Федеральное агентствожелезнодорожного транспорта
Сибирский государственный университетпутей сообщения
Проектирование гидропривода машины
Курсовая работа
по дисциплине «Гидропривод»
2008
Содержание
1 Описание работы и свойствагидравлической схемы
1.1 Характеристики объемногогидропривода машины
1.2 Движение силовых и управляющихпотоков для первого рабочего органа
1.3 Движение силовых и управляющихпотоков для второго рабочего органа
2 Предварительный расчет объемнойгидропередачи. Выбор комплектующих
2.1 Цели и условия расчета
2.2 Расчетная схема
2.3 Мощности на рабочих органах
2.4 Выбор номинального давления
2.5 Выбор насосов и расчет их производительности
2.6 Выбор гидродвигателей
2.7 Выбор рабочей жидкости
2.8 Выбор трубопроводов и расчеттолщины их стенок
2.9 Выбор распределителей
2.10 Выбор фильтров
2.11 Выбор предохранительныхклапанов
3 Проверочный статический расчетобъемной гидропередачи
3.1 Цели и условия расчета
3.2 Расчетная схема. Определениепотерь давления
3.3 Вращающие моменты и силы навыходных звеньях гидродвигателей
4 Расчетпараметров тепловой защиты гидропередачи
4.1Исходные данные расчета
4.2 Параметрыбака
4.3Параметры теплообменного аппарата
4.4Производительность вентилятора
Список литературы
1 Описание работы исвойства гидравлической схемы
1.1 Характеристикиобъемного гидропривода машины
Рабочая жидкость подаетсяиз гидробака Б через общую всасывающую линию индивидуальнымиаксиально-поршневыми насосами в напорные линии, идущие к рабочим органам черезгидрораспределители.
Приводы рабочих органов реверсивные,нерегулируемые. От первого насоса Н 1 приводится высокомоментный гидромотор Мпривода рабочего органа № 1 (вращательного действия). От второго насоса Н2приводится гидроцилиндр привода рабочего органа №2 (поступательного действия).
Для изменения направлениядвижения гидродвигателя и рабочего органа, включения — выключениягидродвигателей использованы трехпозиционные, четырехлинейные распределители сгидравлическим управлением (Р2) и электрическим управлением (Р1). В приводерабочего органа № 1 установлен распределитель с закрытым центром, а в приводерабочего органа № 2 — с открытым.
Первичную защитугидросистемы (от активных и реактивных перегрузок для РО1 и от реактивных иинерционных при пуске для РО2) обеспечивают предохранительные клапаны КП 1, КП2 непрямого действия. В приводе РО 1 с электрическим управлением, нормальнооткрытый, в приводе РО2 неуправляемый. Первичная защита РО1 настроена надавление 35 МПа, первичная защита РО2 – 35 МПа. Вторичную защиту (отинерционных перегрузок при торможении, а также от реактивных и температурныхперегрузок) обеспечивают блоки вторичной защиты (А4, А5), установленные междурабочими линиями гидродвигателей за распределителями. Вторичная защитагидромотора настроена на давление 37 МПа, гидроцилиндра – 37 МПа. Контрольдавления рабочей жидкости в напорных линиях осуществляется с помощью манометровМН 1, МН 2, МН3, МН4. Перед фильтрацией рабочая жидкость охлаждается втеплообменном аппарате АТ. Температура жидкости в баке контролируетсятермометром Т.
Сливные линии отгидродвигателей объединены в общую сливную магистраль. Слив из магистралипроизводится через фильтровальную установку Ф.
1.2 Движение силовых иуправляющих потоков для первого рабочего органа
При включении дизеляпроисходит нагнетание насосом Н 1 рабочей жидкости в напорную линию. Контрольдавления осуществляется манометром МН3.Включение привода рабочего органа РО1производится подачей электрического сигнала на левый электромагнитраспределителя Р1. Силовой распределитель из нейтральной позиции переходит врабочую, обеспечивая подачу рабочей жидкости гидромотору, приводя его вовращение. При этом силовой поток идет:
Б – Н1 – Р 1 – М – Р 1 –ТС – АТ — Ф – Б.
