Расчет гидропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт горного дела, геологии и геотехнологий

Кафедра «Горные машины и комплексы»

Курсовой проект

По дисциплине «Гидропневмопривод»

Расчет гидропривода

Плотников И.С.

Красноярск 2021



Задание

ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский федеральный университет»

Институт горного дела, геологии и геотехнологий

Кафедра Горные машины и комплексы

Дисциплина Гидропневмопривод

Группа ГГ 16-12 ГМ Студент Щелканов Владимир Александрович

Тема проекта «Расчет гидропривода» __________Исходные данные: Скорость вращения гидромотора, nмин=840 об/мин; Максимальный момент M=600 Н*м; Температура -25 0С; Длина трубопроводов l1=l2=6 м; l3=l4=4 м; Количество колен на каждом трубопроводе по 5 штук;

Специальная часть______________________________________

Перечень графического материала ______________________

Дата выдачи задания: 17 февраля 2021 г.

Срок сдачи проекта: 18 мая 2021 г.

Руководитель проекта _____________ Плотников И.С

ЗАДАНИЕ № 4

ВАРИАНТ № 5

Исходные данные

Наименование величин	Обозначения	Задано	Размерность
Скорость вращения гидромотора	n	840	об/мин
Максимальный момент	М	600	Н*м
Температура	t	-25	0С
Длина трубопроводов	l1=l2	6	м
	l3=l4	4	м
Количество колен на каждом трубопроводе - по 5 штук



Содержание

Введение

1. Выбор рабочей жидкости для гидропривода

2. Выбор гидромотра

3. Расчет производительности насоса

4. Выбор насоса для гидропривода

5. Выбор гидроаппаратуры

6. Выбор золотниковых распределителей

7. Выбор дросселей и фильтров

8. Расчет и выбор трубопроводов

9. Расчет энергетических показателей гидропривода

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Применение гидроприводов позволяет уменьшить вес и габариты машин, повышает их качество и надежность работы, дает возможность более широко использовать автоматизацию различных производственных процессов. Эти особенности обусловили использование гидропривода в горных машинах различного назначения, в авиации, вметаллообрабатывающих станках, в строительных, транспортных, дорожных машинах и др. Иногда в одной машине насчитывается по нескольку сотен единиц гидравлических агрегатов; протяженность трубопроводов при это достигает сотен метров.

При всем многообразии схем гидропривода они могут быть объединены в одну общую структурную схему, показанную на рисунке 1. Она включает в себя приводной двигатель (ПД), насос (Н), устройства управления и распределения потоков жидкости (У), гидродвигатель (ГД), приводящий в движение механизм (М).

Рисунок 1 - Структурная схема гидпровида

Все эти звенья гидропривода связаны трубопроводами, по которым циркулирует рабочая жидкость. Кроме того, в гидроприводе используются различные вспомогательные устройства: фильтры для очистки жидкости, теплообменники (в случае необходимости) для ее охлаждения или подогрева, гидроаккумуляторы, маслобаки, уровнемеры. Настройка гидропривода и контроль при эксплуатации осуществляется с помощью контрольно- измерительной аппаратуры (манометров, термометров, расходомеров).

В силовых элементах гидропривода (насос, устройства управления, гидродвигатель, трубопроводы) происходит преобразование видов энергии (механической в гидравлическую - и обратно - в гидродвигателе), а ее передача и распределение - в трубопроводах и устройствах управления.

Геометрические, кинематические, силовые и гидравлические параметры строго взаимосвязаны между собой и последовательно могут быть определены с помощью расчетных формул.



1. Выбор рабочей жидкости для гидропривода

Рабочая жидкость является важнейшим элементом гидропривода, заполняющим всю его «кровеносную» систему. Именно посредством ее происходит преобразование и передача энергии от одного элемента к другому. В процессе циркуляции рабочая жидкость подвергается сильным кинематическим, температурным и силовым воздействиям. От правильного выбора рабочей жидкости в значительной степени зависит надежность и долговечность работы гидросистемы.

Важнейшими характеристиками рабочей жидкости являются: плотность (с; кг/м3), объемный модуль упругости всестороннего сжатия (Е; Па), а также вязкость, характеризуемая динамическим (м) и кинематическим (х) коэффициентами вязкости.

