Выбор и расчет гидросхемы

Министерство образования  и науки Российской Федерации 

Южно-Уральский государственный  университет

Филиал ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ) в г.Усть-Катаве

Кафедра «Социально-экономических  и естественных наук»

 

 

 

 

Курсовая работа

по курсу «Гидравлики»

Тема: «Выбор и расчет гидросхемы»

220301.2013.062.000 ПЗ

 

Руководитель

И.В.Мартынова

 «___»__________2013г.

                            

Разработал

студент группы УК-411

Д.Р. Тарханов

 «___»__________2013г.

Работа защищена

с оценкой

____________________

 «___»__________2013г.

 

 

 

г. Усть-Катав

2013г.

Введение

 

Гидропривод - это совокупность устройств, предназначенных для  приведения в движение машин и  механизмов посредством гидравлической энергии. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель.

Основное назначение гидропривода, как и механической передачи, - преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его  параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.).

Приводным двигателем насоса могут быть электродвигатель, дизель, ДВС и другие, поэтому иногда гидропривод  называется соответственно электронасосный, дизельнасосный и т.д.

К основным преимуществам  гидропривода относятся: возможность  универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя  в соответствии с требованиями нагрузки; простота управления и автоматизации; простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов  машин от перегрузок; широкий диапазон бесступенчатого регулирования  скорости выходного звена; большая  передаваемая мощность на единицу массы  привода; надежная смазка трущихся поверхностей при применении минеральных масел  в качестве рабочих жидкостей.

К недостаткам гидропривода относятся: утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления; нагрев рабочей жидкости, что в  ряде случаев требует применения специальных 

 

 

 

 

охладительных устройств  и средств тепловой защиты; более  низкий КПД (по.

 приведенным выше причинам), чем у сопоставимых механических  передач; необходимость обеспечения  в процессе эксплуатации чистоты  рабочей жидкости и защиты  от проникновения в нее воздуха;  пожароопасность в случае применения горючей рабочей жидкости.

При правильном выборе гидросхем и конструировании гидроузлов некоторые из перечисленных недостатков гидропривода можно устранить или значительно уменьшить их влияние на работу машин. Тогда преимущества гидропривода перед обычными механическими передачами становятся столь существенными, что в большинстве случаев предпочтение отдается именно ему.

Сейчас трудно назвать  область техники, где бы ни использовался  гидропривод. Эффективность, большие  технические возможности делают его почти универсальным средством  при механизации и автоматизации  различных технологических процессов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Описание принципа работы установки

Рисунок 1 –Схема установки  для клеймения деталей 

Установка для клеймения деталей изображенная на рис.1 состоит из подвижного ползуна 1, на котором крепится заготовка 2. Ползун 1 приводится в движение гидроцилиндром 3. На жесткой раме 4 крепится гидроцилиндр 5, на штоке которого установлен цилиндрический клеймодержатель 6 с возможностью вращения вокруг своей оси.

Установка работает следующим  образом. На цилиндрическую часть клеймодержателя 6 закрепляется набор клейм. На ползун 1 крепится заготовка 2, на которую необходимо нанести обозначение. Затем посредствам гидроцилиндра 5 клемма с клеймодержателем прижимается к заготовки 2. Затем срабатывает гидроцилиндр 3, перемещающий ползун 1 с заготовкой 2. В результате движения клейм на поверхности заготовки при её перемещении клеймодержатель поворачивается, вдавливая клеймы с обозначением в заготовку. Гидроцилиндры работают от одного насоса.

 

2. Разработка принципиальной  схемы гидропривода

Гидравлическая схема  привода установки для клеймения  деталей

рис.2 [2, стр. 154].

 Схема состоит из:

1 гидроцилиндр

2 гидроцилиндр

3  трехпозиционный гидрораспределитель (гидроцилиндра)

4 предохранительный клапан

5 гидронасос не регулируемый, не реверсивный

6 гидробак

7 фильтр

8 регулируемый дроссель

 

Рисунок 2 - Гидравлическая схема действия установки для клеймения деталей

Принцип работы гидропривода согласно указанной схеме заключается  в следующем. Из бака рабочая жидкость (масло) забирается насосом и очищаясь фильтром подается к двум гидрораспределителям. В нейтральном положении золотника гидрораспределителя при работающем насосе на участке трубопровода между насосом и распределителем начинает

 

 

 

