Проектирование гидросхемы приводов машины для сварки трением

Техническое задание

Наименование, область применения и назначение изделия

Проектирование гидросхемы приводов машины для сварки трением.

Гидросхему приводов целесообразно использовать в автомобилестроение и инструментальном производстве.

Гидросхема приводов предназначена для автоматизации основных операций, выполняемых на машине для сварки трением при использовании элементов гидроавтоматики.

Цели и задачи разработки

Проектирование гидросхемы приводов машины с целью автоматизации основных операций, выполняемых на машине для сварки трением при использовании элементов гидроавтоматики.

Источники разработки

Разработка ведется на основании изучения состава современного промышленного оборудования, прогнозирования потребности в оборудовании данного класса у предприятий и частных фирм.

Технические требования

Состав машины и требования к конструктивному исполнению

Гидросхема должна содержать следующие узлы:

— привод сжатия заготовки;

— привод тормоза;

— привод захватов;

— гидростанция.

Требования к надежности и технике безопасности.

В наиболее ответственных местах должны быть предусмотрены предохранительные устройства от перегрузок.

Электроаппаратура и электродвигатели должны быть защищены от попаданий влаги по категории «Правил устройства электроустановок (ПУЭ)», утвержденных Госэнергонадзором.

Конструкции проектируемых узлов и систем должна исключать их поломку при нештатных ситуациях.

Требования к технологичности производства и эксплуатации.

Конструкция узлов и систем гидросхемы должна быть технологичной при изготовлении, эксплуатации и ремонте.

Составные части узлов и систем гидросхемы должны быть доступны для технологического обслуживания и ремонта.

Требования к метрологическому обеспечению.

Все используемые измерительные устройства и датчики должны быть отградуированы, и пройти соответствующую аттестацию.

Требования к уровню унификации и стандартизации.

При проектировании гидросхемы приводов необходимо стремиться к максимальной унификации и стандартизации проектируемых узлов и систем, деталей и покупных изделий, а также использовать как можно больше стандартных крепежных деталей и т. п.

Эстетические и эргономические требования.

Конструкция проектируемых узлов и систем гидросхемы приводов и их внешний вид должны соответствовать современным требованиям технической эстетики.

Установка органов управления и усилия, прикладываемые к ним человеком, должны соответствовать эргономическим требованиям.

Специфические требования.

По основным техническим характеристикам и технико-экономическим показателям проектируемые узлы и системы гидросхемы приводов должны иметь преимущества перед подобными образцами данного класса оборудования и находиться на уровне современных зарубежных образцов.

Требования к основным частям установки, сырью и эксплуатационным материалам.

Выбор дефицитных комплектующих изделий материалов и дорогостоящих видов термообработки должен иметь убедительную обоснованность.

Условия эксплуатации, требования к техническому обслуживанию и ремонту приводов.

Все составляющие гидросхемы приводов должны быть рассчитаны для работы в закрытых помещениях при температуре −20…+80 С.

Питание насосной станции должно осуществляться от сети переменного тока напряжением 220 В с частотой 50Гц.

Приводы машины периодически должен обслуживать один человек.

Система обслуживания должна включать:

— ежедневное обслуживание;

— еженедельное обслуживание;

— техническое обслуживание после 1000 часов работы;

— техническое обслуживание после 2000 часов работы.

Требование к маркировке и установке.

На видных местах приводов должны быть прикреплены таблички, изготовленные по ГОСТ 12 969–67, на которых должны быть указаны:

— наименование привода или его составной части;

— год выпуска.

Маркировка должна быть выполнена краской и трафаретом, либо выгравирована.

Перед упаковкой неокрашенные поверхности должны быть законсервированы.

Требования к транспортированию и хранению.

Упакованные изделия транспортируются в открытых транспортных средствах всех видов в соответствии с правилами перевозки грузов на транспорте данного вида.

Условия транспортирования и хранения должны быть соблюдены в соответствии с ГОСТ 15 150–69.

Экономические требования.

Срок окупаемости затрат на разработку и освоение производстване более 3-х лет.