Реверсированиегидромотора осуществляется подачей электрического сигнала на правый электромагнитР1. Клапан первичной защиты КП1 обеспечивает защиту гидросистемы от перегрузок.Настройка клапана произведена на 26 МПа, при превышении этого давления КП1открывается, часть потока жидкости идет по пути:
Б – Н1 – КП1 – ТС – АТ –Ф – Б.
При нейтральной позициисилового распределителя КП1 работает в режиме переливного клапана, вся жидкостьидет на слив по пути:
Б – Н1 – КП1 – ТС – АТ –Ф – Б.
При включении силовогораспределителя в рабочую позицию КП1 переходит в режим предохранительногоклапана. Блок вторичной защиты А4 обеспечивает защиту гидромотора, принейтральной позиции распределителя когда мотор работает как насос. Настройкаблока произведена на 30 МПа, при превышении этого давления жидкость идет попути:
для прямого включения: М– А4 –М
для реверсивноговключения: М – А4 –М.
При работе М в какнасоса связь А4 со сливом нужна для восполнения дренажных утечек.
1.3Движение силовых и управляющих потоков для второго рабочего органа
При включении дизеляпроисходит нагнетание насосом Н2 рабочей жидкости в напорную линию. Контрольдавления осуществляется манометром МН4. Включение привода рабочего органа РО2производится включением распределителя Р2 в рабочую позицию. Управлениераспределителем Р2 производится блоком сервоуправления А3. При включениираспределителя Р3 МГ подаётся под давлением насосом Н3 к правому торцураспределителя Р2. Силовой распределитель из нейтральной позиции переходит врабочую, обеспечивая подачу рабочей жидкости к гидроцилиндру, выдвигая штокгидроцилиндра. При этом силовой поток идет:
Б – Н2 – Р2 – Ц – Р2 – ТС– АТ – Ф – Б.
Втягивание гидроцилиндраосуществляется переводом распределителя Р4 в рабочую позицию. Клапан первичнойзащиты КП2 обеспечивает защиту гидросистемы от перегрузок. Настройка клапанапроизведена на 35 МПа, при превышении этого давления КП1 открывается, частьпотока жидкости идет по пути:
Б – Н2 – КП2 – ТС – АТ –Ф – Б.
При нейтральной позициисилового распределителя жидкость идёт на слив через его центр по пути:
Б – Н2 – Р2 – ТС – АТ – Ф– Б.
Блок вторичной защиты А5обеспечивает защиту гидроцилиндра от активных и реактивных нагрузок. Настройкаблока произведена на 37 МПа, при превышении этого давления жидкость идет попути:
для выдвижения: Ц – А5 –Ц
для втягивания: Ц – А5 –Ц.
При работе Ц связь А5 сосливом нужна для восполнения дренажных утечек.
2 Предварительный расчет объемнойгидропередачи. Выбор комплектующих
2.1 Цели и условия расчета
Цели: выбрать насосы, рабочие жидкостидля зимы и для лета, гидродвигатели, трубопроводы, распределители,предохранительные клапаны. Условия: комплектующие выбраны на основании статическогорасчета, при установившихсядвижениях рабочих органов.Температура жидкости оптимальная.
2.2 Расчетная схема
Расчетная схема для предварительного расчетаобъёмной гидропередачи:
/>
Рисунок 1 — Расчетная схема кпредварительному расчету
2.3 Мощности на рабочих органах
Мощность на РО 1 РРО1,Вт:
/>, (2.1)
/>.(2.2)
где /> -мощность насоса на РО1 (/>);
/> -полный КПД насоса (/>);
/> -КПД, учитывающий потери мощности на пути от насоса до гидродвигателя и отгидродвигателя до бака (/>);
/> -полный КПД гидродвигателя (/> — длярадиально-поршневого мотора; /> — длягидроцилиндра);
/> -КПД передачи между гидродвигателем и рабочим органом (/>);
/>,
/>
Мощность на РО 2 РР02, Вт:
/>, (2.3)
/>, (2.4)
/>. (2.5)
где /> -мощность дизеля (/>);
/> -мощность насоса РО1 на входе (/>).
/>,
/>,
/>
2.4 Выбор номинального давления
Номинальное давление рном,МПа:
/> (2.6)
где РРО – мощность нарабочем органе, кВт.
/>,
/>.
Окончательно принято номинальное давление длягидропередачи 25 МПа.
2.5 Выбор насосов и расчет ихпроизводительности
Выбираем насосы по мощности на выходе:
Таблица 2.2 – Характеристики насосовРабочие органы, приводимые насосом РО1 РО2 Марка насоса 310.80 310.112
Рабочий объем qн, см3 80 112
Давление, МПа
номинальное рном
максимальное рмакс
20
30
20
35
Частота вращения валов, об/с
номинальная nном
максимальная nмакс
25
55,8
25
50
Номинальная мощность на валу />, кВт 41 56
КПД
полный />
объемный />
0,91
0,95
0,91
0,95
Для второго РО2 выбраны два насоса марки310.112
Необходимая частота вращения вала насоса nн необх,об/с:
/>, (2.7)
/>об/с,
/>об/с.
Насос привода РО1 дефорсирован по частоте,т.к. />, насос привода РО2дефорсирован по частоте, т.к. />
Передаточное отношение привода насоса uпн:
/>, (2.8)
/>,
/>.
Производительность насоса Qн, л/мин:
/>.(2.9)
/>,
/>.
2.6 Выбор гидродвигателей. Выбор гидромоторапривода РО 1
Требуемая мощность на валу гидромотора РМ,Вт:
/>,(2.10)
/>
Выбран ближайший больший по мощностигидромотор МР-700/>.
Таблица 2.3 — Характеристики гидромотораПараметры МР-700
Рабочий объем />, см3 707 Максимальное давление, МПа 25
Номинальный давления, МПа 21
Частота вращения вала, об/мин:
минимальная />
номинальная />
максимальная />
1
120
340
Номинальная мощность Рном, кВт 26,17
Номинальный вращающий момент />, /> 2160
КПД при номинальных параметрах:
гидромеханический />
полный />
0,9
0,85 Масса, кг (без рабочей жидкости) 100
Темпераратура рабочей жидкости, оС
минимальная
максимальная
-25
+75
Фактическая частота вращения валагидромотора, об/мин:
/>,(2.11)
/>.
Выбор гидроцилиндра привода РО2.
/>,(2.12)
/> , (2.13)
/> , (2.14)
/>.
Принимаем скорость РО1 />, так как скорости различаютсятребуется поставить ускоряющую передачу. Передаточное отношение которой:
/>, (2.15)
/>,
/>, (2.16)
/>,(2.17)
/>,
/>.
Выбран гидроцилиндр с ближайшим большимдиаметром поршня />.
Таблица 2.4 – Характеристики гидроцилиндраДиаметр поршня D, мм Диаметр штока d, мм
Отношение рабочих площадей />
Минимальный ход штока />, мм
Максимальный ход штока />, мм 100 60 1,65 800 1250
Выбран стандартный ход штока />
2.7 Выбор рабочей жидкости
В качестве рабочих принимают специальныегидравлические жидкости, рекомендуемые для выбранных насосов. Температурызастывания принимаемых жидкостей должны быть ниже минимальной температурывоздуха на 100…150С. Для летнего периода работы принятарабочая жидкость МГЕ-46В, а для зимнего периода работы – ВМГЗ />.
Таблица 2.5 – Технические характеристикирабочих жидкостейМарка жидкости
Плотность при +500С, кг/м3
Кинематическая вязкость при +500С, м2/с.106
Температура застывания,
0С
Температурные пределы применения насосов, 0С Условия применения Шестеренных аксиально-поршневых ВМГЗ 890 18 -45 -40…+25 -40…+65 При отрицательных температурах воздуха МГЕ-46В 890 46 -32 -10…+60 +5…+85 При положительных температурах воздуха
2.8 Выбор трубопроводов и расчет толщины ихстенок
Для гидропривода машины жесткие трубопроводыизготовляют из стальных бесшовных холоднодеформированных труб по ГОСТ 8734,выполненных из стали 45.
Расчет напорного трубопровода РО1
Необходимый внутренний диаметр />мм:
/>(2.18)
где /> -допустимая скорость (/> — для напорноготрубопровода).
/>
Наружный диаметр />,мм:
/> (2.19)
где /> -минимальная толщина стенки, мм:
/> (2.20)
где /> -максимальное давление жидкости, Па;
/> -допускаемое напряжение разрыву, Па:
/>(2.21)
где /> -предел прочности Па (для стали 45 />).
