Расчет объемного гидропривода. 4

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра «Гидравлики»

 

 

Курсовая  расчетно-графическая работа по курсу  «Гидравлика»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент гр.110614

Черенович Е.В.

Проверил: д.т.н. Качанов И.Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск-2006 
Расчет объемного гидропривода

 

Содержание  задания 

 

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

Примерная схема объемного гидропривода поступательного дви-

жения с дросселем на входе показана на рис. I.

Заданием на расчет объемного гидропривода предусматрйвается:

1) составление схемы гидропривода;

2) определение основных размеров силового гидроцилиндра и насоса; 

3) гидравлический расчет трубопровода;

4) определение мощности насоса, гидродвигателя и КПД гидропривода.

 

 

Рис.1. Схема объемного гидропривода:

I - гидроцилиндр; 2 - гидрораспределитель; 3 - дроссель;

4 - предохранительный клапан;

5 - насос; 6 - фильтр;7-гидробак.

 

Составление схемы гидропривода

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

 

Исходные  данные по расчету объемного гидродвигателя: 

 

Данные по гидродвигателю:

        Полезное усилие на штоке одного цилиндра- 90 КН;

        Число цилиндров- 1;

        Длина хода поршня -0,4 м;

        Число двойных ход/мин – n=15;

        Гидроцилиндр- с односторонним штоком;

     Общая длинна трубопроводной системы- 28 м;

Рабочая жидкость и ее свойства:

    Марка масла  Инд.50;

    Плотность =870 кг/ ;

    Кинематическая вязкость ν=42-58 сСт;

Тип насоса: радиально-поршневой;

Частота вращения n=1440 об/мин;

Регулирование: дроссель на входе. 
1.3. Определение основных размеров силового гидроцилиндра

 

Определение основных размеров гидроцилиндра производится в такой последовательности:

а)назначается давление в силовом гидроцилиндре в зависимости от величины усилия Р, прикладываемого к штоку одного цилиндра, согласно табл. 2.

 

                         Таблица 2

 

P, кН 10÷20 20÷30 30÷50 50÷100 Р, МПа 1,6 3,2 5,0 10

 

В нашем случае р=10 МПа.

б) в зависимости от давления в гидросистеме задается отношение в пределах, указанных в табл.3.

 

                            Таблица 3

 

р, МПа	1,6	1,5÷5	5
/	0,3÷0,35	0,5	0,7

 

Принимаем =0,7.

в) задается значение механического КЦД гидравлического цилиндра в пределах =0,85 + 0,95 и определяется диаметр цилиндра и штока d_ш по формулам:

     для цилиндра с односторонним штоком –

Задаем  =0,85 и получаем ;  =0,7

 и 

Диаметр гидроцилиндра затем округляется до одного из ближайших стандартных размеров: 40, 45, 50, 55, 60, 70, 80, 90, 100,110, 125, 140, 160, 160, 200, 225, 250, 300, 350, 400. Диаметр штока также округляется до одного из стандартных размеров: 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 55, 60, 70, 80, 90, 100,110, 125, 140, 160, 180, 200.

 

Округляем наши значения и получаем :

 

 

 

1.4 Гидравлический расчет трубопроводной системы

 

Для гидравлического расчета трубопроводной системы следует в первую очередь определить 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 определяется средняя скорость движения поршня по формуле:

     

                      (1)

Где  L - ход поршня;

n - число двойных ходов в минуту.

  м/с

В гидроцилиндре с односторонним штоком средняя скорость поршня связана с его скоростями и ,обусловленными подачей рабочей жидкости соответственно в бесштоковую и штоковой полости зависимостью

                   ; 

В свою очередь  скорости и   связаны соотношением

 

;

 

Используя эти зависимости,получим

 

 

  (2);         (3);

 

где -постоянная цилиндра.

 

     =1- / ;

 

Получим: =0.59 ; =0.148 м/с; =0.252  м/с ;

Можно найти расходы рабочей жидкости, определяемые по формулам:

               

;                (4)

 

               

;             (5)

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

Задаем  =0,99 и получаем

  л/с;

  л/с;

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

          

                     (6)

где V - скорость движения жидкости в трубопроводе, которую в зависимости от величины давления в гидроцилиндре P можно принимать по табл. 4.