гидроцилиндр насосная привод сварка

Введение

Исходные данные

1. Подбор гидроцилиндров

2. Выбор насосной станции

3. Подбор регулирующей аппаратуры

4. Расчет трубопровода

5. Расчет потерь

6. Расчет потерь в приводе сжатия заготовки

7. Расчет регулировочной и механической характеристик

8. Принцип работы гидроцилиндра Заключение Список литературы

Применение гидроприводов позволяет упростить кинематику машин, снизить металлоемкость, повысить точность, надежность и уровень автоматизации.

Широкое использование гидроприводов определяется рядом их существенных преимуществ перед другими типами приводов и, прежде всего возможностью получения больших усилий и мощностей при ограниченных размерах гидродвигателей. Гидроприводы обеспечивают широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости, возможность работы в динамических режимах с требуемым качеством переходных процессов, защиту системы от перегрузки и точный контроль действующих усилий. С помощью гидроцилиндров удается получить прямолинейное движение без кинематических преобразователей, а также обеспечить определенное соотношение скоростей прямого и обратного ходов.

Гидроприводы имеют и недостатки, которые ограничивают их использование в станкостроение. Это потери на трение и утечки, снижающие КПД гидропривода и вызывающие разогрев рабочей жидкости.

При правильном конструировании, изготовлении и эксплуатации гидроприводов их недостатки могут быть сведены к минимуму. Для этого нужно знать хорошо унифицированные узлы станочного гидропривода, централизованно изготовляемые специализированными заводами, а также типовые узлы специального назначения.

Исходные данные:

Привод сжатия заготовки:

= 5 см/с Привод тормоза:;; .

Привод захватов заготовки:

;;

Последовательность работы:3−1-2−3-1−2

Длина магистрали: 4,5 м

1. Подбор гидроцилиндров

Привод сжатия заготовки

.

1. Рассчитаем площадь гидроцилиндра F:

(1)

где P_max — максимальное усилие, P_max =63 000 Н;

р — давление в системе МПа; выбирается из ряда стандартных значений (6,3; 10; 12,5; 16; 20; 25; 32;40;50;63).

Принимаем рабочее давление:

2. Расчетный диаметр поршня гидроцилиндра:

(2)

где F — площадь гидроцилиндра, мм²;

— постоянная, =3,14.

Выбираем гидроцилиндр: 1- 50×200 по ОСТ2 Г21−1-73:

Позиция в гидросхеме -(1)

3. Действительная площадь гидроцилиндра:

(3)

где Dдиаметр поршня, мм;

— постоянная, =3,14.

4. Рассчитаем расход Q:

(4)

гдедействительная площадь гидроцилиндра,;

— скорость движения гидроцилиндра, .

Привод тормоза.

1. Рассчитаем площадь гидроцилиндра F по формуле (1):

Принимаем рабочее давление:

2. Расчетный диаметр поршня гидроцилиндра по формуле (2):

Выбираем гидроцилиндр: 1- 30×150 по ОСТ2 Г21−1-73:

Позиция в гидросхеме -(2)

3. Действительная площадь гидроцилиндра по формуле (3):

4. Рассчитаем расход Q по формуле (4):

Привод захватов.

1. Рассчитаем площадь гидроцилиндра F по формуле (1):

Принимаем рабочее давление:

2. Расчетный диаметр поршня гидроцилиндра по формуле (2):

Выбираем гидроцилиндр: 1−70×3600 по ОСТ2 Г21−1-73:

Позиция в гидросхеме -(3)

3. Действительная площадь гидроцилиндра по формуле (3):

4. Рассчитаем расход Q по формуле (4):

2. Выбор насосной станции

Выбираем насосную станцию типа 3АМЛ 48−84-УХЛ 4Г49−33:

3 — исполнение по высоте гидрошкафа;

А — с теплообменником и терморегулятором (исполнение по способу охлаждения);

М — один агрегат за щитом (исполнение по количеству и расположению насосных агрегатов);

Л — левое, расположение насосного агрегата;

Г48−8 — обозначение насосной установки;

4 — исполнение по вместимости бака (160л.);

УХЛ — климатическое исполнение по ГОСТ 15 150–69;

12Г12−23АМ — тип комплектующего насоса;

4А112МВ6- тип электродвигателя;

4Г49−33 — номер насосного агрегата.