/>,
/>,
/>
С учетом отклонения />
Расчет напорного трубопровода РО2
Необходимый внутренний диаметр />, мм:
/>
Минимальная толщина стенки />, мм:
/>
Наружный диаметр />,мм:
/>
Принят из ряда стандартных />.
/>,(2.22)
/>.
Принимаем из ряда стандартных />=8 мм.
Расчет всасывающего трубопровода
Необходимый внутренний диаметр />, мм:
/>, (2.23)
где /> -суммарная производительность насосов, м3/с:
/>;(2.24)
/> -допустимая скорость (/> - длявсасывающих трубопроводов).
/>,
/>
Толщина стенки принята /> для обеспечения соединениятруб.
Наружный диаметр />,мм:
/>
С учетом отклонения />
Расчет сливного трубопровода.
Необходимый внутренний диаметр />, мм:
/>,(2.25)
где /> -допустимая скорость, м/с (/> - длясливных трубопроводов).
/>
Толщина стенки принята /> для обеспечения соединениятруб.
Наружный диаметр />,мм:
/>
С учетом отклонения />
2.9 Выбор распределителей
Распределители выбирают по принципиальнойсхеме (числу позиций и линий, с открытым или закрытым центром), по расходу идавлению жидкости, а также по заданному типу управления/>. Для управления РО1 выбрантрехпозиционный, четырехлинейный распределитель с закрытым центром игидравлическим управлением. Для управления РО2 выбран трехпозиционный,четырехлинейный распределитель с открытым центром и электрическим управлением.
Таблица 2.6 – Характеристики распределителейРабочий орган РО1 РО2 Тип распределителя В 1Р Диаметр условного прохода, мм 16 32
Расход рабочей жидкости, л/мин:
номинальный
максимальный
125
240
700
900 Номинальное давление в напорной линии, МПа 32 32 Схема исполнения с закрытым центром с открытым центром Вид управления Электрическое электрическое Упрощенное обозначение В.E.16.44 1Р.И.32.64
2.10 Выбор фильтров
Фильтры выбирают по требуемой тонкости фильтрации(обычно 10…40мкм) и по расходу жидкости/>.Пропускная способность фильтровальной установки />,л/мин:
/> , (2.26)
/>.
Таблица 2.7 – Характеристики фильтровМарка (тип) фильтра Количество фильтров Тонкость фильтрации, мкм Номинальный расход, л/мин Суммарный расход, л/мин 1.1.50 – 25 2 25 250 500
2.11 Выбор предохранительных клапанов
Предохранительные клапаны выбирают по расходув защищаемой линии и по максимальному давлению в защищаемой линии (оно должнобыть не менее желаемого давления настройки). Для первичной защиты гидропередачиРО1 и РО2 выбран управляемый клапан непрямого действия. Для вторичной защитыРО1 и РО2 выбраны клапаны прямого действия/>.
Таблица 2.8 – Характеристики клапановпервичной защиты по ТУ2-053-5749043-002-88Параметр РО1 РО2
Диаметр условного прохода, мм
30мм
Расход жидкости, л/мин:
номинальный
максимальный
250
350
250
350 Упрощенное обозначение 30-20-133 30-25-11
Давление настройки первичной защиты />, Па:
/>. (2.27)
гидропередачи РО1:
/>
гидропередачи РО2:
/>
Давление настройки вторичной защиты />, Па:
/>. (2.28)
гидропередачи РО1:
/>
гидропередачи РО1:
/>
3 Проверочный статический расчет объемнойгидропередачи
3.1 Цели и условия расчета
Цели: определение потерьдавления на пути от насосов до гидродвигателей и до бака, вращающих моментов исил на выходных звеньях гидродвигателей и на рабочих органах, корректировкапараметров привода (при необходимости).
Условия: движения рабочих органовустановившиеся; температура жидкости равна 20оС.
3.2 Расчетная схема. Определениепотерь давления
В данной работе составляют расчетную схему и вычисляютпотери давления для каждой из гидропередач.
/>
Рисунок 2-Расчетная схема к проверочномурасчету для первого рабочего органа
РО1
1,2,3,4,6,7,8,9,10,11,12,14,15,16,17,18,21,24-соединения.3,7,8,11,15,16-крестовины и тройники.1,2,4,6,9,10,12,14,17,18,19,21,22,24-штуцера. L-повороты,колена. 20-теплообменный аппарат. 23-фильтры. 25-выход в бак.
