Расчет гидропривода вращательного движения

Содержание ВВЕДЕНИЕ

1. Расчёт рабочих, геометрических параметров и выбор типоразмеров элементов гидропривода

1.1 Выбор рабочего давления

1.2 Расчет параметров и выбор гидромотора

1.2.1 Выбор гидромотора

1.3 Определение расхода рабочей жидкости проходящей через гидромотор

1.4 Выбор насоса

1.5 Выбор электродвигателя для привода насоса

1.6 Выбор рабочей жидкости

1.7 Выбор гидроаппаратуры

1.7.1 Выбор гидрораспределителя

1.7.2 Выбор предохранительного клапана

1.7.3 Выбор дросселя

1.7.4 Выбор фильтра

1.8 Определение диаметров трубопроводов

1.9 Расчет гидробака

2. Определение перепада (потерь) давления, фактического давления насоса и КПД гидропривода

2.1 Фактическое давление насоса

2.2 Потери давления в гидролиниях

2.3 КПД гидропривода Список литературы ПриложениЕ ВВЕДЕНИЕ Гидроприводом называется совокупность гидравлических механизмов, предназначенная для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости.

Гидропривод, в состав которого входит гидравлический механизм, в котором рабочая жидкость находится под давлением, с одним или более объёмными гидроприводами называется объёмным.

Структурно объёмный гидропривод состоит из гидропередачи, устройств управления, вспомогательных устройств и гидролиний.

В состав гидропередачи входят объёмные насосы (преобразователи механической энергии приводящего двигателя в энергию потока рабочей жидкости) и объёмные гидродвигатели (преобразователи энергии потока рабочей жидкости в механическую энергию органа машины).

К устройствам управления относятся: гидрораспределители (для изменения направления потока рабочей жидкости и обеспечения требуемой последовательности включения в работу гидродвигателей); гидроклапаны давления (для изменения или поддержания требуемого давления в гидросистеме); гидроаппараты управления расходом (дросселей, регуляторы расхода, направляющие клапаны, делители потоков и др.); гидроусилители (для управления работой других элементов гидроприводов с одновременным усилением мощности сигнала управления за счёт внешнего источника питания).

Вспомогательные устройства обеспечивают надёжную работу гидропривода. К ним относятся кондиционеры рабочей жидкости (гидроёмкости, теплообменники, фильтры), уплотнительные устройства, обеспечивающие герметизацию гидросистемы, гидравлические реле давления и др.

Гидролиниями все элементы гидропривода объединяются в единую гидросистему. Гидролинии — устройства для подачи рабочей жидкости под давлением к выходным звеньям и гидроагрегатам гидропривода. В гидроприводе различают гидролинии: всасывающую, где жидкость движется к насосу; напорную, где жидкость движется от насоса; сливную с движением жидкости от гидродвигателя в гидробак; управления, где жидкость движется к устройствам управления и регулирования; дренажную, по которой отводятся утечки от гидроагрегатов в гидробак. Гидравлический объёмный привод обладает следующими достоинствами:

— имеет меньшую массу и габарит по сравнению с механическим и электрическим приводами, т.к. в большинстве случаев в нём отсутствуют редукторы, муфты, канаты;

— он просто и более совершенно компонуется независимо от расположения валов и узлов;

— имеет малую инерционность, что обеспечивает долговечность и позволяет осуществлять реверсирование рабочих движений за очень короткий промежуток времени;

— обеспечивает бесступенчатое регулирование скорости движения рабочих органов;

— имеет надёжное и простое предохранение от перегрузок рабочих органов и двигателя;

— даёт возможность широко применять стандартизованные и унифицированные узлы, что позволяет снизить себестоимость гидропривода и облегчает его эксплуатацию и ремонт.

В качестве рабочих жидкостей здесь применяются минеральные масла, которые одновременно обеспечивают смазку деталей гидропривода, повышает их износостойкость.

Однако, гидропривод имеет некоторые недостатки. В следствии проникновения воздуха в рабочую жидкость его движение может сопровождаться толчками, что отрицательно влияет на равномерность движений рабочих органов.

Сжатие и расширение труб, возникающие при гидравлических ударах в процессе быстрых переключений, расшатывают соединения и уплотнения в узлах гидропривода. Во избежание больших утечек жидкости, зазоры между сопрягаемыми деталями должны быть минимальными, а это обеспечивается высокой точностью их изготовления, что приводит к повышению стойкости гидропривода. Уплотнения не обеспечивают полной герметизации узлов, что уменьшает КПД и загрязняет рабочее место.

Одним из недостатков также является изменение вязкости рабочей жидкости в зависимости от изменения температуры, что нарушает работу гидропривода.

Однако в настоящее время разработаны жидкости с высоким индексом вязкости и созданы уплотнения, которые обеспечивают длительную работу без утечек. А выполнение узлов и соединений гидропривода на высоком техническом уровне и надлежащий уход во время эксплуатации почти полностью устраняет приведённые выше недостатки гидропривода.

Широкое применение в машинах лесного комплекса страны гидропривод получил в 60−70е годы XX века. В настоящее время этот тип привода машин и механизмов стал одним из основных.

Конструкция гидравлического привода должна обеспечивать экономичность, высокие эксплуатационные свойства, безопасность, надёжность и долговечность (ГОСТ 17 411−91).

При конструировании и проектировании гидропривода необходимо соблюдать следующие требования:

1. Потери давления должны быть сведены к минимуму, особенно в трубопроводах, для этого уменьшают их длину, число поворотов и разветвлений.

2. Конструкция трубопровода должна обеспечить отсутствие взаимного влияния одновременно работающих гидродвигателей.

3. Для защиты дорогостоящих аппаратов (насосов и моторов) предусматривают защитные устройства — предохранительные клапаны и т. д.

4. Стабильность работы гидропривода зависит от правильного выбора рабочей жидкости, стабильности её вязкости, определяемой рабочей температурой, оптимальный режим которой задаётся размерами гидробака и способом теплообмена.

5. Параметры рабочей жидкости, её чистота обеспечиваются фильтрами и отстоем в гидробаке.

6. Параметры всех применяемых гидроаппаратов должны соответствовать расходу и давлению в местах их установки.

1. РАСЧЕТ РАБОЧИХ, ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ВЫБОР ТИПОРАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОПРИВОДА

1.1 Выбор рабочего давления Рабочее давление влияет на габариты, стоимость, долговечность и эксплуатационную пригодность гидропривода. При выбранных высоких значениях давление гидропривод получается компактным, но при этом снижается его долговечность и возрастает стоимость при повышенном требовании к прочности и точности его элементов.

При выборе гидромотора принимаю значение из ряда номинальных давлений по ГОСТ 12 445–80: р = 6.3 МПа, [1, стр. 10]

1.2 Расчет параметров и выбор гидромотора насос давление гидропривод гидромотор

1.2.1 Выбор гидромотора Гидромотор выбираю по нагрузке (крутящему моменту М = 85 Н•м) на выходном валу, рабочему давлению р= 6.3МПа и частоте вращения вала п_м=750 об/мин Выбираю аксиально-поршневой гидромотор Г16−15АМ [1,с.31]

Таблица 1. Техническая характеристика гидромотора Г16−15АМ

Мощность на выходном валу гидромотора, Вт где М — крутящий момент на валу, Н•м;

— угловая скорость, рад/с, ;

— частота вращения, об/с.

Перепад давления в гидромоторе, Па где м³

— механический КПД гидромотора.

Конструкция гидромотора Г16−15АМ изображена на рисунке 2

1.3 Определение расхода рабочей жидкости проходящей через гидромотор Расход рабочей жидкости, м³/с, проходящей через гидромотор, где q_м — рабочий объём гидромотора, см³;

n_м— частота вращения вала, об/мин;

з_м.о — объёмный КПД гидромотора.

