Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовой проект

Проектирование принципиальной гидравлической схемы

Введение

привод фильтр трубопровод гидравлический

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 станкостроении. Это потери на трение и утечки, снижающие КПД гидропривода и вызывающие разогрев рабочей жидкости.

При правильных 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.

1. Привод захвата

Расчет гидроцилиндров производим по двум параметрам: максимальной нагрузке, действующей на на гидроцилиндр Р_мах и максимальной скорости течения жидкости в трубопроводе V_max

Площадь поршня:

,

где Р_мах - максимальная сила подачи, Н;

Р_раб - рабочее давление, Па.

Р_раб выбираем из установленного ряда номинальных давлений [2, с. 44]

Принимаем рабочее давление .

Тогда:

Определим расчетный диаметр поршня: D_расч:

Из установленного ряда [2, с. 44] выбираем стандартный диаметр поршня D=100 мм.

Выбираем гидроцилиндр для зажимных и фиксирующих устройств агрегатных станков и автоматических линий на Р_ном=10 МПа по ОСТ2 Г29-1-77 (ТУ2-053-1652-83)

Шифр обозначения гидроцилиндра [2, с. 53]:

1-100х400

где 1 - тип цилиндра (с односторонним штоком);

100 - диаметр поршня, мм;

400 - ход поршня, мм.

Основные параметры

Диаметр поршня: Диаметр штока: Ход поршня: Площадь поршня: Максимальный расход:	D=100 [мм] d=50 [мм] L=400 [мм] Q1=Vmax•Sy=5•7850=39250 =39250•6•10-4=23,55

Давление настройки редукционного клапана в приводе механизма установки и снятия заготовки Р=10 МПа, т.к. необходимо обеспечить всего одну нагрузку Р_мах=40000 Н.

2. Привод вращения

Расчет гидромоторов производим по трем параметрам: рабочему объему q, максимальной (n_max) и минимальной (n_min) частотам вращения вала гидромотора.

Расход жидкости на 1 радиан:

,

где M_max - максимальный крутящий момент гидромотора, Н•м;

Р_н - номинальное давление, Н.

Р_н выбираем из установленного ряда номинальных давлений [2, с. 44]:

Принимаем номинальное давление Р_н=12,5 МПа.

М_мах=1600 .

.

Рабочий объем гидромотора:

Предельные частоты вращения вала гидромотора определяются по зависимостям:

; ,

где _{1, 4} - предельные угловые скорости вращения вала гидромотора, ,

₁ =40 ;

₄=3,2 ;

Тогда:

;

.

Выбираем высокомоментный радиально-поршневой гидромотор типа МРФ по ТУ 2-053-1801-86 [2, c. 65]. МРФ применяется в приводах механизмов, требующих значительных крутящих моментов при ограниченной частоте вращения.

Шифр обозначения гидромотора [2, с. 67]:

МРФ-160/25М1,

где 160 - рабочий объем, см³,

Основные параметры

Рабочий объем: Номинальный расход масла: Давление на входе:	q=160 [см3] Q=81 [л/мин] Рн=25 [МПа] Рмах=32 [МПа]
Давление на выходе: Номинальная частота вращения: Номинальный крутящий момент: Номинальная мощность: КПД полный не менее: Допускаемая нагрузка на вал: Масса: Максимальный расход:	Рmax=2,5 [МПа] Рмin=0,3 [МПа] n=480 [об/мин] Мном=597 [Н•м] Nном=29,4 [кВт] =0,9 радиальная: 2000 [Н] осевая 500 [Н] 58 [кг] nmin=10 [об/мин] nmax=600 [об/мин] Q2=q•nmax=160•382,2•10-3=61,2 [л/мин]

3. Привод кантователя

Расчет гидромотора производим в той же последовательности, что и для привода вращения.

Из установленного ряда номинальных давлений [2, с. 44] принимаем давление:

Р_н=12,5 МПа.

М_мах=8000

Расход жидкости на один радиан:.

.

Рабочий объем гидромотора:

Предельные угловые скорости вращения вала гидромотора:

₁ =4 ; ₂=0,1 ;

Предельные частоты вращения вала гидромотора определяются по зависимостям:

;

.

