Определение диаметра гидроцилиндра и штока. Расчет наибольшего и наименьшего расходов рабочей жидкости в гидролиниях. Определение типоразмера гидрораспределителя. Выбор гидронасоса, вместимости гидробака и расчет площади теплоизлучающих поверхностей.
Аннотация к работе
Раздел механики, в котором изучают равновесие и движение жидкости, а также силовое взаимодействие между жидкостью и обтекаемыми ею телами или ограничивающими ее поверхностями, называется гидромеханикой. В понятие «русло» или «канал» включают поверхности (стенки), которые ограничивают и направляют поток, следовательно, не только русла рек, каналов и лотков, но и различные трубопроводы, насадки, элементы гидромашин и других устройств, внутри которых протекает жидкость. Под гидроприводом понимают совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости под давлением. Гидроприводы обеспечивают широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости, возможность работы в динамических режимах с требуемым качеством переходных процессов, защиту системы от перегрузки и точный контроль действующих усилий. Согласно исходным данным: P1 = 1,3 МПА, P2 = 2,1 МПА, P3 = 3,3 МПА. б) Согласно рекомендации о соответствии между P и dшт/Dп принимаем dшт/Dп = 0,5. в) Пренебрегая сопротивлением трения в уплотнениях и противодавлением, находим площадь поперечного сечения гидроцилиндра: тогда диаметр гидроцилиндра: Дальнейший расчет проводится по наибольшему диаметру, в соответствии с ГОСТ 12447-80.
Введение
Раздел механики, в котором изучают равновесие и движение жидкости, а также силовое взаимодействие между жидкостью и обтекаемыми ею телами или ограничивающими ее поверхностями, называется гидромеханикой.
Науку о законах равновесия и движения жидкостей и о способах приложения этих законов к решению практических задач называют гидравликой. В гидравлике рассматривают, главным образом, потоки жидкости, ограниченные и направленные твердыми стенками, т.е. течения в открытых и закрытых руслах (каналах). В понятие «русло» или «канал» включают поверхности (стенки), которые ограничивают и направляют поток, следовательно, не только русла рек, каналов и лотков, но и различные трубопроводы, насадки, элементы гидромашин и других устройств, внутри которых протекает жидкость.
Под гидроприводом понимают совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости под давлением. В качестве рабочей жидкости в станочных гидроприводах используется минеральное масло.
Применение гидроприводов в станкостроении позволяет упростить кинематику станков, снизить металлоемкость, повысить точность, надежность и уровень автоматизации.
Широкое использование гидроприводов определяется рядом их существенных преимуществ перед другими типами приводов и, прежде всего, возможностью получения больших усилий и мощностей при ограниченных размерах гидродвигателей. Гидроприводы обеспечивают широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости, возможность работы в динамических режимах с требуемым качеством переходных процессов, защиту системы от перегрузки и точный контроль действующих усилий. С помощью гидроцилиндров удается получить прямолинейное движение без кинематических преобразований, а также обеспечить определенное соотношение скоростей прямого и обратного ходов.
Гидроприводы имеют недостатки, которые ограничивают их использование в станкостроении. Это потери на трение и утечки, снижающие КПД гидропривода и вызывающие разогрев рабочей жидкости.
При правильном конструировании, изготовлении и эксплуатации гидроприводов их недостатки могут быть сведены к минимуму. Для этого нужно хорошо знать унифицированные узлы гидропривода и типовые узлы специального назначения.
1. Определение диаметра гидроцилиндра Dц и диаметра штока d а) Выбираем рабочее давление в гидроцилиндре P, для чего используем рекомендации о соответствии между P и F.
Согласно исходным данным: P1 = 1,3 МПА, P2 = 2,1 МПА, P3 = 3,3 МПА. б) Согласно рекомендации о соответствии между P и dшт/Dп принимаем dшт/Dп = 0,5. в) Пренебрегая сопротивлением трения в уплотнениях и противодавлением, находим площадь поперечного сечения гидроцилиндра: тогда диаметр гидроцилиндра: Дальнейший расчет проводится по наибольшему диаметру, в соответствии с ГОСТ 12447-80. [3] принимаем D=110 мм.
Тогда площадь гидроцилиндра: Значит, диаметр штока будет равен: В соответствии с ГОСТ 12447-80 принимаем =56мм.
Тогда площадь штока:
2. Определение потребной подачи насоса
3. Определение наибольшего и наименьшего расходов рабочей жидкости в гидролиниях
4. Выбор диаметров гидролиний
Для упрощения расчетов принимаем диаметр трубопроводов одинаковым для всех гидролиний.
В соответствии с рекомендациями принимаем скорость течения жидкости в трубопроводе Vcp = 2 м/с.
Откуда диаметр трубопровода:
Принимаем согласно ГОСТ 12447-80 dtp = 36 мм.
5. Выбор рабочей жидкости
Рабочие жидкости бывают на нефтяной и синтетической основе. В основном применяют рабочие жидкости на нефтяной основе с различными улучшающими свойства масел присадками. Присадка способствует сохранению механических свойств масел при повышенных температурах, уменьшают пенообразование, улучшают их сопротивление износу и антикоррозионные свойства. Концентрация присадок в рабочих жидкостях составляет от 0,05% до 22%.
Рабочая жидкость должна удовлетворять двум условиям: 1) Температура застывания должна быть на 15-20 0С ниже наименьшей температуры окружающей среды.
2) При давлении до 7 МПА рекомендуется применять минеральные масла, имеющие =(16,5…20,5) 10-6 м2/с при t =50 0C.
Выбираем масло индустриальное ИГП - 18. Оно имеет тзаст = -15 0С, что на 20ОС ниже заданной минимальной температуры (5ОС) и при t = 50ОС имеем = 18•10-6 м2/с, поэтому первое условие выполнено.
Температура окружающего воздуха токр = 30ОС.
Также этим условиям удовлетворяют масла: ИС - 30;
ИС - 20;
ВМГЗ;
МГ8;
МГ10.
Рис. 1
АМГ-19
ВМГЗ
Трансформаторное
АУ
Индустриальное ИС-12
Индустриальное ИС-20
Турбинное - 22
Индустриальное ИС-30
Турбинное - 30
Индустриальное - 45
Индустриальное - 450
Дизельное ДП-8 (МГ-8), ДП-11 (МГ-10)
МГЗ
ВГМ
Марка А. Определение типоразмера гидрораспределителя
Типоразмер определяем из условия:Qнаиб. Qтабл. где Qтабл - рекомендованный максимальный расход через гидрораспределитель.
Выбираем типоразмер гидрораспределителя Р-203, который обеспечивает пропускную способность жидкости Qmax = 170 л/мин.
160,63 л/мин < 170 л/мин
Потери давления в секциях р=0,53МПА, тонкость фильтрации 10 мкм.
Номинальное давление рномин = 32 МПА.
Максимальное давление pmax = 32МПА.
Максимальная утечки 200 см3/мин.
7. Определение типоразмера фильтра
Согласно заданию выбираем на сливную магистраль тип фильтра ФС .
Типоразмер определяем из условия .
Его пропускная способность = 400л/мин; номинальное давление Р=0,63 МПА; перепад давления 0,1 МПА, тонкость фильтрации 25 мкм.
На напорную магистраль выбираем дисковый сетчатый фильтр ФС . гидроцилиндр шток теплоизолирующий поверхность
8. Выбор гидронасоса
Для выбора насоса необходимо знать подачу Q и величину давления нагнетания Рн, которую определяем из условия:
где: -гидросопротивление в гидролинии: насос - гидроцилиндр;
-гидросопротивление в гидролинии: гидроцилиндр - бак;
DPЗ-гидросопротивление в золотнике;
DPЗ сл-сопротивление в золотнике при сливе;
DPФ-гидросопротивление в фильтре;
wшт-площадь штока;
wц-площадь гидроцилиндра;
F-усилие на штоке гидроцилиндра;
Ртр-требуемое давление.
Коэффициент сопротивления в напорной магистрали Sx:
ху-коэффициент сопротивления в углах поворота (0,15);
хт-коэффициент сопротивления в тройниках (2);
хгк-коэффициент сопротивления в гидроклапане (2);
хд-коэффициент сопротивления в дросселе (2,5);
хшт-коэффициент сопротивления в штуцере (0,1);
Подставляя известные величины, получим: Потери в сливной гидролинии будут равны:
Коэффициент сопротивления в сливной магистрали Sx: 3(выхода)хвых 5(углов)ху 7(тройники)хт 1(гидроклапан)хгк 3(штуцера)хшт
Подставляя известные величины, получим гидравлическое сопротивление в сливной гидролинии.
Уплотнительные устройства предназначены для предотвращения наружных и внутренних утечек рабочей жидкости. Поскольку рабочей средой гидравлических приводов являются жидкости, то в местах разъема и, тем более, в подвижных соединениях возникает необходимость в уплотнительных устройствах.
Принимаем уплотнение для поршня: U-образные резиновые манжеты
Тогда трение в подвижном соединении: Подставляя приведенные расчетные данные в формулу, получим:
Насос должен обеспечить подачу Q = 119 л/мин при Рн = 2,76 МПА. Этому условию удовлетворяет пластинчатый насос типа 2Г12-55АМ; с рабочим объемом 80 см3; давление Pmax = 6,3МПА; частота вращения 1500 об/мин; КПД 0,9; масса 46кг.
9. Расчет и выбор регулирующей гидроаппаратуры
Площадь сечений проходных окон и каналов определяем по формуле: где: Q - поток рабочей жидкости через сечения; V - скорость потока жидкости.
Перепад давления на дросселях: где: - плотность жидкости; - расход жидкости; - площадь сечения дроссельного отверстия; коэффициент местного сопротивления; b - поправочный коэффициент, учитывающий влияние вязкости на местные потери давления.
Выбираем дроссель типа ПГ типоразмера ПГ77-12 с рабочим давлением 20МПА табл. 5,13 [с. 146, 3].
10. Расчет КПД гидропривода машины
Коэффициент полезного действия гидропривода позволяет установить эффективность спроектированной машины.
Общий КПД гидропривода:
Гидравлический КПД:
где: Рном - номинальное давление в гидросистеме (6,3 МПА); - суммарные потери давления(0,53 0,63 0,1 0,2 0,247 0,245=1,952 МПА).
Механический КПД:
где: , , - механические КПД соответственно насоса, распределителя и гидродвигателя.
Объемный КПД:
где: , , - объемные КПД соответственно насоса, распределителя и гидродвигателя принимаем равным 1.
11. Выбор вместимости гидробака и определение площади теплоизлучающих поверхностей
Согласно ГОСТ 12448-80 выбираем вместимость гидробака 200 л.
Площадь теплоотдачи: Площадь теплоизлучающих поверхностей гидропривода:. Тепловой расчет гидропривода
Количество тепла, получаемое в единицу времени:
где: кп = 0,6 - коэффициент продолжительности работы под нагрузкой;
кд =0,7 - коэффициент использования номинального давления.
Определение установившейся температуры рабочей жидкости: Так как установившаяся температура рабочей жидкости не превышает предельно допустимую, то в гидроприводе нет необходимости применять теплообменник.
Определяем текущую температуру рабочей жидкости в гидроприводе по формуле:
где: - время за которое выделяется тепло; - масса гидропривода и рабочей жидкости; - средняя теплоемкость материалов.
В этой формуле неизвестной величиной является только средняя удельная теплоемкость:
где: - теплопроводность рабочей жидкости; - теплоемкость материала; - масса гидрооборудования; - масса рабочей жидкости.
Определяем массу жидкости, полагая, что ее объем в гидросистеме превышает объем в гидробаке в 1,5 раза:
Предавая значения , определим текущую температуру, через 1200 с. после начала работы:
Список литературы
1. Башта Т.М., Руднев Б.Б. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для машиностроительных вузов. - М., 1982. - 423 с.
2. Каверзин С.В. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу самоходных машин: Учебное пособие. - Красноярск, 1997. - 384 с.
3. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. - М.: Машиностроение, 1988. - 512 с.