 |
Оборудования и их особенности
|
|
|
|
Кафедра «Металлорежущие станки и инструменты»
В.И.Глубокий
РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ
СТАНОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Учебно-методическое пособие
по курсовому проектированию
по дисциплине «Гидропривод и гидропневмоавтоматика»
для студентов машиностроительных специальностей
М и н с к 2 0 0 5
УДК 621.22(075.8)
ББК 34.447 я 7
Г 55
Рецензенты:
Канд. техн. наук, доцент А.М.Якимович,
Д-р техн. наук, проф. Н.В.Спиридонов
| Г 55 | Глубокий В.И. Расчет гидравлических приводов станочного оборудования: Учебно-метод. пособие по курсовому проектированию по дисц. «Гидропривод и гидропневмоавтоматика» для студ. машиностроит. спец. /В.И. Глубокий. – Мн.: БНТУ, 2005. – 80 с. |
ISBN 985-479-106-8.
Учебно-методическое пособие по дисциплине «Гидропривод и гидпропневмоавтоматика» предназначено для курсового проектирования для студентов машиностроительных специальностей.
В пособии приводится описание особенностей типовых гидравлических приводов станочного оборудования и рассматриваются задачи и содержание курсовой работы, излагаются основные принципы проектирования гидравлических приводов, а также методика и основные этапы расчета гидравлических систем гидроприводов станочного оборудования.
УДК 621.22(075.8)
ББК 34.447 я 7
ISBN 985-479-106-8 © В.И.Глубокий, 2005
В в е д е н и е
Гидропровод – это комплекс устройств с одним или несколькими объемными гидродвигателями, предназначенный для приведения в движение механизмов посредством подачи рабочей жидкости под давлением.
Основные направления развития гидропривода заключаются в улучшении энергетических и эксплуатационных характеристик гидрооборудования, повышении его быстродействия, применении следящего и пропорционального дистанционного управления, обеспечении связи современных электронных систем с устройствами гидроприводов.
|
|
|
Гидроприводы широко применяются в современном станкостроении. Они позволяют существенно упростить кинематику станков, снизить их металлоемкость, повысить точность и надежность работы, а также уровень автоматизации.
Гидравлические приводы обеспечивают плавность движения и широкие диапазоны бесступенчатого регулирования скорости исполнительных двигателей, возможность их работы в динамических режимах при частых включениях, остановках, реверсах движения или изменениях скорости. При этом качество переходных процессов может контролироваться и изменяться в нужном направлении.
Гидропривод позволяет надежно защитить систему от перегрузок и обеспечивает возможность механизмам работать по жестким упорам, с точным контролем действующих усилий путем регулирования давления. В современных станках с высокой степенью автоматизации цикла гидропривод может обеспечить до нескольких десятков различных движений. Использование гидропривода открывает широкие возможности для автоматизации цикла, контроля и оптимизации рабочих процессов, применения копировальных, адаптивных или программных систем управления.
К преимуществам гидроприводов следует отнести также достаточно высокое значение КПД, повышенную жесткость, самосмазываемость и долговечность. Однако надежная работа станочных гидроприводов может быть гарантирована только при надлежащей фильтрации рабочей жидкости и ее охлаждении для исключения влияния температурных колебаний в процессе работы, а это повышает стоимость гидроприводов и усложняет их техническое обслуживание.
При конструировании гидроприводов из унифицированных централизованно выпускаемых изделий и правильной эксплуатации их недостатки могут быть сведены к минимуму.
|
|
|
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ СТАНОЧНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ И ИХ ОСОБЕННОСТИ
В металлорежущих станках применяются различные по назначению гидравлические приводы, которые имеют разные нагрузки и законы работы исполнительного органа станка.
Гидравлические приводы главного движения (рис. 1.1 и 1.2) обеспечивают перемещение рабочего органа станка со скоростью резания. Применяются они в основном, когда это движение поступательное и реже вращательное. В качестве исполнительных двигателей могут использоваться гидроцилиндры возвратно-поступа-тельного движения и реверсируемые гидромоторы. При возвратно-поступательном движении оба хода могут быть рабочими с осуществлением процесса резания с одной и той же скоростью или один ход рабочий, а второй ход холостой без осуществления процесса резания и происходящий с большей скоростью. При вращательном движении предельные значения частот прямого и обратного вращения, как главных движений резания, могут быть разные. Поэтому регулирование скоростей выдвижения и втягивания штока цилиндра и частот вращения гидромотора в гидравлических приводах с возвратно-поступательным и с вращательным движениями может быть независимым.
Гидравлические приводы подач (рис. 1.3) обеспечивают перемещение рабочего органа станка со скоростью подачи. Цикл работы гидравлических приводов подач несколько отличается и может включать быстрые подводы рабочего органа, рабочие подачи, выстой на упоре, быстрые отводы в исходное положение и др. Скорости движения рабочего органа для указанных элементов цикла работы отличаются, и регулирование их независимое. Кроме того, привод подачи должен обеспечивать постоянство установленной скорости рабочей подачи при изменении нагрузки на рабочий орган станка, остановку рабочего органа в любом положении, исключение его самопроизвольного движения при остановке и т.д.