Выбор марки рабочей жидкости производится по пределу рабочих температур таблица 1.

Вязкость рабочих жидкостей очень сильно зависит от ее температуры (см. табл. 1). При расчетах потерь давления в трубопроводах участвует коэффициент вязкости. Поэтому после выбора жидкости по таблице 1 его необходимо пересчитать для заданных температурных условий (t, оС) работы гидропривода. Пересчет кинематического коэффициента вязкости на заданную температуру производится по формуле:

,

где н50 - вязкость при t=50 oC (cCт), б =0,025ч0,035;

e - основание натуральных логарифмов.

Из полученного значения нt определяется динамический коэффициент вязкости при температуре t(нt; м2/с).



,

Кроме температуры на вязкость масел оказывает влияние и давление.

где нр и нt - кинематические коэффициенты вязкости соответственно при давлении Р и заданной температуре; м2/с,

Р - давление масла, МПа;

К - коэффициент, зависящий от марки масла; при н50 менее 15*10-6 м2/с К = 0,02; при н50> 15 м2/с К=0,03.

Перевод: 0,000187*106= 187 сСт

Таблица 1 - Характеристика масла, применяемого в гидравлических системах

Рабочая жидкость (масло)	Вязкость при 50 0С и атмосферном давлении	Температура 0С	Предел рабочих температур, 0С	Плотность кг/м3
	сСт	0Е	вспышки	застывания
И-12А	10-14	1,82-2,26	165	-30	-30…+40	880

Выбор рабочей жидкости производят по таблице 1 в соответствии с заданной температурой. После выбора приводится ее техническая характеристика. Затем по формулам (1.1), (1.2), (1.3) уточняется ее вязкость для заданных условий (t и Р).

2. Выбор гидромотра

Для реализации вращательного движения исполнительного механизма гидропривода применяются гидромоторы низкого (до 10 МПа) и высокого (до 32 Мпа) давления. Основные технические характеристики гидромоторов низкого давления приведены в таблица 2.

Исходными параметрами для выбора гидромотора служат: число оборотов в минуту, необходимая мощность или крутящий момент.

Таблица 2 - Технические характеристики гидромоторов низкого давления

Принимаем гидромотор 11М-30.

3. Расчет производительности насоса

Расход рабочей жидкости гидромотором:

,

где qд - рабочий объем, cм3/oб - берется из таблицы 2;

nд - заданная максимальная скорость вращения вала, об/мин;

зо - объемный КПД гидромотора.

Во всех случаях расход пересчитывается в традиционную размерность (л/мин) путем умножения на 60000.

,

Величина давления (РН; MПа) для выбора насоса ориентировочно может быть принята равной

,

где Рраб - необходимое давление на входе в гидродвигатель, МПа.

Необходимая производительность насоса определяется на основании анализа гидравлической схемы с учетом обеспечения всех одновременно работающих гидродвигателей с заданными кинематическими параметрами.

,

,

4. Выбор насоса для гидропривода

Выбор насоса производится по необходимой производительности и давлению, рассчитанным по формулам (3.1), (3.2) и (3.3). По конструкции насосы разделяются на поршневые, плунжерные, шестеренчатые, пластинчатые и винтовые. В таблице 3 приведены марки насосов и их основные параметры.

Таблица 3 - Технические характеристики насосов с автоматическим регулирование производительности по давлению

Принимаем насос марки НПД-50М (АМ)

5. Выбор гидроаппаратуры

По назначению гидроаппаратура разделяется на направляющую и регулирующую. Направляющая предназначена для изменения направления потока жидкости путем полного перекрытия (или открытия) проходного сечения в аппарате. К этой группе относятся: распределители (крановые, золотниковые, клапанные), обратные клапаны, гидрозамки и клапаны (выдержки времени, последовательности, логические).

Регулирующая гидроаппаратура служит для изменения (или поддержания) давления и расхода жидкости путем частичного перекрытия проходного сечения аппарата. Регуляторы бывают прямого и переменного действия. Регуляторами давления являются: предохранительные, переливные, редукционные клапаны, а также клапаны соотношения и разности давления. К регуляторам расхода относятся: дроссели, регуляторы потока, дросселирующие распределители, клапаны соотношения расходов.

