Проектирование принципиальной гидравлической схемы
Курсовой проект
Проектирование
принципиальной гидравлической схемы
Введение
привод фильтр трубопровод гидравлический
Применение гидроприводов позволяет упростить кинематику
машин, 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 преобразователей, а также обеспечить определенное
соотношение скоростей прямого и обратного ходов.
Гидроприводы имеют и недостатки, которые ограничивают их
использование в станкостроении. Это потери на трение и утечки, снижающие КПД
гидропривода и вызывающие разогрев рабочей жидкости.
При правильных конструировании, изготовлении и эксплуатации
гидроприводов их недостатки могут быть сведены к минимуму. Для этого нужно
знать хорошо унифицированные узлы станочного гидропривода, централизованно
изготовляемые специализированными заводами, а также типовые узлы специального
назначения.
1.
Привод захвата
Расчет гидроцилиндров производим по двум параметрам:
максимальной нагрузке, действующей на на гидроцилиндр Рмах и
максимальной скорости течения жидкости в трубопроводе Vmax
Площадь поршня:
,
где Рмах - максимальная сила подачи, Н;
Рраб - рабочее давление, Па.
Рраб выбираем из установленного ряда номинальных
давлений [2, с. 44]
Принимаем рабочее давление .
Тогда:
Определим расчетный диаметр поршня: Dрасч:
Из установленного ряда [2, с. 44] выбираем стандартный диаметр
поршня D=100 мм.
Выбираем гидроцилиндр для зажимных и фиксирующих устройств
агрегатных станков и автоматических линий на Рном=10 МПа по ОСТ2
Г29-1-77 (ТУ2-053-1652-83)
Шифр обозначения гидроцилиндра [2, с. 53]:
1-100х400
где 1 - тип цилиндра (с односторонним штоком);
- диаметр поршня, мм;
- ход поршня, мм.
Основные параметры
Диаметр поршня: Диаметр штока: Ход поршня: Площадь поршня:
Максимальный расход: D=100 [мм] d=50 [мм] L=400 [мм]
Q1=Vmax∙Sy=5∙7850=39250 =39250∙6∙10-4=23,55
|
Давление настройки редукционного клапана в приводе механизма
установки и снятия заготовки Р=10 МПа, т.к. необходимо обеспечить всего одну
нагрузку Рмах=40000 Н.
2.
Привод вращения
Расчет гидромоторов производим по трем параметрам: рабочему
объему q,
максимальной (nmax) и минимальной (nmin) частотам вращения вала
гидромотора.
Расход жидкости на 1 радиан:
,
где Mmax - максимальный крутящий момент
гидромотора, Н∙м;
Рн - номинальное давление, Н.
Рн выбираем из установленного ряда номинальных давлений
[2, с. 44]:
Принимаем номинальное давление Рн=12,5 МПа.
Ммах=1600 .
.
Рабочий объем гидромотора:
Предельные частоты вращения вала гидромотора определяются по
зависимостям:
; ,
где w1, w4 -
предельные угловые скорости вращения вала гидромотора, ,
w1 =40 ;
w4=3,2 ;
Тогда:
;
.
Выбираем высокомоментный радиально-поршневой гидромотор типа МРФ
по ТУ 2-053-1801-86 [2, c. 65]. МРФ
применяется в приводах механизмов, требующих значительных крутящих моментов при
ограниченной частоте вращения.
Шифр обозначения гидромотора [2, с. 67]:
МРФ-160/25М1,
где 160 - рабочий объем, см3,
Основные параметры
Рабочий объем:
Номинальный расход масла: Давление на входе:
|
q=160 [см3] Q=81 [л/мин] Рн=25 [МПа] Рмах=32
[МПа]
|
Давление на
выходе: Номинальная частота вращения: Номинальный крутящий момент:
Номинальная мощность: КПД полный не менее: Допускаемая нагрузка на вал:
Масса: Максимальный расход:
|
Рmax=2,5 [МПа] Рмin=0,3 [МПа] n=480 [об/мин] Мном=597 [Н∙м] Nном=29,4 [кВт] h=0,9 радиальная: 2000 [Н] осевая 500 [Н] 58 [кг] nmin=10 [об/мин] nmax=600 [об/мин] Q2=q∙nmax=160∙382,2∙10-3=61,2 [л/мин]
|
3. Привод кантователя
Расчет гидромотора производим в той же последовательности,
что и для привода вращения.
Из установленного ряда номинальных давлений [2, с. 44]
принимаем давление:
Рн=12,5 МПа.
Ммах=8000
Расход жидкости на один радиан:.
.
Рабочий объем гидромотора:
Предельные угловые скорости вращения вала гидромотора:
w1 =4 ; w2=0,1 ;
Предельные частоты вращения вала гидромотора определяются по
зависимостям:
;
.
Выбираем высокомоментный радиально-поршневой гидромотор типа МРФ
по ТУ 2-053-1801-86 [2, c. 65]
Шифр обозначения гидромотора [2, с. 67]:
МРФ-400/25М1,
где 400 - рабочий объем, см3,
Основные параметры
Рабочий объем:
Номинальный расход масла: Давление на входе: Давление на выходе:
Номинальная частота вращения: Номинальный крутящий момент: Номинальная
мощность: КПД полный не менее: Допускаемая нагрузка на вал: Масса:q=400 [см3] Q=127 [л/мин] Рн=25 [МПа] Рмах=32
[МПа] Рmax=2,5 [МПа] Рмin=0,3 [МПа] n=300 [об/мин] Мном=1492 [Н∙м] Nном=45,9 [кВт] h=0,9 радиальная: 2000 [Н] осевая 500 [Н] 78 [кг] nmin=5 [об/мин] nmax=450 [об/мин]
|
|
Для обеспечения минимальной частоты вращения применим
редуктор с передаточным отношением:
;
Принимаем i=5,6 [4, с. 36]
При этом частота вращения гидромотора составит:
;
;
Максимальный расход:
. Подбор насосной станции
Насосные установки представляют собой совокупность одного или
нескольких насосных агрегатов и гидробака, конструктивно оформленных в одно
целое. Как правило, насосные установки комплектуются гидроаппаратурой
(предохранительными, обратными клапанами и др.), манометрами и кондиционерами
рабочей среды (фильтрами, системами торможения)
Рабочую установку выбираем по двум параметрам: максимальному
рабочему давлению Pmax, [МПа] и максимальной скорости подачи масла
насосом Q,
[л/мин].
В нашем случае:
Pmax=12,5 МПа (приводы вращения и кантователя)
Qmax=61,2 л/мин (привод вращения)
Выбираем насосную станцию типа С:
3
|
К
|
С
|
160.
|
1
|
В-
|
РГ1.
|
12.
|
63.
|
7,5.
|
|
М1
|
2
|
3
|
|
УХЛ4
|
где 3 - исполнение по высоте;
К - с кожухом (закрытый шкаф);
С - тип насосной установки;
. - вместимость бака, [л].;
- исполнение бака с отсеком для смазки;
В- с теплообменником;
РГ1 - горизонтальный с регулируемым насосом НПлР;
. - номинальное давление насоса 12,5 МПа;
. - номинальная подача насоса, [л/мин];
,5 - номинальная мощность электродвигателя, кВт;
М1 - тип первого гидроаппарата предохранительного блока
МПГ54-3;
- диаметр условного прохода 20 мм.;
- номинальное давление настройки гидроаппарата 10 МПа;
УХЛ4 - климатическое исполнение УХЛ, категория размещения 4.
5.
Подбор регулирующей аппаратуры
Редукционные
клапаны непрямого действия (3 шт.)
Шифр обозначения клапана по ТУ 2-053-5749043-003-88 [2, с.
122]:
где 20 - диаметр условного прохода, [мм];
- исполнение по номинальному давлению настройки, [МПа];
к - исполнение по присоединению резьбовое с конической
резьбой;
УХЛ4 - климатическое исполнение УХЛ, категория размещения 4.
Дроссели/регуляторы
расхода (7 шт.)
Шифр обозначения регулятора расхода с обратным клапаном по ТУ
2-053-1790-88 [2, с. 133]:
где М - международные присоединительные размеры;
ПГ55-3 - обозначение по классификатору станкостроения;
М - модернизированный.
Гидрораспределители
типа В10 ГОСТ 24679-81
Шифр обозначения двухпозиционного гидрораспределителя по
Схеме 573 (6 шт.) [2, с. 85]:
B
|
E
|
10.
|
573/
|
ОФ.
|
В220-
|
УХЛ4
|
где В-гидрораспределитель золотниковый;
Е - вид управления: электрическое;
. - диаметр условного прохода, [мм];
/ - номер схемы в соответствии с [2, табл. 4.1.];
ОФ. - способ установки золотника: без пружинного возврата с
фиксатором;
В220 - величина переменного тока, [В];
УХЛ4 - климатическое исполнение УХЛ, категория размещения 4.
Шифр обозначения трехпозиционного гидрораспределителя по
Схеме 44 (3 шт.) [2, с. 85]:
где В-гидрораспределитель золотниковый;
Е - вид управления: электрическое;
. - диаметр условного прохода, [мм];
/ - номер схемы в соответствии с [2, табл. 4.1.];
В220 - величина переменного тока, [В];
УХЛ4 - климатическое исполнение УХЛ, категория размещения 4.
Шифр обозначения трехпозиционного гидрораспределителя по
Схеме 64 (3 шт.) [2, с. 85]:
где В-гидрораспределитель золотниковый;
Е - вид управления: электрическое;
. - диаметр условного прохода, [мм];
/ - номер схемы в соответствии с [2, табл. 4.1.];
ð - способ установки золотника: с пружинным
возвратом;
В220 - величина переменного тока, [В];
УХЛ4 - климатическое исполнение УХЛ, категория размещения 4.
.
Расчет трубопровода
Соединение медных, алюминиевых и латунных труб чаще всего
применяются в системах низкого (до 2,5 МПа) давления. Медные трубы легко
монтируются на станке, однако с течением времени они теряют эластичность и
могут лопаться в результате усталости при вибрационных нагрузках. Медные трубы
легко подвержены механическим повреждениям; они ускоряют окислительные процессы
в масле, сокращая срок его службы.
Для станков серийного производства предпочтительно применять
Стальной трубопровод.
Принимаем материал трубы Сталь 20 [2, с. 31].
Определение
внутреннего диаметра трубопровода
Внутренний диаметр трубопровода:
;
где Q - максимальный расход на рассматриваемом
участке магистрали, л/мин;
VM - регламентированная скорость течения
рабочей жидкости, м/с;
VMн =4 м/с - для напорных магистралей;
VMс =2 м/с - для сливных магистралей;
Напорная магистраль:
;
;
;
Сливная магистраль:
;
;
;
Определение
минимальной толщины стенок трубопровода для напорной и сливной магистралей
Толщина стенки трубопровода:
;
где P - номинальное давление на проектируемом
участке, МПа;
di - внутренний диаметр трубопровода, мм;
sВ-предел
прочности материала трубопровода (для Стали 20 sВ=160
МПа);
ks - коэффициент безопасности (ks=4…8);
Принимаем ks=6.
Напорная магистраль:
;
;
;
Сливная магистраль:
;
;
;
Определение
наружного диаметра трубопровода
Наружный диаметр трубопровода:
;
;
;
;
;
;
;
Выбираем трубы по ГОСТ 8734-75 [2, с. 309]:
. Труба ;
Расшифровка: Труба бесшовная холоднодеформированная с наружным
диаметром 15 мм, нормальной точности, толщиной 2,5 мм, мерной длины 3200 мм из
Стали 20 (группы В) ГОСТ 8733-87.
. Труба ;
. Труба ;
. Труба ;
. Труба ;
. Труба ;
.
Выбор сорта масла
В гидроприводах машин, предназначенных для работы в
стабильных температурных условиях, обычно применяют рабочие жидкости
минерального происхождения с диапазоном вязкости при температуре 500С
примерно 10…40 сСт, а именно: трансформаторное, веретенное АУ, индустриальное,
турбинное и другие масла.
Применение менее вязких жидкостей приводит к увеличению
утечек, а более вязких - к увеличению гидравлических потерь. [3, с. 414]
Исходя из вышесказанного выбираем масло минеральное И-30А
[2, с. 12], которое изготовлено из нефти, подвергнутой глубокой селективной
очистке, содержит антиокислительную, противопенную, антикоррозионную и
противоизносную присадки.
n50 = 28 -
33 - вязкость масла при t=500C;
ρ = 890 - плотность масла.
8.
Определение числа Рейнольдса
,
где Q - расход масла, л/мин;
d - наружный диаметр трубопровода, мм;
V - вязкость масла, мм2/с.
Re>2200 - поток турбулентный;
Re<2200 - поток ламинарный.
Напорная магистраль:
;
;
;
Сливная магистраль:
;
;
;
Вторая ветвь напорной магистрали имеет турбулентный режим течения.
Все остальные ветви - ламинарный режим течения.
9.
Расчет потерь давления в трубопроводе [2, с. 389]
Для ламинарного режима течения потери давления в
трубопроводе:
;
Для турбулентного режима течения:
,
где L - общая длина участка проектируемого
трубопровода, м;
d - внутренний диаметр трубопровода, мм;
Q - поток (расход) масла для расчитываемого привода, л/мин;
n - вязкость масла (n=30 мм2/с);
Привод захвата
Потери в напорной магистрали:
Q=Q1=23,55 л/мин;
d=d1=11,2 мм;
L=0,4+1,3+0,5+0,3+0,4=2,9 м;
Тогда:
;
Потери в сливной магистрали:
Q=Q1=23,55 л/мин;
d=d4=15,8 мм;
L=0,4+4∙0,8+4∙0,2+4∙0,8+1,3=8,9 м;
Тогда:
;
Привод вращения
Потери в напорной магистрали:
Q=Q2=61,2 л/мин;
d=d2=18 мм;
L=0,4+2∙0,3+0,5+0,3+0,4=2,2 м;
Тогда:
;
Потери в сливной магистрали:
Q=Q2=61,2 л/мин;
d=d5=25,5 мм;
L=0,4+2∙0,6+2∙0,4+2∙0,7+0,8=4,6 м;
Тогда:
;
Привод кантователя
Потери в напорной магистрали:
Q=Q3=15,28 л/мин;
d=d3=9 мм;
L=0,4+0,9+0,5+0,3+0,5=2,6 м;
Тогда:
;
Потери в сливной магистрали:
Q=Q3=15,28 л/мин;
d=d6=12,7 мм;
L=0,5+0,3+0,3+0,4+1=2,5 м;
Тогда:
;
10.
Расчет местных потерь давления
Местные потери давления регламентированы для всех элементов
гидроприводов. Выпишем значения потерь для выбранной гидроаппаратуры.
Гидроцилиндр:
Гидромоторы МРФ: РК непрям. действия: Дроссели:
|
Dp=0,3 МПа [2, с. 56]; Dp=0,8 МПа [2, с. 67]; Dp=0,5 МПа [2, с. 122]; Dp=0,25 МПа [2, с. 135];
|
Для гидрораспределителей местные потери давления зависят от
расхода масла [2, с. 78].
№ схемы
|
Q1=23,55 л/мин
|
Q2=61,2 л/мин
|
Q3=15,28 л/мин
|
Схема №573
|
Dp=0,2 МПа
|
Dp=1 МПа
|
Dp=0,1 МПа
|
Схема №44
|
Dp=0,3 МПа
|
Dp=1,5 МПа
|
Dp=0,1 МПа
|
Схема №64
|
Dp=0,4 МПа
|
Dp=1,5 МПа
|
Dp=0,15 МПа
|
Рассчитаем местные потери для напорной и сливной магистралей
каждого привода.
Привод захвата
Напорная магистраль:
;
Сливная магистраль:
;
Привод вращения
Напорная магистраль:
;
Сливная магистраль:
;
Привод кантователя
Напорная магистраль:
;
Сливная магистраль:
;
Основные потери давления происходят на гидроэлементах, т.к. они
значительно превышают потери давления в трубопроводе.
11.
Определение площадей настройки дросселей
,
где Q - расход масла в каждой линии
дросселирования, л/мин;
fдр -
площадь настройки дросселя, мм2;
p - рабочее давление, МПа;
Тогда:
;
Привод захвата
Q=Sy∙V,
где Sy - уточненная площадь поршня, мм2;
V - скорость подачи жидкости в каждую линию дросселирования, см/с;
Для дросселя поз. 1.
;
;
Привод вращения
Q=q∙n,
где q - рабочий объем гидромотора, см3;
,
где w - угловая
скорость вращения вала гидромотора, рад/с;
Тогда:
;
;
;
;
Для дросселя поз. 2.
;
;
Для дросселя поз. 3.
;
;
Для дросселя поз. 4.
;
;
Для дросселя поз. 5.
;
;
Привод кантователя
Рассчитаем площади дросселирования по той же методике, что и для
привода вращения.
;
;
Для дросселя поз. 6.
;
;
Для дросселя поз. 3.
;
;
12.
Расчет регулировочной и механической характеристик
Проводим расчет характеристик дли привода вращения
Регулировочная характеристика
w=f(M), fдр=const.
,
где w - угловая
скорость вращения вала гидромотора, 1/с;
m - вязкость масла (m=35 );
fдр -
площадь дросселирующей щели, мм2;
q - рабочий объем гидромотора, мм3;
r - плотность масла (ρ = 890 );
M - крутящий момент на валу гидромотора, Н∙м;
y - расход жидкости на 1 радиан, см3/рад;
Составим уравнение для построения, подставив в исходное выражение
значения констант (p, q, m, r, y и fдр для каждой из характеристик)
Тогда:
для fдр=0,16 см2
|
|
для fдр=0,08 см2
|
|
для fдр=0,1 см2
|
|
для fдр=0,013 см2
|
|
При построении pн=125 атм., Mmin=50 , Mmax=1600 .
fдр=0,16 cм2
|
fдр=0,08 cм2
|
fдр=0,10 cм2
|
fдр=0,013 cм2
|
M, w×10-6, с-1M, w×10-6, с-1M, w×10-6, с-1M, w×10-6, с-1
|
|
|
|
|
|
|
|
50
|
15,344
|
50
|
7,672
|
50
|
9,595
|
50
|
1,245
|
222,2
|
32,347
|
222,2
|
16,173
|
222,2
|
20,228
|
222,2
|
2,624
|
394,4
|
43,095
|
394,4
|
21,548
|
394,4
|
26,949
|
394,4
|
3,495
|
566,7
|
51,658
|
566,7
|
25,829
|
566,7
|
32,304
|
566,7
|
4,190
|
738,9
|
58,986
|
738,9
|
29,493
|
738,9
|
36,887
|
738,9
|
4,784
|
911,1
|
65,500
|
911,1
|
32,750
|
911,1
|
40,960
|
911,1
|
5,312
|
1083,3
|
71,422
|
1083,3
|
35,711
|
1083,3
|
44,664
|
1083,3
|
5,793
|
1255,5
|
76,890
|
1255,5
|
38,445
|
1255,5
|
48,083
|
1255,5
|
6,236
|
1427,8
|
81,996
|
1427,8
|
40,998
|
1427,8
|
51,276
|
1427,8
|
6,650
|
1600
|
86,800
|
1600
|
43,400
|
1600
|
54,280
|
1600
|
7,040
|
Механическая характеристика
w=f(fдр), Mmin,max=const.
Для построения механической характеристики используем то же
выражение, что и для построения регулировочной.
Составим уравнение для построения, подставив в исходное выражение
значения констант (p, q, m, r, y и Mmin,max для каждой из характеристик)
Тогда:
для Mmin=50
|
w=0,955× fдр
|
|
для Mmax=1600 w=5,4× fдр
|
|
|
|
Mmin=50 Mmax=1600
|
|
|
fдр×10-4, м2
|
w, с-1
|
fдр×10-4, м2
|
w, с-1
|
|
0
|
0,000
|
0
|
0,000
|
|
0,018
|
0,017
|
0,018
|
0,097
|
|
0,035
|
0,033
|
0,035
|
0,189
|
|
0,053
|
0,051
|
0,053
|
0,286
|
|
0,071
|
0,068
|
0,071
|
0,383
|
|
0,089
|
0,085
|
0,089
|
0,481
|
|
0,107
|
0,102
|
0,107
|
0,578
|
|
0,124
|
0,118
|
0,124
|
0,670
|
|
0,142
|
0,136
|
0,142
|
0,767
|
|
0,16
|
0,153
|
0,16
|
0,864
|
|
|
|
|
|
|
13.
Принцип работы фильтра щелевого
Фильтр щелевой по ГОСТ 21329-75:имеет фильтрующий пакет, состоящий из набора основных 8 и
промежуточных 9 пластин. Фильтр исполнения 1 по конструкции состоит из стакана
1, крышки 2, оси 3, стойки 10 с закрепленными на ней скребками 11, рукоятки 4,
уплотнений 5 и 6 пробки 7, служащей для слива загрязнений. Из отверстия крышки масло проходит через щели между
пластинами 8 и отводится в гидросистему через отверстие . При повороте фильтрующего пакета
рукояткой 4 скребки 11 прочищают щели между основными пластинами. Очистку
фильтрующего пакета не рекомендуется проводить во время работы гидропривода. В
обозначении фильтра указывается через дефис номинальная пропускная способность
(л/мин), номинальная тонкость фильтрации (мкм) и исполнение по конструкции.
Заключение
В результате проделанной работы была спроектирована
гидросхема привода кантователя-траспортера. Рассчитаны основные характеристики
и построены графики зависимостей (регулировочная и механическая). По рабочему
давлению гидроприводы получились низкого давления (4 МПа). Предполагая условия
работы данных приводов, можно порекомендовать для него использование в системах
с ЧПУ.
Список
литературы
1. Методические указания и задания по выполнению
курсовой работы «Гидравлика, гидро- и пневмопривод» для студентов по
направлениям 552900 «Технология, оборудование и автоматизация
машиностроительных производств», 551800 «Технологические машины и оборудование»
и специальностей 1202000, 120200, 120500 дневного и заочного обучения. - Томск:
Изд. ТПУ, 1998. - 16 с. (А.В. Иоппа, П.Я. Крауиньш, А.Н. Гаврилин)
2. Свешников В.К. Станочные гидроприводы:
Справочник. - 3-е изд., перераб. и доп.-М.: Машиностроение. 1995. - 448 с.: ил.
(Б-ка конструктора)
. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы:
Учебник для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и
др. - 2-е изд., перераб.-М.: Машиностроение, 1982. - 423 с.
. Курсовое проектирование деталей машин:
Учеб. Пособие для учащихся машинострпоительных специальностей техникумов/ С.А.
Чернавский, К.Н. Боков, И.М. Чернин и др. - 2-е изд., перераб. и
доп.-М.:Машиностроение, 1988. - 416 с.: ил.