Расчет объемного гидропривода. 2

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ 

Кафедра «Гидравлика» 
 

Курсовая  расчетно-графическая работа по курсу

«Механика жидкости и газа»: 

Расчет  объемного гидропривода 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

            Выполнил: студент гр.110618

                                                                                                        Пашкевич И.В.

Проверил: д.т.н. Качанов И.В. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Минск-2010

Содержание: 
 
 

1.Общие сведения (введение)                                                                            3   

2.Исходные данные                                                                                             4   3.Определение основных размеров силового гидроцилиндра                       5

4.Гидравлический расчет  трубопроводной системы                                       6

5.Определение основных  размеров шестеренного насоса                           12                                                                                        6. Определение мощности насоса, гидродвигателя и КПД   гидропривода  13

7.Приложение1   (Построение графиков Pсл=f(V); Pпод=f(V);Hдр=f(V).)          14

8.Подбор гидроаппаратуры                                                                                  16

8.Заключение                                                                                                        17

9. Литература                                                                                                        18

10.Приложение 2                                                                                    

11.Приложение 3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Общие сведения (введение). 

    Объемный гидропривод служит для передачи и преобразования механической энергии посредствам объемныхгидромашин. В состав гидропривода обычно входят: насос, гидродвигатель, регулировочная и предохранительная аппаратура, вспомогательные устройства (трубопроводы, фильтры и т.д.).

    Примерная схема объемного гидропривода поступательного движения с дросселем на входе показана на приложении 2.

    При составлении схемы гидропривода следует использовать условные обозначения по ЕСКД (ГОСТ 2.780-68, 2.781-68, 2.782-68 и 2.784-70). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Исходные данные по расчету объемного гидродвигателя: 

     Данные  по гидродвигателю: 

Полезное усилие на штоке одного цилиндра- 45 КН;

Число цилиндров- 2;

Длина хода поршня -0,4 м;

Число двойных ход/мин – n=20;

Гидроцилиндр- с односторонним  штоком;

Общая длинна трубопроводной системы- 24 м;

Рабочая жидкость и  ее свойства:

Марка масла Инд.30;

Плотность =920 кг/ ;

Кинематическая вязкость ν=29-33 сСт;

Тип насоса: шестеренный;

Частота вращения n=890 об/мин;

Регулирование: дроссель на выход. 

     3. Определение основных размеров силового гидроцилиндра 
 

Назначаем давление в  силовом гидроцилиндре в зависимости от величины усилия Р, прикладываемого к штоку одного цилиндра, согласно табл. 1

     Таблица 1 Таблица соотношения P,кH и,MПа

                                                                                                                  Таблица 1.

В нашем случае  р=5,0 МПа.

Задаем отношение в пределах, указанных в табл.2 

     Таблица 2 соотношения P,кH и /

                                                                                                                 Таблица 2. 

Принимаем =0,5.

Задаем значение механического КПД гидравлического цилиндра в пределах =0,85 + 0,95 и определяем диаметр цилиндра и штока d_ш для цилиндра с односторонним штоком по формуле:

Задаем  =0,85 и получаем при =0,5

 и 

Диаметры гидроцилиндра и штока затем округляем до одного из ближайших стандартных размеров и получаем: 

4. Гидравлический расчет трубопроводной системы. 

В первую очередь определяем скорости движения жидкости на участках от насоса до гидроцилиндра (в подводящей магистрали) и от гидроцилиндра до бака (в сливной магистрали).

Для этого по заданному  числу двойных ходов в минуту определяем среднюю скорость движения поршня по формуле

                                                                                                                 (1)      

Где  L - ход поршня;

        n - число двойных ходов в минуту.

В гидроцилиндре с двусторонним штоком средняя скорость поршня = = Следовательно = =0.26 м/с.Выберем произвольно 5 скоростей от 0 до 0,26 м/с, для построение графиков, возьмем следующие значения : 0,05;0,1; 0,15;0,2;0,23;0,25.

Можно найти расход рабочей жидкости, определяемый по формул

где - объемный КПД гидроцилиндра, равный 0,98÷1,00.

Задаем  =0,99 и получаем

Диаметр трубопровода (d_r), определяется по величине расхода из зависимости (3):

где V - скорость движения жидкости в трубопроводе, которую в зависимости от величины давления в гидроцилиндре P можно принимать по табл. 3 

                      Таблица 3 соотношения p,МПа и V,м/с

                                                                                                                     Таблица3 

Принимаем V=3,0 м/с , выражаем из (3)

Подставляем наши значения и получаем                                     м=41мм.

Определяем толщину стенки трубопровода (δ) из условия прочности на разрыв от воздействия давления в гидроцилиндре по формуле(4)

                                                ,                                                                    (4)             

где [ ] -  допускаемое напряжение на разрыв, равное 140 МПа

с учетом запаса на ржавление  трубы (0,4…0,7мм)

наружный диаметр  трубы: 

Наружные диаметры и толщины стенок наиболее употребительных  стальных труб по ГОСТ 8732-70 и ГОСТ 8734-75 приведены в табл.4

Таблица 4 толщин стенок и диаметров труб

                                                                                                                             Таблица 4 

По ГОСТу 8734-75 подбираем δ=0,7+0.7=1.4мм и d_T=41мм.

Тогда внутренний и  наружный диаметры соответственно равны:

Теперь следует уточнить скорость движения жидкости в подводящей и сливной магистралях по формуле (3):

Потеря давления (напора) подсчитывается отдельно для участка от насоса до гидроцилиндра и отдельно для участка от гидроцилиндра до бака.

Для схемы с дросселем  на выходе потеря давления на сливном участке трубопровода (Δр_сл ) определяется по формуле

                    ;                                              (5)

                ;                                              (6)

где , , и - потери напора соответственно по длине, в местных сопротивлениях, распределителе, фильтре; ρ - плотность жидкости; g - ускорение силы тяжести.

Определим число Рэйнольдса и определим режим движения жидкости по формуле (7):

      ;                                                                 (7)

     Re=

Потери напора по длине  рассчитываются по формуле Дарси-Вейсбаха (8):

      М;                                     (8) 

Значение коэффициента гидравлического трения при Re<100.000 рассчитываются по формуле Блазиуса (9): 

                 ;                                                (9) 

Потери напора в  местных сопротивлениях ( ) рассчитываем по формуле Вейсбаха (10):

                                                                  (10)

Значения  для турбулентного режима и для ламинарного (для типичных местных сопротивлений) приведены в табл.5, 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица местных  сопротивлений

                                                                                                                Таблица 5.

Вход в трубу  при острых кромках                                                       0,5          7÷8

Выход из трубопровода под уровень                                                 1,0         14÷16

Внезапное расширение при входе в силовой         

Цилиндр                                                                                              0,8÷0,9     12÷15

Внезапное сужение  при выходе из силового

гидроцилиндра                                                                                      0,5          7÷8 

Внезапное расширение                                                                         0,5         7÷8 

Внезапное сужение                                                                               0,5          7÷8  

Предохранительный и  обратный клапан                                          2÷3         32÷40      Резкий поворот на 90°                                                                           1,1        16÷18 
 

В нашей схеме 12 поворотов, 2 внезапное расширение, 2 внезапное сужение, один вход и выход.

Местные потери в подводящей линии нашей схемы вычислим по формуле (11):

      ;                                                    (11)

Где :  

Потери напора в  золотниковом распределителе определяем по формуле(12):

        ,                                                    (12)

где Q - расход, м^э/с; f - площадь проходного сечения окна золотника, ; - коэффициент расхода.

Величину f можно принимать из соотношения (13):

      ;                                                          (13)

где fтp - площадь сечения подводящего трубопровода: 

Коэффициент расхода  при турбулентном движении минеральных масел и для щелей с острыми кромками принимаем .

Тогда

Подставим рассчитанные значения потерь напора в формулу (5), получим величину потерь давления в подводящей магистрали. 

Определим потери напора на сливной магистрали.

Длину подводящей и  сливной магистрали будем считать  равными, тогда потери напора по длине и в распределителе будут равны: 

Местные потери в сливной  магистрали равны:

где :

Определим потери напора в фильтре по формуле(14),принимаем

;                                       (14)

При расчете величины полагаем, что в схеме используются дроссель шайбового типа. Потеря напора в таком дросселе определяем по зависимости (15): 

      ,                                                                            (15)

где - скорость в самом узком проходном сечении дросселя;

- коэффициент сопротивления  дросселя, который мы принимаем равным .

 Для определения  принимаем, что

                           ,                                                               (16)

где - площадь сечения подводящего трубопровода.

Учитывая, что  , формулу (15) для^: определения представим в виде :

Найдем избыточное давление в гидроцилиндре ( ) по формуле (17):

,                                             (17)

где - площадь поршня; - площадь сечения штока. 

Суммируя полученную величину р_ц (см. формулу 17) с потерей давления на участке насос-гидроцилиндр (см.формулу 5), получим давление , непосредственно развиваемое насосом:

      ;                                                               (18)

                                             МПа

5. Определение основных размеров шестеренного насоса. 

     I. Определяем теоретическую подачу:

          Значение объемного КПД принимаем равным =0.95, тогда:

     2. Зная  n, об/мин, вычислим рабочий объем насоса , см^э/об, по формуле:

     3. Приняв предварительно ширину  шестерни 

     4.Рассчитаем  размеры шестерен:

     1)диаметр  начальной окружности

     2)шаг  зубчатого зацепления

     3)диаметр  окружности выступов 

     2)диаметр  окружности впадин 

     где - коэффициент радиального зазора, равный 0,05.

     5. При  определении потребляемой мощности  механический КПД можно         принимать в пределах =0.93÷0.98 .

6. Определение мощности насоса, гидродвигателя

и КПД гидропривода.

Полезную мощность ,кВт, определяем по величине , найденной при гидравлическом расчете трубопроводной системы, и расходу , по формуле:

Принимая механический КПД ( )и объемный КПД насоса ( ) в соответствии с изложенными выше рекомендациями, найдем потребляемую мощность насоса :

Полезная мощность в кВт на исполнительном органе (штоке) гидродвигателя определяем по формуле:

где - скорость движения штока гидроцилиндра, определяемая по формуле (2).

КПД гидропривода определяем как отношение полезной мощности к потребляемой мощности насоса

7.Приложение 1