Выбор гидрораспределителей

ВВЕДЕНИЕ

 

Гидравлические приводы (гидроприводы) и средства гидроавтоматики широко применяются во многих отраслях народного хозяйства. Наибольшее распространение они получили на автомобилях и тракторах, сельскохозяйственных машинах, станках, строительно-дорожных и подъемно-транспортных машинах.

Широкое применение гидравлических приводов обусловлено следующими их достоинствами: высокой удельной мощностью и возможностью создания значительных усилий, возможностью бесступенчатого регулирования скорости, простотой реверсирования и взаимного преобразования вращательного и поступательного движений приводных и исполнительных механизмов, удобством отвода тепла посредством рабочей жидкости, удобством компоновки, высокой степенью типизации и унификации гидравлических устройств, надежным предохранением от перегрузок и др. Повышение технического уровня, сокращение сроков проектирования, повышение качества технического обслуживания и ремонта гидроприводов требуют от инженера глубоких знаний принципов построения гидроприводов, характеристик гидравлических устройств, физического понимания процессов, протекающих в гидроприводах, методик функционального анализа. Получение указанных знаний невозможно без самостоятельной работы студентов, одной из форм которой является курсовое проектирование. Самостоятельная практическая работа студента над темой курсового проекта будет эффективной только в том случае, если обучающийся твердо усвоит основные теоретические положения ранее изучавшегося лекционного материала, успешно выполнит расчетный и лабораторный практикум. Курсовое проектирование способствует практическому закреплению ранее приобретенных знаний и навыков.

 

АНАЛИЗ УСЛОВИЙ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГИДРОПРИВОДА

 

Гидропривод содержит три исполнительных устройства: гидроцилиндр и два гидромотора. В задании указаны условия нагружения гидроцилиндра, момент сопротивления на рабочем органе, приводимом во вращение гидромотороми, а также скорость перемещения штока гидроцилиндра и частота вращения вала рабочего органа. Режим работы гидропривода - средний.

На рисунке 1 приведена циклограмма работы проектируемого гидропривода.

Из приведенной циклограммы видно, что в гидроприводе отсутствует совмещение операций, т.е. цилиндры и гидромотор работают не одновременно, а раздельно.

Температура окружающей среды, при которой должна быть обеспечена работоспособность системы, составляет ±35°С.

 

Рисунок 1- Циклограмма работы гидропривода

 

ВЫБОР НОМИНАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ

 

В настоящее время для увеличения производительности и снижения металлоемкости машин, применяемых при производстве строительно-дорожных работ, требуется повышать рабочее давление жидкости в гидросистеме. Мы для расчетов принимаем давление Рном=20 МПа. (ГОСТ 12445-80).

 

РАСЧЕТ ГИДРОЦИЛИНДРА

 

Мы применяем гидроцилиндры с односторонним штоком, работающим на выдвижение. Диаметр гидроцилиндра определяется по формуле:

 

D ,

 

где Fнаг - усилие на штоке гидроцилиндра, при выталкивании, Н;

 - давление в поршневой полости, Па;

 - давление в штоковой полости, Па;

 - механический КПД гидроцилиндра;

ψ- коэффициент мультипликации.

=2 =74∙10-3 м.

 

В соответствие с ГОСТ 6540-68 диаметр цилиндров округляем в большую сторону. Принимаем D=75∙10-3 м.

При вычислении диаметра механический КПД цилиндра принят равным  [3], коэффициент мультипликации ψ=1,65.

Принимаем объемные КПД цилиндра, распределителя, гидрозамка равными единице (не учитываем утечки рабочей жидкости на этих устройствах), определим подачу насоса, требуемую для питания гидроцилиндра:

 

Qц , (4.2)

 

где D-принятые диаметры гидроцилиндров, расход которых определяется, м;

 - заданная скорость движения штоков гидроцилиндров, м/с;

3.14·(75·10-3) 2 0,06/4= 0,16·10-3 м3/с.

 

ВЫБОР ГИДРОМОТОРОВ

 

Определяем мощность на рабочем органе:

 

440·3,14·600/30=27,6 кВт,

510·3,14·500/30=26,7 кВт,

 

где , - заданные крутящие моменты на валу гидромоторов, Н·м.

Считаем, что гидромоторы с рабочим органом будут соединены через редуктор. Тогда требуемая мощность гидромоторов равна

 

27,6/0,9=30,67 кВт,

26,7/0,9=29,67 кВт.

