Учебная работа. Проектирование гидропривода
ВВЕДЕНИЕ
Гидравлические приводы (гидроприводы) и средства гидроавтоматики обширно используются в почти всех отраслях народного хозяйства. Наибольшее распространение они получили на карах и тракторах, сельскохозяйственных машинках, станках, строительно-дорожных и подъемно-транспортных машинках.
Обширное применение гидравлических приводов обосновано последующими их плюсами: высочайшей удельной мощностью и возможностью сотворения значимых усилий, возможностью бесступенчатого регулирования скорости, простотой реверсирования и обоюдного преобразования вращательного и поступательного движений приводных и исполнительных устройств, удобством отвода тепла средством рабочей воды, удобством компоновки, высочайшей степенью типизации и унификации гидравлических устройств, надежным предохранением от перегрузок и др. Увеличение технического уровня, сокращение сроков проектирования, увеличение свойства технического обслуживания и ремонта гидроприводов требуют от инженера глубочайших познаний принципов построения гидроприводов, черт гидравлических устройств, физического осознания действий, протекающих в гидроприводах, методик многофункционального анализа. Получение обозначенных познаний нереально без самостоятельной работы студентов, одной из форм которой является курсовое проектирование. Самостоятельная практическая работа студента над темой курсового проекта будет действенной лишь в том случае, если обучающийся твердо усвоит главные теоретические положения ранее изучавшегося лекционного материала, удачно выполнит расчетный и лабораторный практикум. Курсовое проектирование содействует практическому закреплению ранее обретенных познаний и способностей.
анализ УСЛОВИЙ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГИДРОПРИВОДА
Гидропривод содержит три исполнительных устройства: гидроцилиндр и два гидромотора. В задании указаны условия нагружения гидроцилиндра, момент сопротивления на рабочем органе, приводимом во вращение гидромотороми, также скорость перемещения штока гидроцилиндра и частота вращения вала рабочего органа. Режим работы гидропривода — средний.
На рисунке 1 приведена циклограмма работы проектируемого гидропривода.
Из приведенной циклограммы видно, что в гидроприводе отсутствует совмещение операций, т.е. цилиндры и гидромотор работают не сразу, а раздельно.
температура окружающей среды, при которой обязана быть обеспечена работоспособность системы, составляет ±35°С.
Набросок 1- Циклограмма работы гидропривода
ВЫБОР НОМИНАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ
В истинное время для роста производительности и понижения металлоемкости машин, используемых при производстве строительно-дорожных работ, требуется увеличивать рабочее давление воды в гидросистеме. Мы для расчетов принимаем давление Рном=20 МПа. (ГОСТ 12445-80).
РАСЧЕТ ГИДРОЦИЛИНДРА
Мы применяем гидроцилиндры с однобоким штоком, работающим на выдвижение. Поперечник гидроцилиндра определяется по формуле:
D,
где Fнаг — усилие на штоке гидроцилиндра, при выталкивании, Н;
— давление в поршневой полости, Па;
— давление в штоковой полости, Па;
— механический КПД гидроцилиндра;
ш- коэффициент мультипликации.
D=2=74•10-3 м.
В соответствие с ГОСТ 6540-68 поперечник цилиндров округляем в огромную сторону. Принимаем D=75•10-3 м.
При вычислении поперечника механический КПД цилиндра принят равным [3], коэффициент мультипликации ш=1,65.
Принимаем большие КПД цилиндра, распределителя, гидрозамка равными единице (не учитываем утечки рабочей воды на этих устройствах), определим подачу насоса, требуемую для питания гидроцилиндра:
Qц, (4.2)
где D-принятые поперечникы гидроцилиндров, расход которых определяется, м;
— данная скорость движения штоков гидроцилиндров, м/с;
Q3.14·(75·10-3) 2 0,06/4= 0,16·10-3 м3/с.
ВЫБОР ГИДРОМОТОРОВ
Определяем мощность на рабочем органе:
440·3,14·600/30=27,6 кВт,
510·3,14·500/30=26,7 кВт,
где , — данные вращающие моменты на валу гидромоторов, Н·м.
Считаем, что гидромоторы с рабочим органом будут соединены через редуктор. Тогда требуемая мощность гидромоторов равна
27,6/0,9=30,67 кВт,
26,7/0,9=29,67 кВт.
