Содержание
1. Введение
1.1 Описаниегидравлической схемы станка
1.2 Описание механизмарасфиксации магазина
1.3 Описаниегидропривода механизма расфиксации магазина
2. Расчет ивыбор элементов гидропривода
2.1 Выборрабочей жидкости
2.2 Определениерабочего давления
3. Расчет основныхпараметров гидроцилиндров
3.1Приближенный расчет основных параметров силового гидроцилиндра
3.2 Уточненныйрасчет основных параметров силового гидроцилиндра
3.3 Расчётгидроцилиндра на устойчивость
4. Подборгидромотора
5. Подбортрубопроводов
5.1 Определениерасхода
5.2 Допустимыескорости движения жидкости в трубопроводах
5.3 Условныйпроход трубопроводов
5.4 Соединениетрубопроводов
5.5 Выборгидроаппаратуры
6. Определениепотерь давления и объемных потерь в системе гидропривода
6.1 Определениепотерь давления
6.2 Определениеобъемных потерь в системе гидропривода
7. Выбор насоса
8. Расчет параметровпневмогидроаккумулятора
9. Определениепараметров гидропривода
9.1 ОпределениеКПД гидропривода
9.2 Тепловойрасчет гидропривода
10. Списокиспользуемой литературы
1. Введение
Горизонтальный многоцелевой(сверлильно-фрезерно-расточный) станок с ЧПУ модель ИР800МФ4 предназначен дляобработки с высокой степенью точности (обеспечивает шероховатость обработаннойповерхности Ra 1,25 мкм) малогабаритных корпусных деталей из черныхи цветных металлов в серийном производстве.
/>
Рисунок 1 – Многоцелевойсверлильно-фрезерно-расточный горизонтальный станок с подвижной стойкойИР800МФ4
Технические характеристики
Длина, мм
5388 Ширина, мм 5300 Высота, мм 3455 Класс точности станка по ГОСТ 8-82, ( Н, П, В, А, С ) П Масса станка, кг 10050 Мощность двигателя главного движения, кВт 22 Частота вращения шпинделя min/max, об/мин 21,2/3 000 Тип УЧПУ и емкость инструментального магазина УЧПУ Диаметр шпинделя, мм 105 Ширина стола, мм 800 Длина рабочей поверхности стола, мм 800
Этот станок предназначен длявысокопроизводительной обработки корпусных деталей массой до 1500 кг изконструкционных материалов от легких сплавов до высокопрочных сталей.
Широкий диапазон частотывращения шпинделя и скоростей подач позволяет производить сверление,зенкерование, развертывание, растачивание точных отверстий.
Наличие поворотного стола,устанавливаемого с высокой точностью, расширяет технологические возможностистанка, позволяет обрабатывать соосные отверстия консольным инструментом.
Повышенная степень точностистанка обеспечивает обработку отверстий по 7, 8 квалитетам с шероховатостьюповерхности Rа=2,5 мкм.
Категория качества – высшая.
Высокая степень автоматизациивспомогательных функций станка позволяет встраивать его в автоматическую линиюс управлением от ЭВМ.
Все узлы станка смонтированы нажесткой Т-образной станине, которая является общим основанием.
Лобовая бесконсольнаяшпиндельная бабка расположена внутри портальной стойки.
Поворотный индексируемый столперемещается по отдельной станине, которая крепится на общем основании.
Устройство автоматической сменыинструмента с инструментальным магазином барабанного типа монтируется наверхнем торце стойки.
Все базовые детали имеютобребренную конструкцию и обеспечивают максимальную жесткость и виброустойчивостьпри высокопроизводительной обработке, гарантируют длительное сохранениеточности.
Жесткий шпиндель с диаметром подпередним подшипником 105 мм и конусом № 50 изготовлен из цементируемой стали свысокой поверхностной твердостью (НRC 62). Шпиндель монтируется в отдельномкорпусе на прецизионных цилиндро-роликовых и упорно-радиальном шариковом подшипниках,что обеспечивает оптимальную точность, жесткость и виброустойчивость. Гидромеханическое устройство зажима инструмента в шпинделегарантирует надежность и быстродействие крепления режущего инструмента с усилием1250 кг.
Привод шпинделя станкаосуществляется двухступенчатой коробкой скоростей от электродвигателяпостоянного тока мощностью 14 кВт. В диапазоне 21 – 174 об/мин на шпинделеобеспечивается постоянный момент, а в диапазоне 182 – 3000 об/мин – постояннаямощность.
Автоматическая ориентацияшпинделя с. управлением ЧПУ и механической фиксацией расширяет технологическиевозможности станка, позволяет производить целую серию технологических циклов, вкоторых необходимо отвести резец от рабочей поверхности, не повреждая изделие.
Перемещение подвижных узлов поосям X, Y, Z осуществляется от высокомоментных электродвигателей спостоянным магазином, которые через упругие муфты высокой жесткостинепосредственно соединены с прецизионными шариковыми винтовыми парами,обладающими нагрузочной способностью, жесткостью и долговечностью.
«Силовое удержание» узлов прирезании осуществляется следящим приводом, что исключает необходимостьприменения зажимных устройств.
Совершенные электроприводы подачобеспечивают постоянное время разгона и торможения.
Позиционирование осуществляетсяодновременно по трем координатным осям X, Y, Z.
В подвижных узлах станкаприменена система комбинированных направляющих, состоящих из прецизионныхроликовых опор качения и антифрикционного полимерного материала, обладающегонизким коэффициентом трения и высокой демпфирующей способностью. Направляющие изготовлены из высококачественной закаленнойстали и отшлифованы с высокой точностью и чистотой поверхности.
Телескопическая защита надежнозащищает направляющие и шариковые винтовые нары от попадания стружки исмазочно-охлаждающей жидкости и обеспечивает длительное сохранение точностистанка.
Встроенный поворотныйиндексируемый стол имеет 72 позиции через 5°. Установка стола происходит вавтоматическом режиме.
Для установки и креплениядеталей на поверхности плиты-спутника имеется сетка резьбовых отверстий.
Устройство автоматической сменыинструментов, состоит из вращающегося инструментального магазина барабанноготипа с кодированными гнездами емкостью на 30 инструментов и манипулятора.
Выбор инструмента в любойпоследовательности с последующей гидромеханической фиксацией инструментальногомагазина осуществляется во время механической обработки, Автоматическая сменаплит спутников обеспечивает работу станков в автоматическом режиме, исключая изтехнологического цикла обработки Z время на установку и снятие деталей.Отдельно стоящее гидромеханическое устройство, установленное перед станком,обеспечивает ориентацию и фиксацию плиты-спутника на поворотном столе станка изагрузку-разгрузку плит спутников с помощью ползуна.
Работа гидравлических механизмовна станке обеспечивается аксиально-поршневым насосом переменнойпроизводительности с автоматическимрегулированием расхода, чтогарантирует быстродействие исполнительных и уменьшает нагрев рабочей жидкости.
Управление гидроцилиндрами всехрабочих органов вспомогательных движений производится при помощи блочнойгидроаппаратуры.
В гидросистеме станков встроенгидроаккумулятор с эластичным мешком, что обеспечивает уравновешиваниешпиндельной бабки. Масло гидросистемы охлаждается в теплообменнике с воздушнымохлаждением.
Пневмосистема станкапредназначена для обдува воздухом конусов шпинделя и инструмента, базовыхповерхностей поворотного стола и плит-спутников при их автоматической смене.Работа пневмосистемы осуществляется автоматически с управлением от системы ЧПУ переключениемвоздухораспределителей.
Смазка всех трущихся деталейстанка и подшипников шпинделя – автоматическая централизованная дозированная ототдельной установки, шестерен и подшипников главного привода – непрерывнаяциркуляционная от отдельного насоса, расположенного в гидростанции.
В станке предусмотрены подачажидкой и распыленной смазочно-охлаждающей жидкости взону резания и стокв отдельно стоящий бак по сигналу с ЧПУ. Зона резания имеет ограждение длязащиты оператора и окружающей среды от разбрызгивания эмульсии.
Устройство автоматической сборкистружки исключает затраты рабочего времени на уборку стружки вручную иоблегчает условия рабочего-станочника.
Гидросистема станка осуществляетследующие функции:
— -уравновешиваниешпиндельной коробки специальным гидроцилиндром
— — переключение механических ступеней привода главного движения
— — угловую ориентацию шпинделя
— — смену инструментов манипулятором
— — орексацию инструментального магазина
— — разжим зажим поворотного стола и столов спутников
— — автоматическую смену столов-спутников.
Управление электромоментамигидрозолотников осуществляется устройством ЧПУ.
Обычно гидропривод используетсяиз соображений контактности, плавного регулирования скорости, легкостиполучения поступательного и вращательного движения, хорошего качествапереходного процесса; обеспечивания большого усилия на выходном звене, высокойточности позиционирования, меньшего шума при работе, по сравнению с электро ипневмоприводами.
1.1 Описание гидравлической схемы станка
Станок гидропривода состоит изследующих основных частей:
1 Энерго обеспечивающая часть
2 Исполнительная часть
3 Направляющая, контроле регулирующаяаппаратура
4 Коммуникационная часть
5 Группа управления сигналами
6 Реле с электро управлением
7 Датчики конечных положений
Каждая из выше перечисленныхчастей включает в себя ряд устройств необходимых для работы гидросистемы.
Энергообеспечивающая часть
Это все устройства необходимыедля подготовки гидро жидкости к работе в гидросистемы, элементы объединяются вносовой установке, которая состоит из гидравлического бака специальнойконструкции и выполняет следующее:
1. Хранение
2. В баке происходит отстаивание жидкости, крупные загрязненияуходят в осадок и происходит очищение жидкости. Бак разделен на две части:
а)Жидкость выходит из системы;
б)Жидкость возвращается в насос.
3. Охлаждение жидкости. Объем определенный для обеспечениянормальной работы. Оребренный бак улучшает условия теплообмена.
— Теплообменник устанавливают насливе
— Фильтры удаляют механическиепримеси из жидкости. Бывают:
1. Грубой степени очистки
2. Нормальной
3. Тонкой
По месту установки фильтров,различают приемно-всасывающий водопровод (из бака в насос). В большинствеслучаев на всасывающей линии ставят фильтры грубой очистки. Назначение удалитькрупные примеси не успевшие осесть в осадок. Напорные фильтры устанавливают внапорные линии. Линии высокого давления (за насосом). Сливные устанавливают насливной линии (линия низкого давления), по которой жидкость из гидродвигателяотправляется в бак.
В процессе работы фильтрызасоряются, по мере засорения, увеличивается, сопротивление продукту жидкостииз-за этого снижается, КПД в целом. Определенной настройкой пружины обратногоклапана преувеличение давления на входе в фильтр из-за засорения, пружинаобратного клапана сжимается, и поток жидкости без фильтрации уходит в бак.Обычно фильтры служат индикатором потому, не нарушая работы гидросистемы можнопроизвести очистку фильтра тем самым, уменьшив его сопротивление и возврат егов работу по очистки жидкости.
Аккумулятор
Иногда насосные станции снабжаютгидроаккумуляторами.
Функции:
1 Обеспечить запас рабочейжидкости для того, что бы расходовать ее во время быстрых перемещений работымеханизма. В этом случае повышается эффективность работы гидропривода снеравномерной потребностью подачи, особенно с редкими пиковыми подачами
2 Сглаживать цикл давления прирезком закрытии проходного сечения в трубопроводе или гидроаппарате вгидросистеме возникает резко повышенное давление.
3 Поддерживается постоянноедавление. При подключенном или отключенном потребителе изменяется потребныйрасход жидкости. Если один из потребителей отключается, в системе возникает избытокжидкости. В этом случае она входит в аккумулятор и давление а-оепри избытке жидкости возрастает, возвращается к линейному.
Исполнительная часть
Включает в себя всегидродвигатели. Гидродвигатель поступательного движения – гидроцилиндрами.Вращательные – гидромоторами.
Цилиндры одностороннего идвойного действия. В цилиндре одностороннего действия только в одну сторонупоршень перемещается, под действием рабочей силы обратно возвращается, поддействием пружины или других сил. В цилиндрах двустороннего действия поршеньперемещается в обе стороны за счет рабочей жидкости под давлением.
При одном и том же усилиидвижение поршня разное, при движении в разные стороны т.к. разные площадипоршня с права и с лева. Для получения одинаковых скоростей надо взять дваштока.
Направляющая и регулирующаягидроаппаратура
Вся аппаратура делиться на тричасти в зависимости от назначения:
1. Для управления усилием
2. Для управления перемещения исполнительны механизмов и егоостановок в случае необходимости
3. Для управления скорости перемещения исполнительногомеханизма т.к. v зависит от расхода Q, то это устройство регулирует жидкость,поступающую в гидродвигатель.
Гидроаппаратура для управленияусилием рабочего органа.
Для того чтобы преодолетьвнешнюю нагрузку на рабочем механизме необходимо создать соответствующую силу давленияна поршень таким образом, что бы изменить усилие, действующее со сторонырабочей жидкости на поршень что бы преодолеть изменяющуюся нагрузку необходимоизменить давление в гидросистеме. Изменить давление в линии или на отдельномучастке ее можно с помощью клапанов давления. По назначению различают напорныеи редуктивные клапаны.
Напорные предназначены дляизменения давления либо для ограничения max давления в системе либо дляподержания постоянного давления. Делят на:
— предохранительные
— переливные
Коммуникационная часть игруппа управления сигналами
В станках с программным управлением, копировальнымиустройствами и электрогидравлическими сидящими системами, а так же впромышленных работах применяются дросселирующие распределители, гидроаппаратурас пропорциональным управлением, электрогидравлические шаговые и следящиеприводы. Все эти устройства, по существу, – гидравлические усилители мощности,преобразующие входное механическое или электрическое воздействие всоответствующее перемещение выходного звена с усилием или моментом, достаточнымдля преодоления сил резанья или других нагрузок на рабочих органах.
1.2 Описание механизма расфиксации магазина
Корпус магазина устанавливаетсяна оси и двух платиках па верхнем торце стойки станка. С помощью высоко-моментногоэлектродвигателя осуществляется поворот наружного кольца магазина на роликовыхопорах, которые установлены в радиальном и осевом направлениях на наружнойповерхности корпуса. Механизм поворота включает в себя ведущее зубчатое колесо,установленное на валу электродвигателя, и сцепленный с ним венец колеса свнутренней зубчатой нарезкой, которое закреплено на наружном кольце магазина.Приводное кольцо имеет два паза, взаимодействующих с путевым выключателем. Этивыключатели осуществляют отсчет позиций при повороте магазина и дают команду наего торможение при установке в заданном угловом положении, соответствующем кодугнезда в цикле автоматической смены инструмента. Нулевое положение магазинаконтролируется путевым выключателем, взаимодействующим с упором.
На валу двигателя установленфланец, на котором имеются два полукруглых паза для фиксации магазина в позициисмены инструмента. Фиксация выполняется роликом, установленным па конце штокагидроцилиндра. Контроль фиксации магазина осуществляют два конечныхвыключателя, взаимодействующих с упором, который установлен на штоке. Гнездомагазина состоит из корпуса, который монтируется в пазы кольца, и губок,установленных на осях. Усилие зажима инструмента создается плоской пружиной,охватывающей губки, которая закреплена от поворота штифтами. Направляющий палецфиксирует угловое положение инструмента, попадая при его захвате в один изшпоночных пазов на фланце инструментальной оправки. Осевое перемещениеинструмента (ход 135 мм) при его установке или снятии из шпинделя станкаосуществляется электроприводом осевой подачи ползуна, в конце отвода которогокорпус магазина поворачивается относительно оси. При этом платик выходит изпаза на стойке станка, расфиксируя корпус магазина.
1.3 Описание гидропривода механизма расфиксации магазина
Из бака жидкость по трубампоступает в гидронасос с постоянным направлением потока с электромотором, гдепроисходит отстаивание жидкости. Из гидронасоса жидкость поступает в фильтргрубой очистки служащий для крупных примесей не успевших осесть в осадок. Далеежидкость попадает в обратный клапан, служащий для свободного движения рабочейжидкости в одном направление и перекрытия движения жидкости в обратномнаправлении. После чего двигается к распределителю.
Далее рабочая жидкость поступаетв обратный клапан, предназначенный для свободного проступания рабочей жидкостив одном направление и перекрытия движения жидкости в обратном направление.После чего рабочая жидкость поступает в предохранительный клапан. Отпредохранительного клапана рабочая жидкость поступает в распределитель, а израспределителя в регулирующий дроссель, предназначенный для регулированиярасхода потока рабочей жидкости на входе два (устанавливается последовательно внапорной гидролинии), соединенным с обратным клапаном одностороннего действия.После чего рабочая жидкость свободно поступает в гидроцилиндр.
Слив жидкости происходит вобратном порядке. Из гидроцилиндра рабочая жидкость поступает в регулирующийдроссель параллельно соединенный с обратным клапаном одностороннего действия.После чего рабочая жидкость поступает в распределитель, из него жидкостьпопадает в обратный клапан.
Перед попаданием рабочейжидкости в масленый бак установлена разветвленная гидросистема, разбитая на двеветви. Первая имеет дифференциальный клапан или перепада давления, предназначендля поддержания разности давлений в подводимом и отводимом потоках рабочейжидкости. А так же клапан обратного действия. По второй ветви жидкость проходитфильтр и после этого поступает в масленый бак.
От дифференциального клапанаидет разветвление ветвей. По одной из ветвей рабочая жидкость поступает вмасленый бак через клапан одностороннего действия, по другой ветви жидкостьпоступает в масленый бак через охладители жидкости.
расчет схема гидропривод станок
2. Расчет ивыбор элементов гидропривода
2.1 Выбор рабочей жидкости
Жидкость вгидроприводе предназначена для передачи энергии и надежной смазки его подвижныхэлементов. Жидкость подвергается воздействию в широких пределах давлений,скоростей и температур.
Так как рабочеедавление 2,5 МПа и рабочая температура 450С, то рекомендуетсяприменение масел с вязкостью 60-110сСт.
Опираясь на этиданные, выберем из таблицы 2.2 страница 6 («Расчет гидропривода») марку масла:
Индустриальное20, ГОСТ 1707-51 для которого имеются следующие характеристики:
плотность 890кг/м3, вязкость при температуре +500 С: 17…23 сСт,температура застывания -200С, температура вспышки 1700С,пределы рабочих температур 0…900С.
Найдемкинематический коэффициент вязкости по формуле:
/> (1)
где, /> - кинематическийкоэффициент вязкости см2/c при температуре />, ˚С; n – показательстепени, приведенный в таблице 2.1 в зависимости от вязкости, в градусахЭнглера, при температуре +50˚С.
Вязкость масла в градусах Энглера:
/> (2)
отсюдаn=1,99,следовательно, по формуле 1:
/>
2.2 Определение рабочего давления
Рабочеедавление в цилиндре гидродвигателя назначим ориентировочно от величинытребуемого полезного усилияF:
так какноминальное усилие 4 кН, то в диапазоне F = 10-20 кН рекомендуетсярабочее давление в диапазоне Рр /> (25-40)·105Н/м2.
Выбор величинырабочего давления при проектировании гидропривода производится в соответствии снормальным рядом давлений, установленным ГОСТом. При выборе, расчете ипроектировании гидроприводов необходимо руководствоваться ГОСТ 15445-67 и МН3610-625.
Из нормальногоряда давлений примем рабочее давление Рр= 2,5МПа, а пробное давление 3,8 МПа.
Рабочеедавление определяет возможный длительный рабочий режим гидропривода, а напробное давление производится его испытание.
3 Расчет основных параметров гидроцилиндров
3.1 Приближенный расчет основных параметров силовогогидроцилиндра
Определимвнутренний диаметр силового гидроцилиндра по формуле, мм:
/>, (3)
где F –полезная нагрузка, приведенная к штоку; Рр – рабочее давлениев цилиндре, принимаемое в зависимости от F.
/>
По вычисленномудиаметру D подберем ближайший нормализованный.
Ближайшимнормализованным размером является 50. Следовательно, примем D =50мм.
Далее определимдиаметр штока d в зависимости от величины хода поршня.
Рабочий ходпоршня равен S =50мм. Так как S
/> (4)
По вычисленномузначению диаметра штока примем ближайший больший, согласно ГОСТу 6540-68.
Ближайшимявляется 16. Значит, примем />.
3.2 Уточненный расчет основных параметров силовогогидроцилиндра
В процессеработы силового гидроцилиндра часть рабочего давления затрачивается напреодоление сил трения в конструктивных элементах гидроцилиндра, силыпротиводавления, динамических нагрузок, возникающих при разгоне и торможениипоршня гидроцилиндра.
Полезные идополнительные нагрузки определяют величину усилия, развиваемого гидроцилиндром,Н:
/>, (5)
где, /> – динамическаясила; /> – Статическаянагрузка.
Статическаянагрузка определяется при установившемся движении поршня:
/>, (6)
где F — полезная нагрузка, приведенная к штоку поршня; /> –сила трения в конструктивных элементах; /> –сила противодавления.
Определимвеличину каждого элемента, входящего в формулы, т.е. />, />, />.
Сила трения вконструктивных элементах расходуется на преодоление механических сопротивлений– трение в манжетах, поршневых кольцах:
Сила тренияуплотнения манжетами равна, Н:
/>, (7)
где /> – коэффициент трения,принимаемый для резиновых манжет
/>= 0,03…0,032; /> – диаметр контактнойповерхности (поршня);/> – длинаконтактной поверхности, мм; Рр – рабочее давление вгидроцилиндре.
Длинаконтактной поверхности принимается в зависимости от диаметра поршня или штокапо таблице 3.1.(«Расчет гидропривода»):
ширинауплотнения равна 7,5 мм для штока, для поршня равна 10.
/>,
/>, (8)
где /> – толщина (радиальная)сечения набивки, мм.
Зная, все этиданные мы можем определить силу трения уплотнения манжетами по формуле (7):
/>
Число манжет определимиз таблицы 3.2 («Расчет гидропривода»), опираясь на диаметр поршня и давление:
диаметру 50 мми давлению 2,5 МПа соответствует числу манжет равным 3.
Силу трения дляпоршневых колец можно подсчитать по формуле, Н:
/>, (9)
где /> – коэффициент трениякольца о стенку цилиндра (примем равным 0,07 т.е. для быстрого движения); b– ширина поршневого кольца;Рр– рабочее давление в цилиндре;Рк – среднее удельное давление на поверхности цилиндра,создаваемое упругими силами (Рк = 0,6·105 Па);i – число поршневых колец. Ширину поршневого кольца выберем из таблицы 3.3(«Расчет гидропривода»):
Так как диаметрпоршня порядка 50 мм, то примем b = 2,8мм, глубина канавки равна2,7 мм.
Число колецнайдем по таблице 3.4 в зависимости от величины давления:
для диаметра 50мм и давления 2,5 МПа число поршневых колец равно 2.
Зная все эти данные,найдем силу трения для поршневых колец с использование формулы (9):
/>
Определимсуммарное усилие трения цилиндра, Н:
/> (10)
Определим силыпротиводавления, Н/м2:
/>
Примем />.
Силапротиводавления определится, Н:
/>, (11)
где /> – площадь сечения поршня.
/>
Следовательно,решение формулы (11):
/>
Подставляяданные в уравнение (6), определим статическую нагрузку:
/> (5.1),
Динамическаясила, Н:
/>, (12)
где, /> – приведенная к поршнюсилового цилиндра масса, кг; /> – времяускорения или замедления движения, с; /> –изменение скорости, м/c.
/> (13)
где /> – плотность стали, L=0,03.
Подставляяданные в формулу (13), найдем приведенную массу, кг:
/>
/>,
/>, (14)
где /> – рабочий ход,м; /> – время рабочего хода, с.
Подставляянайденные значения в выражение (12), получим:
/> (12.1)
Зная все этиданные, определим величину усилия, развиваемого гидроцилиндром (формула (12)),использовав данные выражений (5.1) и (12.1):
/>
Далее повычисленному усилию Т и принятому рабочему давлению уточняем диаметрсилового гидроцилиндра, м:
/> (15)
Следовательно,решение формулы (15):
/>
Примем D= 50 мм.
Определимтолщину стенок корпуса тонкостенного гидроцилиндра изготовленного из вязкогоматериала (латунь), мм:
/>, (16)
где σ –допустимое напряжение материала на растяжение, Рп – пробноедавление, />.
При давлениирабочей жидкости ниже 10 МПа можно использовать алюминиевые трубы или литье изсерого чугуна с /> МПа.
/>
Наш цилиндртонкостенный, так как DH/D
/>
Рассчитаемтолщину донышка, причем донышко примем плоское, мм:
/> (17)
Итог формулы(17):
/>
3.3 Расчёт гидроцилиндра на устойчивость
Допускаемаянагрузка из условий устойчивости, Н:
/>, (18)
где, К — коэффициент, учитывающий возможное повышение давления в гидросистеме К =1,15; nц – запас устойчивости, принимаемый в зависимости отматериала и назначения цилиндра, для чугуна 4…5, примем К = 4,5.
Критическуюсилу определим по формуле Эйлера, Н:
/>, (19)
где Е — модуль упругости материала, Е = 22·104МПа; l –полная длина цилиндра с выдвинутым штоком, l = 110 мм; С-коэффициент учета заделки концов цилиндра и штока, С = 2.
Момент инерциицилиндра:
/>, (20)
где DH– наружний диаметр цилиндра; D -внутренний диаметр цилиндра. Итог формул(20), (19) и (18):
/>,
/>,
/>.
Из условияустойчивости гидроцилиндра определим допустимое давление жидкости в цилиндре, МПа:
/>, (21)
/>
Цилиндрявляется устойчивым, так как рабочее давление меньше допускаемого, т.е. 1·107
4 Подбор гидромотора
Аксиально-поршневойгидромотор Г15-24
1. Рабочийобъем, 68,4/>;
2. Номинальноедавление, 5/>;
3. Номинальныйкрутящий момент, 50/>;
4. Скоростьвращения, 1000/>;
5. МеханическийКПД, 0,895;
6. ОбъемныйКПД, 0,95;
7. ПолныйКПД, 0,85.
5. Подбор трубопроводов
Функциональная связь гидроагрегатов в системегидропривода осуществляется с помощью трубопроводов различной конструкции.Несмотря на относительную простотуэтих элементов, от их правильного выбора зависит надежность работыгидропривода. Большая часть трубопроводов и присоединительной арматуры нормализованы.
Соединительныйтрубопровод гидропривода разделяют на 3 части: всасывающий и напорный трубопроводы, сливнаямагистраль. Всасывающим трубопроводом принято называть участок трубопроводагидропривода соединяющий насос сбаком. Участок трубопровода, по которому жидкость от насоса поступает в гидравлический двигатель,называется напорным или нагнетательным; участок трубопровода, по которомужидкость отводится из рабочейполости гидродвигателя в резервуар, называется сливным.
Основной характеристикой трубопровода являетсяего условный проход (номинальный внутренний диаметр). Исходнымипараметрами для определенияноминальных внутренних диаметров трубопроводов являются: рабочее давление, расходгидродвигателя, скорость движения рабочей жидкости в данной частитрубопровода.
5.1 Определение расхода
При подачежидкости в бесштоковую полость гидроцилиндра расход />,определяется по формуле:
/>, (22)
где /> – диаметр гидроцилиндра, />;
/> – рабочий ход поршня, />;
/> – время, необходимое длясовершения рабочего хода, />.
Подставляячисла в выражение (22), получим:
/>
Подача насосадолжна быть больше расхода, обеспечивающего требуемую скорость рабочего органагидродвигателя, на величину потерь расхода и приближенно принимается равной:
/> (23)
Подставивчисленные значения, получим:
/>
В дальнейшихрасчетах нам придется применять значение расхода в литрах в минуту. Переведемрасход,/>:
/>
Переведемподачу,/>:
/>
5.2 Допустимые скорости движения жидкости втрубопроводах
В трубопроводахгидропривода рекомендуются следующие величины допустимых скоростей:
- всасывающего трубопровода />;
- нагнетательного трубопровода />;
- сливного трубопровода />.
5.3 Условный проход трубопроводов
При известномрасходе и допустимой для соответствующего трубопровода скорости движенияжидкости, условные проходы определяются по формуле:
/> (24)
Подставляясоответствующие значения допустимых скоростей, получим условные проходы:
Длявсасывающего трубопровода, />: />
Длянагнетательного трубопровода, />: />
Для сливноготрубопровода, />: />
Полученныезначения диаметров округляются до ближайшего большего значения по ГОСТ16516-70. Примем следующие значения диаметров трубопроводов, />: />, />, />
После принятияокончательного значения диаметров трубопроводов, рассчитаем реальные скоростидвижения жидкости в них, />::
/> (25)
Подставляясоответствующие значения диаметров, получим скорости:
Длявсасывающего трубопровода:
/>
Длянагнетательного трубопровода:
/>
Для сливноготрубопровода:
/>
При величинахусловного прохода менее 30 мм, применяются стальные, бесшовные, холоднотянутыеи холоднокатаные трубы (ГОСТ8734-58). Примем материал для изготовления труб:Сталь 20.
Вычислимтолщину стенки трубы по формуле:
/>, (26)
где /> – предел прочности прирастяжении (сопротивление на разрыв), для выбранного материала, /> (принимается по таблице5.1 [1]): />
Подставляя вформулу значения диаметров трубопроводов, получим толщину их стенок, />:
/>,
/>,
/>
5.4 Соединение трубопроводов
Трубопроводы, из которых монтируют гидролинии вгидроприводах, по конструкции можно разделить на жесткие и гибкие.
Жесткие трубопроводы в основном изготовляют изстальных бесшовных холоднотянутых труб или из труб цветных металлов: медь илиалюминий.
В гидроприводах применяют следующие типысоединений:
а) пайка (сварка) — в машиностроении применяется редко, только для трубопроводов, неподлежащих демонтажу;
б) соединение сразвальцовкой используют для труб диаметром />. Соединение отличается простотой, но можетприменяться при давлении не более /> и имеет ограниченное числоповторных демонтажей вследствиезатвердения материала и порчи развальцованной части трубы;
в) соединение трубопроводов по внутреннему конусуприменяется для гидросистем с рабочим давлением до /> при необходимости частого демонтажагидролинии. Этот тип соединения наиболее широко применяется в гидросистемахтракторов, дорожных и строительных машин;
г) соединениетрубопроводов с врезающим кольцом распространено в гидросистемах, работающих при высоких давлениях. Соединение простое поконструкции и обеспечивает надежную герметизацию при давлениях до />;
д) фланцевое соединение трубопроводов применяется длястальных труб, диаметром свыше />.
Типы и размерыарматуры соединительных частей трубопроводов указаны в ГОСТ 16039-70 />16078-70, ГОСТ 15063-70 /> 15804-70, ГОСТ 4233-67.
Гибкие трубопроводыприменяют для соединения элементов гидропривода, которые расположены наподвижных частях и могут перемещаться относительно друг друга.
Вкачестве гибкого трубопровода в основном применяют резинотканевые шланги, называемые рукавами высокогодавления (РВД). В зависимости отколичества металлических оплеток рукава высокого давления делятся на три типа:1 тип – с одной металлическойоплеткой, рассчитанный на давление до />; 2 тип – с двойнойоплеткой, рассчитанный на давление до />; 3 тип – с тройнойоплеткой, применяется при внутреннем диаметредо />. Основные размеры РВД даны в ГОСТ 6286-73.
Для заданных условийработы гидросистемы гибкие трубопроводы могут быть выбраны изспециальной литературы [8,10].
5.5 Выбор гидроаппаратуры
Тип и марку отдельных элементов гидроаппаратуры,выбирают (таблица 6.4 [1]) по давлению наих входе и фактическому расходу, проходящему через них.
В технических характеристикахгидроаппаратов приводится потеря давления/> при определенном(номинальном) расходе />. Как правило, неудается подобрать гидроаппарат, укоторого фактический расход /> соответствует />, азначит и потери давления фактические /> будутотличаться от />.
Фактические потери давления рассчитываютсяпростым суммированием потерь давления в каждом гидравлическом устройстве. Этиданные берутся из таблицы 6.4 [1]. Но так как не все выбранные гидроаппаратыимеют номинальный расход, соответствующий требуемому, то и фактические потеридавления будут отличаться от номинальных.
Определитьфактические потери можно по формуле:
/> (27)
Передопределением потерь, необходимо выбрать тип и марку гидроаппаратуры на данномучастке гидропривода. Выбирают их по расходу (таблице 6.4 [1]).
На данномучастке находится следующая гидроаппаратура:
1. Напорныйзолотник с обратным клапаном Г56-23;
2. Реверсивныйзолотник Г72, Г73-12;
3. Золотник сручным управлением Г 74-12;
4. Фильтр 0,08Г 41-13
6. Определение потерь давления и объемных потерь всистеме гидропривода
6.1 Определение потерь давления
При движениижидкости по трубопроводам гидропривода, при прохождении жидкости черезконтрольно-регулирующую и распределительную аппаратуру возникают потеридавления. Поэтому давление выбранного насоса должно быть достаточным дляобеспечения необходимого усилия или крутящего момента гидродвигателя ипреодоления потерь давления, возникающих в трубопроводах, клапанах, дросселях ит. д.
Суммарныепотери давления в гидросистеме гидропривода определяются по зависимости:
/>, (28)
где /> – потери давления притрении движущейся рабочей жидкости в трубопроводах;
/> – потери давления вместных сопротивлениях трубопроводов;
/> – потери давления вгидроаппаратуре.
Потери давленияна трение жидкости в трубопроводах складываются из потерь на отдельных участкахтрубопровода:
/>, (29)
где /> – потери давления втрубопроводе нагнетания;
/> – потери давления втрубопроводе всасывания;
/> – потери давления втрубопроводе слива.
Потери давленияна отдельных участках трубопроводов рассчитываются по формуле:
/>, (30)
где /> – коэффициентсопротивления жидкости;
/> – длина участкатрубопровода, />;
/> – внутренний диаметртрубопровода, />;
/> – плотность рабочейжидкости, для выбранной жидкости (см. пункт 2.2) />;
/> – скорость жидкости нарассматриваемом участке трубопровода, />.
Для определениякоэффициента сопротивления трения предварительно определяется число Рейнольдса:
/>, (31)
где /> – коэффициенткинематической вязкости жидкости, />. Длявыбранного масла: />
Подставивзначения внутренних диаметров и скоростей жидкости в формулу (31), получимчисла Рейнольдса для отдельных участков трубопровода:
Длявсасывающего трубопровода:
/>
Для нагнетательноготрубопровода: />
Для сливноготрубопровода: />
Как видим,значения числа Рейнольдса для всех участков трубопровода превышают критическоезначение />, значит, режим движения вних является турбулентным и коэффициент сопротивления для стальных труб рассчитываютпо формуле Блазиуса:
/> (32)
Абсолютнаяшероховатость ∆ определяется по таблице 6.2[1]. Примем ∆=0,04, длястальных горячекатаных труб ГОСТ 8732-70.
Длявсасывающего трубопровода: />
Длянагнетательного трубопровода: />
Для сливноготрубопровода: />
Подставляя всеполученные значения в формулу (30), получим: />,/>,/>
Суммируяполученные результаты по формуле (29), получим результирующие потери на трение,/>:
/>
Потери давленияв отдельных местных сопротивлениях трубопровода получаются путем сложенияпотерь в отдельных местных сопротивлениях, которые определяются по формуле:
/>, (33)
где /> – коэффициент местногосопротивления (по таблице 6.3 [1]), />;
/> – поправочный коэффициент,зависящий от числа Рейнольдса и определяемый по рисунку 6.1 [1].
Из исходныхданных известно, что в магистрали встречаются 4 плавных поворота и 2 резких.
Для плавныхповоротов коэффициент местного сопротивления, />:/>
Для резкихповоротов коэффициент местного сопротивления, />:/>
Тогда общийкоэффициент местного сопротивления, />: />
Теперь можновычислить местные потери в нагнетательном и сливном трубопроводах, />:
/>,
/>,
/>
Тогда суммарныепотери в местных сопротивлениях (/>),найдем по формуле:
/> (34)
Подставивчисловые значения, получим:
/>
Суммарныепотери в гидроаппаратуре (/>) сучетом формулы (27) будут равны:
/>
/>
Зная все нужныезначения, подставим их в выражение (28), получим общие потери давления вгидросистеме, />:
/>
6.2 Определение объемных потерь в системе гидропривода
Объемные потери в гидроприводе происходят вследствиеутечек жидкости через зазоры в элементах гидропривода. Примером объемных потерь может служить утечка жидкости в рабочемцилиндре между стенками цилиндра и поршнем, утечка жидкости в золотнике.
Общие потери вгидроприводе складываются из потерь в насосе />,гидродвигателе />, которые в зависимости от типа гидродвигателя, являются потерями в гидроцилиндре />, потерь в золотниковомраспределителе />.
/> (35)
Приближенноезначение перечисленных потерь можно выразить через удельную утечку, являющуюсяпотерей расхода приходящейся на один /> давления.
/>, (36)
где /> – удельная утечка жидкостив насосе, см3/мин МПа;
/> – удельная утечка жидкостив гидроцилиндресм3/мин МПа;
/> – удельная утечка жидкостив золотниковом распределителе,см3/мин МПа;
/> – давление, развиваемоенасосомПа;
/> – давление в гидроцилиндрепринимается равным рабочему давлению />, Па;
/> – давление в золотниковомраспределителе принимается равным рабочему давлению />,Па.
Давление,развиваемое насосом:
/>, (37)
где /> – потери давления;
/> – рабочее давление.
Подставивчисленные значения, получим: />
Подставляячисла в формулу (36), получим объемные потери в гидросистеме, />: />.
7. Выбор насоса
Объемный насос,применяемый в гидроприводе, предназначен для преобразования энергии привода вэнергию жидкости в виде давления и подачи жидкости в гидродвигатель, создаваяусилие (крутящий момент) на рабочем органе и обеспечивая скорость его движения.
Выбор насосапроизводят по давлению, /> (см.пункт 6.2):
/>,
и расходу, />:
/>, (38)
где /> – потери расхода;
/> – расход жидкости,поступающей в гидроцилиндр (см. пункт 5.1).
Подставляячисла, получим: />
По таблице 7.1[1] выберем шестеренный насос НШ-10 с номинальным давлением – />, подачей – /> и скоростью вращения – />. Для дальнейших расчетов,запишем его КПД: объемный – />,механический – />, полный – />.
8. Расчет параметров пневмогидроаккумулятора
Расчетпараметров пневмогидроаккумулятора проводят на основе уравнения политропы, охватывающего все возможныесостояния газа:
/> (39)
Обозначим общийобъем аккумулятора />, объем газа />, в конце зарядки при давлении />, объем /> вконце разрядки аккумулятора придавлении />. Здесь /> – полезный объем, аккумулятора; определяемый поформуле:
/>, (40)
где /> – подача насоса;
/> –время зарядки, равное 10-15 с.
Подставим численныезначения и получим, м3:
/>
Объем газа, м3:
/> (41)
Показатель политропы п зависит от условийработы аккумулятора (теплообмен,продолжительность разрядки) и в качестве средних значений его можнопринять 1,1 — 1,3. Минимальное давлениегаза:
/>, (42)
где /> – рабочее давление (в гидроцилиндре).Отношение давлений />,принимают равным 0,5 — 0,7.
/>,
/>
Подставим численныезначения в формулу (41) и получим:
/>
Дляобеспечения надежной работы гидросистемы необходимо иметь количество жидкости в аккумуляторе несколько большеполезного объема.
/>, (42)
где/> – коэффициент, равный 1,2- 1,5.
/>
Полныйобъем аккумулятора, м3:
/>, (43)
/>
9. Определение параметровгидропривода
9.1 Определение КПД гидропривода
Полный КПДгидропривода вычисляется по формуле:
/>, (44)
где /> – гидравлический КПД;
/> – объемный КПД;
/> – механический КПД;
ГидравлическийКПД:
/>, (45)
где /> – давление, развиваемоенасосом (см. пункт 6);
/> – давление вгидродвигателе;
/> – потери давления (см.пункт 5.1).
Подставляячисла, получим:
/>
Объемный КПД:
/>, (46)
где /> – расход жидкости,поступающей в гидроцилиндр (см. пункт 4.1);
/> – подача насоса (см. пункт6).
Подставивзначения, получим:
/>
МеханическийКПД гидропривода, учитывающий потери мощности в насосе и гидродвигателе:
/>, (47)
где /> – механический КПД насоса(см. пункт 6);
/> – механический КПДгидромотора.
МеханическийКПД гидроцилиндра:
/>, (48)
где /> – полезная нагрузка наштоке гидроцилиндра, Н;
/> – потери трения вгидроцилиндре (см. пункт 3.2.1).
Сила,воспринимаемая поршнем гидроцилиндра, Н:
/> (49)
Подставляячисла в эти формулы, получим:
/>
Теперь можемвычислить механический КПД привода по формуле (47):
/>
Вычислив всесоставляющие общего КПД, подставим их в формулу (44): />
Таким образом,общий КПД данного гидропривода равен />.
9.2 Тепловой расчет гидропривода
Целью тепловогорасчета является определение размеров резервуара, необходимых для обеспечениявыбранной температуры жидкости.
Источникамитепловыделения в гидросистеме являются насосы, трубопроводы, гидроаппаратура игидродвигатели.
Приняв, чтоосновная теплопередача осуществляется через поверхность бака, значениетемпературы жидкости />,устанавливающееся при длительной работе гидропривода, определяется извыражения:
/>, (50)
где /> – коэффициенттеплопередачи, />;
/> – площадь поверхностирезервуара, />, через которыйосуществляется теплопередача;
/> – потери мощности вгидроприводе;
/> – максимальная температураокружающего воздуха (/>).
Количествотеряемой в гидроприводе мощности, />:
/>, (51)
где /> – КПД насоса,
/> – КПД гидропривода.
Подставляячисленные значения, получим потери мощности:
/>
Площадьповерхности бака (/>), через которуюпроисходит отвод тепла, кВт:
/>
Исходя изусловий работы гидропривода, принимаем емкость бака равной минутнойпроизводительности насоса: />
Списокиспользуемой литературы
1. Расчетгидропривода: Метод. указания по курсовой работе для студентов МТФ, АТФ и ФНГТМ/ Сост. В. Г. Иванов; Краснояр. гос. техн. ун-т. – Красноярск: КГТУ, 1999. – 47с.
2. Составлениепринципиальных гидравлических схем: Методическое указание для студентовмашиностроительных и транспортных специальностей/Сост. С. В. Каверзин, В. Г.Иванов: RUNE/ Красноярск, 1994. 58 с.
3. КаверзинС. В. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу самоходных машин:Учеб. Пособие / С. В. Каверзин. – Красноярск: ПИК «4 Выбор и расчет параметровгидромоторов››
4. КолкаИ. А., Кувшинский В. В. «Многооперационные станки››, 1983 г.
5. СвешниковВ. К., Усов А. А. «Станочные гидроприводы››