ХТИ филиал Сибирского Федерального университета в г. Абакане
З а д а н и е
на курсовой проект (работу) по гидравлике
Расчёт объёмного гидропривода
Фамилия студента
Кунакбаев Р.Р.
Усилие на штоке гидроцилиндра F = 8 kH.
Ход поршня S = 0.8 м.
Длина трубопровода напорная Lнап = 6 м.
Длина трубопровода сливная Lслив = 5 м.
Количество углов поворота напорного трубопровода нап = 6 шт.
Количество углов поворота сливного трубопровода слив = 5 шт. гидролиния теплоизлучающий жидкость
Количество двойных ходов поршня в минуту i = 14 двх / мин.
Температура окружающего воздуха t = 30о С.
Содержание
Введение
1. Определение диаметра гидроцилиндра и диаметра штока
2. Определение потребной подачи насоса
3. Определение наибольшего и наименьшего расходов рабочей жидкости в гидролиниях
4. Выбор диаметров гидролиний
5. Выбор рабочей жидкости
6. Определение типоразмера гидрораспределителя
7. Определение типоразмера фильтра
8. Выбор гидронасоса
9. Расчет и выбор регулирующей гидроаппаратуры
10. Расчет КПД гидропривода машины
11. Выбор вместимости гидробака и определение площади теплоизлучающих поверхностей
12. Тепловой расчет гидропривода
Литература
Приложение
Введение
Раздел механики, в котором изучают равновесие и движение жидкости, а также силовое взаимодействие между жидкостью и обтекаемыми ею телами или ограничивающими ее поверхностями, называется гидромеханикой.
Науку о законах равновесия и движения жидкостей и о способах приложения этих законов к решению практических задач называют гидравликой. В гидравлике рассматривают, главным образом, потоки жидкости, ограниченные и направленные твердыми стенками, т.е. течения в открытых и закрытых руслах (каналах). В понятие «русло» или «канал» включают поверхности (стенки), которые ограничивают и направляют поток, следовательно, не только русла рек, каналов и лотков, но и различные трубопроводы, насадки, элементы гидромашин и других устройств, внутри которых протекает жидкость.
Под гидроприводом понимают совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости под давлением. В качестве рабочей жидкости в станочных гидроприводах используется минеральное масло.
Применение гидроприводов в станкостроении позволяет упростить кинематику станков, 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 преобразований, а также обеспечить определенное соотношение скоростей прямого и обратного ходов.
Гидроприводы имеют недостатки, которые ограничивают их использование в станкостроении. Это потери на трение и утечки, снижающие КПД гидропривода и вызывающие разогрев рабочей жидкости.
При правильном конструировании, изготовлении и эксплуатации гидроприводов их недостатки могут быть сведены к минимуму. Для этого нужно хорошо знать унифицированные узлы гидропривода и типовые узлы специального назначения.
1. Определение диаметра гидроцилиндра Dц и диаметра штока dшт
а) Выбираем рабочее давление в гидроцилиндре P, для чего используем рекомендации о соответствии между P и F.
Согласно исходным данным: P1 = 1,3 МПа, P2 = 2,1 МПа, P3 = 3,3 МПа.
б) Согласно рекомендации о соответствии между P и dшт/Dп принимаем dшт/Dп = 0,5.
в) Пренебрегая сопротивлением трения в уплотнениях и противодавлением, находим площадь поперечного сечения гидроцилиндра:
тогда диаметр гидроцилиндра:
Дальнейший расчёт проводится по наибольшему диаметру, в соответствии с ГОСТ 12447-80. [3] принимаем D=80 мм.
Тогда площадь гидроцилиндра:
Значит, диаметр штока будет равен:
В соответствии с ГОСТ 12447-80 принимаем =40мм.
Тогда площадь штока:
2. Определение потребной подачи насоса
3. Определение наибольшего и наименьшего расходов рабочей жидкости в гидролиниях
4. Выбор диаметров гидролиний
Для упрощения расчетов принимаем диаметр трубопроводов одинаковым для всех гидролиний.
В соответствии с рекомендациями принимаем скорость течения жидкости в трубопроводе Vср = 2 м/с.
Откуда диаметр трубопровода:
Принимаем согласно ГОСТ 12447-80 dтр = 32 мм.
