3-пробка;4-золотник;5-корпус;8,9-отверстие;10-дроссели;11-контргайка.
Реверсивные распределители с гидравлическим управлением по МН 5782−65 выпускаются серийно харьковским заводом «Гидропривод». Устройство распределителей по МН 5782−65 аналогично устройству золотников типа Г72−3. На рисунке 4 приведена конструкция распределителя типа Г72−3, выполненного по первой схеме. Золотник 4 может занимать нейтральное и два рабочих положения. В нейтральном положение золотник устанавливается с помощью пружин 1 и 6, расположенных в крышках 2 и 7.
Под действием давления управления, подводимого через отверстие 8 или 9 в корпусе 5 под торцы золотника 4, последний занимает два крайних положения — правое или левое, соответствующих двум направлениям движения рабочего органа машины. Скорость перемещения золотника 4 регулируется с помощью дросселей 10, расположенных в крышках 2 и 7 и зафиксированных контргайками 11. В четырехлинейных золотниках резьбового присоединения левое сливное отверстие заглушено. При перестройке на пятилинейные золотники заглушку со сливного отверстия необходимо снять, а пробку 3 заменить на заглушку 12, предварительно сняв крышку 2.
Технические характеристики реверсивного распределителя с гидравлическим управлением по МН 5782−65
Фильтр тонкой очистки рабочей жидкости устанавливается в сливной гидролинии проектируемого гидропривода и выбирается по расходу в этой линии
; (11)
гдеактивная площадь штоковой полости гидроцилиндра.
м.
дм/с;
Выбираем тип фильтра по требуемой тонкости фильтрации, рабочей жидкости, которая дается в рабочих характеристиках насосов. Берем фильтр тонкой очистки типа ФП7(Г43−5).
Рисунок 5. Фильтр тонкой очистки типа ФП7(Г43−5)
Технологические характеристики фильтров тонкой очистки типа ФП7(Г43−5)
Параметры | Единица имерения | ФП; | |
Условный проход | мм | ||
Номинальная пропускная способность | дм/с | 1,67 | |
Номинальное давление | МПа | ||
Перепад давления при номинальной пропускной способности | МПа | 0,17 | |
Тонкость фильтрации: Номинальная Абсолютная | мк | ||
Давление открытия перепускного клапана | МПа | 0,6 | |
Масса фильтра | кг | ||
Число фильтрующих элементов | ; | ||
Обозначение фильтрующего элемента | ; | 340 — 023/25 | |
Масса фильтрующего элемента | кг | 0,514 | |
Фильтр грубой очистки устанавливается на входе во всасывающую гидролинию непосредственно в гидробаке не ближе двух диаметров этой линии от дна.
;
где — рабочий объем насоса, [м3/об]; - частота вращения вала насоса, об/с.
;
Выбираем фильтр грубой очистки типа Г42−35.
Рисунок 6. Фильтр грубой очистки типа Г42−3.
Технологические характеристики, основные и присоединительные размеры приемных фильтров типа Г42−3
Параметры | Единица измерения | Г42−35 | |
Номинальная пропускная способность | дм/с | 2,34 | |
Тонкость фильтрации | мм | 0,08 | |
Гидравлическое сопротивление при наибольшей допустимой загрязненности фильтрующего элемента | МПа | 0,008−0,01 | |
Гидравлическое сопротивление, соответствующее открытию перепускного клапана | МПа | 0,011−0,012 | |
Условный проход | мм | ||
Масса фильтра | кг | ||
4. Определение диаметров гидролиний В проектируемом насосном гидроприводе необходимо определить диаметры трех гидролиний:
всасывания (от гидробака до насоса) — ,
напорной (от насоса до гидродвигателя) — ,
сливной (от гидродвигателя до гидробака) — .
Диаметры гидролиний определяются по формуле [м]:
; (12)
;
Округляем по ГОСТ 16 516–70
;
Округляем по ГОСТ 16 516–70
;
Округляем по ГОСТ 16 516–70
Скорость потока жидкости для всасывающих трубопроводов принимаем .
Скорость потока жидкости для нагнетательных трубопроводов принимаем .
Скорость потока жидкости для сливных трубопроводов принимаем .
В которую подставляются соответствующие расходы и скорости потока жидкости.
Расход в линии всасывания —, [м3/с]
; (13)
;
где — рабочий объем насоса, [м3/об]; - частота вращения вала насоса, об/с.
Расход в напорной линии — равен номинальной подаче насоса по технической характеристике, или
(14)
где — объемный к.п.д. насоса из технической характеристики.
Расход в сливной гидролинии -, [м3/с]
;
дм/с;
Допустимые скорости в нагнетательных линиях =3м/с
5. Определение давления насоса гидроцилиндр поршневый насос фильтр Скорости, , считаем через соответствующие расходы,, Q.
; (16)
;
;
Определяем режим течения жидкости в трубопроводе по числу Рейнольса:
(20)
где — кинематическая вязкость жидкости, [м2/с]. Для индустриального масла И-40А =
< 2300 — ламинарный режим.
<2300 — ламинарный режим.
<2300 — ламинарный режим.