По отысканному значению из [1,3,4] избираем более близкие по мощности гидромоторы, к примеру, нерегулируемые аксиально-поршневой гидромотор типа 210.20 и аксиально-поршневой гидромотор типа 210.25. Из таблицы [3] выпишем главные технические характеристики этих гидромоторов:
ГМШ100-3,
рабочий размер 100 см,
частота вращения номинальная 25 с-1,
малая 8,33 с-1,
номинальный расход 175,5 л/мин,
номинальный вращающий момент 213,83 Н·м,
номинальная действенная мощность 32,9 кВт,
гидромеханический КПД 0,85,
полный КПД 0,9,
тонкость фильтрации 25 мкм,
момент на валах гидромоторов.
100·10-6·16.5·106·0,87/(2·3,14)=228.58 Н·м,
Передаточное число редуктора:
=440/(228.58·0,98)=1.964,
=510/(228.58·0,98)=2.28.
При определении передаточного числа КПД редуктора принят равным 0,98, потому что
=440/228.58=1.93,
=510/228.58=2.23.
Потому что 1.98<8 и 2.23<8, то редуктор одинарный (имеет одну пару зацепления, =0,98). Частота вращения вала гидромоторов.
=600·1.964=1178.4 о/мин = 19.64 о/с,
=500·2.28=1140 о/мин = 19 о/с.
Действительный расход рабочей воды через гидромоторы:
=100·10-6 ·19.64/ 0,8 =2.5·10-3 м3/с,
=100·10-6 ·19 / 0,8 =2.4·10-3 м3/с.
Примем большие КПД устройств, установленных меж насосом и гидромотором, равными 1. Гидромоторы работают не сразу, означает действительный расход рабочей воды в напорной полосы насоса, нужный для питания гидромоторов, равен 2.5·10-3 м3/с.
ВЫБОР ГИДРОНАСОСА
В связи с тем, что гидроцилиндр и гидромоторы сразу не работают (что видно из циклограммы рабочего процесса), подача насоса при работе гидроцилиндра обязана быть 0,402·10-3 м3/с, а при работе гидромотора -1,454·10-3 м3/с.
Для обеспечения обозначенных подач целенаправлено употреблять регулируемый насос, к примеру аксиально-поршневой насос типа 207.32[3]. Главные свойства этого насоса последующие:
номинальная подача 205.2 л/мин (3.42·10-3 м3/с),
номинальное давление на выходе 20МПа,
КПД на номинальном режиме: полный — 0,91,
большой — 0,93,
номинальная тонкость фильтрации 40 мкм.
Насос подступает по номинальному давлению, потому что принятое номинальное давление в системе равно номинальному давлению насоса. Спектр конфигурации подачи избранного насоса обхватывает требуемые значения, нужные для питания цилиндра и моторов.
ВЫБОР ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЕЙ
Проектируемая схема содержит три контура управления. В 2-ух контурах установлено по гидромотору, а в 3-ем — гидроцилиндр. В схеме реализована параллельная схема управления. В нейтральной позиции распределителей предусматривается разгрузка насоса. Для управления 3-мя контурами нужно, чтоб распределитель имел три золотника. В корпусе распределителя устанавливается также предохранительный клапан. Конструктивное выполнение распределителя быть может секционным либо моноблочным. Установим в проектируемую систему секционный распределитель, содержащий 5 секций. Обозначение и свойства секций последующие: 20-напорная с оборотным клапаном и предохранительным клапаном прямого деяния; 01-рабочая трехпозиционная с 2-мя запертыми отводами (две схожих секции используем для управления гидромоторами); 05-рабочая трехпозиционная с 2-мя запертыми отводами, с блоком предохранительных клапанов (используем для управления гидроцилиндром); 30-сливная.
Обозначение гидрораспределителя: Р25 25-20-01-01-05-30. Утраты давления на распределителе: при управлении гидромотором = 0,4 МПа, а при управлении гидроцилиндром = 0,1МПа.
ВЫБОР ГИДРОЗАМКА
В линию управления поршневой полостью цилиндра установлен однобокий гидрозамок типа 541.12 [4]
условный проход 12мм,
номинальный расход 1,05·10-3 м3/с,
номинальное давление 25МПа.
ВЫБОР ГИДРОБАКА
Требуемая наибольшая подача насоса составляет 2.5·10-3 м3/с=150 дм3/мин. Размер гидробака должен составлять не наименее одной трети минутной подачи насоса, другими словами =0,3·150=45 дм3. С учетом требований ГОСТ 16770-71 округляем приобретенное
ВЫБОР ФИЛЬТРА
Более дорогостоящими устройствами проектируемой схемы являются гидромотор и гидронасос. Фабрики — изготовители этих устройств советуют обеспечить тонкость фильтрации, равную 40 мкм. Установим в проектируемой системе полнопоточный фильтр на сливе рабочей воды [3]. Обозначение фильтра 1.1.32-25(ОСТ 22-883-75). Технические свойства фильтра: =32 мм, =100дм3/мин, д=25мкм, =0,63 МПа, утрата давления =0,06 МПа.
Беря во внимание, что при работе гидромотора через фильтр будет проходить больший расход, равный 150 дм3/мин, утрата давления на фильтре составит= 150·0,06 / 100 = 0,09 МПа.
ВЫБОР ТРУБОПРОВОДОВ
Выбор трубопроводов сводится к определению их внутренних поперечников, длин, толщины стен, выбору типа трубопровода. На рисунке 2 приведена схема гидропривода.
Набросок 2 — Схема гидропривода
Набросок 3 — Схема гидропривода при работе гидромоторов
Определим поперечник поглощающего трубопровода на участке 1?-1??. Рекомендуемая скорость на поглощающем трубопроводе =1,2 м/с.
Наибольший расход воды на этом участке Q=2.5·10-3 м3/с (при работе гидромоторов). Поперечник поглощающего трубопровода
=51.52·10-3 м = 51.52мм.
Участок 2?-2?? — напорный: рекомендуемая скорость движения воды =5,5 м/с. Наибольший расход воды равен Q=2.5·10-3 м3/с. Поперечник трубопровода равен
= 24.06·10-3 м.
Участок 9?-9?? — сливной: рекомендуемая скорость движения воды =2 м/с. Наибольший расход воды равен Q=2.5·10-3 м3/с. Поперечник трубопровода равен
= 39.9·10-3 м.
При выдвижении штока гидроцилиндра Ц1 на участке 3?-3?? расход равен Q = 0,16·10-3 м3/с, а на участке 4?-4?? расход меньше в ш раз (ш — коэффициент мультипликации). В связи с тем, что при втягивании штока расход будет равен 0,16·10-3 м3/с на участке 4?-4??, для этих участков принят однообразный расход 0,16·10-3 м3/с: участки 3?-3??, 4?-4?? — напорные (Ц1): рекомендуемая скорость движения воды =5,5 м/с. Наибольший расход воды равен Q = 0,16·10-3 м3/с. Поперечник трубопровода равен
= 6.09·10-3 м = 6.09 мм.
Участки 5?-5??, 6?-6?? — напорные (М1): рекомендуемая скорость движения воды =5,5 м/с. Наибольший расход воды равен Q = 2.5·10-3 м3/с. Поперечник трубопровода равен
= 24.06·10-3 м = 24.06 мм.
Участки 7?-7??, 8?-8?? — напорные (М2): рекомендуемая скорость движения воды =5,5 м/с. Наибольший расход воды равен Q = 2.4·10-3 м3/с. Поперечник трубопровода равен
= 22.65·10-3 м = 22.65 мм.
Результаты расчетов трубопроводов приведены в таблице 1.
Таблица 1 — Результаты расчета трубопроводов
Номер участка
Тип трубопровода
Рекомендуемая скорость воды, м/с
Наибольший расход Q, м3/с
Поперечник d, мм
Длина участка l, м
Расчетный
Принятый
1?-1??
поглощающий
1,2
2.5·10-3
51.52
52
0,5
2?-2??
напорный
5,5
2.5·10-3
24.06
25
1
3?-3??
-//-
-//-
0.6·10-3
6.09
7
2
4?-4??
-//-
-//-
0.16·10-3
6.09
7
2
5?-5??
-//-
-//-
2.5·10-3
24.06
25
2,5
6?-6??
-//-
-//-
2.5·10-3
24.06
2518
2,52,5
7?-7??
-//-
-//-
2.4·10-3
22.65
23
2,5
8?-8??