3. Подбор регулирующей аппаратуры

1. Дроссель (гидроклапан давления) ДР-12: Позиция в гидросхеме — (8)

Диаметр условного прохода 16 мм.

Расход масла;

Внутренние утечки Масса 3,5 кг.

2. Дроссель с обратным клапаном (регулятор потока) КВМК 16G1.1:

Позиция в гидросхеме -(4)

Диаметр условного прохода16 мм.

Расход масла;

Потеря давления в клапане-0,1 МПа. Масса 1,1 кг.

3. Обратный клапан по ГОСТ 21 464–76:

Позиция в гидросхеме -(9)

Диаметр условного прохода 10 мм.

Расход масла;

Утечки масла при номинальном давлении- 0,08 л/мин. Масса- 1,46 мин.

4. Редукционный клапан 20−32-1к-УХЛ 4:

Позиция в гидросхеме -(6)

Диаметр условного прохода 20 мм.

Исполнение по номинальному давлению 32 МПа.

Расход масла Q=40 л/мин.

Исполнение по присоединению — резьбовое с конической резьбой (1к).

Климатическое исполнение УХЛ, категория размещения 4.

Потеря давления Масса 4,6 кг.

5. Двухпозиционный гидрораспределитель

ВЕ 16−573−30/ОФ В220−50 Н. Д

Позиция в гидросхеме -(5)

В — гидрораспределитель золотниковый;

Е — электромагнитное управление;

16- условный диаметр прохода;

573- вид исполнения;

30/- номер конструкции;

ОФ — без пружинного возврата с фиксатором;

В220−50- переменный ток с напряжением 220 В и с частотой 50 Гц;

Нэлектромагнит с управлением от кнопки;

Дподвод кабеля сверху к электромагниту.

Расход масла Время срабатывания- 0,02−0,06 с.

Номинальное давление 32 МПА. Потери давления 0,55 МПа.

6. Трехпозиционный гидрораспределитель

ВЕ 16 -44А-31/ОФ В220−50 Н. Д

Позиция в гидросхеме -(7)

В — гидрораспределитель золотниковый;

Е — электромагнитное управление;

16- условный диаметр прохода;

44А — вид исполнения по гидросхеме;

31/- номер конструкции;

ОФ — без пружинного возврата с фиксатором;

В220−50- переменный ток с напряжением 220 В и с частотой 50 Гц;

Нэлектромагнит с управлением от кнопки;

Дподвод кабеля сверху к электромагниту.

Потери давления 0,55 МПа.

Номинальное давление 32 МПА

4. Расчет трубопровода

Принимаем материал труб. Ст. 20.

Определение внутреннего диаметра трубопровода

Внутренний диаметр трубопровода:

(5)

— регламентированная скорость для напорных магистралей при р=63 МПа и — при р=10 МПа ;

Qрасход жидкости, .

— для привода сжатия заготовки;

— для привода тормоза;

— для привода захватов.

— регламентированная скорость для сливных магистралей, р=2,5МПа;

— для привода сжатия заготовки;

— для привода тормоза;

— для привода захватов.

Определение минимальной толщины стенок трубы для напорной и сливной магистралей:

(6)

где ;

рдавление в системе, МПа; dвнутренний диаметр трубопровода, мм.

Для напорной магистрали

— для привода сжатия заготовки;

— для привода тормоза;

— для привода захватов.

Для сливной магистрали

— для привода сжатия заготовки;

— для привода тормоза;

— для привода захватов.

Определение наружного диаметра трубы.

(7)

где d-внутренний диаметр трубопровода, мм;

— толщина стенок трубы, мм.

Для напорной магистрали

Для сливной магистрали

Выбираем трубу по ГОСТ 8734–75 [3,с.307 351] бесшовная холоднодеформированная прецизионная:

Для напорной магистрали

10 1- для привода сжатия заготовки;

9 1- для привода тормоза;

9 1- для привода захватов.

Для сливной магистрали

14 1- для привода сжатия заготовки;

12 1- для привода тормоза;

14 1- для привода захватов.

Выбор масла.

Масло минеральное И-30А:

Определение числа Рейнальдса [3, с.389]:

(8)

где Qрасход жидкости, ;

d-внутренний диаметр трубопровода, мм;

— вязкость жидкости, .

