МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ  НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

КАФЕДРА «ЕНЕРГОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ» 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа

По дисциплине  Гидравлика, гидро- и пневмопривод 
 
 

Тема работы: «Составить гидравлическую схему, рассчитать и выбрать все элементы гидропривода управления гидроцилиндрами исполнительного органа комбайна 4ПП-2» 

Студент:                                      , группа ________________

 

Руководитель  проекта: 
 
 
 
 
 
 
 
 

Донецк, 2010 г.

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ  НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

КАФЕДРА «ЭНЕРГОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ» 
 
 

УТВЕРЖДАЮ:

Руководитель  работы

^__________

 «____»  _______________ 2010 г. 
 

ЗАДАНИЕ  НА  КУРСОВУЮ  РАБОТУ 

по дисциплине: _Гидравлика, гидро- и пневмопривод 

Студент ________________________, группа  

Тема  работы_ Составить гидравлическую схему, рассчитать и выбрать все элементы гидропривода управления гидроцилиндрами исполнительного органа комбайна 4ПП-2 

Исходные  данные: максимальное усилие на выходном звене Р_{д мах} = 80 кН,

Максимальная  скорость перемещения V _{д мах} = 65 мм/с,

длина гидролиний l_н = l_с = 3,0 м,

начальное усилие Р_о = 60 кН,

показатель измененися нагрузки К = 0,3 кН·с/мм

 

Срок  сдачи работы_____________________

 

Дата  выдачи задания ____________ Студент ____________________

 

Реферат

 

Работа  содержит: 23 страницы, 4 рисунка, 3 таблицы, 3 источника.

 

      Объект  работы: гидропривод управления гидроцилиндрами исполнительного органа комбайна 4ПП-2

      Цель  работы: Составить гидравлическую схему, рассчитать и выбрать все элементы гидропривода управления гидроцилиндрами исполнительного органа комбайна 4ПП-2

      В курсовой работе произведён выбор гидроаппаратуры и насоса, вспомогательных устройств, рабочей жидкости для данной схемы гидропривода комбайна. Произведён расчёт потерь давления, проверка насоса на кавитацию,

 
 

НАСОС, ГИДРОДВИГАТЕЛЬ, ДРОССЕЛЬ, БАК, ЗОЛОТНИК, ФИЛЬТР, КЛАПАН, ПОДАЧА, РАСХОД, ДАВЛЕНИЕ, МОЩНОСТЬ

 

Содержание

Введение 5

1. Составление  и анализ схемы  6

2. Выбор гидромашин и рабочей жидкости  6

3. Выбор гидроаппаратуры и вспомогательных устройств  9

4. Расчёт гидролинии  и потерь давления  10

5. Линия абсолютного  давления в гидроприводе 14

6. Сила давления  на колено трубы 14

7. Давление срабатывания  предохранительного клапана  15

8. Рабочие режимы насоса 15

9. Мощность насоса  17

10. Проверка рабочего режима насоса на кавитацию  18

11. Механические характеристики гидропривода 18

12. Эксплуатация и ТБ 20

Выводы 22

Список источников 23

 

ВВЕДЕНИЕ

     Одним из основных технических направлений  по увеличению добычи угля, росту производительности труда, улучшению условий работы и ликвидации тяжелого физического труда является комплексная механизация основных производственных процессов в угольной промышленности. Создание современных средств механизации и авторизации в настоящее время немыслимо без широкого применения гидропривода, особенно объёмного. Объёмный гидропривод имеет по сравнению с электромеханическим приводом ряд преимуществ: надёжное ограничение величины действующего усилия простыми средствами, возможность осуществления больших передаточных чисел при относительно не больших диапазонах бесступенчатого регулирования скоростей исполнительных органов в широком диапазоне; лёгкость преобразования вращательного движения в поступательное, значительное упрощение автоматического программного и дистанционного управления. Свободное расположения в пространстве валов и осей приводных органов, возможность ограничения динамических нагрузок, плавный пуск и наращивание скоростей под нагрузкой.

     В современных горных машинах и  агрегатах широко применяют гидравлические системы и гидравлические приводы. Получает дальнейшее развитие гидромеханизация, при которой выемка угля и проходка горных выработок осуществляется гидромониторами и комбайнами, транспортирования и подъём горной массы – гидротранспортом.

      Для обеспечения эффективной эксплуатации и дальнейшего совершенствования  сложных гидравлических систем и  гидроприводов горных машин, вентиляционных и водоотливных установок, оборудования при гидромеханизации горных работ  горные инженеры должны обладать глубокими знаниями в области гидравлики и гидропривода.

 

1. Составление и  анализ схемы.  Выбор стандартного  давления.

 

   При выборе давления гидроприводов руководствуемся  техническими характеристиками серийно  выпускаемых гидромашин и гидроаппаратов, которые входят в гидравлическую систему и которые предлагаем использовать в проектировании гидропривода. Стандартные давления нормированы ГОСТ12445-80. В данном случае принимаем давление серийно выпускаемых машин 10 МПа.

