Гидропривод и гидравлические средства автоматики

 

Содержание

1. Описательная часть…………………………………………………..….5

   1.1 Введение…………………………………………………………..…..5

   1.2 Назначение радиально-поршневого насоса……………………......7

   1.3 Выбор марки рабочей жидкости и давления……………………….10

2. Расчетная часть…………………………………………………………..11

   2.1 Расчет размеров гидроцилиндра ……………………………………11

   2.2 Определение расхода гидросистемы………………………………..12

   2.3 Оценка предварительной мощности гидропривода……………….13

   2.4 Расчет трубопроводов………………………………………………...13

   2.5 Определение давления в гидроцилиндре и КПД гидроцилиндра...18

   2.6 Выбор насоса и электородвигателя……………………………….....19

   2.7 Выбор гидроап., их техн. хар-ки и принцип действия………................21

   2.8 Расчет КПД и мощности гидропривода……………………………...29

   2.9 Механические характеристики………………………………………..29

   2.10 Расчет гидробака для рабочей жидкости……………………...........31

   2.11 Тепловой расчет гидропривода………………………………...........32

3. Список литературы………………………………………………..............34

Приложения…………………………………………………………………...35

Спецификации………………………………………………………..............38

 

 

Задание № 7

на курсовую работу по курсу

«Гидропривод и гидравлические средства автоматики»

Группа МХГ-08 ,студент____________

     Произвести расчет и подобрать гидроаппаратуру для гидропривода качания и вращения хобота мульдозавалочной машины ММЭ-3М-1 по следующим исходным данным:

-усилие на штоке гидроцилиндра ;

-диаметр поршня D=100мм;

-диаметр штока d=63мм;

-скорость поршня (действует с “поршневой” стороны) ;

-скорость поршня (действует со “штоковой” стороны) ;

-длина напорного трубопровода ;

-длина сливного трубопровода ;

-давление настройки клапана  предохранительного ;

-ход поршня S=300 мм;

-интервал рабочих температур .

 

 

 

 

 

Принцип действия гидропривода:

   1)Механизм качания хобота.

   При включении электромагнита YA3 распределителя P2 на панели A2, поток масла из шестеренной секции Н1-2 секционного насоса через напорный фильтр Ф2, распределитель Р2, обратный клапан дросселя ДР1, гидрозамки ГЗ1 и ГЗ2 поступает в штоковые полости гидроцилиндров ГЦ1и ГЦ2. Происходит подъем хобота машины. Слив из поршневых полостей гидроцилиндров поступает в резервуар Б через распределитель Р2, и дроссель ДР3.

   При избытке давления  масла в напорной магистрали  открывается предохранительный  клапан КП4 и поток масла поступает в резервуар Б.

   Предохранительный клапан КП1 предназначен для настройки давления масла в поршневых полостях гидроцилиндров ГЦ1 и ГЦ2.

   2)Механизм вращения хобота.

   При включении  электромагнитов YA5 и YA6 распределителей Р3 и Р4 на панели А3, поток масла из поршневого насоса Н2 через напорный фильтр Ф3, выключенный распределитель Р8, распределитель Р3 попадает попадает в штоковую полость гидроцилиндра ГЦ3 – происходит растормаживание тормоза вращения хобота, а поток через распределитель Р4 попадает к гидромотору вращения ГМ3 – происходит поворот хобота. Слив масла из гидромотора в резервуар Б поступает через распределитель Р4, выключенный распределитель Р5, дроссель ДР4.

   При включении  электромагнитов YA5 и YA7 распределителей Р3 и Р4 на панели А3, поток масла из насоса Н2 через напорный фильтр Ф3,выключенный распределитель Р8,распределитель Р3 попадает в штоковую полость гидроцилиндра ГЦ-3 – происходит растормаживание тормоза вращения хобота, а поток через распределитель Р4 попадает к гидромотору вращения хобота ГМ3 – происходит поворот хобота машины в обратную сторону. Слив масла из гидромотора в резервуар Б поступает через распределитель Р4, выключенный распределитель Р5,дроссель ДР4. При избытке давления масла в напорной магистрали открывается предохранительный клапан КП5, и поток масла поступает в резервуар Б.

[Приложение 1, стр. 35]

 

1. Описательная  часть.

1.1 Введение.

   Гидропривод – это совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель.