1.4 Выбор насоса Тип насоса выбирается в зависимости от способа регулирования и рабочего давления. Насос выбираю по подаче (расходу) Q и рабочему давлению р.

Выбираю нерегулируемый роторно-пластинчатый насос Г12−25 [1,с.33]

Таблица 2. Техническая характеристика роторно-пластинчатого насоса Г12−25

Выбранный насос должен создавать давление

р? Др_м +? Др, Проверим создает ли насос это давление, если

? Др=0,1 Др_м

р? 5,2 МПа + 0,52 МПа

6,3 МПа? 5,72 МПа

— условие соблюдается.

Подача у насоса должна быть больше подачи гидромотора,

Q_н? Q, т. к 119л/мин?104 л/мин — условие соблюдается;

где q_м — рабочий объём насоса, см³;

n_м— частота вращения вала, об/мин;

з_м.о — объёмный КПД насоса.

Проверим фактическую частоту вращения вала гидромотора по формуле Полученная частота вращения гидромотора должна быть

n_м.зад?n_м.факт м. мах

750 ?< 1450

Определим расхождения

n_м.зад и n_м.факт

%<10% -условие соблюдается Конструкция насоса Г12−25А изображена на рисунке 3 (см. приложение)

1.5 Выбор электродвигателя для привода насоса При выборе электродвигателя учитываю полезную мощность насоса, Вт, Выбираю трехфазный асинхронный двигатель АИР160М6, [1,с.35]

Таблица 3. Техническая характеристика трехфазного асинхронного двигателя

Конструкция двигателя АИР160М6 изображена на рисунке 4 (см. приложение)

1.6 Выбор рабочей жидкости При выборе рабочей жидкости учитываем её вязкость. Зависимость кинематической вязкости от температуры определяется по формуле Максимальная кинематическая вязкость (по прокачиваемости) для пластинчатых насосов 35…45 *10 ^-4 м²/с. Поэтому можно оставить жидкость АМГ-10 [1,с.36]

Таблица 4. Техническая характеристика рабочей жидкости

1.7 Выбор гидроаппаратуры Гидроаппаратура (гидрораспределитель, дроссель, клапан, фильтр) подбираю по пропускной способности (расходу) Q, равной фактической подаче насоса и давлению в местах установки аппаратов.

1.7.1 Выбор гидрораспределителя Направляющий гидрораспределитель предназначен для изменения направления или пуска и остановки потока рабочей жидкости в двух или более гидролиниях в зависимости от наличия внешнего управляющего воздействия, благодаря чему происходит пуск, реверс и остановка гидродвигателей. По типу запорно-регулирующего элемента распределители подразделяются на золотниковые, клапанные и крановые.

В зависимости от числа подводящих и отводящих гидролиний различают трех-, четырех ходовые и т. д.

По числу позиций золотника золотниковые распределители подразделяются на двух-, трехи четырехпозиционные.

Промышленность выпускает распределители двух конструктивных типов: моноблочные и секционные.

Выбираю четырех линейный трехпозиционный односекционный золотниковый гидрораспределитель Г74−16 с ручным управлением. [1,с.37]

Таблица 5. Техническая характеристика гидрораспределителя

Конструкция гидрораспределителя изображена на рисунке 5 (см. приложение)

1.7.2 Выбор предохранительного клапана Предохранительные клапаны в зависимости от условий могут работать постоянно или эпизодически только в момент резкого повышения давления в гидросистеме.

При постоянной работе предохранительные клапаны перепускают жидкость на слив, поддерживая тем самым постоянное или почти постоянное давление в гидросистеме; такие клапаны называются переливными. При эпизодической работе предохранительный клапан срабатывает только при резком увеличении давления в гидросистеме и поэтому является как бы аварийным устройством.

Выбираю предохранительный клапан МКВП 20. [1,с.39]

Таблица 6. Техническая характеристика предохранительного клапана

1.7.3 Выбор дросселя Для регулирования скорости движения силового органа машин или механизмов применяется дросселирование потока жидкости при помощи регулируемых местных сопротивлений, называемых дросселями. Дроссели бывают регулируемые и нерегулируемые.

