Гидроцилиндр и гидросистема

  • Вид работы:
    Контрольная работа
  • Предмет:
    Физика
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    1,74 Мб
  • Опубликовано:
    2014-05-03
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Гидроцилиндр и гидросистема

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО

Тульский государственный университет

Политехнический институт

Кафедра "Механика пластического формоизменения"






КОНТРОЛЬНО-КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине "ГИДРАВЛИКА"


Выполнил Овчинников А. В.

Студент гр. 430101








Тула 2013

Задание

на контрольно-курсовую работу

Насос 1 (рисунок 1) подает рабочую жидкость через гидрораспределитель 2 в гидроцилиндр 3, поршень которого перемещается со скоростью  и преодолевает рабочее усилие .

Выполнить расчет гидроцилиндра и гидросистемы с целью определения давления, мощности насоса и объема гидробака. Подобрать необходимые гидроагрегаты и рабочую жидкость. При расчете местными потерями в коленях гидролиний пренебречь.

По конструктивным соображениям заданны диаметры поршня  и штока  гидроцилиндра, рабочие скорость , усилие  и ход , а так же длины трубопроводов .

Рисунок 1. Схема гидропривода: 1. Насос; 2. Гидрораспределитель; 3. Гидроцилиндр; 4. Гидробак; 5. Фильтр грубой очистки; 6. Фильтр тонкой очистки; 7. Предохранительный клапан; 8. Манометр; М - электродвигатель.

Исходные данные.


кН

м/с

мм

мм

м

м

м

м

м

м

м

м

5

15

1,0

60

25

0,3

2,2

1,5

2,1

2,6

0,4

1,1

1,5



Введение

Задачей данной контрольно-курсовой работы является закрепление полученных знаний и выяснение возможности приложения этих знаний каждым студентом к конкретному проекту гидропривода. При выполнении этой работы студенты приобретают навыки расчета и проектирования гидравлических систем прессов, знакомятся со справочниками и каталогами по гидравлическому оборудованию, с ГОСТами и отраслевыми руководящими материалами.

Проектируемый насосный гидропривод должен отвечать общим техническим требованиям по ГОСТ 17411-72, а его технические параметры соответствовать ГОСТ 12445-87 (давление), ГОСТ 12448-67 (номинальные емкости), ГОСТ 13825-88 (номинальные потоки) и ГОСТ 16516-70 (условные проходы гидролиний). В отношении техники безопасности должны быть удовлетворенны требования ГОСТа 16028-70.

1. Расчет гидроцилиндра

Исходными данными для проектирования и расчета гидроцилиндра обычно являются величины усилия, скорости и хода поршня, возможные диаметральные размеры гидроцилиндра и его схема (тип).

Рабочее давление ,[Па] гидроцилиндра вычисляется по формуле

, (1)

где - рабочее усиление на штоке, Н;

- диаметр поршня, м;

- механический КПД гидроцилиндра ().

,

Расчет на прочность гидроцилиндра производится по условному давлению - , которое превышает рабочее на 20-30 %

. (2)

.

Их условно делят по отношению наружного диаметра  гидроцилиндра к внутреннему:

тонкостенные

толстостенные

Тонкостенные гидроцилиндры применяются при давлениях до 10 МПа, а толстостенные - при большем давлении. Так как Р< 10 МПа, следовательно принимаем цилиндр тонкостенный.

Минимальная толщина стенки для гидроцилиндра определяется по формуле

 (4)

где  допускаемое напряжение в стенке гидроцилиндра;

- предел прочности материала цилиндра;

Назначаем материал цилиндра - кованые из низколегированной стали с прибавка, обусловленная точностью обработки. Назначаем С=0,7мм

МПа;


Окончательная толщина стенки гидроцилиндра принимается с учетом стандартных размеров труб, используемых для изготовления цилиндров по ГОСТ 8734-68 и ГОСТ 8732-68. По ГОСТу 16516-70 выбираем . Проведем проверку ; получаем тонкостенные гидроцилиндры. Условие выполняется.