-//-
-//-
2.4·10-3
22.65
23
2,6
9?-9??
сливной
2
2.5·10-3
39.9
42
1,2
ВЫБОР РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ
гидропривод гидронасос давление вал
Температурные условия эксплуатации гидропривода ±35°С. Как следует, используемые масла должны обеспечить работоспособность гидропривода при обозначенных значениях температуры окружающей среды. С целью понижения эксплуатационных издержек в качестве рабочей воды избираем всесезонное минеральное масло марки ВМГЗ [1] (плотность с = 865 кг/м3).
Кинематическая вязкость масла ВМГЗ при температуре 60°С равна 8·10-6 м2/с. Беря во внимание, что малое
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД ГИДРОПРИВОДА
При работе всякого из гидромоторов КПД гидропривода будет ниже, чем при работе гидроцилиндра. Это разъясняется тем, что КПД всякого из гидромоторов ниже, чем КПД гидроцилиндра (у избранных гидромоторов КПД равен 0,9). В связи с сиим определим КПД гидропривода на режиме, когда работает гидромотор с огромным моментом сопротивления на рабочем органе.
Схема гидропривода при работе гидромоторов представлена на рисунке 3.
КПД гидропривода будем определять при температуре масла, равной 60°С. Дальше результаты расчетов будут применены при анализе термического режима гидропривода.
Сначала определим численные познания суммарных коэффициентов местных сопротивлений участков . В связи с отсутствием конструктивных схем трубопроводов, потому что конкретно система гидропривода не разрабатывается, нужно задаться типами местных сопротивлений, расположенных на любом участке. Условно примем, что на любом участке размещено по 2-3 местных сопротивления, на участке быть может и несколько однотипных сопротивлений. Так, к примеру, будем считать, что на участке 1?-1?? (поглощающий трубопровод) размещены два местных сопротивления: вход в трубу (= 1) и резкий поворот трубы на 90°(колено) ( =1,1). Тогда суммарный коэффициент местного сопротивления для участка 1?-1?? будет составлять =1+1,1=2,1.
Результаты расчетов суммарных коэффициентов местных сопротивлений для других участков, через которые протекает рабочая жидкость, приведены в таблице 2.
В случае выполнения расчетов гидропривода в режиме работы 1-го из гидроцилиндров следовало бы найти также значения и для других участков.
Расчет утрат давления в местных сопротивлениях и на трение по длине определяем по последующему методу.
При работе гидромотора по всем участкам (включая и 1?-1??) проходит расход воды Q1 = 2.5·10-3 м3/с. Длина и поперечник участка 1?-1?? последующие: l1 = 0,5 м; d1 = 52 мм (таблица 1).
Расчеты исполняем при наибольшей рабочей температуре рабочей воды (ВМГЗ): = 60°С.
Таблица 2 — Результаты определения суммарных коэффициентов местных сопротивлений
Номер участка
Типы местных сопротивлений
количество
Значение
1?-1??
вход в трубу
1
1
2,1
колено
1,1
1
2?-2??
штуцер
0,15
2
5,4
угольник
2
2
колено
1,1
1
5?-5??
угольник
2
2
4,3
штуцер
0,15
2
6?-6??
угольник
2
2
4,3
штуцер
0,15
2
7?-7??
угольник
2
2
4,3
штуцер
0,15
2
8?-8??
угольник
2
2
4,3
штуцер
0,15
2
9?-9??
штуцер
0,15
4
1,6
вход в бак
1
1
Средняя скорость рабочей воды на участке 1?-1??:
= = 4·2.5·10-3 / (3,14·(52·10-3)2) = 1,118 м3/с.
Для определения коэффициента гидравлического трения вычислим число Рейнольдса:
=1,118·52·10-3 /(8·10-6) = 7655.
Режим течения турбулентный.
= 0,3164 / 76550,25 ? 0,0338
Тогда утраты давления на трение по длине на участке 1?-1??:
= 0.0338· (0,5 / 52·10-3) ·865 ·1,1182/ 2 = =195.1Па.
Утраты давления в местных сопротивлениях:
= 0,5·2,1·865·1,1182 = 1259.89Па.
Суммарные утраты давления на участке 1?-1??:
= 195.1+1259.89 = 1454.99Па.
