Розрахунок об’ємного гідроприводу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Сумський державний університет

Кафедра прикладної гідроаеромеханіки

Курсова робота

з дисципліни «Гідравліка та гідропневмоприводи»

на тему: «Розрахунок об'ємного гідроприводу»

Суми 2009

Завдання

Принципова схема об`ємного гідропривода (схема 8) поступального руху подана на рисунку 1. Робоча рідина з бака Б подається насосом Н через розподільник Р у робочу порожнину гідроциліндра Ц. Шток гідроциліндра навантажений силою F. Надлишок рідини, що нагнітається насосом, відводиться в бак Б через клапан переливний КП чи через дросель ДР. Для регулювання швидкості робочого органу встановлений дросель ДР. Відпрацьована рідина з порожнини гідроциліндра через розподільник Р, i фільтр Ф зливається в бак Б.

За вибраним варіантом схеми гідропривода і заданими у, табл. 1, вихідними даними, а також взятим значенням робочого тиску, визначити розміри гідроциліндра і підібрати розподільник, дросель, гідроклапан, фільтр. Розрахувати втрати тиску в магістралях приводу. Вибрати насос. Розрахувати потужність і ККД гідроприводу. Еквівалентну шорсткість гідроліній взяти Е =0,06 мм, а механічний ККД гідроциліндра

Вихідні дані:

F=50 кН;

VП=3,2 м/хв=0,0533 м/с;

Р= 2,5 МПа;

Масло - індустріальне 20.

Довжину напірної лінії (м) визначити за формулою:

, (1.1)

де N - сума двох останніх цифр номеру залікової книжки,

N = 11 (Варіант 38).

Довжина зливної лінії дорівнює:

, (1.2)

Довжина всмоктувальної лінії:

, (1.3)

Принципова схема об'ємного гідроприводу поступального руху показана на рис. 1

Рисунок 1 - Принципова схема об'ємного гідропривода поступального руху

1. Розрахунок і вибір параметрів гідроустаткування

1.1 Розрахунок довжини гідролінії

Довжину напірної лінії (м) визначаємо за формулою (1.1):

м.

Довжину зливної лінії визначаємо за формулою (1.2):

м;

Довжину всмоктувальної лінії обчислюємо за формулою (1.3):

.

1.2 Вибір робочої рідини

Вибір робочої рідини виконується залежно від температурних умов, режиму роботи ГП і його робочого тиску.

Нормальна температура робочої рідини складає 50-60 С.

Приймаємо робочу рідину згідно рекомендацій [1, с.19, додаток А]: масло індустріальне 20.

- густина с = 885 кг/м 3;

- кінематична в'язкість н = 20 10 -6 м 2/с.

1.3 Вибір робочого тиску

Значення робочого тиску (МПа) вибираємо з ряду нормативних, установлених ГОСТ 12445-80.

Для умов роботи заданого гідропривода приймаємо значення p=2,5 МПа, згідно рекомендацій.

1.4 Розрахунок розмірів гідроциліндра

Площу поршня визначаємо за вибраним тиском і розрахунковим навантаженням із співвідношення, [1, с.8 формула (2.1) ]:

, (1.4)

де Sе - ефективна площа циліндра, м;2

F - зусилля на штоці, Н;

Р - робочий тиск, Па;

- механічний ККД гідроциліндра;

- гідравлічний ККД гідроапаратури;

- визначає втрати тиску в трубопроводах і гідроапаратурі, що входить до складу приводу.

Приймаємо: =0,85; =0,9; p = 2,5·10 6; F =80•103

Діаметр поршня гідроциліндра визначається за отриманою ефективною площею поршня гідроциліндра, залежно від схеми гідропривода за формулою:

, (1.5)

де D - діаметр поршня гідроциліндра, м;

відношення діаметра штока до діаметра поршня:

При цьому вибираємо залежно від величини робочого тиску, а саме:

приймаємо = 0,5 згідно [1, с. 9] при Р<5 МПа.



Отримане значення діаметра поршня округляю по ГОСТ 12447-80 у відповідності з рядом розмірів діаметрів [2].

Приймаємо D=220 мм.