После этого выбирается конструкция гидроцилиндра, определяются размеры гидравлических каналов подвода и отвода рабочей жидкости, выбираются типы уплотнений поршня, штока и крышек и определяются их размеры.

Конструкцию гидроцилиндра выбирают по справочникам.

Сечение каналов подвода и отвода рассчитывают по допустимым скоростям и расходу рабочей жидкости.

Расход гидроцилиндра подсчитывается по формуле, [м3/с]

 ; (6)

где V - рабочая скорость штока, м/с.

- объемный к.п.д. гидроцилиндра. В расчетах принять .

 ;

Диаметр подводящих каналов, [м]

, (7)

где - допустимая скорость жидкости в каналах гидроцилиндра. Назначаем =3м/с.

м,

По ГОСТу 16516-70 выбираем ,

Поршневой цилиндр.

Рисунок 1. Поршневой цилиндр: 1-втулка; 2-штуцер; 3-удерживающий упор; 4-уплотнение; 5-поршень; 6-уплотнение кольцом; 7-конус;8-шток; 9-труба; 10-уплотнение; 11-передняя крышка; 12-гайка; 13-штоковое уплотнение; 14-чистильщик; 15-резьбовый конец; 16-бронзовая втулка; 17-застопоренная гайка; 18-конический хвостовик; 19-проушина крышки.

Поршневые цилиндры являются цилиндрами двустороннего силового действия. Они бывают с одно- и двусторонним штоком. Наибольшее распространение в горных машинах получили цилиндры с односторонним штоком.

Поршневой цилиндр(рисунок 1) состоит из трубы 9, штока 8, имеющего резьбовый конец 15, поршня 5, передней крышки 11, крепящейся к цилиндру гайкой 12, задней крышки 19, приваренной к трубе цилиндра, подводящих штуцеров 2 и уплотнений. Труба 9, образующая основной рабочий объем, имеет тщательно обработанную поверхность, по которой и совершает в процессе работы возвратно-поступательные движение поршень 5 с уплотнениями 4, удерживающими упорами 3. Шток 8 в зависимости от длины и нагрузок или других факторов может быть сплошным или пустотелым. Пустотелые штоки, как правило, выполняются сварными.

В проушину крышки 19 запрессована втулка 1 для шарнирного соединения с органами машины.

Шток движется в бронзовой втулке 16, запрессованной в переднюю крышку 11. Рабочие поверхности штока в последнее время подвергают хромированию, улучшающему его износостойкость и антикоррозионные свойства. Крепления поршня 5, уплотненного кольцом 6, на штоке 8 осуществляется застопоренной гайкой 17. В передней крышке 11 размещаются уплотнение 10, герметизирующее место соединения крышки с трубой 9 цилиндра, штоковое уплотнение 13 и чистильщик 14. Кроме конического хвостовика 18 перед поршнем устанавливается конус 7. Конические поверхности предназначены для смягчения ударов в конце хода. При движении штока 8 влево в конце хода хвостовик 18 входит в отверстие задней крышки. Вытесняемая из-под поршня жидкость проходит через образовавшуюся кольцевую щель с большим сопротивлением, создавая противоположно направленное усилие. Происходит смягчение удара, притормаживание. Типы и размеры уплотнений выбираются в зависимости от рабочего давления и размеров гидроцилиндров по справочнику [I] (с.193-222).

. Выбор насоса

Давление насоса можно определить как

, (8)

,

где коэффициент 1,2 учитывает все потери давления в гидравлических линиях.

Подача насоса [м3/с] определяется по заданной скорости  выходного звена гидродвигателя и его активной площади , вычисленной при расчете гидроцилиндра.

, (9)

,

где множитель 1,1 учитывает объёмные потери (утечки) в гидроаппаратуре и в гидроцилиндре.

Выбираем пластинчатый насос БГ12-26АМ.

Пластинчатый насос

Рисунок 2. Пластинчатый насос типа Г12-2: 1-нагнетательное отверстие;2-фланец;3-вал;4-корпус;5-диск;6-пружина;7-ротор;8-статор;9-диск;10-крышка;11-лопатки;12,13-окно;14-штуцер;15,16-резиновое кольцо;

Пластинчатые, или лопастные насосы - это ротационные нерегулируемые насосы двойного действия, предназначенные для работы как на давлениях до 6,3Мпа, так и на давлениях до 12,5Мпа.

Пластинчатые нерегулируемые насосы двойного действия с постоянным направлением потока масла предназначены для нагнетания масла в гидросистему одним потоком (насосы в одинарном исполнении) или двумя независимыми потоками (насосы в сдвоенном исполнении). Наибольшее распространение эти насосы получили в различных установках подземного и поверхностного транспорта угольных шахт: толкателях, качающихся площадках, агрегатах для обмена вагонеток в клетях, а также в некоторых буровых установках для выполнения вспомогательных операций.

В корпусе 4 насоса типа Г12-2(Рисунок 2) помещается стальное закаленное кольцо 8 - статор, по внутренней профилированной поверхности которого скользят лопатки 11, свободно перемещающиеся в радиальных пазах ротора 7 (число лопаток может быть разным у различных типов). Ротор сидит на шлицах вала 3, вращающегося в шариковых подшипниках.

К торцам статора и ротора пружинами 6 прижаты диски 5 и 9. В диске 9 имеются два окна 12 для всасывания, а в диске 5 - два окна 13 для нагнетания масла( вращение вала насоса по часовой стрелке при положении наблюдателя со стороны вала насоса).

Лопатки 11 под действием центробежных сил и давления масла, подведенного через отверстия, прижаты к внутренней поверхности статора. Внутренняя поверхность статора спрофилирована так, что каждая камера между двумя соседними лопатками во время соединения с окнами всасывания 12 увеличивает свой объем и заполняется через них маслом, а во время соединения с окнами нагнетания 13 уменьшает свой объем, вытесняя масло через них в линию нагнетания. За один оборот ротора производится два цикла всасывания и два цикла нагнетания. Благодаря диаметрально расположенным подводам и отводам нагрузка на ротор от давления масла уравновешена и подшипники насоса разгружены, а вал передает только крутящий момент.

Соединение крышки 10 с корпусом 4 уплотнено резиновым кольцом 15. Вал 3 уплотнен манжетами, установленными во фланце 2. Диск 5 в корпусе 4 уплотнен резиновым кольцом 16.

Нагнетательное 1 и всасывающее отверстия соединены с соответствующими окнами литыми каналами. Отвод утечек производится через штуцер 14, к которому подсоединяется дренажный трубопровод.

Насос БГ12-26АМ

Насос БГ12-26АМ пластинчатый, двойного действия является нерегулируемый с постоянным направлением потоком масла. Диапазон температур от 0 до 50 С. Требуемая тонкость фильтрации 0,04 мм. Рекомендуемые марки масел: турбинное 22 и 22Л по ГОСТ 32-53 и ВНИИНП-403, ГОСТ 16728-71. Вязкость минеральных масел 200-400мм/с при давлении 12,5 МПа. Допустимая продолжительность работы насоса на максимальном давлении не более 30% общей долговечности.

Техническая характеристика насоса БГ12-26АМ

Рабочий объем, см/об

Номинальная производительность, дм

Давление

Мощность,кВт

Диапазон частот вращения, об/с

К.п.д

Долговечность,ч

Масса,кг



Номинальное, МПа

Максимальное,МПа



объемный

общий



140

3,34

12,5

45

16-32

0.96

0,91

2000

40


Рисунок 3. Предохранительный клапан Г52-2: 1-пружина;2-шарик;3-крышка;4-седло;5-пружина;6-золотник;7-корпус;8-депфер;9-отверстие вспомогательного переключателя. А,Б,В,Г-полости

3. Выбор гидроаппаратуры

 

Предохранительный клапан выбирается по полной подаче и наибольшему давлению насоса. Если наибольшее давление не оговорено в задании и в технической характеристике насоса, то давление настройки предохранительного клапана выбирается на 20% больше давления насоса. Выбираем предохранительный клапан Г52-2.

Предохранительный клапан Г52-2

Конструкция клапана типа Г52-2 приведена на рисунке 3. Жидкость к клапану подводится от насоса к полости Б и одновременно через систему отверстий поступает в полости А и Г. Когда давление в системе преодолевает усилие пружины 1 шарикового клапана, шарик 2 отходит от седла 4 и масло в небольшом количестве из полости А через клапан и отверстия в крышке 3 и корпус 7 поступает в полость В слива, подключенную к баку. Давление в полости А благодаря демпферу 8 падает, в результате чего золотник 6 приподнимается и соединяет полости Б и В. При падении давления в сети золотник 6 под действием пружины 5 возвращается в исходное положение.

Дистанционное управление разгрузкой осуществляется подсоединением через отверстие 9 вспомогательного переключателя(крана или золотника управления), которой соединяет полость А со сливом. Для подсоединения переключателя к клапанам резьбового и фланцевого присоединений необходимо вместо пробки установить штуцер с трубкой.

 

Технические характеристики предохранительных клапанов типа Г52-2

Расход

Давление

Условный проход,мм

Перепад давления при изменении расхода от номинального до наименьшего,не более,МПа

Давление разгрузки,МПа

Время набора давления после разгрузки, не более,с

Масса, кг

Типоразмер

номинальный, дм

Наименьший, дм

номинальное,МПа

Наименьшее,МПа







4,17

0,08

6,3

0,5

40

0,3

0,3

0,2

8,6

Г52-26


Гидрораспределитель

Гидрораспределитель выбирается по справочникам и каталогам в зависимости от давления и подачи примененного насоса с учетом задания и специальных технических требований. Допускается применять гидрораспределители при увеличенных расходах, но не более чем на 40%, по сравнению с указанными в их технических характеристиках. Потеря давления при этом подсчитывается по выражению:

; (10)

где  - соответственно потеря давления и расход при номинальном режиме, указанном в технической характеристике гидрораспределителя. ;

Выбираем реверсивный распределитель с гидравлическим управлением по МН 5782-65.

Рисунок 4. Распределитель типа Г72-3: 1,6-пружина;2,7-крышка;3-пробка;4-золотник;5-корпус;8,9-отверстие;10-дроссели;11-контргайка.

Реверсивные распределители с гидравлическим управлением по МН 5782-65 выпускаются серийно харьковским заводом "Гидропривод". Устройство распределителей по МН 5782-65 аналогично устройству золотников типа Г72-3. На рисунке 4 приведена конструкция распределителя типа Г72-3, выполненного по первой схеме. Золотник 4 может занимать нейтральное и два рабочих положения. В нейтральном положение золотник устанавливается с помощью пружин 1 и 6, расположенных в крышках 2 и 7.

Под действием давления управления, подводимого через отверстие 8 или 9 в корпусе 5 под торцы золотника 4, последний занимает два крайних положения - правое или левое, соответствующих двум направлениям движения рабочего органа машины. Скорость перемещения золотника 4 регулируется с помощью дросселей 10, расположенных в крышках 2 и 7 и зафиксированных контргайками 11. В четырехлинейных золотниках резьбового присоединения левое сливное отверстие заглушено. При перестройке на пятилинейные золотники заглушку со сливного отверстия необходимо снять, а пробку 3 заменить на заглушку 12, предварительно сняв крышку 2.

Технические характеристики реверсивного распределителя с гидравлическим управлением по МН 5782-65


Фильтр тонкой очистки рабочей жидкости устанавливается в сливной гидролинии проектируемого гидропривода и выбирается по расходу в этой линии

; (11)

,

где -активная площадь штоковой полости гидроцилиндра.

м.

дм/с;

Выбираем тип фильтра по требуемой тонкости фильтрации, рабочей жидкости, которая дается в рабочих характеристиках насосов. Берем фильтр тонкой очистки типа ФП7(Г43-5).

Рисунок 5. Фильтр тонкой очистки типа ФП7(Г43-5)

Технологические характеристики фильтров тонкой очистки типа ФП7(Г43-5)

Параметры

Единица имерения

ФП-

Условный проход

мм

25

Номинальная пропускная способность

дм

1,67

Номинальное давление

МПа

Перепад давления при номинальной пропускной способности

МПа

0,17

Тонкость фильтрации: Номинальная Абсолютная

мк

 25 50

Давление открытия перепускного клапана

МПа

0,6

Масса фильтра

кг

22

Число фильтрующих элементов

-

2

Обозначение фильтрующего элемента

-

340 - 023/25

Масса фильтрующего элемента

кг

0,514


Фильтр грубой очистки устанавливается на входе во всасывающую гидролинию непосредственно в гидробаке не ближе двух диаметров этой линии от дна.

;

где - рабочий объем насоса, [м3/об]; - частота вращения вала насоса, об/с.

;

Выбираем фильтр грубой очистки типа Г42-35.

Рисунок 6. Фильтр грубой очистки типа Г42-3.

Технологические характеристики, основные и присоединительные размеры приемных фильтров типа Г42-3

Параметры

Единица измерения

Г42-35

Номинальная пропускная способность

дм

2,34

Тонкость фильтрации

мм

0,08

Гидравлическое сопротивление при наибольшей допустимой загрязненности фильтрующего элемента

МПа

0,008-0,01

Гидравлическое сопротивление , соответствующее открытию перепускного клапана

МПа

0,011-0,012

Условный проход

мм

50

Масса фильтра

кг

11


4. Определение диаметров гидролиний

В проектируемом насосном гидроприводе необходимо определить диаметры трех гидролиний:

всасывания (от гидробака до насоса)- ,

напорной (от насоса до гидродвигателя)- ,

сливной (от гидродвигателя до гидробака)- .

Диаметры гидролиний определяются по формуле [м]:

; (12)

;

Округляем по ГОСТ 16516-70

;

Округляем по ГОСТ 16516-70

;

Округляем по ГОСТ 16516-70

Скорость потока жидкости для всасывающих трубопроводов принимаем .

Скорость потока жидкости для нагнетательных трубопроводов принимаем .

Скорость потока жидкости для сливных трубопроводов принимаем .

В которую подставляются соответствующие расходы и скорости потока жидкости.

Расход в линии всасывания - , [м3/с]

; (13)

;

Расход в напорной линии -  равен номинальной подаче насоса по технической характеристике, или

 (14)


где - объемный к.п.д. насоса из технической характеристики.

Расход в сливной гидролинии -, [м3/с]

;

дм/с;

Допустимые скорости в нагнетательных линиях =3м/с

5. Определение давления насоса

гидроцилиндр поршневый насос фильтр

Скорости , ,  считаем через соответствующие расходы , ,Q.

; (16)

;

;


Определяем режим течения жидкости в трубопроводе по числу Рейнольса:

, (20)

где  - кинематическая вязкость жидкости, [м2/с]. Для индустриального масла И-40А =


 < 2300 - ламинарный режим.


 <2300 - ламинарный режим.


 <2300 - ламинарный режим.

При ламинарном режиме

, (19)

где  - критерий Рейнольса - величина характеризующая режим движения жидкости.

 ;

 ;

 ;

Определение потерь напора:

;

;

;

где  - плотность рабочей жидкости, [кг/м3]Для индустриального масла И-40А =900 кг/м3 ;  

Нижний индекс:

г.р. - гидрораспределитель

ф.т.о. - фильтр тонкой очистки

ф.г.о. - фильтр грубой очистки

;

;

Определяем давление по формуле:

 (17)

где  и  - общие потери давления при прохождении соответствующих расходов  и  по напорной и по сливной гидролиниям, [Па];

- коэффициент соотношения площадей гидроцилиндра;

 - высота подъема жидкости в напорной гидролинии, [м].

;

где м;м.

;


Определяем давление по формуле:

;

где  - внешнее давление в гидробаке, [Па] p=101 325 Па. В гидроприводах с разомкнутой циркуляцией рабочей жидкости чаще всего внешнее давление равно атмосферному.  - высота всасывания, [м];

;

Согласно ГОСТ 17389-72 давление насоса  [Мпа] определяется по выражению

, (15)

где  и - абсолютное давление и скорость потока жидкости в напорном канале насоса; [Па], [м/с];  и - абсолютное давление и скорость потока жидкости в канале всасывания насоса; [Па], [м/с];  и - высоты центров сечения напорного и всасывающего каналов насоса [м]. Для большинства насосов станочных гидроприводов разностью этих высот можно пренебречь; =1; =1; - коэффициент Кориолиса.  - плотность рабочей жидкости, [кг/м3]; - ускорение силы тяжести, [м/c2].


Определяем полезную мощность насоса [кВт]:

. (24)

где - в МПа и  - в м3/с.

.

Мощность насоса, по которой выбирается приводной электродвигатель, определяется по формуле

, (25)

где  - к.п.д. насоса из технической характеристики.

,

Вычисленные значения давлений в гидролиниях системы позволяют выбрать тип трубы или шланга для гидролиний. Необходимая толщина стенки трубы  [м] определяется по формуле

, (26)

где    условное расчетное давление в трубе, [Па]; ;

 - принятый диаметр гидролинии, м;

допускаемое напряжение в стенке трубы, [Па]; ;

предел прочности материала трубы.

;

МПа;

;

;

;

По ГОСТ 16516-70 округляем полученные диаметры до ближайщего большего значения

Давление в сливной магистрали определяется по выражению

;

;

6. Определение емкости гидробака

Определяем количество энергии выделяемое при работе привода, [кВт];

;

где ; - полезная мощность насоса.

;

Назначаем ориентировочный объем рабочей жидкости W,[м], равный 3 минутной производительности насоса.

 ;

где  - подача насоса[м3/с]

;

Определяем площадь бака по формуле:

;

м3;

Пусть нижняя сторона бака - поверхность с затрудненной циркуляцией воздуха, а остальные 5 сторон - свободно-обтекаемые поверхности.

Рассчитаем теряемую мощность исходя из наших данных,[Вт]:

;

где  - установившиеся температура,[К];

 - температура окружающей среды,[К];

 - коэффициент теплопередачи для нижней стороны бака, [Вт/(м2К)];

коэффициент теплопередачи для остальных сторон бака, [Вт/(м2К)];

площадь поверхности теплопередачи, [м2].

;

Сделаем вывод о том, что принудительные мероприятия по охлаждению гидросистемы не требуются.

. Определение подачи насоса

Объемный к.п.д. при расчетном давлении насоса можно определить по формуле:

, (32)

где  - паспортные значения давления и к.п.д. насоса.

;

Утечки в гидрораспределителе -  [м3/с], которые подсчитываются по формуле:

, (33)

где  - паспортные данные давления и утечек в гидрораспределителе.


Таким образом, истинная (расчетная) частота вращения насоса должна быть [об/с]:

 ; (34)

.

Заключение

В выполненной контрольно-курсовой работе был спроектирован насосный гидропривод.

Рабочей жидкостью в данном гидроприводе является индустриальное масло И - 40А.

Выбрана следующая гидроаппаратура:

.        Поршневой цилиндд.

.        Пластинчатый насос БГ12-26АМ на мощность 12,5-14 МПа.

3.      Предохранительный клапан Г52-2

4.      Реверсивный распределитель с гидравлическим управлением по МН 5782-65

.        Фильтр тонкой очистки типа ФП7(Г43-5).

.        Фильтр грубой очистки типа Г42-35.

Были получены следующие расчетные параметры данной гидросистемы: , , ,,.

Гидроаппаратура подобрана по выполненным расчетам. Выбранный насос имеет сравнительно высокую стоимость, но полностью подходит по производительности и мощности к данному приводу.

Список литературы

1.      Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика / Т.М. Башта. - М.: Машиностроение, 1971. - 672 с.

.        Ковалевский В.Ф. Справочник по гидроприводам горных машин / В.Ф. Ковалевский, Н.Т. Бейлин Ю.Е. Железняков - М.: Недра, 1973. - 504 с.

.        Рабинович Е.З. Гидравлика / Е.З. Рабинович. - М.: Недра, 1980. - 278 с.

Похожие работы на - Гидроцилиндр и гидросистема

 

Не нашли материал для своей работы?
Поможем написать уникальную работу
Без плагиата!