Завдання

Принципова схема об’ємного гідропривода поступального руху наведена на рисунку 1. Робоча рідина з бака Б подається насосом Н через розподільник Р у робочу порожнину циліндра Ц. Шток циліндра навантажений силою F.

Надлишок рідини, що нагнітається насосом відводиться в бак Б через клапан переливний КП. Для регулювання швидкості робочого органа встановлений дросель ДР. Відпрацьована рідина з порожнини гідроциліндра через розподільник Р і фільтр Ф зливається в бак Б.

За вибраним варіантом схеми гідропривода і заданими у табл.1 вихідними даними, а також взятим значенням робочого тиску, визначити розміри гідроциліндра і підібрати розподільник, дросель, гідроклапан, фільтр. Розрахувати втрати тиску в магістралях привода. Вибрати насос. Розрахувати потужність і к. к. д. гідропривода. Еквівалентну жорсткість ліній взяти ∆Е=0,06 мм, а механічний к. к. д. гідроциліндра ηМЦ=0,90.

Варіант 1: F=80 kH; VП=4,0 м/хв.

Рисунок 1 – Принципова схема гідропривода

Зміст

Завдання

1.Розрахунок довжини гідроліній

2. Розрахунок і вибір параметрів гідроустаткування

2.1. Вибір робочої рідини

2.2. Вибір робочого тиску

2.3. Розрахунок розмірів гідроциліндра

2.4. Розрахунок необхідної витрати рідини

2.5. Вибір гідророзподільника

2.6. Вибір дроселя

2.7. Вибір фільтра

3. Гідравлічний розрахунок системи привода

3.1. Гідравлічний розрахунок трубопроводів

3.2. Визначення втрат тиску в гідросистемі

4 Вибір параметрів насоса і гідроклапана тиску

4.1. Вибір параметрів насоса

4.2. Вибір гідроклапана тиску

5. Розрахунок потужності і к. к.д. гідропривода

Список літератури

1.Розрахунок довжини гідроліній

Довжину напірної гідролінії (м) визначаємо за формулою:

lН=1,5+0,1N, (1.1)

де N – сума двох останніх цифр номера залікової книжки, N=2.

lН=1,5+0,1·2=1,7 (м).

Довжина зливної лінії дорівнює:

lЗЛ=1,15· lН (1.2)

lЗЛ=1,15·1,7=1,96 (м).

Довжина всмоктувальної лінії:

lВС=0,2· lН (1.3)

lВС=0,2·1,7=0,34 (м).

2. Розрахунок і вибір параметрів гідроустаткування

2.1. Вибір робочої рідини

Вибір робочої рідини виконуємо залежно від температурних умов, режиму роботи гідропривода і його робочого тиску.

Нормальна температура робочої рідини складає 50-60єС. Робочу рідину вибираємо за даними маблиці додатку А [1].

Вибираємо масло індустріальне 30, густина ρ=890 кг/м3; кінематична в’язкість ν=28·10-2 м2/с.

2.2. Вибір робочого тиску

Значення робочого тиску (МПа) вибираємо з ряду нормативних, установлених ГОСТ 12445-80 даних [2].

Для умов роботи заданого гідропривода вибираємо робочий тиск

Р=6,3 МПа.

2.3. Розрахунок розмірів гідроциліндра

Площу поршня гідроциліндра визначаємо за вибраним тиском і розрахунковим навантаженням із співвідношення

(2.1)

де Se – ефективна площа поршня гідроциліндра, м;

F – зусилля на штоку, Н;

Р – робочий тиск, Па;

– механічний к. к. д. гідроциліндра;

– гідравлічний к. к. д. гідроапаратури, який визначає втрати тиску в трубопроводах і гідроапаратурі, що входить до складу привода.

Попередньо можна взяти =0,85.

За отриманою ефективною площею поршня гідроциліндра визначаємо діаметр поршня:

(2.2)

де α – відношення діаметра штока до діаметра поршня (α=d/D).

Оскільки Р<10 МПа, α=0,7.

Одержане значення діаметра поршня округлюємо згідно з ГОСТ 12447-80 відповідно до ряду розмірів діаметрів [2].

Приймаємо D=200 мм.

Діаметр штока визначаємо із співвідношення:

d=α·D, (2.3)

d=0,7·200=140 (мм).

Значення d=140 мм є нормативним, тому ми його таким і залишаємо.

За вибраними стандартними значеннями діаметрів поршня D і штока d уточнюємо ефективні площі напірної Sе і зливної Sезл порожнин гідроциліндра.

(2.4)

2.4. Розрахунок необхідної витрати рідини

Необхідну витрату рідини Qном (м3/с), що надходить у гідроциліндр, знаходимо за формулою

Qном=Vп∙Sе, (2.5)

де Vп – швидкість руху поршня, м/с;

Sе – ефективна площа поршня гідроциліндра, м2.