   Гидропривод представляет собой своего рода "гидравлическую вставку" между приводным электродвигателем и нагрузкой (машиной и механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ременная передача, кривошипно-шатунный механизм и т.д.). Основное назначение гидропривода, как и механической передачи, - преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.).

   Приводным двигателем насоса могут быть электродвигатель, дизель и другие, поэтому иногда гидропривод называется соответственно электронасосный, дизельнасосный и т.д.

   К основным преимуществам гидропривода относятся: возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки; простота управления и автоматизации; простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена; большая передаваемая мощность на единицу массы привода; надежная смазка трущихся поверхностей при применении минеральных масел в качестве рабочих жидкостей.

   К недостаткам гидропривода относятся: утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления; нагрев рабочей жидкости, что в ряде случаев требует применения специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты; более низкий КПД (по приведенным выше причинам), чем у сопоставимых механических передач; необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости и защиты от проникновения в нее воздуха; пожароопасность в случае применения горючей рабочей жидкости.

   При правильном выборе гидросхем и конструировании гидроузлов некоторые из перечисленных недостатков гидропривода можно устранить или значительно уменьшить их влияние на работу машин. Тогда преимущества гидропривода перед обычными механическими передачами становятся столь существенными, что в большинстве случаев предпочтение отдается именно ему.

   Сейчас трудно назвать область техники, где бы ни использовался гидропривод. Эффективность, большие технические возможности делают его почти универсальным средством при механизации и автоматизации различных технологических процессов. В частности, в горной промышленности он используется в креплении подземных горных выработок: в очистных забоях применяются индивидуальные гидравлические стойки и гидравлические комплексы, выполняющие основные и вспомогательные операции по передвижке как самих крепей, так и другого механического оборудования в лаве; широко применяются крепи сопряжения горных выработок. Практически все комбайны для ведения очистных и нарезных работ, проведения подготовительных выработок имеют гидропривода подачи исполнительного органа на забой и механизмов для выполнения различных вспомогательных операций. Гидропривод является неотъемлемым элементом буровых установок. Большинство приводов шахтных конвейеров снабжено гидродинамическими муфтами.

1.2 Назначение радиально-поршневого  насоса.

   Радиально-поршневые гидромашины применяют при сравнительно высоких давлениях (10 МПа и выше). По принципу действия радиально-поршневые гидромашины делятся на одно-, двух- и многократного действия. В машинах однократного действия за один оборот ротора поршни совершают одно возвратно-поступательное движение.

   Схема радиально-поршневого насоса однократного действия приведена на рисунке 1. Рабочими камерами в насосе являются радиально расположенные цилиндры, а вытеснителями - поршни. Ротор (блок цилиндров) 1 на скользящей посадке установлен на ось 2, которая имеет два канала 3 и 4 (один соединен с гидролинией всасывания, другой - с напорной гидролинией). Каналы имеют окна 5, которыми они могут соединяться с цилиндрами 6. Статор 7 по отношению к ротору располагается с эксцентриситетом.

Рисунок 1-Схема радиально-поршневого насоса однократного действия.

   Ротор вращается от приводного вала через муфту 8. При вращении ротора в направлении, указанном на рис.3.6. стрелкой, поршни 9 вначале выдвигаются из цилиндров (происходит всасывание), а затем вдвигаются (нагнетание). Соответственно рабочая жидкость вначале заполняет цилиндры, а затем поршнями вытесняется оттуда в канал 4 и далее в напорную линию гидросистемы. Поршни выдвигаются и прижимаются к статору центробежной силой или принудительно (пружиной, давлением рабочей жидкости или иным путем).

   В серийных конструкциях радиально-поршневых насосов число поршней принимается нечетным (чаще всего z = 7 или z = 9). Число рядов цилиндров для увеличения подачи может быть увеличено от 2 до 6.

   В станкостроении применяют регулируемые радиально-поршневые насосы однократного действия типа НП, которые выпускают с максимальной подачей до 400 л/мин и давлением до 200 МПа.

   На рисунке 2 представлен радиально-поршневой насос однократного действия типа НП с четырьмя рядами цилиндров, который состоит из корпуса 1 и крышки 25, внутри которых размещены все рабочие элементы насоса: скользящий блок 10 с крышкой 24, обойма 9 с крышкой 3 и реактивным кольцом 6, ротор 8 с радиально расположенными цилиндрами, поршни 7, распределительная ось 11, на которой на скользящей насадке установлены ротор, приводной вал 20 и муфта. Скользящий блок может перемещаться по направляющим 15, благодаря чему достигаются изменение эксцентриситета, а следовательно, и подача насоса. Величина эксцентриситета ограничивается указателем 19. Обойма вращается в двух подшипниках 12, а приводной вал - в подшипниках 14. Распределительная ось имеет каналы с отверстиями, через которые происходят всасывание и нагнетание. Муфта состоит из фланца 2, установленного на шлицах приводного вала промежуточного кольца 5 и четырех роликов 4, через которые крутящий момент предается от фланца к ротору. Для исключения утечек рабочей жидкости по валу служит уплотнение 21. Утечки по каналу 17 отводятся в корпус насоса, а из него через отверстие 13 в дренажную гидролинию.

.

Рисунок 2-Радиально-поршневой насос  однократного действия типа НП.

   Насос работает следующим образом. При вращении ротора поршни под действием центробежной силы выдвигаются из цилиндров и прижимаются к реактивным кольцам обоймы. При этом если между ротором и обоймой есть эксцентриситет, то поршни, кроме вращательного, будут совершать и возвратно-поступательные (в радиальном направлении) движения. Изменение эксцентриситета вызывает соответствующее изменение хода поршней и подачи насоса. Вместе с ротором во вращение вовлекается обойма, вращающаяся в своих подшипниках. Такая конструкция позволяет уменьшить силы трения и повысить КПД гидромашины.

 

 

 

 

 

 

1.3 Выбор марки рабочей  жидкости и давления.

   Выбираем рабочую жидкость  по интервалам рабочих температур ;

   Рабочая жидкость : ГМ50И, , ;

   Выбираем рабочее давление:

   Так как диаметр поршня дан по условию, то

,

где -нагрузка, Н; К-коэффициент потерь, К=1,2; -давление насоса, Па.

 Па.

   Принимаем -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчетная часть.

2.1 Расчет размеров гидроцилиндра,  крепление крышек, расчет гидроцилиндра  на прочность, штока на устойчивость.

   Параметры гидроцилиндра  заданны в условии:

 

   Где -диаметр поршня, м; -диаметр штока, м; S-ход поршня, м.

   Площадь поршня в рабочей полости:

 

.

   Площадь поршня в штоковой полости:

 

 

   Толщина стенки гидроцилиндра:

 

Где -допускаемое напряжение для материалов стенок при растяжении, =160 МПа, -коэффициент Пуансона (для стали);

 

   Запас прочности для гидроцилиндра работающих при давлении до 300 ат, принимаем n=3.

 

   Толщина донышка гидроцилиндра ( считаем, что донышко сферической формы):

 

   С запасом прочности:

2.2 Определение расхода  гидросистемы.

   Теоретический расход рабочей жидкости:

Где -площадь поршня в рабочей полости, -заданная скорость поршня, м/с;

 

   Расход гидросистемы: где z-число цилиндров;

 

   Давление в гидроцилиндре необходимое для преодоления полезной нагрузки:

МПа.

 

2.3 Оценка предварительной  мощности гидропривода.

;

Где -давление насоса, Па; ; =0.7- предварительный коэффициент полезного действия гидросистемы;

 

   При мощности N7кВт применяют дроссельное регулирование скорости движения выходного звена.

2.4 Расчет трубопроводов.

   Рассчитаем ориентировочные диаметры:

-напорного трубопровода, при ; [1,стр. 18]

 

-сливного трубопровода, при  ;

 

-всасывающего трубопровода, при ;

 

   Принимаем по ГОСТу 16516-70 [1, стр. 18] из условия :

 

   По [1, приложение 3, стр. 31] выбираем трубы при р до 6,3МПа.

 

   Рассчитываем действительные скорости жидкости в трубопроводах:

-напорном: ;

-сливном:

-всасывающем:

   Определяем потери давления в трубопроводе:

 

Где потери давления по длине; - потери давления в местных гидравлических сопротивлениях.

   1) Напорный трубопровод  (от насоса до цилиндра):

l=7м;

а) Потери давления по длине напорного  трубопровода:

 

Где -плотность жидкости, кг/; -коэффициент гидравлического трения; длина напорного трубопровода, м; -скорость жидкости в напорном трубопроводе, м/с; - диаметр напорного трубопровода, м.