Содержание
Введение
1.Описание шлифовального станка модели ЗУ131М и его функциональное назначение
2.Описание гидравлической схемы шлифовального станка модели ЗУ131М… 6
3.Выбор и обоснование номинального давления в гидросистеме привода, выбор рабочейжидкости
4.Определение основных параметров гидродвигателей и их выбор
5.Выбор гидроаппаратов управления и регулирования
6.Выбор трубопроводов
7.Определениеосновных параметров и выбор силового насоса
8.Определение к.п.д. гидропривода
9.Приближенный расчет теплового режима гидропривода.
Приложение
Списоклитературы
Введение
Применение гидропривода встанкостроении позволяет существенно упростить кинематику станков, снизить ихметаллоемкость, повысить точность и надежность работы, а также уровеньавтоматизации производственного процесса.
Широкое использованиегидроприводов в станкостроении определяется рядом их существенных преимуществи, прежде всего возможностью получения больших усилий и мощностей при небольшихразмерах гидродвигателей. Применение гидроприводов обусловлено также следующимиосновными факторами:
-простота осуществлениялинейных перемещений механизмов с помощью гидроцилиндров, простотапреобразования вращательного движения в возвратно-поступательное;
-малые габариты и малаяинертность, динамические характеристики;
-малая удельная масса,т.е. масса гидропривода, отнесенная к передаваемой мощности;
-возможностьбесступенчатого регулирования скорости движения исполнительного механизма;
-высокая надежностьгидрооборудывания при длительной работе;
-достаточно высокоезначение КПД, повышенная жесткость и долговечность.
Перечисленныепреимущества гидропривода обуславливают его дальнейшее совершенствование иразвитие по пути повышения эффективности и надежности станков и автоматическихлиний.
Основными элементамиобъемного гидропривода являются объемные гидромашины, гидроаппаратура,гидролинии и вспомогательные устройства. Объемный гидродвигатель (силовойгидроцилиндр, гидромотор) является потребителем энергии, он преобразует энергиюжидкости в механическую энергию выходного звена гидропривода. Объемный насосслужит источником энергии рабочей жидкости. Гидроаппаратура состоит изустройств, осуществляющих управление гидропривода, выполняя распределительные ирегулирующие функции. Гидролинии — это трубопроводы и каналы, связывающиеотдельные элементы гидропривода. Вспомогательные устройства объединяютразличные кондиционеры рабочей жидкости, обеспечивающие ее качественноесостояние. К этим устройствам относятся гидропреобразователи, аккумуляторы,фильтры, теплообменники, емкости.
Курсовая работа по курсугидропривод и гидропневмоавтоматика заключается в проектировании и расчетекомплексного гидропривода 1-48-3У131, предназначенного для питания гидросистемыи дистанционного управления движением гидрофицированных органовплоскошлифовального станка с прямоугольным столом 3У131.
1. Описание шлифовального станка модели ЗУ131М и его функциональноеназначение
Предназначен для наружногои внутреннего шлифования цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, атакже плоских фланцевых поверхностей в условиях единичного и мелкосерийногопроизводства. Изготовитель: Лубенский станкостроительный завод«ШлифВерст», ОАО, 1986 г.в.2. Описаниегидравлической схемы шлифовального станка модели ЗУ131М
Гидросистема станкапредназначена для обеспечения следующих функций:
1. Перемещение стола срабочей скоростью правки.
2. Блокировка механизмаручного перемещения стола.
3. Перегон стола.
4. Подвод и отводшлифовальной бабки.
5. Отвод пиноли заднейбабки.
6. Периодические подачипри реверсах стола.
7. Переключение муфтымеханизма подач при установочном перегоне шлифовальной бабки.
Насосная установка ибольшая часть аппаратуры управления вынесены в отдельно стоящую гидростанину.Маркировка гидроаппаратов гидростанции 1-48-3У131 выполнена в соответствии сгидросхемой на указанную станцию. Гидропанель реверса стола, кран подачи, крануправления и дроссели, регулирующие скорость перемещения стола, размещены вокне передней стенки станины.
Насосная установкасостоит из сдвоенного лопастного насоса 3(1) и 3(2). Меньший насос 3(2) включенв систему постоянно; больший насос 3(1) обычно разгружен на слив через стоповойзолотник 31 гидропанели и подключается в систему только при включенииперемещения стола. Обратные клапаны 6 и 12 предохраняют систему от инерционнойразрядки при выключении гидропривода.
В качествепредохранительных клапанов используются напорные золотники 11 и 10; слив изпоследнего соединяется с магистралью подачи масла от насоса 3(2). Фильтрациявсего масла осуществляется фильтром 7(2), фильтрация от насоса 3(1) фильтром7(1).
Включение перемещениястола, быстрого подвода и отвода шлифовальной бабки и перегона столапроизводится одной рукояткой 21.
Пуск гидравлическогоперемещения стола для осуществления цикла шлифования производится приподведённой шлифовальной бабке наклоном рукоятки управления 21 вправо. При этоммасло от насосной установки через среднее сечение крана 20 проходит к цилиндруотключения механизма ручного перемещения стола 17. После отключения этогомеханизма масло через точку 83 поступает под торец стопового золотника 31 иперемещает его в лево (по схеме). В зависимости от положения золотника 33 маслопоступает в правую или левую полость цилиндра перемещения стола 25. Изпротивоположной полости этого цилиндра масло вытесняется на слив через каналыгидропанели, правое сечение крана 20, дросселя 36.
Скорость перемещениястола при шлифовании определяется настройками дросселя 35.
Для правки шлифовальногокруга рукоятку управления 21 необходимо наклонить влево. Слив масла изнерабочей полости гидроцилиндра происходит через каналы гидропанели, правоесечение крана 20, дроссель правки 36.
Скорость перемещениястола при правке определяется настройкой дросселя 36.
Включениегидравлического перемещения стола производится возвратом рукоятки управления ввертикальное положение. При этом среднее сечение крана 20 соединит точку 105стопового золотника 31 через обратный клапан 19 со сливом по линии 50-101.
Пружина стоповогозолотника возвращает последний в правое положение. Полости гидроцилиндра 25через проточки золотника 31соединяются между собой и сливом по линии 106-88.
При этом насос 3(1)разгружается, давление разгрузки равно 0,3…0,5 МПа, благодаря чему непроисходит подсос воздуха в гидроцилиндр.
Одновременно цилиндрблокировки механизма ручного перемещения стола сообщается со сливом по линии82-58-60-101, вследствие чего муфта этого механизма будет включена пружиной истанет возможным перемещение стола поворотом маховика.
При перемещениизолотника 32, в крайних положениях стола, через упоры стола, рычаг реверса 34,масло поступает к правом или левому торцу реверсивного золотника 33 иперемещает его соответственно в крайнее правое или левое положение.
Вследствие этого полостигидроцилиндра перемещения стола 25 попеременно соединяются с давлением исливом, что приводит к автоматическому изменению направления движения стола.Длина хода стола определяется положением упоров реверса.
При помощи дросселей 29и 30 осуществляется регулировка задержки стола при реверсах, а при помощидросселей 27 и 28 регулировка плавности разгона стола после реверса. Рычагреверса 34 можно опустить, чтобы он мог пройти под упорами стола. Это даствозможность перегонять стол в зону правки, не нарушая установки упоров реверса.На станке предусмотрен третий упор реверса для ограничения перемещения столапри выполнении правки шлифовального круга.
Для полученияосциллирующего движения стола с ходом 3мм нужно свести упоры до касания срычагом реверса 34, а рукоятку управления 21 поставить в положение шлифования.Число ходов в минуту настраивается дросселем 36.
Перегон стола:
Для удобства наладкистанка предусмотрена возможность перегона стола вправо или лево с регулируемойскоростью при отведённой шлифовальной бабке.
Для перегона столанеобходимо наклонить рукоятку вправо или влево. При этом масло через левоесечение крана 20 поступит к торцу плунжера 26 или 26(2) которые, перемещаясь,повернут рычаг реверса 34 в сторону соответствующую направлению наклонарукоятки управления 21.
Далее происходит тоже,что и при перемещении стола при шлифовании или правке, но слив из полостигидроцилиндра 25 идёт чрез проточки крана 20. Скорость движения стола приперегоне определяется углом наклона рукоятки управления 21, от которогозависит величина щели сечения рана 20.
Быстрый подвод и отводшлифовальной бабки:
Быстрый подводшлифовальной бабки к изделию осуществляется наклоном рукоятки 21 “На себя”. Приэтом масло от насоса 3(2) через обратный клапан 6 поступает к точке 48золотника 20. Через проточку этого золотника по линии 47-39 масло поступает вверхнюю полость цилиндра 44.
Из нижней полости этогоцилиндра по линии 40-38-49-65 масло идёт на слив через подпорный клапан 31. Вконце быстрого подвода масло идёт на слив по линии 41-159 через проточкузолотника 46(2) и далее по линии 160-38-49-46. При этом происходит торможениебабки при подходе в крайнее положение. Скорость торможения регулируетсяположением упора воздействующего на золотник 45(2).
При быстром отводешлифовальной бабки торможение её в конце хода осуществляется золотником 46(1).Скорость торможения регулируется положением упора воздействующего на золотник.
Отвод пиноли задней бабки:
При нажатии на педальподаётся команда на включение электромагнита 31 золотника 13(3) и маслоподаётся к цилиндру отвода пиноли 45. Отвод пиноли возможен только приотведённой шлифовальной бабке, т.к. подвод масла к золотнику 13(3) происходитпо линии 39-37, т.е. при верхнем положении поршня цилиндра 44.
Переключение муфтымеханизма подач:
При включенииустановочного перегона шлифовальной бабки от электродвигателя включаетсяэлектромагнит 32, который перемещает золотник 13(2). Масло подаётся под тореццилиндра 45, который переключает муфту механизма подач для перегона.
Автоматический отводшлифовальной бабки при перегрузке:
При перегрузке станка(большое усилие на шлифовальный круг), от реле максимального тока подаётсякоманда на электромагнит Э4 золотника 13(1). Последний, перемещаясь вниз,открывает доступ масла от насосной установки по линии 4-58-67-52 под торецзолотника 22, перемещает его вниз и масло под давлением по линии 48-49поступает к золотникам 23 и 24, которые устанавливают кран управления 20 всреднее положение. Рукоятка управления 21 становится в вертикальное положение.Шлифовальная бабка отходит от изделия, стол останавливается.
Разгрузка круговымнаправляющим шлифовальной бабки:
Для подачи масла ккруговым направляющим шлифовальной бабки при разворотах отпускается винтклапана 48, расположенного на станине со стороны гидростанции (наразветвительной планке).
Давление масла в системеопределяется демпфером 49.3. Выбор и обоснование номинальногодавления в гидросистеме привода, выбор рабочей жидкости
Исходя из паспортастанка, выбираем в качестве рабочей жидкости масло “Турбинное – Т22” ГОСТ32-74.Рабочую жидкость заливают перед пуском станка в резервуар 1 через заливнуюгорловину 8 до уровня верхнего маслоуказателя 9.
ρ=850 кг\м3 — плотность жидкости
υ=30 мм2/с-кинематическая вязкость жидкости при рабочей температуре
Жидкость масло “Турбинное– Т22” может быть использована при t=(+10)…(+80) °С
Из паспорта станкарабочее давление равно 1,2…1,6МПа.
По ГОСТ 12445-80 выбираем/>.
Определим максимальноедавление в гидродвигателях:
/>
Принимаем />.4. Определение основныхпараметров гидродвигателей и их выбор
Так как у насдвухштоковый цилиндр, то /> определяемпо формуле
/> , (4.1)
где pсл — противодавление сливной полостигидроцилиндра, pсл=0.2…0.3 Мпа;
ηц-механический КПД гидроцилиндра, ηц=0.95…0.98;
Кш=0.5…0.7;
Fш — усилие штока гидроцилиндра, Fш=2,5 кН;
Принимаем pсл=0.2 Мпа, ηц=0.95, кш=0.6.
/>
Полученное значение /> округляем до ближайшегобольшего стандартного (по ГОСТ 12447-80), />.
По известным параметрам (D,d, l, Pц) выбираем гидроцилиндр
ЦРГ: 50*25*700
Принимаем гидроцилиндр(с двусторонним штоком) со следующими характеристиками D=50 мм; d=25мм; l=700 мм (тип С); Pном=10 МПа.
Расход рабочей жидкостив гидроцилиндре, соответствующий заданной максимальной скорости /> выходного звена
/> , (4.2)
где ηоц-объемныйк.п.д. гидроцилиндра, при уплотнении поршня резиновыми кольцами и манжетамиηоц=1.0;
/>
/> (4.3)
/>
/>
/>5. Выбор гидроаппаратовуправления и регулирования
Гидроаппараты (распределители,клапаны, дроссели, регуляторы потока) и кондиционеры рабочей жидкости (фильтры,гидробаки, гидроаккумуляторы) должны обеспечивать условия надежной работыгидропривода в течение установленного ресурса и по своим эксплуатационнымпараметрам соответствовать значениям, указанным в технических характеристиках.
Основные параметрыгидроаппаратов: диаметр условного прохода dу, округленный до ближайшего стандартного значения,номинальные давления и расход.
Выбираем:
Манометр МПТ-2/4-25×4ГОСТ 8625-77
Напорный золотник ПГ54-22
Напорный золотник ПГ54-24
Клапан обратный ПГ 51-24
Золотник реверсивный сэлектроуправлением 54БПГ 73-12
Клапан обратный Тс 38-11
Золотниквключения манометра
Фильтр пластинчатый 0,08 Г41-13
МаслоуказательТ-30МН176-53
Панельпериодических подач Г8-3М151-43
Демпфер
Цилиндрперемещения рычажного реверса 2
Гидропанель
Дроссель шлифования
Дроссельправки
Золотниктормозной
Теплообменник6. Выбор трубопроводов
Для изготовления жесткихтрубопроводов в гидроприводах станков в основном применяют трубы по ГОСТ8734-75 из стали 20 или медные трубы по ГОСТ 11383-75. Стальные трубы применяютпри всех давлениях и расходах. Их изготавливают бесшовными холоднотянутыми ихолоднокатаными (при d
Медные трубы применяют при p
С целью уменьшения потерьдавления в трубопроводах диаметры их подбирают, так, чтобы по возможностиобеспечить ламинарный режим движения жидкости (Re
Определим внутреннийдиаметр трубопровода:
/> , (6.1)
где Q-расход жидкости;
vТ — скорость в трубопроводе:
во всасывающемтрубопроводе vТ≤1.6 м/с;
сливных vТ=2 м/с;
напорном vТ=2 м/с.
Для всасывающейгидролинии от бака до насоса:
/>
Для сливной гидролинии:
/>
Для напорной гидролинии
/>
Полученное значениедиаметра трубопровода округляем до стандартного по ГОСТ 16516-80: />, />, />.
Толщину стенкитрубопровода определим по формуле для толстостенных труб (при dн/δ>16) с учетом отклонения в размерах диаметра∆d и толщины стенки Кσ:
/> , (6.2)
где рmax-максимально возможное давление втрубопроводе;
dн — наружный диаметр трубопровода;
[σр]- допустимоенапряжение разрыва материала трубы (30…50% временного сопротивления материала),[σр]=0.5·200=100 Мпа,
σв=200…250 Мпа- временное сопротивление для цветных материалов.
Учитывая возможностьвнешних механических повреждений, толщину стенки не следует назначать менее 1.0 мм для цветных металлов и 0.5 мм для сталей.
Всасывающая гидролиния:
/>
Учитывая возможностьвнешних механических повреждений: δ=0,5 мм.
Сливная гидролиния:
/>;
Выбираем δ=0,5 мм.
Напорная гидролиния:
/>;
Выбираем δ=0,5 мм.
Исходя из толщины стенок,принимаем материал трубопровода, саль 40.
Различают три вида потерьдавления в гидроприводе: потери давления на трение жидкости в трубопроводе,потери давления на местных сопротивлениях и потери давления в гидроаппаратуре.
Потери давления на трениежидкости в трубопроводе определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:
/>, (6.3)
где λ- коэффициентгидравлического трения,
l- длина рассматриваемого участкатрубопровода,
d-внутренний диаметр трубопровода,
ρ- плотностьжидкости,
vт — средняя скорость движения жидкости в трубопроводе:
vт=4Q/πd2, (6.4)
На величину коэффициентаλ оказывает влияние режим течения жидкости. Различают два режима:ламинарный и турбулентный. Режим течения определяется безразмерным числомРейнольдса Re. Для трубопроводов круглого сечения:
Re=vтd/υ, (6.5)
где υ- кинематическая вязкость жидкостипри рабочей температуре.
Ламинарный режим теченияпереходит в турбулентный при определенном, критическом значении Reкр=2100…2300 для круглых гладких труб иRe=1600 для резиновых рукавов. Еслирежим течения ламинарный, то коэффициент гидравлического трения определяется поформуле:
λ=64/Re, (6.6)
если режим турбулентный,то
λ=0.3164/Re0.25, (6.7)
Определим потери на трениепо длине
Всасывающая гидролиния
Re=1.5·103·6/30=300;
где υ=30 мм2/с-вязкость жидкости.
Т.к. Re=300
λ=64/300=0,213;
Сливная гидролиния
Re=2·103·5/30=333;
λ=64/333=0,192;
Напорная гидролиния
Re=2·103·5/30=333;
λ=64/333=0,192;
Определяем потери давления на трение по длине по формуле:
/>, (6.8)
где ρ=850 кг\м3;
Всасывающая гидролиния: l=0.2 м; v=1.5 м/c; d=6 мм; λ=0,213
/>МПа,
Сливная гидролиния: l=1.5 м; v=2 м/c; d=5 мм; λ=0,192
/>МПа.
Напорная гидролиния: l=1.3 м; v=2 м/c; d=5 мм; λ=0,192
/>МПа,
Суммарное значение потерьдавления на трение по длине:
ΣΔPТ=0,0067+0,0979+0,0849=0,1895МПа.
Потери давления на местных сопротивленияхопределяются по формуле Вейсбаха:
/> ; (6.9)
где ξ-коэффициентместного сопротивления.
Средние значения местныхсопротивлений приведены в справочной литературе [2], стр. 448.
На схеме есть переходникиξ=0.10, плавные повороты труб под углом 90º,
ξ=0.12, обратныеклапаны ξ=2.
Для всасывающейгидролинии получим:
ΔPм=0.12·2·0.10·1,52/2·850=23Па,
Для сливной гидролинии
ΔPм=0.12·2·0.10·22/2·850=40.8Па,
Для напорной гидролинии
ΔPм=0.12·2·0.10·22/2·850=40.8Па,
Потери на обратныхклапанах
ΔPк.л.=2·2=4 Па,
Потери на штуцерахприсоединяющие трубы к агрегатам
ΔPм=0.1·7=0.7 Па,
ΣΔPм=23+40.8+40.8+4+0.7=109.3Па.
Потери давления вгидроаппаратуре определяется по расчетному расходу Q и параметрам, приведенным в их технических характеристиках
/>, (6.10)
где ΔPmax — потери давления на аппарате примаксимальном расходе Qmax;
n- показатель степени, при ламинарномрежиме течения n=1.0, при турбулентномрежиме n=2.
Рассчитываем потеридавления для фильтра пластинчатого 7(1):
/>МПа.
Рассчитываем потеридавления для фильтра пластинчатого 7(2):
/>МПа.
Рассчитываем потеридавления для дросселя 35 и 36:
/>МПа.
Суммируем потери давленияв гидроаппаратуре
ΣΔPа=0,036+0,144+0,049+0,049=0,278 МПа.
Определим суммарныепотери давления в гидролинии:
/>7.Определение основныхпараметров и выбор силового насоса
Давление насоса pн принимается равным предварительно выбранному номинальномудавлению pном по ГОСТ 12445-80: Pном=1.6 МПа;
Подача насосаопределяется по расходам гидроцилиндров с учетом их одновременной их работы.Чтобы выбранный насос обеспечил расчетную подачу Qн, соответствующую заданной скорости гидроцилиндра, приводнойвал его должен иметь следующую частоту вращения:
/>; (7.1)
где η- объемныйк.п.д. насоса;
По [2] табл.2.3. стр.22выбираем насос пластинчатый нерегулируемый.
Для данного насоса (потабл.2.1,[2], стр18) выписываем следующие характеристики: насос Г12-33А ГОСТ14058-68:
рабочий объем: Vон=40 см3,
объемный КПД: ηон=0.91.
/>мин-1;
Двигатель привода припродолжительном режиме работы следует выбирать моменту, по моменту,определяемому максимально необходимой подачей насоса при максимальном егодавлении.
Мощность двигателя:
N=k·Qном·pном /ηн, (7.2)
где к- коэффициентзапаса, обычно к=1.1;
N=1.1·0,031·1.6·106/0.91·60=0,99кВт.
Определим моментэлектродвигателя:
/>, (7.3)
/>
Выбираем электродвигатель4А80А2У3 со следующими параметрами:
/>
/>8.Определение к.п.д.гидропривода.
к.п.д. гидроприводаопределяется по формуле:
/>, (8.1)
где Nпол — полезная мощность гидродвигателя;
Nн — мощность привода насоса.
Nпол=Fш·Vш, (8.2)
Тогда Nпол=2.5·103·1.5/60=0,31 кВт.
/>
9. Приближенный расчеттеплового режима гидропривода.
Нагрев рабочей жидкостипроисходит за счет гидравлического трения в гидролиниях, а также механическогои вязкостного трения в насосе и гидродвигателях. При нагревании рабочейжидкости свыше 800С ее вязкость и смазочные свойства снижаются.Температуру жидкости можно снизить при помощи охлаждения. При расчетеколичества отводимой в окружающую среду теплоты площадь наружной поверхностиэлементов гидропривода оценивают исходя из объема циркулирующей в них жидкости.Это, в первую очередь, поверхности гидробака, насоса и гидродвигателей. Принепрерывной работе гидропривода в течение времени t (ч) температура рабочей жидкости в гидробаке определяется поформуле:
/>, (9.1)
где То- температураокружающего воздуха;
∆N- потери мощности в гидроприводе;
S- расчетная площадь поверхности гидробака;
К- коэффициенттеплоотдачи от гидробака к воздуху:
/>, (9.2)
где α1- коэф-ттеплообмена между рабочей жидкостью и стенкой гидробака
δ- толщина стенкигидробака (м); λ- коэффициент теплопроводности стенки гидробака (для сталиλ=4,4…5,5Вт/м*0С );
α2- коэф-ттеплообмена между стенкой гидробака и окружающей средой.
Значения коэффициентовα1 и α2 принимаем α1=50, α2=35.
Тогда, /> Вт/м2*0С
Потери мощности вгидроприводе определяются как разность между мощностью насоса и полезноймощностью гидродвигателей:
∆Nпот=Nнас·(1-η), (9.3)
Тогда, ∆Nпот=0,12·(1-0,14)=0,1032 кВт.
Тогда температурарабочей жидкости в гидробаке:
/>
Максимальная температурарабочей жидкости в гидрробаке должна быть не более 850С, в нашем случаеполучилось 200С- условие выполняеться.
Тогда требуемый объемрабочей жидкости в гидробаке можно определить по формуле:
/> (9.4)
/>
Список литературы
1.Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы.М.: Машиностроение,1982.423 с.
2.Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы:Справочник. М.:
1988.512 с.
3.Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам игидроприводам / Я.М.Вильнев, Я.Т.Ковален и др. Под ред. Б.Б. Некрасова. Мн.:Вышэйшая школа, 1985. 382 с.
4.Столбов Л.С., Перова А.Д., Ложкин О.В. Основы гидравлики игидропривод станков. М.: Машиностроение,1988.256 с.
5.Холин К.М., Никитина О.Ф. Основы гидравлики и объемныегидроприводы. М.: Машиностроение,1989.264 с.