Выбираю регулируемый дроссель типа Г55−35 [1,с.38 ]

Таблица 7. Техническая характеристика дросселя

1.7.4 Выбор фильтра Рабочая жидкость в гидроприводах постоянно загрязняется твердыми частицами, которые попадают вместе с жидкостью в насосы, гидродвигатели и гидроаппараты. Это существенно снижает срок службы гидроаппаратов.

Для очистки от твердых загрязнений масло пропускают через отделители твердых частиц — фильтры. Фильтры подразделяются по форме отверстий в фильтрующем элементе на щелевые, сетчатые и пористые. В зависимости от сил, которые действуют на частицы в сепараторах, фильтры могут быть центробежными, магнитными и электростатическими. В гидроприводе применяются фильтры с сетчатыми и бумажными фильтрующими элементами, которые обеспечивают нормальную тонкость очистки, задерживая в зависимости от типа фильтра частицы в 25, 40 или 63 мкм.

Выбираю сливной предохранительный фильтр Г41−2 [1,с.40]

Таблица 8. Техническая характеристика фильтра

1.8 Определение диаметров трубопроводов Для соединения элементов гидросистемы применяют трубопроводы, внутренний диаметр которых определяется диаметром присоединительной резьбы гидравлических устройств или условным подходом, т. е. округленным до ближайшего значения из установленного ряда диаметров круга.

Для напорных линий внутренний диаметр d_т соотносится с давлением по РС 3644−72, при давлении р=6,3 МПа скорость движения жидкости х=3,2 м/с Определим предварительное значение внутреннего диаметра трубопровода d'_т:

Выбираю бесшовные холоднодеформированные трубы (ГОСТ 8734−75) [2,с.41]

По ГОСТ 8734–75 определяю фактическое значение наружного диаметра

d_т нар = 32 мм с толщиной стенки д = 2 мм Определяю окончательные значение внутреннего диаметра

d_т = d_{т нар} — 2•д= 32- (2•2) = 28 мм т. к d_т = d_т, то фактическая скорость движения жидкости в трубопроводе равна выбранной.

Для сливных линий рекомендуется х = 2 м/с. Определим предварительное значение внутреннего диаметра трубопровода d_т:

Выбираю бесшовные холоднодеформированные трубы (ГОСТ 8732−78) [2,с.41]

По ГОСТ 8734–75 определяю фактическое значение наружного диаметра

d_т нар = 40 мм с толщиной стенки д = 2 мм Определяю окончательное значение внутреннего диаметра

d_т = d_{т нар} — 2? д = 40 — 2•2= 36 мм т. к d_т? d_т, то определяю фактическую скорость движения жидкости в трубопроводе

1.9 Расчет гидробака Гидробак обеспечивает хранение запаса рабочей жидкости (сверх объема в гидросистеме) и охлаждение ее. Размеры гидробака устанавливаются такими, чтобы температура рабочей жидкости при непрерывной работе гидропривода не поднимались выше максимально допустимой. При установившемся тепловом режиме гидропривода должно соблюдаться равенство количества выделяемой и рассеиваемой теплоты.

При некоторых допущениях можно записать следующее равенство:

где N— мощность, подведенная к валу насоса, Вт,

p — давление насоса (рабочее) Па;

Q — подача насоса, м³ /с;

з — КПД насоса;

t_Р— время рабочего хода (нагрузки гидродвигателя), с;

t_х— время холостого хода (отсутствие нагрузки гидродвигателя), с;

для гидромотора

N_э-эффективная мощность гидропривода, Вт К_Т-коэффициент теплопередачи, для труб, К_Т=12Вт/(м³*К);

S_Т-площадь поверхности труб гидросистемы, м²,

d_i, l_i -диаметр и длина участка труб, м;

Т, Т₀— температуры рабочей жидкости и окружающей среды соответственно, К; К_б-коэффициент теплопередачи бака, Вт/(м²*К),

К_б=100- с водяным охлаждением;

S_б — площадь поверхности бака, м²;

Выберем соотношения сторон бака: b=0.5a, h=0.6a, тогда

S_б=ab+2ah+2hb=2.3a²,

где а, b, h— длина, ширина и высота бака соответственно, м.