Qном=0,0667∙0,016014=0,00107(м3/с) =64,2(л/хв).

Необхідна подача насоса буде дорівнювати

Qн=k∙Qном, (2.6)

де k=1,10.

Qн=1,10∙0,00107=0,001177(м3/с) =70,62(л/хв).

2.5. Вибір гідророзподільника

Тип і марку гідророзподільника вибираємо за робочим тиском Р=6,3МПа і максимальною витратою через розподільник Qр=Qзл= =Qном=64,2л/хв [2, с.78, табл.4.4.].

Вибираємо розподільник марки Р(Рн) 323, схема 34 з параметрами:

2.6. Вибір дроселя

Типорозмір дроселя вибираємо за робочим тиском Р=6,3МПа і витратою через дросель Qдр= Qном=64,2л/хв [2, с.146, табл.5.13].

Вибираємо дросель марки МПГ55-14 з параметрами:

2.7. Вибір фільтра

Фільтр і його типорозмір вибираємо за витратою робочої рідини в зливній гідролінії і необхідною для даного гідропривода тонкістю фільтрації.

Тонкість фільтрації визначаємо залежно від типу привода [2, с.296, табл.8.2]:

Номінальна тонкість фільтрації 40 мкм.

Вибір фільтра [2, с.300, табл.8.6]:

Qф= Qзл=64,2л/хв.

Вибираємо фільтр .

3. Гідравлічний розрахунок системи привода

3.1. Гідравлічний розрахунок трубопроводів

Розрахунок трубопроводів полягає у визначенні їх діаметрів. Розрахунок виконуємо по ділянках: всмоктувальній (бак-насос), напірній (насос-гідроциліндр.), зливній (гідроциліндр-бак), виділених у гідравлічній схемі. Діаметри трубопроводів визначаємо, виходячи із забезпечення допустимої швидкості течії Vдоп, м/с, рідини.

Отримані діаметри округлюємо до значення, яке рекомендоване ГОСТ 6540-68.

Приймаємо значення допустимих швидкостей на всмоктувальній лінії – 1 м/с, на напірній – 4 м/с, на зливній – 1,6 м/с.

З урахуванням допустимих швидкостей за відомою витратою визначаємо діаметри трубопроводів d, м:

(3.1)

де Q – витрата рідини на даній ділянці гідромережі, м3/с.

Для всмоктувальної гідролінії Qвс= Qн=0,001177(м3/с).

Приймаємо dвс=40 мм зі стандартного ряду.

Для напірної гідролінії

(3.2)

де Se – ефективна площа поршня в напірній порожнині гідроциліндра, м2;

Vп – швидкість руху поршня, м/с.

Приймаємо dнап=20 мм зі стандартного ряду.

Для зливної гідролінії

(3.3)

де Se зл – ефективна площа поршня в зливній порожнині гідроциліндра, м2;

Vп – швидкість руху поршня, м/с.

Приймаємо dзл=32 мм зі стандартного ряду.

Після вибору стандартних діаметрів трубопроводів визначаємо фактичні швидкості в гідролініях.

Фактичну швидкість при робочій подачі в всмоктувальній гідролінії визначаємо за формулою

(3.4)

Фактична швидкість у напірній гідролінії складає

(3.5)

Фактична швидкість у зливній гідролінії дорівнює

(3.6)

3.2. Визначення втрат тиску в гідросистемі

Втрати тиску визначаємо на всмоктувальній, напірній і зливній гідролініях. Величина втрат на кожній ділянці визначається за формулою

(3.7)

де – втрати на тертя по довжині трубопроводу;

– втрати в місцевих опорах;

– втрати в гідроапаратах.

Втрати тиску (Па) на тертя по довжині трубопроводу обчислюють за формулою Дарсі-Вейсбаха

(3.8)

де ρ – густина рідини, кг/м3;

λ – коефіцієнт гідравлічного тертя по довжині;

l,d – довжина і діаметр трубопроводу, м;

Vф – середня швидкість течії рідини, м/с.

Коефіцієнт гідравлічного тертя (коефіцієнт Дарсі) визначаємо, виходячи з режиму руху рідини і відносної шорсткості труби ΔЕ/d, де ΔЕ – еквівалентна шорсткість (∆Е=0,06 мм).

Режим руху рідини визначають за числом Рейнольдса

(3.9)

де V – фактична швидкість у всмоктувальному, напірному чи зливному трубопроводі, м/с;

d – діаметр трубопроводу, м;

– кінематичний коефіцієнт в’язкості, м2/с.

