Гидравлический расчет объемного гидропривода механизма подачи круглопильного станка
Гидравлический расчет объемного гидропривода механизма подачи круглопильного станка
93
Размещено на http://www.allbest.ru/
93
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Исходные данные
2. Расчёт нерегулируемого объёмного гидропривода возвратно-поступательного движения
2.1. Выбор рабочего давления в гидросистеме
2.2. Определение расчётного давления в гидросистеме
2.3. Определение диаметра цилиндра D и штока d
2.4. Определение расхода рабочей жидкости в гидроцилиндре
2.5. Определение потребной подачи насоса
2.6. Определение наибольшего и наименьшего расходов рабочей жидкости
2.7. Выбор диаметров трубопроводов
2.8. Выбор рабочей жидкости
2.9. Выбор гидроаппаратуры
2.10. Определение потерь давления в гидролиниях
2.11. Определение усилий трения гидродвигателя
2.12. Определение величины давления нагнетания
2.13. Выбор насоса
2.14. Определение объёмных потерь (утечек) жидкости
2.15. Определение гидравлических потерь в гидросистеме во время рабочего хода
2.16. Определение КПД гидропривода
3. Тепловой расчёт гидросистемы
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
гидропривод возвратный поступательный насос
В данной работе производится гидравлический расчёт гидросистемы зажима бревна гидравлической тележкой ПРТ8-2 по исходным данным.
Гидравлические системы широко используются в разных отраслях промышленности. Использование методов гидравлики гораздо легче, надёжнее и практичнее.
Гидроприводом называется совокупность гидроаппаратуры, предназначенной для передачи механической энергии и преобразования движения при помощи жидкости.
Описание работы гидропривода.
Гидронасос создаёт давление нагнетания на напорной линии, которое ограничивается соответственно обратным клапаном, после чего рабочая жидкость поступает на гидрораспределитель, а с него в штоковую полость гидроцилиндра, который совершает рабочий ход при входе штока в гидроцилиндр. При совершении обратного хода, жидкость через гидрораспределитель и дроссель подаётся в нештоковую полость гидроцилиндра. Для контроля давления установлен манометр.
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:
Р - усилие на штоке гидроцилиндра, кН……………………………...15
Vрх - скорость рабочего хода, м/с……………………………………0,08
Vхх - скорость холостого хода, м/с…………………………………..0,05
Напорная линия: длина lн, м…………………………………………….7
Исполнительная линия: длина lн, м……………....................................3
Сливная линия: длина lн, м…………………….....................................5
Местные потери напора в процентах от линейных………………….40
Температура рабочей жидкости t, оС……………………...................70
Температура воздуха t, оС……………………………………………..20
Произвести гидравлический расчет гидросистемы зажима бревна гидравлической тележкой ПРТ8-2 по исходным данным.
Рис. 1. Схема гидравлическая принципиальная механизма зажима бревна гидравлической тележки ПРТ8 - 2: 1 - гидробак; 2 - насос; 3 - фильтр; 4 - гидрораспределитель; 5 - гидроцилиндр; 6 - клапан предохранительный; 7 - золотник включения манометра; 8 - манометр; 9 - всасывающая линия; 10 - напорная линия; 11 - исполнительная линия; 12 - сливная линия.
2. ПОРЯДОК РАСЧЕТА НЕРЕГУЛИРУЕМОГО ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
2.1. Выбор рабочего давления в гидросистеме
Таблица 1
Рекомендуемые рабочие давления в зависимости от усилия на штоке гидроцилиндра
Усилие на штоке гидроцилиндра Р, кН
|
рр - давление, МПа
|
|
|
Для стационарных машин
|
для мобильных машин
|
|
10 - 30
|
1,6 - 3,2
|
5,0 - 7,0
|
|
30 - 50
|
3,2 - 5,0
|
8,0 - 10,0
|
|
50 - 100
|
5,0 - 10,0
|
10,0 - 15,0
|
|
|
Принимаем рабочее давление в гидроцилиндре Рр=2.5 МПа 2.2. Определение расчетного давления в гидроцилиндре, МПа:
.
