Дипломная работа: Проектирование гидропривода

Дипломная работа: Проектирование гидропривода

Введение

Под гидроприводом понимают совокупность устройств (в число которых входит один или несколько объёмных гидродвигателей), предназначенную для приведение в движение механизмов и машин посредствам рабочей жидкости под давлением. В качестве рабочей жидкости в станочных гидроприводах используется минеральное масло.

Широкое использование гидроприводов определяется рядом их существенных преимуществ перед другими типами приводов и, прежде всего возможностью получения больших усилий и мощностей при ограниченных размерах гидродвигателей. Гидроприводы обеспечивают широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости (при условии хорошей плавности движения), возможность работы в динамических режимах с требуемым качеством переходных процессов, защиты системы от перегрузки и точный контроль действующих усилий. С помощью гидроцилиндров удаётся получить прямолинейное движение без кинематических преобразований, а также обеспечить определённое соотношение скоростей прямого и обратного ходов.

В современных станках и гибких производственных системах с высокой степенью автоматизации цикла требуется реализация множества различных движений. Компактные гидродвигатели легко встроить в станочные механизмы и соединить трубопроводами с насосной установкой, имеющий один или два насоса. Такая система открывает широкие возможности для автоматизации цикла, контроля и оптимизации рабочих процессов, применения копировальных, адаптивных или программных систем управления, легко поддаётся модернизации, состоит, главным образом, из унифицированных изделий, серийно выпускаемых специализированными заводами. К основным преимуществам гидропривода следует отнести также достаточно высокое значение КПД, повышенную жёсткость и долговечность.

Гидроприводы имеют и недостатки, которые ограничивают их использование. Это потери на трение и утечки, снижающие КПД гидропривода и вызывающие разогрев рабочей жидкости. Внутренние утечки через зазоры подвижных элементов в допустимых пределах полезны, поскольку улучшают условия смазывания и теплоотвода, в то время как наружные утечки приводят к повышенному расходу масла, загрязнению гидросистемы и рабочего места. Необходимость применения фильтров тонкой очистки для обеспечения надёжности гидроприводов повышает стоимость последних и усложняет техническое обслуживание. Работоспособность резко снижается при попадании воздуха и воды в минеральное масло. Изменение вязкости масла при его разогреве приводит к изменению скорости движения рабочих органов. Узлы гидропривода весьма трудоёмки в изготовлении. В связи с наличием внутренних утечек затруднена точная координация движения гидродвигателей.

Краткий анализ приводов различного типа применительно к конкретным условиям, позволяет выбрать оптимальность технического применения. Применение промежуточного энергоносителя (масло) целесообразно лишь в тех случаях, когда преимущество гидропривода имеет решающие значение. Если привод может быть успешно реализован средствами гидравлики или электрики, предпочтение должно быть отдано последней.

При правильном конструировании, изготовлении и эксплуатации гидроприводов их недостатки могут быть сведены к минимуму. Для этого нужно хорошо знать унифицированные узлы гидропривода, централизованно изготавливаемые специализированными заводами, а так же типовые узлы специального назначения.

1. Принцип работы

Гидропривод предназначен для управления гидроцилиндрами, подвода протяжки и рабочего хода.

Регулятор расхода обеспечивает скоростное изменение движения штока.

1. Подвод протяжки.

Включен электромагнит 6э. Масло от лопастного насоса Н1 через фильтры Ф1, Ф2 гидрораспределитель Р3 нагнетается в бесштоковую полость вспомогательного цилиндра. Из штоковой полости масло вытесняется и идет на слив.

В конце подвода протяжки срабатывает конечный выключатель 5 пв, который дает команду на включение электромагнитов Iэ, IIIэ, и выключения электромагнита 6э.

2. Настроенный рабочий ход.

Производительность поршневого насоса будет соответствовать настроенному рабочему ходу. Масло нагнетается в штоковую полость рабочего цилиндра. Из бесштоковой полости масло поступает во всасывающую линию насоса. Излишки масла (разность объемов без- и штоковой полости) сливаются через подпорный клапан насоса, который обеспечивает необходимый подпор в обратной полости рабочего цилиндра.

При, входе калибрирующих зубьев протяжки в обрабатываемую деталь срабатывает конечный выключатель 3 пв, который дает команду на отключение электромагнита IIIэ.

3. Замедленный рабочий ход.

Производительность насоса уменьшиться, следовательно, уменьшиться скорость резанья.

В конце рабочего хода срабатывает конечный выключатель 1 пв, который дает команду на отключение электромагнита Iэ. Происходит останов станка.

