МІНІСТЕРСТВООСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ХАРКІВСЬКИЙНАЦІОНАЛЬНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ УНІВЕРСИТЕТ
Механічнийфакультет
КафедраМБЖД
Курсоваробота
здисципліни «Гідрообладнання будівельних і дорожніх машин»
Виконав ст.гр. М-52
Жестаков Є.І.
Перевірив: доц. Аврунін Г.А.
Харків2010
Методикарозрахунку об'ємного гідропривода зворотно-поступального руху (з гідроциліндром).
1. Вихідними даними для розрахунку об'ємного гідропривода є:
1.1 Зусилля,що розвиваються гідроциліндром при підводі РЖ в різні порожнини: бесштокові(поршневу) F2 і штокову F1 для гідроциліндрів двосторонньої дії, Н;
1.2. Хідпоршня /> гідроциліндра,мм;
1.3. Час tпереміщення поршня гідроциліндра з одного крайнього положення в інше (прямийхід при русі штока назовні і зворотний хід при русі штока всерединугідроциліндра), с;
1.4. Конструктивні особливості гідроциліндра в частині кріплення штока ікорпусу (на проушинах, лапах, цапфах та інші);
1.5. Значення номінального Pном (опускається прироботі без обмеження за часом) і максимального Pмакс тисків, якими зазвичай задаються виходячи з номенклатури гідропристроїв (насоса, гідроциліндра і гідроапаратури управління і захисту відперевантажень), МПа;
1.6. Значення номінальної частоти обертання приводить двигуна Nдві насоса гідропривода, хв-1;
1.7. Діапазон зміни швидкості гідроциліндра в експлуатації (принеобхідності).
Метою розрахункуоб'ємного гідропривода є визначення: діаметрів поршня і штока (плунжера)гідроциліндра; швидкості переміщення поршня (плунжера); витрати, споживаногогідроциліндром; допустимого навантаження на гідроциліндр; робочого об'ємунасоса і потужності приводить двигуна, ККД об'ємного гідропривода, діаметритрубопроводів і умовний прохід гідроапаратів.
Гідравлічнапринципова схема об'ємного гідропривода з дросельним регулюванням швидкостігідроциліндра представлена на рис. 1 і включає наступні гідро пристроїв: насосH з призводить двигуном «М»; гідроциліндр Ц; гідро розподільник P(четирехлінейний, трипозиційний з електромагнітним керуванням, 14-а схемакомутації каналів в середньому положенні — канали р, А, В і Т об'єднані і томунасос H розвантажений від тиску); гідро дросель ДР на вході в гідроциліндр;запобіжний клапан КП; манометри MH1… МН3; гідробак Б.
На рис. 2 представлена принципова гідравлічна схема об'ємногогідропривода з машинним (об'ємним) регулюванням робочого об'єму насоса H ігідроциліндром Ц двосторонньої дії і одностороннім штоком. Робоча рідинанагнітається насосом H до двохпозиційного четирехлінейному Золотниковігідророзподільники P (шифр схеми — 574), забезпечене рукояткою для переміщеннязолотника і фіксатором положення. При надходженні робочої рідини вбесштокові порожнину (як показано на рисунку) шток гідроциліндра переміщається вправо (прямий хід), при перемиканнігідророзподільника P в крайнє ліве положення шток рухається вліво (зворотнийхід). Для захисту від перевантажень служить запобіжний клапан КП (вимірюваннятиску по манометру MH), при відкритті якого робоча рідина зливається в гідробак Б.
/>
Рис. 2 — Гідравлічнапринципова схема гідропривода з машинним (об'ємним) регулюванням швидкостігідроциліндра Ц
РОЗРАХУНОКДІАМЕТРУ ПОРШНЯ І ВИБІР ГІДРОЦИЛІНДРА
Для гідроциліндрів зоднобічним штоком (рис. 3) попередньо визначають діаметр поршня, нехтуючиплощею штока, за наступною формулою
/> (1)
де /> -зусилля, діюче на поршень (зовнішнє навантаження, яка є заданим значенням), Н,
/> — тискна вході в гідроциліндр, значення якого має становити близько 75% відномінального
/> (2)
/> — гідромеханічний ККД гідроциліндра (для сучасних конструкційзадаються />).
Діаметр поршня /> округлюють у більшу сторону /> виходячи зі стандартних значень: 18, 22, 25, 28,32, 36, 40, 45, 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100; 110; 125; 140; 160; 180; 200; 220; 250 і 320 мм, кожному з яких відповідає стандартне значення штока, /> (якщо номенклатурою гідроциліндрів передбачається два або більшезначень діаметрів штока, то попередньо приймають менше з них).
Приймаються якому відповідаєстандартне значення штока
Далі зурахуванням стандартного значення діаметра штока уточнюють діаметр поршня
/> (3)
де />
Перепад тиску між входом івиходом з гідроциліндра (поршневий і штокової порожнинами), МПа,
/> — тиск на виході з гідроциліндра (у штокової порожнини),зазвичай знаходиться в межах /> МПа, причому більшезначення приймають для гідроприводів з установкою фільтру або маслоохладителя взливний лінії.
При вибранихзначеннях /> і /> проводять перевірку нафункціонування гідроциліндра при тягнучої навантаженні, коли шток рухаєтьсявсередину гідроциліндра (підводі тиску робочої рідини в штокову порожнину)
/> (4)
Якщо умова(4) не виконується, то необхідно збільшення площі штокової порожнини за рахунокзбільшення діаметра поршня.
Уточнюютьробочий перепад тисків, необхідний для подолання зовнішнього навантаження привибраних діаметрах поршня і штока гідроциліндра (робочий перепад тисків)
/> (5)
який неповинен перевищувати від номінального тиску насоса /> (для підвищення довговічності об'ємного гідропривода рекомендується неперевищувати тиск більше 75% від номінального для насоса).
РОЗРАХУНОК ШВИДКОСТІ ПОРШНЯ
Розрахунокшвидкості поршня проводять з теоретичних формулами виходячи з високого рівнягерметичності сучасних ущільнень, що забезпечують об'ємний ККД гідроциліндрівблизьким 100%. Значення швидкості не повинні перевищувати допустимого значення,що приводиться виробником гідроциліндрів в каталозі (зазвичай, не більше 0,5 м/с).В іншому випадку необхідно в об'ємному гідроприводіпередбачити дросель для обмеження витрати робочої рідини, що подається до гідроциліндра
/> (6)
/> (7)
де /> - площа поршня, мм2.
/>
Швидкістьпоршня гідроциліндра при підводі робочої рідини в штокову порожнину (зворотнийхід чи рух штока всередину гідроциліндра)
/> (8)
/>
де /> — витрата, що підводиться в штокову порожнину, значення якогоможе бути дорівнює витраті, що подається в поршневу порожнину /> або менше /> і якщо значення швидкостіперевищує допустиму. Попередньо в формулу (8) підставляють /> і якщо значення швидкостіперевищує, /> то витрата обмежують установкою дроселя або зміною робочогооб'єму в регульованому насосі, а максимальне значення витрати визначають заформулою
/> (9)
ВИЗНАЧЕННЯ НАВАНТАЖЕННЯ, ВІДПОВІДНОЇ ВТРАТИ ГІДРОЦИЛІНДРА
Навантаження,що відповідає втраті поздовжньої стійкості гідроциліндра, визначають заформулою Ейлера
/> (10)
де E — модульпружності матеріалу (для сталі),
J — момент інерції перерізугідроциліндра
/> (11)
де /> — зовнішній і внутрішній діаметри гідроциліндра, відповідно, мм,
Sк — приведена довжина ходу гідроциліндра
/> (12)
де l — довжинагідроциліндра з висунутим штоком, мм,
к — коефіцієнт, що залежитьвід схеми кріплення кінців гідроциліндра:
к = 2.0 — якщо один кінець гідроциліндра жорстко закріплений, а другий вільно спираєтьсяна долаємо навантаження;
к = 1.0 — якщо обидва кінцігідроциліндра закріплені шарнірно;
к = 0.7 — якщо один кінець закріплений шарнірно, а другий жорстко закріплений;
к = 0.5 — якщо обидва кінціжорстко закріплені.
Примітка: У курсовій роботіприйняти для всіх варіантів к = 1.0.
Максимальнудопустиме навантаження на шток гідроциліндра визначають при коефіцієнті запасуn = 3.5
/> (13)
Приправильному виборі гідроциліндра повинна виконуватися умова
/> (14)
у противному випадку діаметрпоршня гідроциліндра збільшують.
ПОПЕРЕДНІЙ РОЗРАХУНОК ТИСКУ У ОБ`ЄМНИХ ГІДРОПРИВОДІВІ ВИЗНАЧЕННЯ РОБОЧОГО ОБ`ЄМУ НАСОСА
Тиск, щорозвивається насосом для забезпечення функціонування гідроциліндра із заданоюзовнішнім навантаженням, залежить від наступних факторів
/> (15)
де /> — тиск на виході (зливі)гідроциліндра, значення якого визначається гідравлічним опорам РЖ на виході згідроциліндра, наприклад, втратами тиску в трубопроводі, фільтрі,теплообмінному апараті (маслоохолоджувачі), МПа,
/> — гідравлічні втрати тиску РЖ подовжині вхідного трубопроводу від насоса до гідроциліндра, включаючи втрати вГідроапарати (наприклад, в гідророзподільники, регуляторі витрати, зворотномуклапані, фільтрі та інші.) Ці втрати підлягають гідравлічному розрахунку,однак, як правило, значення цих втрат не повинно перевищувати 5% від робочого тиску длязабезпечення високого значення загального ККД гідроприводу
/> (16)
Шляхомзіставлення значення витрати /> і номінальною подачі насоса по таблиці 2 і 3підбирають попередньо типорозмір (шифр) і значення об'ємного (коефіцієнтаподачі) і загального ККД насоса, які необхідні для подальшого розрахунку.
Визначаютьмаксимальну теоретичну подачу насоса, що забезпечує максимальну швидкістьгідроциліндра
/> (17)
де /> - витрата, споживаний гідроциліндром, якийдорівнює фактичної (необхідної) подачі насоса
/> (18)
/> — об'ємний ККД насоса (або коефіцієнт подачі, значення якогодля сучасних конструкцій насосів перебувати в межах 0,9… 0,98). Значення /> приймають по табл.2 або 3згідно заданому значенню номінального тиску />
Визначають робочий об'ємнаносів (попередньо), що забезпечує необхідну подачу РЖ при заданіймаксимальній частоті обертання приводить двигуна
/> (19)
де /> - номінальна частота обертання вала призводитьдвигуна насоса
(/>), />
/> — коефіцієнт, що враховує зноснасоса, гідроциліндра і гідроапаратів при експлуатації (призначають в межах/>).
Робочийоб'єм насоса уточнюють по каталогу, округляючи до найближчого більшого значенняз номенклатурного ряду насосів. />
Слідзвернути увагу на те, що при виборі насоса з регульованим робочим об'ємомспоживаний гідроциліндром витрата і подача насоса збігаються (18), а при виборінасоса з постійним робочим об'ємом подача насоса завжди більше споживаноговитрати
/> (20)
що обумовлено округленнямзначення робочого об'єму насоса і введенням коефіцієнта більше одиниці. Тому для отримання необхідної швидкості поршнязастосовують дросельні способи регулювання витрати в гідроциліндр, пов'язані зперепуском частині подачі насоса через переливний клапан (дросель встановленопослідовно до гідроциліндра) або через дросель в гідробак (установка дроселя напаралельному потоці).
РОЗРАХУНОК ККД ОБ`ЄМНОГОГІДРОПРИВОДУ
Визначаютьмаксимальну механічну потужність об'ємного гідропривода (зустрічаються також терміни- вихідна, ефективна і корисна потужність)
/> (21)
де значеннязусилля є заданим (Н), а швидкість (м / с) визначають за формулами (6) або (8).
Розрахунок споживаної насосомпотужності
Привикористанні насоса з регульованим робочим об'ємом, споживана потужність складе
/> (22)
де /> - тиск на виході насоса, МПа,
/> — фактична подача насоса, л/хв,
/> — ККДнасоса (загальний),
/>-. гідромеханічнийККД насоса.
У технічнійхарактеристиці насосів призводять значення загального ККД і коефіцієнта подачі,/> тому гідромеханічний ККД визначають за формулою:
/> (23)
а значення /> і /> визначаютьз виразів (18) і (15).
Привикористанні насоса з постійним робочим об'ємом і дросельним способомрегулювання витрати до гідроциліндра, його теоретичну подачу визначають заформулою:
/> (24)
і далі споживану потужністьнасоса
/> (25)
Визначають загальний ККДоб'ємного гідроприводу при максимальній швидкості гідроциліндра:
/> (26)
Визначаютьнастановну потужність приводить двигуна з застосовуваним на практицікоефіцієнтом запасу
/> (27)
Споживананасосом потужність не повинна перевищувати потужності не повинна перевищуватипотужності приводить двигуна, в іншому випадку необхідне коригування завданняна проектування об'ємного гідропривода, наприклад, шляхом зниження максимальноїшвидкості (часу гідроциліндра) переміщення або установки приводить двигунапідвищеної потужності.
ВИБІР ДІАМЕТРА ТРУБОПРОВОДУ І ЗВЕДЕНОГО ДІАМЕТРУ
Внутрішній діаметртрубопроводу визначають за формулою
/> мм, (28)
де /> -витрата робочої рідини (7), л/хв, а при машинному способі регулювання робочогооб'єму насоса замість /> підставляють значення теоретичної подачі />
/> — об'ємний ККД (або коефіцієнт подачі) насоса,
/> — щодопускається швидкість протягом робочої рідини, м/с,
значенняякої вибирають виходячи з наступних рекомендацій за призначенням максимальноїшвидкості течії робочої рідини в трубопроводах і з'єднаннях трубопроводів:
— Длявсмоктуючих трубопроводів, /> м / с або не більше значення швидкості (або не менше тиску),встановленого постачальником насоса (примітка: при розрахунку діаметравсмоктувального трубопроводу у формулі (28) ККД насоса приймають />);
— Длянапірних трубопроводів /> м / с,
— Для зливних трубопроводів /> м / с.
/>
/>,
/>.
Діаметритрубопроводів округлюють згідно значенням умовних проходів.
Умовнимпроходом гідропристроїв називається округлений до найближчого значення ізвстановленого ряду діаметр кола, площа якого дорівнює площі характерногопрохідного перерізу каналу гідропристроїв або площі прохідного перерізуприєднується трубопровода (41). Умовні проходи вибирають з ряду по ГОСТ16516:1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10; 12; 16; 20;25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200 і 250 мм.
Швидкість увсмоктуючому трубопроводі жорстко пов'язана з можливостями функціонуваннянасосів без кавітації, швидкості напірному та зливному трубопроводахвстановлюють у результаті розрахунку ККД гідропривода і виконання умови (16),тому в гідроприводах високих тисків швидкості досягають 8 м / с і більше.
Даліпроводять уточнений розрахунок ККД гідропривода для робочого режиму зурахуванням уточнених значень втрат тиску (14) на основі гідравлічногорозрахунку трубопроводів і даних по втратах тиску в гідропристроїв (зазвичайвиробники гідрораспреділітелей, дроселів, зворотних клапанів, теплообміннихапаратів і фільтрів призводять графічні залежності перепаду тиску від витратиробочої рідини при різних значеннях коефіцієнта кінематичної в'язкості). Якщо при проектуванні об'ємного гідропривода швидкостітечії робочої рідини не перевищують 4 м/с для зливного і 5 м/с длянагнітального трубопроводів, а умовний прохід гідрораспреділітелей, клапанівтиску (зворотних і гідрозамки), дроселів, фільтрів і теплообмінних апаратіввідповідає внутрішньому діаметру розрахункових трубопроводів, тогідравлічний розрахунок не проводять і оцінку втрат потужності роблять привипробуванні експериментального зразка об'ємного гідропривода.
Вибір сорту робочої рідини. В якості основного сорту робочої рідини для об'ємнихгідроприводів мобільних машин рекомендується олива типу МГЕ-46В, ТУ38.001347-83
Висновкипо курсовій роботі
1. Обрано гідроциліндр типу16ГЦ100/63ПП-1120 ;
2. Робочий тиск в об'ємному гідроприводі /> ;
3. Дана оцінка стійкості гідроциліндра: володіє стійкістю ;
4. Вибрали насос типу 311.224 ;
5. Потужність двигуна становити />кВт при частоті. обертання />;
6. Вибрані діаметри трубопроводом відповідно до нормального ряду умовнихпроходів /> мм;
/>мм;
/>мм;
7. Загальний ККД об'ємного гідропривода дорівнює />.