Разработка объемного гидропривода машины

1. Разработка принципиальной гидравлической схемы

2. Расчет и выбор силовых гидродвигателей, рабочей жидкости и насоса

3. Расчет и выбор гидроаппаратов

4. Расчет гидролиний

5. Тепловой расчет гидропривода

6. Расчет внешней характеристики гидропривода Список литературы Приложение

Под объемным гидроприводом понимается совокупность устройств, в число которых входит один или несколько объемных гидродвигателей, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин с помощью рабочей жидкости под давлением. Основой насосного гидропривода является объемный насос, создающий напор рабочей жидкости, которая обладает в основном энергией давления. Эта энергия преобразовывается затем в механическую работу. Благодаря высокому объемному модулю упругости рабочей жидкости в объемном гидроприводе обеспечивается практически жесткая связь между его входными и выходными органами.

Применительно к горным машинам достоинства гидропривода в следующем.

1. Простота получения практически любого вида механического перемещения с независимым расположением выходных элементов, что упрощает компоновку, кинематику и конструкцию горной машины, отличающейся разнообразием видов движения исполнительных органов. Механизмы поступательного движения горных машин являются гидравлическими, а такие сложные системы, как механизированные крепи, не могут быть выполнены без гидропривода.

2. Малая масса и объем, приходящиеся на единицу передаваемой мощности, что обеспечивает повышение энерговооруженности в заданных габаритах горной машины.

3. Возможность бесступенчатого регулирования выходной скорости в широком диапазоне, что обеспечивает эффективность работы горных машин.

4. Возможность создания низкооборотного высокомоментного привода, что позволяет исключить большегабаритные механические передачи из конструкции машины.

5. Надежное ограничение в заданных пределах величин нагрузок и простота защиты машины от экстренных перегрузок, что обеспечивает высокую надежность горных машин.

6. Хорошие динамические свойства, высокая частота реверсирования и высокое быстродействие, что существенно упрощает создание систем автоматизированного управления горными машинами.

К недостаткам гидропривода можно отнести:

1) возможность загрязнения и утечек рабочей жидкости. Что ухудшает характеристики гидропривода и уменьшает его надежность;

2) жесткие требования к точности изготовления; в связи с этим относительная сложность монтажа и ремонта гидропривода в условиях горного производства;

3) взрывои пожароопасность в случае применения рабочих жидкостей с горючими свойствами.

Объемный насосный гидропривод с приводом от электродвигателя широко применяется в современных машинах и механизмах. Это объясняется такими преимуществами гидропривода как: он легко управляется и автоматизируется; простота преобразования вращательного и поступательного движения друг в друга; надежное предохранение приводного электродвигателя от перегрузок; возможность реализации больших передаточных чисел; хорошие динамические свойства привода; возможность плавного и широкого регулирования скорости движения исполнительно органа

1. Разработка принципиальной гидравлической схемы

Рис. 1

Таблица перечня элементов принципиальной гидравлической схемы гидропривода.

Гидроцилиндр двустороннего действия с односторонним штоком;

Гидрозамок, служит для запирания и удержания штока в необходимом положении;

Гидрораспределитель, предназначен для включения, выключения и реверсирования движения штока гидроцилиндра;

Насос с постоянной подачей и постоянным направлением действия;

Фильтр, для очистки рабочей жидкости от твердых загрязнителей;

Предохранительный клапан (с собственным управлением), предназначен для защиты гидропривода от давления, превышающего установленное;

Гидробак, служит для размещения рабочей жидкости, дополнительной очистки жидкости от загрязнений за счет оседания твердых частиц, а также охлаждения жидкости выделением тепла через внешние поверхности бака в окружающую среду.

2. Расчет и выбор силовых гидродвигателей, рабочей жидкости и насоса

а) расчет и выбор гидроцилинда Расчетное значение диаметра гидроцилиндра D2Р определяется по формуле:

D2P=

где Р2Р — расчетное давление рабочей жидкости на входе в гидроцилиндр; F2- усилие на штоке; змех — механический КПД гидроцилиндра (рекомендуется принимать змех=(0,95. .0,96).

Давление Р2р предварительно принимается равным Р2Р = (0,85…0,9)РН) где Рн — номинальное давление в гидросистеме.

D2P=

D2 В мм = 125 мм при ц =1,6; диаметр штока d2 = 80 мм.

Для принятого диаметра D2 рабочее давление жидкости Р2 у гидроцилиндра составит

Р2 =

Р2 =

Расход жидкости, подводимой в поршневую полость гидроцилиндра, составит где х2 — заданная скорость движения поршня; з0- объемный КПД гидроцилиндра, который для новых гидроцилиндров с манжетными уплотнениям б) расчет и выбор гидронасоса Расчетная подача гидронасоса Q]P определяется из условия неразрывности потока жидкости, которое с точностью до утечек в гидролиниях и гидроаппаратуре, что допустимо на стадии предварительного расчета, имеет вид Тогда расчетный рабочий объем гидронасоса определяют по формуле

Где n1 — номинальная частота вращения вала насоса,; з01 — Объемный КПД гидронасоса, который предварительно можно принять равным 0,9 — 0,95.