Діаметр штока (мм) знаходимо зі співвідношення [1, с. 10, формула (2.4)]:

, (1.6)

де - відношення діаметра штока до діаметра поршня (=d/D); приймаємо в залежності від робочого тиску при Р<5 МПа, =0,5;

.

Отримане значення діаметра штока округляю по ГОСТ 12447-80 до нормативних вимог у відповідності з рядом розмірів: d=110 мм.

За вибраними стандартними значеннями діаметрів поршня D і штока d уточнюємо значення ефективної площі напірної SE і зливної SEзл. порожнин гідроциліндра:

Напірна (зливна) лінія:

; ;

; (1.7)

1.5 Розрахунок необхідної витрати рідини

Необхідну витрату рідини QНОМ, що надходить у гідроциліндр, знаходимо за формулою[1, с.10 формула (2.5)]:

, (1.8)

де VП - швидкість руху поршня, м/с;

SЕ - ефективна площа поршня гідроциліндра, м 2;

м 3/с = 90,6 л/хв.

Вибираємо необхідну подачу насоса за формулою (2.6) [1, с.10]:

(1.9)

де К=1,1 згідно рекомендацій [1, с.10];

Необхідну витрату рідини Qном(зл) (м3/с),що виходить зі зливної порожнини гідроциліндра, знаходять за формулою:

м3/с=120,84 л/хв.

1.6 Вибір гідрозподільника

Тип і марку гідророзподільника вибирають за робочим тиском p=2.5 МПа і максимальною витратою через розподільник QН =120,84 [2, с. 78 табл. 4,4].

Приймаємо за графіком [2, с.77, рис.4.3] розподільник В22.

QНОМ =160 ;

pНОМ =0,1 МПа.

1.7 Вибір дроселя

Типорозмір дроселя вибираємо по робочому тиску p=2,5 МПа і витратою рідини QДР = 120,84 [2, с. 146, табл. 5.13].

Приймаємо дросель МПГ55-15.

QНОМ = 160 ;

pНОМ =0,2 МПа.

1.8 Вибір фільтра

Фільтр і його типорозмір вибирають за витратою робочої рідини в зливній гідролінії і необхідною для даного гідропривода тонкістю фільтрації. Тонкість фільтрації визначаеться залежно від типу привода [2, с.296, табл. 8.2]. Вибір фільтра [2, с. 300, табл. 8.6.].

м3/с=120,84 л/хв.

Фільтр ФС,

Номінальна тонкість фільтрації 40 мкм.

QНОМ =400 л/хв.;

pНОМ = 0,1 МПа.

2. Гідравлічний розрахунок системи привода

2.1 Гідравлічний розрахунок трубопроводів

Розрахунок трубопроводів полягає у визначенні їх діаметрів. Розрахунок виконується по ділянках: всмоктувальній (бак-насос), напірний (насос-гідроциліндр), зливній (гідроциліндр-бак), виділених у гідравлічній схемі.

Діаметри трубопроводів визначають, виходячи із забезпечення допустимої швидкості течії Vдоп,, (м/с) рідини, що повинні бути в таких межах [1, с. 11 - 12]:

- всмоктувальні гідролінії: 0,5 - 1,5;

- зливні гідролінії: 1,4 - 2,0;

- напірні гідролінії: 3,0 - 5,0.

З урахуванням допустимих швидкостей за відомою витратою визначаєм діаметри трубопроводів d, м:

(2.1)

де Q - витрата рідини на даній ділянці гідромережі, м3/с.

Отримані діаметри округлюють до значення по ГОСТ 6540-68. Для всмоктувальної гідролінії QВС = QН:

=0,0650 м;

=0,0375 м.

Приймаємо dвс=0,05 м.

Для напірної гідролінії , (2.2)

де - ефективна площа поршня в напірній порожнині гідроциліндра, м 2;

VП - швидкість руху поршня, м/с.

м 3/с;

=0,0253 м;

=0,0196 м.

Приймаємо dн=0,025 м.

Для зливної гідролінії ,(2.3)

де - ефективна площа поршня в зливній порожнині гідроциліндра, м 2;

VП - швидкість руху поршня, м/с.

м 3/с;

=0,0428 м;

=0,0358 м;

Приймаємо dзл=0,04(м).

