Проектирование и расчет гидроприводов

ВВЕДЕНИЕ



Гидроприводы широко применяются в элементах технологических систем: в современных металлорежущих станках, технологической оснастке, элементов автоматизации технологических процессов. Они позволяют существенно упростить кинематику механизмов, приводящих в движение исполнительные органы, снизить металлоемкость, повысить точность надежность работы, а также уровень автоматизации. (1)

Широкое использование гидроприводов в станкостроении определяется рядом их существенных преимуществ перед другими типами приводов и, прежде всего возможностью получения больших усилий и мощностей при ограниченных размерах исполнительных силовых двигателей. 

Компактные гидродвигатели легко встроить в станочные механизмы и соединить трубопроводами с насосной установкой. Это открывает широкие возможности для контроля, оптимизации и автоматизации рабочих процессов, применение копировальных, адаптивных и программных систем управления, модернизации и унификации. К основным преимуществам гидроприводов следует отнести также достаточное значение КПД, повышенную жесткость и долговечность.

В данной курсовой работе рассматриваются вопросы проектирования и расчета гидроприводов для различных технологических систем, целью ее является практическое усвоение и закрепление теоретических знаний при изучении курсов гидравлика и гидроприводы. 


1. Задание



Разработать гидросхему для цилиндров 3 и 6. 

1.Усилие на штоке, Н:

	 - гидроцилиндра 3 5000

 - гидроцилиндра 6 105

2. Ход штока, м: 

 - гидроцилиндра 3 0.2

 - гидроцилиндра 6 0.5

3. Время срабатывания, с:

 - гидроцилиндра 3 20 

4. Скорость перемещения штока 

гидроцилиндра 6, м/с 0.2 





Рисунок 1. Схема штамповки.



Приведённое выше устройство работает следующим образом. После установки заготовки 8 в ложемент матрицы пуансон 5 под действием гидроцилиндра 6 перемещается вниз, производя вытяжку заготовки. После подъёма пуансона 5 готовая деталь 4 выталкивается из матрицы 2 посредством штока гидроцилиндра 3. Затем питатель 9 с помощью гидроцилиндра 10, перемещаясь вправо, сталкивает готовую деталь 4 в тару. Одновременно питатель перемещает заготовку 8, расположенную в его отверстии, к матрице. В конечном правом положении отверстие питателя совмещается с ложементом матрицы, и заготовка падает в ложемент. Затем посредством гидроцилиндра 11 питатель поднимается в вертикальном направлении, освобождая заготовку 8, и перемещается влево, при этом его отверстие совмещается с отверстием накопителя 7, и заготовка под действием собственного веса падает в отверстие питателя. Затем питатель опускается вниз. Гидроцилиндры питателя 10, 11 работают от одного насоса, а гидроцилиндры 3 и 6 пресса работают от другого насоса.	

		

		2.	Разработка принципиальной схемы гидропривода

		

		

Рисунок 2. Гидравлическая схема.



Схема гидропривода установки состоит из нерегулируемого насоса 1 с предохранительным переливным клапаном 2, гидрораспределителей 3 и 4, двух гидроцилиндров 6 и 7. Гидроцилиндр 6 перемещается в вертикальном направлении, выталкивая заготовку из матрицы, а гидроцилиндр 7 посредством пуансона прессует заготовку. На напорной магистрали установлен дроссель 5. 

Гидропривод работает следующим образом. При нагнетании давления от насоса 1 масло поступает через гидрораспределитель 3 в бесштоковую полость гидроцилиндра 7. При достижении нижнего положения кулачок переключает конечный выключатель 8, перемещая его в нижнее положение, после чего происходит слив масла из цилиндра 7. При достижении верхнего положения кулачок переключает конечный выключатель 8, перемещая его в верхнее положение, тем самым переключая распределитель 4. Теперь масло нагнетается в гидроцилиндр 6. При достижении верхнего положения кулачок переключает конечный выключатель 8, перемещая его в верхнее положение, тем самым переключая распределитель 4. Начинается слив масла из цилиндра 6. При достижении нижнего положения кулачок переключает конечный выключатель 8, перемещая его в нижнее положение, при этом переключается распределитель 3 и опять начинается нагнетание масла в гидроцилиндр 7. Происходит повторение цикла.