Рис. 1.1. Гидравлическая принципиальная схема главного привода станка
с возвратно-поступательным движением (включен рабочий ход)
Рис. 1.2. Гидравлическая принципиальная схема главного привода станка
с вращательным движением (включено правое направление вращения)
|
|
|
Рис. 1.3. Гидравлическая принципиальная схема привода подач станка
с циклом работы: быстрый подвод – рабочая подача – быстрый отвод
(включен быстрый подвод)
Рис. 1.4. Гидравлические принципиальные схемы привода
зажимного механизма
Гидравлические приводы вспомогательных устройств станка применяются как приводы механизмов зажима (рис.1.4), транспортных устройств, устройств автоматической смены инструментов, инструментальных магазинов, манипуляторов и других. В зависимости от вида и назначения вспомогательного устройства к гидроприводу предъявляются соответствующие требования: возможность регулирования усилия зажима, исключение разжима при отключении или неисправности привода, уменьшение времени разгона и торможения, обеспечение плавности работы и др.
В гидравлических приводах станков в качестве исполнительных двигателей применяются одноштоковые простые (рис. 1.5) и дифференциальные гидроцилиндры, двухштоковые гидроцилиндры, поворотные гидродвигатели (рис. 1.6) и гидромоторы (рис. 1.7). В зависимости от этого имеются особенности расчета гидравлической системы привода, связанные с их различными принципами или режимами работы.
Рис. 1.5. Конструкция гидроцилиндра с односторонним штоком
Рис. 1.6. Схема конструкции поворотных гидродвигателей
в виде моментного лопастного цилиндра и силового плунжерного цилиндра
с реечной передачей
Рис. 1.7. Конструкция гидравлического аксиально-поршневого мотора
2. ЗАДАЧИ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
В учебных планах для машиностроительных специальностей по дисциплине «Гидропривод и гидропневмоавтоматика» предусмотрена курсовая работа по гидропневмоприводу. В процессе выполнения курсовой работы студенту необходимо уметь применять теоретические знания, полученные по этой дисциплине, при решении конкретных инженерных задач по проектированию гидравлических приводов машин, станков и станочных комплексов.
|
|
|
При курсовом проектировании студент должен научиться:
1) составлять принципиальные гидравлические схемы, обеспечивающие работу гидравлического привода по заданному циклу, проводить их критический анализ и выбирать оптимальные варианты;
2) производить расчет гидравлических систем приводов станочного оборудования;
3) рассчитывать основные параметры гидродвигателей и подбирать по ним оптимальные типоразмеры гидромоторов и гидроцилиндров;
4) производить расчет гидравлических трубопроводов и подбирать их с оптимальными конструктивными параметрами;
5) подбирать необходимую стандартную и нормализованную гидроаппаратуру и выбирать из каталога их оптимальные типоразмеры;
6) рассчитывать параметры гидронасосов и выбирать их с оптимальными техническими характеристиками и оптимальными типоразмерами;
7) определять мощность электродвигателя привода гидронасоса.
При защите курсовой работы студенту нужно знать:
1) принцип работы спроектированного гидропривода в целом;
2) назначение, устройство, принцип действия и цель применения каждого гидроаппарата в данном приводе;
3) методику и основные этапы расчета гидравлической системы привода.
3. СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Пояснительная записка курсовой работы имеет следующую структуру:
1) титульный лист;
2) задание на курсовую работу;
3) аннотацию;
4) содержание;
5) введение;
6) описательную и расчетную часть;
7) список используемой литературы;
8) перечень элементов гидропривода и спецификации;
9) приложение.
В аннотации приводится описание особенностей и новизны спроектированного гидравлического привода и информация об объеме выполненной работы с указанием количества содержащихся в записке страниц, иллюстраций и таблиц.
Содержание пояснительной записки выполняется на листе с основной надписью для текстовых документов, с обозначением и названием привода, например, ПГГ 01.00.000ПЗ Привод главный гидравлический.
Во введении излагаются достоинства и недостатки гидравлических приводов и возможности их применения в станочном оборудовании.
Описательная и расчетная часть содержит:
1. Обзор структуры типовых гидравлических главных приводов, приводов подач и приводов вспомогательных механизмов станочного оборудования.
2. Описание спроектированной гидравлической схемы привода и назначения насосов, гидродвигателей и гидроаппаратов.
3. Описание принципа действия гидравлической схемы привода при всех переходах цикла работы исполнительных органов.
4. Расчет основных параметров гидравлических двигателей, определение размеров гидроцилиндров и выбор типоразмеров гидромоторов.
|
|
|
5. Определение фактических требуемых полезных перепадов давления в гидродвигателях.
6. Определение расходов рабочей жидкости в гидродвигателях и гидролиниях.
7. Обоснование выбора марки рабочей жидкости.
8. Определение параметров трубопроводов.
9. Расчет потерь давления в трубопроводах.
10. Выбор типоразмеров гидроаппаратуры и их технических характеристик.
11. Расчет потерь давления в гидроаппаратах.
12. Определение потерь давления в гидролиниях.
13. Определение рабочего давления на входе напорной гидролинии.