Після вибору стандартних діаметрів трубопроводів визначаємо фактичні швидкості в гідролініях.

Фактична швидкість при робочій подачі у всмоктувальній гідролінії визначається за формулою:

(2.4)

=0,846 м/с.

Фактична швидкість у напірній гідролінії складає:

(2.5)

=3,076 м/с.

Фактична швидкість у зливній гідролінії дорівнює:

(2.6)

=1,603 м/с.

Отримані швидкості робочої рідини відповідають рекомендованим межам, а значить діаметри трубопроводів визначені вірно.

2.2 Визначення втрат тиску в гідросистемі

Втрати тиску визначають на всмоктувальній, напірній і зливній гідролініях.

Величина втрат на кожній ділянці визначається за формулою:

, (2.7)

де - втрати на тертя по довжині трубопроводу, МПа;

- втрати в місцевих опорах, з урахуванням втрат в гідроапаратах, МПа.

Втрати тиску (Па) на тертя по довжині трубопроводу обчислюють за формулою Дарсі-Вейсбаха:

, (2.8)

де - густина рідини, кг/м3;

- коефіціент гідравлічного тертя по довжині;

l, d - довжина і діаметр трубопроводу, м;

VФ - середня швидкість течії рідини, м/с.

Коефіцієнт гідравлічного тертя (коефіцієнт Дарсі) визначаємо, виходячи з режиму руху рідини і відносної шорсткості труби Е/d, де Е - еквівалентна шорсткість.

Режими руху рідини визначають за числом Рейнольда:

, (2.9)

де V - фактична швидкість у всмоктувальному, напірному чи зливному трубопроводі, м/с;

d - діаметр трубопроводу, м;

- кінематичний коефіцієнт в'язкості, м 2/с.

Розрахунок числа Рейнольдса для ділянок трубопроводу:

- для всмоктувальної гідролінії:

;

Так як - режим руху ламінарний;

- для напірної гідролінії:

;

Так як - режим руху турбулентний;

- для зливної гідролінії:

;

Так як - режим руху турбулентний.

Якщо рух ламінарний, коефіцієнт гідравлічного тертя визначають за формулою [1, с.14, формула (3.10)]:

, (2.10)

Якщо рух турбулентний, коефіцієнт гідравлічного тертя визначають за формулою Альтшуля [1, с.15, формула (3.11)]:

(2.11)

Коефіцієнт гідравлічного тертя на ланках трубопроводу:

- для всмоктувальної гідролінії:

;

- для напірної гідролінії:

;

- для зливної гідролінії

.

За формулою (2.8) знаходимо:

=116,927 Па;

=18026,841 Па;

=3629,271 Па;

Сумарні втрати тиску на тертя

pТР=p +p +p , (2.12)

де p - втрати тиску на тертя на всмоктувальній лінії;

p - втрати тиску на тертя на напірній лінії;

p - втрати тиску на тертя на зливній лінії.

РТР=116,927 +18026,841 +3629,271 =21773,039 (Па).

Місцеві гідравлічні втрати pМ (Па) визначаємо за формулою Вейсбаха:

pм=, (2.13)

де - коефіціент місцевого опору;

V - середня щвидкість у місці перерізу з місцевим опором, м/с;

- густина рідини, кг/м 3.

До місцевих опорів стосовно до заданого гідропровода відносять: раптове розширення потоку (вхід у циліндр), раптове звуження потоку (вихід із циліндра), плавні повороти гідроліній, штуцерні приєднання трубопроводів, трійники, а також втрати в гідроапаратах: розподільнику, дроселі, фільтрі.

Значення коефіцієнтів місцевих опорів можна орієнтовно визначити, користуючись [1, с. 20, додаток Б]:

ВХ=0,5 - вхід у трубу;

ШТ=0,6 - штуцерні приєднання трубопроводів;

ВИХ=1,0 - вихід із труби;

ПОВ=0,21 - плавний поворот труби;

ТР=1,0 - трійник.

Вирахуємо значення коефіцієнтів місцевих опорів на кожній з гідроліній:

всмоктувальна лінія:

ВС=ВХ+ШТ;

ВС=0,5+0,6=1,1;

=348,375 Па;

напірна лінія:

Н=4ШТ+ТР+ВИХ;

Н=40,6+1,0+1,0=4,4;

=18422,078 Па;

зливна лінія:

ЗЛ=4ПОВ+ВИХ +7ШТ+ВХ;

ЗЛ=40,21+1+70,6+ 0,5=6,54;

=7436,319 Па;

Сумарні місцеві втрати:

pМ=p+p+p, (2.14)

де p - місцеві втрати на всмоктувальній лінії;

p - місцеві втрати на напірній лінії;

p - місцеві втрати на зливній лінії.

РМ=348,375 +18422,078 +7436,319 =26206,772 Па.

Втрати тиску в гідроапаратах можна знайти за формулою:

, (2.15)

де pном - табличне значення втрат тиску на даному опорі при номінальній подачі (наводиться в паспортних даних);

Qф - фактична витрата;

Qном - номінальна подача.

Визначаємо втрати на гідророзподільнику:

Відповідно до графіку [2, с.77, рис.4.3] втрати на розподільнику

pРОЗ =0,1 МПа = 10000 Па.

Втрати в фільтрі:

;(2.16)

=10374,841 Па.

Визначаємо втрати в дроселі:

;(2.17)

=114080,512 Па.

Сумарні втрати тиску в гідроапаратах:

pАП = p+p+p, (2.18)

=100000+26206,772 +114080,512 =224455,353 Па.

Сумарні втрати тиску в гідросистемі:

21773,039 +26206,772 +224455,353 =272435,164 Па.

Сумарні втрати тиску не повинні перевищувати 20% тиску, що розвивається насосом:

(2.19)

Па.

Умова виконується.

3. ВИБІР ПАРАМЕТРІВ НАСОСА І ГІДРОКЛАПАНА ТИСКУ

3.1 Вибір параметрів насоса

насос дросель фільтр трубопровід

Необхідний тиск насоса pН обчислюють за рівнянням:

;(3.1)

де p - сумарні втрати тиску в гідролініях, Па;

=2,22 МПа.

Тип насоса вибирають відповідно до значень необхідної подачі QН = 99,66 л/хв і розрахункового тиску pН = 2,22 МПа [2, с. 18, табл. 2.1]:

насоc Г12-25АМ (QНОМ=110,4 л/хв, pНОМ=6,3 МПа, pМAX=7 МПа, Н=0,92) - пластинчастий нерегульований.

3.2 Вибір гідроклапана тиску

Гідроклапан тиску вибирають за значеннями необхідного тиску pН=2.22 МПа і подачі вибраного насоса QH = 90,6 л/хв [2, с.124, табл. 5.3 ]:

Гідроклапан Г54-34М:

Витрати масла: Qном=125 л/хв;

p=0,6 МПа.

4. РОЗРАХУНОК ПОТУЖНОСТІ І ККД ГІДРОПРИВОДА

Ефективна (корисна) потужність Nп, Вт, гідроциліндру визначається за формулою:

, (4.1)

Nп==2666,667 Вт.

Повна потужність N, Вт, гідроприводу дорівнює потужності, спожитої насосом:

(4.2)

де pН - розрахунковий тиск насоса, Па;

QH - подача вибраного насоса, м3/с;

Н - повний к.к.д. вибраного насоса.

N = =4008,065 Вт.

Повний к.к.д. гідроприводу [1, с.17.формула (5.3)]:

, (4.3)

=0,665.

Висновок: к.к.д. гідропривода низький, а тому для його підвищення необхідно замінити фільтр або взяти насос із меншою потужністю. Також підвищення к.к.д. можна досягнути шляхом зменшення поворотів і колін гідросистеми, що призведе до зменшення місцевих опорів у системі.

Список використаної літературИ

1. Методичні вказівки до курсової роботи з курсу „Гідравліка та гідропневмоприводи” для студентів бакалавратури 6.0902 „Інженерна механіка” усіх форм навчання. /Укладачі: В.Ф. Герман, С.П. Кулініч. - Суми: СумДУ, 2000. - 20 с.

2. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, - 512 с.

Размещено на Allbest.ru