Расчет гидропривода подающей части угольного комбайна

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА «ЭНЕРГОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ»

Курсовая работа

Тема: «Расчет гидропривода подающей части угольного комбайна»

Выполнил студент гр. КПМО

Проверил к.т.н, доц. Геммерлинг О.А.

Донецк — 20 г.

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА «ЭНЕРГОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ»

УТВЕРЖДАЮ:

Руководитель работы

__________

«____» _______________ 20 г.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ Студент ., группа КПМО;

Тема работы: «Расчет гидропривода подающей части угольного комбайна»

Исходные данные: момент на валу гидромотора Мд = 300 Н· м, частота вращения вала nд = 150 мин-1,

длина гидролиний lн = lв = 0,5ч0,7 м, начальный момент сопротивления Мс. о = 220 Н· м, показатель изменения нагрузки К = 0,4 Н· м/мин-1

Срок сдачи работы_____________________

Дата выдачи задания ____________ Студент ____________________

Реферат Курсовая работа: 24 страниц, 4 рисунка, 1 таблица, 4 источника.

Цель: составить гидравлическую схему, рассчитать и выбрать все элементы гидропривода подающей части угольного комбайна.

Объект: гидропривод подающей части угольного комбайна.

В курсовой работе проведен расчет составленной гидросхемы механизма подачи угольного комбайна, выбраны гидромотор МР-0,25/10, основной регулируемый насос НАС, рассчитаны и выбраны диаметры напорной гидролинии (внутренний 16 мм) и подкачной (внутренний 8 мм), рассчитаны потери давления в гидролиниях, построены линии абсолютного давления в гидроприводе, построены моментные характеристики гидромотора, определены рабочие режимы насоса, определено КПД гидропередачи изменение которого во всех режимах работы достигает 14%, что свидетельствует о неэкономичности регулирования.

НАСОС, ГИДРОПЕРЕДАЧА, ГИДРОМОТОР, ДАВЛЕНИЕ, ПОДАЧА, ГИДРОЛИНИЯ

Содержание Введение

1. Составление и анализ схемы

2. Выбор гидромашин и рабочей жидкости

3. Выбор гидроаппаратуры и вспомогательных устройств

4. Расчёт гидролинии и потерь давления

5. Линия абсолютного давления в гидроприводе

6. Сила давления на колено трубы

7. Давление срабатывания предохранительного клапана

8. Проверка насосов на кавитацию

9. Моментные характеристики

10. Рабочие режимы гидромотора

11. Рабочие режимы насоса

12. КПД гидропередачи

13. Эксплуатация и ТБ Выводы Список источников

Введение

Создание современных средств механизации и авторизации в настоящее время немыслимо без широкого применения гидропривода, особенно объёмного. Объёмный гидропривод имеет по сравнению с электромеханическим приводом ряд преимуществ: надёжное ограничение величины действующего усилия простыми средствами, возможность осуществления больших передаточных чисел при относительно не больших диапазонах бесступенчатого регулирования скоростей исполнительных органов в широком диапазоне; лёгкость преобразования вращательного движения в поступательное, значительное упрощение автоматического программного и дистанционного управления. Свободное расположения в пространстве валов и осей приводных органов, возможность ограничения динамических нагрузок, плавный пуск и наращивание скоростей под нагрузкой.

Гидропривод — это совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель.

К основным преимуществам гидропривода относятся: возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки; простота управления и автоматизации; простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена; большая передаваемая мощность на единицу массы привода; надежная смазка трущихся поверхностей при применении минеральных масел в качестве рабочих жидкостей.

К недостаткам гидропривода относятся: утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления; нагрев рабочей жидкости, что требует применения специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты; более низкий КПД (по приведенным выше причинам), чем у сопоставимых механических передач.

Сейчас трудно назвать область техники, где бы ни использовался гидропривод. Эффективность, большие технические возможности делают его почти универсальным средством при механизации и автоматизации различных технологических процессов.

1. Составление и анализ схемы Гидравлическая схема гидропривода подающей части угольного комбайна представлена на рис. 1.

Рисунок 1. Гидравлическая схема гидропривода: 1 — бак подпиточной линии; 2 — приемный фильтр; 3 — подпиточный насос; 4 — предохранительный клапан; 5 — обратный клапан; 6 — реверсивный гидромотор; 7 — реверсивный насос Представленная гидравлическая схема является замкнутой, в которой для подпитки используется вспомогательный насос. В системе кроме основного оборудования — насосы и гидромотор используется дополнительное — фильтры для очистки рабочей жидкости, обратные клапана для обеспечения движения потока в одном направлении в гидролинии где он установлен, предохранительные клапаны во избежание критического повышения давления в системе.

1.1 Выбор стандартного давления

При выборе давления гидроприводов руководствуемся техническими характеристиками серийно выпускаемых гидромашин и гидроаппаратов, которые входят в гидравлическую систему и которые предлагаем использовать в проектировании гидропривода. Стандартные давления нормированы ГОСТ 12 445–80. В данном случае принимаем давление серийно выпускаемых машин 10 МПа.

2. Выбор гидромашин и рабочей жидкости

2.1 Основные механические характеристики гидромотора

По значениям момента на валу Мд = 300 Н•м и частоте вращения nд= 150 мин-1, при принятом стандартному давлению Рд =10 МПа, выбираем серийно производимый гидромотор типа МР-0,25/10:

— рабочий объем 250 смі/об; номинальное давление 10 МПа;

— номинальный крутящий момент 380 Нм;

— частота вращения 8 — 240 об/мин;

— КПД объемный 0,94 общий 0,89.

Необходимая мощность:

Nд.в. = Мд· щд ,

где щд — угловая скорость вращения

щд = = 15,7 рад/с,

Nр.в = 300•15,7= 4710 Вт = 4,71 кВт.

Необходимый расход гидромотора

Qд =qд· nд/зд•о,

где qдрабочий объём гидромотора; nд•о-объёмный КПД

Qд= 250•150 /0,94 = 0,0399 мі/мин = 40 л /мин

2.2 Выбор насоса

По давлению Р=(1,03ч1,05)Рд = 10,5 МПа и Qн? 40 л/мин выбираем регулируемый насос НАС:

— рабочий объем 40 смі/об;

— подача номинальная 56,5 л/мин, минимальная 6 л/мин;

— давление номинальное 20 МПа;

— КПД объемный 0,95, полный 0,89;

— давление на всасе до 0,02 МПа.

Необходимая подача подкачного насоса

л/мин.

Подкачной насос будет выбран после выбора фильтра и обратного клапана и определения суммарный потерь на этих элементах.

2.3 Выбор рабочей жидкости

Выбираем минеральное масло индустриальное: И-45А ГОСТ 1707–51.

3. Выбор гидроаппаратуры и вспомогательных устройств

3.1 Фильтр грубой очистки

Для очистки рабочей жидкости от крупных примесей выбираем приемный фильтр типа 0,16 с41−23:

— тонкость очистки 160 мкм;

— пропускная способность 25 л/мин;

— потери давления 0,015−0,02 МПа.

3.2 Обратные клапаны

Предназначены для пропускания жидкости по магистрали в одном направлении. Выбираем клапаны типа Г 51−22:

— расход номинальный 18 л/мин;

— давление номинальное 20 МПа;

— перепад давления 0,2 МПа;

— утечка масла 5 см3/мин.

Необходимое давление подкачного насоса 0,2+0,02 = 0,22 МПа.

Выбираем подкачной пластинчатый насос БГ12:

— номинальное давление 12,5 МПа;

— номинальная подача 12 л/мин;

— КПД объемный 0,72, общий 0,61.

4. Расчет гидролинии и потерь давления

4.1 Расчетный диаметр труб

dp = ,

где Vo — оптимальная скорость рабочей жидкости: для напорных гидролиний Vo = 3−5 м/с.

Напорные гидролинии, расход 40 л/мин = 0,67 мі/с:

dp.нап = = 0,015 м.

Подкачная гидролиния, расход 12 л/мин = 0,0002 мі/с:

dp.нап = = 0,008 м.

4.2 Расчет толщины стенки трубы

гидромашина давление клапан насос

Напорный и всасывающий трубопровод взаимообратимые, т.к. насос и гидромотор реверсивные.

Необходимая расчетная толщина стенки трубы:

р = 1 + 2,

где 1 — часть толщины, обеспечивающая достаточную прочность;

2 — часть толщины, обеспечивающая необходимую долговечность трубы.

Согласно ГОСТ 3845–75

1 = =

где Рр = 1,25Р — расчетное давление на прочность

доп — допустимое напряжение, равное 40% от временного сопротивления разрыву; для наиболее распространенных сталей для труб в = 350−420 МПа;

2 — принимаем равным 1,0 мм, полагая, что скорость коррозии равна 0,2 мм/год, а срок службы установки 5 лет.

По условиям механической прочности 2 м.

Напорные гидролинии:

1 = = 0,56 м

р = 0,56+ 1 = 1,56 мм;

Подкачная гидролиния

1 = = 0,0003 м

р = 0,3+ 1 = 1,3 мм.

Окончательно внутренний диаметр труб d, наружный dн и толщину выбираем по ГОСТ 8734–78.

Напорная гидролинияd = 16 мм, dн = 20 мм, = 2 мм; подкачная гидролиния — d = 8 мм, dн = 12 мм, = 2 мм.

4.3 Расчет потерь давления

Для определения сопротивления общего участка и для построения лини пьезометрического напора потери давления рекомендуется рассчитывать при расходе, соответствующему номинальной подаче насоса.

Потери давления в гидролиниях по длине

Скорость жидкости в гидролинии:

V = .

Напорные — номинальная подача насоса 56,5 л/мин:

V = = 4,69 м/с;

Подпиточная — номинальная подача насоса 12 л/мин

V = = 3,98 м/с;

Потери давления по длине в участках гидролиний:

РДл = ,

где — коэффициент Дарси, зависит от числа Рейнольдса:

=, при Re 2320;

=, при 105 Re 2320;

Re = ,

Reнап = = 1668 2320;

нап = = 0,045

Потери:

Рдл.нап = 0,045 = 19 487 Па;

Подпиточная

Re = = 708 2320;

= = 0,106

Потери

Рдл.п = 0,106 = 63 158 Па.

Полные потери давления по длине

УРдл = 63 158+19487 = 82 645 Па.

Потери давления на местные сопротивления

РМ = ,

где Рном — номинальные (паспортные) значения перехода (потери) давления в аппарате при номинальном (паспортном) расходе Qном.

1. Обратный клапан:

РМ = = 0,089 МПа

2. Приемный фильтр:

РМ = = 0,005 МПа.

Потери давления в коленах, тройниках и т. п. принимаем равным

0,25 РДл = 20 661 Па

Полные потери давления

РП = РДл + РМ

РП = 82 645+20661+89 000+5000 = 197 306 Па.

5. Линия абсолютного давления

Подпор на всасе выбранного насоса НАС Pл = 0,02 МПа, с учетом этого линия абсолютного давления для гидропередачи представлена на рис. 2.

Рисунок 2. Линия абсолютного давления для гидропередачи

При построении линии абсолютного давления в подкачной гидролинии необходимо чтобы было согласование давление во всасывающей гидролинии гидропередачи Pл = 0,02 МПа и давления в конце подкачной гидролинии (рис. 3).

Рисунок 3. Линия абсолютного давления для подкачной гидролинии

6. Силы давления на колено трубы

Определяем составляющие RX и RZ и равнодействующую R сил давления рабочей жидкости на колено трубы с закруглением 90 в месте наибольшего давления.

RX = RZ = Р, R = .

Напорные гидролинии:

RX = RZ =10 = 2010 Н;

R = · = 2843 Н.

7. Давления срабатывания предохранительного клапана

Оно выбирается из условия, что это давление должно быть большим на 25% максимального расчетного в месте установки клапана.

Ркл = 1,25 Рр;

Ркл = 1,25 10 = 12,5 МПа.

8. Проверка насосов на кавитацию

Условие бескавитационной работы подкачного насоса:

Ндоп ?Нвак

м.

0,5 > 0,3

Условие выполняется, значит данный насос отвечает условию бескавитационной работы.

