Расчёт гидропривода гидравлического пресса

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Воткинский филиал            

  федерального государственного бюджетного образовательного учреждения  
высшего профессионального образования

«Ижевский государственный  технический университет имени  М.Т. Калашникова»

(ВФ ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова»)

 

Кафедра «Технология  машиностроения и приборостроения»

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

 

по дисциплине: «Гидравлика»

«Расчёт гидропривода гидравлического пресса»

Задание 13-13

 

 

 

Выполнил:                                                               студент гр. Б-05-721-2(3,5)з

                                                         А.Н. Соколова

Проверил:                                                                   д.т.н. профессор

                                                          В.Н. Репко

 

 

 

 

 

 

Воткинск, 2014

 

 

 

Содержание

 

Исходные данные	3
Выбор параметров гидродвигателя	4
Потери давления в  гидродвигателе	5
Предельные значения объёмного расхода гидродвигателя	5
Выбор рабочей жидкости	5
Расчёт внутреннего  диаметра трубопровода	6
Выбор гидроаппаратуры	8
Трассировка гидросети	9
Определение характеристики магистральной и вспомогательной  линий	10
Определение потребного давления при “предельном” режиме работы гидропривода	12
Определение подачи насоса	12
Подбор насоса и электродвигателя	13
Уточнение параметров “предельного” режима работы гидропривода	14
Построение характеристики параллельной линии с напорным гидроклапаном	14
Определение параметров гидропривода при его регулировании с заданной максимальной нагрузкой (Тmax)	15
Определение параметров гидропривода при его регулировании с меньшей нагрузкой	17
Построение статических  характеристик	17
Приложения Список использованной литературы	18 20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 14-4

 

 

Произвести расчёт гидропривода гидравлического пресса

Вес подвижных частей -    G = 3,2*10³ кг.

Потребное усилие прессования -   T = 250*10³ кг.

Ход подвижных частей -    Х = 120 мм.

Скорость при рабочем  ходе -    V = 2-15 мм/с.

Длина трубопроводов -     l = 6м.

Число поворотов на 90˚ -    n_90˚ = 4.

Число поворотов на 60˚ -    n_60˚ = 8.

Число поворотов на 30˚ -    n_30˚ = 2.

 

 

 

 

Выбор параметров гидродвигателя

 

Гидродвигатель выбирается из каталога по заданным значениям T_max, S_max с соблюдением условий:

где i – передаточное число редуктора, коробки передач, вариатора и т.д.

 

 Гидродвигатель выбираем из условий:

h_м^гц=0,9; 

i=1,4.

Наиболее подходящим является гидроцилиндр:

   11111-320х220х500

 

Технические характеристики вносим в таблицу №1:

 

Типоразмер  гидроцилиндра	11111-320х220х500
Вид штока	Односторонний
dn, мм	320
dш, мм	220
SНОМГЦ, мм	500
FН, м2	8,0425*10-2
РНОМГЦ, МПа	32
ТНОМГЦ, Н	225*104
yГЦ, %	90
ηГЦ, %	100
ηМГЦ, %	97
Vmax, мм/с	15
Vmin, мм/с	2
QmaxГД, л/мин	51,66
QminГД, л/мин	6,89
Tmax, кг	160*103
∆РГД, МПа	28,72

 

Потери давления в гидроприводе

 

 Потери давления для гидроцилиндра определяются по формуле:

где    η_М^ГЦ=0,97 для d_m=220 мм.

 

Результаты расчёта  сводятся в таблицу №1.

 

 

Предельные  значения объёмного расхода гидродвигателя

 

 

 

Выбор рабочей  жидкости

 

В гидроприводах станков  и других машин в качестве рабочих  жидкостей используются минеральные  масла и синтетические жидкости на кремний-органической основе. В гидравлических прессах иногда применяется водомасляная эмульсия (10-15% масла).

Выбор рабочей жидкости определяется температурными условиями работы, рабочим давлением и требованиями к выходным параметрам гидропривода.

Для ∆Р^ГЦ = 28,72 МПа рекомендуется использовать жидкость с кинематическим коэффициентом вязкости n=(0,6¸1,1)*10^-4 м²/сек. Наиболее подходящим является масло индустриальное 50 ГОСТ 1707-51.