Давление на входе в насос (вакуумметрическое):
= 1454.99 Па.
Аналогично определены утраты давления в гидравлических сопротивлениях для всех других участков. Результаты расчетов приведены в таблице 3.
Таблица 3 — Утраты давления в гидравлических сопротивлениях при работе гидромотора
Номер участка
Расход , м3/с
Скорость воды , м/с
Значение
Утраты давления, Па
1?-1??
1,454·10-3
1,178
7655,561
0,034
195,129
1259,890
2?-2??
-//-
5,096
15923,567
0,028
12651,824
60640,188
5?-5??
-//-
5,096
15923,567
0,028
31629,561
48287,557
6?-6??
-//-
5,096
15923,567
0,028
31629,561
48287,557
7?-7??
-//-
6,020
17308,225
0,028
47000,339
67403,730
8?-8??
-//-
6,020
17308,225
0,028
48880,352
67403,730
9?-9??
-//-
1,805
9478,314
0,032
1291,562
2255,535
Значения , и , нужные для выполнения расчетов, для соответственных участков приведены в таблицах 2 и 3.
Утраты давления на гидромоторах определяются по последующим формулам:
= 228.58·2·3,14 / (0,9·100·10-6) = 16 МПа.
Утраты давления на гидрораспределителе = 0,4 МПа и на фильтре = 0,052 МПа.
давление на выходе гидронасоса:
+= 16·106 + 12651,824+31629,561+31629,561+47000,339+48880,352+1291,562+60640,188+48287,557+48287,557+67403,730+67403,730+2255,535+0,4·106+0,052·106 =16950991 Па.
Из уравнения для мощности насоса имеем:
=(16950991+1454.99)·2.5·10-3/0,9=47.09 кВт.
Нужная мощность гидропривода при работе мотора равна:
/ 30 =228.58·2.28·3,14· 500/ 30 = 27.27кВт.
Нужная мощность на рабочем органе меньше на величину утрат редукторе (таковым образом, утраты в редукторе не учитываются при определении КПД гидропривода).
КПД гидропривода:
= 27.27 / 47.09 = 0,664.
ТЕПЛОВОЙ анализ ГИДРОПРИВОДА
Для тяжёлого режима работы значения и последующие: =0,7-0,9; = 0,5-0,7. Примем = 0,8, а = 0,6.
Среднее
=(1 — 0,664)·0,6·0,8·47.09= 7.59 кВт.
С целью упрощения расчетов считаем, что термическая энергия передается в окружающую среду лишь через стены бака, т.е. .
Охлаждаемая поверхность гидробака
= 0,065· = 0,86 м2.
Термический поток, передаваемый в окружающую среду, равен:
= 15·0,86(60-35) = 322.5 Вт.
Коэффициент теплопередачи б принят равным 15 Вт/(м2 ·°С).
Таковым образом, при температуре рабочей воды = 60°С и окружающей среды = 35°С через стены бака в окружающую среду передается 0,3225 кВт. нужно же передавать = 7.59 кВт. Вводя оребрение бака, охлаждаемую поверхность можно прирастить до 35%, но это решение не дозволит обеспечить требуемый температурный режим. Для обеспечения температуры масла = 60°С при температуре окружающей среды = 35°С нужно установить теплообменник с принудительным обдувом. Примем скорость обдува = 10 м/с.
Тогда коэффициент теплопередачи теплообменника:
=45,2 Вт/(м2 ·°С).
Определим площадь поверхности теплоотдачи теплообменника:
= 6.43м2.
Таковым образом, на сливе (опосля фильтра) нужно установить теплообменник с принудительным обдувом и площадью поверхности теплоотдачи = 6.43 м2.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Гидравлика, пневматика и гидропневмоприводы. способ. указания к выполнению курсовой работы на тему ”Проектирование большого гидропривода” для студентов-заочников специальности Т 04.02.00 ”Эксплуатация тс”. — Могилев: Белорусско-Русский институт, 2003.- 36 с.
2. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для вузов /Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. — М.: Машиностроение, 1982.-423 с.
3. Юшкин В.В. Базы расчета большого гидропривода.- Мн.: Выш. шк., 1982. — 93 с.
4. Щемелев А.М. Проектирование гидропривода машин для земельных работ. — Могилев: ММИ, 1995 — 322 с.
]]>