Расчет основных элементов гидропривода

Введение

Гидроприводом называется совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости, находящейся под давлением с возможностью реверсирования и регулирования скорости движения.

Широкое использование гидроприводов в станкостроении определяется рядом их преимуществ:

- возможность осуществления больших усилий и мощностей;

- широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости;

- возможность работы в динамических режимах;

- надежная защита систем от перегрузки;

- широкое применение стандартных и нормализованных узлов.

Применение гидроприводов позволяет упростить кинематику станков, снизить их металлоемкость и повысить уровень автоматизации.

Наиболее эффективно применение гидроприводов в станках с возвратно-поступательным движением исполнительного органа (строгальные, протяжные и шлифовальные станки). С помощью простых устройств – гидроцилиндров можно получить прямолинейное движение без кинематических преобразований, обеспечить необходимое соотношение скоростей прямого и обратного ходов.

Гидроприводы имеют и недостатки, ограничивающие их применение. Главными из них являются утечки, которые невозможно полностью исключить, а так же зависимость вязкости рабочих жидкостей (масел) от температуры, приводящая к нарушению стабильности работы гидросистем.

При всем многообразии станочных гидросистем и агрегатов они содержат элементы, расчеты которых производятся по общим для всех устройств зависимостям.

В технической литературе приводятся расчеты отдельных элементов гидроприводов, отличающиеся подходом и допущениями. Это затрудняет комплексный расчет конкретного привода.

Цель курсовой работы – приобретение студентами практических навыков по составлению и чтению гидравлических схем технологического оборудования, освоение методики расчета основных элементов объемных гидравлических приводов.

Содержание (объем) курсовой работы

В соответствии с заданными схемой и вариантом задания (табл. 7) необходимо:

- ознакомиться с описанием работы гидравлической системы;

- составить гидравлическую схему привода, используя стандартные условные обозначения (ГОСТ 2.780-96, ГОСТ 2.781-96, ГОСТ 2.782-96, ГОСТ 2.784-96);

- рассчитать конструктивные параметры силового гидроцилиндра и выбрать их стандартные значения;

- рассчитать параметры насоса и подобрать стандартную насосную установку;

- выполнить расчеты трубопроводов и фильтра;

- рассчитать параметры распределительной аппаратуры и выбрать необходимые стандартные агрегаты;

- оформить пояснительную записку.

Графическая часть курсовой работы (2 – 2.5 листа формата А1) должна содержать гидравлическую схему, сборочные чертежи двух узлов со спецификациями, рабочий чертеж ответственной детали. Номенклатуру узлов и деталей следует согласовать с руководителем курсовой работы.

Общими для всех вариантов задания являются следующие данные:

- коэффициент трения в покое 0.16;

- коэффициент трения в движении 0.08;

- время разгона 0.4 с;

- масса исполнительного органа 500 кг.

Описание гидравлических схем

Ниже приведено описание работы гидравлических приводов по вариантам заданий.

Схема 01

На рис. 1 представлена гидравлическая схема панели подачи 5У4242, применяемой для привода силовых головок агрегатных станков. Гидропанель позволяет осуществлять быстрый подвод головки, первую и вторую рабочие подачи, быстрый отвод и её останов в исходном положении.

При опускании пускового золотника 3 под действием электромагнита масло от насоса 6 поступает в правую полость золотника управления 2 и переводит его в крайнее левое положение, которое фиксируется подвижным фиксатором 4. Затем пусковой золотник возвращается в исходное положение, соединяя правую полость золотника 2 со сливом.

При левом положении золотника 2 происходит быстрый подвод головки. Работают оба насоса, масло поступает в правую полость гидроцилиндра, при этом масло, вытесняемое из левой полости, присоединяется к основному потоку (дифференциальное включение).

 

 

Рис. 1. Гидропанель подачи силовых головок

Следующие элементы цикла включаются при встрече рычага переключения 5 с упорами. Рычаг поворачивается, приподнимает фиксатор 4, и под действием пружины золотник 2 перемещается вправо на одну ступень.