14. Расчет объемных потерь в напорной гидролинии.
15. Определение производительности насосной станции.
16. Определение параметров насосов и выбор их типоразмеров.
17. Расчет мощности приводного электродвигателя насоса и выбор его типа и характеристик.
18. Расчет полного коэффициента полезного действия гидропривода.
19. Тепловой расчет гидросистемы.
20. Выбор и обоснование основных элементов конструкции гидродвигателя.
В список литературы включаются все используемые источники в порядке алфавита или их номеров, присвоенных при ссылках в тексте пояснительной записки. При этом необходимо указывать фамилии и инициалы авторов, название, место издания, издательство и год издания в порядке, соответствующем требованиям ГОСТа.
Графическая часть курсовой работы состоит из чертежа принципиальной гидравлической схемы гидропривода, на котором указываются обозначения всех ее элементов, а также техническая характеристика гидропривода: марка и давление рабочей жидкости; типоразмер и частота вращения насоса; диаметры гидроцилиндров, усилие на штоках гидроцилиндров; типоразмер, частота вращения и крутящий момент гидромоторов.
Кроме того, в соответствии с заданием на курсовую работу в перечне графического материала может быть указано выполнение сборочного чертежа насоса, гидроцилиндра, гидромотора или соответствующего гидроаппарата.
4. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРОПРИВОДА
Основой проектирования гидропривода является разработка принципиальной гидравлической схемы. При проектировании гидравлического привода разрабатывается гидравлическая схема, которая обеспечивает заданный цикл работы гидравлических исполнительных органов, обеспечивая их требуемые силовые характеристики и диапазоны регулирования скоростей движения (рис. 4.1 и 4.2). При этом определяется номенклатура требуемого гидрооборудования и оптимизируется структура гидравлической системы.
Принципиальная гидравлическая схема составляется, начиная от гидродвигателей, при этом выбираются типы гидродвигателей и наносятся на схему, на рабочих гидролиниях изображаются регулирующие и распределительные аппараты (рис. 4.3) в соответствии с циклограммой работы, объединяются соответственно линии напора и слива отдельных участков схемы, определяются места размещения клапанов последовательности и гидроаппаратов для согласования работы отдельных участков схемы, (рис. 4.4 и 4.5), разрабатывается схема насосной установки (рис. 4.6) и определяются места установки манометров, аккумуляторов, фильтров и т.д.
Рис. 4.1. Примеры гидросхем регулирования скорости дросселем на входе
(а), регуляторами расхода на выходе (б) и на ответвлении (в)
Рис. 4.2. Гидросхемы с объемным регулированием тремя
нерегулируемыми насосами (а), нереверсивным регулируемым насосом (б),
реверсивным регулируемым насосом с электрогидравлическим
управлением (в) и с объемно-дроссельным регулированием двумя насосами
и регулятором расхода (г)
Рис. 4.3. Примеры применения гидрораспределителей
в гидравлических схемах
Рис. 4.4. Гидросхема привода с высокогерметичной системой
распределения (Р2 и Р3), независимым регулированием скорости (ДР1 и ДР2),
стабильным положением рабочего органа при отключении системы
(гидрозамок ЗМ) и предохранительным клапаном с разгрузкой системы (КП)
Рис. 4.5. Гидросхема привода с постоянной скоростью рабочего хода
(регулятор расхода РР), распределителем типа 6/3 (Р2), подпорными
клапанами (КД1 и К03), блоком фильтрации (Ф и КД2)
Рис. 4.6. Гидросхемы насосных установок гидропривода: однонасосной
с переливным клапаном (а), двухнасосной с двумя перилевными клапанами
(б), насосно-аккумуляторной (в) и с авторегулируемым насосом (г)
Составленная гидравлическая схема анализируется на безаварийность работы и решаются вопросы техники безопасности при различных нарушениях в работе гидрооборудования. Так, для исключения самопроизвольного движения вертикально расположенных рабочих органов предусматриваются подпорные клапаны, для исключения возможности несовместимых движений вводятся блокировки и т.д.
Важным вопросом является поддержание теплового режима гидропривода, поэтому особое внимание уделяется сокращению энергетических потерь. Температура рабочей жидкости в гидросистемах станков не должна превышать 55°С.
Принципиальная гидравлическая схема вычерчивается без масштаба с соблюдением ГОСТа на условные графические обозначения. Гидравлические двигатели и гидроаппараты изображаются, как правило, в исходном положении. Каждый гидроаппарат и гидроагрегат на принципиальной схеме имеет буквенно-цифровое позиционное обозначение, состоящее из сокращенного наименования и порядкового номера этого элемента на схеме. Напорная, всасывающая и сливная гидролинии изображаются основными чертежными линиями, а гидролинии управления – штриховыми.
Перечень элементов гидропривода оформляется в виде таблицы спецификации элементов принципиальной гидравлической схемы с указанием их позиционных условных обозначений, наименований и обозначений по ГОСТу, количества и основных параметров. Данная таблица размещается на чертеже принципиальной гидравлической схемы над основной надписью.
После составления принципиальной гидравлической схемы производится расчет гидравлической системы привода.
|
|
|