5. Выбор рабочей жидкости
Рабочие жидкости бывают на нефтяной и синтетической основе. В основном применяют рабочие жидкости на нефтяной основе с различными улучшающими свойства масел присадками. Присадка способствует сохранению механических свойств масел при повышенных температурах, уменьшают пенообразование, улучшают их сопротивление износу и антикоррозионные свойства. Концентрация присадок в рабочих жидкостях составляет от 0,05% до 22%.
Рабочая жидкость должна удовлетворять двум условиям:
1) Температура застывания должна быть на 15-20 0С ниже наименьшей температуры окружающей среды.
2) При давлении до 7 МПа рекомендуется применять минеральные масла, имеющие =(16,5…20,5) 10-6 м2/с при t =50 0C.
Выбираем масло индустриальное ИГП - 18. Оно имеет tзаст = -15 0С, что на 20оС ниже заданной минимальной температуры (5оС) и при t = 50оС имеем = 18•10-6 м2/с, поэтому первое условие выполнено.
Температура окружающего воздуха tокр = 30оС.
Также этим условиям удовлетворяют масла:
ИС - 30;
ИС - 20;
ВМГЗ;
МГ8;
МГ10.
АМГ-19
ВМГЗ
Трансформаторное
АУ
Индустриальное ИС-12
Индустриальное ИС-20
Турбинное - 22
Индустриальное ИС-30
Турбинное - 30
Индустриальное - 45
Индустриальное - 450
Дизельное ДП-8 (МГ-8), ДП-11 (МГ-10)
МГЗ
ВГМ
Марка А
6. Определение типоразмера гидрораспределителя
Типоразмер определяем из условия: Qнаиб. Qтабл.
где Qтабл - рекомендованный максимальный расход через гидрораспределитель.
Выбираем типоразмер гидрораспределителя Р-203, который обеспечивает пропускную способность жидкости Qmax = 170 л/мин.
160,63 л/мин < 170 л/мин
Потери давления в секциях p=0,53МПа, тонкость фильтрации 10 мкм.
Номинальное давление pномин = 32 МПа.
Максимальное давление pmax = 32МПа.
Максимальная утечки 200 см3/мин.
7. Определение типоразмера фильтра
Согласно заданию выбираем на сливную магистраль тип фильтра ФС.
Типоразмер определяем из условия .
Его пропускная способность = 400л/мин; номинальное давление Р=0,63 МПа; перепад давления 0,1 МПа, тонкость фильтрации 25 мкм.
На напорную магистраль выбираем дисковый сетчатый фильтр ФС.
8. Выбор гидронасоса
Для выбора насоса необходимо знать подачу Q и величину давления нагнетания Pн, которую определяем из условия:
где:
- гидросопротивление в гидролинии: насос - гидроцилиндр;
- гидросопротивление в гидролинии: гидроцилиндр - бак;
Pз - гидросопротивление в золотнике;
Pз сл - сопротивление в золотнике при сливе;
Pф - гидросопротивление в фильтре;
шт - площадь штока;
ц - площадь гидроцилиндра;
F - усилие на штоке гидроцилиндра;
Pтр - требуемое давление.
Коэффициент сопротивления в напорной магистрали :
3(входа)вх+ 6(углов)у + 9(тройники)т +1(гидроклапан)гк + +1(дроссель)д+ + 3(штуцера)шт
где:
вх - коэффициент входа в гидроаппарат (0,9);
вых - коэффициент выхода из гидроаппарата (0,7);
у - коэффициент сопротивления в углах поворота (0,15);
т - коэффициент сопротивления в тройниках (1,9);
гк - коэффициент сопротивления в гидроклапане (2);
д - коэффициент сопротивления в дросселе (2,5);
шт - коэффициент сопротивления в штуцере (0,1);
Подставляя известные величины, получим:
Потери в сливной гидролинии будут равны:
Коэффициент сопротивления в сливной магистрали :
3(выхода)вых+ 5(углов)у + 9(тройники)т +1(гидроклапан)гк + 3(штуцера)шт
Подставляя известные величины, получим гидравлическое сопротивление в сливной гидролинии.
Уплотнительные устройства предназначены для предотвращения наружных и внутренних утечек рабочей жидкости. Поскольку рабочей средой гидравлических приводов являются жидкости, то в местах разъёма и, тем более, в подвижных соединениях возникает необходимость в уплотнительных устройствах.
Принимаем уплотнение для поршня: U-образные резиновые манжеты
ГОСТ 14896-84.
Коэффициент трения м=0,1…0,13.