/>
Рисунок 3-Расчетная схема к проверочномурасчету для второго рабочего органа РО2
1,2,3,4,5,6,7,9,10,11,12,13,14,17,18,21,24,25,27-соединения.L-повороты, колена.
5,6,10,13,17,18-крестовины, тройники.1,2,3,4,7,9,11,12,14,16,19,21,22,24,25,27-штуцера. 28-выход в бак.8,15-распределитель. 23-теплообменный аппарат.26-фильтры.
Таблица 3.1 – Характеристики трубопроводовХарактеристики Участок трубопровода Насос — гидромотор Гидромотор – сливная линия Сливная линия — бак РО1 РО2 РО1 РО2 РО1 РО2
Длина
трубопровода />, м 6 6 6 6 6 6
Условный
проход d, мм 23 35 23 35 60 60 Количество штуцеров 4 5 2 2 7 7 Количество крестовин и тройников 3 3 1 1 2 2 Количество колен 4 12 3 4 - 3
Линейные потери давления />, Па:
/>,(3.1)
где /> -коэффициент гидравлических потерь, который зависит от режима течения;
/> - длинатрубопровода, м;
/> -плотность жидкости, кг/м3 (для ВМГЗ />);
/> -диаметр трубопровода, м;
/> -скорость жидкости в трубопроводе, м/с:
/>(3.2)
Коэффициент гидравлических потерь />:
/>,если />
/>,если />>2320, (3.4)
где /> -число Рейнольдса:
/>, (3.5)
где /> -коэффициент кинематической вязкости жидкости при температуре +200С,м2/с (для ВМГЗ />).
Линейные потери на участке насос –гидродвигатель для РО1:
/>,
/>,
/>,
/>
/>, />, />, />.
Линейные потери на участке насос –гидродвигатель для РО2:
/>,
/>,
/>,
/>
/>, />, />, />.
Линейные потери на участке гидродвигатель — сливная линия для РО1
/>,
/>,
/>,
/>
/>, />, />, />.
Линейные потери на участке гидродвигатель — сливная линия для РО2
/>,
/>,
/>,
/>
/>, />, />, />.
Линейные потери на участке сливная линия –бак:
/>,
/>,
/>,
/>
/>, />, />, />.
Местные потери />,Па:
/>,(3.6)
где /> -коэффициент местного сопротивления.
Таблица 3.2 – Коэффициенты местногосопротивленияСопротивление
/> Штуцер 0,1 Тройник 0,2 Крестовина 0,2 Выход сливного трубопровода в бак 1 Колено 0,3 Распределитель 20 Теплообменный аппарат 50 Фильтр 50
Расчет местных потерь для РО1:
/>,
/>,
/>.
Расчет местных потерь для РО2:
/>,
/>,
/>.
Результаты расчетов всех потерь давлениясведены в таблицу 3.3
Таблица 3.3 – Характеристики участковгидропередачи. Результаты расчетов потерь давленияУчасток l, м d, м
/>, м/с
R
/>
/> МПа
/>
/>, МПа
/>МПа Насос – гидродвигатель 6 РО1 23 4,1 3493 0,0412 0,077 22,2 0,159 0,246 РО2 35 5315 0,0371 0,045 24,7 0,176 0,221 Гидродвинатель-сливная линия 6 РО1 23 4,1 3493 0,0412 0,077 21,3 0,152 0,229 РО2 35 5315 0,0371 0,045 21,6 0,154 0,199 Сливная линия-бак 6 РО1 60 2 4444 0,0388 0,007 152,1 0,259 0,266 РО2 153 0,260 0,267
Сумма потерь давления для РО1/> МПа, для РО2 />МПа.
3.3 Вращающие моменты и силы на выходныхзвеньях гидродвигателей
Вращающий момент на валу гидромотора />, Н.м:
/>;(3.7)
сила на штоке при выдвижении />, Н:
/>,(3.8)
где /> -гдромеханический КПД гидромотора;
qм –рабочий объем гидромотора;
/> - номинальное давление в напорной линии;
/> - сумма потерь давления от насоса до гидромотора игидроцилиндра;
/> - сумма потерь давления от гидромотора игидроцилиндра до бака;
D – диаметрпоршня гидроцилиндра;
d– диаметр штока гидроцилиндра;
/> - гдромеханическийКПД гидроцилиндра (/>).