В схеме гидропривода не обязательно присутствие всех перечисленных выше аппаратов. В каждом конкретном случае необходимо стремиться к их минимальному набору, не забывая при этом о качестве функционирования и удобстве управления гидроприводом.

6. Выбор золотниковых распределителей

Золотники имеют наибольшее распространение в гидроприводе. Это объясняется простотой их изготовления, компактностью и высокой надежностью в работе. Они могут работать при весьма высоких давлениях (до 32 МПа) и значительно больших расходах, чем крановые распределители.

Золотники управления различаются по типу привода их управления, по количеству присоединяемых к ним линий (ходов), по числу позиций золотника, по фиксации положений золотника, по рабочему давлению и наибольшему расход, таблица 4.

Таблица 4 - Технические характеристики золотников

Выбор клапанов производим по таблице 5.

Таблица 5 - Технические характеристики клапанов

7. Выбор дросселей и фильтров

Дроссели являются регуляторами расхода и представляют собой регулируемые местные сопротивления. У них изменяется площадь проходного отверстия и тем самым изменяется расход жидкости в линии их установки. В зависимости от формы проходного отверстия и регулирующего элемента дроссели делятся не щелевые, плунжерные, игольчатые, канавочные и пластинчатые. В некоторых типах дроссели объединены с другими регулирующими элементами, например с предохранительными или обратными клапанами. В таблице 6 приведены характеристики дросселя.



Таблица 6 - Технические характеристики дросселя

Фильтры (кондиционеры) рабочей жидкости

В общем машиностроении в основном требуется грубая (до I00 мкм) или нормальная (до 10 мкм) фильтрация, реже - тонкая (до 5 мкм). С этой целью наиболее широко применяют пластинчатые (щелевые) и сетчатые фильтры, основные характеристики которых приведены в таблицах 7. Перепад давления у них не превышает 0,1 МПа.

Таблица 7 - Технические характеристики фильтров

Принимаем фильтр 0,05С42-14

Выбор гидробака

Гидробаки служат для хранения рабочей жидкости и питания системы гидропривода. В нем же происходит отстой и охлаждение жидкости, выпуск паров и воздуха. Его объем принимают равным двух-четырехминутной подаче насоса. Обычно бак делается сварным со съемной верхней крышкой, в которой предусматривается отверстие с пробкой и сетчатым съемным фильтром для заливки жидкости. Внутри устраивается переливная стенка, разделяющая бак на зону всасывания и слива. Она позволяет успокаивать жидкость и улучшать условия ее отстоя от частиц.

,

где Q - подача насоса л/мин;

t - время подачи, принимают от 2 до 4 минут.

Номинальные емкости баков по ГОСТ 14065-68 должен соответствовать (в литрах): 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000; 2500; 3200; 4000; 5000; 6300; 8000; 10000 литров.

Принимаем гидравлический бак объемом 2500 литров.

Всасывающий трубопровод располагают на небольшом расстоянии от дна, чтобы насос работал с некоторым подпором и исключалось засасывание осевших на дно твердых частиц. Сливная линия подводится параллельно дну на 1/3 высоты от дна.

В гидробаках устанавливают также фильтры и, при необходимости, теплообменные аппараты для нагрева или охлаждения рабочей жидкости.

Бак должен иметь устройство для контроля уровня жидкости - обычно в виде смотрового стекла.

Дня смены рабочей жидкости и слива отстоя бак снабжается спускными отверстиями, нижнее из которых (для слива отстоя) - с магнитной пробкой.



8. Расчет и выбор трубопроводов

Исходными данными для выбора стандартных стальных трубопроводов и рукавов по таблицам 8, 10 являются принятое рабочее давление, расчетный внутренний диаметр трубопровода и минимально-допустимая толщина стенки. На данном этапе выполнения проекта эти величины становятся уже известными. Для удобства правильного расчета всех участков гидросистемы изображается схема гидропривода (повторяется из задания), на всех участках которой надписываются расходы (Q, м3/с), давления (P, МПа) и скорости движения (х, м/с). Эти скорости принимаются равными: для всасывающих линий хвс=1ч1,2 м/с, для нагнетательных хн=3,5ч4 м/с, для сливных хсл=2ч3 м/с. гидропривод насос золотниковый распределитель

Расчетный внутренний диаметр каждого участка трубопровода (di, м) определяется по формуле:

,

где Q - расход жидкости на данном участке, м3/с;

х - оптимальная скорость движения жидкости, м/с.