 

По найденному значению  из [1,3,4] выбираем наиболее близкие по мощности гидромоторы, например, нерегулируемые аксиально-поршневой гидромотор типа 210.20 и аксиально-поршневой гидромотор типа 210.25. Из таблицы [3] выпишем основные технические показатели этих гидромоторов:

ГМШ100-3,

рабочий объем 100 см ,

частота вращения номинальная 25 с-1,

минимальная 8,33 с-1,

номинальный расход 175,5 л/мин,

номинальный крутящий момент 213,83 Н·м,

номинальная эффективная мощность 32,9 кВт,

гидромеханический КПД 0,85,

полный КПД 0,9,

тонкость фильтрации 25 мкм,

Момент на валах гидромоторов.

 

100·10-6·16.5·106·0,87/(2·3,14)=228.58 Н·м,

 

Передаточное число редуктора:

 

=440/(228.58·0,98)=1.964,

=510/(228.58·0,98)=2.28.

 

При определении передаточного числа КПД редуктора принят равным 0,98, так как

 

=440/228.58=1.93,

=510/228.58=2.23.

 

Так как 1.98<8 и 2.23<8, то редуктор одинарный (имеет одну пару зацепления, =0,98). Частота вращения вала гидромоторов.

 

=600·1.964=1178.4 об/мин = 19.64 об/с,

=500·2.28=1140 об/мин = 19 об/с.

 

Действительный расход рабочей жидкости через гидромоторы:

 

=100·10-6 ·19.64/ 0,8 =2.5·10-3 м3/с,

=100·10-6 ·19 / 0,8 =2.4·10-3 м3/с.

 

Примем объемные КПД устройств, установленных между насосом и гидромотором, равными 1. Гидромоторы работают не одновременно, значит действительный расход рабочей жидкости в напорной линии насоса, необходимый для питания гидромоторов, равен 2.5·10-3 м3/с.

 

ВЫБОР ГИДРОНАСОСА

 

В связи с тем, что гидроцилиндр и гидромоторы одновременно не работают (что видно из циклограммы рабочего процесса), подача насоса при работе гидроцилиндра должна быть 0,402·10-3 м3/с, а при работе гидромотора -1,454·10-3 м3/с.

Для обеспечения указанных подач целесообразно использовать регулируемый насос, например аксиально-поршневой насос типа 207.32[3]. Основные характеристики этого насоса следующие:

номинальная подача 205.2 л/мин (3.42·10-3 м3/с),

номинальное давление на выходе 20МПа,

КПД на номинальном режиме: полный - 0,91,

объемный - 0,93,

номинальная тонкость фильтрации 40 мкм.

Насос подходит по номинальному давлению, так как принятое номинальное давление в системе равно номинальному давлению насоса. Диапазон изменения подачи выбранного насоса охватывает требуемые значения, необходимые для питания цилиндра и моторов.

 

ВЫБОР ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЕЙ

 

Проектируемая схема содержит три контура управления. В двух контурах установлено по гидромотору, а в третьем - гидроцилиндр. В схеме реализована параллельная схема управления. В нейтральной позиции распределителей предусматривается разгрузка насоса. Для управления тремя контурами необходимо, чтобы распределитель имел три золотника. В корпусе распределителя устанавливается также предохранительный клапан. Конструктивное исполнение распределителя может быть секционным или моноблочным. Установим в проектируемую систему секционный распределитель, содержащий пять секций. Обозначение и характеристики секций следующие: 20-напорная с обратным клапаном и предохранительным клапаном прямого действия; 01-рабочая трехпозиционная с двумя запертыми отводами (две одинаковых секции используем для управления гидромоторами); 05-рабочая трехпозиционная с двумя запертыми отводами, с блоком предохранительных клапанов (используем для управления гидроцилиндром); 30-сливная.

Обозначение гидрораспределителя: Р25 25-20-01-01-05-30. Потери давления на распределителе: при управлении гидромотором = 0,4 МПа, а при управлении гидроцилиндром = 0,1МПа.

 

ВЫБОР ГИДРОЗАМКА

 

В линию управления поршневой полостью цилиндра установлен односторонний гидрозамок типа 541.12 [4]

условный проход 12мм,

номинальный расход 1,05·10-3 м3/с,

номинальное давление 25МПа.

 

ВЫБОР ГИДРОБАКА

 

Требуемая максимальная подача насоса составляет 2.5·10-3 м3/с=150 дм3/мин. Объем гидробака должен составлять не менее одной трети минутной подачи насоса, то есть =0,3·150=45 дм3. С учетом требований ГОСТ 16770-71 округляем полученное значение объема бака и принимаем номинальную вместимость гидробака =60дм3. Бак заполняется рабочей жидкостью на 0,8· , то есть объем масла в баке =0,8·60=48дм3.

 

ВЫБОР ФИЛЬТРА

 

Наиболее дорогостоящими устройствами проектируемой схемы являются гидромотор и гидронасос. Заводы - изготовители этих устройств рекомендуют обеспечить тонкость фильтрации, равную 40 мкм. Установим в проектируемой системе полнопоточный фильтр на сливе рабочей жидкости [3]. Обозначение фильтра 1.1.32-25(ОСТ 22-883-75). Технические характеристики фильтра: =32 мм, =100дм3/мин, δ=25мкм, =0,63 МПа, потеря давления =0,06 МПа.

Учитывая, что при работе гидромотора через фильтр будет проходить наибольший расход, равный 150 дм3/мин, потеря давления на фильтре составит = 150·0,06 / 100 = 0,09 МПа.

ВЫБОР ТРУБОПРОВОДОВ

 

Выбор трубопроводов сводится к определению их внутренних диаметров, длин, толщины стенок, выбору типа трубопровода. На рисунке 2 приведена расчетная схема гидропривода.

 

Рисунок 2 - Расчетная схема гидропривода

 

Рисунок 3 - Расчетная схема гидропривода при работе гидромоторов

 

Определим диаметр всасывающего трубопровода на участке 1′-1′′. Рекомендуемая скорость на всасывающем трубопроводе =1,2 м/с.

Максимальный расход жидкости на этом участке Q=2.5·10-3 м3/с (при работе гидромоторов). Диаметр всасывающего трубопровода

 

=51.52·10-3 м = 51.52мм.

 

Участок 2′-2′′ - напорный: рекомендуемая скорость движения жидкости =5,5 м/с. Максимальный расход жидкости равен Q=2.5·10-3 м3/с. Диаметр трубопровода равен

 

= 24.06·10-3 м.

 

Участок 9′-9′′ - сливной: рекомендуемая скорость движения жидкости =2 м/с. Максимальный расход жидкости равен Q=2.5·10-3 м3/с. Диаметр трубопровода равен

 

= 39.9·10-3 м.

 

При выдвижении штока гидроцилиндра Ц1 на участке 3′-3′′ расход равен Q = 0,16·10-3 м3/с, а на участке 4′-4′′ расход меньше в ψ раз (ψ - коэффициент мультипликации). В связи с тем, что при втягивании штока расход будет равен 0,16·10-3 м3/с на участке 4′-4′′, для этих участков принят одинаковый расход 0,16·10-3 м3/с: участки 3′-3′′, 4′-4′′ - напорные (Ц1): рекомендуемая скорость движения жидкости =5,5 м/с. Максимальный расход жидкости равен Q = 0,16·10-3 м3/с. Диаметр трубопровода равен

 

= 6.09·10-3 м = 6.09 мм.

 

Участки 5′-5′′, 6′-6′′ - напорные (М1): рекомендуемая скорость движения жидкости =5,5 м/с. Максимальный расход жидкости равен Q = 2.5·10-3 м3/с. Диаметр трубопровода равен

 

= 24.06·10-3 м = 24.06 мм.

 

Участки 7′-7′′, 8′-8′′ - напорные (М2): рекомендуемая скорость движения жидкости =5,5 м/с. Максимальный расход жидкости равен Q = 2.4·10-3 м3/с. Диаметр трубопровода равен

 

= 22.65·10-3 м = 22.65 мм.

 

Результаты расчетов трубопроводов приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 - Результаты расчета трубопроводов

Номер участка	Тип трубопровода	Рекомендуемая скорость жидкости, м/с	Максимальный расход Q, м3/с	Диаметр d, мм		Длина участка l, м
				Расчетный	Принятый
1′-1′′	всасывающий	1,2	2.5·10-3	51.52	52	0,5
2′-2′′	напорный	5,5	2.5·10-3	24.06	25	1
3′-3′′	-//-	-//-	0.6·10-3	6.09	7	2
4′-4′′	-//-	-//-	0.16·10-3	6.09	7	2
5′-5′′	-//-	-//-	2.5·10-3	24.06	25	2,5
6′-6′′	-//-	-//-	2.5·10-3	24.06	2518	2,52,5
7′-7′′	-//-	-//-	2.4·10-3	22.65	23	2,5
8′-8′′	-//-	-//-	2.4·10-3	22.65	23	2,6
9′-9′′	сливной	2	2.5·10-3	39.9	42	1,2

 

ВЫБОР РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ

гидропривод гидронасос давление вал

Температурные условия эксплуатации гидропривода ±35°С. Следовательно, применяемые масла должны обеспечить работоспособность гидропривода при указанных значениях температуры окружающей среды. С целью снижения эксплуатационных затрат в качестве рабочей жидкости выбираем всесезонное минеральное масло марки ВМГЗ [1] (плотность ρ = 865 кг/м3).

Кинематическая вязкость масла ВМГЗ при температуре 60°С равна 8·10-6 м2/с. Учитывая, что минимальное значение кинематической вязкости для выбранного гидронасоса 207.32 равно 8·10-6 м2/с, предельное значение рабочей температуры масла 60°С.

 

12Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: