Розрахунок об"ємного гідроприводу

Міністерство освіти і науки України Сумський державний університет Кафедра прикладної гідроаеромеханіки.

Курсова робота.

з дисципліни «Гідравліка та гідропневмоприводи».

на тему: «Розрахунок об'ємного гідроприводу».

Суми 2009.

Завдання.

Принципова схема об`ємного гідропривода (схема 8) поступального руху подана на рисунку 1. Робоча рідина з бака Б подається насосом Н через розподільник Р у робочу порожнину гідроциліндра Ц. Шток гідроциліндра навантажений силою F. Надлишок рідини, що нагнітається насосом, відводиться в бак Б через клапан переливний КП чи через дросель ДР. Для регулювання швидкості робочого органу встановлений дросель ДР. Відпрацьована рідина з порожнини гідроциліндра через розподільник Р, i фільтр Ф зливається в бак Б.

За вибраним варіантом схеми гідропривода і заданими у, табл. 1, вихідними даними, а також взятим значенням робочого тиску, визначити розміри гідроциліндра і підібрати розподільник, дросель, гідроклапан, фільтр. Розрахувати втрати тиску в магістралях приводу. Вибрати насос. Розрахувати потужність і ККД гідроприводу. Еквівалентну шорсткість гідроліній взяти Е =0,06 мм, а механічний ККД гідроциліндра.

Вихідні дані:

F=50 кН;

VП=3,2 м/хв=0,0533 м/с;

Р= 2,5 МПа;

Масло — індустріальне 20.

Довжину напірної лінії (м) визначити за формулою:

(1.1).

де N — сума двох останніх цифр номеру залікової книжки,.

N = 11 (Варіант 38).

Довжина зливної лінії дорівнює:

(1.2).

Довжина всмоктувальної лінії:

(1.3).

Принципова схема об'ємного гідроприводу поступального руху показана на рис. 1.

Рисунок 1 — Принципова схема об'ємного гідропривода поступального руху.

1. Розрахунок і вибір параметрів гідроустаткування.

1.1 Розрахунок довжини гідролінії.

Довжину напірної лінії (м) визначаємо за формулою (1.1):

м.

Довжину зливної лінії визначаємо за формулою (1.2):

м;

Довжину всмоктувальної лінії обчислюємо за формулою (1.3):

.

1.2 Вибір робочої рідини.

Вибір робочої рідини виконується залежно від температурних умов, режиму роботи ГП і його робочого тиску.

Нормальна температура робочої рідини складає 50−60 С.

Приймаємо робочу рідину згідно рекомендацій [1, с. 19, додаток А]: масло індустріальне 20.

— густина с = 885 кг/м 3;

— кінематична в’язкість н = 20 10 -6 м 2/с.

1.3 Вибір робочого тиску.

Значення робочого тиску (МПа) вибираємо з ряду нормативних, установлених ГОСТ 12 445–80.

Для умов роботи заданого гідропривода приймаємо значення p=2,5 МПа, згідно рекомендацій.

1.4 Розрахунок розмірів гідроциліндра.

Площу поршня визначаємо за вибраним тиском і розрахунковим навантаженням із співвідношення, [1, с. 8 формула (2.1) ]:

(1.4).

де Sе — ефективна площа циліндра, м;2.

F — зусилля на штоці, Н;

Р — робочий тиск, Па;

— механічний ККД гідроциліндра;

— гідравлічний ККД гідроапаратури;

— визначає втрати тиску в трубопроводах і гідроапаратурі, що входить до складу приводу.

Приймаємо: =0,85; =0,9; p = 2,5· 10 6; F =80•103.

Діаметр поршня гідроциліндра визначається за отриманою ефективною площею поршня гідроциліндра, залежно від схеми гідропривода за формулою:

(1.5).

де D — діаметр поршня гідроциліндра, м;

відношення діаметра штока до діаметра поршня:

При цьому вибираємо залежно від величини робочого тиску, а саме:

приймаємо = 0,5 згідно [1, с. 9] при Р<5 МПа.

Отримане значення діаметра поршня округляю по ГОСТ 12 447–80 у відповідності з рядом розмірів діаметрів.

Приймаємо D=220 мм.

Діаметр штока (мм) знаходимо зі співвідношення [1, с. 10, формула (2.4)]:

(1.6).

де — відношення діаметра штока до діаметра поршня (=d/D); приймаємо в залежності від робочого тиску при Р<5 МПа, =0,5;

.

Отримане значення діаметра штока округляю по ГОСТ 12 447–80 до нормативних вимог у відповідності з рядом розмірів: d=110 мм.

За вибраними стандартними значеннями діаметрів поршня D і штока d уточнюємо значення ефективної площі напірної SE і зливної SEзл. порожнин гідроциліндра:

Напірна (зливна) лінія:

; ;

; (1.7).

1.5 Розрахунок необхідної витрати рідини.

Необхідну витрату рідини QНОМ, що надходить у гідроциліндр, знаходимо за формулою[1, с. 10 формула (2.5)]:

(1.8).

де VП — швидкість руху поршня, м/с;

SЕ — ефективна площа поршня гідроциліндра, м 2;

м 3/с = 90,6 л/хв.

Вибираємо необхідну подачу насоса за формулою (2.6):

(1.9).

де К=1,1 згідно рекомендацій;

Необхідну витрату рідини Qном (зл) (м3/с), що виходить зі зливної порожнини гідроциліндра, знаходять за формулою:

м3/с=120,84 л/хв.

1.6 Вибір гідрозподільника.

Тип і марку гідророзподільника вибирають за робочим тиском p=2.5 МПа і максимальною витратою через розподільник QН =120,84 [2, с. 78 табл. 4,4].

Приймаємо за графіком [2, с. 77, рис. 4.3] розподільник В22.

QНОМ =160 ;

pНОМ =0,1 МПа.

1.7 Вибір дроселя.

Типорозмір дроселя вибираємо по робочому тиску p=2,5 МПа і витратою рідини QДР = 120,84 [2, с. 146, табл. 5.13].

Приймаємо дросель МПГ55−15.

QНОМ = 160 ;

pНОМ =0,2 МПа.

1.8 Вибір фільтра.

Фільтр і його типорозмір вибирають за витратою робочої рідини в зливній гідролінії і необхідною для даного гідропривода тонкістю фільтрації. Тонкість фільтрації визначаеться залежно від типу привода [2, с. 296, табл. 8.2]. Вибір фільтра [2, с. 300, табл. 8.6.].

м3/с=120,84 л/хв.

Фільтр ФС, Номінальна тонкість фільтрації 40 мкм.

QНОМ =400 л/хв.;

pНОМ = 0,1 МПа.

2. Гідравлічний розрахунок системи привода.

2.1 Гідравлічний розрахунок трубопроводів.

Розрахунок трубопроводів полягає у визначенні їх діаметрів. Розрахунок виконується по ділянках: всмоктувальній (бак-насос), напірний (насос-гідроциліндр), зливній (гідроциліндр-бак), виділених у гідравлічній схемі.

Діаметри трубопроводів визначають, виходячи із забезпечення допустимої швидкості течії Vдоп, (м/с) рідини, що повинні бути в таких межах [1, с. 11 — 12]:

— всмоктувальні гідролінії: 0,5 — 1,5;

— зливні гідролінії: 1,4 — 2,0;

— напірні гідролінії: 3,0 — 5,0.

З урахуванням допустимих швидкостей за відомою витратою визначаєм діаметри трубопроводів d, м:

(2.1).

де Q — витрата рідини на даній ділянці гідромережі, м3/с.

Отримані діаметри округлюють до значення по ГОСТ 6540–68. Для всмоктувальної гідролінії QВС = QН:

=0,0650 м;

=0,0375 м.

Приймаємо dвс=0,05 м.

Для напірної гідролінії, (2.2).

де — ефективна площа поршня в напірній порожнині гідроциліндра, м 2;

VП — швидкість руху поршня, м/с.

м 3/с;

=0,0253 м;

=0,0196 м.

Приймаємо dн=0,025 м.

Для зливної гідролінії ,(2.3).

де — ефективна площа поршня в зливній порожнині гідроциліндра, м 2;

VП — швидкість руху поршня, м/с.

м 3/с;

=0,0428 м;

=0,0358 м;

Приймаємо dзл=0,04(м).

Після вибору стандартних діаметрів трубопроводів визначаємо фактичні швидкості в гідролініях.

Фактична швидкість при робочій подачі у всмоктувальній гідролінії визначається за формулою:

(2.4).

=0,846 м/с.

Фактична швидкість у напірній гідролінії складає:

(2.5).

=3,076 м/с.

Фактична швидкість у зливній гідролінії дорівнює:

(2.6).

=1,603 м/с.

Отримані швидкості робочої рідини відповідають рекомендованим межам, а значить діаметри трубопроводів визначені вірно.

2.2 Визначення втрат тиску в гідросистемі.

Втрати тиску визначають на всмоктувальній, напірній і зливній гідролініях.

Величина втрат на кожній ділянці визначається за формулою:

(2.7).

де — втрати на тертя по довжині трубопроводу, МПа;

— втрати в місцевих опорах, з урахуванням втрат в гідроапаратах, МПа.

Втрати тиску (Па) на тертя по довжині трубопроводу обчислюють за формулою Дарсі-Вейсбаха:

(2.8).

де — густина рідини, кг/м3;

— коефіціент гідравлічного тертя по довжині;

l, d — довжина і діаметр трубопроводу, м;

VФ — середня швидкість течії рідини, м/с.

Коефіцієнт гідравлічного тертя (коефіцієнт Дарсі) визначаємо, виходячи з режиму руху рідини і відносної шорсткості труби Е/d, де Е — еквівалентна шорсткість.

Режими руху рідини визначають за числом Рейнольда:

(2.9).

де V — фактична швидкість у всмоктувальному, напірному чи зливному трубопроводі, м/с;

d — діаметр трубопроводу, м;

— кінематичний коефіцієнт в’язкості, м 2/с.

Розрахунок числа Рейнольдса для ділянок трубопроводу:

— для всмоктувальної гідролінії:

;

Так як — режим руху ламінарний;

— для напірної гідролінії:

;

Так як — режим руху турбулентний;

— для зливної гідролінії:

;

Так як — режим руху турбулентний.

Якщо рух ламінарний, коефіцієнт гідравлічного тертя визначають за формулою [1, с. 14, формула (3.10)]:

(2.10).

Якщо рух турбулентний, коефіцієнт гідравлічного тертя визначають за формулою Альтшуля [1, с. 15, формула (3.11)]:

(2.11).

Коефіцієнт гідравлічного тертя на ланках трубопроводу:

— для всмоктувальної гідролінії:

;

— для напірної гідролінії:

;

— для зливної гідролінії.

.

За формулою (2.8) знаходимо:

=116,927 Па;

=18 026,841 Па;

=3629,271 Па;

Сумарні втрати тиску на тертя.

pТР=p +p +p, (2.12).

де p — втрати тиску на тертя на всмоктувальній лінії;

p — втрати тиску на тертя на напірній лінії;

p — втрати тиску на тертя на зливній лінії.

РТР=116,927 +18 026,841 +3629,271 =21 773,039 (Па).

Місцеві гідравлічні втрати pМ (Па) визначаємо за формулою Вейсбаха:

pм=, (2.13).

де — коефіціент місцевого опору;

V — середня щвидкість у місці перерізу з місцевим опором, м/с;

— густина рідини, кг/м 3.

До місцевих опорів стосовно до заданого гідропровода відносять: раптове розширення потоку (вхід у циліндр), раптове звуження потоку (вихід із циліндра), плавні повороти гідроліній, штуцерні приєднання трубопроводів, трійники, а також втрати в гідроапаратах: розподільнику, дроселі, фільтрі.

Значення коефіцієнтів місцевих опорів можна орієнтовно визначити, користуючись [1, с. 20, додаток Б]:

ВХ=0,5 — вхід у трубу;

ШТ=0,6 — штуцерні приєднання трубопроводів;

ВИХ=1,0 — вихід із труби;

ПОВ=0,21 — плавний поворот труби;

ТР=1,0 — трійник.

Вирахуємо значення коефіцієнтів місцевих опорів на кожній з гідроліній:

всмоктувальна лінія:

ВС=ВХ+ШТ;

ВС=0,5+0,6=1,1;

=348,375 Па;

напірна лінія:

Н=4ШТ+ТР+ВИХ;

Н=40,6+1,0+1,0=4,4;

=18 422,078 Па;

зливна лінія:

ЗЛ=4ПОВ+ВИХ +7ШТ+ВХ;

ЗЛ=40,21+1+70,6+ 0,5=6,54;

=7436,319 Па;

Сумарні місцеві втрати:

pМ=p+p+p, (2.14).

де p — місцеві втрати на всмоктувальній лінії;

p — місцеві втрати на напірній лінії;

p — місцеві втрати на зливній лінії.

РМ=348,375 +18 422,078 +7436,319 =26 206,772 Па.

Втрати тиску в гідроапаратах можна знайти за формулою:

(2.15).

де pном — табличне значення втрат тиску на даному опорі при номінальній подачі (наводиться в паспортних даних);

Qф — фактична витрата;

Qном — номінальна подача.

Визначаємо втрати на гідророзподільнику:

Відповідно до графіку [2, с. 77, рис. 4.3] втрати на розподільнику.

pРОЗ =0,1 МПа = 10 000 Па.

Втрати в фільтрі:

;(2.16).

=10 374,841 Па.

Визначаємо втрати в дроселі:

;(2.17).

=114 080,512 Па.

Сумарні втрати тиску в гідроапаратах:

pАП = p+p+p, (2.18).

=100 000+26206,772 +114 080,512 =224 455,353 Па.

Сумарні втрати тиску в гідросистемі:

21 773,039 +26 206,772 +224 455,353 =272 435,164 Па.

Сумарні втрати тиску не повинні перевищувати 20% тиску, що розвивається насосом:

(2.19).

Па.

Умова виконується.

3. ВИБІР ПАРАМЕТРІВ НАСОСА І ГІДРОКЛАПАНА ТИСКУ.

3.1 Вибір параметрів насоса.

гідролінія дросель фільтр трубопровід Необхідний тиск насоса pН обчислюють за рівнянням:

;(3.1).

де p — сумарні втрати тиску в гідролініях, Па;

=2,22 МПа.

Тип насоса вибирають відповідно до значень необхідної подачі QН = 99,66 л/хв і розрахункового тиску pН = 2,22 МПа [2, с. 18, табл. 2.1]:

насоc Г12−25АМ (QНОМ=110,4 л/хв, pНОМ=6,3 МПа, pМAX=7 МПа, Н=0,92) — пластинчастий нерегульований.

4.2 Вибір гідроклапана тиску Гідроклапан тиску вибирають за значеннями необхідного тиску pН=2.22 МПа і подачі вибраного насоса QH = 90,6 л/хв [2, с. 124, табл. 5.3 ]:

Гідроклапан Г54−34М:

Витрати масла: Qном=125 л/хв;

p=0,6 МПа.

4. РОЗРАХУНОК ПОТУЖНОСТІ І ККД ГІДРОПРИВОДА.

Ефективна (корисна) потужність Nп, Вт, гідроциліндру визначається за формулою:

(4.1).

Nп==2666,667 Вт.

Повна потужність N, Вт, гідроприводу дорівнює потужності, спожитої насосом:

(4.2).

де pН — розрахунковий тиск насоса, Па;

QH — подача вибраного насоса, м3/с;

Н — повний к.к.д. вибраного насоса.

N = =4008,065 Вт.

Повний к.к.д. гідроприводу [1, с. 17.формула (5.3)]:

(4.3).

=0,665.

Висновок: к.к.д. гідропривода низький, а тому для його підвищення необхідно замінити фільтр або взяти насос із меншою потужністю. Також підвищення к.к.д. можна досягнути шляхом зменшення поворотів і колін гідросистеми, що призведе до зменшення місцевих опорів у системі.

Список використаної літературИ.

1. Методичні вказівки до курсової роботи з курсу «Гідравліка та гідропневмоприводи» для студентів бакалавратури 6.0902 «Інженерна механіка» усіх форм навчання. /Укладачі: В. Ф. Герман, С.П. Кулініч. — Суми: СумДУ, 2000. — 20 с.

2. Свешников В. К., Усов А. А. Станочные гидроприводы: Справочник. — 2-е изд. перераб. и доп. — М.: Машиностроение, — 512 с.