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
1.Розрахунок довжини гідроліній. 3
2. Розрахунок і вибір параметрів гідроустаткування. 4
2.1. Вибір робочої рідини. 4
2.2. Вибір робочого тиску. 4
2.3. Розрахунок розмірів гідроциліндра. 4
2.4. Розрахунок необхідної витрати рідини. 6
2.5. Вибір гідророзподільника. 6
2.6. Вибір дроселя. 6
2.7. Вибір фільтра. 7
3. Гідравлічний розрахунок системи привода. 8
3.1. Гідравлічний розрахунок трубопроводів. 8
3.2. Визначення втрат тиску в гідросистемі 10
4 Вибір параметрів насоса і гідроклапана тиску. 15
4.1. Вибір параметрів насоса. 15
4.2. Вибір гідроклапана тиску. 15
5. Розрахунок потужності і к. к.д. гідропривода. 17
Список літератури. 18
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 50-60ºС. 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 порожни
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 Reдля 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
1. Герман В.Ф., Кулі ніч П.Г. Методичні вказівки до курсової роботи з курсу «Гідравліка та гідропневмоприводи», СумГУ, 2002.
2. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы. – М.: Машиностроение, 1988. – 512 с.
3. Вильнер Я.М., Ковалёв Я.Г., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. – Минск: Высшэйш. шк., 1976. – 410 с.