Принимаем V op=.

При выборе типа гидронасоса необходимо в первую очередь учитывать уровень номинального давления. Аксиально-поршневые гидронасосы рассчитаны на высокие значения номинального давления. Они имеют также более высокие объемный и полный КПД по сравнению с гидронасосами других типов. Поэтому для условий задания на контрольно-курсовую работу целесообразно ориентироваться на аксиально-поршневые гидронасосы.

С учетом фактических параметров принятого гидронасоса действительная его подача будет равна где V01 и 01 — рабочий объем и объемный КПД принятого типоразмера гидронасоса; n1 — частота вращения вала гидронасоса по условиям задания.

в) Выбор рабочей жидкости Первоначально необходимо выбрать условия применения гидрофицированной машины или оборудования: при отрицательных температурах; при положительных температурах в закрытых помещениях; при положительных температурах на открытом воздухе.

Условия применения на открытом воздухе при положительных температурах — МГ-30.

3. Расчет и выбор гидроаппаратов

Гидрораспределитель служит для включения, выключения и реверсирования движения штока гидроцилиндра. Технические характеристики гидрораспределителей типа Р-16 на номинальное давлениеРн=16 МПа приведены в таблице.

Технические характеристики распределителей типа Р-16

Предохранительный гидроклапан предназначен для защиты гидропривода от давления, превышающего установленное. Технические характеристики предохранительных гидроклапанов типа БГ 52−13 приведены в таблице Технические характеристики предохранительных гидроклапанов БГ 52−13

Гидрозамок представляет собой управляемый обратный клапан и служит для фиксации штока выключенного гидроцилиндра в требуемом положении. Технические характеристики гидрозамков типа КУ-16 приведены в таблице Технические характеристики гидрозамков типа КУ

Фильтр служит для очистки рабочей жидкости от твердых загрязнителей. Выбор типа фильтра производится по требуемой тонкости очистки, расходу рабочей жидкости через фильтр и давлению в сливной гидролинии гидропривода, значение которого не превышает 0,63 МПа. Технические характеристики фильтра приведены в таблице.

Технические характеристики фильтров

Гидробак служит для размещения рабочей жидкости, дополнительной очистки жидкости от загрязнений за счет оседания твердых частиц, а также охлаждения жидкости выделением тепла через внешние поверхности бака в окружающую среду.

Объем бака ориентировочно определяется по формуле:

где Q1 — подача гидронасоса, л/мин.

гдеQ1 -подача гидронасоса, л/мин.

Номинальную вместимость бака принимаем в соответствии с рекомендациями ГОСТ 16 770 (дм3): 100.

4. Расчет гидролиний

Расчетный диаметр гидролиний определяется по формуле

где Q — расход жидкости на рассматриваемом участке, м/с;ддопускаемая скорость движения рабочей жидкости в трубопроводе: для всасывающего трубопровода д=0,5…1,5 м/с; для сливного д=1,5., 2,5 м/с; для напорного приPH10 МПа и?<10 м — д=5…6 м/с.

Для всасывающего трубопровода ,

Для сливного трубопровода, Для напорного трубопровода.

Расчетное значение диаметра (в мм) округляется до ближайшего по ГОСТ 8732 или ГОСТ 8734. Эти значения диаметров выбираются при номинальных давлениях от 10 до 20 МПа:

По принятому диаметру определяется действительная скорость движения жидкости в напорном, сливном и всасывающем трубопроводах:

=0,681м/с,

=1,823 м/с,

=3.92 м/с.

Расчет гидравлических потерь в напорной гидролинии производится с учетом потерь давления по длине трубопровода РТ, потерь давления в местных сопротивлениях трубопровода РМ и потерь давления вгидроаппаратахРГА.

Потери давления по длине трубопровода определяются по формуле

где — плотность рабочей жидкости; - коэффициент гидравлического трения; l — длина гидролинии; - скорость движения жидкости; dдиаметр напорной гидролинии.

Для вычисления коэффициента гидравлического трения первоначально необходимо определить режим движения жидкости, для чего определяется значение числа Рейнольдса по формуле

где — кинематическая вязкость рабочей жидкости.

Если Re<2300, то режим движения жидкости ламинарный, а в случае Re>2300 — турбулентный.

При ламинарном движении жидкости коэффициент гидравлического трения с учетом теплообмена с окружающей средой через стенки трубопровода определяется по формуле

л=0,0382.

Потери давления в местных сопротивлениях определяются по формуле

где — коэффициент местного сопротивления.

В качестве местных сопротивлений учитываются: входы в гидрораспределитель, гидрозамок и гидроцилиндр (1=2=3=0,8…0,9); место присоединения гидролинии предохранительного гидроклапана к напорной гидролинии (1=0,2) и два закругленных колена (5=6=0,15).

Действительные потери давления в гидрораспределителе и гидрозамке определяются по формулам:

где PPH и PЗH номинальные потери давления в гидрораспределителе и гидрозамке в соответствии с их техническими характеристиками; QPH и QЗH — номинальные расходы рабочей жидкости через гидрораспределитель и гидрозамок в соответствии с их техническими характеристиками;Q1 — подача гидронасоса рассчитанная.