9. Моментные характеристики

9.1 Характеристика момента сопротивления

Характеристика момента сопротивления строится по уравнению Мс = Мс. о +К nд. Для построения зависимости Мс (nд) при увеличении (уменьшении) момента сопротивления достаточно выполнить соответствующий параллельный перенос ранее построенной линии (рис.3). Так как эта прямая, что для построения достаточно двух точек:

nд = 0, Мс = Мс. о = 220 Нм

nд = 150 мин-1, Мс = 280 Нм

9.2 Моментная характеристика гидромотора

Теоретическая характеристика при номинальном давлении Рд. ном Мд.т. = Рд. ном· qд/2р не зависит от nд и представляет собой прямую линию, параллельную оси абсцисс. Действительный момент Mд несколько уменьшается с увеличением nд за счет увеличения гидравлических потерь. Так как закон изменения потерь неизвестен, то Мд (nд) рекомендуется строить по уравнению:

Мд = Мд. т — ДМд

где ДМд = Км nд2, Км =const — коэффициент пропорциональности, определяется при номинальном значении Мд. ном и максимальном nд (т. А на рис.3).

Мд.т = = = 398 Н· м

Определим коэффициент пропорциональности Км, при максимальной частоте вращения гидромотора 240 об/мин:

Км = = =0,0017

Перед построением характеристики Мд (nд) предварительно рассчитаем значение функции для нескольких значений nд.

Таблица 1. Зависимость момента от частоты вращения гидромотора

Координаты точки А: nд = 225 мин-1; Mд = 312 Н· м.

10. Рабочие режимы гидромотора

Заданный рабочий режим определяется точкой пересечения линий

Мд1(nд) и Мс1(nд). Координаты этой точки: Мс1 = 280 Н· м, nд = 150 мин-1, при этом момент смещается от заданного 300 Нм из-за коэффициента изменения нагрузки 0,44, который очевидно для заданных условий должен составлять

.

При увеличении Мс на 10% и допустимом при этом уменьшении частоты на 10% рабочий режим по-прежнему будет определяться точкой пересечения соответствующих новых линий Мд2(nд) и Мс2(nд). При уменьшении частоты на 10% рабочий режим определяется точкой 2:

Мс2 = 290 Н· м, nд2 = 135 мин-1. Аналогично определяем рабочий режим при увеличении nд на 10%. Этому режиму соответствует точка 3: Мс3 = 270 Н· м,

nд3 = 165 мин-1

Мощность на валу гидромотора определим из уравнения Nд. в = Мд· щд,

где щд =р· n/30 — угловая скорость вращения.

Строим характеристику Nд. в (nд) для номинального и заданных трех режимов, определим координаты всех трех точек и нанесем их на график (рис. 3):

nд.А = 190 мин-1 Nд. в= = 7347 Вт = 7,35 кВт.

Для режима 1 Nд. в= = 4396 Вт = 4,40 кВт

Для режима 2 Nд. в= = 4098 Вт = 4,10 кВт

Для режима 3 Nд. в= = 4663 Вт = 4,66 кВт

Рисунок 3. Моментная характеристика гидромотора

11. Рабочие режимы насоса

Давление гидродвигателя при заданном Мд·

Рд =

где qд — рабочий объем гидромотора

Рд = = 8,33 МПа.

Так как потери в гидролинии основного насоса малы по сравнению с Рд, то характеристику сети можно строить по двум точкам (0; Рд) и (Qн, Рс). Потери давления в напорной гидролинии составляют ДРп = 19 487 Па.

где Рс = Рд + ДРп= 8 330 000 + 19 487 = 8 349 487 Па

то есть получим две точки (0; 8,33), (40; 8,35). Для определения рабочего режима насоса пользуемся методом итерации, выполняя расчеты в такой последовательности.

Для построения зависимости Рн (Q) определим теоретическую подачу насоса

Qн.т = ,

Qн.т = = 59,5 л/мин

Получим первую точку (59,5; 0). Вторую точку определяется номинальным режимом (Qн.ном, Рн. ном) или (56,5; 20).

Определим максимально возможную подачу насоса, как точку пересечения характеристики сети Рс (Q) с характеристикой незарегулированного насоса Рн (Q) (на рис. 4 т. А): QА = 58 л/мин.

Графически определим утечки в насосе: ?Qн.А = 1,5 л/мин

Эта величина при Рн =const будет постоянна. Определим объемный КПД насоса для режима А

= = 0,97

Так как в гидромоторе утечки изменяются по тому же закону, что и в насосе, то объемный КПД гидромотора, соответствующий режиму, А — зд.о.А можно определить из пропорции:

зд.о.А = = =0,96

Вычисляем расход гидромотора при заданном nд по формуле

Qд1 = = 39 063 смі/мин = 39,1 л/мин

Этот расход примерно равен подаче насоса при nд1, т. е. Qн1 = Qд1.

