Гідравлічний розрахунок гідроприводу

 















Гідравлічний розрахунок гідроприводу


1. Завдання на курсовий проект


1.1Постановка завдання


Гідропривід із замкнутою циркуляцією приводить в обертання лебідку. При роботі гідроприводу мають місце втрати робочої рідини в його елементах. Для її компенсації в схему гідроприводу включений допоміжний насос 4, який здійснює підкачку рідини у всмоктувальну лінію основного насоса 1. Допоміжний насос включається в роботу автоматично при падінні робочої подачі основного насоса на .


1.2Вихідні дані


Ефективний тиск гідро двигуна……………………….…..pеф

Крутний момент на валу лебідки…………………….…М

Частота обертання вала гідродвигуна…………………….…n

Загальна довжина трубопроводів………………………….…L

Падіння подачі основного насоса…………………….…………

Температура робочої рідини……………………………….….Т

Коефіцієнт корисної дії основного насоса…………………….….hн

Коефіцієнт корисної дії гідродвигуна…………………….hд

Кількість поворотів труб під ?=60о……………………………. п1

Кількість поворотів труб під ?=90о…………………………. п2


Таблиця 1.1 - Числові значення вихідних даних

Робоча рідина (масло)Реф, МПаМ, Н мn, об/хвL, м,

%Т,

оСhнhдп1п2Веретенне АУ1,0271000178,4570,830,8535

.3Перелік розрахункових питань


ØВизначити діаметри труб.

ØПровести механічний розрахунок труб і підібрати їх по ГОСТ-у.

ØВизначити втрати напору на дільницях трубопроводів.

ØРозрахувати підвищення тиску в гідросистемі, якщо зупинка гідродвигуна відбувається на протязі 0,4 с.

ØРозрахувати конструктивні параметри шестеренного гідродвигуна для приводу лебідки.

ØВизначити робочі параметри основного і допоміжного насосів.

ØВизначити коефіцієнт корисної дії гідроприводу.

ØВиконати креслення схеми і одного з елементів гідроприводу.


2. Визначення діаметрів труб


2.1Методика розрахунку


Всі присутні в гідроприводах гідромашини, а також агрегати управління і допоміжна апаратура зєднанні між собою трубопровідними лініями.

Умовно розбиваємо гідропривід на чотири основних ділянки:

І - напірна, від основного насосу до гідродвигуна;

ІІ - всмоктувальна, від гідродвигуна до основного насосу;

ІІІ - напірна лінії підкачки;

ІV - всмоктувальна лінії підкачки, від гідробаку до допоміжного насосу.

Діаметр в трубопровідних ліній визначається за формулою:



де Q - витрата рідини;- середня швидкість.

Витрата рідини Q, для гідроприводу обертового руху визначається за формулою:



де М - крутний момент на валу гідродвигуна;

? - кутова швидкість гідродвигуна;

?p - робочий перепад тиску на двигуні (ефективний тиск pеф)

?д - обємний коефіцієнт корисної дії гідродвигуна.

Витрату рідини для лінії підкачки визначається:



Кутову швидкість визначимо із залежності:



де ? = 3,14;- частота обертання гідродвигуна.

Розрахункова товщина стінки труб визначається за формулою:



де m - відхилення по діаметру труби, приймаємо m=0,1 мм;

р - максимальний робочий тиск в гідроприводі, приймаємо р=2pеф;- допустимі відхилення товщини стінки, приймаємо n=0,9;- діаметр труби;

- допустима напруга матеріалу труби на розрив, приймаємо для сталі =140 МПа.


2.2Механічний розрахунок труб


Розраховуємо кутову швидкість гідродвигуна:

Орієнтовно вибираємо швидкості руху рідини на ділянках гідроприводу:

Розраховуємо витрати рідини на ділянках гідроприводу:

Визначаємо необхідні діаметри труб на ділянках гідроприводу, які забезпечать необхідну витрату для прийнятої швидкості руху рідини:

Розраховуємо товщину стінок труб, яка забезпечить їх міцність на розрив від тиску в системі:


2.3Підбір труб згідно ГОСТ 8734-75


В даному гості наведений сортамент стальних, безшовних холодно-тянутих труб.

Підбираємо труби для кожної ділянки гідроприводу.

Ділянка І - тонкостінні:

Ділянка ІІ - тонкостінні:

Ділянка ІІІ - тонкостінні:

Ділянка ІV - тонкостінні:

Уточнюємо швидкості руху рідини в трубах гідроприводу:



3. Визначення втрат напору на дільницях трубопровідної системи


3.1Методика розрахунку


Втрати напору визначаються сумою втрати від тертя (по довжині труби) і втрати в місцевих опорах



Втрати напору від тертя визначаються за формулою Дарсі:



де ? - коефіцієнт гідравлічного опору;- довжина трубопровідної лінії, м;- внутрішній діаметр труби, м;

? - швидкість робочої рідини в лінії м/с.

Для визначити коефіцієнта гідравлічного опору треба знати який режим руху і яка зона тертя.

Для цього знайдемо число Рейнольда за формулою:



де ? - швидкість рідини в лінії;

? - кінематична вязкість рідини при робочій температурі.

Якщо , то режим руху ламінарний, і коефіцієнт гідравлічного опору знаходиться за формулою:


Якщо , режим руху турбулентний, знаходимо перехідні числа Рейнольдса ReI і ReII за формулами:



де d - внутрішній діаметр труби, мм;

?е - середнє значення еквівалентної шорсткості, мм (Т.4.2 ст. 112).

Якщо - зона гладкостінного тертя, то коефіцієнт гідравлічного опору знаходиться за формулою Блазіуса:



Якщо - зона змішаного тертя, то коефіцієнт гідравлічного опору знаходиться за формулою Альтшуля:



Якщо - зона шорсткого тертя, то коефіцієнт гідравлічного опору знаходиться за формулою:



Втрати напору в місцевих опорах обчислюються за формулами Вейсбаха:



де ? - коефіцієнт місцевого опору;

? - швидкість робочої рідини лінії, м/с.

При проведенні гідравлічних розрахунків параметри робочої рідини необхідно привести до відповідних температурних умов в процесі експлуатації гідроприводу.

Густину рідини при робочій температурі t визначаємо за формулою



де ?о - густина рідини при температурі tо, кг/м3;

? - коефіцієнт температурного розширення рідини приймаємо ?=7·10-4 град-1;- температура рідини в процесі роботи гідроприводу;о - температура рідини при якій задана густина ?о.

Також для подальших розрахунків нам необхідно знайти коефіцієнт кінематичної вязкості при робочій температурі. Коефіцієнт кінематичної вязкості при робочій температурі визначаємо за формулою


де ?о - коефіцієнт кінематичної вязкості;- основа натурального логарифма;- стала степені (показник віскограми);- робоча температура рідини;о - температура при якій відомий коефіцієнт вязкості ?о.

Показник віскограми знаходиться за формулою:



де ? і ?о - відомі значення кінематичної вязкості рідини;і tо - відповідні температури при яких відомі значення кінематичної вязкості.


3.2Розрахунок втрат напору на дільницях трубопровідної системи


Визначаємо густину рідини при робочій температурі t=57о С. Для нашого випадку робоча рідина - масло веретенне АУ при температурі tо=50о С має густину ?о=892 кг/м3, тоді:

Визначаємо коефіцієнт кінематичної вязкості при робочій температурі.

З додатку В ст. 71, маємо що при температурах

Знаходимо показник віскограми:

Коефіцієнт кінематичної вязкості:

Для визначення втрат на ділянках трубопровідної системи необхідно прийняти довжини для кожної з них, виходячи з загальної дожини трубопроводів (L=17.м) і рекомендацій по співвідношення довжин ланок системи. Отже приймаємо:

Ділянка LIII в свою чергу має одинарну і розгалужену частини:

Øвід допоміжного насоса до трійника

Øвід трійника до основного кола гідроприводу

Аналіз напірної ділянки - І

А) Втрати напору від тертя

Визначаємо число Рейнольдса

Оскільки то режим руху турбулентний.

- зона змішаного тертя, тоді:

Отже втрати від тертя будуть рівними:

В) Втрати напору в місцевих опорах

Ділянка І містить:

Ø1 кутник (?=90о) - ?=1,32;

Ø1 кутник (?=60о) - ?=0,56;

Ø1 трійник - ?=0,32;

Втрати напору в місцевих опорах:

Загальні втрати напору першої ділянки:


Рисунок 3.1 - Схема розбиття труб гідроприводу на відповідні ділянки


Аналіз всмоктувальної ділянки - ІІ

А) Втрати напору від тертя

Визначаємо число Рейнольдса

Оскільки то режим руху турбулентний.

- зона гладкостінного тертя, тоді:

Отже втрати від тертя будуть рівними:

В) Втрати напору в місцевих опорах

Ділянка ІІ містить:

Ø1 кутник (?=90о) - ?=1,32;

Ø1 трійник - ?=0,32;

Втрати напору в місцевих опорах:

Загальні втрати напору другої ділянки:

Аналіз напірної ділянки - ІІІ

А) Втрати напору від тертя

Визначаємо число Рейнольдса (для ділянок )

Оскільки то режими руху турбулентні.

- зона змішаного тертя, тоді:

- ламінарний режим, тоді:

Отже втрати від тертя будуть рівними:

В) Втрати напору в місцевих опорах


Ділянка ІІІ містить: Ø 1 кутник (?=90о) - ?=1,32; Ø 2 трійники - ?=0,32;Ділянка ІІІ' і ІІІ'' містить: Ø 1 кутник (?=60о) - ?=0,56; Ø 1 трійник - ?=0,32; Ø 1 зворотний клапан - ?p

Втрати напору в місцевих опорах:

Втрати від перепаду тиску в зворотному клапані:



Загальні втрати напору третьої ділянки:



Аналіз всмоктувальної ділянки - ІV

А) Втрати напору від тертя

Визначаємо число Рейнольдса:

Оскільки то режими руху ламінарний.

Отже втрати від тертя будуть рівними:

В) Втрати напору в місцевих опорах

Ділянка ІV містить:

Ø1 вхід в трубу з резервуару - ?=0,5;

Ø1 фільтр - ?p.

Втрати напору в місцевих опорах:

Втрати від перепаду тиску у фільтрі:



Загальні втрати напору на четвертій ділянці:



4. Розрахунок підвищення тиску в гідросистемі від зупинки гідродвигуна


Необхідно розрахувати підвищення тиску в гідросистемі, якщо зупинка гідродвигуна відбувається на протязі 0.4 с.

Спочатку знайдемо з якою швидкістю розповсюджується ударна хвиля. Цю швидкість можна знайти за формулою:



де к - модуль пружності рідини, Па;

? - густина рідини, кг/м3;- внутрішній діаметр труби, мм;

? - товщина стінки труби, мм;

Е - модуль пружності матеріалу труби, Па.

В нашому випадку модуль пружності трансформаторного масла дорівнює к=1.72 109 Па; густина Веретенного масла при робочій температурі становить ; внутрішній діаметр напірної труби (тому, що гідравлічний удар буде спостерігатися саме в напірній лінії) становить dн=38 мм; товщина стінки напірної труби ; модуль пружності вуглецевої сталі, з якої виготовлена труба становить Е=206 109 Па.

Знайдемо швидкість розповсюдження ударної хвилі:

Тепер визначаємо, який вид гідравлічного удару ми будемо мати - прямий чи непрямий. Якщо фаза гідравлічного удару буде більшою, ніж час зупинки гідродвигуна то буде мати місце прямий гідравлічний удар. А якщо фаза гідравлічного удару буде меншою, ніж час зупинки гідродвигуна то буде мати місце непрямий гідравлічний удар.

Фазу гідравлічного удару визначаємо за формулою:



де l - довжина напірної лінії, м;

С - швидкість розповсюдження ударної хвилі, м/с.

Як бачимо з розрахунку фаза гідравлічного удару значно менша, ніж час зупинки гідродвигуна Отже маємо справу з непрямим гідравлічним ударом.

Тепер знайдемо підвищення тиску в гідросистемі при непрямому гідравлічному ударі за формулою:



де ? - густина трансформаторного масла при робочій температурі, кг/м3;

- швидкість рідини в напірній лінії, м/с;- довжина напірної лінії, м;3 - час зупинки гідродвигуна, с.

