Объемный гидропривод

КУРСОВАЯ РАБОТА ОБЪЕМНЫЙ ГИДРОПРИВОД

Задание на выполнение курсовой работы

• Введение
• 1. Выбор рабочей жидкости и номинального давления
• 2. Расчет исполнительных механизмов
• 2.1 Расчёт гидромотора
• 2.2 Расчет неполноповоротного двигателя
• 3. Расчет трубопровода
• 3.1 Потери давления в напорных трубопроводах
• 4. Баланс давления. Выбор насоса
• 4.1 Баланс мощностей. КПД гидропривода
• 4.2 Выбор гидроаппаратуры
• 5. Построение графика совместной работы насосов и трубопроводов с гидродвигателем
• 6. Технические требования по безопасности
• 7. Таблица полученных результатов
• Вывод
• Литература
• Задание на выполнение курсовой работы по дисциплине «Гидравлика»
• Для объемного гидропривода машины выбрать насос и гидродвигатели, указать их технические характеристики и рассчитать основные параметры гидропривода при установившемся режиме параллельной работы его рабочих органов, если загрузочный момент на валах гидропривода M, скорости их вращения n, рабочее усилие на штоках гидроприводов F, скорости их перемещения V.
• На рисунке 1 дана принципиальная гидравлическая схема объемного привода. Модификация этой схемы включает в себя:
• I — гидромотор;
• II — гидроцилиндр с односторонним штоком двухстороннего действия.
• Принципиальная схема предусматривает параллельное подключение каждого из двух гидродвигателей.
• Рис. 1 Схема объемного гидропривода
• При выполнении курсовой работы необходимо:
• выбрать рабочую жидкость и рабочее давление в системе,
• выбрать гидромотор и определить размеры других гидродвигателей,
• рассчитать расходы в магистралях с учетом утечек жидкости,
• выбрать внутренние диаметры труб,
• определить необходимую толщину стенки труб на напорных участках с учетом возможного гидравлического удара,
• определить необходимое давление насоса с учетом гидравлических потерь давления в гидродвигателях и в трубопроводах,
• дать балансы давлений и мощности,
• выбрать насос (или насосы) по приложениям,
• определить КПД двигателя,
• графико-аналитическим способом определить рабочую точку работы насоса (или насосов) на систему гидропривода,
• выбрать по приложениям необходимую гидроаппаратуру,
• сделать вывод о проделанной работе.
• Исходные данные
• Таблица 1

Вязкость жидкости, ВУ
Нагрузочный момент гидромотора, кНм	5,8
Скорость вращения гидромотора, об/мин
Рабочее усилие на штоке гидроцилиндра, кН
Скорость перемещения поршня, м/мин

• Длины участков трубопроводов, м:
• Таблица 2

l1
l2
l3
l4

• Введение

Гидравлический привод (гидропривод) — это совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель.

Гидропривод представляет собой своего рода «гидравлическую вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.). Основное назначение гидропривода, как и механической передачи, — преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.). Приводным двигателем насоса могут быть электродвигатель, дизель и другие, поэтому иногда гидропривод называется соответственно электронасосный, дизельнасосный и т. д.

Гидроаппаратура — это устройство управления гидромотором, при помощи которых он регулируется. К гидроаппаратуре относятся клапаны, гидрораспределители — устройства для измерения направления потока жидкости.

1. Выбор рабочей жидкости и номинального давления.

Рабочая жидкость для гидросистемы выбирается по заданному значению условной вязкости ВУ= 2. Эта вязкость определяется в секундах истечения (или в секундах Энглера) 200 см³ испытуемой жидкости через отверстие диаметром 2,8 мм из цилиндрического сосуда. Время истечения жидкости t сравнивается с временем истечения t₀ воды при T=20⁰С. Вязкость жидкости в условных единицах определяется по формуле

.

Пересчет условной вязкости в значении кинематической вязкости в системе единиц СИ производится по формуле:

По приложению 3 в качестве рабочей жидкости выбираем масло индустриальное ИГМ 20 (=900 кг/м³, v=20 сст).

Для выбора номинального давления нужно проанализировать технические характеристики серийно выпускаемых гидромоторов, удовлетворяющие исходным требованиям (по крутящему моменту М=5,8 кНм и угловой скорости вращения).

Из приложений 4 и 5 следует, что заданным условиям соответствуют гидромотор типа МР 2500/160 на номинальное давление P_ном=16 МПа. Выбираем P_ном=16 МПа.

