Расчет гидроцилиндра на прочность. Типы и размеры поршневых цилиндров. Выбор пластинчатого насоса БГ12-26АМ. Технические характеристики предохранительных клапанов, гидрораспределителей и фильтров тонкой очистки. Определение диаметров гидролиний.
Проектируемый насосный гидропривод должен отвечать общим техническим требованиям по ГОСТ 17411-72, а его технические параметры соответствовать ГОСТ 12445-87 (давление), ГОСТ 12448-67 (номинальные емкости), ГОСТ 13825-88 (номинальные потоки) и ГОСТ 16516-70 (условные проходы гидролиний). После этого выбирается конструкция гидроцилиндра, определяются размеры гидравлических каналов подвода и отвода рабочей жидкости, выбираются типы уплотнений поршня, штока и крышек и определяются их размеры. Поршневой цилиндр(рисунок 1) состоит из трубы 9, штока 8, имеющего резьбовый конец 15, поршня 5, передней крышки 11, крепящейся к цилиндру гайкой 12, задней крышки 19, приваренной к трубе цилиндра, подводящих штуцеров 2 и уплотнений. Пластинчатые нерегулируемые насосы двойного действия с постоянным направлением потока масла предназначены для нагнетания масла в гидросистему одним потоком (насосы в одинарном исполнении) или двумя независимыми потоками (насосы в сдвоенном исполнении). В диске 9 имеются два окна 12 для всасывания, а в диске 5 - два окна 13 для нагнетания масла( вращение вала насоса по часовой стрелке при положении наблюдателя со стороны вала насоса).В выполненной контрольно-курсовой работе был спроектирован насосный гидропривод. Рабочей жидкостью в данном гидроприводе является индустриальное масло И - 40А. Выбрана следующая гидроаппаратура: 1. Были получены следующие расчетные параметры данной гидросистемы: , , , , .
Введение
Задачей данной контрольно-курсовой работы является закрепление полученных знаний и выяснение возможности приложения этих знаний каждым студентом к конкретному проекту гидропривода. При выполнении этой работы студенты приобретают навыки расчета и проектирования гидравлических систем прессов, знакомятся со справочниками и каталогами по гидравлическому оборудованию, с ГОСТАМИ и отраслевыми руководящими материалами.
Проектируемый насосный гидропривод должен отвечать общим техническим требованиям по ГОСТ 17411-72, а его технические параметры соответствовать ГОСТ 12445-87 (давление), ГОСТ 12448-67 (номинальные емкости), ГОСТ 13825-88 (номинальные потоки) и ГОСТ 16516-70 (условные проходы гидролиний). В отношении техники безопасности должны быть удовлетворенны требования ГОСТА 16028-70.
1. Расчет гидроцилиндра
Исходными данными для проектирования и расчета гидроцилиндра обычно являются величины усилия, скорости и хода поршня, возможные диаметральные размеры гидроцилиндра и его схема (тип).
Рабочее давление ,[Па] гидроцилиндра вычисляется по формуле
, (1) где - рабочее усиление на штоке, Н;
- диаметр поршня, м;
- механический КПД гидроцилиндра ( ).
, Расчет на прочность гидроцилиндра производится по условному давлению - , которое превышает рабочее на 20-30 %
. (2)
.
При расчете необходимо различать тонкостенные и толстостенные цилиндры [1].
Их условно делят по отношению наружного диаметра гидроцилиндра к внутреннему: тонкостенные толстостенные
Тонкостенные гидроцилиндры применяются при давлениях до 10 МПА, а толстостенные - при большем давлении. Так как Р < 10 МПА, следовательно принимаем цилиндр тонкостенный.
Минимальная толщина стенки для гидроцилиндра определяется по формуле
(4) где допускаемое напряжение в стенке гидроцилиндра;
- предел прочности материала цилиндра;
Назначаем материал цилиндра - кованые из низколегированной стали с
Окончательная толщина стенки гидроцилиндра принимается с учетом стандартных размеров труб, используемых для изготовления цилиндров по ГОСТ 8734-68 и ГОСТ 8732-68. По ГОСТУ 16516-70 выбираем . Проведем проверку ; получаем тонкостенные гидроцилиндры. Условие выполняется.
После этого выбирается конструкция гидроцилиндра, определяются размеры гидравлических каналов подвода и отвода рабочей жидкости, выбираются типы уплотнений поршня, штока и крышек и определяются их размеры.
Конструкцию гидроцилиндра выбирают по справочникам.
Сечение каналов подвода и отвода рассчитывают по допустимым скоростям и расходу рабочей жидкости.
Расход гидроцилиндра подсчитывается по формуле, [м3/с]
; (6) где V - рабочая скорость штока, м/с.
- объемный к.п.д. гидроцилиндра. В расчетах принять .
;
Диаметр подводящих каналов, [м]
, (7) где - допустимая скорость жидкости в каналах гидроцилиндра. Назначаем =3м/с. м, По ГОСТУ 16516-70 выбираем , Поршневой цилиндр.
Поршневые цилиндры являются цилиндрами двустороннего силового действия. Они бывают с одно- и двусторонним штоком. Наибольшее распространение в горных машинах получили цилиндры с односторонним штоком.
Поршневой цилиндр(рисунок 1) состоит из трубы 9, штока 8, имеющего резьбовый конец 15, поршня 5, передней крышки 11, крепящейся к цилиндру гайкой 12, задней крышки 19, приваренной к трубе цилиндра, подводящих штуцеров 2 и уплотнений. Труба 9, образующая основной рабочий объем, имеет тщательно обработанную поверхность, по которой и совершает в процессе работы возвратно-поступательные движение поршень 5 с уплотнениями 4, удерживающими упорами 3. Шток 8 в зависимости от длины и нагрузок или других факторов может быть сплошным или пустотелым. Пустотелые штоки, как правило, выполняются сварными.
В проушину крышки 19 запрессована втулка 1 для шарнирного соединения с органами машины.
Шток движется в бронзовой втулке 16, запрессованной в переднюю крышку 11. Рабочие поверхности штока в последнее время подвергают хромированию, улучшающему его износостойкость и антикоррозионные свойства. Крепления поршня 5, уплотненного кольцом 6, на штоке 8 осуществляется застопоренной гайкой 17. В передней крышке 11 размещаются уплотнение 10, герметизирующее место соединения крышки с трубой 9 цилиндра, штоковое уплотнение 13 и чистильщик 14. Кроме конического хвостовика 18 перед поршнем устанавливается конус 7. Конические поверхности предназначены для смягчения ударов в конце хода. При движении штока 8 влево в конце хода хвостовик 18 входит в отверстие задней крышки. Вытесняемая изпод поршня жидкость проходит через образовавшуюся кольцевую щель с большим сопротивлением, создавая противоположно направленное усилие. Происходит смягчение удара, притормаживание. Типы и размеры уплотнений выбираются в зависимости от рабочего давления и размеров гидроцилиндров по справочнику [I] (с.193-222).
2. Выбор насоса
Давление насоса можно определить как , (8)
, где коэффициент 1,2 учитывает все потери давления в гидравлических линиях.
Подача насоса [м3/с] определяется по заданной скорости выходного звена гидродвигателя и его активной площади , вычисленной при расчете гидроцилиндра.
, (9)
,
где множитель 1,1 учитывает объемные потери (утечки) в гидроаппаратуре и в гидроцилиндре.
Выбираем пластинчатый насос БГ12-26АМ.
Пластинчатый насос
Рисунок 2. Пластинчатый насос типа Г12-2: 1-нагнетательное отверстие;2-фланец;3-вал;4-корпус;5-диск;6-пружина;7-ротор;8-статор;9-диск;10-крышка;11-лопатки;12,13-окно;14-штуцер;15,16-резиновое кольцо;
Пластинчатые, или лопастные насосы - это ротационные нерегулируемые насосы двойного действия, предназначенные для работы как на давлениях до 6,3Мпа, так и на давлениях до 12,5Мпа.
Пластинчатые нерегулируемые насосы двойного действия с постоянным направлением потока масла предназначены для нагнетания масла в гидросистему одним потоком (насосы в одинарном исполнении) или двумя независимыми потоками (насосы в сдвоенном исполнении). Наибольшее распространение эти насосы получили в различных установках подземного и поверхностного транспорта угольных шахт: толкателях, качающихся площадках, агрегатах для обмена вагонеток в клетях, а также в некоторых буровых установках для выполнения вспомогательных операций.
В корпусе 4 насоса типа Г12-2(Рисунок 2) помещается стальное закаленное кольцо 8 - статор, по внутренней профилированной поверхности которого скользят лопатки 11, свободно перемещающиеся в радиальных пазах ротора 7 (число лопаток может быть разным у различных типов). Ротор сидит на шлицах вала 3, вращающегося в шариковых подшипниках.
К торцам статора и ротора пружинами 6 прижаты диски 5 и 9. В диске 9 имеются два окна 12 для всасывания, а в диске 5 - два окна 13 для нагнетания масла( вращение вала насоса по часовой стрелке при положении наблюдателя со стороны вала насоса).
Лопатки 11 под действием центробежных сил и давления масла, подведенного через отверстия, прижаты к внутренней поверхности статора. Внутренняя поверхность статора спрофилирована так, что каждая камера между двумя соседними лопатками во время соединения с окнами всасывания 12 увеличивает свой объем и заполняется через них маслом, а во время соединения с окнами нагнетания 13 уменьшает свой объем, вытесняя масло через них в линию нагнетания. За один оборот ротора производится два цикла всасывания и два цикла нагнетания. Благодаря диаметрально расположенным подводам и отводам нагрузка на ротор от давления масла уравновешена и подшипники насоса разгружены, а вал передает только крутящий момент.
Соединение крышки 10 с корпусом 4 уплотнено резиновым кольцом 15. Вал 3 уплотнен манжетами, установленными во фланце 2. Диск 5 в корпусе 4 уплотнен резиновым кольцом 16.
Нагнетательное 1 и всасывающее отверстия соединены с соответствующими окнами литыми каналами. Отвод утечек производится через штуцер 14, к которому подсоединяется дренажный трубопровод.
Насос БГ12-26АМ
Насос БГ12-26АМ пластинчатый, двойного действия является нерегулируемый с постоянным направлением потоком масла. Диапазон температур от 0 до 50 С. Требуемая тонкость фильтрации 0,04 мм. Рекомендуемые марки масел: турбинное 22 и 22Л по ГОСТ 32-53 и ВНИИНП-403, ГОСТ 16728-71. Вязкость минеральных масел 200-400мм /с при давлении 12,5 МПА. Допустимая продолжительность работы насоса на максимальном давлении не более 30% общей долговечности.
Техническая характеристика насоса БГ12-26АМ
Рабочий объем, см /об Номинальная производительность, дм /с Давление Мощность,КВТ Диапазон частот вращения, об/с К.п.д Долговечность,ч Масса,кг
Предохранительный клапан выбирается по полной подаче и наибольшему давлению насоса. Если наибольшее давление не оговорено в задании и в технической характеристике насоса, то давление настройки предохранительного клапана выбирается на 20% больше давления насоса. Выбираем предохранительный клапан Г52-2.
Предохранительный клапан Г52-2
Конструкция клапана типа Г52-2 приведена на рисунке 3. Жидкость к клапану подводится от насоса к полости Б и одновременно через систему отверстий поступает в полости А и Г. Когда давление в системе преодолевает усилие пружины 1 шарикового клапана, шарик 2 отходит от седла 4 и масло в небольшом количестве из полости А через клапан и отверстия в крышке 3 и корпус 7 поступает в полость В слива, подключенную к баку. Давление в полости А благодаря демпферу 8 падает, в результате чего золотник 6 приподнимается и соединяет полости Б и В. При падении давления в сети золотник 6 под действием пружины 5 возвращается в исходное положение.
Дистанционное управление разгрузкой осуществляется подсоединением через отверстие 9 вспомогательного переключателя(крана или золотника управления), которой соединяет полость А со сливом. Для подсоединения переключателя к клапанам резьбового и фланцевого присоединений необходимо вместо пробки установить штуцер с трубкой.
Технические характеристики предохранительных клапанов типа Г52-2
Расход Давление Условный проход,мм Перепад давления при изменении расхода от номинального до наименьшего,не более,МПА Давление разгрузки,МПА Время набора давления после разгрузки, не более,с Масса, кг Типоразмер номинальный, дм /с Наименьший, дм /с номинальное,МПА Наименьшее,МПА
4,17 0,08 6,3 0,5 40 0,3 0,3 0,2 8,6 Г52-26
Гидрораспределитель
Гидрораспределитель выбирается по справочникам и каталогам в зависимости от давления и подачи примененного насоса с учетом задания и специальных технических требований. Допускается применять гидрораспределители при увеличенных расходах, но не более чем на 40%, по сравнению с указанными в их технических характеристиках. Потеря давления при этом подсчитывается по выражению:
; (10) где - соответственно потеря давления и расход при номинальном режиме, указанном в технической характеристике гидрораспределителя. ;
Выбираем реверсивный распределитель с гидравлическим управлением по МН 5782-65.