Отже, при зупинці гідродвигуна на протязі 0.2 с тиск зросте на величину:

При розрахунку труб ми максимальний тиск в системі підвищували на 1 МПа, тому підвищення тиску в системі на таку незначну величину не призведуть до розривів в системі.

труба тиск гідродвигун гідравлічний

5. Розрахунок конструктивних параметрів шестеренного гідродвигуна для приводу лебідки


5.1Загальні відомості та будова шестеренного гідродвигуна


Шестеренні гідродвигуни конструктивно є простими, компактними, надійними, здатними до перевантажень та недорогими. Як недоліки цього типу гідродвигунів слід відзначити шум при роботі та малий обємний ККД, особливо при малій вязкості робочої рідини.


Рисунок 5.1 - Схема шестеренного гідродвигуна з зовнішнім зачепленням

На рисунку 5.1 наведена принципова схема шестеренного гідродвигуна із зовнішнім зачепленням зубців. Головним його елементом є два зубчаті колеса 1 з однаковою кількістю зубців z, шириною b, та діаметром початкового кола Dn, які розміщенні у корпусі 2 мі двома щільно притиснутими торцевими дисками 3.

Стиснута робоча рідина підводиться в патрубок А. Під дією високого тиску рідина тисне на зубці коліс, що приводить їх в рух. Зубці, виходячи із зачеплення, збільшують обєм камери, відбувається розширення робочої рідини, тиск зменшується - виконується корисна робота.

Робоча рідина заповнює впадини між зубцями і переноситься ними на протилежну сторону. Тут відбувається зменшення камери при входженні зубців шестерень у зачеплення. Далі рідина потрапляє через патрубок B в всмоктувальну лінію основного насосу.


5.2Розрахунок параметрів гідродвигуна


В даному розділі необхідно спроектувати шестеренний гідродвигун який забезпечив би нормальну роботу лебідки. Вихідними даними будуть наступні величини:

-витрата робочої рідини в гідродвигуні - Qд = 3,325·10-3 м3/с;

-коефіцієнт корисної дії гідродвигуна - hд = 0,85;

-обертання вала гідродвигуна - n = 1000 об/хв;

Теоретичну витрату ідеального гідродвигуна шестеренчастого типу можна визначити через його геометричні параметри:



де m - модуль зубчастого зачеплення, мм;- кількість зубців шестерень;- ширина шестерні, мм;- частота обертання шестерень (вала), об/хв.

З другого боку теоретичну витрату можна визначити знаючи дійсну витрату і обємний ККД гідродвигуна:



Для двигунів даного типу кількість зубців шестерень назначають в залежності від необхідної плавності роботи двигуна (при збільшенні числа зубців шестерень плавність роботи покращується). Зазвичай кількість зубів не перевищує 12-14. В нашому випадку приймаємо Z=10, а модуль m=7 мм.

Тоді діаметр початкового кола шестерень:



Висота зубців:

Ширину шестерень визначимо з виразу теоретичної витрати, при відомих інших параметрів даної залежності:



За підібраними і розрахованими геометричними параметрами шестеренного гідродвигуна виконуємо креслення, яке приведене в графічній частині курсового проекту.


6. Визначення робочих параметрів насосів в системі


6.1Розрахунок основного насосу


Необхідний тиск основного насоса для нормальної роботи гідроприводу визначаємо за формулою:



де - необхідний робочий тиск на гідродвигуні;

- втрати тиску в колі основного насосу.

Необхідний робочий тиск на гідродвигуні (ефективний):



Втрати в колі основного насосу складають:



де ? - густина рідини при робочій температурі, кг/м3;

- втрати напору на ділянках І і ІІ, м.

Отже, необхідний тиск насоса буде становити:

Необхідна подача, яку повинен створити насос рівна фактичній витраті гідродвигуна:

Визначаємо робочий обєм насоса за формулою:


де Q - подача основного насосу, см3/с;- частота обертання вала насоса (стандартна частота асинхронного двигуна n=1450 об/хв).

Отже, робочий обєм насоса буде становити:


6.2Розрахунок допоміжного насосу


Необхідний тиск допоміжного насоса, який забезпечує підкачку рідини в коло основного насосу визначаємо аналогічно:



де - необхідний робочий тиск на гідродвигуні;

- втрати тиску в лінії допоміжного насосу.

Необхідний робочий тиск на гідродвигуні (ефективний):



Втрати в лінії допоміжного насосу складають:



де ? - густина рідини при робочій температурі, кг/м3;

- втрати напору на ділянках ІІ і ІV, м.

Отже, необхідний тиск насоса буде становити:

Подача, яку створює насос повинна забезпечити нестачу витрати рідини в основному колі при спаді подачі основного насосу



де Qд - витрата робочої рідини на гідродвигуні, м3/с;

?q - падіння подачі основного насосу, %.

Визначаємо робочий обєм насоса за формулою:



де Q - подача допоміжного насосу, см3/с;- частота обертання вала насоса (стандартна частота асинхронного двигуна n=1450 об/хв).

Отже, робочий обєм насоса буде становити:


7. Визначення коефіцієнта корисної дії гідроприводу


Оцінка ефективності роботи гідроприводів проводиться на основі коефіцієнта корисної дії гідроприводу, який визначається співвідношенням:



де - корисна потужність гідродвигуна, Вт;

- потужність, що споживається насосом, Вт.

Для гідродвигуна обертового руху



де М - момент на валу гідродвигуна, Н·м;

? - кутова швидкість, рад/с.

Тоді:

Потужність, яку використовує основний насос при роботі на гідропривід визначається за формулою:



де - робочий тиск насоса, Па;

- подача насоса, м3/с;

- коефіцієнт корисної дії насоса (приймаємо 0,8).

Згідно характеристики вибраного нами насоса маємо:

Отже, коефіцієнт корисної дії гідроприводу буде:


Висновок


Використання гідроприводів спрощує, як правило, рішення багатьох задач, вчасності значно спрощує автоматизацію виробничих процесів і підвищує якість машин, дозволяє значно зменшити їх вагу і габарити. Остання перевага має особливо важливе значення для сухопутних, водяних і повітряних транспортних машин, установок гірничої та вугільної промисловості, будівельних і дорожніх машин та ін.

Важливу роль гідроприводи відіграють також в технічному процесі різних машин стаціонарного типу. Так, наприклад, в металообробних верстатах вирішуються питання автоматизації механічних процесів, а саме - автоматизації операцій обробки деталей по шаблонах.

Шестеренні гідродвигуни конструктивно є простими, компактними, надійними, здатними до перевантажень та недорогими. Як недоліки цього типу гідродвигунів слід відзначити шум при роботі та малий обємний ККД, особливо при малій вязкості робочої рідини.

Стиснута робоча рідина підводиться в патрубок А. Під дією високого тиску рідина тисне на зубці коліс, що приводить їх в рух. Зубці, виходячи із зачеплення, збільшують обєм камери, відбувається розширення робочої рідини, тиск зменшується - виконується корисна робота.

Робоча рідина заповнює впадини між зубцями і переноситься ними на протилежну сторону. Тут відбувається зменшення камери при входженні зубців шестерень у зачеплення. Далі рідина потрапляє через патрубок B в всмоктувальну лінію основного насосу.


Література


1 Гідравліка. Збірник задач і вправ. Навчальний посібник. Ч 2. Л.В. Возняк, Р.Ф. Гімер. Івано-Франківськ, 2009 р.

Гідравліка. Збірник задач і вправ. Навчальний посібник. Ч 1. Л.В. Возняк, Р.Ф. Гімер. Івано-Франківськ, 1997 р.

Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. Учебник для машиностроительных вузов. Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Нерасов и др. Изд. 2-е, перераб. Москва, «Машиностроение», 1982 г.

Курсова робота. Гідравліка, гідропривід і гідропневмоавтоматика обланнання. М. Мердух. Івано-Франківськ, 2010 р.



Гідравлічний розрахунок гідроприводу 1. Завдання на курсовий проект 1.1Постановка завдання

Больше работ по теме:

КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]

Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение

Скачать      Реферат

ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