3. Расчет исполнительных механизмов



В качестве исполнительных механизмов в гидроприводах в основном используются гидроцилиндры моментные или поступательного действия, а также гидромоторы.

Для расчета параметров исполнительных механизмов необходимо знать давление на входе в гидроцилиндр. Обычно давление принимается равным 80-85% от давления, развиваемого насосом. Объясняется это тем, что имеются потери давления при движении жидкости по трубопроводам и элементам управления. Давление насоса выбирают таким, чтобы диаметр цилиндра был в пределах 40…120 мм. Тогда

























4. Определение длины хода штоков гидроцилиндров









5. Определение давления в гидросистеме



Наиболее экономичны в изготовлении цилиндры с диаметром от 40 до 120мм. Тогда давление при заданных диаметров цилиндра (max и min) определяется соотношением.











Для гидроцилиндра 6:









Для гидроцилиндра 3:









Давление, развиваемое насосом должно лежать в пределах:









Предварительно выбираем пластинчатый насос (с.22 ) БГ 12-2

давление насоса номинальное - 12,5МПа

давление насоса предельное - 14МПа


6. Определение диаметров цилиндров







		где p=0.8pн

pн – номинальное давление насоса.



P=0.8×12.5=10МПа





Основные параметры гидроприводов должны соответствовать стандартным рядам (с.8 ).



Принимаем: 







	Принимаем: 	



7. Выбор рабочей жидкости



Скорость движения жидкости по трубопроводу выбирается по таблице (с.19 )



Давление в кГ/см2

50

100

150

200

Скорость в м/с

3

4,5

5,5

6


Принимаем скорость 5,5 м/с

При давлении в гидросистеме до 200 кГс/см2 кинематическая вязкость масла составляет 40÷60 сст. Выбираем масло индустриальное ИГП-49 ТУ 38-101413-78 с кинематической вязкостью 47÷51 сст при температуре 50˚С.

Расход жидкости определяется по максимальному расходу жидкости в гидроцилиндрах.

Расход жидкости для гидроцилиндра 6, при подаче жидкости в бесштокувую область, при заданной скорости штока гидроцилиндра





 м3/с ;



Расход жидкости для гидроцилиндра 3, при подаче жидкости в бесштоковую область, при заданном времени срабатывания





 м3/с;



	По табл.1 (стр. 17 [1]) выбираем по расходу для гидроцилиндра 6 пластинчатый нерегулируемый насос БГ12-22М с номинальной подачей 19,4 л/мин.


8. Расчёт диаметров условных проходов трубопроводов и управляющей аппаратуры



При известном расходе и скорости движения жидкости по трубопроводам диаметр трубопровода определяется по формуле





 м =8,6 мм



По нормальному ряду принимаем dt=10 мм.

Толщина стенки с учётом возможного отклонения диаметра и толщины стенки вычисляют по выражению 



, где



p – максимальное давление жидкости в кГ/см2;

d – наружный диаметр трубы в см ;

[σp] – допустимое напряжение материала трубопровода при растяжении (по окружности), которое обычно выбирается равным 30…35% временного сопротивления материала трубопровода, т. е. 



[σp]=0,32× σp



m=0,3 – отклонение по диаметру трубопровода в мм;

n=0,9 – коэффициент, учитывающий отклонение по толщине стенки трубопровода.

При расчёте трубопровода временное сопротивление в кГ/см2 примем по качественной стали матки С20



Материал

Сталь 20

σp, кГ/см2

4100



 мм

гидропривод шток цилиндр механизм

По сортаменту труб выбираем ближайшую большую по толщине стенки трубу, соответствующего прохода (стр. 337-342 [1]).

