Проектування гідроприводу автоматизованого обладнання

Проектування гідроприводу автоматизованого обладнання

1. Завдання L1=0,3м; L2=0,5 м; G =1200H;

Q,хв=0,5; Qy,хв=10;

. Циклограма роботи гідроприводу

Тривалість одного такту 150 секунд

Тривалість циклу 600 секунд

-ий такт гідроциліндр 1 здійснює прямий хід, гідроциліндр 2 нерухомий.

- ий такт гідроциліндр 1 нерухомий, а гідроциліндр 2 здійснює прямий хід.

- ий такт гідроциліндр 1 зворотній хід, а гідроциліндр 2 нерухомий.

- ий такт гідроциліндр 1 нерухомий, а гідроциліндр 2 здійснює зворотній хід.

Тривалість прямого і зворотного ходу для кожного з циліндрів - 75 секунд.

3 Вибір законів руху для вихідної ланки гідродвигунів, згідно з розробленої

Циклограми.

Гідроциліндр 1:

Довжина переміщення виконавчого пристрою:

L1 = L2 +Ln +Li ,

гідропривід трубопровід циклограма

L2 - довжина переміщуваної деталі

Ln - довжина перебігу, Ln = 0,03м        

Li -довжина інтервалу між деиалями Li = 0,1м

L1 = 0,3+0,03+ 0,1=0,43

Оскільки перший гідроциліндр здійснює переміщення деталей, то для запобігання значним інерційним зусиллям необхідно обмежити максимальну швидкість. Тому для нього приймаємо трапецієдальний закон руху. Тривалість такту 45 сек. Час розгону і гальмування 10 сек, Час руху 25 Швидкість V=0,0084 м/с . Прискорення розгону і гальмування a=0,00037 м/с2.

Гідроциліндр 2.

Для нього приймаємо трикутний закон руху

L2 = L1 = 0,5 м

Швидкість V=0,0107м/с, прискорення розгону і гальмування a=0,0003 м/с2

. Розрахунок зусилля для кожного такту циклограми

Зусилля яке повинен передавати гідроциліндр у пристрій при прямолінійному русі:

=Fкор + Fін + G + Fтр

де F - зусилля, яке повинен розвивати гідроциліндр (F=Fц);кор - зусилля, яке витрачається на технологічну дію (наприклад, зусилля різання);ін - сила інерції рухомих мас;- вага рухомих елементів (враховується лише при вертикальному переміщенні);тр - сумарна сила тертя

Гідроциліндр 1.

Fтр = fG

G -вага деталі

f-коефіцієнт тертя 0,15

Маса деталі m=Vq=120 кг

Вага деталі G=1200 Н.

Сумарна сила тертя для 5 деталей

тр =0,15Нін .= Fтр + Fін .

Гідроциліндр 2

Маса пристрою який переміщає гідроциліндр 2 складає приблизно 100 кг.

m = 145 кг, тоді

G=mg=145 9,81=1422 Нтр =0,15 Н

= Fтр + Fін

. Розроблення принципової схеми гідроприводу

В циклі роботи гідроприводу виникає необхідність регулювання швидкості вихідної ланки гідродвигуна, тобто потрібно передбачити встановлення і регулювання швидкості. Для цього використовують дросельне регулювання, Дроселі встановлені на вході клапана гідроциліндра, а паралельно до них встановлені зворотні клапани.

В принципову схему входять елементи:

Гідронасос;

Гідророзподілювачі;

Гідроциліндр;

Дроселі;

запобіжний клапан;

редукційний клапан;

Пневмогідроакамулятор;

Фільр;

Гідробак;

. Вибір номінального тиску гідропривода

Згідно рекомендацій приймаємо PH = 6,3 МПа.

7. Вибір робочої рідини

Вибираємо згідно зазначеного тиску який ми вибрали у попередньому розділі.

Отже вибираємо Олію індустріальну И 40А з кінематичною в’язкістю (0,35...0,45)104 м2/с.

. Вибір гідро двигунів

Одноштоковий гідроциліндр.

Через нерівність активної площі поршня з безштокової та штокової сторони зусилля на штоку циліндра та його швидкість при прямому та зворотному ходах різна

Зусилля (Fпр ) та швидкість (v пр ) штока циліндра при прямому ході :

К зап - коефіцієнт запасу (К зап =1,15...1,25);

- к.к.д. гідроциліндра;- витрати робочої рідини гідроциліндра (л/хв);

зусилля (Fзв ) та швидкість (vзв )

штока циліндра при зворотному ході :

  ;

Гідроциліндр 1

=1,3=19,2 мм

Приймаємо що діаметр поршня D=25мм, а штока d=10 мм.

Q1=V1прS1=0.0084=4,12 л/хв

Гідроциліндр 2

=1,3=27 мм

Приймаємо що діаметр поршня D=32мм, а штока d=10 мм.

Q1=V1прS1=0, 0107=8,6 л/хв

. Визначення витрат робочої рідини у гідроприводі

Розрахунок витрат робочої рідини під тиском здійснюється за визначеними раніше значеннями витрат двигунів (Q дв ), з урахуванням об'ємних втрат у гідроапаратах, які розташовані від насоса до двигуна, для визначення продуктивності гідронасосу Q н ).за виразом

Q н =(Q дв + Q вт ) max - у випадку, коли гідродвигуни одночасно не працюють ін =(Q дв + Q вт )+(Q дв + Q вт ) - коли хоча б в одному такті працюють одночасно;

де (Q дв +Q вт ) max - найбільше значення об'ємних витрат одного з гідродвигунів, враховуючи сумарні об’ємні втрати в гідродвигуні та гідроапаратах (Q вт ).

Q вт =Q вт.дв + Q вт.ап ;

де Q вт.дв - об'ємні втрати в гідродвигуні, вказуються у технічній характеристиці фірмою - виготівником, або визначаються

вт.дв =k вт Р;вт.дв =0,04  см3/с.

де k вт - коефіцієнт об'ємних втрат, для гідроциліндравт =0,034...0,05 см3/с.вт ап.-обємні витрати в гідроапаратахвт ап.= 0,0173/л

Q вт=1,07+0,252=1,323 л/хв.

Обємні витрати на зливі визначаються:

S,V активна площа та швидкість елементу гідро двигуна при переміщенні якого здійснюється об’єм робочої камери витісняється на злив

Гідроциліндр 1

При прямому ході:

Qпр==

При зворотньому ході:

Qзв==

Гідроциліндр 2

При прямому ході:

Qпр==

При зворотньому ході:

Qзв==

Побудуємо витратну характеристику, на які зобразимо витрати робочої рідини на протязі кожного такту у продовж усього циклу.

Такт 1 Qпр=3,46

Такт 2 Qпр=

Такт 3 Qзв=

Такт 4 Qзв=

Витратна характеристика:

. Визначення діаметрів нагнітального та зливного трубопроводів

де Q max - максимальні витрати робочої рідини в циклі роботи автоматизованого обладнання, визначаються за витратною характеристикою (м 3 /c);

Vр - рекомендована швидкість переміщення робочої рідини (м/с).

Вибираємо із таблиці значення рекомендовані:

У нагнітальному Vр=3,2

У зливному Vр 1,5-2,5

Qmax=0,0000252 м3/с максимальні витрати робочої рідини в циклі

=3,8мм

Визначений діаметр трубопроводу округлюють до найближчого з нормалізованого ряду: 4, 6, 8, 10, 13, 15, 20, 25 мм.

Отже діаметр буде дорівнювати 4 мм.

Визначаємо фактичні значення швидкості руху робочої рідини

Такт 1

=

Такт 2

=

Такт 3

=

Такт 4

=

11. Вибір гідроапаратів

Приймаємо гідроциліндри з односторонніми штоками по ОСТ2Г1-1-73

Розподілювачі типу ВС (ГОСТ 24679-81), двопозиційні, двоканальні, золотникового типу

Зворотні клапани типу Г-51-81(ТХ2-053-1649-83Е).

Діаметр умовного проходу - 8 мм

Розхід масла 16л/хв

Номінальний тиск 6,3 МПа

Мінімальний тиск 0,25 МПа

Втрати масла при номінальному тиску не більше - 0,08 см3/хв.

Маса 1,2 кг

Дроселі типу ПГ77-12(ТХ27-20-2205-72)

Діаметр умовного проходу 10мм

Розхід масла максимальний 20 л/хв., мінімальний 0,06 л/хв.

Номінальний тиск 6,3 МПа

Перепад тиску 0,25 Мпа

Втрати масла через повністю закритий дросель , не менше - 50 см3/хв.

Маса 4 кг

Фільтр зливний типу ФС

Номінальні втрати 25л/хв.

Номінальна точність фільтрації 25

Діаметр умовного проходу 20 мм

Маса 1,9 кг

. Визначення втрат тиску в трубопроводах та гідроапаратах

При переміщенні робочої рідини від гідронасосу до гідродвигуна в результаті переборення сил тертя відбуваються втрати тиску. Для забезпечення заданого значення тиску на вході у гідродвигун гідронасос повинен компенсувати втрати, тобто тиск на виході гідронасоса має перевищувати заданий тиск на величину втрат. Втрати тиску відбуваються у гідроапаратах та трубопроводі. Тиск на виході гідронасоса визначається за виразом

Р н =Р дв +Р вт.тр + S Р вт.ап + S Р місц

де Р дв - тиск робочої рідини, який необхідно подати на гідродвигуна;

Рвт.тр - втрати тиску робочої рідини при переміщенні її по трубопорводу;

Р вт.ап - втрати тиску робочої рідини при переміщенні її через гідроапарат.

Р місц - місцеві втрати тиску робочої рідини на згинах та при зміні прохідного січення трубопроводів (у даній роботі нехтуємо).

Для визначення втрат тиску в трубопроводах необхідно визначити режим протікання рідини за числом Рейнольдса ( Re )

де Q max - максимальні витрати робочої рідини через трубопровід, (л/хв);тр - діаметр трубопроводу, (мм );

 - в’язкість робочої рідини, ( 25 мм2 /с).

Якщо Re <2300 - режим протікання рідини ламінарний, якщо Re>2300 - турбулентний.

Re=212000=1823

Отже режим протікання ламінарний тому рахуємо за формулою

Де L довжина трубопроводу і дорівнює 3 м

=1,56 МПа

Втрати тиску в гідроапаратах вказуються у його технічній характеристиці, або визначаються

Р вт.ап =0,03Р=1,56Мпа

Тоді

P=6,3+1,56+0,046=8,97 МПа

Будуємо витратну характеристику

13. Визначення ККД гідроприводу

ККД є показником ефективності роботи гідроприводу, характеризує степінь його оптимальності, і визначається за виразом який визначає відношення суми добутку витрат, тиску робочої рідини та тривалості всіх прямих та зворотних ходів всіх гідро Q н p н t циклу двигунів на протязі циклу до аналогічного добутку параметрів гідронасоса, який працює на протязі всієї тривалості циклу (t циклу ).

.

Qдв - витрати гідро двигуна

Pдв- тиск робочої рідини

Tдв - тривалість усіх тактів

Qн - витрати рідини гідронасосу

Рн - тиск на виходи гідронасосу

Tциклу -тривалість циклу

η=

. Вибір гідроакумулятора

Гідроакумулятор встановлюється в гідросистему у випадках коли необхідно:

- забезпечити швидке переміщення або обертання вихідної ланки гідродвигуна під час холостих ходів, тобто, створити на певний заданий час витрати робочої рідини більші ніж продуктивність гідронасоса;

забезпечити компенсацію втрат робочої рідини через ущільнення при вимкненому або відлученому гідронасосі від гідродвигуна, для збереження у ньому необхідної величини тиску;

здійснити погашення гідравлічних ударів та коливань тиску, які виникають при зупинках, переключеннях та змінах навантаження ;

виконати функцію реле часу (у поєднанні з дроселем).

Вибір гідроакумулятора здійснюється за корисним об'ємом який визначається з витратною характеристики .

Номінальний об'єм гідроакумулятора повинен перевищувати рівні між собою об'єми зарядки та розрядки у продовж усього циклу.

При зарядці акумулятора Q a =Q н -Q дв

де Q a - витрати гідроакумулятора, Q н - продуктивність гідронасоса, Qдв - витрати гідродвигуна.

Зарядка акумулятора може відбуватись при умові Qн>Qдв , у протилежному випадку буде відбуватись його розрядка.

При розрядці акумулятора Q a +Q н =Q дв , при умові Q н <Q дв .

При встановленому у гідропривод акумуляторі продуктивність гідронасоса вибирається з витратної характеристики, з умови

V роз = V зар

де V роз - об'єм робочої рідини, який подається з гідроакумулятора у гідросистему при розрядці;

роз=(Qi ti -Qн ti )

Vзар= 23,2л

Qном=4,12 л/хв

15. Вибір гідронасоса

Вибираємо гідронасос з такими параметрами

Г12-33М

Робочий об’єм, см3 32

Номінальна продуктивність, л/хв. 27,9

Номінальний тиск, МПа 6,3

Потужність, кВт          3,7

К.К.Д. 0,9

Література

.        В.К. Свешников “Станочние гидроприводи”

.        Методичні вказівки до виконання курсової роботи

З дисципліни “Гідропневмоавтоматика”