Всасывающий:

,

Нагнетательный:

,

Сливной:

,

После определения расчетных внутренних диаметров выбираются стандартные трубы.

Таблица 8 - Рекомендуемые размеры стальных труб для гидросистем

Принимаем для: Всасывающего трубопровода давление до 20 МПа - d=91 мм; s=14 мм; dн=127 мм. Нагнетательного трубопровода давление до 20 МПа - d=56 мм; s=10 мм; dн=76 мм. Сливного трубопровода давление до 20 МПа - d=76 мм; s=12 мм; dн= 102 мм.

После выбора стандартных стальных труб проверяется толщина стенки.

Минимально-допустимая расчетная толщина стенки (S, мм) из условия прочности определяется:

,

где dн - наружный диаметр трубопровода, мм;

[у]р - допустимое напряжение разрыва материала, которое обычно принимается равным [у]р=0,35ув, где ув - временное сопротивление, МПa; таблица 9.

[у]р=0,35ув=0,35*600=210 МПа.

р - максимальное давление жидкости в трубопроводе, МПа. Величина этого давления принимается равным пробному испытательному давлению, т.е. р=1,9*рраб, МПа.

р=1,9*рраб=1,9*10=19 МПа.



Таблица 9 - прочностные показатели сталей, применяемых в гидроприводе

Всасывающего:

,

Нагнетательного:

,

Сливного:

,

Расчет потерь давления в гидросистеме

Для каждого участка рассматриваемой линии определяется фактическая скорость движения жидкости (х) с учетом ранее определенного расхода (Q) и принятого стандартного диаметра трубопровода (d):

,

Всасывающий:

,

Нагнетательный:

,

Сливной:

,

где Q - л/мин; d - мм; х - м/с.

Затем определяется число Рейнольдса на каждом участке (н-вяз-кость, найденная по формуле (1.3) в сСт; d - в мм)

,

Всасывающий:

,



Нагнетательный:

,

Сливной:

,

Потери давления на каждом прямолинейном участке (?р;Па) длиной l (м):

,

где с - плотность рабочей жидкости, кг/м3;

l, d - длина участка (м) и его диаметр (мм);

л - коэффициент гидравлического сопротивления участка трубопровода, определяемый по формулам:

л =0,11(?э/d+68/ Rе)0,25 - при Rе >13800(турбулентный режим)

?э - эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб. Ее величина может быть принята равной (?э, в мм):

- новые тянутые трубы из стекла и цветных металлов-0,002 мм

- новые стальные бесшовные трубы - 0,02 мм;

- стальные трубы после нескольких лет эксплуатации - 0,3 мм

- стальные трубы после длительной эксплуатации - 0,5-2 мм;

- новые чугунные трубы - 0,2-0,5 мм;

- чугунные, бывшие в эксплуатации - 0,5-1,5 мм;

- рукава и шланги резиновые - 0,03 мм

Нагнетательный, 1 участок:

,

,

Для 2 участка:

,

Сливной 3 участок:

,

,

Сливной 4 участок:

,

б) Потери давления на всех прямолинейных участках трубопровода - Дpl (Па):

,

где n - количество последовательных участков с разными диаметрами и расходами.

в) Потери давления в местных сопротивлениях каждого участка трубопровода - ?pмi (Па):



,

где m - количество местных сопротивлений на i -том участке трубопровода;

о - сумма коэффициентов местных сопротивлений на рассматриваемом участке.

Коэффициенты местных сопротивлений принимаются:

Вход жидкости из полости в трубопровод овх=0,5;

Выход из трубы в полость овых=1,0;

Поворот трубопровода угловой ок=1,1;

Поворот трубопровода плавный опов=0,25.

Нагнетательный, 1 и 2 участка:

,

Сливной 3 и 4 участка:

,

Потери давления во всех местных сопротивлениях трубопровода (кроме гидроаппаратуры) - ?pм (Па):

,

Суммарные потери давления в трубопроводе - ?pт (МПа):

,

Потери давления в гидроаппаратах

При номинальном расходе и вязкости жидкости, равной 20 сСт, потери давления (?pн) в гидроаппаратах (золотниках, клапанах, дросселях, фильтрах и т.д.) принимаются по их паспортным данным (таблица 4, 5, 6). В случае отклонения фактического расхода (Q) от номинального (Qн) потери давления в гидроаппарате могут быть пересчитаны по формуле (?pi, в МПа):

Дроссель:

,

Суммарные потери давления (?pга; МПа) во всех гидроаппаратах

,

Потери давления в гидросистеме

Суммарные потери давления в гидросистеме (?pс; МПа) слагаются из суммарных потерь давления в трубопроводе (?pт) и гидроаппаратах (?pга):

?pс =?pт +?pга=0,4+0,008=0,408 Мпа

8. Расчет необходимого давления на входе в гидромотор

В случае применения нерегулируемого насоса, т.е. когда Qн =const, давление на входе (рвх, МПа) для обеспечения, заданных М и щ определяется по формуле:

,

где М - момент на валу, Н*м;

щ - угловая скорость, 1/с (щ = р*nд/30);

щ = р*nд/30= р*980/30=102

nд - скорость вращения гидромотора, об/мин;

Qн - производительность выбранного насоса, л/мин;

зод - объемный KПД гидромотора;

змд - механический КПД гидродвигателя равный 0,85-0,95.

Давление после насоса (рн, МПа), на которое должен быть настроен гидроаппарат управления (переливной, редукционный или предохранительный клапаны):

Pн = Pвх +? Pс=9+1,5=10,5 Мпа

9. Расчет энергетических показателей гидропривода

Мощность потока рабочей жидкости на выходе (мощность насоса):

,

где Pн - давление после насоса, МПа;

Qн - производительность насоса, л/мин.

Мощность на валу насоса:

,

где зн - общий КПД насоса 0,67-0,85 - для радиальных роторно-поршневых; 0,8-0,9 - для аксиальных роторно-поршневых; 0,5-0,7 - для шестеренных; 0,55-0,75 - для пластинчатых насосов.

Необходимая мощность приводного двигателя:

,

где зп - КПД передачи: для муфты зп =1,0; для зубчатой передачи зп =0,94-0,96.

Активная мощность:

,



Заключение

При проектирование курсового проекта был произведен расчет гидропривода. Определена марка масла И-12А для заданной температуры. Выбрано: 1) гидромотор модель - не регулируемый гидромотор 11М-30; 2) перистальтический насос модель - НПД-50М(АМ); 3) Золотник, четырехходовые реверсивные с гидравлическим управлением модель Г64-27; 4) Предохранительный клапан переливным золотником модель - Г51-27; 5) Плунжерный дроссель модель - Г77-27; 6) Сетчатый фильтр типа - С42, типоразмер 0,05С42. 7) определилена мощность двигателя.



Список использованной литературы

1.Гидравлика и гидропривод / Б.Г.Гейер, З.С.Дулин, А.Г.Боруменский Заря: Учебник для вузов.- 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1981, 295

2.Вильнер Я.М., Ковалев Я.Т., Некрасов Б.В. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Под ред. Б.Б.Некрасова Минск, Высшая школа, I976, 4I6 с.

3.Основы теории и конструирования объемных гидропередач. Под ред Прокофьева, М., 1968.

4.Гидравлика и гидропривод /В.Г.Гейер, В.С.Дулин, А.Г.Боруменский Заря: учебник для вузов. М.: Недра, 1970, 302 с.

5.Крамской Э.И. Устройства и элементы гидроавтоматики. Лениздат 107 с.

6.Либерман Д.А., Радюк А.Л., Сизов Б.Г. Справочные таблицы для выбора силовых агрегатов и трубопроводов и их расчета. Учебное пособие Красноярск, 1972, 21 с.

7.Тавастшерна Р.И. Изготовление и монтаж технологических трубопроводов. М.: Высшая школа, 1985, 225 с.

8.Расчет силового гидропривода. Методические указания к выполнению курсовой работы. КПИ, Красноярск, 1983, 29 с.

9.Кожевников С.Н., Пешат В.Ф. Гидравлический и пневматический приводы металлорежущих станков. М., Машиностроение, 1973, 360 с.

Размещено на Allbest.ru