Розрахунок Re для ділянок трубопроводу:

для всмоктувальної гідролінії

- режим ламінарний;

для напірної гідролінії

- режим турбулентний;

для всмоктувальної гідролінії

- режим ламінарний.

Якщо рух ламінарний, коефіцієнт гідравлічного тертя визначаємо за формулою

(3.10)

Для труб промислового виготовлення з природною шорсткістю для будь-якої області опору можна скористатися формулою Альтшуля

(3.11)

Коефіцієнт Дарсі на ділянках трубопроводу:

у всмоктувальній гідролінії:

у зливній:

у напірній:

Втрати тиску (Па) на тертя по довжині трубопроводу:

; (3.12)

на всмоктувальній лінії:

; (3.13)

;

на напірній лінії:

; (3.14)

;

на зливній лінії:

; (3.15)

.

Загальні втрати тиску на тертя по довжині трубопроводу:

Місцеві гідравлічні втрати ΔРМ(Па) визначаємо за формулою Вейсбаха

(3.16)

де ζ – коефіцієнт місцевого опору;

V – середня швидкість у місці перерізу з місцевим опором, м/с;

ρ – щільність рідини, кг/м3.

Місцеві гідравлічні втрати ΔРМ(Па):

. (3.17)

на всмоктувальній лінії:

(3.18)

на напірній лінії:

(3. 19)

на зливній лінії:

(3. 20)

Загальні втрати тиску на тертя по довжині трубопроводу:

Втрати в гідроапаратурі:

(3.21)

(3.22)

втрати у дроселі:

втрати у розподільнику на зливній лінії:

(3.23)

втрати у розподільнику на напірній лінії:

(3.24)

втрати у фільтрі:

(3.25)

Загальні втрати тиску в гідроапаратурі:

Знаходимо сумарні втрати тиску у всмоктувальній, напірній та зливній гідролініях (підставляємо отримані дані у формулу 3.7):

Сумарні втрати тиску не повинні перевищувати 20% тиску, що розвивається насосом. Перевіримо це:

6,3∙0,2=1,26(МПа).

Оскільки сумарні втрати тиску не перевищують допустимі насосом (0,34 МПа <1,26 МПа), то умова виконується.

4. Вибір параметрів насоса і гідроклапана тиску

4.1. Вибір параметрів насоса

Необхідний тиск насоса РН обчислюють за рівнянням

(4.1)

де - сумарні втрати тиску в гідролініях, Па;

F – зусилля на штоку гідро циліндра, Н;

Se – ефективна площа поршня, м2;

ηМЦ – механічний к. к. д. циліндра.

Тип насоса вибираємо відповідно до значень необхідної подачі QH=70,62 л/хв і розрахункового тиску РН=5,9 МПа у літературі [2, с.18, табл.2.1; с.30, табл.2.5; с.34, табл.2.7; с.38, табл.2.9].

Вибираємо насос пластинчатий нерегулюємий Г12-24М ГОСТ 13167-82 (Робочий об’єм 80 см3, номінальна подача 70 л/хв=0,001167 м3/с, к. к. д. при номінальному режимі роботи 0,82; тиск на виході з насосу: 6,3 МПа, граничний 7 МПа).

4.2. Вибір гідроклапана тиску

Гідроклапан тиску вибираємо за значеннями необхідного тиску насоса РН=5,9 МПа і подачі вибраного насоса QH=70,62 л/хв [2, с.124, табл.5.3].

Вибрали гідроклапан Г54-34М

Витрата масла: номінальна 125 л/хв;

максимальна 160 л/хв;

мінімальна 3 л/хв.

Тиск налаштунку (МПа): номінальний 1; 2,5; 6,3; 10 або 20;

максимальна 1,2; 2,8; 7; 11,2 або 23;

мінімальна 0,3; 0,4; 0,6; 1,2 або 4.

5. Розрахунок потужності і к. к.д. гідропривода

Ефективну (корисну) потужність NП, Вт, гідроциліндра визначаємо за формулою

(5.1)

де F – зусилля на поршні, Н;

VП – швидкість поршня гідро циліндра, м/с.

Повна потужність N, Вт, гідропривода дорівнює потужності, спожитої насосом:

(5.2)

де – розрахований тиск насоса, Па;

– подача вибраного насоса, м3/с;

– повний к. к. д. вибраного насоса.

Повний к. к. д. гідропривода

(5.3)

Список літератури

Герман В.Ф., Кулі ніч П.Г. Методичні вказівки до курсової роботи з курсу «Гідравліка та гідропневмоприводи», СумГУ, 2002.

Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы. – М.: Машиностроение, 1988. – 512 с.

Вильнер Я.М., Ковалёв Я.Г., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. – Минск: Высшэйш. шк., 1976. – 410 с.