На схеме показана вторая позиция золотника 2, при которой осуществляется первая рабочая подача. Масло от насоса низкого давления 6, проходя подпорный клапан 7, через левую выточку золотника 2 сливается в бак. Масло от насоса высокого давления 8 через предохранительные клапаны 9, дозирующий клапан 10, дроссель первой рабочей подачи 11 и правую выточку золотника управления 2 поступает в правую полость рабочего цилиндра. Из его левой полости через клапан противодавления 12 и левую выточку золотника 2 масло вытесняется в бак.

При второй рабочей подаче золотник 2 смещается в третье положение, при котором масло от насоса низкого давления 6 подается в бак, а от насоса высокого давления 8 – в правую полость цилиндра через дроссель второй подачи 13 и правую выточку золотника 2.

Когда золотник управления переключится в четвертое положение, произойдёт быстрый отвод головки. Масло от насоса 6 проходит через подпорный клапан 7, клапан противодавления 12, открывает обратный клапан 14 и поступает в левую полость гидроцилиндра. Масло от насоса 8 поступает в левую выточку золотника 2 и далее через клапаны 12 и 14 в левую полость гидроцилиндра. Из правой полости масло вытесняется в правую выточку золотника 2 и идет на слив по линии 15.

Схема 02

Цикл работы гидропанели, схема которой представлена на рис. 2, можно разделить на четыре фазы: быстрый подвод исполнительного органа, рабочая подача, быстрый отвод, останов.

Распределительные золотники 1 и 2 с гидроуправлением переключаются золотниками 10 и 11 с помощью электромагнитов Э₁ и Э₂. Регулирование скорости подачи осуществляется регулятором, состоящим из редукционного клапана 5 и дросселя 6. Распределение потоков от насосов в зависимости от одновременной или раздельной подачи масла в систему осуществляется разделительным обратным клапаном 7.

Быстрый подвод происходит при одновремённом включении электромагнитов Э₁ и Э₂, при этом золотники 11 и 10 занимают правое положение. Управляющий поток масла от насоса 3 поступает к золотникам 11 и 10 и от них в торцовые полости золотников 1 и 2, смещая их вправо.

Рабочий поток масла от насоса 3 проходит к обратному клапану 7 открывает его и через правую выточку золотника 2 поступает в правую выточку золотника 1 и далее в левую полость гидроцилиндра.

От насоса 4 масло, минуя фильтр 12, также поступает к правой выточке золотника 2, соединяясь с потоком от насоса 3. Из правой полости гидроцилиндра масло идет на слив, открывая обратный клапан 8, через левую выточку золотника 1.

В положении, показанном на схеме, происходит рабочая подача. При этом включен электромагнит Э₁ и выключен Э₂. Золотник 10 смещен вправо, а золотник 11 – влево под действием пружины. Управляющий поток масла следует от насоса 3 через выточку в корпусе золотника 11, проточку золотника 10 в торцовую полость золотника 1 и смещает его вправо.

Рис. 2. Схема специальной гидропанели

Рабочий поток масла следует от насоса 4 через фильтр 12, редукционный клапан 5, дроссель 6, правую выточку золотника 2, правую выточку золотника 1 в левую полость гидроцилиндра.

Из правой полости цилиндра масло поступает к обратному клапану 8, открывает его и через левую выточку золотника 1 сливается в бак. При этом насос 3 разгружается, перекачивая масло в бак (не показано).

Быстрый отвод реализуется при выключении электромагнита Э₁ и включении электромагнита Э₂. Золотник 10 смещается влево, а золотник 11 занимает правое положение. Масло от насоса 3 открывает обратный клапан 7 и через левую выточку золотника 2, левую выточку золотника 1, обратный клапан 9 поступает в правую полость гидроцилиндра. Масло от насоса 4, минуя фильтр 12, также поступает к левой выточке золотника 2 и, объединяясь с потоком масла от насоса 3, поступает в правую полость гидроцилиндра.

Из левой полости гидроцилиндра масло сливается в бак через правую выточку золотника 1.

Схема 03

Гидропанель У4247 привода подачи силовой головки (рис. 3) обеспечивает работу в такой последовательности: быстрый подвод головки, рабочая подача, быстрый отвод, останов.

В исходном положении электромагниты Э₁ и Э₂ обесточены. Золотники управления 1 и 2 своими пружинами смещены в крайние левые положения, левые торцовые полости распределительных золотников 3 и 4 сообщаются с баком. При этом правая полость силового цилиндра 5 запирается золотником 3.

 

Рис. 3. Схема гидропанели У 4247

Команда на быстрый подвод дается включением электромагнитов Э₁ и Э₂. Сердечники электромагнитов перемещают золотники управления 1 и 2 в крайние правые положения, при которых торцовые полости золотников 3 и 4 подключаются к насосу быстрых ходов 6 через канал 9. Золотники 3 и 4 смещаются вправо в положение быстрого подвода.

Масло от насоса 6 подается к каналу 10, открывает обратный клапан 7, проходит в правую выточку золотника 4, выточку золотника 3 и поступает в правую полость гидроцилиндра. Поршень быстро перемещается влево. Вытесняемое из левой полости масло поступает в правую полость, добавляясь к основному потоку (дифференциальное включение).

Команду на рабочую подачу подает конечный выключатель, отключая электромагнит Э₂. Распределительный золотник 4 под действием пружины перемещается в положение, показанное на схеме.

Масло от насоса рабочей подачи 8 через редукционный клапан 12 и дроссель 11 пройдет в правую выточку золотника 4, выточку золотника 3 и поступит в правую полость гидроцилиндра 5. При этом в левой полости создается постоянное противодавление с помощью насоса 6.

Команда на быстрый отвод подается конечным выключателем при подходе исполнительного органа к упору. При этом выключается электромагнит Э₁ и включается электромагнит Э₂. Золотник 3 занимает левое положение, а золотник 4 – правое (положение быстрого отвода).

Масло, поступающее от насоса 6 в левую полость гидроцилиндра 5, обеспечивает быстрый ход поршня вправо. Из правой полости гидроцилиндра масло через выточку золотника 3, левую выточку золотника 4 сливается в бак.

Схема 04

Привод подачи силовой головки (рис. 4) содержит гидропанель 1 с распределительным золотником 2, электромагнитом 3 и регулятором скорости 4, состоящим из дросселя и редукционного клапана, путевой золотник 5 и силовой гидроцилиндр 6. С помощью упоров управления обеспечивается работа головки в такой последовательности: быстрый подвод, рабочая подача и быстрый отвод.

Команда на быстрый подвод силовой головки 7 подается включением электромагнита 3. При этом расположенный в корпусе 1 золотник 2 смещается влево (как показано на схеме). Масло от насоса по каналу 8 подается в правую полость гидроцилиндра 6, обеспечивая быстрый подвод. Из левой полости гидроцилиндра масло через выточку золотника 2 и выточку золотника 5 сливается в бак.

Когда кулачок 9 с помощью рычага 10 освободит толкатель 11, золотник 5 переместится вправо под действием пружины и закроет канал 12. Масло из левой полости цилиндра 6 будет проходить в бак только через регулятор скорости 4, осуществляя рабочую подачу.

 

Рис. 4. Схема гидропривода подачи силовой головки

В конце рабочего хода электромагнит 3 выключается, золотник 2 под действием пружины смещается вправо. При этом масло от насоса подается в обе полости гидроцилиндра 6 (дифференциальное включение), происходит быстрый отвод головки, а золотник 5 возвращается в исходное положение (механизм не показан).

Схема 05

На рис. 5 показаны схема привода пиноли силовой головки и цикл её работы. При включении электромагнита 2, золотник 1 перемещается в левое положение, сжимая пружину, (как показано на схеме).

При этом «стреляющий» золотник 3 находится в верхнем положении и удерживается защелкой 5. Масло от насоса через золотник 1 поступает в торцовую полость золотника 4, удерживая его в верхнем положении. По каналу а масло проходит к выточке золотника 3, затем по каналу б через нижнюю выточку золотника 4 и канал в поступает в левую полость гидроцилиндра 6. Вытесняемое из правой полости гидроцилиндра масло присоединяется к основному потоку (дифференциальное включение) – происходит быстрый подвод пиноли

В конце быстрого подвода кулачок 7 выдергивает защелку 5 и золотник 3 под действием пружины смещается в нижнее положение, показанное на схеме. Тогда масло от насоса через фильтр 8, редукционный клапан 9, дроссель 10, канал б, нижнюю выточку золотника 4 и канал в поступает в левую полость гидроцилиндра, обеспечивая движение со скоростью рабочей подачи.

 

Рис. 5. Схема гидропривода пиноли

Для осуществления быстрого отвода электромагнит 2 выключается и золотник 1 смещается вправо. При этом перекрывается канал подачи масла в торцовую полость золотника 4, который под действием пружины смещается вниз.

Масло от насоса подается в правую полость гидроцилиндра, а из левой полости по каналу в через среднюю выточку золотника 4 масло сливается в бак. Одновременно масло по каналу а подается к верхней выточке золотника 4, проходит в канал г и в торцовую полость золотника 3, который перемещается в верхнее положение и запирается защелкой 5.

Схема 06

На рис. 6 показана гидравлическая схема станка, предназначенного для точного растачивания отверстий в корпусной детали.

Рабочая подача исполнительного органа осуществляется при включении электромагнита 1, смещающего золотник 4 вниз. Масло от насосной установки через редукционный клапан 3, выточку золотника 4, фильтр 5, редукционный клапан 6 и дроссель 7 поступает в правую полость гидроцилиндра 2. Вытесняемое из его левой полости масло присоединяется к основному потоку.

 

Рис. 6. Гидросхема расточного станка

При выключении электромагнита 1 золотник 4 под действием пружины поднимается вверх. Происходит быстрый отвод исполнительного органа в исходное положение. При этом масло от насосной установки через редукционный клапан 3 поступает в левую полость гидроцилиндра 2. Из правой полости гидроцилиндра масло, открывая обратный клапан 8, через стакан фильтра 5 и выточку золотника 4 сливается в бак.

Схема 07

Рис. 7. Схема гидропанели подачи

На рис. 7 показана гидравлическая схема гидропанели подачи сверлильной головки агрегатированного фрезерно-центровального станка. Гидропривод работает следующим образом.

Быстрый подвод головки включается электромагнитом Э₁, перемещающим золотник управления 1 в левое положение. Масло от насосной установки через левую полость цилиндра подачи 2, золотник рабочей подачи 3 и золотник управления 1 поступает в верхнюю торцевую полость реверсивного золотника 4 и перемещает его в нижнее положение. При этом открывается проход маслу через проточки реверсивного золотника 4 в правую полость цилиндра подачи 2. Пиноль головки быстро перемещается вперед (влево по схеме) вследствие разницы диаметров штоков.

При нажатии кулачка 5 на золотник 3, который перемещается в нижнее положение, головка переключается на рабочую подачу. При этом масло от насоса через левую полость цилиндра подачи, золотник рабочей подачи 3, фильтр 6, редукционный клапан 7, дроссель рабочей подачи 8 и реверсивный золотник 4 поступает в правую полость цилиндра 2. Пиноль головки перемещается вперед со скоростью рабочей подачи, определяемой настройкой дросселя 8.

Команда на быстрый отвод пиноли дается выключением электромагнита Э1. При этом золотник управления 1 под воздействием пружины перемещается вправо, соединяя верхнюю торцевую полость реверсивного золотника 4 с баком, вследствие чего золотник под действием пружины перемещается в верхнее положение. Масло от насосной установки поступает в левую полость цилиндра подачи 2, осуществляя быстрый отвод пиноли. Из правой полости цилиндра масло сливается в бак через проточки реверсивного золотника 4.

