Курсовая работа: Расчет и выбор гидропривода

Введение

В настоящее время существует множество технологических машин и комплексов, в которых применяется объёмный гидропривод.

Наиболее широко применяется в машиностроении в кузнечно-прессовом оборудовании; тракторах, дорожно-строительных машинах, автокранах (привод рабочих органов);

горной технике (проходческие щиты, гидрокрепь).

Реже - в качестве трансмиссии тяжелой военной техники, авиации (привод рулей, шасси).

Для выполнения большого объёма задач, требуется создание больших усилий в механизме. За счёт движения рабочей жидкости, на основе которой работает гидропривод, решается широкий спектр технологических задач.

Достоинства гидропривода:

1) Высокая удельная энергоемкость, равная отношению передаваемой мощности к объему или массе привода (наивысшая в общем машиностроении).

2) Малая инерционность подвижных частей.

3) Высокая жесткость.

4) Простота плавной регулировки скорости выходного звена.

5) Простота получения линейного перемещения.

Недостатки гидропривода:

1) Сложность в обслуживании (регулярная замена фильтров) из-за повышенной чувствительности к загрязнениям рабочей жидкости.

2) Низкий КПД дроссельных схем регулирования.

3) Сложность организации работы при низких (-60 ^оС) и при высоких (+120 ^оС) температурах.

4) Пожароопасность при использовании горючих рабочих жидкостей.

1. Теоретическая часть

Гидравлический привод (гидропривод) -- совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии.

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.). [1]

Функции гидропривода

Основная функция 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.). Другая функция гидропривода -- это передача мощности от приводного двигателя к рабочим органам машины (например, в одноковшовом экскаваторе -- передача мощности от двигателя внутреннего сгорания к ковшу или к гидродвигателям привода стрелы, к гидродвигателям поворота башни и т.д.).

В общих чертах, передача мощности в гидроприводе происходит следующим образом:

1. Приводной двигатель передаёт вращающий момент на вал насоса, который сообщает энергию рабочей жидкости.

2. Рабочая жидкость по гидролиниям через регулирующую аппаратуру поступает в гидродвигатель, где гидравлическая энергия преобразуется в механическую.

3. После этого рабочая жидкость по гидролиниям возвращается либо в бак, либо непосредственно к насосу. [2]

Виды гидроприводов

Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объёмные:

- В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости.

- В объёмных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости.

Объёмный гидропривод -- это гидропривод, в котором используются объёмные гидромашины (насосы и гидродвигатели). Объёмной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры. К объёмным машинам относят, например, поршневые насосы, аксиально-поршневые, радиально-поршневые, шестерённые гидромашины и др.

Выбор рабочей жидкости

Для нормальной работы гидропривода рабочая жидкость должна иметь достаточную вязкость, быть однородной, обладать хорошей смазывающей способностью. Она должна сохранять свои свойства при изменении температуры, скорости и давления. Температура воспламенения рабочей жидкости гидросистем должна быть не ниже 160° С. Для получения минимальной зависимости вязкости от температуры применяют вязкостные присадки.

В качестве рабочей жидкости для гидросистем наиболее часто применяют минеральные масла.

Веретенное масло представляет собой масло, входящее в группу гидравлических индустриальных смазывающих жидкостей. Этот продукт для смазки производится из парафинистой нефти, характеризующейся малым или средним процентным содержанием серы. Процесс изготовления выполняется по специально отработанной технологии, включающей в себя селективную обработку нефтяной смеси при помощи фенола. На следующем этапе выполняется процедура депарафинизации.

Благодаря своим свойствам, веретенное масло гарантирует оптимальную работу гидравлических приводов в широком диапазоне температур: от -40°С до +60°С. Оптимальная температура, при которой масло дольше всего сберегает свои свойства - +50-60°С.

Веретенное масло с антиоксидантными добавками обеспечит возможность эксплуатации приводов в условиях взаимодействия с неблагоприятной средой. Также этот тип масла может служить сырьевой базой для производства смазочных материалов специального назначения и компонентом для смазочных жидкостей промышленных станков. [3]

Основные преимущества веретенных масел:

o стабильность эксплуатационных характеристик;

o повышенный уровень чистоты;

o устойчивость к воздействию внешней среды;

o высокая степень защиты механизмов от износа и коррозионного отложения;

o стабильность индекса вязкости;

o совместимость с различными легированными смазками аналогичного уровня вязкости

Осуществляем подбор веретенного масла по каталогу [3].

Таблица 2. Рабочая жидкость

Произведём расчет объёмного гидропривода для механизма (рис. 2) в соответствии с вариантами таблицы 1 для работы в средней полосе России (t = -40…+40°С).

Таблица 3. Вариант исходных данных в соответствии с заданием

Рис. 2. Общее устройство гидроцилиндра. [4]

1. Гильза (корпус цилиндра)

2. Шток

3. Штоковые уплотнения

4. Поршень

5. Поршневые уплотнения

6. БРС (быстросъёмные соединения)

7. Корпусная проушина

Расчетная схема гидроцилиндра

Рис. 3. Расчётные параметры гидроцилиндра

где:

D - диаметр поршня;

P₁ - рабочее давление в поршневой полости;

P₂ - рабочее давление в штоковой полости;

d - диаметр штока;

S - ход поршня;

Q - расход жидкости (подача);

F₁ - площадь поршня в поршневой полости;

F₂ - площадь поршня в штоковой полости;

R₁ - усилие, развиваемое штоком при его выдвижении;

R₂ - усилие, развиваемое штоком при его втягивании;

V₁, V₂ - эффективная скорость при втягивании и выдвижении штока соответственно;

По расчётной схеме гидроцилиндра (рис. 3) нужно рассчитать его параметры, а именно:

D - диаметр поршня;

d - диаметр штока;

Q - расход жидкости (подача);

F₁ - площадь поршня в поршневой полости;

F₂ - площадь поршня в штоковой полости;

R₁ - усилие, развиваемое штоком при его выдвижении;

R₂ - усилие, развиваемое штоком при его втягивании;

2.Расчётная часть

Преобразуя данную зависимость, найдём площадь F₁- поршня в штоковой полости:

1) R₁ =F₁PK_тр [1] ;

₁= = = 0,00902 м² = 90 см².