/>, />
Условия:
/>,(3.9)
/>. (3.10)
Проверкаусловий (3.9) и (3.10):
/>,
/>
/>
/>
Условие(3.9) нарушено на 1%, а условие (3.10) на 5%.
Таблица 8– Заданные и полученные характеристики приводовРО
Относительное
отклонение
Задано Получено РО1 24 кВт 23,7 кВт 1% РО2 79,64 кВт 83 кВт 5%
4 Расчет параметров тепловой защиты гидропередачи
4.1 Исходные данные расчета
Желаемая установившаясятемпература жидкости Туст = +50оС, температура воздуха Тв= +20оС. Гидропередача работает в непрерывном режиме. Мощностьна входе насоса />кВт первогорабочего органа РО1и />кВт. ГП впредремонтном состоянии.
4.2 Параметры бака
Выбор бака производен изусловия отстоя и успокоения жидкости. Этим условиям удовлетворяет бак, объемкоторого примерно на 25% больше объема жидкости, перекачиваемой всеми насосамиза 1-2 минуты (60-120 секунд).
/>, (4.1),
/>
Площадь бака:
/>, (4.2)
/>.
4.3 Параметрытеплообменного аппарата
Площадь теплообменногоаппарата АТ вычислена из условия получения желаемой установившейсятемпературы МГ:
Ту = Тв+ 0,95 РП / (kТАТ +ε kБ АБ ), (4.3)
где k – коэффициент теплопередачи, kТ = 30 Вт/(м2·оС),kБ = 10 Вт/(м2·оС);
A – площадь поверхности, м2;
ε ≈ 2 –коэффициент, учитывающий площади других элементов(трубопроводов,распределителей и т.д.);
Тв –температуры воздуха, оС;
РП – мощностьтеплового потока, поступающего в гидропередачу, кВт.
/>, (4.4)
где kВ – коэффициент использования передачипо времени в течение смены (принят kВ = 0,8);
η–полный КПД передачи;
Рвх –номинальная мощность передачи.
/>, (4.5)
где />– полный КПД насоса;
/>– полный КПД гидродвигателя;
/>– КПД, учитывающий потеримеханической мощности на пути насос – гидродвигатель – бак.
/>. (4.6)
Для первого рабочего органаРО1:
/>,
/>.
Для второго рабочегооргана РО2:
/>,
/>.
КПД всей гидропередачи:
/>.
С учетом износа аппаратовгидропередачи КПД понижен на 20%, т.е. η=0,61(1-0,2) = 0,50.
/>.
/>, (4.7)
/>.
4.4 Производительностьвентилятора
Производительностьвентилятора определена из равенства мощностейтепловых потоков, отдаваемой МГ и получаемой воздухом:
cρQ(TTвх – TTвых) = cв ρв Qв (Tввых – Tв), (4.8)
где (ТТвх — ТТвых) – разность температуры РЖ на входе ивыходе АТ;
с, r и Q –удельная теплоемкость, плотность и расход МГ (с » 2000 Дж/(кг°×С); r » 855 кг/м3);
Tввых — Tв–разность температуры воздуха на выходе и входе АТ;
св, rв и Qв – удельная теплоемкость, плотность и искомый расходвоздуха (св » 1010 Дж/(кг°×С); rв » 1,2 кг/м3).
Величина (ТТвх — ТТвых)вычислена из условия, чтобы АТ рассеивал приходящуюся на его долю мощностьтеплового потока РТ = РП – РБ+Э :
cρQ (ТТвх — ТТвых)= РП — ε kБ АБ (Ту — Тв), (4.9)
/>.
Температура воздуха навыходе Tввых принята 30˚C.
/>, (4.10)
Список литературы
1. Мокин Н.В. «Объемный гидропривод»,метод. указания по выполнению курсовой работы. Н., 1999. 39с.
2. Мокин Н.В. «Гидравлические ипневматические приводы».
Н. 2004. 353с.
3. СТП СГУПС 01.01 – 2000 «Курсовой идипломный проекты. Требования к оформлению». Н. 2000. 40с.