 

   

   Рисунок 1. Гидравлическая схема гидропривода

 

       2. Выбор гидромашин  и рабочей жидкости

       2.1 Основные технические характеристики гидроцилиндра

       Расчетный диаметр цилиндра:

,

где Р — принятое стандартное давление;

   η_ДТ, η_ДМ — гидравлический и механический КПД гидроцилиндра;

   η_ДТ = 1,0; η_ДМ = 0,95.

 м.

       В соответствии с ГОСТ 12447-80 принимаем стандартный диаметр поршня = 80 мм.

       Максимальное  рабочее давление гидроцилиндра  при подъеме исполнительного  органа:

 МПа.

       Максимальный  расход в трех гидроцилиндрах:

,

где η_ДО — объемный КПД гидроцилиндра, η_ДО = 0,98-0,99.

 м³/мин = 19,9 л/мин.

       В четвертом:

,

где d_Д — стандартный диаметр штока.

м

 м³/мин = 14,9 л/мин

       2.2. Выбор насоса

       Суммарный расход всех четырех гидроцилиндров равен 3Q_Д+Q_ДШ. Согласно заданию необходимая подача насоса 74,6 л/мин

       По  полученным Q_H и Р_Н выбираем насос НШ-67К.

       Он  имеет следующие параметры:

• номинальное давление — 10 МПа;
• номинальная подача — 95 л/мин.;
• объемный КПД — 0,94;
• полный КПД — 0,85;
• вакуумметрическая высота всасывания — 150 мм рт.ст.;
• рабочая жидкость — масло индустриальное 45;
• частота вращения – 1450 об/мин

       Рекомендуемый объем бака должен находится в  пределах одно-двухминутной производительности в зависимости от режима работы, л

       Условия охлаждения гидросистемы должны обеспечивать ее температурный режим от 40 до 60°С при температуре окружающей среды 20°С.

 

       2.3. Выбор рабочей  жидкости

       По  технической характеристике насоса в качестве рабочей жидкости принимаем  масло индустриальное 45.

       Широко  применяется в гидроприводе горных машин, масло индустриальное склонно  к окислению и выделению смол, поэтому срок его службы ограничен и при нормальной эксплуатации не должен превышать 6 месяцев. Для повышения антикоррозийных свойств рекомендуется добавлять к нему присадку КП-2 по ТУ 38-1019-80 в количестве до 5% объема масла. При этом необходимо обеспечить тщательное перемешивание смеси.

       Масло имеет следующие характеристики:

• кинематическая вязкость — 38…52 мм²/с;
• условная вязкость — 5,24…7,07°ВУ;
• кислотное число — 0,35;
• зольность — 0,007%;
• содержание механических примесей — 0,007%;
• температура вспышки — 190°С;
• температура застывания — 10°С;
• плотность — 886…916 кг/м³.

       3. Выбор гидроаппаратуры  и вспомогательных  устройств

       По  соответствующему расходу и давлению выбираем гидроаппаратуру, манометр и  бак:

       1. Реверсивный золотник Г74-25:

• номинальный расход — 140 л/мин;
• номинальное давление — 12,5 МПа;
• потеря давления при номинальном расходе — 0,3 МПа.

       2. Обратный клапан Г51-25:

• номинальный расход — 140 л/мин;
• номинальное давление — 20 МПа;
• потеря давления при номинальном расходе — 0,2 МПа.

       3. Дроссель ДР-25:

• номинальный расход — 100 л/мин;
• номинальное давление — 32 МПа;
• потеря давления при номинальном расходе — 0,3 МПа.

       4. Приемный фильтр С41:

• номинальный расход — 125 л/мин;
• номинальная тонкость фильтрации — 80 мкм;
• допускаемая потеря давления — 0,012+0,015 МПа.

       5. Основные параметры манометра: прибор МТП;

• диаметр корпуса 40 мм;
• класс точности 2,5; 4,0.

       5. Гидробак по ГОСТ 14065-68 объемом 160 л.

     6. Выбираем предохранительный клапан ТУ-053-1748-85:

 

       4. Расчет труб гидролиний и потерь давления

       4.1. Расчетный диаметр  труб

       Расчетный диаметр труб:

      

где V₀ — оптимальная скорость рабочей жидкости: для напорных гидролиний V₀ = 3-5 м/с; для сливных V₀ = 2-3 м/с; для всасывающих V₀ = 0,7-1,2 м/с.

       Напорные  гидролинии:

       

м;

       сливные: V₀ = 3 м/с,

       

м;

       всасывающие: V₀ = 1,2 м/с,

м

       4.2. Расчет толщины  стенки труб

      Необходимая расчетная толщина стенки трубы  определяется по формуле:

      

      где d₁ – часть толщины, обеспечивающая достаточную прочность;

      d₂ – часть толщины, обеспечивающая необходимую долговечность трубы.