Рисунок 4. Распределитель типа Г72-3: 1,6-пружина;2,7-крышка;3-пробка;4-золотник;5-корпус;8,9-отверстие;10-дроссели;11-контргайка.
Реверсивные распределители с гидравлическим управлением по МН 5782-65 выпускаются серийно харьковским заводом "Гидропривод". Устройство распределителей по МН 5782-65 аналогично устройству золотников типа Г72-3. На рисунке 4 приведена конструкция распределителя типа Г72-3, выполненного по первой схеме. Золотник 4 может занимать нейтральное и два рабочих положения. В нейтральном положение золотник устанавливается с помощью пружин 1 и 6, расположенных в крышках 2 и 7.
Под действием давления управления, подводимого через отверстие 8 или 9 в корпусе 5 под торцы золотника 4, последний занимает два крайних положения - правое или левое, соответствующих двум направлениям движения рабочего органа машины. Скорость перемещения золотника 4 регулируется с помощью дросселей 10, расположенных в крышках 2 и 7 и зафиксированных контргайками 11. В четырехлинейных золотниках резьбового присоединения левое сливное отверстие заглушено. При перестройке на пятилинейные золотники заглушку со сливного отверстия необходимо снять, а пробку 3 заменить на заглушку 12, предварительно сняв крышку 2.
Технические характеристики реверсивного распределителя с гидравлическим управлением по МН 5782-65
Фильтр тонкой очистки рабочей жидкости устанавливается в сливной гидролинии проектируемого гидропривода и выбирается по расходу в этой линии
; (11)
, где -активная площадь штоковой полости гидроцилиндра. м . дм /с;
Выбираем тип фильтра по требуемой тонкости фильтрации, рабочей жидкости, которая дается в рабочих характеристиках насосов. Берем фильтр тонкой очистки типа ФП7(Г43-5).
Рисунок 5. Фильтр тонкой очистки типа ФП7(Г43-5)
Технологические характеристики фильтров тонкой очистки типа ФП7(Г43-5)
Параметры Единица имерения ФП-
Условный проход мм 25
Номинальная пропускная способность дм /с 1,67
Номинальное давление МПА 20
Перепад давления при номинальной пропускной способности МПА 0,17
Фильтр грубой очистки устанавливается на входе во всасывающую гидролинию непосредственно в гидробаке не ближе двух диаметров этой линии от дна.
;
где - рабочий объем насоса, [м3/об]; - частота вращения вала насоса, об/с.
;
Выбираем фильтр грубой очистки типа Г42-35.
Рисунок 6. Фильтр грубой очистки типа Г42-3.
Технологические характеристики, основные и присоединительные размеры приемных фильтров типа Г42-3
Параметры Единица измерения Г42-35
Номинальная пропускная способность дм /с 2,34
Тонкость фильтрации мм 0,08
Гидравлическое сопротивление при наибольшей допустимой загрязненности фильтрующего элемента МПА 0,008-0,01
Гидравлическое сопротивление , соответствующее открытию перепускного клапана МПА 0,011-0,012
Условный проход мм 50
Масса фильтра кг 11
4. Определение диаметров гидролиний
В проектируемом насосном гидроприводе необходимо определить диаметры трех гидролиний: всасывания (от гидробака до насоса)- , напорной (от насоса до гидродвигателя)- , сливной (от гидродвигателя до гидробака)- .
Диаметры гидролиний определяются по формуле [м]: ; (12)
;
Округляем по ГОСТ 16516-70
;
Округляем по ГОСТ 16516-70
;
Округляем по ГОСТ 16516-70
Скорость потока жидкости для всасывающих трубопроводов принимаем .
Скорость потока жидкости для нагнетательных трубопроводов принимаем .
Скорость потока жидкости для сливных трубопроводов принимаем .
В которую подставляются соответствующие расходы и скорости потока жидкости.
Расход в линии всасывания - , [м3/с]
; (13)
;
где - рабочий объем насоса, [м3/об]; - частота вращения вала насоса, об/с.
Расход в напорной линии - равен номинальной подаче насоса по технической характеристике, или (14)
где - объемный к.п.д. насоса из технической характеристики.
Расход в сливной гидролинии - , [м3/с]
;
дм /с;
Допустимые скорости в нагнетательных линиях =3м/с
5. Определение давления насоса гидроцилиндр поршневый насос фильтр
Скорости , , считаем через соответствующие расходы , ,Q .
; (16)
;
;
Определяем режим течения жидкости в трубопроводе по числу Рейнольса: , (20) где - кинематическая вязкость жидкости, [м2/с]. Для индустриального масла И-40А =
< 2300 - ламинарный режим.
<2300 - ламинарный режим.
<2300 - ламинарный режим.
При ламинарном режиме
, (19) где - критерий Рейнольса - величина характеризующая режим движения жидкости.
;
;
;
Определение потерь напора: ;
;
;
где - плотность рабочей жидкости, [кг/м3]Для индустриального масла И-40А =900 кг/м3 ;
Определяем давление по формуле: (17) где и - общие потери давления при прохождении соответствующих расходов и по напорной и по сливной гидролиниям, [Па];
- коэффициент соотношения площадей гидроцилиндра;
- высота подъема жидкости в напорной гидролинии, [м].
;
где м ; м .
;
Определяем давление по формуле: ;
где - внешнее давление в гидробаке, [Па] p =101 325 Па. В гидроприводах с разомкнутой циркуляцией рабочей жидкости чаще всего внешнее давление равно атмосферному. - высота всасывания, [м];
;
Согласно ГОСТ 17389-72 давление насоса [Мпа] определяется по выражению
, (15) где и - абсолютное давление и скорость потока жидкости в напорном канале насоса; [Па], [м/с]; и - абсолютное давление и скорость потока жидкости в канале всасывания насоса; [Па], [м/с]; и - высоты центров сечения напорного и всасывающего каналов насоса [м]. Для большинства насосов станочных гидроприводов разностью этих высот можно пренебречь; =1; =1; - коэффициент Кориолиса. - плотность рабочей жидкости, [кг/м3]; - ускорение силы тяжести, [м/с2].
Определяем полезную мощность насоса [КВТ]: . (24) где - в МПА и - в м3/с.
.
Мощность насоса, по которой выбирается приводной электродвигатель, определяется по формуле
, (25) где - к.п.д. насоса из технической характеристики.
, Вычисленные значения давлений в гидролиниях системы позволяют выбрать тип трубы или шланга для гидролиний. Необходимая толщина стенки трубы [м] определяется по формуле
, (26) где условное расчетное давление в трубе, [Па]; ;
наибольшее рабочее давление в трубе;
- принятый диаметр гидролинии, м;
допускаемое напряжение в стенке трубы, [Па]; ;
предел прочности материала трубы.
;
МПА;
;
;
;
По ГОСТ 16516-70 округляем полученные диаметры до ближайщего большего значения
Давление в сливной магистрали определяется по выражению
;
;
6. Определение емкости гидробака
Определяем количество энергии выделяемое при работе привода, [КВТ];
2. Пластинчатый насос БГ12-26АМ на мощность 12,5-14 МПА.
3. Предохранительный клапан Г52-2
4. Реверсивный распределитель с гидравлическим управлением по МН 5782-65
5. Фильтр тонкой очистки типа ФП7(Г43-5).
6. Фильтр грубой очистки типа Г42-35.
Были получены следующие расчетные параметры данной гидросистемы: , , , , .
Гидроаппаратура подобрана по выполненным расчетам. Выбранный насос имеет сравнительно высокую стоимость, но полностью подходит по производительности и мощности к данному приводу.
Список литературы
1. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика / Т.М. Башта. - М.: Машиностроение, 1971. - 672 с.
2. Ковалевский В.Ф. Справочник по гидроприводам горных машин / В.Ф. Ковалевский, Н.Т. Бейлин Ю.Е. Железняков - М.: Недра, 1973. - 504 с.
3. Рабинович Е.З. Гидравлика / Е.З. Рабинович. - М.: Недра, 1980. - 278 с.
Размещено на
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
