Расчет объёмного гидропривода мобильных машин

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНАЯ АКАДЕМИЯ (СИБАДИ)»

 

Кафедра «Подъемно-транспортные, тяговые машины и гидропривод»

 

 

 

РАСЧЕТ ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА

МОБИЛЬНЫХ МАШИН

Пояснительная записка

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент СМб - 12ZD1

Кеньк  Д. А.

Проверил: Галдин Н.С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Омск – 2014 г.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………..2

 

1.Исходные данные для  расчёта объёмного гидропривода…………….4

 

 

2.Описание принципиальной  гидравлической схемы…………………..5

 

3. РАСЧЁТ ОБЪЁМНОГО ГИДРОПРИВОДА……………………...….5

 

3.1.Определение мощности  гидропривода и насоса……………...……6

 

3.2.Выбор насоса……………………………………………………..…...6

 

3.3.Определение внутреннего  диаметра гидролиний, скоростей

движения жидкости………………………………………………............8

 

3.4.Выбор гидроаппаратуры, кондиционеров рабочей

жидкости………………………………………………………...………..9

 

3.5.Расчёт потерь давления  в гидролиниях………………………..…..12

 

3.6.Расчёт гидроцилиндров………………………………………...…...15

 

3.7.Тепловой расчёт гидропривода………………………………..…...18

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………..…...22

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………….22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Объёмный гидропривод - это комплекс конструктивно сложных и

технологически трудоёмких устройств, для изготовления которых необходимы

 высококачественные материалы, точные литые заготовки из чугуна и

алюминиевых сплавов, прецизионные агрегатные станки с ЧПУ и

автоматические линии термической, механической обработки и

гальванопокрытий, испытательные стенды, метрологическое обеспечение.

Для создания нового гидрооборудования и на его основе разработки

новых мобильных машин с объёмным гидроприводом надо иметь специальные

знания, обобщенные справочные данные, отражающие современные

достижения в этой области.

Под объемным гидроприводом понимают совокупность устройств, в

число которых входит один или несколько объемных гидродвигателей,

предназначенных для приведения в движение механизмов и машин с

помощью рабочей жидкости под давлением. Если рабочая жидкость подается

в объемный гидродвигатель насосами, то гидропривод называют насосным.

Часть насосного гидропривода, предназначенную для передачи движения от приводящего двигателя к механизмам машины, называют объёмной

гидропередачей.

По характеру движения выходного звена различают объёмные

гидроприводы вращательного, поступательного и поворотного движения.

По возможности регулирования различают гидроприводы регулируемые

и нерегулируемые, по способу регулирования – с ручным и автоматическим

регулированием, по циркуляции рабочей жидкости - с замкнутой и

разомкнутой циркуляцией. В регулируемом гидроприводе скорость

выходного звена объемного гидродвигателя может изменяться по

требуемому закону.

К основному гидрооборудованию объемного гидропривода относятся

гидромашины (насосы и насосы-моторы), гидродвигатели (гидроцилиндры и

гидромоторы), гидроаппараты (гидрораспределители, гидроклапаны,

регуляторы, делители и сумматоры потоков), кондиционеры рабочей

жидкости (очистители, теплообменники, гидробаки и гидроаккумуляторы),

гидролинии и их элементы (трубопроводы и соединительная арматура).

К вспомогательному гидрооборудованию относятся устройства,

предназначенные для подпитки насоса рабочей жидкостью (эжекторы),

выпуска воздуха из гидросистемы или для сообщения ее с атмосферой

(вентили, краны, фильтры  сапуны), измерения расхода, давления,

температуры и уровня рабочей жидкости, частоты вращения и крутящего

момента гидромашин, для соединения трубопроводов (быстроразъемные

муфты и полумуфты) и др.

 

 

Объемный гидропривод имеет следующие преимущества.

1. Высокая компактность  при небольших массе и габаритных  размерах

гидрооборудования по сравнению с массой и габаритными размерами

механических приводных устройств той же мощности, что объясняется

отсутствием или применением в меньшем количестве таких элементов, как

валы, шестеренные и цепные редукторы, муфты, тормоза, канаты и др.

2. Возможность реализации  больших передаточных чисел. В объемном

гидроприводе с использованием высокомоментных гидромоторов

передаточное число может достигать 2000.

3. Небольшая инерционность, обеспечивающая хорошие динамические

свойства привода. Это позволяет уменьшить продолжительность рабочего

цикла и повысить производительность машины, так как включение и

реверсирование рабочих органов осуществляются за доли секунды.

4. Бесступенчатое регулирование  скорости движения, позволяющее  по-

высить коэффициент использования приводного двигателя, упростить

автоматизацию привода и улучшить условия работы машиниста.

         5. Удобство и простота управления, которые обусловливают небольшую

затрату энергии машинистом и создают условия для автоматизации не только

отдельных операций, но и всего технического процесса, выполняемого

машиной.

        6. Независимое расположение сборочных единиц привода, позволяющее

наиболее целесообразно разместить их на машине. Насос обычно

устанавливают у приводного двигателя, гидродвигатели - непосредственно у

исполнительных механизмов, элементы управления - у пульта машиниста,

исполнительные гидроаппараты - в наиболее удобном по условиям

компоновки месте.

       7. Надежное предохранение от перегрузок приводного двигателя, с

привода, металлоконструкций и рабочих органов благодаря установке

предохранительных и переливных гидроклапанов.

       8. Простота взаимного преобразования вращательного и поступательного

движений в системах насос - гидромотор и насос - гидроцилиндр.

       9. Применение унифицированных сборочных единиц (насосов,

гидромоторов, гидроцилиндров, гидроклапанов, гидрораспределителей,

фильтров, соединений трубопроводов и др.), позволяющее снизить

себестоимость привода, облегчить его эксплуатацию и ремонт, а также

упростить и сократить процесс конструирования машин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные данные для расчёта объёмного гидропривода

 

ГИДРОПРИВОД ПОСТУПАТЕЛЬНОГО

ДВИЖЕНИЯ

 

№ варианта параметры		4
Номинальное давление гидропривода pном, МПа		10
Усилие на штоке гидроцилиндра толкающем F, кН		-
Усилие на штоке гидроцилиндра тянущем,F, Н		25000
Скорость перемещения штока гидроцилиндра V, м/с		0,2
Длины гидролиний, м	всасывающей l вс (от бака к насосу)	1,5
	напорной l нап(от насоса к распределителю)	2
	исполнительной l исп (от распределителя к гидроцилиндру)	4
	сливной l сл (от распределителя к  баку)	2
Местные сопротивления	угольник сверленый	2
	угольник с поворотом 900	3
	Штуцерприсоединительный	6
	муфта разъемная	2
	колено плавное 90 0	4
Температурный режим работы (окружающей среды), 0С		-10….+40

 

 

2. Описание принципиальной гидравлической схемы

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Схема гидропривода возвратно-поступательного движения

Типовая гидравлическая схема включает следующие элементы: масляный бак (7), насос постоянной производительности (1), секционный распределитель (2), гидроцилиндр (5) подъёма и опускания, обратный клапан (3),фильтр очистки масла(6).

 

 

 

 

3. РАСЧЁТ ОБЪЁМНОГО  ГИДРОПРИВОДА

Для расчета гидропривода необходимы следующие основные исходные

данные:

- выходные параметры гидродвигателя, исполнительного механизма;

- номинальное давление  в гидросистеме;

- режимы работы;

- принципиальная гидравлическая  схема;

- значение температуры  окружающего воздуха и др.

При расчете гидропривода принимается ряд допущений, основными из

которых являются следующие: рабочая жидкость считается несжимаемой;

температура жидкости, основные физические свойства жидкости (плотность,

вязкость, модуль объемной упругости и др.) принимаются постоянными;

рассматриваются установившийся режим работы гидропривода;

коэффициенты гидравлических сопротивлений постоянны; разрыв потока

жидкости при работе гидропривода не происходит; подача насоса,

питающего гидросистему, постоянна.

 

 

 

3.1. Определение  мощности гидропривода и насоса

Мощность гидропривода определяют по заданным нагрузкам и

скоростям гидродвигателей, обеспечивающих привод исполнительных

механизмов.

Полезную мощность гидродвигателя возвратно-поступательного

действия (гидроцилиндра) определяют по формуле:

Nгдв = F V,                                                                         (1)

где NГДВ – мощность гидродвигателя, кВт;

F – усилие на штоке, кН;

V – скорость движение  штока, м/с.

Nгдв = 25000·0,2 = 5000Вт = 5 кВт.

На первом этапе расчёта гидропривода потери давления и расхода

рабочей жидкости учитывается коэффициентами запаса по усилию и по

скорости.

Коэффициент запаса по усилию учитывает гидравлические потери

давления в местных сопротивлениях и по длине гидролиний, а также потери

мощности на преодоление инерционных сил, сил механического трения в

подвижных соединениях и т.д.

Коэффициент запаса по скорости учитывает утечки рабочей жидкости,

уменьшение подачи насоса с увеличением давления в гидросистеме.

Полезную мощность насоса определяем исходя из мощности

гидродвигателя с учётом потерь энергии при её передаче от насоса к

гидродвигателю по формуле:

NНП = kзу kзс NГДВ ,                                                          (2)

где NНП – мощность насоса, кВт;

kзу – коэффициент запаса по усилию, kзу = 1,2;

kзс – коэффициент запаса по скорости, kзс = 1,3. [6, стр.9]

NНП = 1,2·1,3·5 = 7,8 кВт

3.2. Выбор насоса

Зная необходимую полезную мощность насоса, и учитывая, что она

связана с номинальным давлением и подачей зависимостью Nнп = pном Qн ,

можно найти подачу и рабочий объём по формулам:

 

                                                       (3)

                                                  (4)

где Qн – подача насоса, дм3/с; Qн = qн nн;

pном – номинальное давление, МПа;

qном – рабочий объём насоса, дм3;

Nнп – мощность насоса, кВт;

nн – частота вращения вала насоса,= 25 об/с

 

Qн =7.8/10=0.78 дм3/об ;             qн=7.8/10*25=19.5 cм3.

 

Выбираем насос по двум параметрам, ближайшим к расчётным:

номинальному давлению Рном = 10 МПа и рабочему объёму насоса qн = 19,5

см3. [2, стр.38, 39] 

По технической характеристике выбранного насоса производим

уточнение действительной подачи насоса:

 

Qнд = qндnндήоб ,                                                                  (5)

 

где Qнд – действительная подача насоса, дм3/с;

qнд – действительный рабочий объем насоса, дм3 (дм3/об);

nнд – действительная частота вращение вала насоса, с-1 (об/с);

ήоб– объемный КПД насоса.

 

Qнд = 28,1·25·0,965=677,912см3/с = 0,678 дм3/с

 

Действительная частота вращения вала насоса nнд в формуле (5)

отличается от номинальной частоты вращения вала насоса из его

технической характеристики и берётся равной частоте nн , принятой в

формуле (4).

3.3. Определение  внутреннего диаметра гидролиний, скоростей

движения жидкости

Расчётные значения внутренних диаметров всасывающей, напорной и

сливной гидролиний определяем из уравнения неразрывности потока

жидкости с учётом размерностей по формуле:

 

                                                                 (6)

где dp –расчетное значение внутреннего диаметра (напорной,

всасывающей и сливной) гидролиний, м;

Qнд – действительный расход жидкости (подача насоса), дм3/с;

VЖ – скорость движение жидкости в (напорной, всасывающей и

сливной) гидролиниях, м/с.

Скорость движение жидкости выбираем в зависимости от назначения

гидролинии таким образом, чтобы для уменьшения потерь давления на

гидравлическое трение режим движения был ламинарным или близким к

нему из технической литературы [3, стр.48]:

 

всасывающая……1,2 м/с;

сливная…………..2,0 м/с;

напорная…………5,0 м/с.

 

По вышеуказанной формуле (6) находим значения внутренних

диаметров каждой гидролинии:

 

dрвс= = =0,026м=26,83 мм;