МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт  Нефти и Газа.

 
 
 
 
 
 
 

Кафедра: Машины и оборудование нефтяной и  газовой промышленности 
 

Защита                                                                                                К защите 

Оценка                                                                                                 Дата 

Подпись                                                                                                Подпись 
 
 

Гидропривод.

Пояснительная записка к курсовой работе по

дисциплине  «Гидромашины и компрессоры»

17.02.000.000.ПЗ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2009

 

    

ЗАДАНИЕ

    1. Гидропередача состоит из насоса, силового гидроцилиндра с односторонним  штоком и гидромагистрали длиной  10 м.

    2. Рабочая скорость штока силового  гидроцилиндра не зависит от  нагрузки и регулируется в  пределах от 0 до V_max=0,09 м/с, а скорость возврата его должна быть в два раза большей, чем рабочая.

    3. Максимальная нагрузка на шток  F=20 кН.

    4. Предусмотреть фиксацию штока  в любом его положении и  обеспечить разгрузку насоса.

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение. . . . . . . . . . . . .4

2. Выбор функциональной  схемы гидропривода. . . . . . . .7

3. Выбор рабочей  жидкости. . . . . . . . . . .8

4. Расчетная  часть. . . . . . . . . . . .9 

     4.1. Выбор гидродвигателя. . . . . . . . . .9 

     4.2. Определение расхода жидкости. . . . . . . .10

     4.3. Выбор гидравлической аппаратуры. . . . . . . .11

     4.4. Расчет гидравлической сети. . . . . . . . .12

     4.5. Выбор насоса и определение  его рабочего режима. . . . . .17

     4.6. Выбор электродвигателя. . . . . . . . .19

     4.7. Расчет К.П.Д. гидропривода. . . . . . . . .20

     4.8. Определение объема масляного  бака. . . . . . . .21

     4.9. Тепловой расчет гидросистемы. . . . . . . .22

5. Техника безопасности. . . . . . . . . . .23

     Список  литературы. . . . . . . . . . .25 
 

 

1.

ВВЕДЕНИЕ

    Гидроприводом – называют совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин  посредством гидравлической энергии, т.е. энергии капельной жидкости.

    Гидропривод бывает магистральный, аккумуляторный и насосный.

    В магистральном и аккумуляторном гидроприводе рабочая жидкость подается в гидродвигатель соответственно от магистрали и гидроаккумулятора, не входящих в эту систему.

    В насосном приводе рабочая жидкость попадается в гидродвигатель насосом, входящим в состав этого привода. Здесь источником энергии является приводящий двигатель.

    По  типу приводного двигателя насосный гидропривод называют электронасосным, дизельнонасосным и т.д.

    В насосе механическая энергия преобразуется  в гидравлическую, а в гидродвигателе гидравлическая энергия преобразуется  в механическую; в результате осуществляемого  преобразования энергии удается  получить совместные характеристики приводящего  двигателя и гидропривода, удовлетворяющие  требованиям нагрузочных характеристик. Системой управления можно воздействовать на  насос, гидроаппаратуру, гидродвигатель.

    Если  в состав гидропривода входит один или несколько объемных гидродвигателей, то такой привод называют объемным.

В современных  горных машинах и стационарных установках наиболее широко применяются насосный объемный гидропривод. В общем случае в состав насосного объемного  гидропривода входят: гидропередача, гидропреобразователи, гидроаппараты, кондиционеры рабочей  жидкости, гидроемкости и гидролинии.

    Гидропередача – часть насосного гидропривода, предназначенная для передачи движения от приводящего двигателя к машинам  и механизмам.

    Гидропреобразователь  – выполняет функцию: преобразование энергии одного потока рабочей жидкости в энергию другого потока с  другим значением давления.

    Гидроаппараты – применяют для изменения  или поддержания заданного постоянного  значения давления или расхода рабочей  жидкости, либо для изменения направления  потока рабочей среды. К ним относятся: гидроочистители и регуляторы потока. 
 
 

    Кондиционеры  рабочей жидкости – служат для  получения необходимых качественных показателей жидкости. К ним относятся  гидрораспределители, гидроочистители, теплообменные аппараты, воздухо-пусковые устройства.

    Гидроемкости  – служат для содержания в них  рабочей жидкости с целью использования  ее в процессе работы гидропривода.

    Гидродвигатель  с поступательным движением выходного  звена – называют гидроцилиндром с вращательным движением гидромоторов; и с поворотным движением –  поворотным гидродвигателем. В соответствии с этим различают гидроприводы с  движением выходного звена –  поступательным, вращательным и поворотным.

    Гидропривод обладает следующими основными достижениями:

    - возможность получения совместных  характеристик приводящего двигателя  и гидропривода в соответствии  с нагрузочными характеристиками  машины;

    - простота предохранения приводящего  двигателя и исполнительных органов  машины от перегрузок;

    - широкий диапазон бесступенчатого  регулирования скорости выходного  звена, что позволяет осуществлять  рациональный режим работы исполнительных  органов машины;

    - возможность передачи больших  сил и моментов;

    

    - надежная смазка трущихся поверхностей, благодаря применению в качестве  рабочей жидкости машинного масла;

    - простота реверсирования без  необходимости изменения направления  вращения приводящего двигателя;

    - простота управления, что способствует  применению систем автоматического,  программного и дистанционного  управления.

    Недостатки:

    Утечки  рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, что снижает К.П.Д.. Установка  ведет к загрязнению рабочего места. Реверс рабочей жидкости, что  в ряде случаев требует применения специальных охладительных устройств; необходимость обеспечения в  процессе эксплуатации чистоты рабочей  жидкости и защиты от проникновения  в нее воздуха; пожароопасность  в случае применения горючей рабочей  жидкости, более низкий К.П.Д. гидропередачи  по сравнению с механической.

    При правильном выборе гидросхем и конструировании  гидроузлов, некоторые из перечисленных  недостатков гидропривода можно  устранить или значительно уменьшить  их влияние на работу машины. Тогда  преимущества гидропривода становятся столь существенными, 

 

    

что в  большинстве случаев приходится отдавать ему предпочтение. Насосы и гидродвигатели по принципу действия делятся на объемные (поршневые, шестеренные, пластинчатые, винтовые) и динамические (лопастные, вихревые и т.д.). В зависимости  от того, какие насосы и гидродвигатели входят в состав гидропередачи, их соответственно называют объемные (гидродвигатель и  насособъемные машины) и гидродинамические (гидродвигатель и насосно-лопастные  насосы).

    Сейчас  трудно назвать область техники, где бы не использовали гидропривод. Эффективность, большие технические  возможности делают его почти  универсальным средством при  механизации и автоматизации  различных технических процессов. В частности, он находит широкое  применение при добыче нефти, ее транспортировании, при циркуляции бурового раствора и  т.д. 
 
 
 
 
 

 

    

2. ВЫБОР  ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ГИДРОПРИВОДА

    Определим выходную мощность на штоке силового гидроцилиндра N_ц по формуле:

     , кВт     (2.1.)

    где F – усилие на штоке, кН;

    V_max – максимальная скорость перемещения штока, м/с.

    

кВт < 3 кВт,

    Следовательно, целесообразней применять дроссельный  метод регулирования.

    Схема гидропривода представлена на рис. 2.1.  
 

 

Рис. 2.1. Схема  гидропривода. 

 

3. ВЫБОР  РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ

    Рабочая жидкость – масло веретенное АУ, для которого:

    - вязкость  при 50 м²/с;

    - температура  застывания -45 ;

    - температура  вспышки +163 ;

    - пределы  рабочих температур от -40 до +60 ;

    - плотность  890 кг/м³.

 

    

4. РАСЧЕТНАЯ  ЧАСТЬ

    4.1. ВЫБОР ГИДРОДВИГАТЕЛЯ

    Определим давление рабочей жидкости в силовом  цилиндре:

     , м²       (4.1.)

    где f_шт – сечение штока, м²;

    F_max – максимальное усилие на штоке, Н;

     - допускаемое нормальное напряжение, н/м²;

н/м².

.

, м²     (4.2.)

    где d_шт – диаметр штока.

мм.

    Принимаем d_шт=16 мм=0,016 м.

    Принимаем диаметр поршня D=50 мм=0,05 м.

    Определим рабочее давление в гидроцилиндре:

, Па     (4.3.)

    где - механический К.П.Д.,  .

МПа..

    Исходя  из того, что давление в силовом цилиндре равно 10,6 МПа, выбираем гидроцилиндр типа ЦС20Г250

 

    

4.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ  РАСХОДА ЖИДКОСТИ

    Расход  рабочей жидкости в бесштоковой  полости силового гидроцилиндра  определяется:

     , м³/с    (4.4.)

     , м³/с    (4.5.)

    где Q_{ц max} и Q_{ц min} – максимальный и минимальный расход жидкости, м³/с;

    V_max и V_min – максимальная и минимальная скорости движения поршня, м/с;

     - объемный К.П.Д.

    

м³/с;

    Q_{ц min} = 0.

 

    

4.3. ВЫБОР  ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ

    Золотник  реверсивный Г73-46, для которого:

    - номинальный  расход масла  м³/с;

    - номинальное  давление  МПа;

    - потери  давления в золотнике при номинальном  расходе 0,5 МПа. 

    Дроссель  с регулятором и обратным клапаном Г55-35, для которого:

    - номинальный  расход масла  м³/с;

    - наименьший  рекомендуемый расход  м³/с;

    - номинальное  давление 12,5 МПа. 

    Фильтр  пластинчатый 0,12Г41-24, для которого:

    - наименьший  размер задерживаемых частиц 120 мкм;

    - пропускная  способность при перепаде давления 0,1 МПа и вязкости  м²/с, м³/с;

    - наибольшее  рабочее давление 12,5 МПа. 

 

    

4.4. РАСЧЕТ  ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СЕТИ

    Диаметры  трубопроводов определяются из условия  обеспечения допустимых эксплутационных  скоростей V_экс :

    - всасывающие  трубопроводы 1 м/с;

    - сливные  трубопроводы 2 м/с;

    - нагнетательные трубопроводы при давлении до 12 МПа, 5 м/с.