При ламинарном режиме
(19)
где — критерий Рейнольса — величина характеризующая режим движения жидкости.
;
;
;
Определение потерь напора:
;
;
;
где — плотность рабочей жидкости, [кг/м3]Для индустриального масла И-40А =900 кг/м3 ;
Нижний индекс:
г. р. — гидрораспределитель ф.т.о. — фильтр тонкой очистки ф.г.о. — фильтр грубой очистки
;
;
Определяем давление по формуле:
(17)
где и — общие потери давления при прохождении соответствующих расходов и по напорной и по сливной гидролиниям, [Па];
— коэффициент соотношения площадей гидроцилиндра;
— высота подъема жидкости в напорной гидролинии, [м].
;
где м;м.
;
Определяем давление по формуле:
;
где — внешнее давление в гидробаке, [Па] p=101 325 Па. В гидроприводах с разомкнутой циркуляцией рабочей жидкости чаще всего внешнее давление равно атмосферному. — высота всасывания, [м];
;
Согласно ГОСТ 17 389–72 давление насоса [Мпа] определяется по выражению
(15)
где и — абсолютное давление и скорость потока жидкости в напорном канале насоса; [Па], [м/с]; и — абсолютное давление и скорость потока жидкости в канале всасывания насоса; [Па], [м/с]; и — высоты центров сечения напорного и всасывающего каналов насоса [м]. Для большинства насосов станочных гидроприводов разностью этих высот можно пренебречь; =1; =1; - коэффициент Кориолиса. — плотность рабочей жидкости, [кг/м3]; - ускорение силы тяжести, [м/c2].
Определяем полезную мощность насоса [кВт]:
. (24)
где — в МПа и — в м3/с.
.
Мощность насоса, по которой выбирается приводной электродвигатель, определяется по формуле
(25)
где — к.п.д. насоса из технической характеристики.
Вычисленные значения давлений в гидролиниях системы позволяют выбрать тип трубы или шланга для гидролиний. Необходимая толщина стенки трубы [м] определяется по формуле
(26)
где условное расчетное давление в трубе, [Па]; ;
наибольшее рабочее давление в трубе;
— принятый диаметр гидролинии, м;
допускаемое напряжение в стенке трубы, [Па]; ;
предел прочности материала трубы.
;
МПа;
;
;
;
По ГОСТ 16 516–70 округляем полученные диаметры до ближайщего большего значения
Давление в сливной магистрали определяется по выражению
;
;
6. Определение емкости гидробака Определяем количество энергии выделяемое при работе привода, [кВт];
;
где; - полезная мощность насоса.
;
Назначаем ориентировочный объем рабочей жидкости W,[м], равный 3 минутной производительности насоса.
W ;
где — подача насоса[м3/с]
W;
Определяем площадь бака по формуле:
;
м3;
Пусть нижняя сторона бака — поверхность с затрудненной циркуляцией воздуха, а остальные 5 сторон — свободно-обтекаемые поверхности.
Рассчитаем теряемую мощность исходя из наших данных,[Вт]:
;
где — установившиеся температура,[К];
— температура окружающей среды,[К];
— коэффициент теплопередачи для нижней стороны бака, [Вт/(м2К)];
— коэффициент теплопередачи для остальных сторон бака, [Вт/(м2К)];
— площадь поверхности теплопередачи, [м2].
;
Сделаем вывод о том, что принудительные мероприятия по охлаждению гидросистемы не требуются.
7. Определение подачи насоса Объемный к.п.д. при расчетном давлении насоса можно определить по формуле:
(32)
где — паспортные значения давления и к.п.д. насоса.
;
Утечки в гидрораспределителе — [м3/с], которые подсчитываются по формуле:
(33)
где — паспортные данные давления и утечек в гидрораспределителе.
Таким образом, истинная (расчетная) частота вращения насоса должна быть [об/с]:
; (34)
.
Заключение
В выполненной контрольно-курсовой работе был спроектирован насосный гидропривод.
Рабочей жидкостью в данном гидроприводе является индустриальное масло И — 40А.
Выбрана следующая гидроаппаратура:
1. Поршневой цилиндд.
2. Пластинчатый насос БГ12−26АМ на мощность 12,5−14 МПа.
3. Предохранительный клапан Г52−2
4. Реверсивный распределитель с гидравлическим управлением по МН 5782−65
5. Фильтр тонкой очистки типа ФП7(Г43−5).
6. Фильтр грубой очистки типа Г42−35.
Были получены следующие расчетные параметры данной гидросистемы:, , ,.
Гидроаппаратура подобрана по выполненным расчетам. Выбранный насос имеет сравнительно высокую стоимость, но полностью подходит по производительности и мощности к данному приводу.
1. Башта Т. М. Машиностроительная гидравлика / Т. М. Башта. — М.: Машиностроение, 1971. — 672 с.
2. Ковалевский В. Ф. Справочник по гидроприводам горных машин / В. Ф. Ковалевский, Н. Т. Бейлин Ю.Е. Железняков — М.: Недра, 1973. — 504 с.
3. Рабинович Е. З. Гидравлика / Е. З. Рабинович. — М.: Недра, 1980. — 278 с.