Финкельштейн З.Л., Яхно О.М., Чебан В.Г. Курсовое проектирование по дисциплине Гидравлика и гидропривод

Подождите немного. Документ загружается.

Гидравлическая схема, представленная на рис. 4.1, состоит из объемного

насоса 1, фильтра тонкой очистки 2, золотникового гидрораспределителя 3,

объемного гидромотора 4, регулируемого дросселя 5, предохранительного

клапана 6, гидробака 7 и магистрального трубопровода суммарной

протяженностью

l 8 м. Выходной вал гидромотора развивает максимальный

крутящий момент М

д.max

= 500 Н⋅м при максимальной частоте вращения

д.max

= 2,5 об/с. Регулирование частоты вращения вала гидромотора

производится с помощью дросселя 5, включенного последовательно на сливном

трубопроводе.

1. Определение номинального давления гидропривода

Выходная мощность гидромотора и гидропривода в целом:

78505250014322 =⋅⋅⋅=⋅⋅⋅== ,,nМNN

max.дmax.двых.двых

π Вт

Из приложения 4 для полученной мощности гидропривода величина

номинального рабочего давления 10=

р МПа.

Остальные этапы расчета данного объемного гидропривода будут

приведены в конце каждого раздела после рассмотрения соответствующих

теоретических выкладок.

5 Выбор схемы гидропривода

Составление схемы гидропривода необходимо начинать с

детального анализа соответствующего задания. Затем студент

должен самостоятельно изучить конструкцию и принцип работы

машины или механизма, указанного в задании. В качестве основы

при составлении гидросхемы можно воспользоваться схемами,

приведенными в приложении 21, выбирая наиболее приемлемую из

них с принятием соответствующих изменений и дополнений,

обеспечивающих нормальную работу гидропривода с выполнением

возлагаемых на него функций.

В курсовом проекте необходимо представить

скорректированную схему с обоснованием причин относительно

применения именно этой схемы.

На гидросхеме проставляется и нумеруется необходимая

гидроаппаратура, указываются участки гидролиний с одинаковым

расходом. При изображении гидросхемы следует руководствоваться

условными обозначениями, приведенными в приложении 2.

В курсовом проекте необходимо описать конструкцию и

принцип работы гидропривода в различных режимах,

регулирование скорости выходного звена и фиксацию его в любом

положении, защиту гидросистемы от чрезмерных давлений и

разгрузку насоса от давления.

6 Расчет и выбор гидродвигателя

6.1 Расчет и выбор типоразмера гидроцилиндра

Расчетный диаметр поршня гидроцилиндра:

гм.цн

max.гц

ηπ ⋅⋅

⋅

, м (6.1)

где р

– принятое номинальное рабочее давление, Па;

ц.гм

– гидромеханический КПД гидроцилиндра, равный 0,93÷0,97.

Необходимый стандартный диаметр поршня D принимается

как минимум на 10% больше расчетного D′. Его значение

выбирается из приложения 7. По этому же приложению выбирается

и стандартный диаметр штока d

шт

, который составляет примерно

0,3÷0,7 диаметра поршня. Большее значение отношения

шт

принимается при работе штока на сжатие.

На практике рекомендуется принимать следующие значения

отношения

шт

: при р≤ 1,5 МПа

шт

= 0,3÷0,35;

при р=1,5÷5,0 МПа

шт

= 0,5; при р≥ 5,0 МПа

шт

= 0,7.

Из приложения 12 по номинальному давлению и принятым

диаметрам поршня и штока выбирается наиболее подходящий

стандартный гидроцилиндр и выписываются все его параметры. При

отсутствии необходимого типоразмера гидроцилиндра, ранее

принятые стандартные значения диаметров поршня и штока

оставляются без изменения и используются в дальнейших расчетах.

Действительное давление в гидроцилиндре:

гм.ц

max.гц

ηπ ⋅⋅

⋅

, Па (6.2)

Максимальный расход, потребляемый гидроцилиндром:

о.ц

max.гц

max.д

⋅

, м

/с (6.3)

где η

ц.о

– объемный КПД гидроцилиндра (η

ц.о

≈ 0,98÷0,99).

Расход в сливной линии (при потреблении гидроцилиндром

максимального расхода):

шт

max.дсл

−

⋅= , м

/с (6.4)

6.2 Расчет и выбор типоразмера гидромотора

Расчетный рабочий объем гидромотора:

дн

о.дmax.д

′

⋅

′

⋅

, м

(6.5)

Предварительно принимаем объемный КПД гидромотора

η′

д.о

≈ 0,9÷0,97, а общий КПД гидромотора η′

≈ 0,75÷0,85.

Необходимый рабочий объем гидромотора q

принимается как

минимум на 10 % больше расчетного q′

. Из приложения 14

выбирается требуемый типоразмер гидромотора. В курсовом

проекте приводят его параметры: тип, рабочий объем, номинальное

давление, номинальный крутящий момент, максимальную и

минимальную частоты вращения, общий и объемный КПД.

Действительное давление в гидромоторе:

дд

о.дmax.д

⋅

, Па (6.6)

где q

– действительное значение рабочего объема принятого

гидромотора, м

;

д.о

и η

– действительные значения объемного и общего КПД

соответственно для принятого гидромотора.

Максимальный расход, потребляемый гидромотором:

о.д

max.дд

max.д

⋅

= , м

/с (6.7)

Пример расчета

2. Расчет и выбор типоразмера гидромотора

Расчетный рабочий объем гидромотора:

0003730

801010

9505001432

дн

о.дmax.д

⋅⋅

⋅⋅⋅

′

⋅

′

⋅⋅⋅

ηπ

= 373 см

где η′

д.о

= 0,95 и η′

= 0,8 - предварительное значение объемного и

общего КПД гидромотора соответственно.

Из приложения 14 выбираем радиально-поршневой гидромотор типа

МР-400/160, у которого:

Рабочий объем 400=

q см

Номинальное рабочее давление 16=

ном.д

р МПа

Номинальный крутящий момент 925=

ном.д

М Н⋅м

Частоты вращения 8300/n/n

minmax

= об/мин

КПД: общий 880,

=η

объемный 960,

о.д

=η

Действительное давление в гидромоторе:

105648

88010400

9605001432

⋅=

⋅⋅

⋅⋅⋅

⋅

⋅⋅⋅

−

дд

о.дmax.д

ηπ

Па.

Максимальный расход, потребляемый гидромотором:

001040

960

5210400

о.д

max.дд

max.д

⋅⋅

⋅

−

/с = 62,4 л/мин.

7 Ориентировочный выбор насоса

Тип насоса выбирается по общему расходу жидкости в

гидросистеме и номинальному давлению. При дроссельном

регулировании принимается нерегулируемый насос. В случае

объемного регулирования принимается регулируемый насос.

Шестеренные насосы вследствие таких показателей, как

простота конструкции, малый вес при значительной мощности,

дешевизна и надежность в эксплуатации получили значительное

распространение в системах гидропривода, особенно в

гидроприводе мобильных машин. Их главные недостатки - низкое

рабочее давление и невозможность регулирования.

Пластинчатые насосы выпускаются как регулируемые, так и

нерегулируемые. Они работают при незначительном давлении и в

отличие от других типов насосов менее всего боятся загрязненности

рабочей жидкости.

Радиально-поршневые насосы нашли также широкое

распространение в технике, особенно при значительных расходах и

давлениях.

Аксиально-поршневые насосы более компактны, чем

радиально-поршневые, имеют более высокий КПД, однако они

более чувствительны к вибрациям и загрязненности жидкости.

Необходимая расчетная подача насоса:

∑

⋅

′

тах.дутн

QkQ , м

/с (7.1)

где k

ут

= 1,05÷1,10 – коэффициент, учитывающий утечки рабочей

жидкости в гидроаппаратах;

ΣQ

д.тах

− суммарный расход, потребляемый всеми

одновременно работающими гидродвигателями.

По известным значениям Q′

и р

из приложения 13

выбирают насос и выписывают его основные параметры: тип,

рабочий объем, частоту вращения, номинальную подачу,

номинальное давление, КПД.

Необходимая расчетная частота вращения вала насоса

(определяется для нерегулируемых насосов):

о.нн

утmax.д

η⋅

⋅

′

, об/мин (7.2)

где q

– рабочий объем насоса, м

;

н.о

– объемный КПД насоса.

По расчетной выбирают ближайшую стандартную

синхронную частоту вращения выходного вала электродвигателя

= 750; 1000; 1500; 3000 об/мин).