Выбираем трубу по ГОСТ 8734-75: 14×2.

По диаметру условного прохода и давлению определим конкретные марки управляющей и предохранительной аппаратуры. Согласно схеме гидропривода, используются следующие виды гидроаппаратуры:

а) клапан давления 2 выбираем исполнение Г52-2 с условным проходом 10 мм, давлением 0,3…10 МПа с резьбовым соединением без электрического управления обратного клапана: АГ52-22

б) гидрораспределитель 4 выбираем золотникового типа с электроуправлением , диаметром условного прохода 10 мм, давлением 0,3…10 исполнение 64, электромеханический, ток переменный, напряжение 220В, частота 50H. Согласно схеме (стр.129 [1]) выбираем гидрораспределитель 7:

ВЕ10441ОФ/В220-50H

в) гидрораспределитель 2: ВЕ105746/ФВ220-50H

г) дроссель 5 выбираем: ПГ77-12


9. Определение потерь давления жидкости от насоса к исполнительным органам



Потери давления при движении жидкости от насоса до гидроцилиндра определяются соотношением 



		∑∑, где	



Δpjтр – потери давления на трение при движении жидкости по трубопроводу;

Δpim – местные потери при движении жидкости по элементам управляющей аппаратуры.

Местные потери зависят от количества элементов управляющей аппаратуры, установленной на трубопроводе. Величина потерь давления зависит от конструкции и назначения соответствующей аппаратуры. Как правило, эти данные указываются в таблицах основных параметров на конкретную аппаратуру [1].

Потери давления на трение в трубопроводе определяются по следующей методике.

Зная диаметр трубы, скорость движения жидкости и кинематическую вязкость, определяется режим движения жидкости по трубопроводу, для чего определяется число Рейнольдса Re [2]









Ламинарному режиму течения жидкости в гидравлически гладких металлических трубах круглого сечения соответствует Re≤2200-2300

Потери давления при ламинарном режиме течения жидкости определяются по формуле



, где при расчётах



L и d – длина и диаметр внутреннего сечения рассматриваемого трубопровода;

ρ – плотность жидкости;

Q – расход жидкости в трубопроводе;

f – сечение трубопровода. 



λ=, 

 МПа



Потери давления на трение при ламинарном режиме течения



Δp1=0,18 МПа



Далее определяем местные потери давления при движении жидкости через гидрораспределители ВЕ10441ОФ/В220-50H

и ВЕ105746/ФВ220-50H по номограмме (стр. 109 [1])



Δp2=0,05 МПа



Потери давления через дроссель выбираем по таблице (стр. 86 [1])


Δp3=0,2 МПа



Тогда потери давления при питании гидроцилиндра 6



 МПа



Потери давления при питании гидроцилиндра 3



 МПа , где



Δp1=0,11 Мпа – потери давления на трение при движении жидкости по трубопроводу;

Δp2=0,05 МПа – местные потери давления при движении жидкости через распределитель 5 и 7;

Δp3=0,2 МПа – местные потери давления жидкости через дроссель 6. [1]

Таким образом, давление в гидроцилиндре 6



МПа

 МПа



Давление гидроцилиндра больше, чем давление, принятое при расчете гидроцилиндра.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ



В данной курсовой работе мы исходя из назначения гидропривода разработали принципиальную его схему, где выбрали тип источника энергии, исполнительные механизмы, а так же управляющие и предохранительные элементы. Рассчитали исполнительные механизмы в зависимости от заданных выходных параметров. Выбрали элементы гидропривода.

После расчета давления с учётом потерь, получилось, что давления в цилиндрах больше чем начально-выбранное давление. Следовательно схема разработана и рассчитана верно.


СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ



1. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. – М.: Машиностроение, 1982.

2. Чинёнова Т.П., Чинёнов С.Г. Расчет гидроприводов: Уч. Пособие.–Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 1997.

3. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика.–М.: Машиностроение,1972.