увеличиваться давление, при  этом срабатывает предохранительный  клапан и 

жидкость сливается обратно  в бак. При смене позиции нижнего  золотника, открываются проходные  сечения в гидрораспределителе, и жидкость начинает поступать в поршневую полость правого гидроцилиндра. Из полости гидроцилиндра масло по гидролинии слива проходит через гидрораспределитель, проходит через регулирующий дроссель и на слив в бак. При перемещении поршня гидроцилиндра в крайнее положение начинает увеличиваться давление, при этом срабатывает предохранительный клапан и жидкость сливается обратно в бак проходя через регулирующий дроссель. По аналогичной схеме работает правый гидроцилиндр и верхний гидрораспределитель.  Работа верхнего гидрораспределителя возможна лишь при нейтральном положении золотника нижнего гидрораспределителя.

Скорость перемещения  поршня гидроцилиндра  регулируется дросселем. Реверсирование движения гидроцилиндра  осуществляется путем переключения позиций гидрораспределителя. При аварийной остановке гидромотора (например, непреодолимое усилие) давление в системе возрастает, вызывая тем самым открытие предохранительного клапана.

 

3. Расчет исполнительных  механизмов

 

Предварительный выбор насоса [7, стр. 26]:

; МПа                                            (1)

; МПа                                            (2)

Усилие на штоке для  гидроцилиндра 3(рис.1):

P₃=1000 Н

Усилие на штоке для  гидроцилиндра 5(рис.1):

P₅=100 Н

Определение длины хода штоков гидроцилиндров:

Длина хода штока гидоцилиндра определяется из условия максимального перемещения и равняется:

L₃=0,2 м

L₅=0,03 м

4. Определения давления  в гидросистеме

 

Наиболее экономичны в  изготовлении цилиндры с диаметром  от 40 до 120 мм. Тогда давление при  заданных диаметрах цилиндра определяется соотношением [7, стр. 27]:

                                              (3)

Тогда получаем выражение:

Для гидроцилиндра 3 согласно уравнения (3):

 

Для гидроцилиндра 5 согласно уравнения (3):

Давление, развиваемое насосом  должно лежать в пределах:

                                             (4)

                                             (5)

     

Предварительно выбираем насос лопастной с давлением 3,2 МПа.

Определение диаметров цилиндров:

 

                                                  (6)

где р=0,8р_Н,                                                                                                            (7)

       р_Н – номинальное давление насоса;

р=0,8∙3,2∙10⁶=2,6∙10⁶МПа

Принимаем стандартный диаметр  цилиндров D₃ = 32 мм

Принимаем стандартный диаметр  цилиндров D₅ = 32 мм

 

5. Выбор элементов гидропривода

 

Скорость движения жидкости по трубопроводу принимаем равной:

U=3 м/с

5.1 Выбор марки минерального масла

В гидроприводах различных  машин в зависимости от их назначения, условий эксплуатации и степени  надежности находят применение различные  жидкости, в большей или меньшей  степени соответствующие предъявляемым  к ним требованиям. Основным критерием, определяющим возможность применения той или иной жидкости в качестве рабочей, является соответствие вязкости, давления и температуры эксплуатации гидропривода.

Следует выбирать сорт масла  с оптимальной вязкостью. При  завышении вязкости увеличиваются  потери давления, причем рассеивающая энергия переходит в тепловую и увеличивает нагрев системы. Если же вязкость недостаточна, увеличиваются утечки и перетеки из полостей повышенного давления в полости пониженного давления (ухудшается объемный КПД гидропередачи), усложняется уплотнение стыков и подвижных элементов.

Выбираем масло индустриальное 30 ГОСТ 1707-51, технические данные которого приведены в таблице 1 [3, стр. 54].

Таблица 1 – Технические  данные масла 

Параметры	Единица измерения	Значение
Вязкость кинематическая	м2/сек	17·10-6 – 23·10-6
Условная вязкость в градусах	ВУ	3.81 – 4.59
Температура	С	500
Кислотное число в 1 мг КОН  на 1 г. масла		(не более)  0,02
Зольность в	%	(не более)    0,007
Температура вспышки	С	(не ниже)   1800
Температура застывания	С	(не выше)   - 150
Плотность	кг/м3	886 - 915

 

В качестве заменителя можно использовать масло индустриальное 20 ГОСТ 1707-51.