 

Таблица №2: технические  характеристики масла И-50

 

Марка ГОСТ	Р, кг/м3	g, Н/м3	V*104, м2/с	m, Па*с	РНП, МПа	tуст	tвсп	tз
И-50    ГОСТ 1707-51	920	94	0,6	0,0552	32	50	200	-10

 

 

 

 

Расчёт внутреннего  диаметра трубопровода

 

В гидролиниях (всасывания, напора, слива и управления –  отвода излишка рабочей жидкости) объёмные расходы могут различаться. Это различие характеризуется коэффициентом b, представляющим собой отношение расхода в гидролинии к объёмному расходу гидродвигателя.

Внутренний диаметр трубопровода рассчитывается по формуле:

V_доп  для линии xu = 1,5 м/с;

для линии ав = 10 м/с;

   для линии сz и ag = 2 м/с.

Для соблюдения ламинарного режима:

Значит везде соблюдается ламинарный режим.

 

 Толщина стенки трубопровода рассчитывается по формуле:

где s_В – временное сопротивление разрыву (минимальное).

Для труб из стали Ст 45 или 40ХГСА s_В = 630 МПа.

Определяем наружный диаметр трубопровода:

Сравниваем полученные значения с сортаментом и окончательно устанавливаем внутренний диаметр трубопровода:

Данные о трубопроводе вносим в таблицу №3:

 

линия	Vдоп, м/с	D, мм	Режим	b	l, мм	KПП*xРП	KРП*xРП	KВС*xВС	KВР*xВР	KВХ*xВХ	KВЫХ*xВЫХ	xСУМ	Гидроаппаратура
xu	1,5	34	a	1	6	0,5	0	0	0	0,5	0	1	Ф
ав	10	14	a	1	6	0,7	1,1	0,9	74,8	0	0	78,6	ОК, Р
ag	2	28	a	1	6	0,6	0,4	0	0	0	1	2	НК
cz	2	28	a	1	6	0,4	1,1	0	0	0,5	1	3	Р, НК, ОК

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор гидроаппаратуры

 

Гидроаппаратуру выбираем из условий:

 

d_y^ГА ³ 14 мм     для линии ав;

d_x^ГА ³ 28 мм     для остальных линий.

 

Технические характеристики гидроаппаратуры вносим в таблицу  №4:

 

Гидроаппаратура	Параметры
	Основные					Дополнительные
Гидрораспределитель Р323-ЕП64	Pномр	DPномр	Qномр	DQномр	dУр	Кпоз	Клин	У
	32 МПа	4,5 МПа	600 л/мин	250 см3/мин	32 мм	3	4	ЭГ
Обратный гидроклапан 41, 5157, 0061	Рномок	DРномок	Qномок	-	dУок	-
	32 МПа	0,2 МПа	200 л/мин	-	32 мм
Напорный клапан 32-IMH	Рномнк	DРномнк	Qномнк	DQномнк	dУнк	Qminнк	Qномнк - Qminнк
	32 МПа	1,75 МПа	160 л/мин	360 см3/мин	32 мм	10 л/мин	150  л/мин
ФильтрФП7 32-25 320	Рномф	DРномф	Qномф	-	dУФ	-
	32 МПа	0,2 МПа	160 л/мин	-	32 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Трассировка гидросети

 

Трассировка гидросети  заключается в установлении длин, диаметров видов и количества местных сопротивлений и т.д. на отдельных гидролиниях, т.е. всех данных, необходимых для проведения гидравлического расчёта.

Учитываются местные  сопротивления:

• плавные и резкие повороты потока;
• внезапные сужения и расширения в местах соединения трубопровода с гидробаком, гидродвигателем и фильтрами.

Рассмотрим каждую линию  отдельно. Количество поворотов устанавливаем конструктивно.