Принятые обозначения

D – диаметр поршня гидроцилиндра, мм;

d – диаметр штока, золотника, внутренний диаметр трубопровода, мм;

F – площадь, мм²;

P – сила, рабочая нагрузка, H;

Q – расход жидкости, подача насоса, м³/с;

p – рабочее давление, Па = Н/м²;

Δ p – потери давления, Па;

V_i – скорость поршня, м/с;

V _ж – скорость потока жидкости, м/с;

ρ – плотность жидкости, кг/м³,

ν – кинематическая вязкость, м²/с;

L – длина рабочего хода, м;

l _тр – длина трубопровода, м.

Основные закономерности

Уравнение расхода. Расходом Q называют количество жидкости, протекающей через живое поперечное сечение потока в единицу времени. Уравнение расхода является частным случаем общего закона сохранения вещества, а также условием неразрывности потока жидкости. В общем случае в силу вязкости жидкости скорость ее частиц V имеет различные значения в разных точках сечения. Однако при инженерных расчетах принимают среднюю по сечению скорость.

Q = V _ср1 ∙ F ₁ = V _ср2 ∙ F ₂ = Const

Из уравнения следует, что средние скорости в потоке несжимаемой жидкости обратно пропорциональны площадям сечений F.

Уравнение Бернулли для потока реальной (вязкой) жидкости выражает баланс энергии с учетом потерь и имеет вид:

,

где z – нивелирная высота сечения (геометрический напор);

α – безразмерные коэффициенты, учитывающие неравномерность распределения скоростей в поперечных сечениях потока;

Σ h – сумма потерь энергии на рассматриваемом участке.

Энергия, теряемая жидкостью, не исчезает бесследно, а превращается в другую форму – тепловую, являясь причиной нагрева элементов гидросистемы.

Режимы течения жидкости. Различают два режима течения жидкости в трубопроводах: ламинарный режим, характеризующийся слоистым течением без перемешивания слоев и пульсаций и турбулентный, сопровождающийся интенсивным перемешиванием частиц и пульсациями скоростей. Переход от одного режима к другому наступает при определенных условиях, характеризуемых критерием Рейнольдса Re – безразмерной величиной, связывающей среднюю по величине скорость потока V, диаметр трубопровода d и коэффициент кинематической вязкости жидкости ν.

Для трубопроводов круглого сечения Re = V ∙ d / ν.

Для трубопроводов некруглого сечения Re = 4rV/ν,

где r = F / χ – гидравлический радиус; F –площадь сечения, м², χ – смачиваемый периметр, м.

Моменту перехода ламинарного режима в турбулентный и наоборот соответствует определенное значение критерия ( числа ) Рейнольдса Re_кр (табл. 1). Если Re < Re_кр течение ламинарное, которое меньше влияет на потери напора. При Re > Re_кр течение турбулентное.

Таблица 1

Критические значения чисел Рейнольдса

Вид гидравлического сопротивления	Reкр
Круглая гладкая труба	2100…2300
Концентрическая гладкая щель
Неконцентрическая гладкая щель
Концентрическая щель с выточками
Неконцентрическая щель с выточками
Вентили	550…750
Фильтр сетчатый
Цилиндрические окна золотников

 

Уравнение равновесия поршня, золотника. Сумма сил давления, усилий пружин и сил инерции равна сумме приложенных внешних усилий, включаяи силы трения:

.

При установившемся режиме работы привода силы инерции отсутствуют. При переходном режиме сила воздействия инерции на поршень определяется по формуле:

, где

m -масса поршня и связанных с ним элементов, кг; V₁ и V₂ -скорость до ускорения или торможения и после них, м/с; Δt = 0,01 … 0,8с – время ускорения или замедления.

Мощность, развиваемая поршнем или потоком:

, Вт.

Коэффициент полезного действия гидросистемы:

.

где Q_эф – эффективный расход жидкости, необходимый для перемещения поршня с заданной скоростью при отсутствии утечек и переливных магистралей;

p_эф – эффективное давление, необходимое для преодоления действующей нагрузки на поршень в идеализированной схеме, не имеющей потерь мощности.

Расчет основных элементов гидропривода

 

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: