 |
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 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 
, (4.1)
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.
D 
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;
Q 
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,
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 12 мм,
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=25 мкм,
=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.
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 = 51.52 мм.
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 | |
| Расчетный | Принятый | ||||
| 1′-1′′ | всасывающий | 1,2 | 2.5·10-3 | 51.52 | 52 |
| 2′-2′′ | напорный | 5,5 | 2.5·10-3 | 24.06 | 25 |
| 3′-3′′ | - // - | - // - | 0.6·10-3 | 6.09 | 7 |
| 4′-4′′ | - // - | - // - | 0.16·10-3 | 6.09 | 7 |
| 5′-5′′ | - // - | - // - | 2.5·10-3 | 24.06 | 25 |
| 6′-6′′ | - // - | - // - | 2.5·10-3 | 24.06 | 25 18 |
| 7′-7′′ | - // - | - // - | 2.4·10-3 | 22.65 | 23 |
| 8′-8′′ | - // - | - // - | 2.4·10-3 | 22.65 | 23 |
| 9′-9′′ | сливной | 2 | 2.5·10-3 | 39.9 | 42 |
Выбор рабочей жидкости
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.
|
|
|