2. Расчет исполнительных механизмов

2.1 Расчет гидромотора

Из формулы

находим рабочий объем V₀ гидромотора

где P₁=P_ном=16 МПа

P₂=Pсл=0,5 МПа

_гм=0,95

M=5,8 кНм

По приложению 5 выбираем радиально-поршневой нерегулируемый гидромотор типа МП 2500/160 Людиновского агрегатного завода. Гидромотор имеет: V=2500 см³; P_ном=16 МПа; =0,95; _м=0,90; _ном=9с^-1. Фактический перепад давления в гидромоторе с объемом V=2500 см³ из формулы (1) составит

Расход рабочей жидкости через гидромотор (формула 3)

[м³/мин]

где =0,95 — объемный КПД

===0,95

Или

[м³/с]

Полезная мощность гидромотора (формула 6)

N _пол = M· [кНм мин^-1] = Вт

Потребляемая мощность гидромотора (формула 8)

N _пот = кВт

2.2 Расчёт неполноповоротного двигателя

Задаемся диаметрами статора D и диаметром ротора d гидродвигателя. Диаметр d должен быть проверен на скручивание:

Принимаем d=125 мм, а D=160 мм, М=2,3 кНм

Полезная мощность равна:

Потребляемая мощность:

Давление P:

P=Pном/

— 0,5=16−0,5=15,5 мПа

Вычисляем ширину пластины гидродвигателя b:

Расход рабочей жидкости:

Вычисляем фактический перепад давлений:

3. Расчёт трубопроводов

Расход рабочей жидкости в гидросистеме:

Q_г.сист=1,01(Q+Q),

Принимаем скорость рабочей жидкости в напорных трубопроводах =6. В данной курсовой работе для упрощения расчетов производится расчет только напорных трубопроводов. Потери давления в сливных трубопроводах, приняты P=P=0,5МПа. Из-за более низких скоростей в сливных трубопроводах потери давления в них значительно меньше, чем в напорных трубопроводах.

Диаметры напорных трубопроводов:

d= =1,13,

где Q — расход рабочей жидкости через данный участок трубопровода, .

Причем, d₁ соответствует

Q₁=Q₂ + Q_3,4

ПО ГОСТ 16 516–80 принимаем d=32мм; d= 25 мм; d=16 мм (d=d).

Фактические скорости рабочей жидкости в напорных трубопроводах:

Для напорной магистрали на участке определим толщину стенки трубопровода:

=

Минимальная толщина стенки с учетом ударного давления P, возникающего при внезапном перекрытии трубопровода рассчитываем по формуле:

P=PP,

где — ударное повышение давления.

где: с — скорость распространения в жидкости упругих деформаций,

d — Внутренний диаметр трубопровода, м;

— толщина стенки трубопровода, м;

E, E — модуль упругости жидкости и материала стенок трубопровода,

Принимаем

E, E.

Минимальную толщину стенки трубопровода определяем по формуле:

где: — допускаемое напряжение материала трубы (для труб из стали 20).

3.1 Потери давления в напорных трубопроводах

Задано:;; .

Суммарные коэффициенты местных сопротивлений;. Эквивалентная длина распределителей и

Определим числа Рейнольдса для каждого участка трубопровода:

R,

где: — коэффициент кинематической вязкости жидкости,

Принимаем для новых труб. Находим, что

10; 10

Следовательно, значение коэффициента определяем по формуле Альтщуля:

Определяем потери давления для каждого участка трубопровода :

где — средняя скорость, ;

d — Диаметр трубопровода, м;

— коэффициент гидравлических сопротивлений по длине трубопровода;

— сумма всех коэффициентов местных сопротивлений;

— длина оУ трубопровода, м.

где:

— суммарные потери давления на участках и

Представим потери в трубопроводах в виде:

Р=Аv²,

где

А=.

Для этого разделим Р на v²

Pтр1=А1 v₁²; Pтр2=А2 v₂²; Pтр3=А3 v₃².

4. Баланс давлений. Выбор насоса

Потери давления в гидросистеме, включающие потери давления в трубопроводах и в гидродвигателях, составляют для гидросистемы с гидромотором:

=+++

,

где все величины в МПа;

для гидросистемы с гидроцилиндром:

=

(МПа).

Баланс давлений 15,7МПа16,8МПа. Дисбаланс давлений:

16,6−15,7=0,9МПа-вполне допустим.