D-диаметр уплотняемой поверхности 71 мм
H-ширина манжеты 9 мм
p-давление масла 4 МПа ; pk-контактное давление(2…5) МПа
Тогда трение в подвижном соединении:
Подставляя приведенные расчетные данные в формулу, получим:
Насос должен обеспечить подачу Q = 98 л/мин при Pн = 1,3 МПа. Этому условию удовлетворяет пластинчатый насос типа 2Г12-55АМ; с рабочим объёмом 80 см3; давление Pmax = 6,3МПа; частота вращения 1500 об/мин; КПД 0,9; масса 46кг.
9. Расчет и выбор регулирующей гидроаппаратуры
Площадь сечений проходных окон и каналов определяем по формуле:
где: Q - поток рабочей жидкости через сечения; V - скорость потока жидкости.
Перепад давления на дросселях:
где: - плотность жидкости; - расход жидкости; - площадь сечения дроссельного отверстия; коэффициент местного сопротивления; b - поправочный коэффициент, учитывающий влияние вязкости на местные потери давления.
Выбираем дроссель типа ПГ типоразмера ПГ77-12 с рабочим давлением 20МПа табл. 5,13 [с. 146, 3].
10. Расчет КПД гидропривода машины
Коэффициент полезного действия гидропривода позволяет установить эффективность спроектированной машины.
Общий КПД гидропривода:
Гидравлический КПД:
где: Рном - номинальное давление в гидросистеме (6,3 МПа); - суммарные потери давления(0,53+0,63+0,1+0,2+0,247+0,245=1,952 МПа).
Механический КПД:
где: , , - механические КПД соответственно насоса, распределителя и гидродвигателя.
Объемный КПД:
где: , , - объемные КПД соответственно насоса, распределителя и гидродвигателя принимаем равным 1.
11. Выбор вместимости гидробака и определение площади теплоизлучающих поверхностей
Согласно ГОСТ 12448-80 выбираем вместимость гидробака 200 л.
Площадь теплоотдачи:
Площадь теплоизлучающих поверхностей гидропривода:
12. Тепловой расчет гидропривода
Количество тепла, получаемое в единицу времени:
где: кп = 0,6 - коэффициент продолжительности работы под нагрузкой;
кд =0,7 - коэффициент использования номинального давления.
Определение установившейся температуры рабочей жидкости:
Так как установившаяся температура рабочей жидкости не превышает предельно допустимую, то в гидроприводе нет необходимости применять теплообменник.
Определяем текущую температуру рабочей жидкости в гидроприводе по формуле:
где: - время за которое выделяется тепло; - масса гидропривода и рабочей жидкости; - средняя теплоемкость материалов.
В этой формуле неизвестной величиной является только средняя удельная теплоемкость:
где: - теплопроводность рабочей жидкости; - теплоемкость материала; - масса гидрооборудования; - масса рабочей жидкости.
Определяем массу жидкости, полагая, что ее объем в гидросистеме превышает объем в гидробаке в 1,5 раза:
Предавая значения , определим текущую температуру, через 1200 с. после начала работы:
Литература
1. Башта Т.М., Руднев Б.Б. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для машиностроительных вузов. - М.: Машиностроение, 1982. - 423 с.
2. Каверзин С.В. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу самоходных машин: Учебное пособие. - Красноярск, 1997. - 384 с.
3. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. - М.: Машиностроение, 1988. - 512 с.
4. Чугаев Р.Р. Гидравлика: Учебник для вузов. - 4-е изд., доп. и перераб. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 2007. - 672 с.
5. Штеренлихт Д.В. Гидравлика: Учебник для вузов. - М.: Энергоиздат, 2009. - 640 с.
Приложение
1. Пластинчатый гидравлический насос Тип Г12-55АМ
2. Гидроцилиндр Г21-1-73
3. Клапан предохранитель Тип ДК
4. Дроссель ПГ 77-12
5. Гидробак закрытого типа V=90 л
6. Фильтр ФС 400-25
6,3
7. Гидромотор Г15-25Н
8. Гидрораспределитель Тип P-203
9. Применение гидроагрегатов и узлов (схемы)
1. Ротор
2. Упор
3. Пластины
4. Статор
5. Наружное кольцо
6. Опора подвижная
7. Винты
8. Корпус
9. Толкатель
10. Пружина
11. Подпятник
12. Регулировочный винт
13. Гайка
14. Корпус
15, 18. Распределительный диск
16, 25. Паз
17, 24. Паз для всасывания
19. Крышка
20, 29. Шарикоподшипники
21. Манжета
22. Приводной вал
23. Дренажное отверстие
26. Камера
27. Кольца