 

5.2 Определение расхода  рабочей жидкости

Расход рабочей жидкости гидроцилиндра 3 [7, стр. 28]:

                                             (8)

Расход рабочей жидкости гидроцилиндра 5:

                                             (9)

5.3 Выбор типа и марки  насоса

Выбираем лопастной насос Г12 -32М [6, стр. 75] (рис 3.).

Лопастные насосы типа Г12 –  32М предназначены для нагнетания чистого минерального масла при температуре 10 – 50^о и давлении до 3,2 Мн/м² в системы металлорежущих станков и прессов.

В чугунном корпусе 5 (рис 4.) и крышке 3 смонтировано закалённое кольцо – статор 4, имеющее в нутрии профилированную поверхность, по которой скользят 12 лопаток. Лопатки свободно перемещаются в пазах ротора 6.  Ротор 6 насажен на шлицы вала 8, свободно вращающегося в шариковых подшипниках. К торцам кольца – статора 4 прижаты диски – плоский 12 и с шейкой 11. Плоский диск и диск с шейкой плавающего типа.  Начале работы диск с шейкой прижимается к статоры тремя пружинами 10, а в процессе работы давлением масла. В плоском диске имеются два окна 1 для всасывания масла, а в диске с шейкой два окна 14 для нагнетания масла.

При вращении ротора 6 лопатки 13 под действием центробежной силы и давления масла, подведённого под  лопатки, всегда прижаты к внутренней поверхности статора 4. Каждая лопатка  перемещается в пазах ротора 6 в  радиальном направлении в соответствии с профилем кривой на статоре 4, причём каждая из камер образована двумя  соседними лопатками, внутренней поверхностью статора и ротором, во время соединения с окнами всасывания 1 увеличивает  свой объём и заполняется маслом через окна всасывания 1, а вовремя  соединения с окнами нагнетания 14 уменьшает  свой объём вытесняя масло через окно нагнетания.   

 

  Рисунок 3- Лопастные насосы типа Г12 – 32М

В таблице 2 приведены технические  характеристики лопастного насоса Г12 – 32М.

Таблица 2 - Технические характеристики лопастного насоса Г12 – 32М

Производительность при  давлении     6.3 Мн/м2 и 960 об/мин	21,1 л/мин=3,5·10-4 м3/сек
Номинальное рабочее давление	3,2 Мн/м2
Приводная мощность при давлении     6.3Мн/м2 и 960 об/мин	2,8 кВт
Объёмный КПД при давлении         6.3 Мн/м2 и 960 об/мин	0,88
Высота всасывания	0,5 м
Рабочий объём	25 см3

 

5.4 Расчет диаметра трубопровода 

 

Диаметр условного прохода  определяется выражением [7, стр. 16]:

                                         (10)

Найденное значение диаметра d_Т округляем до ближайшего стандартного в большую строну согласно ГОСТ 16516-80, т.е. d_Т = 12 мм.

Рассчитываем толщину  стенки трубопровода:

                                        (11)

Выбираем трубу по ГОСТ 8734-75: S=12х1.

По диаметру условного  прохода и давлению определяем конкретные марки управляющей и предохранительной  аппаратуры.

Согласно схеме гидропривода рис.2 используем следующие виды гидроаппаратуры:

 

5.5 Выбор предохранительного клапана

Золотник напорный предназначен для обеспечения последовательной работы исполнительных механизмов, а  так же для предохранения гидросистем от перегрузки давлением. Применяется в гидросистемах станков, прессов. Настройка золотника на необходимую величину давления осуществляется регулировочным винтом. Напорные золотники имеют четыре отверстия: два – для пропуска основного потока масла, одно - для дистанционного управления и одно – для слива утечек.

Предохранительный клапан ПГ54-32М [6, стр. 97] (рис.5) стыкового присоединения состоит из следующих основных деталей: корпуса 3, колпачка 5, золотника 2, пружины 6, регулировочного винта 8 и втулки 7.

Масло подводится к аппарату через отверстие P и отводится через отверстие A. Линия P через канал 10 и малое отверстие (демпфер) 11 соединена с полостью 1, а полость 9 через канал 4 - с отверстием A. Когда усилие от давления масла на торец золотника в полости 1 преодолевает усилие пружины 6 (регулируется винтом 8) и усилие от давления масла на противоположный торец золотника в полости 9, золотник перемещается вверх, соединяя линии P и A.

Выбираем, исходя из Рном = 9.8 МПа = 100 кгс/см², золотник напорный БГ 54 – 32М (рис. 4).