4. Настроенный обратный ход.

Принажатой кнопке управления, включается электромагнит IIэ. Масло нагнетается в бесштоковую полость рабочего цилиндра.

Из штоковой полости масло через обратный клапан ОК2 вытесняется в бесштоковую полость. Так как давление в обеих полостях одинаково, а площадь поршня в бесштоковой полости больше, следовательно, поршень будет перемещаться влево

Принципиальная гидравлическая схема

2. Специальная часть

2.1 Исходные данные

Нагрузка на штоке

Длина хода поршня

Скорость хода поршня

Перепад температур

2.2 Ориентировочно-энергетический расчет

1. Ориентировочно находим полезную мощность:

2. Ориентировочно находим затраченную мощность:

Принимаем:

КПД насоса ;

КПД гидросистемы ;

КПД цилиндра

2.3 Выбор рабочей жидкости

На состояние рабочей жидкости, прежде всего, влияет широкий диапазон рабочих температур, а также наличие больших скоростей и высоких давлений. Существенное значение при выборе рабочей жидкости имеет:

·       Вязкость, свойство, определяющее сопротивление жидкости относительному перемещению е слоёв.

·       Сжимаемость, характеризуется объёмным модулем упругости.

·       Температура вспышки – это такая критическая температура, при которой происходит самовоспламенение газовых выделений при соприкосновении их с воздухом.

·       Температура застывания – это температура, при которой масло теряет своей текучести.

К рабочим жидкостям гидропривода предъявляют следующие требования:

1. Хорошие смазывающие свойства, которые связаны с прочностью масляной плёнки и способностью противостоять разрыву. Рабочая жидкость должна предупреждать контактирование и схватывание металла, т.е. обладать противозадирными и противоизносными свойствами.

2. Стабильность свойств в процессе эксплуатации – это способность сохранять свой свойства при работе.

3. Антипенные свойства характеризуют способность жидкости выделять воздух или другие газы без образования пены.

4. Стойкость жидкости к образованию эмульсии. Характеризуется способностью жидкости расслаиваться или отделять попавшую в неё воду.

5. Антиокислительная стабильность – определяет долговечность работы масла в гидроприводе.

6. Низкая стоимость и не дефицитность.

Таким образом, рабочая жидкость станочных гидроприводов должны быть присущи: хорошие смазочные свойства, малое изменение вязкости при изменении температуры, большой модуль упругости, высокую стабильность против окисления, сопротивление вспениванию, малая плотность, совместимость с материалами гидросистемы, малая способность к растворению воздуха, хорошая тепло проводимость, возможно меньший коэффициент теплового расширения, незначительная взаимная растворимость с водой, большая удельная теплоёмкость, не токсичность и отсутствие резкого запаха, прозрачность и наличие характерной окраски.

Преимущественное применение в станочных гидроприводах должны иметь масла серии И, которые изготовлены из нефти, подвергнутых глубокой селективной очистке, содержат антиокислительную, противоизносную, антикоррозийную и противопенную присадки. В связи с этим предлагаю для данного гидропривода масло И-18 ГОСТ 16728–78.

Рисунок 2

Зависимость вязкости  масла И-18 от температуры

2.4 Определение геометрических размеров и параметров Г.Ц.

1.;  Принимаем:

2. Нахождение диаметра поршня гидроцилиндра:

По ГОСТ 12447–80, принимаю Д=110 мм

3. Определение диаметра штока:

4. Определение номинального расхода Г.П.:

По найденным параметрам потока выбираем гидравлическое оборудование.

2.5 Выбор гидравлического оборудования

Насос пластинчатый нерегулируемый, тип: Г12–33М.

F=0,13м2

Рисунок 3

Гидрораспределитель 4/3 с электрогидравлическим управлением, тип: B16.

F=0,13м2

Рисунок 4

Обратный клапан, тип: Г51–34

F=0,13м2

Рисунок 5

Предохранительный клапан непрямого действия, тип:

F=0,13м2

Рисунок 6

Фильтр напорный, тип: 2ФГМ32–10К.

Рисунок 7

2.6 Расчет энергетических потерь

На всасывании:

;

- Турбулентный режим

На нагнетании:

; уточнение: 25 мм.

- Турбулентный режим

На сливе:

; уточнение: 32 мм

 Турбулентный режим

Определяем суммарные потери давления в приводе.

Определяем кпд гидролиний:

2.7 Выбор уплотнения

Для поршня выбираем уплотнения резиновые.

Рисунок 10

Для штока выбираем уплотнения резиновые.

Рисунок 11

Эти уплотнения предназначены для гидроцилиндров, перемещающихся со скоростью до 0,5 м/с, при давлении до 50 МПа, температуре , ходе до 10 н и частоте срабатывания до 0,5 Гц. В зависимости от конструкции и рабочего давления манжеты разделяются на три типа: 1–3 – давления до 50 МПа; 2 давления до 32 МПа. При монтаже место установки и трущиеся поверхности следует смазывать тонким слоем густого смазочного материала. Манжеты с d > 76 мм могут монтироваться в закрытых канавках поршня, причем их кратковременное растяжение при монтаже должно быть не более 25%.

2.8 Расчет потерь в гидроцилиндре

2.8.1 Определяем силу трение в уплотнениях поршня и штока

Принимаем: ; f=0,1; H=10 мм

2.8.2Определение  по формуле:

2.8.3 Определение силу противодавления:

2.8.4 Определяем силу инерций:

при разгон

Масса приведенная

при торможений:

2.8.5 Гидромеханический КПД цилиндра определяется по формуле:

2.9 Прочностной расчет

2.9.1 Определение максимального давления в цилиндре:

 МПа

Принимаем: =150МПа

2.9.2 Определение толщины крышки гидроцилиндра:

2.9.3 Момент инерции штока:

2.9.4 Определение допустимой нагрузки на шток:

2.9.5 Определение толщины стенки цилиндра:

2.5 Прочностной расчет трубопровода

 для стали []=110МПа

1. Определение толщины стенки трубопровода на линии всасывания:

2. Определение толщины стенки трубопровода на нагнетательной линии:

 Принимаем как 1 мм

3. Определение толщины стенки на сливе:

 Принимаем как 1 мм

4. Определение наружного диаметра всасывающего трубопровода:

5. Определение наружного диаметра нагнетающего трубопровода:

6. Определение наружного диаметра сливного трубопровода:

2.6 Тепловой расчет

Принимаем:

КПД цилиндра ;

КПД гидролинии ;

КПД насоса

1. Определяем КПД привода:

2. Определение затраченной мощности:

2.1. Определение суммарных потерь мощности:

3. Определение объема бака:

3.1. Определение теплоотдающей площади бака:

3.2. Нахождение площади теплоотдающих поверхностей всех элементов гидропривода:

3.3. Нахождение площади теплоотдающей поверхности трубопроводов:

3.4. Нахождение суммарной площади теплоотдающих поверхностей всех трубопроводов:

4. Нахождение температуры установившегося теплового баланса.

Принимаем ; рассмотрим случай с естественным охлаждением гидропривода :

Выбранная рабочая жидкость допускает повышение  от до тепловой расчет выдержан.

5. Определяем суммарную массу элементов:

6. Определяем суммарную массу трубопроводов:

7. Определяем массу жидкости:

8. Определяем массу бака:

9. Определяем суммарную массу гидропривода:

10. Время установления температурного баланса:

3. Специальная часть

3.1 Исходные данные

Нагрузка на штоке

Длина хода поршня

Скорость хода поршня

Перепад температур

3.2 Ориентировочно энергетический расчет

1. Ориентировочно находим полезную мощность:

2. Ориентировочно находим затраченную мощность:

Принимаем:

КПД насоса ;

КПД гидросистемы ;

КПД цилиндра

3. Ориентировочно находим потери энергий в приводе:

1.5. Определение геометрических размеров и параметров Г.Ц.

1. Принимаем

2. Нахождение диаметра поршня гидроцилиндра:

 Принимаем: D=100 мм

3. Определение диаметра штока:

4. Определение номинального расхода Г.П.:

По найденным параметрам потока выбираем гидравлическое оборудование.

3.3 Выбор гидравлического оборудования

Насос управления Шестеренный, тип: НШ 12–41М.

F=0,352м2

Насос Радиально-поршневой, тип: НР 4М-450А-10.

F=0,874м2

Гидрораспределитель 4/3 с электрогидравлическим управлением, тип: B16. (4 шт.)

F=0,13 м

Рисунок 4

Гидрораспределитель c гидравлическим управлением: Тип P323

F=0.079м2

Обратный клапан, тип: Г51–27 (2 шт.)

F=0,027м2

Рисунок 5

Предохранительный клапан непрямого действия, (2 шт.)

F=0,13м2

Рисунок 6

Предохранительный клапан шестеренного насоса.

F=0,027м2

Рисунок 6

3.4 Расчет энергетических потерь

На всасываний

 Принимаем

 – Турбулентный режим

На нагнетании:

; уточнение: 40 мм.

- Турбулентный режим