Действительная частота вращения вала насоса:

)s(nn

сн

−

⋅

1 , об/мин (7.3)

где s ≈ 0,03÷0,04 − скольжение в электродвигателе.

Действительная подача насоса (для нерегулируемых насосов):

о.ннн

⋅

= , м

/с. (7.4)

Действительная подача насоса (для регулируемых насосов):

утmax.дн

kQQ

⋅

, м

/с. (7.5)

При необходимости использования подпиточного насоса

принимают в качестве последнего шестеренный или пластинчатый

насос (см. приложение 13). Подачу подпиточного насоса принимают

в зависимости от схемы гидропривода: для замкнутой схемы подача

равна 0,15⋅Q

; для разомкнутой схемы 1,15⋅Q

Пример расчета

3. Ориентировочный выбор насоса

Необходимая расчетная подача насоса:

0010920001040051 ,,,QkQ

тах.дутн

=⋅=⋅=

′

∑

/с =65,5 л/мин

где k

ут

= 1,05 – коэффициент, учитывающий утечки рабочей жидкости в

гидроаппаратах.

Из приложения 13 предварительно выбираем шестеренный насос типа

НШ50М-4, у которого:

Рабочий объем насоса

1050

−

⋅=

q м

Частота вращения n

н.ном

= 500÷3000 об/мин

Номинальная подача 2,107

номн

Q л/мин

Номинальное давление 20

номн

р МПа

КПД: общий 86,0=

η ;

объемный 93,0

он

η .

Необходимая расчетная частота вращения вала насоса:

1424

9201050

05100104060

⋅⋅

⋅

′

−

о.нн

утmax.д

об/мин

По расчетной выбираем ближайшую стандартную синхронную частоту

вращения выходного вала электродвигателя n

= 1500 об/мин.

Действительная частота вращения вала насоса:

1440030115001 =−⋅=−⋅= ),()s(nn

сн

об/мин

где s = 0,03 − скольжение в электродвигателе (отставание частоты вращения

ротора от частоты вращения магнитного поля статора).

Действительная подача насоса:

001120

93014401050

о.ннн

⋅⋅⋅

⋅⋅

−

/с = 67,2 л/мин.

8 Выбор рабочей жидкости

В гидроприводе рабочая жидкость – одно из основных

элементов, его рабочее тело. Ею одновременно выполняются

функции смазки контактирующих поверхностей, отвода тепла,

среды, отводящей продукты износа и защищающей систему от

коррозии. Часто, в связи со стремлением максимально уменьшить

размеры машин, на рабочую жидкость возлагается задача

одновременно смазывать и зубчатые зацепления. Комплекс физико-

химических свойств рабочих жидкостей должен в этих условиях

наилучшим образом обеспечивать выполнение как функции

рабочего тела, так и смазочного материала.

Из изложенного следует, что к выбираемым для гидросистемы

рабочим жидкостям следует предъявлять ряд требований, часто

противоречащих друг другу. К наиболее важным из этих

требований относятся:

− хорошая смазывающая способность во всем диапазоне

рабочих температур и давлений;

− стабильность свойств при требуемой продолжительности

хранения и эксплуатации;

− удовлетворительная вязкостно-температурная характерис-

тика во всем диапазоне рабочих температур, незначительное

влияние на вязкость высоких давлений и скоростей сдвига;

− инертность по отношению ко всем материалам деталей

гидропривода и уплотнений;

− устойчивость при нагреве и попадании воды;

− малая токсичность жидкости, ее паров и продуктов

разложения;

− высокий модуль объемной упругости;

− малая плотность;

− минимальная склонность к вспениванию, поглощению или

растворению воздуха;

− хорошая теплопроводность, большая удельная

теплоемкость;

− негигроскопичность, способность легко отделять воду,

высокая стойкость к образованию эмульсий;

− совместимость с другими рабочими жидкостями,

применяемыми для подобных гидросистем и условий;

− хорошие диэлектрические свойства;

− отсутствие неприятного запаха;

− пожаро- взрывобезопасность, негорючесть (при

необходимости);

− низкая стоимость, доступность и недефицитность сырья для

получения.

Выбор рабочей жидкости следует производить в соответствии

с условиями работы гидропривода, в зависимости от температурных

условий и номинального давления, а также из рекомендаций

заводов-изготовителей и практического опыта применения

соответствующего гидрооборудования.