    Используя уравнение постоянства расхода, определяем диаметр трубопровода:

     , м/с     (4.6.)

    где d_p – внутренний диаметр трубопровода, м;

    Q_max – максимальный расход;

    V_экс – эксплутационная скорость движения рабочей жидкости, м/с.

    Диаметр всасывающего трубопровода:

    

м =43 мм;

    принимаем

= 40 мм.

    Диаметр сливного трубопровода:

    

м =30 мм;

    принимаем

= 30 мм.

    Диаметр нагнетательного трубопровода:

    

м = 18 мм;

    принимаем

= 18 мм.

    Определим скорость движения жидкости в принятых трубопроводах:

     , м/с      (4.7.)

    Всасывающий трубопровод:

    

м/с; 

    

    Сливной трубопровод:

    

м/с;

    Нагнетательный  трубопровод:

    

м/с.

    Определение потерь давления в гидросистеме производиться  по уравнению:

     , МПа     (4.8.)

    где - суммарные потери давления, МПа;

     - сумма потерь давления по  длине во всасывающем, нагнетательном  и сливном трубопроводах, МПа;

     - сумма потерь давления в  местных сопротивлениях, МПа.

    Потери  давления по длине трубопровода определяются согласно формуле:

     , МПа    (4.9)

    - Определим  потери по длине во всасывающем  трубопроводе:

                число Рейнольдса:

           (4.10)

    где - кинематическая вязкость жидкости, м²/с.

    

;

    т.к. Re=4153>2320, определяем значения предельных чисел Рейнольдса:

     нижний  предел:

     ;   (4.11.)

                верхний предел:

     ;   (4.12.)

    где - эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб, труба стальная бесшовная, следовательно , м; 

 

    

    т.к. Re< и Re=4153>2320, то коэффициент Дарси определяется по формуле Блазиуса:

    

     ;    (4.13.)

    длина всасывающего трубопровода l₁ = 2 м;

    

МПа..

    - Определим  потери по длине в сливном  трубопроводе:

    число Рейнольдса:

    

;

    т.к. Re=5538>2320, определяем значения предельных чисел Рейнольдса:

    нижний  предел:

    

;

                верхний предел:

    

;

    где - эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб, труба стальная бесшовная, следовательно , м;

    т.к. Re< и Re=5538>2320, то коэффициент Дарси определяется по формуле Блазиуса:

    

     ;

    длина сливного трубопровода l₂ = 4 м;

    

МПа.

    - Определим  потери по длине в нагнетательном  трубопроводе:

    число Рейнольдса:

    

; 
 
 
 
 
 
 

т.к. Re=11769>2320, определяем значения предельных чисел Рейнольдса:

    нижний  предел:

    

; 

                верхний предел:

    

;

    где - эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб, труба стальная бесшовная, следовательно , м;

    т.к. Re< и Re=9249>2320, то коэффициент Дарси определяется по формуле Блазиуса:

    

     ;

    длина нагнетательного трубопровода l₃ = 4 м;

    

МПа.

    - Определим  потери давления в выбранной  гидроаппаратуре:

     , Па     (4.13.)

    где - номинальная потеря давления гидроустройства при номинальном расходе , МПа.

    - Потери  на местные сопротивления в  золотнике:

    

МПа;

    - Потери  на местные сопротивления в  дросселе:

    

МПа;

    - Потери  на местные сопротивления в  фильтре:

    

МПа. 
 
 
 

    Суммарные потери давления в гидроаппаратуре  для каждого участка гидросистемы занесем в таблицу:

    Таблица 4.1.

    

    

    Сопротивление системы можно принять величиной  постоянной.

     , Па      (4.14.)

    где a – сопротивление трубопровода;

    

.

    Общее давление в гидросети, необходимое  для работы гидропривода описывается  уравнением:

     , Па     (4.15.)

    где P_c – общее давление в гидросети, МПа;

    z – число последовательно соединенных и одновременно работающих гидродвигателей, z=1;

     - перепад давления в силовом  гидроцилиндре, определяемый по  формуле (4.3.);

    

, Па.

    Таблица 4.2.

 

 

    

4.5. ВЫБОР  НАСОСА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО РАБОЧЕГО  РЕЖИМА 

    Так как в гидропередаче насос  и гидросеть с гидродвигателем  представляют единую гидравлическую систему, то рабочий режим насоса определяется графически точкой пересечения напорных характеристик в гидросети. (рис. 4.5.1.)

      

    Рис. 4.5.1. Совмещение паспортных характеристик  насоса и трубопровода

    

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Выбираем  насос аксиально-поршневой HA 0,04/16 модификация по способу управления HAP, для которого:

    - номинальное  давление, МПа   16 МПа;

    - номинальная  подача, м³/с   ;

    - число  оборотов в секунду   25;

    - потребляемая  мощность, кВт 15,6;

    - общий  К.П.Д.     0,85;

    - объемный  К.П.Д.    0,92;

    - высота  всасывания, м  0,5.