Разработка гидравлического привода манипулятора

Разработка гидравлического привода манипулятора

Курсовая работа

"Разработка гидравлического привода манипулятора"

гидропривод гидравлический приводной электродвигатель

Введение

В металлорежущих станках применяются различные по назначению гидравлические приводы, которые имеют разные нагрузки и законы движения исполнительного органа станка.

Гидроприводы главного движения обеспечивают перемещение рабочего органа станка со скоростью резания. Применяются они, в основном, когда это движение поступательное и реже вращательное. В качестве исполнительных двигателей могут использоваться гидроцилиндры возвратно-поступательного движения и реверсируемые гидромоторы. При возвратно-поступательном движении могут быть оба хода рабочими с осуществлением процесса резания с одной и той же скоростью или один рабочий, а второй ход холостой без осуществления процесса резания и происходящий с большой скоростью. При вращательном движении предельные значения частот прямого и обратного вращения, как главных движений резания, могут быть разные. Поэтому регулирование скоростей прямого и обратного перемещений в гидравлических приводах с возвратно-поступательным и вращательным движениями может быть независимым.

Гидроприводы подач обеспечивают перемещение рабочего органа станка со скоростью подачи. Цикл работы гидроприводов подач несколько отличается и может включать быстрые подводы рабочего органа, рабочие подачи, выстой на упоре, быстрые отводы в исходное положение и др. Скорости движения рабочего органа для указанных элементов цикла работы отличаются и регулирование их независимое. Кроме того, привод подачи должен обеспечивать постоянство установленной скорости рабочей подачи при изменении нагрузки на рабочий орган станка, остановку рабочего органа в любом положении, исключение его самопроизвольного движения при остановке и т. д.

Гидроприводы вспомогательных устройств станка применяются как приводы транспортных устройств, механизмов зажима, устройств автоматической смены инструмента, инструментальных магазинов, манипуляторов. В зависимости от вида и назначения вспомогательного устройства к гидроприводу предъявляются соответствующие требования: возможность регулирования усилия зажима, исключение разжима при отключении или неисправности привода, уменьшение времени разгона и торможения, обеспечение плавности работы и др.

В гидроприводах станков в качестве исполнительных двигателей применяются одноштоковые простые и дифференциальные гидроцилиндры, двухштоковые гидроцилиндры, поворотные гидродвигатели и гидромоторы. В зависимости от этого имеются особенности расчёта гидросхемы привода, связанные с их различными принципами или режимами работы. При этом требуемое давление в системе рассчитывается для рабочего хода при действии максимальных полезных нагрузок, а требуемый максимальный расход определяется по максимальной скорости рабочего хода или по скорости максимальных перемещений холостого хода в зависимости от режима работы

Составление расчетных схем. Определение сил, действующих на гидродвигатели. Расчетная схема гидромотора

Рис.1 Расчетная схема гидромотора

Расчетная схема поворотного гидродвигателя в виде силового цилиндра с реечной передачей

Рис.2 Расчетная схема поворотного гидродвигателя в виде силового цилиндра с реечной передачей

Расчетный приведенный к выходному валу гидродвигателя момент Мр определяется как сумма приведенных моментов реакций Мк, сил тяжести Мтg и силы инерции Мкт подвижной части приспособления, сил трения направляющих Мтн, сил трения в подшипнике Мтп, момента сил инерции винта Мив.

Расчетный вращающий момент Мв, развиваемый гидродвигателем, определяется суммой моментов сил давления Мн и противодавления М с, сил трения в гидродвигателя МТГ и сил инерции плунжера Мип и реечного колеса Мик.

Расчет и выбор основных параметров гидравлических двигателей. Расчет и выбор основных параметров гидромотора, обеспечивающего выдвижение-втягивание руки манипулятора

Рабочий объем гидромотора:

,

где М - крутящий момент на выходном валу, Нм;

Δp - полезный перепад давления на гидромоторе, МПа;

 - механический КПД гидромотора, =0,9

Δp=0,85*2,5=2,125 МПа;

По рабочему объему выбираем гидромотор [1, стр. 62] Г15-24Р со следующими характеристиками:

Рабочий объем q=80 см3;

Номинальный расход Qн=77 л/мин;

Расчет и выбор основных параметров гидромотора, обеспечивающего вертикальное перемещение руки манипулятора

Рабочий объем гидромотора:

,

где М - крутящий момент на выходном валу, Нм;

Δp - полезный перепад давления на гидромоторе, МПа;

 - механический КПД гидромотора, =0,9

Δp=0,85*2,5=2,125 МПа;

По рабочему объему выбираем гидромотор [1, стр. 67] МРФ-400/25М1 со следующими характеристиками:

Рабочий объем q=400 см3;

Номинальный расход Qн=127 л/мин;

Расчет и выбор основных параметров поворотного гидродвигателя, обеспечивающего захват заготовки

Основные конструктивные параметры поворотного гидродвигателя с преобразующим механизмом в виде рейки-шестерни можно определить из выражения:

где Мр - вращающий момент на выходном валу гидродвигателя, Нм;

 - полезный перепад давления, МПа;

 - механический КПД гидродвигателя, =0,85

D - диаметр поршня силового цилиндра;

z - число зубьев реечной шестерни, вибирается конструктивно;

m - модуль реечной шестерни, мм.

Примем z=26

m=2,5

Тогда диаметр поршня силового цилиндра определяется по формуле:

Расчет и выбор основных параметров гидромотора, обеспечивающего поворот руки манипулятора

Рабочий объем гидромотора:

,

где М - крутящий момент на выходном валу, Нм;

Δp - полезный перепад давления на гидромоторе, МПа;

 - механический КПД гидромотора, =0,9

Δp=0,85*2,5=2,125 МПа;

По рабочему объему выбираем гидромотор [1, стр. 67] Г15-25Р со следующими характеристиками:

Рабочий объем q=160 см3;

Номинальный расход Qн=154 л/мин;

Расчет и выбор основных параметров поворотного гидродвигателя, обеспечивающего поворот схвата

Основные конструктивные параметры поворотного гидродвигателя с преобразующим механизмом в виде рейки-шестерни можно определить из выражения:

где Мр - вращающий момент на выходном валу гидродвигателя, Нм;

 - полезный перепад давления, МПа;

 - механический КПД гидродвигателя, =0,85

D - диаметр поршня силового цилиндра;

z - число зубьев реечной шестерни, вибирается конструктивно;

m - модуль реечной шестерни, мм.

Примем z=21

m=1,5

Тогда диаметр поршня силового цилиндра определяется по формуле:

Расчет требуемых расходов РЖ и полезных перепадов давлений в гидродвигателях(построение диаграмм расходов и перепадов давлений). Расчет требуемого расхода РЖ и полезного перепада давления гидромотора, обеспечивающего выдвижение-втягивание руки манипулятора

Определим требуемый полезный перепад давления на гидромоторе:

Требуемый полезный перепад давления на гидромоторе при холостом ходе:

Определим необходимую частоту вращения вала гидромотора, чтобы обеспечить выдвижение руки с заданной скоростью V=20 м/мин:

,

где р - шаг шариковинтовой пары.

V1 - скорость выдвижения руки манипулятора при рабочем ходе

Определим частоту вращения гидромотора при торможении в конце хода руки манипулятора приняв, что скорость выдвижения при этом V2=2 м/мин:

Тогда расход РЖ при рабочем ходе:

Расход РЖ при торможении:

Определим также время выдвижения:

и время торможения:

Расчет требуемого расхода РЖ и полезного перепада давления гидромотора, обеспечивающего вертикальное перемещение руки манипулятора

Определим требуемый полезный перепад давления на гидромоторе:

Требуемый полезный перепад давления на гидромоторе при холостом ходе:

Определим необходимую частоту вращения вала гидромотора, чтобы обеспечить выдвижение руки с заданной скоростью V=5 м/мин:

,

V1 - скорость выдвижения руки манипулятора при рабочем ходе

Определим частоту вращения гидромотора при торможении в конце хода руки манипулятора приняв, что скорость выдвижения при этом V2=0,5 м/мин:

Тогда расход РЖ при рабочем ходе:

Расход РЖ при торможении:

Определим также время выдвижения:

и время торможения:

Расчет требуемого расхода РЖ и полезного перепада давления поворотного гидродвигателя, обеспечивающего захват заготовки

Расход РЖ определяется по формуле:

Угол поворота зубчатого колеса в радианах:

Время поворота:

Расчет требуемого расхода РЖ и полезного перепада давления гидромотора, обеспечивающего поворот руки манипулятора

Определим требуемый полезный перепад давления на гидромоторе:

Требуемый полезный перепад давления на гидромоторе при холостом ходе:

Определим частоту вращения руки манипулятора:

Зная передаточное отношение червячной пары, с помощью которой гидромотор поворачивает руку манипулятора, определим частоту вращения гидромотора:

Тогда расход РЖ будет равен:

Расчет требуемого расхода РЖ и полезного перепада давления поворотного гидродвигателя, обеспечивающего поворот схвата

Расход РЖ определяется по формуле:

Угол поворота зубчатого колеса в радианах:

Перемещение рейки:

Описание разработанной гидравлической схемы

Гидравлический привод манипулятора имеет следующий цикл работы:

.        зажим заготовки с помощью поворотного гидродвигателя ПГД1

.        поворот руки манипулятора с помощью гидромотора М3

.        перемещение руки манипулятора вверх при помощи гидромотора М2 с одновременным выдвижением схвата с помощью гидромотора М1 и поворотом схвата поворотным гидродвигателем ПГД2

.        разжим заготовки поворотным гидродвигателем ПГД1

.        перемещение руки манипулятора вниз при помощи гидромотора М2 с одновременным задвижением схвата гидромотором М1 и поворотом схвата при помощи поворотного гидродвигателя ПГД2

.        поворот руки манипулятора гидромотором М3

Обоснование и выбор рабочей жидкости, способов и степени ее очистки

Рабочим жидкостям станочных гидроприводов должны быть присущи хорошие смазочные и антикоррозионные свойства, малое изменение вязкости в широком диапазоне температур, большой модуль упругости, химическая стабильность, сопротивляемость вспениванию, совместимость с материалами гидросистемы, малая плотность, малая способность к растворению воздуха, хорошая теплопроводность, низкое давление их паров и высокая температура кипения, возможно меньший коэффициент теплового расширения, негигроскопичность и незначительная взаимная растворимость с водой, большая удельная теплоёмкость, нетоксичность и отсутствие резкого запаха, прозрачность и наличие соответствующей окраски. Жидкость должна иметь также низкую стоимость и производиться в достаточном количестве. Наиболее подходящей жидкостью является минеральное масло.

По рекомендациям справочной литературы принимаем в качестве рабочей жидкости минеральное масло ИГП-30 ТУ101413-78, которое изготовлено из нефти и достаточной селективной очистке, содержит антиокислительную, противоизносную и противопенную присадки. Данное масло имеет следующие характеристики:

вязкость при температуре 50◦С равную 28..31 мм2/с;

плотность 885 кг/м3;

температура вспыхивания 200◦С;

температура застывания -15◦С.

Обоснование и выбор гидравлической аппаратуры и способа ее монтажа

Контрольно-регулирующая аппаратура подбирается по расчётным значениям рабочего давления и расходов. При выборе гидроаппаратуры необходимо учитывать, на каких участках гидролиний они должны устанавливаться. Имеются участки гидролиний, служащие только для нагнетания или слива и участки, служащие для нагнетания и слива, периодически изменяющие своё назначение. Кроме того, имеются вспомогательные участки, на которых устанавливаются предохранительные клапана, дроссели в ответвлении.

Выбираем контрольно- регулирующую гидравлическую аппаратуру [2]:

Фильтр всасывающий ФВСМ 80-80В:

номинальная пропускная способность 320л/мин

диаметр условного прохода 80мм

номинальная тонкость фильтрации 80мкм

Фильтр Ф1 в напорной линии Ф7МВ :

номинальная пропускная способность 160 л/мин

диаметр условного прохода 32мм

номинальная тонкость фильтрации 25мкм

Регулятор расхода РР1 и РР3 МПГ55-24:

диаметр условного прохода 20мм

расход масла: максимальный 100 л/мин

минимальный 0,09 л/мин

Регулятор расхода РР2, РР4, РР5, РР6 МПГ55-22:

диаметр условного прохода 10мм

расход масла: максимальный 20 л/мин

минимальный 0,04 л/мин

Регулятор расхода РР7 МПГ55-25:

