СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Исходные данные
2. Расчёт нерегулируемого объёмногогидропривода возвратно-поступательного движения
2.1. Выбор рабочего давления вгидросистеме
2.2. Определение расчётного давления вгидросистеме
2.3. Определение диаметра цилиндра D иштока d
2.4. Определение расхода рабочейжидкости в гидроцилиндре
2.5. Определение потребной подачи насоса
2.6. Определение наибольшего инаименьшего расходов рабочей жидкости
2.7. Выбор диаметров трубопроводов
2.8. Выбор рабочей жидкости
2.9. Выбор гидроаппаратуры
2.10. Определение потерь давления вгидролиниях
2.11. Определение усилий трениягидродвигателя
2.12. Определение величины давлениянагнетания
2.13. Выбор насоса
2.14. Определение объёмных потерь(утечек) жидкости
2.15. Определение гидравлических потерьв гидросистеме во время рабочего хода
2.16. Определение КПД гидропривода
3. Тепловой расчёт гидросистемы
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
гидропривод возвратный поступательныйнасос
В данной работе производится гидравлический расчётгидросистемы зажима бревна гидравлической тележкой ПРТ8-2 по исходным данным.
Гидравлические системы широко используются в разныхотраслях промышленности. Использование методов гидравлики гораздо легче, надёжнееи практичнее.
Гидроприводом называется совокупность гидроаппаратуры,предназначенной для передачи механической энергии и преобразования движения припомощи жидкости.
Описание работы гидропривода.
Гидронасос создаёт давление нагнетания на напорнойлинии, которое ограничивается соответственно обратным клапаном, после чегорабочая жидкость поступает на гидрораспределитель, а с него в штоковую полостьгидроцилиндра, который совершает рабочий ход при входе штока в гидроцилиндр.При совершении обратного хода, жидкость через гидрораспределитель и дроссельподаётся в нештоковую полость гидроцилиндра. Для контроля давления установленманометр.
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:
Р – усилие на штоке гидроцилиндра, кН……………………………...15
Vрх– скорость рабочего хода,м/с……………………………………0,08
Vхх– скорость холостого хода,м/с…………………………………..0,05
Напорная линия: длина lн, м…………………………………………….7
Исполнительная линия: длина lн, м……………....................................3
Сливная линия: длина lн, м…………………….....................................5
Местные потери напора в процентах от линейных………………….40
Температура рабочей жидкости t, оС……………………...................70
Температура воздуха t, оС……………………………………………..20
Произвести гидравлический расчет гидросистемы зажимабревна гидравлической тележкой ПРТ8-2 по исходным данным.
/>
Рис. 1. Схема гидравлическая принципиальная механизмазажима бревна гидравлической тележки ПРТ8 — 2: 1 – гидробак; 2 – насос; 3 – фильтр; 4 – гидрораспределитель; 5 – гидроцилиндр; 6 – клапан предохранительный; 7 – золотник включения манометра; 8 – манометр; 9 – всасывающая линия; 10– напорная линия; 11 – исполнительная линия; 12 – сливная линия.
2. ПОРЯДОК РАСЧЕТА НЕРЕГУЛИРУЕМОГО ОБЪЕМНОГОГИДРОПРИВОДА ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
2.1. Выбор рабочего давления в гидросистеме
Таблица 1
Рекомендуемые рабочие давления в зависимости от усилияна штоке гидроцилиндра
Усилие на штоке гидроцилиндра Р, кН
рр – давление, МПа Для стационарных машин для мобильных машин 10 – 30 1,6 – 3,2 5,0 – 7,0 30 – 50 3,2 – 5,0 8,0 – 10,0 50 – 100 5,0 – 10,0 10,0 – 15,0
Принимаем рабочее давление в гидроцилиндре Рр=2.5МПа 2.2. Определение расчетного давления в гидроцилиндре, МПа:
/>.
2.3. Определение диаметра цилиндра D иштока d
По величине расчетного давления в гидроцилиндре рропределяем отношение D/d. Рациональное соотношение между рр и d/Dследующее:
Рр, МПа 1,5 1,5 – 5,0 5,0 – 10 d/D 0,3 – 0,35 0,5 0,7 – 0,75
Таблица 2
Ряд внутренних диаметров D длягидроцилиндров по ГОСТ 6540-68Основной ряд, мм
10
100
12
125
16
160
20
200
25
250
32
320
40
400
50
500
62
630
80
800 Дополнительный ряд, мм
36
280
45
360
56
450
70
560
90
710
110
900 140 180
Таблица 3
Ряд рекомендуемых диаметров штока d поГОСТ 6540-68Основной ряд, мм 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 Дополнительный ряд, мм 14 18 22 28 36 45 56 70 90 110
В машинах лесной промышленности широко используютсяодноштоковые гидроцилиндры двухстороннего действия с демпфированием в концехода поршня.
Для случая, когда рабочий ход поршня совершается привходе в гидроцилиндр:
/>,
или
/>
Принимаем D = 110 мм
задавшись соотношением d/D,определяем d
/>
Принимаем d = 56 мм
2.4. Определение расхода рабочей жидкости вгидроцилиндре
Таблица 4
Расчетные формулы для определения расхода рабочейжидкости в гидроцилиндрахТип гидроцилиндра
Расчетная формула для определения расхода рабочей жидкости в гидроцилиндрах Qц (м3/с) при выходе штока из гидроцилиндра входе штока в цилиндр Одностороннего действия с односторонним штоком
/>
/> Двухстороннего действия с односторонним штоком
/>
/> Двухстороннего действия с двухсторонним штоком
/>
/>
/>
/>
2.5. Определение потребной подачи насоса,
/>.
где Ку – 1,1 — 1,3 – коэффициент утечек,учитывающий суммарно все утечки в элементах гидросистемы от насосов догидроцилиндра;
Z –количество гидроцилиндров в гидросистеме.
2.6. Определение наибольшего Qнаиб и наименьшего Qнаим расходов рабочей жидкости (для гидроцилиндров двухстороннегодействия)
/>
/>
/>,
/>.
Таблица.5.
Распределение расхода рабочейжидкости в магистралях гидросистемы с гидроцилиндром двухстороннего действия содносторонним штоком.Наименование магистрали Обозначение магистрали
Расход, м3/с при Выходе штока из гидроцилиндра Входе штока в гидроцилиндр Напорная н — р
422.4 · 10-6
422.4 · 10-6 Исполнительная, соединяет распределитель и нештоковые полости гидроцилиндров. р — нш
760 · 10-6
352 · 10-6 Исполнительная, соединяет распределитель и штоковые полости гидроцилиндров. р — ш
105.6 · 10-6
760 · 10-6 Сливная р — б
105.6 · 10-6
1689.6 · 10-6
2.7. Выбор диаметров трубопроводов
Внутренний диаметр трубопровода определяют по формуле
/>,
где Q – наибольший расход на расчетном участке гидролинии,м3/с;
V –допускаемая скорость движения жидкости, м/с.
Для напорной линии:
/> принимаем dн-р = 16 мм
Для исполнительной линии, соединяющий распределитель инештоковые полости гидроцилиндров:
/> принимаем dр-нш = 16 мм
Для исполнительной линии, соединяющий распределитель иштоковые полости гидроцилиндров:
/> принимаем dр-ш = 20 мм
Для сливной линии:
/> принимаем dр-б = 40 мм
2.8 Выбор рабочей жидкости
Таблица 6.
Техническая характеристика рабочей жидкости.Марка рабочей жидкости
Удельный вес, Н/м3 при 20 оС
Коэффициент кинематической вязкости ν∙106 м2/с при температуре оС
Температура оС
Диапазон рабочих температур оС +50 +20 -20 -40 застывания вспышки МГ-30 8850 30 140 7000 -- -35 190 -20 — +80
2.9. Выбор гидроаппаратуры
2.9.1. Выбор реверсивного золотниковогогидрораспределителя.
Таблица 7.
Техническая характеристика гидрораспределителя.Типоразмер
Qmax∙103, м3/с
Рраб, МПа ∆р, МПа
∆Qут, см3/мин Г74-16 2.84 0.3 – 8 0,2 До 50
/>
2.9.2. Выбор фильтра
Таблица 8.
Техническая характеристика фильтра.Типоразмер Тонкость фильтрации
Qmin·105, м3/с при ∆р=0,1 МПа и ν0=80·10-6, м2/с ∆р, МПа
рном, МПа 0,2Г41 — 14 0,2 117 0,2 6,4
/>,
где ∆р – перепад давления на фильтре примаксимальном расходе;
Qмакс – пропускная способность фильтра при перепаде ∆ри определенной вязкости жидкости;
Qф – фактический расход через фильтр.
2.9.3. Выбор предохранительного клапана.
Таблица 9.
Техническая характеристика предохранительного клапана.Типоразмер
Q∙103, м3 /c, min — max р, МПа, перед клапаном
∆р, МПа, при Qmax БГ54 – 14 0,05 – 1.17 0.6 — 5 0,6
2.9.4. Выбор манометра
Таблица 10.
Техническая характеристика манометра.Типоразмер Диаметр корпуса Класс точности Верхние предельные измерения, МПа Основная допустимая погрешность, % Расположение фланца МТ – 1 60 4 1; 1,6; 2,5; 4,0 ±4,0 Без фланца
2.10. Определение потерь давления в гидролиниях
Потери напора на каждом участке гидролинии определяемпри рабочем ходе как сумму линейных и местных сопротивлений.
Линейные потери напора определяем по формуле
/>,
где />-удельный вес рабочей жидкости, Н/м3;
/> - коэффициент сопротивления трения по длине;
ℓ — длина магистрали, м;
dт – диаметр трубопровода, м;
S –площадь сечения потока в трубопроводе, м2;
Q –расход рабочей жидкости через магистраль, м3/с.
Определение линейных потерь напора для напорной линии:
/>
/>
/>
/>
/>
Определение линейных потерь напора для исполнительной линии.
/>
/>
/>
/>
/>
Определение линейных потерь напора для сливной линии:
/>
/>
/>
/>
/>
Местные потери напора ∆рм определяемпо формуле
/>,
Для напорной линии:
/>
Для исполнительной линии:
/>
Для сливной линии:
/>
Определив линейные и местные потери на данном участкетрубопровода, находим (суммированием) общие потери на участке магистрали.
Для напорной линии:
/>
Для исполнительной линии:
/>
Для сливной линии:
/>
2.11. Определение усилий трения в гидродвигателе.
Усилие трения в гидроцилиндре равно:
/>,
где Rп и Rш – усилия трения соответственно в уплотнениях поршня иштока.
Расчет сил трения в уплотнениях поршня или штока ведутпо приближенной формуле.
Для резиновых колец круглого сечения
/>,
где d – диаметр уплотняемой поверхности, м;
qр – сила трения на 1 м длины уплотнения, МН/м.
Значения qр в зависимости от диаметра сечения резинового кольца d идавления рабочей жидкости при предварительном (монтажном) сжатии определяетсяпо номограмме (рис. 2).
Выбор резиновых манжет для уплотнений гидроцилиндровпроизводят по ГОСТ 6969-54, а резиновых колец – по ГОСТ 9833-61.
/>
/>
/>
2.12. Определение величины давления нагнетания
Величину давления нагнетания определяют по силовойхарактеристике гидроцилиндра.
Силовой характеристикой гидроцилиндра является зависимостьмежду давлениями в полостях цилиндра; усилием трения поршня и штока и усилиемна штоке.
/>
Рис. 2. Номограмма для определения qр
Силовые характеристики, например, гидроцилиндрадвухстороннего действия с односторонним штоком (рис. 3) имеют вид:
— при выходе штока из цилиндра:
/>,
— при входе штока в цилиндр:
/>,
где рнш и рш – давление внештоковой и штоковой полостях цилиндра;
Fнш и Fш –площади поперечных сечений цилиндра и штока;
Rтр – сила трения в уплотнениях поршня и штока;
Рвых и Рвх – полезные усилия наштоке при выходе штока из гидроцилиндра или входе в него.
/>
Рис. 3. Схема силового гидроцилиндра двухстороннегодействия с односторонним штоком
При расчете конкретных гидросистем с конкретным гидроцилиндром,например, двухстороннего действия с односторонним штоком (см. рис. 2 и 3),когда рабочий ход совершается при входе штока в гидроцилиндр, давления рнши рш будут равны:
/>,
/>.
В формулах рн-р; рр-нш; рр-б– потери давления в магистралях: соответственно насос – распределитель;распределитель – нештоковая полость; распределитель – бак.
∆рдр, ∆рр,∆рф– потери давления соответственно в дросселе, распределителе, фильтре присоответствующих расходах рабочей жидкости.
/> />
2.13. Выбор насоса
Таблица 11.
Техническая характеристика насоса.Типоразмер
Рабочий объём q, 10-3 м3/с Рабочее давление МПа Частота вращения об/мин Потребляемая мощность кВт Объёмный КПД БГ11 – 24 1,17 2,5 1450 5/4,5 0,85
2.14. Определение объемных потерь (утечек) жидкости
Общие потери жидкости в гидросистеме складываются из потерьв насосе ∆Qут.н,гидрораспределителе ∆Qут.р,дросселе ∆Qут.др ипотерь в гидроцилиндре ∆Qут.ц (см.рис. 12), т.е.:
/>
Каждый из перечисленных видов потерь можно выразитьчерез удельную утечку, которая представляет собой величину утечки (м3/с),отнесенную к единице давления. В паспортах на гидравлическое оборудованиеприводятся утечки ∆Qут приноминальном (или максимальном) давлении, поэтому удельные утечки будут равны
/>
Удельные утечки в насосе определяются по формуле
/>,
/>
/>
где q – рабочий объем насоса (удельная подача насоса за один оборот), м3/об;
n –число оборотов насоса, об/с;
Qmax и (рн)max –соответственно максимальная подача и максимальное давление насоса;
η0 – объемный КПД насоса.
Общие потери жидкости в гидросистеме будут:
/>,
где />.
/>МПа
/>
2.15. Определение гидравлических потерь в гидросистемево время рабочего хода
/>
/>
2.16. Определение КПД гидропривода
Гидравлический КПД гидропривода:
/>
Объемный КПД гидропривода:
/>.
Механический КПД гидропривода учитывает механическиепотери в насосе и гидроцилиндрах. Механический КПД насоса ηмнравен 0,99. Механический КПД гидроцилиндра:
/>,
где Рп – полезное усилие,создаваемое поршнем от давления в полости цилиндра. Оно равно:
/>Н
Здесь />.
/>
Механический КПД гидропривода будет:
/>.
Общий КПД гидропривода:
/>.
3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ГИДРОСИСТЕМЫ
Тепловой расчет гидросистемы производится дляуточнения теплового режима рабочей жидкости в необходимости установки в гидросистеметеплообменника (холодильника). Мощность, Вт, превращаемая в тепло:
/>,
/>
где Nн = рнQн –мощность насоса, Вт;
рн – давление насоса, Н/м2;
Qн – подача насоса, м3/с;
η – общий КПД гидропривода.
Потери мощности в гидросистеме и есть количествовыделенного тепла, т.е.
/>.
Суммарная поверхность теплообменника (или бака),необходимая для поддержания заданной температуры рабочей жидкости, приизвестной температуре окружающей среды будет:
/>,
где Крг = τрг/τс– коэффициент продолжительности работы гидропривода под нагрузкой;
τрг – время работы гидропривода поднагрузкой, ч;
τс – полное время смены, ч;
к – коэфиициент теплопередачи от жидкости к воздухучерез наружную поверхность гидробака;
к = 10 — 15 Ккал/м2∙°С = (10 –15)1,163 Вт/ м2∙°С – для гидробаков с естественным воздушнымохлаждением (открытая вентилируемая поверхность);
tж, tв –температура соответственно масла и окружающего воздуха, °С.
Чтобы установить необходимость принудительногоохлаждения, сначала нужно сконструировать бак.
Если поверхность наружных стенок бака Sб окажется меньше вычисленной, то необходима установкахолодильника.
Объем бака Vб принимают равным двух – трехминутной производительностинаоса Qн, т.е.:
/>.
Задаемся соотношением ширины, высоты и длины бака ввиде прямоугольного параллелепипеда, как 1:2:3. Обычно бак заполняется рабочейжидкостью на 0,8 высоты. Если обозначить ширину бака через x,объем жидкости в баке Vб = x2(0,8x)3 x = 4,8x3.
Определяем размеры бака: ширина />, высота 2x,длина 3x.
Находим площадь поверхности бака, участвующую вохлаждении рабочей жидкости:
/>,
где S1 –суммарная площадь поверхностей бака, омываемых жидкостью;
S2 – суммарная площадь боковых поверхностей, неомываемых жидкостью. У этих поверхностей эффект охлаждения в 2 раза меньше.
S1= 15,8 x2 = 15.8 ∙ 0.0562 = 0.05 м2;
S2 = 3,2 x2 = 3,2 ∙ 0.0562 = 0.01 м2.
/>
Из сравнения поверхностей Sт и Sб делаетсязаключение о необходимости установки холодильника, т.к. Sт>Sб,необходима установка холодильника.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лебедев Н.И. Объемный гидроприводмашин лесной промышленности. — М.: Лесн. пром-сть, 1986.
2. Халтурин В.М., Мамаев В.В.,Пушкарева О.Б. Гидрооборудование машин лесной промышленности: учеб. Пособие,Екатеринбург, 2001.
3. Анурьев В.И. Справочникконструктора-машиностроителя. — М.: Машиностроение, 1980.
4. Вильнер Я.М., Ковалев Я.Т.,Некрасов Б.Б. и др. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам игидроприводам. Минск: Вышайшая школа, 1976.