                 

Рисунок 4 - Золотник напорный БГ 54 – 32М

В таблице 3 приведены технические  данные золотника напорного БГ 54-32М.

Таблица 3  - Технические  характеристики  золотника напорного  БГ 54 – 32М

Присоединение	стыковое
Номинальное давление	6,3 Мн/м2
Наименьшее рекомендуемое  давление	0,6Мн/м2
Изменение давления при изменении  расхода от номинального до расхода не превышающего 0,5 л/мин	0,6 Мн/м2
Условный проход	10 мм
Номинальный расход масла	32 л/мин

окончание таблицы 3

Наименьший рекомендуемый  расход	1 л/мин
Внутренняя утечка масла  по зазорам золотника при номинальном  давлении	15 см3/мин
Номинальный перепд давления	0.2 МПа
Температура рабочей жидкости	+10…700 С
Вязкость	10·10-6 - 200·10-6 м2/сек
Управление	ручное

5.6 Выбор гидрораспределителя

Гидрораспределитель типа ВММ10.44 по ГОСТ 24697-81 [6, стр. 145] (рис.5) имеет чугунный литой корпус 1, в котором выполнены каналы для подключения линий P, T, A и B. Корпус имеет пять маслоподводящих канавок. В центральном отверстии корпуса (диаметром 10 мм) расположен золотник 2, который через толкатели 3 перемещается узлом управления.

Таблица 4 - Технические характеристики гидрораспределителя типа ВММ10.44

Номинальное давление	32 Мн/м2
Номинальный расход по графику	33 л/мин
Перепад давления	0,22 МПа
Вес	8,5кг

Рисунок 5- Распределитель типа ВММ10.44

 

5.7 Выбор дросселя

Дроссели предназначены  для регулирования скорости перемещения  рабочих органов прессов и  других машин путем изменения  величины

расхода рабочей жидкости.

Величина рабочей щели дросселя при регулировании расхода  масла изменяется перемещением дроссельного золотника вдоль его оси. Перемещение  осуществляется поворотом рукоятки. Полный угол, на который поворачивается рукоятка при регулировании расхода  от наименьшего рекомендуемого до номинального, составляет 300°.

Дроссели имеют 3 отверстия: 2 – для подвода и отвода основного  потока масла и одно – для слива  утечек. Уплотнение стыковой полости  осуществляется резиновыми кольцами по

ГОСТ 9833-61. Дроссели резьбового присоединения крепятся к плите  или станине двумя винтами  по ГОСТ 11738-66.

Выбираем дроссель Г77 – 32 [6, стр. 182] (рис. 6).

Рисунок 6-Дроссель типа Г77 – 32

Технические данные приведены  в таблице 5.

Таблица 5 - Технические характеристики дросселя типа Г77 – 32

Номинальное давление	10 Мн/м2
Перепад давления при нормальном расходе	250 кПа
Условный проход	12 мм
Номинальный расход масла	20 л/мин=0.33·10-3м3/сек

окончание таблицы 5

Наименьший рекомендуемый  расход	0.25 л/мин=4.1·10-6м3/сек
Вязкость	10·10-6 - 200·10-6 м2/сек
Масса	2,44кг

5.8  Выбор фильтра

Фильтр щелевой 40-80-1 ГОСТ 21329-75 [6, стр. 194] имеет фильтрующий пакет, состоящий из набора основных 8 и промежуточных 9 пластин. Фильтр по конструкции состоит из стакана 1, крышки 2, оси 3, стойки 10 с закрепленными на ней скребками 11, рукоятки 4, уплотнений 5, 6 и пробки 7, служащей для слива загрязнений. Из отверстия I крышки масло проходит через щели между платинами 8 и отводится в гидросистему через отверстие II. При повороте фильтрующего пакета рукояткой 4 скребки 11 прочищают щели между основными пластинами. Очистку фильтрующего пакета не рекомендуется выполнять во время работы гидропривода.

Таблица 6 - Технические характеристики фильтра  40-80-1

Номинальная тонкость фильтрации	80 мкм=80·10-6 м
Номинальная пропускная способность	20 л/мин
Перепад давления	0.1 МПа
Масса	3.7 кг

 

6. Определение потерь давления при движении рабочей жидкости

Потери давления при движении рабочей жидкости от насоса до гидроцилиндра  определяются по формуле [7, стр. 22]:

При питании гидроцилиндра 3:

Δр₃= Δр₁+ Δр₂;МПа

где: Δр₁-потери давления от трения при движении жидкости по трубопроводу;

Δр₂-местные потери при движении жидкости через гидрораспределитель.

