Расчет параметров рабочего цикла агрегатного станка - Курсовая работа

Агрегатная головка ускоренно перемещается влево, при этом масло из поршневой полости гидроцилиндра 3 через гидролинию, открытый золотник ускоренных ходов 4, дроссель скорости ускоренных перемещений 7 и гидрораспределитель 2 вытесняется в масляный бак. Гидрораспределитель 2 переключается в положение, при котором масло под давлением от насоса 1 через гидролинию, дроссель скорости ускоренных перемещений 7, обратный клапан 6 подводится в поршневую полость гидроцилиндра 3, а штоковая полость гидроцилиндра 3 через гидрораспределитель 2 сообщается гидролинией со сливом в масляный бак. В соответствии с принципиальной гидравлической схемой, приведенной на рисунке 1.1, при включении электромагнита Y2 масло под давлением от насоса 1 подводится через золотниковый гидрораспределитель 2 в штоковую полость силового гидроцилиндра 3 привода агрегатной головки. Для нахождения гидродинамических параметров привода в период выполнения операции ускоренный подвод силовой головки к заготовке преобразуем принципиальную гидравлическую схему агрегатного станка к эквивалентной расчетной схеме (рисунок 2.1). Анализ уравнения (2.15) показывает, что давление на выходе из насоса складывается из статической нагрузки на гидроцилиндре и суммы потерь давления в простых трубопроводах 1-3 и (суммы характеристик простых трубопроводов, соединенных последовательно).В курсовом проекте изучена принципиальная гидравлическая схема агрегатного станка и на ее основе построены эквивалентные расчетные схемы.

В современном машиностроении, где часто меняется объект производства, проявляется противоречие между сроками изготовления специальных станков и их высокой себестоимостью, с одной стороны, и сроками смены объекта и требованиями к понижению его себестоимости, с другой стороны.

Эффективным решением этого вопроса является метод создания специального и специализированного оборудования из нормализованных узлов (агрегатов), которые могут быть скомпонованы соответственно характеру обрабатываемой детали.

Этот метод получил название - принцип агрегатирования, а станки, созданные по этому принципу, названы агрегатными.

Исходное положение принципа агрегатирования металлорежущих станков заключается в заблаговременной разработке конструкции, изготовлении и тщательной отработке опытных образцов отдельных агрегатов - нормализованных узлов. При наличии нормализованных узлов общепринятый процесс проектирования агрегатных станков превращается в процесс компоновки этих станков из нормализованных узлов.

Так как агрегатные станки являются станками специальными, то в их состав, кроме нормализованных узлов, входят специальные узлы; поэтому процесс компоновки агрегатных станков сочетается с обычным процессом проектирования некоторых оригинальных узлов.

Основным узлом, определяющим надежность работы гидравлической силовой головки, является гидропривод, обеспечивающий стабильность установленной скорости подачи независимо от колебаний нагрузки, от сил трения и сил резания, действующих на силовую головку.

Надежная работа гидропривода в значительной степени определяется вязкостью масла и ее зависимостью от температуры, так как изменение вязкости при нагреве масла приводит к колебаниям режимов работы гидроприводов станков. В гидроприводах с нерегулируемым насосом температура масла повышается за счет слива его в бак через клапаны и утечек в насосе.

Важным условием безотказной работы гидропривода является чистота масла, которое нужно менять не реже одного раза в 4-6 месяцев.

1. Структура и принцип действия гидравлического привода подач силовой головки агрегатного станка

Цикл работы агрегатной силовой головки включает ускоренный ее подвод к заготовке, рабочую подачу, выстой на упоре и ускоренный отвод в исходное положение. Принципиальная схема гидропривода подачи силовой головки агрегатного станка приведена на рисунке 1.1.

При включении электромагнита Y2 масло под давлением от насоса 1 подводится через золотниковый гидрораспределитель 2 в штоковую полость силового гидроцилиндра 3 привода агрегатной головки. Агрегатная головка ускоренно перемещается влево, при этом масло из поршневой полости гидроцилиндра 3 через гидролинию, открытый золотник ускоренных ходов 4, дроссель скорости ускоренных перемещений 7 и гидрораспределитель 2 вытесняется в масляный бак. В конце ускоренного подвода кулачок, установленный на агрегатной головке, нажимает на ролик золотникового устройства 4 и плавно перекрывает проход масла через проточки золотника 4. Поэтому в дальнейшем масло из поршневой полости гидроцилиндра 3 может вытесняться только через регулятор потока 5, который отрегулирован на расход, соответствующий рабочей подаче агрегатной головки.

Агрегатная головка движется с рабочей подачей, инструмент обрабатывает деталь, а в конце рабочего хода головка доходит до жесткого упора. При этом дается некоторое время на выстой на упоре для зачистки обработанных торцовых поверхностей.

После выстоя отключается электромагнит Y2 и включается электромагнит Y1. Гидрораспределитель 2 переключается в положение, при котором масло под давлением от насоса 1 через гидролинию, дроссель скорости ускоренных перемещений 7, обратный клапан 6 подводится в поршневую полость гидроцилиндра 3, а штоковая полость гидроцилиндра 3 через гидрораспределитель 2 сообщается гидролинией со сливом в масляный бак. Агрегатная головка ускоренно отводится вправо до исходного положения, где подается команда на отключение электромагнита Y1. При этом пружины, устанавливают золотник гидрораспределителя 2 в среднем положение, обе полости гидроцилиндра 3 соединяются со сливной магистралью и агрегатная головка останавливается. Далее цикл повторяется.

1- Насос; 2- золотниковый гидрораспределитель; 3 - силовой гидроцилиндр; 4 - открытый золотник ускоренных ходов; 5 - регулятор потока; 6 - обратный клапан; 7 - дроссель скорости ускоренных перемещений

Рисунок 1.1- Схема гидропривода подачи силовой головки агрегатного станка

2. Расчет гидродинамических параметров агрегатного станка при выполнении операции ускоренный подвода силовой головки к заготовке

В соответствии с принципиальной гидравлической схемой, приведенной на рисунке 1.1, при включении электромагнита Y2 масло под давлением от насоса 1 подводится через золотниковый гидрораспределитель 2 в штоковую полость силового гидроцилиндра 3 привода агрегатной головки. Агрегатная головка ускоренно перемещается влево, при этом масло из поршневой полости гидроцилиндра 3 через гидролинию, открытый золотник ускоренных ходов 4, дроссель скорости ускоренных перемещений 7 и гидрораспределитель 2 вытесняется в масляный бак. В конце ускоренного подвода кулачок, установленный на агрегатной головке, нажимает на ролик золотникового устройства 4 и плавно перекрывает проход масла через проточки золотника 4.

Насос 1 с объемным КПД ?0=0,8 при подаче Q=30 л/мин обладает номинальным давлением рн =20 МПА. Характеристика переливного клапана (линейная): при при К.П.Д. гидродвигателя 3 - .

Величина Qн в соответствии с заданием составляет значение

Qн=30 • 10-3 / 60=0,5 • 10-3 (м3/с) , (2.1)

Определим теоретическую подачу насоса Qt. Она равна

Qt= Qн / ?0=( Qt- ?QУТ)/ Qt (2.2)

?QУТ = (1- ?0) • Qt =0,2 • 0,5 • 10-3 =0,6(м3/с) . (2.3)

Строим расходную характеристику насоса 1 (рисунок 2.2).

Для нахождения гидродинамических параметров привода в период выполнения операции ускоренный подвод силовой головки к заготовке преобразуем принципиальную гидравлическую схему агрегатного станка к эквивалентной расчетной схеме (рисунок 2.1).

Данная эквивалентная расчетная схема содержит два простых участка трубопроводов (1-3 и ), соединенных последовательно. На концах трубопровода (1-3 и ) воспринимается нагрузка от гидравлического цилиндра, нагруженного внешней силой Rxx (силой сопротивления движению).

Рисунок 2.1 - Эквивалентная расчетная схема гидропривода подачи силовой головки агрегатного станка в период выполнения операции ускоренный подвод силовой головки к заготовке

Составив уравнение движения штока поршня

, (2.4) где Sп = ? • Dп2 /4 - площадь поршня, Sш = ? • (Dп2 - Dш2) / 4

- площадь поршня со стороны штока, ?гц - КПД гидроцилиндра.

Следовательно . (2.5)

Взаимосвязь давлений на концах простого трубопровода 1-3 описывается уравнением

, (2.6) где - гидравлические потери на трение и местные сопротивления, зависящие от режима течения жидкости в трубопроводе и определяемые по уравнению

(2.7)

Для простого трубопровода 1-3 расход рабочей жидкости равен подаче насоса , т. е.

. (2.8)

При ламинарном режиме течения жидкости ( ) величина показателя степени m=1, а коэффициент определяется выражением

, (2.9) где - плотность и кинематический коэффициент вязкости жидкости;

l, d - суммарная длина и диаметр простого трубопровода 1-3;

- эквивалентная длина трубопровода;

- суммарное значение коэффициента местных сопротивлений на участке простого трубопровода 1-3;

- гидравлический коэффициент трения.

При турбулентном режиме течения жидкости в простом трубопроводе 1-3 ( ) величина показателя степени m=2, а коэффициент определяется в виде

. (2.10)

Аналогично определим взаимосвязь давлений и подач

; (2.11)

, (2.12)

Скорость перемещения в цилиндре одинаковая, отсюда следует

, (2.13)

. (2.14)

Решая совместно уравнения, находим

. (2.15)

Анализ уравнения (2.15) показывает, что давление на выходе из насоса складывается из статической нагрузки на гидроцилиндре и суммы потерь давления в простых трубопроводах 1-3 и (суммы характеристик простых трубопроводов, соединенных последовательно).

Определим критический поток при Rkp=2300

,(2.16)

(м3/с).(2.17)

Эквивалентные длины трубопроводов 1-3 и равны

, , (2.18)

(м), (2.19)

(м).

При ламинарном режиме течения жидкости ( ) величина показателя степени m=1, а коэффициент определяется выражением

( Н•с/м5)

( Н•с/м5)

Движение жидкости турбулентное, m=2. Расчет ведем по формуле (2.10), где

(2.20)

, (2.21)

. (2.22)

Следовательно (м), (2.23)

, (2.24)

, (2.25)

(м), (2.26)

, (2.27)

(Н•с/м5), (2.28)

(Н•с/м5) . (2.29)

Вычислим статическую нагрузку на гидроцилиндре

, (2.30)

(Па) 0,222 (МПА). (2.31)

Воспользовавшись графоаналитическим методом, рассчитаем значения гидродинамических параметров простых трубопроводов с учетом корректирующих поправок (таблица 2.1), построим их характеристики (рисунок 2.2) и, после графического сложения характеристик простых трубопроводов, получим суммарную характеристику потребного давления.

Таблица 2.1 - Расчет гидродинамических параметров простых трубопроводов

№ трубопроводов ,м3/с , Н•с/м5 МПА МПА , МПА МПА

1-3 0,5 294,5 0,147 - - -

0,55 586300 - - 0,18 -

0,6 - - 0,21 -

0,5703,8-1,4-

0,55 1407200 - - - 2,0

0,6 - - - 4,2

=0,222 (МПА)

Рисунок 2.2 - Гидродинамические характеристики гидропривода при выполнении операции ускоренный подвод силовой головки к заготовке

Точка пересечения характеристик потребного давления гидросети и насоса (рабочая точка А, рисунок 2.2) будет описывать условия их совместной работы в период выполнения операции ускоренный подвода силовой головки к заготовке.

Характеристики рабочей точки А при выполнении операции ускоренный подвод силовой головки к заготовке в соответствии с рисунком 2.2 составляют: , .

Мощность гидропривода, затрачиваемая на выполнение данной операции, находится по формуле

, (2.32)

. (2.33)

Скорость перемещения шток-поршня при выполнении операции равна

, (2.34)

, (2.35)

. (2.36)

Следовательно (м2), (2.37)

(м2), (2.38)

(м/с). (2.39)

Полезная мощность гидропривода при выполнении операции равна

, (2.40)

. (2.41)

КПД гидропривода при выполнении данной операции составляет

, (2.42)

. (2.43)

Длительность перемещения находится по формуле

, (2.44)

. (2.45)

3. Расчет гидродинамических параметров агрегатного станка при выполнении операции рабочей подачи агрегатной головки

В соответствии с принципиальной гидравлической схемой, приведенной на рисунке 1.1, масло из поршневой полости гидроцилиндра 3 может вытесняться только через регулятор потока 5, который отрегулирован на расход, соответствующий рабочей подаче агрегатной головки.

Агрегатная головка движется с рабочей подачей, инструмент обрабатывает деталь, а в конце рабочего хода головка доходит до жесткого упора. гидравлический привод агрегатный станок

Преобразуем принципиальную гидравлическую схему агрегатного станка к эквивалентной расчетной схеме (рисунок 3.1). Исходя из этого, имеем два простых участка трубопровода 1-3 и , соединенных последовательно. Трубопроводы соединены между собой через гидроцилиндр 3, который в данном случае можно рассматривать как местное сопротивление , равное

, (3.1) откуда

(3.2)

, (3.3)

. (3.4)

Взаимосвязь давлений на концах простого трубопровода 1-3 описывается уравнением

, (3.5)

. (3.6)

Для простого трубопровода 1-3 расход рабочей жидкости равен подаче насоса , т. е.

. (3.7)

Аналогично для трубопровода

. (3.8)

Расход рабочей жидкости в простых трубопроводах 1-3 и будут связаны между собой

(3.9)

Рисунок 3.1 -Эквивалентная расчетная схема гидропривода при выполнении операции рабочей подачи силовой головки

Исходя из формулы (3.3) и (3.4) имеем, что (м2), (3.10)

(м2). (3.11)

Поскольку давление на выходе из насоса р1 равно сумме давлений на входе в насос и рн, развиваемого насосом, т.е.

, (3.12) то, решая совместно уравнения находим, что , (3.13)

. (3.14)

Давление в насосе рн складывается из суммы статической нагрузки на силовом гидроцилиндре и потерь давления в простых трубопроводах 1-3 и .

Определим критический поток при Rkp=2300

, (3.15)

(м3/с). (3.16)

Эквивалентные длины трубопроводов 1-3 и равны

, (3.17)

, (3.18)

(3.19)

(3.20)

Следовательно (м), (3.21)

(м). (3.22)

Гидравлический коэффициент трения будет равен

(3.23)

(3.24)

(3.25)

. (3.26)

Движение жидкости ламинарное, m=1. Расчет ведем по формуле (2.10)

( Н•с/м5)

( Н•с/м5)

Движение жидкости турбулентное, m=2. Расчет ведем по формулам

(3.27)

(3.28)

(3.29)

(3.30)

(м), (3.31)

(м). (3.32)

Следовательно (Н•с/м5), (3.33)

(Н•с/м5). (3.34)

Вычислим статическую нагрузку на гидроцилиндре

, (3.35)

(Па) 4,44(МПА). (3.36)

Воспользовавшись графоаналитическим методом, рассчитаем значения гидродинамических параметров простых трубопроводов с учетом корректирующих поправок (таблица 3.1), построим их характеристики (рисунок 3.2) и, после графического сложения характеристик простых трубопроводов, получим суммарную характеристику потребного давления.

Таблица 3.1 - Значения гидродинамических параметров

№ трубопроводов ,м3/с , Н•с/м5 МПА МПА , МПА МПА

1-3 0,5 294,5 0,147 - - -

0,55 586300 - - 0,18 -

0,6 - - 0,21 -

0,51214,39-2,43-

0,55 2377970 - - - 3,25

0,6 - - - 7,43

=4,44 (МПА)

Рисунок 3.2 - Гидродинамические характеристики гидропривода при выполнении операции рабочей подачи силовой головки

Точка пересечения характеристик потребного давления гидросети и насоса (рабочая точка А, рисунок 3.2) будет описывать условия их совместной работы в период выполнения операции рабочей подачи агрегатной головки.

Характеристики рабочей точки А при выполнении операции рабочей подачи агрегатной головки в соответствии с рисунком 3.2 составляют: , .

Мощность гидропривода, затрачиваемая на выполнение данной операции, находится по формуле

, (3.37)

. (3.38)

Скорость перемещения шток-поршня при выполнении операции равна

, (3.39)

(м/с). (3.40)

Полезная мощность гидропривода при выполнении операции равна

, (3.41)

. (3.42)

КПД гидропривода при выполнении данной операции составляет

, (3.43)

. (3.45)

Длительность перемещения находится по формуле

, (3.46)

. (2.47)

4. Расчет гидродинамических параметров агрегатного станка при выполнении операции ускоренный отвод агрегатной силовой головки

В соответствии с принципиальной гидравлической схемой, приведенной на рисунке 1.1, после выстоя отключается электромагнит Y2 и включается электромагнит Y1. Гидрораспределитель 2 переключается в положение, при котором масло под давлением от насоса 1 через гидролинию, дроссель скорости ускоренных перемещений 7, обратный клапан 6 подводится в поршневую полость гидроцилиндра 3, а штоковая полость гидроцилиндра 3 через гидрораспределитель 2 сообщается гидролинией со сливом в масляный бак. Агрегатная головка ускоренно отводится вправо до исходного положения, где подается команда на отключение электромагнита Y1. При этом пружины устанавливают золотник гидрораспределителя 2 в среднее положение, обе полости гидроцилиндра 3 соединяются со сливной магистралью и агрегатная головка останавливается.

Преобразуем принципиальную гидравлическую схему агрегатного станка к эквивалентной расчетной схеме (рисунок 4.1). Исходя из этого, имеем два простых участка трубопровода и 3-2, соединенных последовательно. На концах трубопроводы воспринимают нагрузку от гидроцилиндра, нагруженной внешней силой Rxx, которая определяется из уравнения

, (4.1)

(4.2)

Взаимосвязь давлений на концах простого трубопровода описывается уравнением

. (4.3)

Для простого трубопровода расход рабочей жидкости равен подаче насоса , т. е.

. (4.4)

Аналогично давление на концах трубопровода 3-1

. (4.5)

Величина расхода рабочей жидкости в простом трубопроводе 3-2 будет равна

(4.6)

, (4.7)

. (4.8)

Следовательно

Рисунок 4.1 - Эквивалентная расчетная схема гидропривода подачи силовой головки агрегатного станка при выполнении операции ускоренный отвод агрегатной силовой головки

(м2), (4.9)

(м2), (4.10)

Решая совместно уравнения, находим, что . (4.11)

Анализ показывает, что давление на выходе из насоса р1 складывается из суммы статической нагрузки на гидроцилиндре и потерь давления в простых трубопроводах и 3-2.

Определим критический поток при Rkp=2300

, (4.12)

(м3/с). (4.13)

Эквивалентные длины трубопроводов и 3-2 равны

, (4.14)

, (4.15)

(4.16)

(4.17)

Следовательно

(4.18)

(419)

(м), (4.20)

(м). (4.21)

Гидравлический коэффициент трения будет равен

(4.22)

(4.23)

(4.24)

. (4.25)

Движение жидкости ламинарное, m=1. Расчет ведем по формуле (2.10)

( Н•с/м5)

( Н•с/м5)

Движение жидкости турбулентное, m=2. Расчет ведем по формулам

(4.26)

(4.27)

(4.28)

(4.29)

(м), (4.30)

(м). (4.31)

Следовательно

(Н•с/м5), (4.32)

(Н•с/м5). (4.33)

Вычислим статическую нагрузку на гидроцилиндре

, (4.34)

0,113(МПА). (4.35)

Воспользовавшись графоаналитическим методом, рассчитаем значения гидродинамических параметров простых трубопроводов с учетом корректирующих поправок (таблица 4.1), построим их характеристики (рисунок 4.2) и, после графического сложения характеристик простых трубопроводов, получим суммарную характеристику потребного давления.

Таблица 4.1 - Значения гидродинамических параметров

№ трубопроводов ,м3/с , Н•с/м5 МПА МПА , МПА МПА

1-3 0,5 688 - 1,37 - -

0,55 1374660 - - - 2,0

0,6 - - - 4,3

0,5348,40,174---

0,55 495000 - - 0,2 -

0,6 - - 0,7 -

=0,113 (МПА)

Рисунок 4.2 - Гидродинамические характеристики гидропривода при выполнении операции ускоренный отвод агрегатной силовой головки

Точка пересечения характеристик потребного давления гидросети и насоса (рабочая точка А, рисунок 4.2) будет описывать условия их совместной работы в период выполнения операции ускоренный отвод агрегатной силовой головки.

Характеристики рабочей точки А при выполнении операции рабочей подачи агрегатной головки в соответствии с рисунком 4.2 составляют: , .

Мощность гидропривода, затрачиваемая на выполнение данной операции, находится по формуле

, (4.36)

. (4.37)

Скорость перемещения шток-поршня при выполнении операции равна

, (4.38)

(м/с). (4.39)

Полезная мощность гидропривода при выполнении операции равна

, (4.40)

. (4.41)

КПД гидропривода при выполнении данной операции составляет

, (4.42)

. (4.43)

Длительность перемещения находится по формуле

, (4.44)

. (4.45)

5. Расчет теплообменника

Гидравлические потери в гидроприводе станка трансформируются в тепло, передаваемое рабочей жидкости. Чтобы рассеять выделяющуюся теплоту и обеспечить температуру рабочей жидкости не свыше при естественном теплообмене необходимо иметь достаточные размеры гидравлического бака.

Объем масла в гидробаке, который необходим для рассеяния теплоты в единицу времени при условии, что температура рабочей жидкости будет не более, чем на превышать температуру окружающего воздуха, можно приближенно определить по формуле

, (5.1) где - ; - ; - .

Среднее количество теплоты , выделяемой в гидросистеме в единицу времени, найдем по уравнению

(5.2)

(5.3)

Подставляя значение из выражения (5.3) в уравнение (5.1), найдем

. (5.4)

Поскольку необходимый для естественного (конвективного) теплообмена объем масляного бака не превышает типовых объемов стандартных гидростанций ( ), то для охлаждения жидкости до рабочих температур применение дополнительных теплообменников не требуется.

6. Построение циклограмм

Рисунок 6.1 а - Циклограммы гидропривода Q=f(t)

Рисунок 6.1 б - Циклограммы гидропривода p=f(t)

Рисунок 6.1 в - Циклограммы гидропривода p=f(Q)

В курсовом проекте изучена принципиальная гидравлическая схема агрегатного станка и на ее основе построены эквивалентные расчетные схемы.

Используя графоаналитический метод расчета параметров гидропривода, определены характеристики магистралей и сети в целом. Установлены параметры рабочих точек по операциям цикла, дана оценка параметров потребляемой и развиваемой мощностей, а также КПД гидропривода по операциям цикла.

Определено среднее количество теплоты, выделяемой в гидросистеме в единицу времени и определены размеры масляного бака, необходимого для конвективного охлаждения рабочей жидкости.

Выполнение курсового проекта позволило закрепить и расширить знания, полученные на лекциях, лабораторных и практических занятиях.

1. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы./ Справочник. М.: Машиностроение, 1982. - 464 с.

2. Пневматические устройства и системы в машиностроении./ Справочник. Под ред. Е.В. Герц. М.: Машиностроение, 1981.- 408 с.

3. Столбов Л.С. и др. Основы гидравлики и гидропривод станков. М.: Машиностроение, 1988. - 256 с.

4. Курсовое проектирование. Организация, порядок проведения. Оформление расчетно-пояснительной записки и графической части. Стандарт предприятия. СТП ВГТУ 001 - 98. Воронеж: ВГТУ, 1998. - 49 с. (рег.ном.62-2007).

Размещено на .ru