Суммарные потери давления в гидроаппаратах Суммарные потери давления в напорном трубопроводе определяются по формуле

Суммарные потери давления не превышают 5.6% номинального давления.

При этом 14,9<16 МПа где Р2 — давление у гидроцилиндра, рассчитанное ранее.

X=0.5*100/16=3.125%

5. Тепловой расчет гидропривода

Энергия, затраченная на преодоление различных сопротивлений в гидроприводе, в конечном итоге превращается в теплоту, что вызывает нагрев рабочей жидкости и нежелательное снижение ее вязкости. Приближенно считается, что полученная с рабочей жидкостью теплота должна отдаваться в окружающую среду через поверхность бака.

Тепловой поток через стенки бака эквивалентен потерянной мощности N

где N1 — мощность гидронасоса; N2П — полезная мощность на штокегидроцилиндра.

Мощность гидронасоса где Q1 — подача гидронасоса, определенная по формуле (3.7); Р1 — давление гидронасоса, рассчитанное по формуле (3.21); 1 — полный КПД гидронасоса в соответствии с его технической характеристикой.

Полезная мощность определяется по формуле

гдеF2 — усилена штоке в соответствии с заданием;2 — действительная скорость движения штока.

Действительная скорость движения 2 определяется по формуле где QP — утечки рабочей жидкости в гидрораспределителе, принимаемые в соответствии с его технической характеристикой.

Утечки жидкости в предохранительном гидроклапане не учитываем из-за их малости.

Потребная площадь поверхности охлаждения где k0 — коэффициент теплопередачи, который при отсутствии обдува не превышает 15 Вт/м2, tЖ=60…70 0С, tВ-температура воздуха.

6. Расчет внешней характеристики гидропривода

Применительно к проектируемому гидроприводу под внешней характеристикой понимают зависимость скорости перемещения штока гидроцилиндра от усилия на штоке 2=f (F2). Для построения графика внешней характеристики необходимо задаться несколькими (4…5) значениямиF2i в пределах 0F2iF2. Каждому значению усилия F2i соответствует давление p2i гидроцилиндра, которое определяется по формуле Принимаем F2i=42;84;126;168KH.

Поскольку потери давления в напорном трубопроводе практически не зависят от давления в напорном трубопроводе, то соответствующие значения давленияP2i у гидронасоса определяются по формуле

P11=4,104МПа

P12=7,708МПа

P13=11,313МПа

P14=14,917МПа где Р — потери давления, рассчитанные по формуле

С увеличением давления Р1i возрастают утечки рабочей жидкости в гидронасосе Q1i и в гидрораспределителеQРi. Поэтому действительная подача рабочей жидкости в гидроцилиндр с возрастанием усилияF2i уменьшается. В связи сэтим уменьшается и скорость движения штока2i, значение которой определяется по формуле

где Q1T — теоретическая подача гидронасоса; Q1i и QРi — утечки рабочей жидкости в гидронасосе и гидрораспределителе.

При этом где a1 и a2 — коэффициенты утечек для гидронасоса и гидрораспределителя.

Коэффициенты утечек определяются по формулам

где 01 — объемный КПД гидронасоса в соответствии с его технической характеристикой; QP — утечки принятого гидрораспределителя в соответствии с его технической характеристикой; PH — номинальное давление.

По полученным данным строится график зависимости.

Рис. 2

гидродвигатель насос гидравлический шток Далее необходимо оценить степень снижения скорости движения штока при изменении усилия F2i от нуля до F2.

где 20 — скорость движения штока при F2=0.

1. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. М.: Машиностроение, 1982, 423 с.

2. Гидравлика и гидропривод / В. Г. Гейер, В. С. Дулин, А. Г. Боруменский и др. М.: Недра, 1981, 295.

3. Коваль П. В. Гидравлика и гидропривод горных машин. М.: Машиностроение, 1979, 319 с.

4. Юшкин В. В. Основы расчета объемного гидропривода. М.: Высшая школа, 1982, 93 с.

5. ГОСТ 2.701−84. ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.

6. ГОСТ 2.704−76. ЕСКД. Правила выполнения гидравлических и пневматических сетей.

7. ГОСТ 2.780−96. ЕСКД. УГО. Элементы гидравлических и пневматических сетей.

8. ГОСТ 2.782−68. ЕСКД. УГО. Насосы и двигатели гидравлические и пневматические.

9. ГОСТ 2.784−70. ЕСКД. УГО. Элементы трубопроводов.

10. ГОСТ 6540–68. Цилиндры гидравлические и пневматические. Основные параметры.

11. ГОСТ 13 824–68. Насосы объемные и моторы. Рабочие объемы.

12. ГОСТ 14 063–68. Аппаратура гидравлическая и пневматическая. Основные параметры.

13. ГОСТ 14 066–68. Фильтры гидравлических и смазочных систем. Основные параметры.

14. ГОСТ 17 398–72. Насосы. Термины и определения.

15. ГОСТ 17 752–81. Гидропривод объемный и пневмопривод. Термины и определения.

Приложение

Рис. 3