Зная площадь поршня в штоковой полости F₁, можно найти диаметр поршня D и диаметр штока из данного соотношения:

2) [1];

Из соотношения следует, что

D= = = 0,107 м = 10,7 см;

= = 0,076 м = 7,6 см.

Зная диаметр поршня D, найдём площадь поршня в поршневой полости F₂, используя данную зависимость:

3) = 0,004456м² = 44,56 см².

Зная рабочее давление P и диаметр поршня D, вычислим усилие, развиваемое штоком при его уборке R₂:

4) R₂ = F₂ P₂K_тр=

Зная параметры, найдём расход (гидроцилиндра) Q:

5) Q = ;

?_объемн возьмем равный 0,96.

Q = = 0,33 .

Далее по расчетному диаметру поршня, выбираем стандартный гидроцилиндр по каталогу. Выписываем все стандартные размеры величин гидроцилиндра из каталога [6]:

ГИДРОЦИЛИНДР ЦГ-150.105Х1000.11 подходит:

D = 11 см - диаметр поршня;

d = 8 см - диаметр штока;

R₁ = 265,96 кН - усилие, развиваемое штоком при его выдвижении;

R₂ = 125,35 кН - усилие, развиваемое штоком при его втягивании;

S = 1,1 м - ход поршня;

P = 28 - МПа номинальное давление;

P = 32 - МПа максимальное давление;

v = 0, 035 м/сек - скорость штока (выпуск/уборка);

V = 10,45 л - рабочий объем;

m = 142 кг - масса.

Расчётная часть

1) = 0,017662 м² = 176,7 см²;

2) = 0,0098125 м² = 98,13 см²;

3) Q = = = 0,000357 = 0,36 ;

4) W = 59₁ • S• 1,5 • 2 = 0,017662 (объема гидробака).

Выбор гидроаппаратуры для гидропривода

По всем полученным расчётным данным подбираем гидроаппаратуру для управления гидропривода:

1. Гидробак

2. Редукционный клапан

3. Обратный клапан

4. Манометр

5. Гидрораспределитель

6. Дроссель

7. Гидронасос

8. Фильтр

9. Расходомер.

Выбор гидробака

Гидробак (гидравлический бак) - ёмкость для поддержания давления в трубопроводной системе, хранения жидкости, а также её отстоя и охлаждения, выделения воздуха воздуха и других примесей. Вверху имеется заливная горловина с фильтром, имеет отводящие и приводящие патрубки, маслоуказатель. Объем гидравлического бака определяется исходя из общего расхода гидропривода (обычно проектируют равным двум-трём величинам подачи насоса).

В соответствии с каталогом [7] выбран гидравлический бак:

Гидравлический бак серия А линейка «Стандарт». Объем 63 литра.

Выбор редукционного клапана

Редукционный клапан - это автоматически действующий пневматический или гидравлический дроссель, предназначенный для поддержания на постоянном уровне давления на выходе при переменном давлении на входе в клапан.

Виды редукционных клапанов:

Редукционный клапан прямого действия (не требует внешнего источника питания).

Клапаны, управляемые пневмо- или электроприводом.

Рис. 5. Обозначение редукционного клапана на схеме гидропривода [16].

В соответствии с каталогом [8] выбран редукционный клапан:

DN 15 - 100 PN40:

Номинальное давление Р_ном= 40 МПа;

Выбор обратного клапана

Обратный клапан - устройство, которое пропускает поток жидкости только в одном направлении. Функциональное отличие обратного клапана от предохранительного заключается в том, что предохранительный срабатывает только в том случае, когда давление на входе достигает определённого уровня, а обратный клапан срабатывает при любом, даже самом минимальном превышении давления на входе над давлением на выходе из клапана; часто к обратным клапанам относятся гидрозамки;

Рис. 6. Обозначение обратного клапана на схеме гидропривода [16].

В соответствии с каталогом [9] выбран обратный клапан: WK 450 540

Номинальный расход Q_ном = 260 л/мин ;

Номинальное давление Р_ном35 МПа ;

Выбор манометра

Манометр - прибор, для измерения давления жидкости или газа (измеряет избыточное давление). Действие манометра основано на уравновешивании измеряемого давления силой упругой деформации трубчатой пружины или более чувствительной двухпластинчатой мембраны, один конец которой запаян в держатель, а другой через тягу связан механизмом, преобразующим перемещение упругого чувствительного элемента в круговое движение показывающей стрелки.

Для контроля и настройки на определённое давление насоса в линиях гидросистемы должны быть установлены манометры по ГОСТ 8625-77. В соответствии с ГОСТ 2405-80 манометры имеют классы точности 0,4;0,6;1;1,5;2,5 или 4.

Рис. 7. Обозначение манометра на схеме гидропривода [16].

В соответствии с каталогом [10] выбран манометр: МП40М-40МПа-G1/8 с диапазоном измерения давления от 0-40 МПа.

Выбор гидрораспределителя

Гидрораспределитель - это гидроаппарат, обеспечивающий изменение направления потока рабочей жидкости в двух или более гидролиниях при наличии внешнего управляющего воздействия.