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>10 МПа =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).

За вибраними стандартними значеннями діаметрів поршня D і штока d уточнюємо 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 V n – 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).

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 гідролінії складає

. (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.

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 тертя находимо 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 DРМ визначаємо за формулою Вейсбаха

(3.10)

де еz – 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

еzВС=zВХ+zШТ.

Визначаємо

еzВС=0,5+0,6=1,1.

Визначаємо місцеві гідравлічні втрати на всмоктувальній лінії

=673 (Па).

2) напірна лінія

еzН=5zШТ+zТР+2zПОВ +zВИХ.

Визначаємо

еzН=5Ч0,6+1,0+2∙0,14 +1,0=5,28.

Визначаємо місцеві гідравлічні втрати на напірній лінії

= 21565 (Па).

зливна лінія

еzЗЛ=zВХ +4zПОВ+zВИХ +4zШТ.

Визначаємо

еzЗЛ=0,5+4Ч0,14+1+4Ч0,6=4,46.

Визначаємо місцеві 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)

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 насоса QHОМ =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=FЧVn (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.: