Гидравлический расчет объемного гидропривода механизма подачи круглопильного станка

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Исходные данные

2. Расчёт нерегулируемого объёмного гидропривода возвратно-поступательного движения

2.1. Выбор рабочего давления в гидросистеме

2.2. Определение расчётного давления в гидросистеме

2.3. Определение диаметра цилиндра D и штока d

2.4. Определение расхода рабочей жидкости в гидроцилиндре

2.5. Определение потребной подачи насоса

2.6. Определение наибольшего и наименьшего расходов рабочей жидкости

2.7. Выбор диаметров трубопроводов

2.8. Выбор рабочей жидкости

2.9. Выбор гидроаппаратуры

2.10. Определение потерь давления в гидролиниях

2.11. Определение усилий трения гидродвигателя

2.12. Определение величины давления нагнетания

2.13. Выбор насоса

2.14. Определение объёмных потерь (утечек) жидкости

2.15. Определение гидравлических потерь в гидросистеме во время рабочего хода

2.16. Определение КПД гидропривода

3. Тепловой расчёт гидросистемы

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

гидропривод возвратный поступательный насос

В данной работе производится гидравлический расчёт гидросистемы зажима бревна гидравлической тележкой ПРТ8-2 по исходным данным.

Гидравлические системы широко используются в разных отраслях промышленности. Использование методов гидравлики гораздо легче, надёжнее и практичнее.

Гидроприводом называется совокупность гидроаппаратуры, предназначенной для передачи механической энергии и преобразования движения при помощи жидкости.

Описание работы гидропривода.

Гидронасос создаёт давление нагнетания на напорной линии, которое ограничивается соответственно обратным клапаном, после чего рабочая жидкость поступает на гидрораспределитель, а с него в штоковую полость гидроцилиндра, который совершает рабочий ход при входе штока в гидроцилиндр. При совершении обратного хода, жидкость через гидрораспределитель и дроссель подаётся в нештоковую полость гидроцилиндра. Для контроля давления установлен манометр.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Р – усилие на штоке гидроцилиндра, кН……………………………...15

V_рх – скорость рабочего хода, м/с……………………………………0,08

V_хх – скорость холостого хода, м/с…………………………………..0,05

Напорная линия: длина l_н, м…………………………………………….7

Исполнительная линия: длина l_н, м……………....................................3

Сливная линия: длина l_н, м…………………….....................................5

Местные потери напора в процентах от линейных………………….40

Температура рабочей жидкости t, ^оС……………………...................70

Температура воздуха t, ^оС……………………………………………..20

Произвести гидравлический расчет гидросистемы зажима бревна гидравлической тележкой ПРТ8-2 по исходным данным.

Рис. 1. Схема гидравлическая принципиальная механизма зажима бревна гидравлической тележки ПРТ8 - 2: 1 – гидробак; 2 – насос; 3 – фильтр; 4 – гидрораспределитель; 5 – гидроцилиндр; 6 – клапан предохранительный; 7 – золотник включения манометра; 8 – манометр; 9 – всасывающая линия; 10 – напорная линия; 11 – исполнительная линия; 12 – сливная линия.

2. ПОРЯДОК РАСЧЕТА НЕРЕГУЛИРУЕМОГО ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

2.1. Выбор рабочего давления в гидросистеме

Таблица 1

Рекомендуемые рабочие давления в зависимости от усилия на штоке гидроцилиндра

Принимаем рабочее давление в гидроцилиндре Р_р=2.5 МПа 2.2. Определение расчетного давления в гидроцилиндре, МПа:

.

2.3. Определение диаметра цилиндра D и штока d

По величине расчетного давления в гидроцилиндре р_р определяем отношение D/d. Рациональное соотношение между р_р и d/D следующее:

Таблица 2

Ряд внутренних диаметров D для гидроцилиндров по ГОСТ 6540-68

Таблица 3

Ряд рекомендуемых диаметров штока d по ГОСТ 6540-68

В машинах лесной промышленности широко используются одноштоковые гидроцилиндры двухстороннего действия с демпфированием в конце хода поршня.

Для случая, когда рабочий ход поршня совершается при входе в гидроцилиндр:

,

или

Принимаем D = 110 мм

задавшись соотношением d/D, определяем d

Принимаем d = 56 мм

2.4. Определение расхода рабочей жидкости в гидроцилиндре

Таблица 4

Расчетные формулы для определения расхода рабочей жидкости в гидроцилиндрах

2.5. Определение потребной подачинасоса,

.

где К_у – 1,1 - 1,3 – коэффициент утечек, учитывающий суммарно все утечки в элементах гидросистемы от насосов до гидроцилиндра;

Z – количество гидроцилиндров в гидросистеме.

2.6. Определение наибольшего Q_наиб и наименьшего Q_наим расходов рабочей жидкости (для гидроцилиндров двухстороннего действия)

,

.

Таблица.5.

Распределение расхода рабочей жидкости в магистралях гидросистемы с гидроцилиндром двухстороннего действия с односторонним штоком.

2.7. Выбор диаметров трубопроводов

Внутренний диаметр трубопровода определяют по формуле

,

где Q – наибольший расход на расчетном участке гидролинии, м³/с;

V – допускаемая скорость движения жидкости, м/с.

Для напорной линии:

принимаем d_н-р = 16 мм

Для исполнительной линии, соединяющий распределитель и нештоковые полости гидроцилиндров:

принимаем d_р-нш = 16 мм

Для исполнительной линии, соединяющий распределитель и штоковые полости гидроцилиндров:

принимаем d_р-ш = 20 мм

Для сливной линии:

принимаем d_р-б = 40 мм

2.8 Выбор рабочей жидкости

Таблица 6.

Техническая характеристика рабочей жидкости.

2.9. Выбор гидроаппаратуры

2.9.1. Выбор реверсивного золотникового гидрораспределителя.

Таблица 7.

Техническая характеристика гидрораспределителя.

2.9.2. Выбор фильтра

Таблица 8.

Техническая характеристика фильтра.

,

где ∆р – перепад давления на фильтре при максимальном расходе;

Q_макс – пропускная способность фильтра при перепаде ∆р и определенной вязкости жидкости;

Q_ф – фактический расход через фильтр.

2.9.3. Выбор предохранительного клапана.

Таблица 9.

Техническая характеристика предохранительного клапана.

2.9.4. Выбор манометра

Таблица 10.

Техническая характеристика манометра.

2.10. Определение потерь давления в гидролиниях

Потери напора на каждом участке гидролинии определяем при рабочем ходе как сумму линейных и местных сопротивлений.

Линейные потери напора определяем по формуле

,

где - удельный вес рабочей жидкости, Н/м³;

- коэффициент сопротивления трения по длине;

ℓ - длина магистрали, м;

d_т – диаметр трубопровода, м;

S – площадь сечения потока в трубопроводе, м²;

Q – расход рабочей жидкости через магистраль, м³/с.

Определение линейных потерь напора для напорной линии:

Определение линейных потерь напора для исполнительной линии.

Определение линейных потерь напора для сливной линии:

Местные потери напора ∆р_м определяем по формуле

,

Для напорной линии:

Для исполнительной линии:

Для сливной линии:

Определив линейные и местные потери на данном участке трубопровода, находим (суммированием) общие потери на участке магистрали.

Для напорной линии:

Для исполнительной линии:

Для сливной линии:

2.11. Определение усилий трения в гидродвигателе.

Усилие трения в гидроцилиндре равно:

,

где R_п и R_ш – усилия трения соответственно в уплотнениях поршня и штока.

Расчет сил трения в уплотнениях поршня или штока ведут по приближенной формуле.

Для резиновых колец круглого сечения

,

где d – диаметр уплотняемой поверхности, м;

q_р – сила трения на 1 м длины уплотнения, МН/м.

Значения q_р в зависимости от диаметра сечения резинового кольца d и давления рабочей жидкости при предварительном (монтажном) сжатии определяется по номограмме (рис. 2).

Выбор резиновых манжет для уплотнений гидроцилиндров производят по ГОСТ 6969-54, а резиновых колец – по ГОСТ 9833-61.

2.12. Определение величины давления нагнетания

Величину давления нагнетания определяют по силовой характеристике гидроцилиндра.

Силовой характеристикой гидроцилиндра является зависимость между давлениями в полостях цилиндра; усилием трения поршня и штока и усилием на штоке.

Рис. 2. Номограмма для определения q_р

Силовые характеристики, например, гидроцилиндра двухстороннего действия с односторонним штоком (рис. 3) имеют вид:

- при выходе штока из цилиндра:

,

- при входе штока в цилиндр:

,

где р_нш и р_ш – давление в нештоковой и штоковой полостях цилиндра;

F_нш и F_ш – площади поперечных сечений цилиндра и штока;

R_тр – сила трения в уплотнениях поршня и штока;

Р_вых и Р_вх – полезные усилия на штоке при выходе штока из гидроцилиндра или входе в него.

Рис. 3. Схема силового гидроцилиндра двухстороннего действия с односторонним штоком

При расчете конкретных гидросистем с конкретным гидроцилиндром, например, двухстороннего действия с односторонним штоком (см. рис. 2 и 3), когда рабочий ход совершается при входе штока в гидроцилиндр, давления р_нш и р_ш будут равны:

,

.

В формулах р_н-р; р_р-нш; р_р-б – потери давления в магистралях: соответственно насос – распределитель; распределитель – нештоковая полость; распределитель – бак.

∆р_др, ∆р_р,∆р_ф – потери давления соответственно в дросселе, распределителе, фильтре при соответствующих расходах рабочей жидкости.

2.13. Выбор насоса

Таблица 11.

Техническая характеристика насоса.

2.14. Определение объемных потерь (утечек) жидкости

Общие потери жидкости в гидросистеме складываются из потерь в насосе ∆Q_ут.н, гидрораспределителе ∆Q_ут.р, дросселе ∆Q_ут.др и потерь в гидроцилиндре ∆Q_ут.ц (см. рис. 12), т.е.:

Каждый из перечисленных видов потерь можно выразить через удельную утечку, которая представляет собой величину утечки (м³/с), отнесенную к единице давления. В паспортах на гидравлическое оборудование приводятся утечки ∆Q_ут при номинальном (или максимальном) давлении, поэтому удельные утечки будут равны

Удельные утечки в насосе определяются по формуле

,

где q – рабочий объем насоса (удельная подача насоса за один оборот), м³/об;

n – число оборотов насоса, об/с;

Q_max и (р_н)_max – соответственно максимальная подача и максимальное давление насоса;

η₀ – объемный КПД насоса.

Общие потери жидкости в гидросистеме будут:

,

где .

МПа

2.15. Определение гидравлических потерь в гидросистеме во время рабочего хода

2.16. Определение КПД гидропривода

Гидравлический КПД гидропривода:

Объемный КПД гидропривода:

.

Механический КПД гидропривода учитывает механические потери в насосе и гидроцилиндрах. Механический КПД насоса η_мн равен 0,99. Механический КПД гидроцилиндра:

,

где Р_п – полезное усилие, создаваемое поршнем от давления в полости цилиндра. Оно равно:

Н

Здесь .

Механический КПД гидропривода будет:

.

Общий КПД гидропривода:

.

3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ГИДРОСИСТЕМЫ

Тепловой расчет гидросистемы производится для уточнения теплового режима рабочей жидкости в необходимости установки в гидросистеме теплообменника (холодильника). Мощность, Вт, превращаемая в тепло:

,

где N_н = р_нQ_н – мощность насоса, Вт;

р_н – давление насоса, Н/м²;

Q_н – подача насоса, м³/с;

η – общий КПД гидропривода.

Потери мощности в гидросистеме и есть количество выделенного тепла, т.е.

.

Суммарная поверхность теплообменника (или бака), необходимая для поддержания заданной температуры рабочей жидкости, при известной температуре окружающей среды будет:

,

где К_рг = τ_рг/τ_с – коэффициент продолжительности работы гидропривода под нагрузкой;

τ_рг – время работы гидропривода под нагрузкой, ч;

τ_с – полное время смены, ч;

к – коэфиициент теплопередачи от жидкости к воздуху через наружную поверхность гидробака;

к = 10 - 15 Ккал/м²∙°С = (10 – 15)1,163 Вт/ м²∙°С – для гидробаков с естественным воздушным охлаждением (открытая вентилируемая поверхность);

t_ж, t_в – температура соответственно масла и окружающего воздуха, °С.

Чтобы установить необходимость принудительного охлаждения, сначала нужно сконструировать бак.

Если поверхность наружных стенок бака S_б окажется меньше вычисленной, то необходима установка холодильника.

Объем бака V_б принимают равным двух – трехминутной производительности наоса Q_н, т.е.:

.

Задаемся соотношением ширины, высоты и длины бака в виде прямоугольного параллелепипеда, как 1:2:3. Обычно бак заполняется рабочей жидкостью на 0,8 высоты. Если обозначить ширину бака через x, объем жидкости в баке V_б = x 2(0,8x)3 x = 4,8x³.

Определяем размеры бака: ширина , высота 2x, длина 3x.

Находим площадь поверхности бака, участвующую в охлаждении рабочей жидкости:

,

где S₁ – суммарная площадь поверхностей бака, омываемых жидкостью;

S₂ – суммарная площадь боковых поверхностей, не омываемых жидкостью. У этих поверхностей эффект охлаждения в 2 раза меньше.

S₁ = 15,8 x² = 15.8 ∙ 0.056² = 0.05 м²;

S₂ = 3,2 x² = 3,2 ∙ 0.056² = 0.01 м².

Из сравнения поверхностей S_т и S_б делается заключение о необходимости установки холодильника, т.к. S_т>S_б, необходима установка холодильника.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лебедев Н.И. Объемный гидропривод машин лесной промышленности. - М.: Лесн. пром-сть, 1986.

2. Халтурин В.М., Мамаев В.В., Пушкарева О.Б. Гидрооборудование машин лесной промышленности: учеб. Пособие, Екатеринбург, 2001.

3. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. - М.: Машиностроение, 1980.

4. Вильнер Я.М., Ковалев Я.Т., Некрасов Б.Б. и др. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Минск: Вышайшая школа, 1976.

Размещено на