Линия xu:   5 плавных поворотов на 30°;

Кпп*xпп = 5*0,1 = 0,5;

Линия ав:   3 плавных поворота на 30°;

Кпп*xпп = 3*0,1 = 0,3;

          1 резкий поворот на 90°;

Кпп*xпп = 2*0,55 = 1,1;

2 плавных поворота  на 60°;

Кпп*xпп = 2*0,2 = 0,4;

Линия ag:   2 плавных поворота на 90°;

Кпп*xпп = 2*0,3 = 0,6;

2 резких поворота на 30°;

Кпп*xпп = 2*0,2 = 0,4;

Линия cz: 1 резкий поворот на 90°;

Кпп*xпп = 1*1,1 = 1,1;

2 плавных поворота  на 60°;

Кпп*xпп = 2*0,2 = 0,4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение характеристик  магистральной и вспомогательных 

гидролиний

 

Магистральной гидролинией  называется часть гидросети, представляющая собой совокупность всасывающей, напорной и сливной гидролиний, по которой рабочая жидкость движется от насоса в гидродвигатель и обратно.

Вспомогательными гидролиниями называются параллельные гидролинии (вне  магистральной гидролинии), служащие обычно для отвода части или всей рабочей жидкости; ими являются: линия переливного клапана (при дросселе, включённом последовательно), линия предохранительного клапана (при объёмном регулировании; при дросселе, включённом параллельно), линия регулирующего дросселя, включённого параллельно.

 

Характеристики  магистралей

Пренебрегая потерей давления на участке  трубопровода от насоса до точки ”а”, для магистральной линии гидропривода имеем:

 

 

DP^МАГ = 3,66*10⁶*Q + 0,0012*10¹²*Q² + 0,028*10¹²*Q² + 225*10⁶*Q +

+ 0,0746*10¹²*Q + 0,018*10¹²*Q² + 0,0045*10¹²*Q² + 28,72 МПа +

+ 6,78*10⁶*Q + 0,0022*10¹²*Q² + 0,0045*10¹²*Q² + 700*10⁶*Q +

+ 0,018*10¹²*Q² = 28,72 МПа + 935,44*10⁶*Q + 0,151*10¹²*Q².

 

DP^ag = DP_HK  + 6,78*10⁶*Q + 0,0022*10¹²*Q² + 700*10⁶*Q =

= DP_HK  + 706,78*10⁶*Q + 0,0022*10¹²*Q² .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение потребного давления при “предельном” режиме работы гидропривода

 

Под предельным режимом  работы гидропривода условимся принимать  режим, при котором вся подаваемая насосом жидкость поступает в  гидродвигатель.

Потеря давления на магистральной  линии при максимальном значении объёмного расхода гидродвигателя определяется по формулам:

 

 

Определение подачи насоса

 

Потребная подача определяется как сумма объёмного расхода  через гидродвигатель и утечек в гидроаппаратах (в гидрораспределителе и напорном гидроклапане) при “предельном” режиме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подбор насоса и электродвигателя

 

Регулируемый насос  выбираем из условий:

Наиболее подходящим является насос  НАР – 80/320.

 

Определяем потребную  мощность электродвигателя по формуле:

Электродвигатель выбираем из условия:

Наиболее подходящим является электродвигатель А02-72-6

ГОСТ 13859-68.

Таблица №5: технические  характеристики

Типоразмер  гидронасоса	НАР – 80/320
Рномгн, МПа	35
Qномгн, л/мин	100
qномгн, см3	80
nномгн, об/мин	1500
Nномгн, кВт	64
hогн, %	94
hгн, %	86
Qmaxгн, л/мин	100
Qminгн, л/мин	0
Pmaxгн, МПа	45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уточнение параметров “предельного” режима работы гидропривода

 

Искомые параметры (P,Q) “предельного” режима работы гидропривода определяются по точке пересечения характеристик насоса Р^гн(Q) и магистральной линии DР^маг(Q).

Характеристика магистральной  линии DР^маг(Q) строится по всем точкам:

[DР^гд,0],   [DР₁^маг,Q₁],   [DР₂^маг,Q₂], … .

В случае регулируемого  насоса на точках характеристики Р^гн(Q) соответствующей между Q=Q_max^гд, проводится прямая линия Р^гн(Q), параллельная прямой, проходящей также через указанные точки: [P_ном^гн,(Q_ном^гн/К_гд)] и [0,(Q_ном^гн/К_гд*h_о^гн)].