 

                                                  Таблица 4

 

Р, МПа	1÷2,5	2,5÷5,0	5,0÷10,0	10,0÷15,0
Vм/с	1,3÷2,0	2,0÷3,0	3,0÷4,5	4,5÷5,5

 

Принимаем V=4.5 м/с , выражаем из (6)

Подставляем наши значения и получаем м=22мм.

Толщина стенки трубопровода {δ) , в первом приближении , определяется из условия прочности на разрыв от воздействия давления в гидроцилиндре 

                              

,                                                 (7)

где [ ] - допускаемое напряжение на разрыв.

Величину [ ] можно принимать равной 30 ÷ 35% от предела прочности

[ ].

мм

 

Толщина стенки (δ) не должна быть менее I мм для трубопроводов из цветных металлов и 0,5 мм для стальных трубопроводов.

В качестве трубопроводов применяют стальные трубы (ГОСТ 8732-70 и ГОСТ 8734-75), медные трубы (ГОСТ 617-72), трубы из алюминиевых сплавов (ГОСТ 18475-73 и ГОСТ 18482-73) и гибкие ре-эино-тканевые шланги.

Наружные диаметры и толщины стенок наиболее употребительных стальных труб по ГОСТ 8732-70 и ГОСТ 8734-75 приведены в табл.5.

 

Таблица 5

 

ГОСТ 8734-75		ГОСТ  8732-70
Наружный диаметр d, мм	Толщина стенки d, мм	Наружный диаметр d, мм	Толщина стенки d, мм
20, 21, 22, 23,   0,5; 0.6; 0.7; 24, 25, 26, 27,   0.8; 1.0; 1.2; 28, 30, 32, 34,   1.4; 1.6; 1.8; 35, 36, 38, 40    2.0; 2.5; 2.8;                   3.0; 3.2; 3.5.		25; 28; 32; 38;  2.5; 2.8; 3.0 42; 45; 50.      3.5.
42, 45, 48, 50,   1.0; 1.2; 1.4; 51, 53, 54, 56,   1.5; 1.8; 2.0; 57, 60, 63, 65,   2.2; 2.5; 2.8; 68, 70, 63, 75,   3.0; 3.2; 3.5. 76.		54; 57; 60; 63;   3.0; 3.5 68; 70.

 

По ГОСТу 8734-75 подобрали δ=0.82+0.7=1.6мм и d_T=23мм .

Тогда внутренний и наружный диаметры соответственно равны:

 

Теперь следует и уточнить скорость движения жидкости в подводящей и сливной магистралях.

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

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

                  ,            (8)

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:

Re=

-Л.Р.Д.

Потери напора по длине при ламинарном движении жидкости рассчитываются по формуле:

                  (9)

Потери напора в местных сопротивлениях ( ) рассчитывают по формуле Вейсбаха:

    

                   (15)

Для большинства случаев принимается эмпирическое значение коэффициентов местных сопротивлений , при этом необходимо иметь в виду, что значение приводится в справочной литературе обычно отнесенным к скорости за сопротивлением.

При расчете потерь напора количество и виды местных сопротивлений, включая плавные и резкие повороты, тройники, штуцерные подсоединения труб к гидроагрегатам, принимаем исходя от разработанной нами схемы.

При ламинарном течений рабочей жидкости потеря напора на местном сопротивлении выражаются через эквивалентную длину .

Значения для турбулентного режима и для ламинарного (для типичных местных сопротивлений) приведены в табл.6.

 

Таблица 6

Вид местного сопротивления

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 6 поворотов, одно внезапное расширение, одно внезапное сужение, один вход и выход.

Местные потери в подводящей линии нашей схемы  вычислим по формуле:

;

;

 

Местные потери в сливной магистрали равны:

Потери напора в золотниковом распределителе могут быть определены по формуле

     

  ,             (16)

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

Величину f можно принимать из соотношения

 

где fтp - площадь сечения подводящего трубопровода.

 Коэффициент расхода при ламинарном движении равен единице.

Подставляя рассчитанные значения потерь напора э формулу (8), получим величину потерь давления в сливной магистрали при заданном числе двойных ходов в минуту поршня гидроцилиндра.

 Па.

Избыточное давление в гидроцилиндре ( ) по другую сторону поршня будет равно :

           

,             (17)

где - площадь поршня; - площадь сечения штока.

 Па.

Потеря давления в подводящей магистрали ( ) на участке насос-гидроцилиндр определяется по формуле :

 

          (18)

где , , , - потери напора соответственно по длине, в местных сопротивлениях, распределителе и дросселе.

Расчет потерь напора h_e , , производится так же, как и для сливной магистрали трубопровода. Длина участка насос-гидроцилиндр, как и в предыдущем случае, принимается равной половине общей длины трубопроводной системы. Количество' плавных и резких поворотов, тройников, штуцерных подсоединений труб к гидроагрегатам см. выше.

При расчете величины полагаем, что в схеме используются дроссель шайбового типа. Потеря напора в таком дросселе определяется по зависимости 

где - скорость в самом узком проходном сечении дросселя;

     - коэффициент сопротивления дросселя, равный 2,0 + 2,2.

 Для определения принимается, что

,

где - площадь сечения подводящего трубопровода.

,

Учитывая, что , формулу для^: определения можно представить в виде :

.

 

 Па

Суммируя полученную величину р_ц (см. формулу 17) с потерей давления на участке насос-гидроцилиндр (см.формулу 18), получим давление , непосредственно развиваемое насосом,

.           (19)

 Па

 

Определение основных размеров насоса

 

Б. Аксиально-поршневой насос

I. Определяем теоретическую подачу

Значение объемного КПД можно принимать равным .

Задаем  , тогда

 л/с.

2. Зная частоту вращения n, об/мин, вычисляем рабочий объем насоса, см^э/об, по формуле

;

 л/об.

3. Задаемся нечетным числом цилиндров z=7÷11 равным 9 и значением в пределах i=1÷2, равным 1

где - максимальный ход поршня и вычисляем диаметр поршня d по формуле

;

=8,3 см.

4. Из выражения найдем угол наклона шайбы

;

 где - диаметр блока по осям цилиндров;

=(0,35÷0,4)dz . Угол не должен превышать 20°.

5. Определили наружный диаметр , блока по формуле

= +1.6d ;

=0,0299+1,6*8,327* =0,0432 м.

6. Определили длину цилиндра и поршня по формулам:

;

 м;

 м.

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

 

1.6. Определение мощности насоса, гидродвигателя

и КПД гидропривода

Полезная мощность ,кВт , определяется по величине , найденной при гидравлическом расчете трубопроводной системы, и расходу , по формуле

;

 кВт

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

;

 кВт.

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

;

 кВт;

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

КПД гидропривода определяется как отношение полезной мощности к потребляемой мощности насоса N

;

 

Литература

 

1.  Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидравлические машины и

гидроприводы.- М: Машиностроение, 1982. – 423 с.

2. Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигател        гидросистем. – М.: 1974. – 607 с.

3. Вильнер Я.М., Ковалев Я.Т., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам- 2-е изд., переработ. И доп. – Мн.: Вышэйшая школа, 1985.- 382 с.

4. Ковалевский В.Ф. и др. Справочник по гидроприводам горных         машин. –М.:1973. – 496 с.

 

Примерная схема объемного гидропривода поступательного дви-

жения с дросселем на входе показана на рис. I.

Заданием на расчет объемного гидропривода предусматрйва-- етея:

1) составление схемы гидропривода;

2) определение основных размеров силового гидроцилиндра и насоса;  •»»

3) гидравлический расчет трубопровода;

4) определение мощности насоса, гидродвигателя и КПД гидропривода.

Рис.1. Схема объемного гидропривода:

I - гидроцилиндр; 2 - гидрораспределитель; 3 - дроссель;

4 - предохранительный клапан;

5 - насос; 6 - фильтр;? -гид-робак.

Составление схемы гидропривода

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

Условные обозначения наиболее употребительных элементов приведены в табл.1.

Насосы Насос постоянной подачи:

с постоянным направлением потока

с реверсивным потоком Насос с регулируемой подачей:

с постоянным направлением потока

с реверсивным потоком

Гидродьигатели Гидромотор:

Общее обозначение

Нерегулируемый

с постоянным направлением потока

с реверсивным направлением потока

регулируемый  Гидроцилиндр Общее обозначение

Одностороннего действия:

поршневой двустороннего действия

с односторонним втоком

с двусторонним штоком