Для определения потерь давления на трение определим режим течения  жидкости по трубопроводу, а для  этого рассчитаем число Re:

                                                 (12)

 

Поскольку Re₁ и Re₂ меньше критического числа, режим течения в трубах ламинарный, поэтому коэффициент гидравлического сопротивления определим по формуле

                                                         (13)

Определив коэффициенты гидравлического  трения λ, находим перепады давлений в трубах:

                                 (14)

где ρ - плотность рабочей жидкости, для И-30 ρ = 920 кг/м³

                                              (14)

Потери давления на трение при движении жидкости по трубопроводу при ламинарном режиме течения:

Δр₁=0,28 МПа

Определяем местные потери давления при движении жидкости через  гидрораспределитель 2 (рис.2) по номограмме:

Δр₂=0,05 МПа

Тогда потери давления при  питании гидроцилиндра 3:

Δр₃= 0,28+ 0,05=0,33МПа

Определим потери давления при питании гидроцилиндра 5:

Δр₅= Δр₁+ Δр₂+ Δр₃;МПа

где Δр₁=0,28 МПа – потери давления на трение при движении жидкости по трубопроводу(так же как и в первом случае)

 Δр₂=0,05 МПа – местные потери давления при движении жидкости через гидрораспределитель 2 (рис.2)

Δр₃=0,15 МПа – местные потери давления при движении жидкости через клапан 7 (рис.2)

Тогда:

Δр₅= 0,28+ 0,05+ 0,15=0,48МПа

Таким образом давление в гидроцилиндре 3:

Р_Г3=Р_Н- Δр₃;МПа

Р_Г3=3,2- 0,33=2,87МПа

а давление в гидроцилиндре 5:

Р_Г5=Р_Н- Δр₅;МПа

Р_Г5=3,2- 0,48=2,72МПа

Из полученного выражения  видно что гидроцилиндры развивают  необходимые усилия оговоренные исходными данными.

Расчет объема гидробака.

_{Так как  производительность лопастного насоса Г12-32М  составляет 21,2л/мин то объем гидробака 6 рассчитывается по формуле:}

_V=3-5*Q

                                  _{V=3*21.2~63.6 ~ 65л}

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В курсовой работе была произведена  разработка гидравлической схемы для установки для подачи заготовок на токарный полуавтомат.

После проведения расчетов была выбрана наиболее подходящая марка  минерального масла, произведен расчет и выбор гидравлических цилиндров. На основании проведенных расчетов бала подобрана гидравлическая аппаратура. На заключающем этапе работы проведены  проверочные расчеты потерь давления рабочей жидкости, которые подтвердили  что гидроцилиндры развивают необходимые усилия оговоренные исходными данными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Андреев А.Ф., Барташевич Л.В., Боглан Н.В. и др. Гидро- пневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Объемные гидро- и пневмомашины и передачи. - Минск: Высшая школа, 1987. 310 с.

2. Анурьев В.И. Справочник  конструктора-машиностроителя. В  3-х Т. - 5-е изд., перераб. и доп. Том 3 - М.: Машиностроение, 1980 г. - 559 с.

3. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. - М.: Машиностроение, 1972. - 320 с.

4. Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник. 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1982. - 423 с.

5. Богданович Л.Б. Гидравлические  механизмы поступательного движения: Схемы и конструкции. - М., Киев: МАШГИЗ, 1958. - 181 с. 

6. Васильченко В.А. Гидравлическое  оборудование мобильных машин:  Справочник. - М.: Машиностроение, 1983. - 301 с., ил.

7. Чиненова Т.П., Чиненов С.Г. Расчет гидроприводов: Учебное пособие. – ЮурГУ. 1997. - 52 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение……………………………………………………………..…….....	4
1.Описание принципа работы установки………..……………………………	6
2. Разработка принципиальной схемы гидропривода ………………………	6
3. Расчет исполнительных механизмов ………………………………….…..	8
4. Определения давления в гидросистеме ……………………………….......	9
5. Выбор элементов гидропривода...………….........................................……	10
6. Определение потерь давления при движении рабочей жидкости ..……..	18
Заключение…………………………………………………………………...	21
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ  СПИСОК……………………………...……….	22