При предварительных расчетах принимают значениеS₆ для бака с водяным охлаждением и определяют площадь поверхности бака:

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕПАДА (ПОТЕРЬ) ДАВЛЕНИЯ, ФАКТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ НАСОСА И КПД ГИДРОПРИВОДА

2.1 Фактическое давление насоса Для гидропривода вращательного движения фактическое давление насоса рассчитывается:

2.2 Потери давления в гидролиниях Потери в гидролиниях определяются по формуле где с — плотность рабочей жидкости, для АМГ-10=850 кг/м³;

окоэффициент местных потерь, определяемый в зависимости от вида местного сопротивления:

лкоэффициент потерь по длине, определяемый в зависимости от числа Рейнольдса;

х — фактическая скорость движения жидкости, м/с ;

d — диаметр трубы i-го участка гидролинии, м ;

Рассмотрим потери давления на напорной линии насос — распределитель.

Длина линии задана в исходных данных. l=4м.

Расход жидкости равен требуемому расходу, Q =•10 ^-6м³/с Вычисленный внутренний диаметр d= 0,028 м.

Фактический внутренний диаметр d= 0,028 м.

Фактическая скорость х=3,2м/с.

Число Рейнольдса Re = х•d_Т/н_Т =3,2*0,028/8,8*10 ^-6 =10 181,8

Коэффициент местных потерь У о =0,2•3=0,6

Коэффициент потерь по длине

Тогда Аналогично рассчитываются линии распределитель — гидродвигатель, гидродвигатель-распределитель и распределитель-гидробак. Данные расчетов заносятся в таблицу 9.

Таблица 9. Потери давления на гидролиниях и в гидроаппаратах

2.3 КПД гидропривода Полный КПД гидропривода вращательного действия определяется как произведение КПД его аппаратах:

з = з_н * з_с * з_м = 0,7*0,88*0,76 = 0,47

з_с— КПД гидросистемы без учета объемных потерь, з_с= (р_н —? Др)/р_н=(6,3 — 0,748)/6,3 = 0,87

Проверим полный КПД гидросистемы как отношение мощностей, полезной к затраченной Мною рассчитан гидропривод вращательного движения. Он состоит из роторно-пластинчатого насоса, гидромотора Г16−15АМ, предохранительного клапана, секционного распределителя, фильтра, гидробака, дросселя, трехфазного асинхронного двигателя, трубопроводов. КПД гидросистемы равен 37,16%

1. Барабанов В. А. Расчет объемного гидропривода: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию. -3 — е изд., испр. — Архангельск.

2. Юшкин В. В. Основы расчета объемного гидропривода: Учеб. пособие для вузов. — М.: Высш. шк., 1982. — 93 с.

3. Анурьев В. И. справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. — 8-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 2001. — 864 с.

Приложение Рисунок 1. Схема гидропривода вращательного движения Рисунок 2. Гидромотор Г16−15АМ Рисунок 4. Асинхронный электродвигатель типа АИР160М6

Рисунок 5. Гидрораспределитель с ручным управлением 1-рукоятка; 2- плунжер; 3,6,8- корпус; 4,5,10- полости; 7-фиксатор; 9- пружина.

Рисунок 6. Клапан МКПВ 20

Рисунок 7. Схема дросселя типа Г55−35 1-пружина; 2,4,6,8- полости; 3,5- каналы; 7-золотник Рисунок 8. Фильтр Г41−2 1 — корпус; 2 — крышка; 3 — ось; 4 — резиновое кольцо; 5 — основные пластины; 6 — промежуточные пластины; 7 — скребки; 8 — шпилька; 9 — пробка.