Гидравлический расчет объемного гидропривода механизма подачи круглопильного станка

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Исходные данные
Расчёт нерегулируемого объёмного гидропривода возвратно-поступательного движения
1. Выбор рабочего давления в гидросистеме
2. Определение расчётного давления в гидросистеме
3. Определение диаметра цилиндра D и штока d
4. Определение расхода рабочей жидкости в гидроцилиндре
5. Определение потребной подачи насоса
6. Определение наибольшего и наименьшего расходов рабочей жидкости
7. Выбор диаметров трубопроводов
8. Выбор рабочей жидкости
9. Выбор гидроаппаратуры
10. Определение потерь давления в гидролиниях
11. Определение усилий трения гидродвигателя
12. Определение величины давления нагнетания
13. Выбор насоса
14. Определение объёмных потерь (утечек) жидкости
15. Определение гидравлических потерь в гидросистеме во время рабочего хода
16. Определение КПД гидропривода
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

Усилие на штоке гидроцилиндра Р, кН	р_>р>– давление, МПа
Для стационарных машин	для мобильных машин
10 – 30	1,6 – 3,2	5,0 – 7,0
30 – 50	3,2 – 5,0	8,0 – 10,0
50 – 100	5,0 – 10,0	10,0 – 15,0

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:

Р_>р>, МПа	1,5	1,5 – 5,0	5,0 – 10
d/D	0,3 – 0,35	0,5	0,7 – 0,75

Таблица 2

Ряд внутренних диаметров D для гидроцилиндров по ГОСТ 6540-68

Основной ряд, мм

100

125

160

200

250

320

400

500

630

800

Дополнительный ряд, мм

280

360

450

560

710

110

900

140

180

Таблица 3

Ряд рекомендуемых диаметров штока d по ГОСТ 6540-68

Основной ряд, мм	12	16	20	25	32	40	50	63	80	100
Дополнительный ряд, мм	14	18	22	28	36	45	56	70	90	110

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

Тип гидроцилиндра	Расчетная формула для определения расхода рабочей жидкости в гидроцилиндрах Q_>ц> (м³/с) при
выходе штока из гидроцилиндра	входе штока в цилиндр
Одностороннего действия с односторонним штоком
Двухстороннего действия с односторонним штоком
Двухстороннего действия с двухсторонним штоком

2.5. Определение потребной подачи насоса,

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.

Наименование магистрали	Обозначение магистрали	Расход, м³/с при
Выходе штока из гидроцилиндра	Входе штока в гидроцилиндр
Напорная	н - р	422.4 · 10^-6	422.4 · 10^-6
Исполнительная, соединяет распределитель и нештоковые полости гидроцилиндров.	р - нш	760 · 10^-6	352 · 10^-6
Исполнительная, соединяет распределитель и штоковые полости гидроцилиндров.	р - ш	105.6 · 10^-6	760 · 10^-6
Сливная	р - б	105.6 · 10^-6	1689.6 · 10^-6

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.

Марка рабочей жидкости	Удельный вес, Н/м³ при 20 ^оС	Коэффициент кинематической вязкости ν∙10⁶ м²/с при температуре ^оС	Температура ^оС	Диапазон рабочих температур ^оС
+50	+20	-20	-40	застывания	вспышки
МГ-30	8850	30	140	7000	--	-35	190	-20 - +80

2.9. Выбор гидроаппаратуры

2.9.1. Выбор реверсивного золотникового гидрораспределителя.

Таблица 7.

Техническая характеристика гидрораспределителя.

Типоразмер	Q_>max>∙10³,м³/с	Р_>раб>, МПа	∆р, МПа	∆Q_>ут>, см³/мин
Г74-16	2.84	0.3 – 8	0,2	До 50

2.9.2. Выбор фильтра

Таблица 8.

Техническая характеристика фильтра.

Типоразмер	Тонкость фильтрации	Q_>min>·10⁵ , м³/с при ∆р=0,1 МПа и ν_>0>=80·10^-6, м²/с	∆р, МПа	р_>ном>, МПа
0,2Г41 - 14	0,2	117	0,2	6,4

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.

Типоразмер	Q∙10³, м³ /c, min - max	р, МПа, перед клапаном	∆р, МПа, при Q_>max>
БГ54 – 14	0,05 – 1.17	0.6 - 5	0,6

2.9.4. Выбор манометра

Таблица 10.

Техническая характеристика манометра.

Типоразмер	Диаметр корпуса	Класс точности	Верхние предельные измерения, МПа	Основная допустимая погрешность, %	Расположение фланца
МТ – 1	60	4	1; 1,6; 2,5; 4,0	±4,0	Без фланца

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.

Типоразмер	Рабочий объём q, 10^-3 м³/с	Рабочее давление МПа	Частота вращения об/мин	Потребляемая мощность кВт	Объёмный КПД
БГ11 – 24	1,17	2,5	1450	5/4,5	0,85

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;

η_>0>– 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:

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_>н> Q_>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(0,8 x)3 x = 4,8 x³.

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

Находим площадь поверхности бака, участвующую в охлаждении рабочей жидкости:

где S_>1> – суммарная площадь поверхностей бака, омываемых жидкостью;

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

S_>1>= 15,8 x² = 15.8 ∙ 0.056² = 0.05 м²;

S_>2> = 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

Лебедев Н.И. Объемный гидропривод машин лесной промышленности. - М.: Лесн. пром-сть, 1986.
Халтурин В.М., Мамаев В.В., Пушкарева О.Б. Гидрооборудование машин лесной промышленности: учеб. Пособие, Екатеринбург, 2001.
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. - М.: Машиностроение, 1980.
Вильнер Я.М., Ковалев Я.Т., Некрасов Б.Б. и др. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Минск: Вышайшая школа, 1976.

Гидравлический расчет объемного гидропривода механизма подачи круглопильного станка

До 50