Уточняем объемный КПД для точки 1

.

Уточняем значение объемного КПД гидромотора

зд.о.1 = = =0,95

Уточненная подача насоса

Qн1 = Qд1 = л/мин.

Давление гидродвигателя при Мд2·

Рд2 = = МПа

Расход гидромотора для точки 2 при nд = 135 мин-1

Qд2 = = 35 904 смі/мин = 35,9 л/мин.

Уточняем объемный КПД насоса

.

Уточняем значение объемного КПД гидромотора

зд.о.2 = = =0,95

Уточненная подача насоса

Qн2 = Qд2 = л/мин.

Давление гидродвигателя при Мд3·

Рд3 = = МПа

Для точки 3 при nд = 165 мин-1

Qд3 = = 43,9 л/мин.

Уточняем объемный КПД насоса

.

Уточняем значение объемного КПД гидромотора

зд.о.3 = = =0,96

Уточненная подача насоса

Qн3 = Qд3 = л/мин.

Рисунок 4. Рабочий режим насоса

11.2 Мощность насоса

Мощность насоса рассчитываем для всех режимов. В связи с тем, что значение КПД насоса зн изменяется с режимом, для нахождения его текущего значения необходимо предварительно при номинальных параметрах определить

знг знм = ==0,94

Для вычисления текущих значений зн принимаем произведение знг знм постоянным, то есть

зн1 = зн.о.1 знг знм = 0,96?0,94=0,9

Мощность насоса вычисляем по формуле:

Nн.в.1 = 6,11 кВт

зн2 = зн.о.2 знг знм = 0,96?0,94=0,9

Мощность насоса вычисляем по формуле:

Nн.в.2 = 5,30 кВт.

зн3 = зн.о.3 знг знм = 0,97?0,94=0,91

Мощность насоса вычисляем по формуле:

Nн.в.3 = 5,55 кВт.

12. КПД гидропередачи

з1 = %;

з2 = %;

з3 = %.

Регулирование не экономично, т.к. максимальное изменение КПД достигает (77−69)/77=0,10 = 10%.

13. Эксплуатация и техника безопасности

При эксплуатации гидроприводов необходимо создать безопасные условия для обслуживающего персонала от поражения струёй жидкости. Для этого ограждают кожухом все участки гидромашин, которые не заключены в общий корпус машины. При обнаружении внешних утечек жидкости необходимо немедленно остановить насос и устранить утечки. Следует периодически проверять работу предохранительных клапанов. В случае отклонения Рср срабатывания от наторенного более, чем на 10%, клапан должен быть заменён. Если гидропривод может работать в полуавтоматическом режиме, то на пульте управления должно быть устройство для переключения привода на ручное управление и соответствующая сигнализация об этом.

При длительной работе с маслами необходимо пользоваться рукавицами. После окончания работы необходимо вымочить руки тёплой водой с мылом. При загорании масел допускаются все средства тушения, кроме воды, поэтому необходимо наличие огнетушителей, ящиков с песком и лопат.

Выводы

В курсовой работе проведен расчет составленной гидросхемы механизма подачи угольного комбайна, выбраны гидромотор МР-0,25/10, основной регулируемый насос НАС, рассчитаны и выбраны диаметры напорной гидролинии (внутренний 16 мм) и подкачной (внутренний 8 мм), рассчитаны потери давления в гидролиниях, построены линии абсолютного давления в гидроприводе, построены моментные характеристики гидромотора, определены рабочие режимы насоса, определено КПД гидропередачи изменение которого во всех режимах работы достигает 14%, что свидетельствует о неэкономичности регулирования.

Список источников

1. Гидравлика и гидропривод. / В. Г. Гейер, В. С. Дулин, А. Г. Боруменский, А. Н. Заря. — М.:Недра, 1981. — 295с.

2. Методические указания к курсовой работе по гидроприводу / Сост.: Заря А. Н., Яковлев В. М. — Донецк: ДПИ, 1990 г.

3. Свешников В. К., Усов А. А. Станочные гидроприводы: Справочник. — М.: Машиностроение, 1988 г.

4. Ковалевский В. Ф., Железняков Н. Т., Бейлин Ю. Е. Справочник по гидроприводам горных машин. — М.: Недра, 1973 г