Выбираем радиально-поршневой насос по наибольшему давлению и расходу Q = 5 л/с и Р = 16,6 МПа Харьковского завода «Гидропривод» НР 1250/200 с техническими характеристиками:

Полезная мощность насоса

Nпол=QнPн

Потребляемая мощность мотора

Nпот=

4.1 Баланс мощности. КПД гидропривода

Для проверки правильности выполненных расчетов определяем баланс мощностей — сравнение полезной мощности N_пол, развиваемой насосом (или насосами), с потребляемой мощностью N₁+N₂ двумя гидродвигателями и потерянной мощностью N_т в трубопроводах. Если расчет выполнен правильно, то

N_пол=N_1П+N_2П+N_Т, (48)

Где

N_пол=Q_нас P_нас; N _2П=Q_гц P_гц; N_1П=Q_гм P_гм

Потери мощности в участках трубопровода определяем по следующей формуле:

N_Т=(Q₁+Q₂)+Q₁Q₂+(Q₁+Q₂)_сл ,

Где

Q₁= Q_гц, Q₂=Q_гм.

Уравнение баланса мощности (формула 48):

85,6 кВт 58 + 18,4 + 6,8 83,2 кВт

т.е. совпадение полезной мощности насоса и затрат мощности во всей системе гидропривода.

КПД гидропривода есть отношение полезной мощности гидродвигателей 1 и 2 к потребляемой мощности насоса (или насосов)

_г.п=

5.2 Выбор гидроаппаратуры

В качестве распределителей выбираем: Р-322 с условным проходом 32 мм на давление до 21 МПа и расходом 6,67 л/с; Р-202 с условным проходом 20 мм на давление до 21 МПа и расходом 2,67 л/с.

Принимаем к установки 4 предохранительных клапана Ереванского АО «Гидропривод» типа 40−200−3-11 с условным проходом 40 мм на давление 20 МПа и расходом до 400 л/с.

Для очистки жидкости устанавливаем во всасывающей магистрали сдвоенные сетчатые фильтры типа 80−160 Ульяновского ПО «Гидроаппарат».

гидропривод жидкость насос гидродвигатель

5. Построение графика совместной работы насосов и трубопровода с гидродвигателем

Рабочий режим насоса при работе на трубопровод определяется точкой пересечения характеристик насоса и трубопровода с учетом потерь давления в гидроаппаратуре и в гидродвигателях.

Для нахождения рабочего режима, строим характеристики для каждого участка трубопровода (рис.1). Для этого необходимо выполнить ряд расчетов.

Получены зависимости для потерь давления на участках трубопровода:

Па;

Па;

Па,

где в м/с.

Выразим через расход гидросмеси Q², если последний измеряется в л/мин:

Следовательно, потери давления на каждом участке трубопровода будут:

Задаваясь несколькими значениями Q, определим потерю давления в Па при этих расходах

Q л/мин
Q2		4104		16104	25104
1=1,7 Q2	0,017	0,068	0,153	0,272	0,425
2=12,1Q2	0,121	0,484	1,089	1,936	3,025
3+4=119,37Q2	1,19	4,77	10,74	19,09	29,84
1=15,3+22	15,742	16,46	17,68	19,37	21,55
2=15,3+23−4	17,68	24,84	36,78	53,48	74,98

В таблице помимо значений ₁, ₂, ₃₊₄ внесены значения 15,3+2₂ и 15,3+2₃₊₄. Величины 2₂ и 2₃₊₄ выражают потери давления в напорных участках l₂ и l₃₊₄ трубопровода с учетом потерь давления в сливных трубопроводах, которые условно приняты равными потерям давления ₂ и ₃₊₄, в напорных трубопроводах. Формулы _I и _II определяют соответственно величину потерь давления гидродвигателя 1 и в его напорном l₂ и сливном трубопроводах и в гидродвигателе 2 с аналогичными трубопроводами. За величину потерь давления в гидродвигателях принимаем максимальное значение. В данном случае это _гд=15 300 кПа. Более низкие потери давления в гидромоторе могут быть увеличены до _гд с помощью дросселя. По данным таблицы вышеприведенной таблицы строим график.

Нанеся на график характеристику насоса, находим рабочую точку насоса, как точку пересечения зависимости 4 и характеристики насоса. Рабочей точке соответствует расход насоса Q_н=5,13л/с и давления Р_н=16,6МПа. Соответственно расходы гидроаппаратуры составят Q_гм=3,76л/с и Q_гд4=1,32 л/с.

Расчётная характеристика насоса:

Q_ном=334л/мин (при Р = 0) и

Q = 250*1500=375 л/мин

при Р = Р_ном=32 МПа.

6. Технические требования по безопасности

При эксплуатации гидроприводов с высоким давлением (более 10 МПа) необходимо создать безопасные условия для обслуживающего персонала от поражения струёй жидкости. Для этого ограждают кожухом все участки гидролиний, которые не заключены в общий корпус машины. При обнаружении внешних утечек жидкости немедленно останавливают насос и устраняют утечки.

При высоком давлении в гидросистеме категорически запрещается для устранения утечек подтягивать соединения трубопроводов, штуцеры и т. д. Гибкие рукава и шланги не должны перекручиваться в процессе эксплуатации. Контролировать их скручивание можно по продольным надписям основных параметров (диаметр, давление и т. д.), наносимым заводами-изготовителями. При обнаружении местных вздутий наружного покрова на рукавах и шлангах или при появлении хотя бы небольших утечек поврежденные участки немедленно заменяют новыми. Запрещается эксплуатировать гидропривод высокого давления без манометра или при его неисправности. На шкале или корпусе манометра должна быть нанесена красная метка, соответствующая наибольшему допустимому давлению в этой точке. Следует периодически проверять работу предохранительных клапанов. В случае отклонения давления срабатывания клапана от настроенного более чем на 10% клапан должен быть заменен новым. Запрещается настраивать клапаны в шахтных условиях. Настройка их должна производиться только на специальных стендах.

Гидроприводы с гидроаккумуляторами должны иметь устройства для отключения от гидросистемы.

При соблюдении необходимых мер предосторожности от поражения высоконапорными струями работа с нефтяными маслами и другими жидкостями гидроприводов безопасна. Однако, при длительной работе с маслами необходимо пользоваться рукавицами или применять защитные мази, пасты для рук. Вскрытие тары с маслом нельзя производить инструментами, издающими при ударе искрообразование. После окончания работы с маслами необходимо вымыть руки теплой водой с мылом.

При загорании масел допускаются все средства тушения, кроме воды, поэтому в местах хранения масел и расположения насосных станций необходимо иметь огнетушители, ящики с песком и лопаты. Промасленную ветошь следует складывать в металлические ящики с крышками, которые необходимо систематически освобождать от использованной ветоши.

Предельно допустимая концентрация масляного тумана в воздушной среде составляет 5 мг/м³, предельно допустимая концентрация паров углеводородов масла в воздухе — 300 мг/м³.

Весьма опасны ожоги рабочей жидкостью. По этой причине категорически запрещается заменять плавкие защитные пробки в гидромуфтах неплавкими заглушками. Несоблюдение этого требования может привести к ожогам даже при соприкосновении с кожухом гидромуфты, а иногда и к возникновению пожара.

Корпуса электродвигателей и их пусковую аппаратуру необходимо заземлять.

7. Таблица полученных результатов:

	Трубы	Насос	Рабочая точка
1. Гидромотор	Q = 226 л/мин ?P=15,3 МПа N = 52,2 кВт	Q1=307л/мин d1 = 32 мм	?P1=171 кПа ?P2=594 кПа ?P3=746 кПа	Q=856л/мин P=16МПа N=280кВт	Q=354 л/мин ?P=16,6 МПа
		Qгм=225л/мин dгм = 25 мм
2. Неполнопово-ротный двигатель	Q = 79 л/мин ?P = 14,3 МПа N = 18,4 кВт	Qгц=79л/мин dгц = 16 мм

Вывод

При выполнении курсовой работы по выбору насоса и гидродвигателя, я определил диаметры труб, равные d=32мм; d= 25 мм; d=16 мм и толщину стенки на первом участке, равную 6,2*10E-4 м.

По наибольшему давлению и расходу Q = 5 л/с и Р = 16,6 МПа, выбрал радиально-поршневой насос Харьковского завода «Гидропривод» НР 1250/200. Определил потери давления и по полученным данным построил график.

Расчёт объёмного гидропривода произведён полностью. Все недостатки учтены, описаны и исправлены в процессе расчёта системы.

1. Альтщуль А. Д., Животовский Л. С., Иванов Л. П. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат, 1987. 410 с.

2. Чугаев Р. Р. Гидравлика. Л.: Энергоиздат, 1982. 672с.

3. Альтщуль А. Д., Калицун В. И., и др. Примеры расчетов по гидравлике. М.: Стройиздат, 1976. 256 с.

4. Большаков В. А., Константинов Ю. М. и др. Справочник по гидравлике. К.: Вища школа, 1984.-224 с.

5. Борисов С. Н., Даточный В. В. Гидравлический расчет газопроводов. М.: Энергия, 1972.