если число Рейнальдса >2300 — поток турбулентный, если < 2300 ламинарный.

Для напорной магистрали

— для привода сжатия заготовки;

— для привода тормоза;

— для привода захватов.

Для сливной магистрали

— для привода сжатия заготовки;

— для привода тормоза;

— для привода захватов.

Во всех ветвях магистрали поток имеет ламинарный режим течения жидкости.

5. Расчёт потерь

Так как для всех трубопроводов режим течения ламинарный то потери в трубопроводах считаются по формуле: :

(9)

где — вязкость жидкости, ;

Lдлина трубопровода, м;

Qрасход жидкости, ;

d-внутренний диаметр трубопровода, мм.

Первый контурпривод сжатия заготовки:

Второй контурпривод тормоза:

Третий контур— привод захватов:

6. Расчет потерь в приводе сжатия заготовки

Определим потери в приводе сжатия заготовки:

=32 МПа — давление в приводе сжатия заготовки;

(10)

(11)

(12)

где = 0,055 МПа — потери в двухпозиционном гидрораспределителе

= 0,055 МПа — потери в трехпозиционном гидрораспределителе

= 0,106 МПа — потери в напорной магистрали привода сжатия заготовки.

= 0,021 МПа — потери в сливной магистрали привода сжатия заготовки.

— суммарные потери в напорной магистрали привода сжатия заготовки.

— суммарные потери в сливной магистрали привода сжатия заготовки.

=0,055+0,055+0,106=0,216 МПа

=0,055+0,055+0,021=0,131 МПа

=32−0,216=31,784 МПа

7. Расчет регулировочной и механической характеристик

Механическая характеристика:

(13)

гдеплощадь дросселя, ;

— постоянная, =3,14;

Dдиаметр поршня, м; d-диаметр штока, м;

p-плотность жидкости, ;

— потери в приводе сжатия заготовки, МПа;

— нагрузка гидроцилиндра, кг;

— потери в сливном трубопроводе, МПа.

(14)

гдеусловный диаметр прохода дросселя, м.

Рисунок 2 Изменение скорости движения штока гидроцилиндра от площади дросселя

Регулировочная характеристика по формуле (13):

Рисунок 3 Изменение скорости от усилия на штоке гидроцилиндра

8. Принцип работы гидроцилиндра [2, с.48]

Гидроцилиндр с односторонним штоком по ОСТ2 Г21−1-73 состоит из следующих деталей: гильзы 6, крышек 1 и 9, поршня 4, штока 10, разрезной гайки 2, тормозных втулок 3 и 5, фланцев 7, полуколец 8, втулки 11, передней опоры 12, крышки 14, дросселей 15, обратных клапанов 16 и винтов 17. Уплотнение поршня по диаметру D обеспечивается с помощью чугунных поршневых колец, а уплотнение штока по диаметру dс помощью шевронных уплотнений 13, натяг которых регулируется путем изменения толщины пакета прокладок между крышками 4 и 9. Масло в цилиндр подводится через отверстия; для выпуска воздуха в крышках 1 и 9 предусмотрены отверстия, заглушаемые пробками. В исполнениях с торможением втулки 3 и 5 в конце хода входят в соответствующие расточки крышек 1 и 9, после чего слив масла из рабочей полости возможен лишь через дроссель 15, регулирующий эффективность торможения. После реверса движения масло в рабочую полость поступает через клапан 16.

Заключение

Проектирование гидросхемы приводов машины проводится с целью автоматизации основных операций, выполняемых на машине для сварки трением при использовании элементов гидроавтоматики.

В результате проделанной работы была спроектирована гидросхема привода машины для сварки трением. Рассчитаны основные характеристики и построены графики зависимостей (график изменения скорости движения штока гидроцилиндра от площади дросселя и график изменения скорости движения штока гидроцилиндра от усилия на штоке гидроцилиндра).

1. Башта Т. М., Руднев С. С., Некрасов Б. Б. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: — М.: «Машиностроение», 1982.-423с.

2. Свешников В. К., Усов А. А. Станочные гидроприводы: Справочник.: — М.: «Машиностроение», 1988.-512с.

3. Свешников В. К., Усов А. А. Станочные гидроприводы: Справочник.: — М.: «Машиностроение», 1995.-448с.