диаметр условного прохода 32мм

расход масла: максимальный 200 л/мин

минимальный 0,15 л/мин

Гидрораспределители Р1, Р2, Р4, Р6 типа РХ-20-44-3-00-0Y-220/50-А-М:ё

диаметр условного прохода 20мм

расход масла: максимальный 200-400л/мин

номинальный 160 л/мин

Гидрораспределитель Р5 типа В-Е-6-44-31/. В220-50:

диаметр условного прохода 6мм

расход масла: максимальный 10-30л/мин

номинальный 16 л/мин

Гидрораспределитель Р3 типа В-Е-6-574Е-31/Ф.В220-50.Н:

диаметр условного прохода 6мм

расход масла: максимальный 10-30л/мин

номинальный 16 л/мин

Гидрораспределитель Р7 типа РХ-20-573Е-1-00-220/50-А-М:

диаметр условного прохода 20мм

расход масла: максимальный 200-400л/мин

номинальный 160 л/мин

Гидрораспределители Р8 и Р9 типа В-Е-16-573Е-41/В220-50.Н:

диаметр условного прохода 16мм

расход масла: максимальный 100-240л/мин

номинальный 60 л/мин

Расчет параметров и выбор трубопроводов

Внутренний диаметр трубопроводов для различных по назначению участков гидролиний определяется по максимальным расходам проходящих по ним и рекомендуемым средним скоростям потоков рабочей жидкости в трубопроводах. В зависимости от рабочего давления и вида трубопровода рекомендуемая средняя скорость потока не должна превышать во всасывающих линиях 1,0... 1,5 м/с, в сливных 2 м/с и в напорных 3...5 м/с.

Внутренний диаметр трубопроводов для линий напора и слива определяется по формулам

 и

где dH и dc - внутренние диаметры трубопроводов напора и слива, мм;

 и  - максимальные расходы рабочей жидкости в линиях нагнетания и слива, л/мин;

VH и Vc - средние скорости потока рабочей жидкости в трубопроводах линий нагнетания и слива.

7Гидромотор, обеспечивающий выдвижение-втягивание руки манипулятора

Полученные значения внутренних диаметров округляем до значений из основного ряда. С целью снижения потерь на трение в трубопроводе диаметры увеличиваем, и в результате имеем: ,

Минимально допустимая толщина стенки трубопровода:

где δ - толщина стенки трубопровода, мм;

Р - наибольшее давление в трубопроводе, МПа;

σВр. - предел прочности на растяжение материала трубопровода, МПа;

КБ - коэффициент безопасности;

7Гидромотор, обеспечивающий вертикальное перемещение руки манипулятора

Полученные значения внутренних диаметров округляем до значений из основного ряда. С целью снижения потерь на трение в трубопроводе диаметры увеличиваем, и в результате имеем: ,

Минимально допустимая толщина стенки трубопровода:

где δ - толщина стенки трубопровода, мм;

Р - наибольшее давление в трубопроводе, МПа;

σВр. - предел прочности на растяжение материала трубопровода, МПа;

КБ - коэффициент безопасности;

Поворотный гидродвигатель, обеспечивающий захват заготовки

Полученные значения внутренних диаметров округляем до значений из основного ряда. С целью снижения потерь на трение в трубопроводе диаметры увеличиваем, и в результате имеем: ,

Минимально допустимая толщина стенки трубопровода:

где δ - толщина стенки трубопровода, мм;

Р - наибольшее давление в трубопроводе, МПа;

σВр. - предел прочности на растяжение материала трубопровода, МПа;

КБ - коэффициент безопасности;

Гидромотор, обеспечивающий поворот руки манипулятора

Полученные значения внутренних диаметров округляем до значений из основного ряда. С целью снижения потерь на трение в трубопроводе диаметры увеличиваем, и в результате имеем: ,

Минимально допустимая толщина стенки трубопровода:

где δ - толщина стенки трубопровода, мм;

Р - наибольшее давление в трубопроводе, МПа;

σВр. - предел прочности на растяжение материала трубопровода, МПа;

КБ - коэффициент безопасности;

Поворотный гидродвигатель, обеспечивающий поворот схвата

Полученные значения внутренних диаметров округляем до значений из основного ряда. С целью снижения потерь на трение в трубопроводе диаметры увеличиваем, и в результате имеем: ,

Минимально допустимая толщина стенки трубопровода:

где δ - толщина стенки трубопровода, мм;

Р - наибольшее давление в трубопроводе, МПа;

σВр. - предел прочности на растяжение материала трубопровода, МПа;

КБ - коэффициент безопасности;

Определение гидравлических потерь в напорной и сливной магистралях. Определение наибольшего рабочего давления в гидроприводе

Предварительно принимаем рабочую жидкость масло ИГП - 30, с вязкостью .

Потери давления на трение жидкости в трубопроводах определяются для линий напора и слива в зависимости от расхода и режима течения рабочей жидкости по этим линиям при рабочем ходе исполнительного органа. По средней скорости потока рабочей жидкости в трубопроводе при рабочем ходе определяется число Рейнольдса и устанавливается вид режима её движения для линий напора и слива.

Гидромотор, обеспечивающий выдвижение-втягивание руки манипулятора

Число Рейнольдса:

;

,

где  и  - числа Рейнольдса для линии напора и слива;

 и  - расходы рабочей жидкости в линиях нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;

 и  - внутренние диаметры трубопровода линии напора и слива, мм;

 - кинематическая вязкость рабочей жидкости, мм2/с.

При Re>2300 коэффициент сопротивления трению по длине

трубопроводов линии напора и слива рассчитывается по формуле:

Если , то коэффициент сопротивления трению по длине

трубопроводов линии напора и слива рассчитывается по формуле:

где  и  - числа Рейнольдса для линии напора и слива;

 и  - коэффициенты сопротивления трению по длине трубопроводов линии напора и слива.

Расчёт потерь давления на трение жидкости в трубопроводах производится для линий нагнетания и слива:

;

,

где  и  - потери давления на трение жидкости в трубопроводе напора и слива, МПа;

 - плотность рабочей жидкости, кг/м3;

 и - коэффициенты сопротивления трению по длине трубопроводов линии напора и слива;

 и - длины трубопроводов напора и слива, мм;

 и  - расходы рабочей жидкости в линиях нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;

 и  - внутренние диаметры трубопровода линии напора и слива, мм.

Подставляя в данное выражение требуемые значения, получим:

МПа;

МПа;

Расчёт потерь давления на местные сопротивления производим в процентном отношении от величины линейных потерь.

В итоге потери на местные сопротивления для линий нагнетания и слива:

МПа;

МПа;

Расчёт потерь давления в гидролиниях и аппаратах

При расчётах рабочего давления в гидросистеме должны определяться потери давления в гидравлических аппаратах при протекании через них рабочей жидкости.

Напорная линия:

Расчёт потерь ведётся по формуле:

,

где  - фактически проходящий расход, л/мин;

 - номинальный расход, л/мин;

 - потери давления, л/мин.

Гидрораспределитель.

Фактическое изменение перепада давления гидрораспределителя:

МПа;

Определяем потери давления в напорной и сливной линиях по формулам:

;

;

где  и  - потери давления на трение в трубопроводах напора и слива, МПа;

 и  - потери давления на местные сопротивления в трубопроводах напора и слива, МПа;

 и  - потери давления в аппаратах в трубопроводах напора и слива, Мпа.

МПа;

МПа;

МПа;

МПа;

Определение наибольшего рабочего давления:

Гидромотор, обеспечивающий вертикальное перемещение руки манипулятора

;

,

г

де  и  - числа Рейнольдса для линии напора и слива;

 и  - расходы рабочей жидкости в линиях нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;

 и  - внутренние диаметры трубопровода линии напора и слива, мм;

 - кинематическая вязкость рабочей жидкости, мм2/с.

При Re>2300 коэффициент сопротивления трению по длине

трубопроводов линии напора и слива рассчитывается по формуле:

Если , то коэффициент сопротивления трению по длине

трубопроводов линии напора и слива рассчитывается по формуле:

 и  - коэффициенты сопротивления трению по длине трубопроводов линии напора и слива.

Расчёт потерь давления на трение жидкости в трубопроводах производится для линий нагнетания и слива:

;

,

где  и  - потери давления на трение жидкости в трубопроводе напора и слива, МПа;

 - плотность рабочей жидкости, кг/м3;

 и - коэффициенты сопротивления трению по длине трубопроводов линии напора и слива;

 и - длины трубопроводов напора и слива, мм;

 и  - расходы рабочей жидкости в линиях нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;

 и  - внутренние диаметры трубопровода линии напора и слива, мм.

Подставляя в данное выражение требуемые значения, получим:

МПа;

МПа;

Расчёт потерь давления на местные сопротивления производим в процентном отношении от величины линейных потерь.

В итоге потери на местные сопротивления для линий нагнетания и слива:

МПа;

МПа;

Расчёт потерь давления в гидролиниях и аппаратах

При расчётах рабочего давления в гидросистеме должны определяться потери давления в гидравлических аппаратах при протекании через них рабочей жидкости.

Напорная линия:

Расчёт потерь ведётся по формуле:

,

где  - фактически проходящий расход, л/мин;

 - номинальный расход, л/мин;

 - потери давления, л/мин.

Гидрораспределитель.

Фактическое изменение перепада давления гидрораспределителя:

МПа;

Определяем потери давления в напорной и сливной линиях по формулам:

;

;

где  и  - потери давления на трение в трубопроводах напора и слива, МПа;

 и  - потери давления на местные сопротивления в трубопроводах напора и слива, МПа;

 и  - потери давления в аппаратах в трубопроводах напора и слива, Мпа.

МПа;

МПа;

МПа;

МПа;

Определение наибольшего рабочего давления:

Поворотный гидродвигатель, обеспечивающий захват заготовки

Число Рейнольдса:

;

,

где  и  - числа Рейнольдса для линии напора и слива;

 и  - расходы рабочей жидкости в линиях нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;

 и  - внутренние диаметры трубопровода линии напора и слива, мм;

 - кинематическая вязкость рабочей жидкости, мм2/с.

Если , то коэффициент сопротивления трению по длине

трубопроводов линии напора и слива рассчитывается по формуле:

где  и  - числа Рейнольдса для линии напора и слива;

 и  - коэффициенты сопротивления трению по длине трубопроводов линии напора и слива.

Расчёт потерь давления на трение жидкости в трубопроводах производится для линий нагнетания и слива:

;

,

где  и  - потери давления на трение жидкости в трубопроводе напора и слива, МПа;

 - плотность рабочей жидкости, кг/м3;

 и - коэффициенты сопротивления трению по длине трубопроводов линии напора и слива;

 и - длины трубопроводов напора и слива, мм;

 и  - расходы рабочей жидкости в линиях нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;

 и  - внутренние диаметры трубопровода линии напора и слива, мм.

Подставляя в данное выражение требуемые значения, получим:

МПа;

МПа;

Расчёт потерь давления на местные сопротивления производим в процентном отношении от величины линейных потерь.

В итоге потери на местные сопротивления для линий нагнетания и слива:

МПа;

МПа;

Расчёт потерь давления в гидролиниях и аппаратах

При расчётах рабочего давления в гидросистеме должны определяться потери давления в гидравлических аппаратах при протекании через них рабочей жидкости.

Расчёт потерь ведётся по формуле:

,

где  - фактически проходящий расход, л/мин;

 - номинальный расход, л/мин;

 - потери давления, л/мин.

Гидрораспределитель.

Фактическое изменение перепада давления гидрораспределителя:

МПа;

Определяем потери давления в напорной и сливной линиях по формулам:

;

;

где  и  - потери давления на трение в трубопроводах напора и слива, МПа;

 и  - потери давления на местные сопротивления в трубопроводах напора и слива, МПа;

 и  - потери давления в аппаратах в трубопроводах напора и слива, Мпа.

МПа;

МПа;

МПа;

МПа;

Определение наибольшего рабочего давления:

Гидромотор, обеспечивающий поворот руки манипулятора

Число Рейнольдса:

;

,

где  и  - числа Рейнольдса для линии напора и слива;

 и  - расходы рабочей жидкости в линиях нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;

 и  - внутренние диаметры трубопровода линии напора и слива, мм;

 - кинематическая вязкость рабочей жидкости, мм2/с.

При Re>2300 коэффициент сопротивления трению по длине

трубопроводов линии напора и слива рассчитывается по формуле:

где  и  - числа Рейнольдса для линии напора и слива;

 и  - коэффициенты сопротивления трению по длине трубопроводов линии напора и слива.

Расчёт потерь давления на трение жидкости в трубопроводах производится для линий нагнетания и слива:

;

,

где  и  - потери давления на трение жидкости в трубопроводе напора и слива, МПа;

 - плотность рабочей жидкости, кг/м3;

 и - коэффициенты сопротивления трению по длине трубопроводов линии напора и слива;

 и - длины трубопроводов напора и слива, мм;

 и  - расходы рабочей жидкости в линиях нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;

 и  - внутренние диаметры трубопровода линии напора и слива, мм.

Подставляя в данное выражение требуемые значения, получим:

МПа;

МПа;

Расчёт потерь давления на местные сопротивления производим в процентном отношении от величины линейных потерь.

В итоге потери на местные сопротивления для линий нагнетания и слива:

МПа;

МПа;

Расчёт потерь давления в гидролиниях и аппаратах

При расчётах рабочего давления в гидросистеме должны определяться потери давления в гидравлических аппаратах при протекании через них рабочей жидкости.

Напорная линия:

Расчёт потерь ведётся по формуле:

,

где  - фактически проходящий расход, л/мин;

 - номинальный расход, л/мин;

 - потери давления, л/мин.

Гидрораспределитель.

Фактическое изменение перепада давления гидрораспределителя:

МПа;

Определяем потери давления в напорной и сливной линиях по формулам:

;

;

где  и  - потери давления на трение в трубопроводах напора и слива, МПа;

 и  - потери давления на местные сопротивления в трубопроводах напора и слива, МПа;

 и  - потери давления в аппаратах в трубопроводах напора и слива, Мпа.

МПа;

МПа;

МПа;

МПа;

Определение наибольшего рабочего давления:

Поворотный гидродвигатель, обеспечивающий поворот схвата

Число Рейнольдса:

;

,

где  и  - числа Рейнольдса для линии напора и слива;

 и  - расходы рабочей жидкости в линиях нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;

 и  - внутренние диаметры трубопровода линии напора и слива, мм;

 - кинематическая вязкость рабочей жидкости, мм2/с.

Если , то коэффициент сопротивления трению по длине

трубопроводов линии напора и слива рассчитывается по формуле:

где  и  - числа Рейнольдса для линии напора и слива;

 и  - коэффициенты сопротивления трению по длине трубопроводов линии напора и слива.

Расчёт потерь давления на трение жидкости в трубопроводах производится для линий нагнетания и слива:

;

,

где  и  - потери давления на трение жидкости в трубопроводе напора и слива, МПа;

 - плотность рабочей жидкости, кг/м3;

 и - коэффициенты сопротивления трению по длине трубопроводов линии напора и слива;

 и - длины трубопроводов напора и слива, мм;

 и  - расходы рабочей жидкости в линиях нагнетания и слива при рабочем ходе, л/мин;

 и  - внутренние диаметры трубопровода линии напора и слива, мм.

Подставляя в данное выражение требуемые значения, получим:

МПа;

МПа;

Расчёт потерь давления на местные сопротивления производим в процентном отношении от величины линейных потерь.

В итоге потери на местные сопротивления для линий нагнетания и слива:

МПа;

МПа;

Расчёт потерь давления в гидролиниях и аппаратах

При расчётах рабочего давления в гидросистеме должны определяться потери давления в гидравлических аппаратах при протекании через них рабочей жидкости.

Напорная линия:

Расчёт потерь ведётся по формуле:

,

где  - фактически проходящий расход, л/мин;

 - номинальный расход, л/мин;

 - потери давления, л/мин.

Гидрораспределитель.

Фактическое изменение перепада давления гидрораспределителя:

МПа;

Определяем потери давления в напорной и сливной линиях по формулам:

;

;

где  и  - потери давления на трение в трубопроводах напора и слива, МПа;

 и  - потери давления на местные сопротивления в трубопроводах напора и слива, МПа;

 и  - потери давления в аппаратах в трубопроводах напора и слива, Мпа.

МПа;

МПа;

МПа;

МПа;

Определение наибольшего рабочего давления:

Определение объемных потерь и производительности насосной установки

Рассчитываем объёмные потери, то есть внутренние утечки для напорной линии каждого гидравлического исполнительного органа. При этом суммируются объёмные потери не только на работающем участке системы, но и на аппаратах, соединённой с напорной линией рассматриваемого участка. При проектных предварительных расчётах объёмные потери могут определяться для гидравлических аппаратов:

Гидромотор, обеспечивающий выдвижение-втягивание руки манипулятора

для гидромотора:

;

для гидрораспределителя:

для регулятора расхода:

Суммарные потери: л/мин.

Гидромотор, обеспечивающий вертикальное перемещение руки манипулятора

для гидромотора:

;

для гидрораспределителя:

для регулятора расхода:

Суммарные потери: л/мин.

Поворотный гидродвигатель, обеспечивающий захват заготовки

для гидродвигателя:

;

для гидрораспределителя:

для регулятора расхода:

Суммарные потери: л/мин.

Гидромотор, обеспечивающий поворот руки манипулятора

для гидромотора:

;

для гидрораспределителя:

для регулятора расхода:

Суммарные потери: л/мин.

Поворотный гидродвигатель, обеспечивающий поворот схвата для гидродвигателя:

;

для гидрораспределителя:

для регулятора расхода:

Суммарные потери: л/мин.

Определение максимальной производительности насоса

Определяется необходимая наибольшая подача рабочей жидкости для каждого гидравлического исполнительного органа:

,

где  - максимальный расход рабочей жидкости для гидравлического исполнительного органа;

 - суммарные объёмные потери.

Определение мощности приводного электродвигателя

Мощность приводного электродвигателя рассчитывается из условия:

,

где NЭ - мощность приводного вала электродвигателя, кВт;

 - подача насоса, л/мин;

РК - давление настройки предохранительного клапана, МПа;

 - общий коэффициент полезного действия насоса.

кВт.

 кВт.

Так, как по диаграмме расходов насосы работают одновременно, то выбранный насос должен обладать суммарной мощностью:

кВт.

Выбор электродвигателя

По справочным таблицам, в зависимости от расчётной мощности выбираем трёхфазный асинхронный короткозамкнутый, закрытый, обдуваемый, с высотой оси вращения 50…250мм. электродвигатель модели 4А160М6У3 ГОСТ 19523-74, со следующими характеристиками:

мощность 15 кВт;

номинальная частота вращения      975 мин-1.

Определение КПД гидравлического привода

К.П.Д. гидравлической системы гидропривода определяется по следующей зависимости:

где  - полезный перепад давления, рабочий расход рабочей жидкости, время работы в течении каждого цикла исполнительного органа;

 - давление настройки предохранительного клапана;

Qн - подача насоса;

 - время цикла.

Тепловой расчет гидропривода

При работе гидропривода происходит нагрев рабочей жидкости из-за потери мощности, т. к. энергия, затраченная на преодоление различных сопротивлений в гидросистеме, превращается в теплоту, поглощаемую рабочей жидкостью. Тепловой расчёт гидропривода должен быть таким, чтобы превышение установившейся температуры жидкости в баке над температурой окружающей среды было в пределах допустимого превышения температуры или температура рабочей жидкости из условия её работоспособного состояния не превышала допустимого значения . Полученная рабочей жидкостью теплота должна отдаваться в окружающую среду через поверхности стенок бака, а если этого недостаточно, то устанавливается дополнительный теплообменник. Среднее количество теплоты, выделяемое гидросистемой в единицу времени, равно потери мощности:

Требуемая поверхность излучения и объём рабочей жидкости в баке:

;

,

где θ и Nпот. - количество теплоты и потери мощности, кВт;

SБ - площадь поверхности излучения бака, м2;

 - разность температур рабочей жидкости в баке и окружающей среды, °С;

;

м2;

л.

Принимаем стандартный объём бака л.

Фактическое количество теплоты, отводимое через стенки бака определяем по формуле:

;

где  - фактическое количество теплоты, отводимое через стенки бака, кВт.

кВт.

Так как  то теплообменник не требуется.

Литература

1. Свешников В. К. Станочные гидроприводы. - М.: Машиностроение, 1982. - 464 с.

.Расчёт гидравлических приводов станочного оборудования: Учебно- методическое пособие по курсовому проектированию по дисц. «Гидропривод и гидропневмоавтоматика» для студ. машиностроит. спец./В.И. Глубокий. - Мн.: БНТУ, 2005. - 80 с.

.Расчёт гидравлических приводов: Методическое пособие по курсовому проектированию по дисц. «Гидропривод и гидропневмоавтоматика» для студ. машиностроит. спец./А.М. Якимович, В.И. Клевзович, А.И. Бачанцев. - Мн.: БНТУ, 2002. - 71 с.