      Согласно  ГОСТ 3845-75

      

      где р_р – расчетное давление на прочность р_р = 1,25 р = 1,25×10 = 12,5 МПа.

      s_в – временное сопротивление разрыву, s_в = 350…420 МПа.

      d₂ принимаем равным 1 мм, полагая, что скорость коррозии составляет 0,2 мм/год, а срок службы установки – 5 лет.

       Напорные  гидролинии:

       

м;

       Окончательно  внутренний диаметр труб d, наружный d_н и толщину δ выбираем по ГОСТ 8734-78. Напорные гидролинии: d= 20 мм; d_н = 24 мм, δ = 2 мм; сливные: d= 24 мм; d_н = 28 мм, δ = 2 мм;всасывающие: d= 32 мм; d_н = 36 мм, δ = 2 мм;

       4.3. Потери давления  в гидролиниях  по длине

       Скорость  жидкости в гидролинии:

      

       Напорные

       

м/с;

       сливные:

       

м/с;

       всасывающие:

м/с

      4.3. Потери давления по длине

 

      Потери  давления по длине в участках гидролиний

      

      где l - коэффициент Дарси, определение которого зависит от числа Рейнольдса.

      

 при Re £ 2320

      

 при 10⁵ > Re > 2320

      

Для напорных гидролиний

 Па

Для сливных гидролиний

Па

Для всасывающих гидролиний

Па

 

      Результаты  расчетов сведем в таблицу 1.

      Таблица 1 – Расчет потерь по длине в гидромагистралях

 

       4.4. Потеря давления  в местных сопротивлениях

      Потери  давления в коленах, тройниках и т.д. принимаем равным 0,3SР_дл = 17270 Па.

      Для гидроаппаратов потери вычисляем исходя из условия автомодельности режима движения жидкости в аппарате:

      

      где Dр_ном – номинальные потери давления в гидроаппарате при номинальном расходе Q_ном.

      Распределитель

 

      

МПа

 

      Дроссель

 

      

МПа

 

      Фильтр 

      

МПа

 

      Обратный  клапан

 

      

МПа

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       5. Линия абсолютного давления

      Построение  выполняем по данным, полученным в  пунктах 2.1, 4.3, и 4.4 при прямом ходе штоков. При этом учитываем, что при поднимании стрелы, жидкость протекает через  обратный клапан, а при опускании  – через дроссель.

 

Рисунок 2. Линия абсолютного давления в гидроприводе

       6. Сила давления  на колено трубы

       Определяем  составляющие R_X и R_Z и равнодействующую R сил давления рабочей жидкости на колено трубы с закруглением 90° в месте наибольшего давления.

H

Н

       7. Давление срабатывания  предохранительного  клапана

       Оно выбирается из условия, что это давление должно быть большим на 25% максимального  расчетного в месте установки  клапана.

 МПа

       8. Рабочие режимы насоса

       Рабочие режимы насоса определяются графически точками пересечения характеристик  насоса Р_н =f(Q) и гидросети Р_с =f(Q).

       Р_н =f(Q) насоса строим по двум точкам с координатами Q_н.m, 0 и Q_н.ном, Р_н.ном, где Q_н.m — теоретическая подача насоса.

м³/с

       Q_н.ном, Р_н.ном — номинальное значение подачи и давления насоса.

 

       Характеристика  гидросети при поднимании стрелы исполнительного органа:

       при опускании:

где р_д, р_дш — давление гидроцилиндра при поднимании и опускании стрелы исполнительного органа.

МПа

    а_П и а_Ш — полное сопротивление гидролинии при поднимании стрелы (рабочая жидкость идет через обратный клапан) и при опускании стрелы (рабочая жидкость идет через дроссель).

с²/м⁵

 с²/м⁵

Таблица 2. – Данные для построения графиков

       Точка А определяет рабочий режим насоса (Р_Р, Q_Р) при поднимании стрелы исполнительного органа, точка В — при опускании стрелы.

       

       Рисунок 3. Рабочие режимы насоса

       Р_А = 11,7 МПа; Р_В = 8,6 МПа

 

       Рабочее давление насоса должно быть в пределах:

       Рабочие режимы удовлетворяют условию.

       9. Мощность насоса

       Мощность  насоса определяется по формуле:

       

       при поднимании стрелы:

кВт

       при опускании стрелы:

кВт

       10. Проверка рабочего режима насоса на кавитацию

       Условие бескавитационной работы

Н_{вак.доп} ³ Н_вак

где Н_{вак.доп} - допустимая вакуумметрическая высота всасывания насоса

Н_вак - геометрическая высота всасывания, определяется условием бескавитационной работы насосов.

     ΔН_Ф — потери напора в фильтре.

м

м

2,3 м ³ 0,7 м

Условие безкавитационной работы выполняется.

       11. Механические характеристики  гидропривода

       Строим  зависимости усилия на штоке гидроцилиндра  в функции скорости Р_ДП =f(V_Д) и Р_ДМ =f(V_Д) при 50 а_ДР.О и 40 а_ДР.О (рис. 4),