Методика розрахунку об'ємного гідроприводу зворотно-поступального руху (з гідроциліндром)

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ УНІВЕРСИТЕТ

Механічний факультет

Кафедра МБЖД

Курсова робота

з дисципліни «Гідрообладнання будівельних і дорожніх машин»

Виконав ст.гр. М-52

Жестаков Є.І.

Перевірив: доц. Аврунін Г.А.

Харків 2010

Методика розрахунку об'ємного гідропривода зворотно-поступального руху (з гідроциліндром).

1. Вихідними даними для розрахунку об'ємного гідропривода є:

1.1 Зусилля, що розвиваються гідроциліндром при підводі РЖ в різні порожнини: бесштокові (поршневу) F2 і штокову F1 для гідроциліндрів двосторонньої дії, Н;

1.2. Хід поршня гідроциліндра, мм;

1.3. Час t переміщення поршня гідроциліндра з одного крайнього положення в інше (прямий хід при русі штока назовні і зворотний хід при русі штока всередину гідроциліндра), с;

1.4. Конструктивні особливості гідроциліндра в частині кріплення штока і корпусу (на проушинах, лапах, цапфах та інші);

1.5. Значення номінального P_ном (опускається при роботі без обмеження за часом) і максимального P_макс тисків, якими зазвичай задаються виходячи з номенклатури гідро пристроїв (насоса, гідроциліндра і гідроапаратури управління і захисту від перевантажень), МПа;

1.6. Значення номінальної частоти обертання приводить двигуна N_дв і насоса гідропривода, хв^-1;

1.7. Діапазон зміни швидкості гідроциліндра в експлуатації (при необхідності).

Метою розрахунку об'ємного гідропривода є визначення: діаметрів поршня і штока (плунжера) гідроциліндра; швидкості переміщення поршня (плунжера); витрати, споживаного гідроциліндром; допустимого навантаження на гідроциліндр; робочого об'єму насоса і потужності приводить двигуна, ККД об'ємного гідропривода, діаметри трубопроводів і умовний прохід гідроапаратів.

Гідравлічна принципова схема об'ємного гідропривода з дросельним регулюванням швидкості гідроциліндра представлена на рис. 1 і включає наступні гідро пристроїв: насос H з призводить двигуном «М»; гідроциліндр Ц; гідро розподільник P (четирехлінейний, трипозиційний з електромагнітним керуванням, 14-а схема комутації каналів в середньому положенні - канали р, А, В і Т об'єднані і тому насос H розвантажений від тиску); гідро дросель ДР на вході в гідроциліндр; запобіжний клапан КП; манометри MH1 ... МН3; гідробак Б.

На рис. 2 представлена принципова гідравлічна схема об'ємного гідропривода з машинним (об'ємним) регулюванням робочого об'єму насоса H і гідроциліндром Ц двосторонньої дії і одностороннім штоком. Робоча рідина нагнітається насосом H до двохпозиційного четирехлінейному Золотникові гідророзподільники P (шифр схеми - 574), забезпечене рукояткою для переміщення золотника і фіксатором положення. При надходженні робочої рідини в бесштокові порожнину (як показано на рисунку) шток гідроциліндра переміщається вправо (прямий хід), при перемиканні гідророзподільника P в крайнє ліве положення шток рухається вліво (зворотний хід). Для захисту від перевантажень служить запобіжний клапан КП (вимірювання тиску по манометру MH), при відкритті якого робоча рідина зливається в гідро бак Б.

Рис. 2 - Гідравлічна принципова схема гідропривода з машинним (об'ємним) регулюванням швидкості гідроциліндра Ц

РОЗРАХУНОК ДІАМЕТРУ ПОРШНЯ І ВИБІР ГІДРОЦИЛІНДРА

Для гідроциліндрів з однобічним штоком (рис. 3) попередньо визначають діаметр поршня, нехтуючи площею штока, за наступною формулою

(1)

де - зусилля, діюче на поршень (зовнішнє навантаження, яка є заданим значенням), Н,

- тиск на вході в гідроциліндр, значення якого має становити близько 75% від номінального

(2)

- гідромеханічний ККД гідроциліндра (для сучасних конструкцій задаються ).

Діаметр поршня округлюють у більшу сторону виходячи зі стандартних значень: 18, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100; 110; 125; 140; 160; 180 ; 200; 220; 250 і 320 мм, кожному з яких відповідає стандартне значення штока, (якщо номенклатурою гідроциліндрів передбачається два або більше значень діаметрів штока, то попередньо приймають менше з них).

Приймаються якому відповідає стандартне значення штока

Далі з урахуванням стандартного значення діаметра штока уточнюють діаметр поршня

(3)

де

Перепад тиску між входом і виходом з гідроциліндра (поршневий і штокової порожнинами), МПа,

- тиск на виході з гідроциліндра (у штокової порожнини), зазвичай знаходиться в межах МПа, причому більше значення приймають для гідроприводів з установкою фільтру або маслоохладителя в зливний лінії.

При вибраних значеннях і проводять перевірку на функціонування гідроциліндра при тягнучої навантаженні, коли шток рухається всередину гідроциліндра (підводі тиску робочої рідини в штокову порожнину)

(4)

Якщо умова (4) не виконується, то необхідно збільшення площі штокової порожнини за рахунок збільшення діаметра поршня.

Уточнюють робочий перепад тисків, необхідний для подолання зовнішнього навантаження при вибраних діаметрах поршня і штока гідроциліндра (робочий перепад тисків)

(5)

який не повинен перевищувати від номінального тиску насоса (для підвищення довговічності об'ємного гідропривода рекомендується не перевищувати тиск більше 75% від номінального для насоса).

РОЗРАХУНОК ШВИДКОСТІ ПОРШНЯ

Розрахунок швидкості поршня проводять з теоретичних формулами виходячи з високого рівня герметичності сучасних ущільнень, що забезпечують об'ємний ККД гідроциліндрів близьким 100%. Значення швидкості не повинні перевищувати допустимого значення, що приводиться виробником гідроциліндрів в каталозі (зазвичай, не більше 0,5 м/с). В іншому випадку необхідно в об'ємному гідроприводі передбачити дросель для обмеження витрати робочої рідини, що подається до гідроциліндра

(6)

(7)

де - площа поршня, мм².

Швидкість поршня гідроциліндра при підводі робочої рідини в штокову порожнину (зворотний хід чи рух штока всередину гідроциліндра)

(8)

де - витрата, що підводиться в штокову порожнину, значення якого може бути дорівнює витраті, що подається в поршневу порожнину або менше і якщо значення швидкості перевищує допустиму. Попередньо в формулу (8) підставляють і якщо значення швидкості перевищує, то витрата обмежують установкою дроселя або зміною робочого об'єму в регульованому насосі, а максимальне значення витрати визначають за формулою

(9)

ВИЗНАЧЕННЯ НАВАНТАЖЕННЯ, ВІДПОВІДНОЇ ВТРАТИ ГІДРОЦИЛІНДРА

Навантаження, що відповідає втраті поздовжньої стійкості гідроциліндра, визначають за формулою Ейлера

(10)

де E - модуль пружності матеріалу (для сталі),

J - момент інерції перерізу гідроциліндра

(11)

де - зовнішній і внутрішній діаметри гідроциліндра, відповідно, мм,

S_к - приведена довжина ходу гідроциліндра

(12)

де l - довжина гідроциліндра з висунутим штоком, мм,

к - коефіцієнт, що залежить від схеми кріплення кінців гідроциліндра:

к = 2.0 - якщо один кінець гідроциліндра жорстко закріплений, а другий вільно спирається на долаємо навантаження;

к = 1.0 - якщо обидва кінці гідроциліндра закріплені шарнірно;

к = 0.7 - якщо один кінець закріплений шарнірно, а другий жорстко закріплений;

к = 0.5 - якщо обидва кінці жорстко закріплені.

Примітка: У курсовій роботі прийняти для всіх варіантів к = 1.0.

Максимальну допустиме навантаження на шток гідроциліндра визначають при коефіцієнті запасу n = 3.5

(13)

При правильному виборі гідроциліндра повинна виконуватися умова

(14)

у противному випадку діаметр поршня гідроциліндра збільшують.

ПОПЕРЕДНІЙ РОЗРАХУНОК ТИСКУ У ОБ`ЄМНИХ ГІДРОПРИВОДІВ І ВИЗНАЧЕННЯ РОБОЧОГО ОБ`ЄМУ НАСОСА

Тиск, що розвивається насосом для забезпечення функціонування гідроциліндра із заданою зовнішнім навантаженням, залежить від наступних факторів

 (15)

де - тиск на виході (зливі) гідроциліндра, значення якого визначається гідравлічним опорам РЖ на виході з гідроциліндра, наприклад, втратами тиску в трубопроводі, фільтрі, теплообмінному апараті (маслоохолоджувачі), МПа,

- гідравлічні втрати тиску РЖ по довжині вхідного трубопроводу від насоса до гідроциліндра, включаючи втрати в Гідроапарати (наприклад, в гідророзподільники, регуляторі витрати, зворотному клапані, фільтрі та інші.) Ці втрати підлягають гідравлічному розрахунку, однак, як правило, значення цих втрат не повинно перевищувати 5% від робочого тиску для забезпечення високого значення загального ККД гідроприводу

(16)

Шляхом зіставлення значення витрати і номінальною подачі насоса по таблиці 2 і 3 підбирають попередньо типорозмір (шифр) і значення об'ємного (коефіцієнта подачі) і загального ККД насоса, які необхідні для подальшого розрахунку.

Визначають максимальну теоретичну подачу насоса, що забезпечує максимальну швидкість гідроциліндра

 (17)

де - витрата, споживаний гідроциліндром, який дорівнює фактичної (необхідної) подачі насоса

(18)

- об'ємний ККД насоса (або коефіцієнт подачі, значення якого для сучасних конструкцій насосів перебувати в межах 0,9 ... 0,98). Значення приймають по табл.2 або 3 згідно заданому значенню номінального тиску

Визначають робочий об'єм наносів (попередньо), що забезпечує необхідну подачу РЖ при заданій максимальній частоті обертання приводить двигуна

(19)

де - номінальна частота обертання вала призводить двигуна насоса

(),

- коефіцієнт, що враховує знос насоса, гідроциліндра і гідроапаратів при експлуатації (призначають в межах).

Робочий об'єм насоса уточнюють по каталогу, округляючи до найближчого більшого значення з номенклатурного ряду насосів.

Слід звернути увагу на те, що при виборі насоса з регульованим робочим об'ємом споживаний гідроциліндром витрата і подача насоса збігаються (18), а при виборі насоса з постійним робочим об'ємом подача насоса завжди більше споживаного витрати

(20)

що обумовлено округленням значення робочого об'єму насоса і введенням коефіцієнта більше одиниці. Тому для отримання необхідної швидкості поршня застосовують дросельні способи регулювання витрати в гідроциліндр, пов'язані з перепуском частині подачі насоса через переливний клапан (дросель встановлено послідовно до гідроциліндра) або через дросель в гідробак (установка дроселя на паралельному потоці).

РОЗРАХУНОК ККД ОБ`ЄМНОГО ГІДРОПРИВОДУ

Визначають максимальну механічну потужність об'ємного гідропривода (зустрічаються також терміни - вихідна, ефективна і корисна потужність)

(21)

де значення зусилля є заданим (Н), а швидкість (м / с) визначають за формулами (6) або (8).

Розрахунок споживаної насосом потужності

При використанні насоса з регульованим робочим об'ємом, споживана потужність складе

(22)

де - тиск на виході насоса, МПа,

- фактична подача насоса, л/хв,

- ККД насоса (загальний),

-. гідромеханічний ККД насоса.

У технічній характеристиці насосів призводять значення загального ККД і коефіцієнта подачі, тому гідромеханічний ККД визначають за формулою:

(23)

а значення і визначають з виразів (18) і (15).

При використанні насоса з постійним робочим об'ємом і дросельним способом регулювання витрати до гідроциліндра, його теоретичну подачу визначають за формулою:

 (24)

і далі споживану потужність насоса

(25)

Визначають загальний ККД об'ємного гідроприводу при максимальній швидкості гідроциліндра:

(26)

Визначають настановну потужність приводить двигуна з застосовуваним на практиці коефіцієнтом запасу

(27)

Споживана насосом потужність не повинна перевищувати потужності не повинна перевищувати потужності приводить двигуна, в іншому випадку необхідне коригування завдання на проектування об'ємного гідропривода, наприклад, шляхом зниження максимальної швидкості (часу гідроциліндра) переміщення або установки приводить двигуна підвищеної потужності.

ВИБІР ДІАМЕТРА ТРУБОПРОВОДУ І ЗВЕДЕНОГО ДІАМЕТРУ

Внутрішній діаметр трубопроводу визначають за формулою

мм, (28)

де - витрата робочої рідини (7), л/хв, а при машинному способі регулювання робочого об'єму насоса замість підставляють значення теоретичної подачі

- об'ємний ККД (або коефіцієнт подачі) насоса,

- що допускається швидкість протягом робочої рідини, м/с,

значення якої вибирають виходячи з наступних рекомендацій за призначенням максимальної швидкості течії робочої рідини в трубопроводах і з'єднаннях трубопроводів:

- Для всмоктуючих трубопроводів, м / с або не більше значення швидкості (або не менше тиску), встановленого постачальником насоса (примітка: при розрахунку діаметра всмоктувального трубопроводу у формулі (28) ККД насоса приймають );

- Для напірних трубопроводів м / с,

- Для зливних трубопроводів м / с.

,

.

Діаметри трубопроводів округлюють згідно значенням умовних проходів.

Умовним проходом гідропристроїв називається округлений до найближчого значення із встановленого ряду діаметр кола, площа якого дорівнює площі характерного прохідного перерізу каналу гідропристроїв або площі прохідного перерізу приєднується трубопровода (41). Умовні проходи вибирають з ряду по ГОСТ 16516:1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10; 12; 16 ; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200 і 250 мм.

Швидкість у всмоктуючому трубопроводі жорстко пов'язана з можливостями функціонування насосів без кавітації, швидкості напірному та зливному трубопроводах встановлюють у результаті розрахунку ККД гідропривода і виконання умови (16), тому в гідроприводах високих тисків швидкості досягають 8 м / с і більше.

Далі проводять уточнений розрахунок ККД гідропривода для робочого режиму з урахуванням уточнених значень втрат тиску (14) на основі гідравлічного розрахунку трубопроводів і даних по втратах тиску в гідропристроїв (зазвичай виробники гідрораспреділітелей, дроселів, зворотних клапанів, теплообмінних апаратів і фільтрів призводять графічні залежності перепаду тиску від витрати робочої рідини при різних значеннях коефіцієнта кінематичної в'язкості). Якщо при проектуванні об'ємного гідропривода швидкості течії робочої рідини не перевищують 4 м/с для зливного і 5 м/с для нагнітального трубопроводів, а умовний прохід гідрораспреділітелей, клапанів тиску (зворотних і гідрозамки), дроселів, фільтрів і теплообмінних апаратів відповідає внутрішньому діаметру розрахункових трубопроводів , то гідравлічний розрахунок не проводять і оцінку втрат потужності роблять при випробуванні експериментального зразка об'ємного гідропривода.

Вибір сорту робочої рідини. В якості основного сорту робочої рідини для об'ємних гідроприводів мобільних машин рекомендується олива типу МГЕ-46В, ТУ 38.001347-83

Висновки по курсовій роботі

1. Обрано гідроциліндр типу 16ГЦ100/63ПП-1120 ;

2. Робочий тиск в об'ємному гідроприводі ;

3. Дана оцінка стійкості гідроциліндра: володіє стійкістю ;

4. Вибрали насос типу 311.224 ;

5. Потужність двигуна становити кВт при частоті. обертання ;

6. Вибрані діаметри трубопроводом відповідно до нормального ряду умовних проходів мм;

мм;

мм;

7. Загальний ККД об'ємного гідропривода дорівнює .