Выбираем высокомоментный радиально-поршневой гидромотор типа МРФ по ТУ 2-053-1801-86 [2, c. 65]

Шифр обозначения гидромотора [2, с. 67]:

МРФ-400/25М1,

где 400 - рабочий объем, см³,

Основные параметры

Рабочий объем: Номинальный расход масла: Давление на входе: Давление на выходе: Номинальная частота вращения: Номинальный крутящий момент: Номинальная мощность: КПД полный не менее: Допускаемая нагрузка на вал: Масса:	q=400 [см3] Q=127 [л/мин] Рн=25 [МПа] Рмах=32 [МПа] Рmax=2,5 [МПа] Рмin=0,3 [МПа] n=300 [об/мин] Мном=1492 [Н•м] Nном=45,9 [кВт] =0,9 радиальная: 2000 [Н] осевая 500 [Н] 78 [кг] nmin=5 [об/мин] nmax=450 [об/мин]

Для обеспечения минимальной частоты вращения применим редуктор с передаточным отношением:

;

Принимаем i=5,6 [4, с. 36]

При этом частота вращения гидромотора составит:

;

;

Максимальный расход:

4. Подбор насосной станции

Насосные установки представляют собой совокупность одного или нескольких насосных агрегатов и гидробака, конструктивно оформленных в одно целое. Как правило, насосные установки комплектуются гидроаппаратурой (предохранительными, обратными клапанами и др.), манометрами и кондиционерами рабочей среды (фильтрами, системами торможения)

Рабочую установку выбираем по двум параметрам: максимальному рабочему давлению P_max, [МПа] и максимальной скорости подачи масла насосом Q, [л/мин].

В нашем случае:

P_max=12,5 МПа (приводы вращения и кантователя)

Q_max=61,2 л/мин (привод вращения)

Выбираем насосную станцию типа С:

3	К	С	160.	1	В-	РГ1.	12.	63.	7,5.		М1	2	3		УХЛ4

где 3 - исполнение по высоте;

К - с кожухом (закрытый шкаф);

С - тип насосной установки;

160. - вместимость бака, [л].;

1 - исполнение бака с отсеком для смазки;

В- с теплообменником;

РГ1 - горизонтальный с регулируемым насосом НПлР;

12. - номинальное давление насоса 12,5 МПа;

63. - номинальная подача насоса, [л/мин];

7,5 - номинальная мощность электродвигателя, кВт;

М1 - тип первого гидроаппарата предохранительного блока МПГ54-3;

2 - диаметр условного прохода 20 мм.;

3 - номинальное давление настройки гидроаппарата 10 МПа;

УХЛ4 - климатическое исполнение УХЛ, категория размещения 4.

5. Подбор регулирующей аппаратуры

Редукционные клапаны непрямого действия (3 шт.)

Шифр обозначения клапана по ТУ 2-053-5749043-003-88 [2, с. 122]:

20-	10-	1к-	УХЛ4

где 20 - диаметр условного прохода, [мм];

10 - исполнение по номинальному давлению настройки, [МПа];

1к - исполнение по присоединению резьбовое с конической резьбой;

УХЛ4 - климатическое исполнение УХЛ, категория размещения 4.

Дроссели/регуляторы расхода (7 шт.)

Шифр обозначения регулятора расхода с обратным клапаном по ТУ 2-053-1790-88 [2, с. 133]:



М	ПГ55-3	М

где М - международные присоединительные размеры;

ПГ55-3 - обозначение по классификатору станкостроения;

М - модернизированный.

Гидрораспределители типа В10 ГОСТ 24679-81

Шифр обозначения двухпозиционного гидрораспределителя по Схеме 573 (6 шт.) [2, с. 85]:

B	E	10.	573/	ОФ.	В220-	УХЛ4

где В-гидрораспределитель золотниковый;

Е - вид управления: электрическое;

10. - диаметр условного прохода, [мм];

573/ - номер схемы в соответствии с [2, табл. 4.1.];

ОФ. - способ установки золотника: без пружинного возврата с фиксатором;

В220 - величина переменного тока, [В];

УХЛ4 - климатическое исполнение УХЛ, категория размещения 4.

Шифр обозначения трехпозиционного гидрораспределителя по Схеме 44 (3 шт.) [2, с. 85]:

B	E	10.	44/		В220-	УХЛ4

где В-гидрораспределитель золотниковый;

Е - вид управления: электрическое;

10. - диаметр условного прохода, [мм];

44/ - номер схемы в соответствии с [2, табл. 4.1.];

В220 - величина переменного тока, [В];

УХЛ4 - климатическое исполнение УХЛ, категория размещения 4.

Шифр обозначения трехпозиционного гидрораспределителя по Схеме 64 (3 шт.) [2, с. 85]:

B	E	10.	64/		В220-	УХЛ4

где В-гидрораспределитель золотниковый;

Е - вид управления: электрическое;

10. - диаметр условного прохода, [мм];

64/ - номер схемы в соответствии с [2, табл. 4.1.];

- способ установки золотника: с пружинным возвратом;

В220 - величина переменного тока, [В];

УХЛ4 - климатическое исполнение УХЛ, категория размещения 4.

6. Расчет трубопровода

Соединение медных, алюминиевых и латунных труб чаще всего применяются в системах низкого (до 2,5 МПа) давления. Медные трубы легко монтируются на станке, однако с течением времени они теряют эластичность и могут лопаться в результате усталости при вибрационных нагрузках. Медные трубы легко подвержены механическим повреждениям; они ускоряют окислительные процессы в масле, сокращая срок его службы.

Для станков серийного производства предпочтительно применять Стальной трубопровод.

Принимаем материал трубы Сталь 20 [2, с. 31].

Определение внутреннего диаметра трубопровода

Внутренний диаметр трубопровода:

;

где Q - максимальный расход на рассматриваемом участке магистрали, л/мин;

V_M - регламентированная скорость течения рабочей жидкости, м/с;

V_Mн =4 м/с - для напорных магистралей;

V_Mс =2 м/с - для сливных магистралей;

Напорная магистраль:

;

;

;

Сливная магистраль:

;

;

;

Определение минимальной толщины стенок трубопровода для напорной и сливной магистралей

Толщина стенки трубопровода:

;

где P - номинальное давление на проектируемом участке, МПа;

d_i - внутренний диаметр трубопровода, мм;

_В-предел прочности материала трубопровода (для Стали 20 _В=160 МПа);

k - коэффициент безопасности (k=4…8);

Принимаем k=6.

Напорная магистраль:

;

;

;

Сливная магистраль:

;

;

;

Определение наружного диаметра трубопровода

Наружный диаметр трубопровода:

;

;

;

;

;

;

;

Выбираем трубы по ГОСТ 8734-75 [2, с. 309]:

1. Труба ;

Расшифровка: Труба бесшовная холоднодеформированная с наружным диаметром 15 мм, нормальной точности, толщиной 2,5 мм, мерной длины 3200 мм из Стали 20 (группы В) ГОСТ 8733-87.

2. Труба ;

3. Труба ;

4. Труба ;

5. Труба ;

6. Труба ;

7. Выбор сорта масла

В гидроприводах машин, предназначенных для работы в стабильных температурных условиях, обычно применяют рабочие жидкости минерального происхождения с диапазоном вязкости при температуре 50⁰С примерно 10…40 сСт, а именно: трансформаторное, веретенное АУ, индустриальное, турбинное и другие масла.

Применение менее вязких жидкостей приводит к увеличению утечек, а более вязких - к увеличению гидравлических потерь. [3, с. 414]

Исходя из вышесказанного выбираем масло минеральное И-30А [2, с. 12], которое изготовлено из нефти, подвергнутой глубокой селективной очистке, содержит антиокислительную, противопенную, антикоррозионную и противоизносную присадки.

₅₀ = 28 - 33 - вязкость масла при t=50⁰C;

с = 890 - плотность масла.

8. Определение числа Рейнольдса

,

где Q - расход масла, л/мин;

d - наружный диаметр трубопровода, мм;

V - вязкость масла, мм²/с.

Re>2200 - поток турбулентный;

Re<2200 - поток ламинарный.

Напорная магистраль:

;

;

;

Сливная магистраль:

;

;

;

Вторая ветвь напорной магистрали имеет турбулентный режим течения. Все остальные ветви - ламинарный режим течения.

