Реферат: Проектування гідроциліндра
Вихідні дані до роботи
За вибраним варіантом схеми гідропривода і вихідними даними, а також взятим значенням робочого тиску, визначити розміри гідроциліндра і підібрати розподільник, дросель, гідро клапан, фільтр. Розрахувати втрати тиску в магістралях привода. Вибрати насос. Розрахувати потужність і ККД гідропривода. Еквівалентну шорсткість гідроліній взяти />=0,06 мм, а механічний ККД гідроциліндра -/>=0,90.
Вихідні данні: F=70 кН; Vn=3,6/>; р=16 МПа; масло: АМГ-10.
/>
Рисунок 1 – Принципова схема гідропривода
Робоча рідина(масло) з бака (Б) подається насосом (Н) через розподільник (Р) у робочу порожнину гідроциліндра (Ц). Шток гідроциліндра 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).
1. Розрахунок довжини гідроліній
Довжину напірної лінії(м) визначаємо за формулою
/>, (1.1)
де N=5+8=13 – сума двох останніх цифр номера залікової книжки.
Визначаємо довжину напорної лінії
/>(м)
Довжина зливної лінії дорівнює
/>, (1.2)
Визначаємо довжину зливної лінії
/>(м)
Довжина всмоктувальної лінії
/>, (1.3)
Визначаємо довжину всмоктувальної лінії
/>(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 50–60/>. При такій температурі і тиску 2,5–10 МПа робочу рідину вибираємо за даними таблиці додатку А [1, с. 19].
Приймаємо робочу рідину: масло АМГ-10 з густиною ρ=850 />, кінематичною в’язкістю ν=/>.
2.2 Вибір робочого тиску
Значення робочого тиску (МПа) вибираємо зряду нормативних, установлених ГОСТ 12445–80 даних [1, с. 8].
Для умов роботи заданого гідропривода приймаємо значення тиску Р=16 МПа.
2.3 Розрахунок розмірів гідроциліндра
Площу поршня гідроциліндра визначаємо за вибраним тиском і розрахунковим навантаженням із співвідношення
/>, (2.1)
де />— ефективна площа поршня гідроциліндра, м2;
F– зусилля на штоку, Н;
P– робочий тиск, Па;
/>— механічний к.к.д. гідроциліндра;
/>— гідравлічний к.к.д. гідроапаратури.
Гідравлічний к.к.д. гідроапаратури />визначає втрати тиску в трубопроводах і гідроапаратурі, що входить до складу привода. Приймаємо />=0,85.
Площа поршня гідроциліндра дорівнює
/>(м2).
За отриманою ефективною площею поршня гідроциліндра визначаємо діаметр поршня за формулою
/>, (2.2)
де />— відношення діаметра штока до діаметра поршня (/>).
При цьому />вибираємо залежно від величини робочого тиску Р>10МПа />=0,8.
Отримаємо діаметр поршня
/>(м).
Одержане значення діаметра поршня округлюємо згідно
ГОСТ 12447–80 відповідно до ряду розмірів діаметрів. Приймаємо діаметр поршня 140 (мм).
Діаметр штока визначаємо за формулою
/>. (2.3)
Діаметр штока дорівнює
/>(м).
Округлюємо значення штока до нормативного [1, с. 10]: d=110 (мм).
--PAGE_BREAK--За вибраними стандартними значеннями діаметрів поршня Dі штока dуточнюємо ефективні площі напірної />і зливної />порожнин гідроциліндра.
Ефективну площу напірної порожнини гідроциліндра знаходимо за формулою
/>./>(2.4)
Ефективна площа дорівнює
/>(м2).
Зливну площу напірної порожнини гідроциліндра знаходимо за формулою
/>.(2.5)
Зливна площя дорівнює
/>(м2).
2.4 Розрахунок необхідної витрати рідини
Необхідну витрату рідини QНОМ (/>), що надходить у гідроциліндр, знаходимо за формулою
/>, (2.6)
де Vn – швидкість руху поршня, />;
Se– ефективна площа поршня гідроциліндра, м2;
Необхідна витрата рідини дорівнює
/>/>=21 />.
Необхідна подача насоса буде дорівнювати
/>, (2.7)
де k=1,05–1,15;
Приймаємо k=1,1.
Одержимо значення необхідної подачі насоса
/>/>=23,1 />.
Необхідну витрату рідини Qзл (/>), що виходить із зливної порожнини гідроциліндра, знаходять за формулою:
/>. (2.8)
Визначаємо витрати рідини зливої лінії
/>/>=55,2 />.
2.5 Вибір гідророзподільника
Тип і марку гідророзподільника вибираємо за робочим тиском Р=16 МПа і максимальною витратою через розподільник Qр=55,2 />. Вибираємо по [2, с. 78, табл. 4.4] гідророзподільник типу Р(Рн) 323 />=55,2/>, />=0,01 МПа.
2.6 Вибір дроселя
Типорозмір дроселя вибираємо за робочим тиском Р=16 МПа і витратою через дросель QДР=21 />. Вибираємо за [2, с. 146, табл. 5.13] дросель типу Г55–13А />=21 />, />=0,2 МПа.
2.7 Вибір фільтра
Фільтр і його типорозмір вибираємо за витратою робочої рідини в гідролінії QЗЛ=QФ=55,2 />і необхідною для даного гідропривода тонкістю фільтрації за [2, с. 296, табл 8.2] дорівнює 25 мкм. За [2, с. 300, табл. 8.6] вибираємо фільтр марки ФС/>/>=100/>,/>=0,1 МПа.
3. Гідравлічний розрахунок системи привода
3.1 Гідравлічний розрахунок трубопроводів
Розрахунок трубопроводів виконується на ділянках і полягає у визначенні їх діаметрів. Діаметри трубопроводів визначають, виходячи із забезпечення допустимої швидкості течії VДОП, />, що повинні бути в рекомендованих межах [1, с. 11].
Діаметри трубопроводів визначаємо за формулою
/>, (3.1)
де Q – витрата рідини на даній ділянці гідромережі,/>.
Для всмоктувальної гідролінії QВС=QН =0,00039 />.
/>=0,021 (м) =21 (мм).
продолжение--PAGE_BREAK--
Отримані діаметри округлюють до значення за ГОСТом 6540–68. Приймаємо dвс=20 мм.
Для напірної гідролінії QНАП=QНОМ=0,00035/>.
/>=0,011 (м)=11 (мм).
Приймаємо/>=12 мм за ГОСТом 6540–68.
Для зливної гідролінії QЗЛ=0,00092 />.
/>=0,026 (м)=26 (мм)
Приймаємо />=25 мм за ГОСТом 6540–68.
Фактична швидкість при робочій подачі в всмоктувальній гідролінії визначається за формулою
/>. (3.2)
Визначаємо швидкість в всмоктувальній гідролінії
/>=1,2/>.
Фактична швидкість у напірній гідролініїскладає
/>. (3.3)
Визначаємо швидкість у напірній гідролінії
/>=3,1 />.
Фактична швидкість у зливній гідролінії дорівнює
/>. (3.4)
Визначаємо швидкість у зливній гідролінії
/>=1,88/>.
3.2 Визначення втрат тиску в гідросистемі
Втрати тиску визначають на всмоктувальній, напірній та зливній гідролініях. Величина втрат на кожній ділянці визначається за формулою:
/>, (3.5)
де SDРТР – втрати на тертя по довжині трубопроводу, МПа;
SDРМ – втрати в місцевих опорах, МПа;
/>— втрати гідроапаратах, МПа.
Втрати тиску DРТР на тертя по довжині трубопроводу обчислюємо за формулою Дарсі-Вейсбаха
/>, (3.6)
де l – коефіцієнт гідравлічного тертя по довжині;
r – густина рідини,/>;
l, d – довжина і діаметр трубопроводу, м;
Vф– середня швидкість течії рідини, />.
Коефіцієнт гідравлічного тертя (коефіцієнт Дарсі) визначаємо, виходячи з режиму руху рідини і відносної шорсткості труби/>, де DЕ — еквівалентна шорсткість.
Режими руху рідини визначаємо за числом Рейнольда
/>, (3.7)
де /> – кінематичний коефіцієнт в’язкості, />.
При числі Re ≤ Re кр=2320 – режим ламінарний, при Re>2320 – турбулентний.
Визначаємо втрати напору на тертя на кожній лінії:
визначаємо на всмоктувальній лінії
/>=2400.
Оскільки /> – режим руху турбулентний.
визначаємо на напірній лінії
/>=3720.
продолжение--PAGE_BREAK--
Оскільки /> – режим руху турбулентний.
визначаємо на зливній лінії
/>=4700.
Оскільки />– режим руху турбулентний.
Для турбулентного руху рідини на ділянці трубопроводу, коефіцієнт гідравлічного тертя визначають за формулою
/>.(3.8)
визначаємо на всмоктувальній лінії
/>.
визначаємо на напірній лінії
/>.
визначаємо на зливній лінії
/>.
За формулою (3.6) визначаємо витрати на тертя:
визначаємо на всмоктувальній лінії
/>=906 (Па).
визначаємо на напірній лінії
/>=38783 (Па).
визначаємо на зливній лінії
/>=7740(Па).
Сумарні втрати тиску на тертянаходимо за формулою
SDРТР=DР />+DР />+DР />, (3.9)
де DР />– втрати тиску на тертя на всмоктувальній лінії;
DР />– втрати тиску на тертя на напірній лінії;
DР />– втрати тиску на тертя на зливній лінії.
Визначаємо сумарні втрати тиску на тертя
SDРТР=906+38783+7740=47429 (Па).
Місцеві гідравлічні втрати DРМвизначаємо за формулою Вейсбаха
/>(3.10)
де åz– сумарний коефіцієнт місцевого опору.
До місцевих опорів заданої схеми гідропривода відносять: раптове розширення потоку (вхід у циліндр), раптове звуження потоку (вихід з циліндра), плавні повороти гідроліній, штуцерні приєднання трубопроводів, трійники, а також втрати в гідроапаратах: розподільнику, дроселі та фільтрі.
Значення коефіцієнтів місцевих втрат визначаємо згідно [1, с. 20]:
zВХ=0,5 – вхід у трубу;
zВИХ=1 – вихід із труби;
zПОВ=0,14 – плавний поворот труби (для />);
zШТ=0,6 – штуцерні приєднання трубопроводів;
zТР=1,0 – трійник.
Вирахуємо значення коефіцієнтів місцевих опорів на кожній з гідроліній:
всмоктувальна лінія
åzВС=zВХ+zШТ.
Визначаємо
åzВС=0,5+0,6=1,1.
Визначаємо місцеві гідравлічні втрати на всмоктувальній лінії
продолжение--PAGE_BREAK--
/>=673 (Па).
2) напірна лінія
åzН=5zШТ+zТР+2zПОВ +zВИХ.
Визначаємо
åzН=5×0,6+1,0+2∙0,14 +1,0=5,28.
Визначаємомісцеві гідравлічні втрати на напірній лінії
/>=21565(Па).
зливна лінія
åzЗЛ=zВХ+4zПОВ+zВИХ+4zШТ.
Визначаємо
åzЗЛ=0,5+4×0,14+1+4×0,6=4,46.
Визначаємомісцеві гідравлічні втрати на зливній лінії
/>=6699 (Па).
Сумарні місцеві втрати
SDРМ=DР />+DР />+DР />, (3.11)
де DР /> – місцеві втрати на всмоктувальній лінії;
DР /> – місцеві втрати на напірній лінії;
DР /> – місцеві втрати на зливній лінії.
Визначаємо сумарні місцеві втрати
SDРМ=673 +21565+6699=28937 (Па).
Втрати тиску в гідроапаратах визначимо за формулами
/>/>. (3.12)
1)втрати на гідророзподільнику
/>. (3.13)
/>. (3.14)
Визначаємо
/>=724 (Па).
/>. (3.15)
Визначаємо
/>=5000 (Па).
Визначаємо сумарні витрати згідно формули (3.13)
/>724+5000=5724 (Па)
2) втрати на фільтрі
/>. (3.16)
Визначаємо
/>=30470 (Па).
3) втрати в дроселі
/>. (3.17)
Визначаємо
/>=200000 (Па).
Сумарні місцеві втрати тиску в гідроапаратах
SDРАП=DР />+DР />+DР />. (3.18)
продолжение--PAGE_BREAK--
Визначаємо сумарні місцеві втрати тиску в гідроапаратах
SDРАП=5724+30470+200000 =236194 (Па).
Втрати тиску в гідросистемі
SDР=47429+28937+236194=321560(Па).
Сумарні витрати тиску не повинні перевищувати 20% тиску, що розвивається насосом: />(Па).
/>.
Умова віконується.
4. Вибір параметрів насоса і гідроклапана тиску
4.1 Вибір параметрів насоса
Необхідний тиск насоса обчислюємо за рівнянням
/>, (4.1)
де /> — сумарні втрати тиску в гідролініях, Па;
/>-зусилля на штоку гідроциліндра, Н;
/>— ефективна площа поршня, />;
/>-механічний к.к.д. гідроциліндра.
Визначаємо тиск насоса
/>=13504230 (Па) =13,5 (МПа).
Тип насоса вибираємо відповідно до значень необхідної подачі
QH=23,1/>і />13,5МПа за [2, с. 34, табл2.7] – НПлР/>(QHОМ=24/>,
РНОМ=16МПа, hН=0,69)
4.2 Вибір гідроклапана тиску
Гідроклапан тиску вибираємо за значенням необхідного тиску
/>16 МПа і подачі вибраного насосаQHОМ=24/>за [2, с. 124, табл. 5.3]– Г54–32М (QHОМ=32/>).
5. Розрахунок потужності і ККД гідропривода
Ефективну (корисну) потужність Nn, Вт, гідроциліндра визначаємо за формулою
Nn=F×Vn(5.1)
Визначаємо
Nn=/>=4200 (Вт).
Повна потужність N, Вт, гідропривода дорівнює потужності, спожитої насосом
/>, (5.2)
де QH – подача вибраного насоса, QH =24/>=0,0004/>;
/>— розрахунковий тиск насоса, Па;
hН – повний к.к.д. вибраного насоса.
Визначаємо
/>=7829 (Вт).
Повний ККД гідропривода
/>. (5.3)
Визначаємо
/>.
Література
1. Методичні вказівки до курсової роботи з курсу «Гідравліка та гідропневмоприводи» для студентів бакалавратури 6.0902 «Інженерна механіка» усіх форм навчання. /Укладачі: В.Ф. Герман, С.П. Кулініч. – Суми: СумДУ, 2000. – 20 с.
2. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение, – 512 с.: ил.
3. Норкус В.П. и др. «Гидравлика, гидромашины и гидроприводы» Методические указания для студентов заочного отделения. М.: 1983 г.