2.3. Определение диаметра цилиндра D и штока d
По величине расчетного давления в гидроцилиндре рр определяем отношение D/d. Рациональное соотношение между рр и d/D следующее:
Рр, МПа
|
1,5
|
1,5 - 5,0
|
5,0 - 10
|
|
d/D
|
0,3 - 0,35
|
0,5
|
0,7 - 0,75
|
|
|
Таблица 2
Ряд внутренних диаметров D для гидроцилиндров по ГОСТ 6540-68
Основной ряд, мм
|
10
100
|
12
125
|
16
160
|
20
200
|
25
250
|
32
320
|
40
400
|
50
500
|
62
630
|
80
800
|
|
Дополнительный ряд, мм
|
36
280
|
45
360
|
56
450
|
70
560
|
90
710
|
110
900
|
140
|
180
|
|
|
|
|
Таблица 3
Ряд рекомендуемых диаметров штока d по ГОСТ 6540-68
Основной ряд, мм
|
12
|
16
|
20
|
25
|
32
|
40
|
50
|
63
|
80
|
100
|
|
Дополнительный ряд, мм
|
14
|
18
|
22
|
28
|
36
|
45
|
56
|
70
|
90
|
110
|
|
|
В машинах лесной промышленности широко используются одноштоковые гидроцилиндры двухстороннего действия с демпфированием в конце хода поршня.
Для случая, когда рабочий ход поршня совершается при входе в гидроцилиндр:
,
или
Принимаем D = 110 мм
задавшись соотношением d/D, определяем d
Принимаем d = 56 мм
2.4. Определение расхода рабочей жидкости в гидроцилиндре
Таблица 4
Расчетные формулы для определения расхода рабочей жидкости в гидроцилиндрах
Тип гидроцилиндра
|
Расчетная формула для определения расхода рабочей жидкости в гидроцилиндрах Qц (м3/с) при
|
|
|
выходе штока из гидроцилиндра
|
входе штока в цилиндр
|
|
Одностороннего действия с односторонним штоком
|
|
|
|
Двухстороннего действия с односторонним штоком
|
|
|
|
Двухстороннего действия с двухсторонним штоком
|
|
|
|
|
2.5. Определение потребной подачи насоса,
.
где Ку - 1,1 - 1,3 - коэффициент утечек, учитывающий суммарно все утечки в элементах гидросистемы от насосов до гидроцилиндра;
Z - количество гидроцилиндров в гидросистеме.
2.6. Определение наибольшего Qнаиб и наименьшего Qнаим расходов рабочей жидкости (для гидроцилиндров двухстороннего действия)
,
.
Таблица.5.
Распределение расхода рабочей жидкости в магистралях гидросистемы с гидроцилиндром двухстороннего действия с односторонним штоком.
Наименование магистрали
|
Обозначение магистрали
|
Расход, м3/с при
|
|
|
|
Выходе штока из гидроцилиндра
|
Входе штока в гидроцилиндр
|
|
Напорная
|
н - р
|
422.4 · 10-6
|
422.4 · 10-6
|
|
Исполнительная, соединяет распределитель и нештоковые полости гидроцилиндров.
|
р - нш
|
760 · 10-6
|
352 · 10-6
|
|
Исполнительная, соединяет распределитель и штоковые полости гидроцилиндров.
|
р - ш
|
105.6 · 10-6
|
760 · 10-6
|
|
Сливная
|
р - б
|
105.6 · 10-6
|
1689.6 · 10-6
|
|
|
2.7. Выбор диаметров трубопроводов
Внутренний диаметр трубопровода определяют по формуле
,
где Q - наибольший расход на расчетном участке гидролинии, м3/с;
V - допускаемая скорость движения жидкости, м/с.
Для напорной линии:
принимаем dн-р = 16 мм
Для исполнительной линии, соединяющий распределитель и нештоковые полости гидроцилиндров:
принимаем dр-нш = 16 мм
Для исполнительной линии, соединяющий распределитель и штоковые полости гидроцилиндров:
принимаем dр-ш = 20 мм
Для сливной линии:
принимаем dр-б = 40 мм
2.8 Выбор рабочей жидкости
Таблица 6.
Техническая характеристика рабочей жидкости.
Марка рабочей жидкости
|
Удельный вес, Н/м3 при 20 оС
|
Коэффициент кинематической вязкости н?106 м2/с при температуре оС
|
Температура оС
|
Диапазон рабочих температур оС
|
|
|
|
+50
|
+20
|
-20
|
-40
|
застывания
|
вспышки
|
|
|
МГ-30
|
8850
|
30
|
140
|
7000
|
--
|
-35
|
190
|
-20 - +80
|
|
|
2.9. Выбор гидроаппаратуры
2.9.1. Выбор реверсивного золотникового гидрораспределителя.
Таблица 7.
Техническая характеристика гидрораспределителя.
Типоразмер
|
Qmax•103,м3/с
|
Рраб, МПа
|
?р, МПа
|
?Qут, см3/мин
|
|
Г74-16
|
2.84
|
0.3 - 8
|
0,2
|
До 50
|
|
|
2.9.2. Выбор фильтра
Таблица 8.
Техническая характеристика фильтра.