9. Расчет потерь давления в трубопроводе [2, с. 389]

Для ламинарного режима течения потери давления в трубопроводе:

;

Для турбулентного режима течения:

,

где L - общая длина участка проектируемого трубопровода, м;

d - внутренний диаметр трубопровода, мм;

Q - поток (расход) масла для расчитываемого привода, л/мин;

- вязкость масла (=30 мм²/с);

Привод захвата

Потери в напорной магистрали:

Q=Q₁=23,55 л/мин;

d=d₁=11,2 мм;

L=0,4+1,3+0,5+0,3+0,4=2,9 м;

Тогда:

;

Потери в сливной магистрали:

Q=Q₁=23,55 л/мин;

d=d₄=15,8 мм;

L=0,4+4•0,8+4•0,2+4•0,8+1,3=8,9 м;

Тогда:

;

Привод вращения

Потери в напорной магистрали:

Q=Q₂=61,2 л/мин;

d=d₂=18 мм;

L=0,4+2•0,3+0,5+0,3+0,4=2,2 м;

Тогда:

;

Потери в сливной магистрали:

Q=Q₂=61,2 л/мин;

d=d₅=25,5 мм;

L=0,4+2•0,6+2•0,4+2•0,7+0,8=4,6 м;

Тогда:

;

Привод кантователя

Потери в напорной магистрали:

Q=Q₃=15,28 л/мин;

d=d₃=9 мм;

L=0,4+0,9+0,5+0,3+0,5=2,6 м;

Тогда:

;

Потери в сливной магистрали:

Q=Q₃=15,28 л/мин;

d=d₆=12,7 мм;

L=0,5+0,3+0,3+0,4+1=2,5 м;

Тогда:

;

10. Расчет местных потерь давления

Местные потери давления регламентированы для всех элементов гидроприводов. Выпишем значения потерь для выбранной гидроаппаратуры.



Гидроцилиндр: Гидромоторы МРФ: РК непрям. действия: Дроссели:	p=0,3 МПа [2, с. 56]; p=0,8 МПа [2, с. 67]; p=0,5 МПа [2, с. 122]; p=0,25 МПа [2, с. 135];

Для гидрораспределителей местные потери давления зависят от расхода масла [2, с. 78].

№ схемы	Q1=23,55 л/мин	Q2=61,2 л/мин	Q3=15,28 л/мин
Схема №573	p=0,2 МПа	p=1 МПа	p=0,1 МПа
Схема №44	p=0,3 МПа	p=1,5 МПа	p=0,1 МПа
Схема №64	p=0,4 МПа	p=1,5 МПа	p=0,15 МПа

Рассчитаем местные потери для напорной и сливной магистралей каждого привода.

Привод захвата

Напорная магистраль:

;

Сливная магистраль:

;

Привод вращения

Напорная магистраль:

;

Сливная магистраль:

;

Привод кантователя

Напорная магистраль:

;

Сливная магистраль:

;

Основные потери давления происходят на гидроэлементах, т.к. они значительно превышают потери давления в трубопроводе.

11. Определение площадей настройки дросселей

,

где Q - расход масла в каждой линии дросселирования, л/мин;

f_др - площадь настройки дросселя, мм²;

p - рабочее давление, МПа;

Тогда:

;

Привод захвата

Q=S_y•V,

где S_y - уточненная площадь поршня, мм²;

V - скорость подачи жидкости в каждую линию дросселирования, см/с;

Для дросселя поз. 1.

;

;

Привод вращения

Q=q•n,

где q - рабочий объем гидромотора, см³;

n - частота вращения вала гидромотора, об/мин;

,

где - угловая скорость вращения вала гидромотора, рад/с;

Тогда:

;

;

;

;

Для дросселя поз. 2.

;

;

Для дросселя поз. 3.

;

;

Для дросселя поз. 4.

;

;

Для дросселя поз. 5.

;

;

Привод кантователя

Рассчитаем площади дросселирования по той же методике, что и для привода вращения.

;

;

Для дросселя поз. 6.

;

;

Для дросселя поз. 3.

;

;

12. Расчет регулировочной и механической характеристик

Проводим расчет характеристик дли привода вращения

Регулировочная характеристика

=f(M), f_др=const.

