Структура и принцип действия гидравлического привода подач силовой головки агрегатного станка. Расчет параметров станка при выполнении операции ускоренного подвода силовой головки к заготовке. Расчет теплообменника. Построение циклограмм работы станка.
Аннотация к работе
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.
Введение
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.
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
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
- 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.
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)
Вывод
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.
Список литературы
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).