Типоразмер
|
Тонкость фильтрации
|
Qmin·105 , м3/с при ?р=0,1 МПа и н0=80·10-6, м2/с
|
?р, МПа
|
рном, МПа
|
|
0,2Г41 - 14
|
0,2
|
117
|
0,2
|
6,4
|
|
|
,
где ?р - перепад давления на фильтре при максимальном расходе;
Qмакс - пропускная способность фильтра при перепаде ?р и определенной вязкости жидкости;
Qф - фактический расход через фильтр.
2.9.3. Выбор предохранительного клапана.
Таблица 9.
Техническая характеристика предохранительного клапана.
Типоразмер
|
Q•103, м3 /c, min - max
|
р, МПа, перед клапаном
|
?р, МПа, при Qmax
|
|
БГ54 - 14
|
0,05 - 1.17
|
0.6 - 5
|
0,6
|
|
|
2.9.4. Выбор манометра
Таблица 10.
Техническая характеристика манометра.
Типоразмер
|
Диаметр корпуса
|
Класс точности
|
Верхние предельные измерения, МПа
|
Основная допустимая погрешность, %
|
Расположение фланца
|
|
МТ - 1
|
60
|
4
|
1; 1,6; 2,5; 4,0
|
±4,0
|
Без фланца
|
|
|
2.10. Определение потерь давления в гидролиниях
Потери напора на каждом участке гидролинии определяем при рабочем ходе как сумму линейных и местных сопротивлений.
Линейные потери напора определяем по формуле
,
где - удельный вес рабочей жидкости, Н/м3;
- коэффициент сопротивления трения по длине;
? - длина магистрали, м;
dт - диаметр трубопровода, м;
S - площадь сечения потока в трубопроводе, м2;
Q - расход рабочей жидкости через магистраль, м3/с.
Определение линейных потерь напора для напорной линии:
Определение линейных потерь напора для исполнительной линии.
Определение линейных потерь напора для сливной линии:
Местные потери напора ?рм определяем по формуле
,
Для напорной линии:
Для исполнительной линии:
Для сливной линии:
Определив линейные и местные потери на данном участке трубопровода, находим (суммированием) общие потери на участке магистрали.
Для напорной линии:
Для исполнительной линии:
Для сливной линии:
2.11. Определение усилий трения в гидродвигателе.
Усилие трения в гидроцилиндре равно:
,
где Rп и Rш - усилия трения соответственно в уплотнениях поршня и штока.
Расчет сил трения в уплотнениях поршня или штока ведут по приближенной формуле.
Для резиновых колец круглого сечения
,
где d - диаметр уплотняемой поверхности, м;
qр - сила трения на 1 м длины уплотнения, МН/м.
Значения qр в зависимости от диаметра сечения резинового кольца d и давления рабочей жидкости при предварительном (монтажном) сжатии определяется по номограмме (рис. 2).
Выбор резиновых манжет для уплотнений гидроцилиндров производят по ГОСТ 6969-54, а резиновых колец - по ГОСТ 9833-61.
2.12. Определение величины давления нагнетания
Величину давления нагнетания определяют по силовой характеристике гидроцилиндра.
Силовой характеристикой гидроцилиндра является зависимость между давлениями в полостях цилиндра; усилием трения поршня и штока и усилием на штоке.
Рис. 2. Номограмма для определения qр
Силовые характеристики, например, гидроцилиндра двухстороннего действия с односторонним штоком (рис. 3) имеют вид:
- при выходе штока из цилиндра:
,
- при входе штока в цилиндр:
,
где рнш и рш - давление в нештоковой и штоковой полостях цилиндра;
Fнш и Fш - площади поперечных сечений цилиндра и штока;
Rтр - сила трения в уплотнениях поршня и штока;
Рвых и Рвх - полезные усилия на штоке при выходе штока из гидроцилиндра или входе в него.
Рис. 3. Схема силового гидроцилиндра двухстороннего действия с односторонним штоком
При расчете конкретных гидросистем с конкретным гидроцилиндром, например, двухстороннего действия с односторонним штоком (см. рис. 2 и 3), когда рабочий ход совершается при входе штока в гидроцилиндр, давления рнш и рш будут равны:
,
.
В формулах рн-р; рр-нш; рр-б - потери давления в магистралях: соответственно насос - распределитель; распределитель - нештоковая полость; распределитель - бак.
?рдр, ?рр, ?рф - потери давления соответственно в дросселе, распределителе, фильтре при соответствующих расходах рабочей жидкости.
2.13. Выбор насоса
Таблица 11.
Техническая характеристика насоса.