 

Таблица №6:

 

Q*10-3,  м3/с	0	0,1149	0,3	0,488	0,674	0,844	1,05
Q2*10-6,  м6/с2	0	0,013	0,09	0,238	0,455	0,713	1,097
DРгд, МПа	28,72
К1*Q	0	0,107	0,28	0,46	0,63	0,8	1,01
К2*Q	0	0,002	0,014	0,036	0,069	0,11	0,23
DРмаг, МПа	28,72	28,76	29,42	30,84	32,93	35,5	39,63

 

 

Построение  характеристик параллельной линии  с напорным

гидроклапаном

 

Принять DР^нк соответствующую точке пересечения характеристик Р^гн(Q) и Р^маг(Q), строится характеристика DР^ag(Q).

Давление DР_max^ag, соответствующее точке пересечения характеристик насоса Р^гн(Q) и линии ag Р^ag(Q) должна удовлетворять условию:

 

Таблица №7:

 

Q*10-3,  м3/с	0	0,1149	0,3	0,488		0,674		0,844		1,05
Q2*10-6,  м6/с2	0	0,013	0,09	0,238		0,455		0,713		1,097
DРгд, МПа	35,43
К1*Q	0	0,081	0,21	0,35		0,48		0,6		0,74
К2*Q	0	0,000029	0,0002		0,0005		0,001		0,0016		0,24
DРмаг, МПа	35,43	35,51	35,66	35,78		35,91		36,03		36,17

 

 

 

Определение параметров гидропривода при его регулировании  с заданной максимальной нагрузкой (Т_max)

 

Последовательность операций для определения параметров гидропривода следующая:

а) на характеристике DР^мах(Q) задаются режимные точки 1, 2, 3, 4, 5, соответствующие расходам:

И определяются значения:

Р₁^гн=29,83 МПа;

Р₂^гн=30,21 МПа;

Р₃^гн=31,22 МПа;

Р₄^гн=33,07 МПа;

Р₅^гн=34,86 МПа.

 

б) подача насоса Q^гн (т.е. Q₁^гн; Q₂^гн; Q₃^гн; Q₄^гн; Q₅^гн) определяется по формуле:

где К_гд – количество параллельно соединённых гидродвигателей (обычно К_гд = 1 или К_гд = 2).

Q₁^гн = 1,149*10^-4 м³/с;

Q₂^гн = 0,301*10^-3 м³/с;

Q₃^гн = 0,488*10^-3 м³/с;

Q₄^гн = 0,674*10^-3 м³/с;

Q₅^гн = 0,861*10^-3 м³/с.

 

в) через все режимные точки проводятся прямые линии, параллельные характеристике насоса Р^гн(Q) при q_ном^гн.

 

г) рассчитываются значения регулировочного  параметра (рабочего объёма насоса):

д) рассчитываются дополнительные параметры: V, N^гд, N^гн, h^гн.

Определение параметров гидропривода при его регулировании  с меньшей нагрузкой

 

Для построения статических  характеристик гидропривода необходимы аналогичные таблицы при DР_j^гд=DР^гд_j/4,  j=0, 1, 2, 3, 4.

Методика определения  параметров регулируемого гидропривода при меньших значениях нагрузки следующая.

Характеристика основной магистрали Р^маг(Q) смещается вниз на величину DР^гд(1-j/4), где j=0, 1, 2, 3, 4. Определяются вновь соответствующие режимные точки 1(j), 2(j), 3(j), 4(j), 5(j) как точки пересечения смещённой характеристики DР^маг(Q) с семейством характеристик насоса DР^гн(Q) при q₁^гн; …;q₅^гн.

 

 

Построение  статических характеристик

 

По данным пяти таблиц строятся статические характеристики гидропривода (регулировочная и механическая характеристики).

Регулировочной называется зависимость скорости выходного  электродвигателя (при j=1) от параметра регулирования при условии, что полевая нагрузка неизменна:

V=f(q^гн) при T=idem

Механической называется зависимость гидродвигателя от полезной нагрузки при постоянном значении параметра регулирования:

V=f(T) при q^гн=idem

 

 

 

 

 

 

Приложения.

 

График

 

 

 

 

 

 

 

Стат. Характеристики.

 

 

 

 

Список литературы

1 .Чупраков Ю.И. «Основы  гидро и пневмоприводов»

Изд. «Машиностроение» 1996г.

2. Методическое указание  к курсовой работе по дисциплине  «Гидравлика,

гидравлические машины и гидроприводы»

Изд. ИМИ, Ижевск 1976г.