Гидропривод

инистерство образования Российской Федерации

Тюменский государственный нефтегазовый университет

Институт нефти и газа

Пояснительная записка к курсовой работе по
дисциплине "Гидромашины и компрессоры"

17.02.011.000.ПЗ

Выполнил: студент группы МОП 98-2 Коротков П.Н.

Проверил: к.т.н., доцент Двинин А.А.

г. Тюмень,

2001 г.

СОДЕРЖАНИЕ

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

Гидропривод представляет собой своего рода "гидравлическую вставку" между приводным электродвигателем и нагрузкой (машиной и механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ременная передача, кривошипно-шатунный механизм и т.д.). 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 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. В частности, в горной промышленности он используется в креплении подземных горных выработок: в очистных забоях применяются индивидуальные гидравлические стойки и гидрав­лические комплексы, выполняющие основные и вспомогательные операции по передвижке как самих крепей, так и другого ме­ханического оборудования в лаве; широко применяются крепи сопряжения горных выработок. Практически все комбайны для ведения очистных и нарезных работ, проведения подготовитель­ных выработок имеют гидропривода подачи исполнительного органа на забой и механизмов для выполнения различных вспо­могательных операций. Гидропривод является неотъемлемым элементом буровых установок. Большинство приводов шахтных конвейеров снабжено гидродинамическими муфтами. [1]

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1. Выбор функциональной схемы гидропривода

Функциональную схему гидропривода выбираем в соответствии с условиями заданиями:

гидропривод состоит из насоса, двух последовательно подключенных к нему гидромоторов и гидромагистрали диной 10 метров;

скорость вращения гидромоторов должна плавно регулироваться в пределах 2060 об/мин.;

совместный максимальный крутящий момент на валах гидромоторов М=10 кНм;

необходимо обеспечить фиксацию вала гидромотора в момент остановки;

предусмотреть реверсирование гидромоторов и разгрузку насосов.

В соответствии с данными требованиями выбираем схему, показанную на рис. 1.1.

Для предотвращения обратного движения жидкости при отключенном насосе или для пропуска ее только в одном направлении предусмотрим обратный клапан, для разгрузки насосов – предохранительный клапан, для обеспечения фиксации вала гидромотора – гидрозамок, для фильтрации, поступающей в насос жидкости, – фильтр дисковый жидкой смазки, для распределения потока жидкости – золотник реверсивный с электро-гидравлическим управлением.

Открытая циркуляция позволяет лучше очищать и охлаждать рабочую жидкость за счет ее отстоя в баке.

Вычислим выходную мощность на валах гидромоторов:

NГ=Mn/30 (1.1)

где М – крутящий момент, кНм;

n – частота вращения вала, об/мин

NГ=103,1420/30=20,93 кВт.

Так как выходная мощность на гидромоторе превышает 3 кВт, то необходимо применить объемный метод регулирования.

1.2. Выбор рабочей жидкости

В

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Выбор гидродвигателя

По крутящему моменту М и числу оборотов n выбираем серийный гидромотор ВГД-630. Он имеет следующие параметры: номинальный крутящий момент 7,1 кНм, номинальное давление 10 МПа, число оборотов в минуту 370, рабочий объем 4,8 дм3/об, объемный коэффициент полезного действия (КПД) - о=0,97, гидравлический КПД - г=0,97, механический КПД - м=0,97.

=огм (2.1)

где  - общий КПД

=0,970,970,97=0,91

Определим перепад давления:

Pд=(2Mо)/(qд) (2.2)

где qд – рабочий объем гидромотора, м3/об

Pд=(23,1450000,97)/(4,810-30,91)=6,97 МПа.

2.2. Определение расхода жидкости

Расход рабочей жидкости гидромотора находится согласно выражениям:

QM max=(qдnmax)/о, (2.3)

QM min=(qдnmin)/о, (2.4)

где QM max и QM max – соответственно максимальный и минимальный расход жидкости, м3/с;

nmax и nmin – соответственно максимальная и минимальная частота вращения вала гидромотора, об/с

QM max=(4,810-31)/0,99=4,810-3 м3/с,

QM min=(4,810-31)/30,99=1,610-3 м3/с.

2.3. Выбор гидравлической аппаратуры

Исходя из задачи выбираем:

золотник реверсивный с электро-гидравлическим управлением Г63-17А (номинальный расход 6,66 дм3/с, номинальное давление 20 МПа, давление управления 0,82 МПа, потеря давления при номинальном расходе не более 0,3 МПа);

клапан предохранительный с переливным золотником БГ52-17А (номинальный расход масла 6,6 дм3/с, наименьший рекомендуемый расход 0,66 дм3/с, перепад давления на клапане при изменении расхода от наибольшего рекомендуемого на всем диапазоне давлений не более 0,5 МПа);

обратный клапан ПГ51-27 (номинальный расход масла 9,33 дм3/с, номинальное давление 0,320 МПа, потеря давления при номинальном расходе не более 0,2 МПа);

фильтр дисковый жидкой смазки ФДЖ-80 (наименьший размер задерживаемых частиц 0,18 мм, пропускная способность 3,46,3 дм3/с, наибольший перепад давления 0,051 МПа, наибольшее рабочее давление 0,4 МПа, фильтрующая поверхность патрона 330 см2, вес 168 кг).

2.4. Расчет гидравлической сети

Диаметры трубопроводов определяются из условия обеспечения допустимых эксплуатационных скоростей Vэкс:

Исходя из этих величин, определяются внутренние диаметры трубопроводов по формуле:

d=(4Qmax/Vэкс)1/2 (2.5)

dвсас=(44,810-3/3,141,5)1/2=0,06 м;

dслив=(44,810-3/3,142)1/2=0,055 м;

dнагн=(44,810-3/3,145)1/2=0,034 м.

Округляем полученные значения до стандартных: dвсас=56 мм, dслив=56 мм, dнагн=34 мм.

Определяем скорость движения жидкости:

V=4Qmax/d2 (2.6)

Vвсас=44,810-3/(3,140,0562)=1,9 м/с,

Vслив=44,810-3/(3,140,0562)=1,9 м/с,

Vнагн=44,810-3/(3,140,0342)=5,3 м/с.

Потери давления по длине трубопроводов составляют:

Pl=glV210-6/(d2g), МПа, (2.7)

где g – ускорение силы тяжести;

 - коэффициент Дарси;

l – длина соответствующей трубы, м (lвсас=2 м, lслив=4 м, lнагн=4 м);

d – диаметр соответствующей трубы.

Коэффициент Дарси зависит от режима движения жидкости, который в свою очередь характеризуется числом Рейнольдса Re:

Re=(Vd)/, (2.8)

где  - кинематическая вязкость жидкости, м2/с

Reвсас=1,90,056/210-5=5320;

Reслив=1,90,056/210-5=5320;

Reнагн=5,30,034/210-5=9010.

Если Re>2320, то необходимо определить значение нижнего предельного числа Рейнольдса:

Reпр. н.=10d/Э, (2.9)

где Э – эквивалентная шероховатость внутренней поверхности трубы (для стальных бесшовных труб Э=0,0010,002 мм)

Reпр. н. всас=100,056/210-6=280000;

Reпр. н. слив=100,056/210-6=280000;

Reпр. н. нагн=100,034/210-6=170000.

Если 2320<Re<Reпр. н., то коэффициент Дарси определяется по формуле Блазиуса для зоны "гидравлически" гладких труб:

=0,3164/Re0,25 (2.10)

всас=0,3164/2800000,25=0,014;

слив=0,3164/2800000,25=0,014;

нагн=0,3164/1700000,25=0,016.

Таким образом потери по длине составят:

Plвсас=9009,810,01421,9210-6/0,05629,81=8,110-4 МПа;

Plслив=9009,810,01441,9210-6/0,05629,81=16,210-4 МПа;

Plнагн=9009,810,01645,3210-6/0,03429,81=237,910-4 МПа.

Потери давления на местные сопротивления определяются по формуле:

PM=Pном(Qmax/Qном)2, (2.11)

где Pном – номинальная потеря давления, указанная в технической характеристике гидроустройства при номинальном расходе Qном, МПа.

Потери давления в золотнике:

PMзол=0,3(4,810-3/6,6610-3)2=0,156 МПа.

Потери давления в предохранительном клапане:

PMп.к.=0,5(4,810-3/6,610-3)2=0,264 МПа.

Потери давления в обратном клапане:

PMо.к.=0,2(4,810-3/9,3310-3)2=0,053 МПа.

Потери давления в фильтре:

PMф=0,5(4,810-3/6,310-3)2=0,29 МПа.

Таблица 2.1.

Потери давления в гидросистеме

Сопротивление системы определяем по формуле:

a=PW/Q2max (2.12)

a=0,78922/(4,810-3)2=34254,34 МПас2/м6.

Общее давление в гидросети, необходимое для работы гидропривода, описывается уравнением:

Pc=zPд+aQ2, (2.13)

где z - число последовательно соединенных одинаковых и одновременно работающих гидродвигателей

Pc=13,94+34254,34Q2. (2.14)

З Рис. 2.1. Напорные характеристики насоса и гидросистемы
адаваясь значениями расхода Q, по уравнению (2.14) строится напорная характеристика гидросети Pc=f(Q).

Максимальное давление в гидросистеме определяется:

Pmax=13,94+aQ2max=13,94+0,79=14,73 МПа.

2.5. Выбор насоса и определение его рабочей точки

По максимальному давлению в гидросистеме и максимальной подаче выбираем насос НПМ-400 (максимальная подача при максимальном давлении и номинальном числе оборотов 6,6 дм3/с, минимальный рекомендуемый расход при номинальном давлении 1,66 дм3/с, номинальное давление 20 МПа, номинальное число оборотов в секунду 16, потребляемая мощность 182 кВт) и строим его напорную характеристику (рис. 2.1.). Точка пересечения напорных характеристик соответствует работе насоса на заданную гидросистему, то есть Qр=0,0048 м3/с, Рр=14,73 МПа.

2.6. Выбор электродвигателя

Рассчитываем мощность на валу насоса:

Nв=(РрQр)/, (2.15)

где Nв – мощность на валу насоса, Вт;

Рр – развиваемое давление, Па;

Qр – производимость насоса, м3/с;

 - общий КПД насоса

Nв=(14,731060,005)/0,8=92 кВт.

По полученной мощности выбираем электродвигатель: А02-91-8 (номинальная мощность 50 кВт, скорость вращения вала 740 об/мин).

2.7. Расчет КПД гидропривода

общ=Nд/Nв, (2.16)

где Nд – выходная мощность гидродвигателя;

общ – общий КПД гидропривода.

Nд=(2РдQд)/д. (2.17)

Подставив формулу (2.17.) в (2.16.), получим:

общ=(2РдQд)/(дN) (2.18)

общ=(26,974,8)/(0,9192)=0,8.

2.8. Определение объема масляного бака

Wб=2Qр, (2.19)

где Wб – ориентировочный объем масляного бака

Wб=20,0026=0,0052 м3.

2.9. Тепловой расчет гидросистемы

Количество тепла, полученное гидросистемой в единицу времени, соответствует потерянной в гидроприводе мощности и может быть определено по формуле:

Q=(1-общ)NвКп, (2.20)

где Кп – коэффициент продолжительности работы под нагрузкой

Q=(1-0,8)920,7=12,88 кДж/с.

Суммарная площадь тепловой поверхности:

S=0,14Wб2/3, (2.21)

где S – суммарная площадь теплоизлучающих поверхностей гидропривода, м2

S=0,140,0522/3=0,139 м2.

Максимальная температура жидкости, которая достигается через 1 час после начала эксплуатации гидропривода и не зависит от времени, определяется по формуле:

tж=tmax+Q/(KS), (2.22)

где tж – максимальная температура жидкости, С;

tmax – максимальная температура окружающего воздуха, С;

К – коэффициент теплоотдачи поверхности гидроагрегатов, кДж/м2сград

tж=20+13=33С.

Так как установившаяся температура не превышает 70С, то для охлаждения рабочей жидкости достаточно теплоотдачи с теплоизлучающих поверхностей гидропривода.

3. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

При эксплуатации гидроприводов с высоким давлением (более 10 МПа) необходимо создать безопасные условия для обслу­живающего персонала от поражения струёй жидкости. Для этого ограждают кожухом все участки гидролиний, которые не заключены в общий корпус машины. При обнаружении внеш­них утечек жидкости немедленно останавливают насос и устра­няют утечки. При высоком давлении в гидросистеме категори­чески запрещается для устранения утечек подтягивать соедине­ния трубопроводов, штуцеры и т. д. Гибкие рукава и шланги не должны перекручиваться в про­цессе эксплуатации. Контролировать их скручивание можно по продольным надписям основных параметров (диаметр, давле­ние и т. д.), наносимым заводами-изготовителями. При обнару­жении местных вздутий наружного покрова на рукавах и шлангах или при появлении хотя бы небольших утечек повреж­денные участки немедленно заменяют новыми. Запрещается эксплуатировать гидропривод высокого давле­ния без манометра или при его неисправности. На шкале или корпусе манометра должна быть нанесена красная метка, со­ответствующая наибольшему допустимому давлению в этой точке. Контроль за давлением в гидромагистрали крепей до­пускается осуществлять по манометру, установленному на на­сосной станции, а на местах — по индикатору давления. Следует периодически проверять работу предохранительных клапанов. В случае отклонения давления срабатывания клапа­на от настроечного более чем на 10% клапан должен быть за­менен новым. Запрещается настраивать клапаны в шахтных условиях. Настройка их должна производиться только на спе­циальных стендах.

Гидроприводы с гидроаккумуляторами должны иметь уст­ройства для отключения от гидросистемы. Гидропневмоаккумуляторы, работающие при давлении свыше 1,6 МПа, следует заряжать нейтральным газом.

Шум, возникающий при работе насосных агрегатов с уста­новленной мощностью до 12,5 кВт, не должен превышать уро­вень звуковой мощности 75-95 дБ при частоте 63-8000 Гц, а с установленной мощностью свыше 12,5 кВт — 85-100 дБ при тех же частотах.

Если гидропневмопривод может работать в полуавтомати­ческом или автоматическом режиме, то на пульте управления должно быть предусмотрено устройство для переключения при­вода на ручное управление в наладочном режиме и соответст­вующая сигнализация об этом.

При соблюдении необходимых мер предосторожности от поражения высоконапорными струями работа с нефтяными ма­слами и другими жидкостями гидроприводов безопасна. Одна­ко, при длительной работе с маслами необходимо пользоваться рукавицами или применять защитные мази, пасты для рук. Вскрытие тары с маслом нельзя производить инструментами, издающими при ударе искрообразование. После окончания ра­боты с маслами необходимо вымыть руки теплой водой с мы­лом.

При загорании масел допускаются все средства тушения, кроме воды, поэтому в местах хранения масел и расположения насосных станций необходимо иметь огнетушители, ящики с песком и лопаты. Промасленную ветошь следует складывать в металлические ящики с крышками, которые необходимо систе­матически освобождать от использованной ветоши.

Предельно допустимая концентрация масляного тумана в воздушной среде составляет 5 мг/м3, предельно допустимая концентрация паров углеводородов масла в воздухе — 300 мг/м3.

Весьма опасны ожоги рабочей жидкостью. По этой причине категорически запрещается заменять плавкие защитные пробки в гидромуфтах неплавкими заглушками. Несоблюдение этого требования может привести к ожогам даже при соприкоснове­нии с кожухом гидромуфты, а иногда и к возникновению по­жара.

Все вращающиеся и быстродвижущиеся элементы гидропневмоприводов вне корпуса машины должны быть закрыты кожухами или, в крайнем случае, иметь ограждения.

Корпуса электродвигателей и их пусковую аппаратуру не­обходимо заземлять. Заземление должна иметь и шахтная пневматическая сеть, которая может попасть под напряжение при соприкосновении с оголенными кабелями, контактным проводам и т. д. Шахтная пневматическая сеть должна иметь та­кую коммутацию, чтобы ее можно было использовать для до­ставки воды при тушении пожаров.

При снятии нагрузки пневмодвигатель может развить не­допустимо большие обороты. В целях предупреждения "разно­са" такие пневмодвигатели снабжаются регулятором скорости.

Для снижения аэродинамического шума на пневмодвигателях необходимо устанавливать соответствующие глушители, конструкции которых должны быть рассчитаны также на улав­ливание попавшего в воздух масла. [1]

П
РИЛОЖЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Гейер В.Г., Дулин В.С., Заря А.Н. Гидравлика и гидропривод. – М.: Недра, 1991. – 331 с.

Двинин А.А., Безус А.А., Двинина И.С., Кудрявцева Н.А. Методические указания к курсовой работе по гидроприводу для студентов очной и заочной форм обучения специальности 17.02 (МОП): часть 1. – Тюмень: ТюмГНГУ, 1999. – 32 с.

Двинин А.А., Двинина И.С., Кудрявцева Н.А. Методические указания и задания к курсовой работе по гидроприводу для студентов заочного обучения (специальности 0508 и 0511): часть 2. – Тюмень: Ротапринт ТюмИИ, 1983. – 80 с.