Типоразмер
|
Рабочий объём q, 10-3 м3/с
|
Рабочее давление МПа
|
Частота вращения об/мин
|
Потребляемая мощность кВт
|
Объёмный КПД
|
|
БГ11 - 24
|
1,17
|
2,5
|
1450
|
5/4,5
|
0,85
|
|
|
2.14. Определение объемных потерь (утечек) жидкости
Общие потери жидкости в гидросистеме складываются из потерь в насосе ?Qут.н, гидрораспределителе ?Qут.р, дросселе ?Qут.др и потерь в гидроцилиндре ?Qут.ц (см. рис. 12), т.е.:
Каждый из перечисленных видов потерь можно выразить через удельную утечку, которая представляет собой величину утечки (м3/с), отнесенную к единице давления. В паспортах на гидравлическое оборудование приводятся утечки ?Qут при номинальном (или максимальном) давлении, поэтому удельные утечки будут равны
Удельные утечки в насосе определяются по формуле
,
где q - рабочий объем насоса (удельная подача насоса за один оборот), м3/об;
n - число оборотов насоса, об/с;
Qmax и (рн)max - соответственно максимальная подача и максимальное давление насоса;
з0 - объемный КПД насоса.
Общие потери жидкости в гидросистеме будут:
,
где .
МПа
2.15. Определение гидравлических потерь в гидросистеме во время рабочего хода
2.16. Определение КПД гидропривода
Гидравлический КПД гидропривода:
Объемный КПД гидропривода:
.
Механический КПД гидропривода учитывает механические потери в насосе и гидроцилиндрах. Механический КПД насоса змн равен 0,99. Механический КПД гидроцилиндра:
,
где Рп - полезное усилие, создаваемое поршнем от давления в полости цилиндра. Оно равно:
Н
Здесь .
Механический КПД гидропривода будет:
.
Общий КПД гидропривода:
.
3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ГИДРОСИСТЕМЫ
Тепловой расчет гидросистемы производится для уточнения теплового режима рабочей жидкости в необходимости установки в гидросистеме теплообменника (холодильника). Мощность, Вт, превращаемая в тепло:
,
где Nн = рн Qн - мощность насоса, Вт;
рн - давление насоса, Н/м2;
Qн - подача насоса, м3/с;
з - общий КПД гидропривода.
Потери мощности в гидросистеме и есть количество выделенного тепла, т.е.
.
Суммарная поверхность теплообменника (или бака), необходимая для поддержания заданной температуры рабочей жидкости, при известной температуре окружающей среды будет:
,
где Крг = фрг/фс - коэффициент продолжительности работы гидропривода под нагрузкой;
фрг - время работы гидропривода под нагрузкой, ч;
фс - полное время смены, ч;
к - коэфиициент теплопередачи от жидкости к воздуху через наружную поверхность гидробака;
к = 10 - 15 Ккал/м2•°С = (10 - 15)1,163 Вт/ м2•°С - для гидробаков с естественным воздушным охлаждением (открытая вентилируемая поверхность);
tж, tв - температура соответственно масла и окружающего воздуха, °С.
Чтобы установить необходимость принудительного охлаждения, сначала нужно сконструировать бак.
Если поверхность наружных стенок бака Sб окажется меньше вычисленной, то необходима установка холодильника.
Объем бака Vб принимают равным двух - трехминутной производительности наоса Qн, т.е.:
.
Задаемся соотношением ширины, высоты и длины бака в виде прямоугольного параллелепипеда, как 1:2:3. Обычно бак заполняется рабочей жидкостью на 0,8 высоты. Если обозначить ширину бака через x, объем жидкости в баке Vб = x 2(0,8 x)3 x = 4,8 x3.
Определяем размеры бака: ширина , высота 2 x, длина 3 x.
Находим площадь поверхности бака, участвующую в охлаждении рабочей жидкости:
,
где S1 - суммарная площадь поверхностей бака, омываемых жидкостью;
S2 - суммарная площадь боковых поверхностей, не омываемых жидкостью. У этих поверхностей эффект охлаждения в 2 раза меньше.
S1 = 15,8 x2 = 15.8 • 0.0562 = 0.05 м2;
S2 = 3,2 x2 = 3,2 • 0.0562 = 0.01 м2.
Из сравнения поверхностей Sт и Sб делается заключение о необходимости установки холодильника, т.к. Sт>Sб, необходима установка холодильника.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ЛИТЕРАТУРА
1. Лебедев Н.И. Объемный гидропривод машин лесной промышленности. - М.: Лесн. пром-сть, 1986.
2. Халтурин В.М., Мамаев В.В., Пушкарева О.Б. Гидрооборудование машин лесной промышленности: учеб. Пособие, Екатеринбург, 2001.
3. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. - М.: Машиностроение, 1980.
4. Вильнер Я.М., Ковалев Я.Т., Некрасов Б.Б. и др. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Минск: Вышайшая школа, 1976.
Размещено на http://www.allbest.ru/
|
|