,

где - угловая скорость вращения вала гидромотора, 1/с;

- вязкость масла (=35 );

f_др - площадь дросселирующей щели, мм²;

q - рабочий объем гидромотора, мм³;

- плотность масла (с = 890 );

M - крутящий момент на валу гидромотора, Н•м;

- расход жидкости на 1 радиан, см³/рад;

Составим уравнение для построения, подставив в исходное выражение значения констант (, q, , , и f_др для каждой из характеристик)

Тогда:

для fдр=0,16 см2
для fдр=0,08 см2
для fдр=0,1 см2
для fдр=0,013 см2

При построении p_н=125 атм., M_min=50 , M_max=1600 .

fдр=0,16 cм2	fдр=0,08 cм2	fдр=0,10 cм2	fдр=0,013 cм2
M,	10-6, с-1	M,	10-6, с-1	M,	10-6, с-1	M,	10-6, с-1
50	15,344	50	7,672	50	9,595	50	1,245
222,2	32,347	222,2	16,173	222,2	20,228	222,2	2,624
394,4	43,095	394,4	21,548	394,4	26,949	394,4	3,495
566,7	51,658	566,7	25,829	566,7	32,304	566,7	4,190
738,9	58,986	738,9	29,493	738,9	36,887	738,9	4,784
911,1	65,500	911,1	32,750	911,1	40,960	911,1	5,312
1083,3	71,422	1083,3	35,711	1083,3	44,664	1083,3	5,793
1255,5	76,890	1255,5	38,445	1255,5	48,083	1255,5	6,236
1427,8	81,996	1427,8	40,998	1427,8	51,276	1427,8	6,650
1600	86,800	1600	43,400	1600	54,280	1600	7,040

Механическая характеристика

=f(f_др), M_min,max=const.

Для построения механической характеристики используем то же выражение, что и для построения регулировочной.

Составим уравнение для построения, подставив в исходное выражение значения констант (, q, , , и M_min,max для каждой из характеристик)

Тогда:

для Mmin=50	=0,955 fдр
для Mmax=1600	=5,4 fдр
Mmin=50	Mmax=1600
fдр10-4, м2	, с-1	fдр10-4, м2	, с-1
0	0,000	0	0,000
0,018	0,017	0,018	0,097
0,035	0,033	0,035	0,189
0,053	0,051	0,053	0,286
0,071	0,068	0,071	0,383
0,089	0,085	0,089	0,481
0,107	0,102	0,107	0,578
0,124	0,118	0,124	0,670
0,142	0,136	0,142	0,767
0,16	0,153	0,16	0,864

13. Принцип работы фильтра щелевого

Фильтр щелевой по ГОСТ 21329-75:имеет фильтрующий пакет, состоящий из набора основных 8 и промежуточных 9 пластин. Фильтр исполнения 1 по конструкции состоит из стакана 1, крышки 2, оси 3, стойки 10 с закрепленными на ней скребками 11, рукоятки 4, уплотнений 5 и 6 пробки 7, служащей для слива загрязнений. Из отверстия крышки масло проходит через щели между пластинами 8 и отводится в гидросистему через отверстие . При повороте фильтрующего пакета рукояткой 4 скребки 11 прочищают щели между основными пластинами. Очистку фильтрующего пакета не рекомендуется проводить во время работы гидропривода. В обозначении фильтра указывается через дефис номинальная пропускная способность (л/мин), номинальная тонкость фильтрации (мкм) и исполнение по конструкции.

Заключение

В результате проделанной работы была спроектирована гидросхема привода кантователя-траспортера. Рассчитаны основные характеристики и построены графики зависимостей (регулировочная и механическая). По рабочему давлению гидроприводы получились низкого давления (4 МПа). Предполагая условия работы данных приводов, можно порекомендовать для него использование в системах с ЧПУ.

Список литературы

1. Методические указания и задания по выполнению курсовой работы «Гидравлика, гидро- и пневмопривод» для студентов по направлениям 552900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств», 551800 «Технологические машины и оборудование» и специальностей 1202000, 120200, 120500 дневного и заочного обучения. - Томск: Изд. ТПУ, 1998. - 16 с. (А.В. Иоппа, П.Я. Крауиньш, А.Н. Гаврилин)

2. Свешников В.К. Станочные гидроприводы: Справочник. - 3-е изд., перераб. и доп.-М.: Машиностроение. 1995. - 448 с.: ил. (Б-ка конструктора)

3. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. - 2-е изд., перераб.-М.: Машиностроение, 1982. - 423 с.

4. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. Пособие для учащихся машинострпоительных специальностей техникумов/ С.А. Чернавский, К.Н. Боков, И.М. Чернин и др. - 2-е изд., перераб. и доп.-М.:Машиностроение, 1988. - 416 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru