Расчет гидропривода подающей части угольного комбайна

 

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА «ЭНЕРГОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ»

Курсовая работа

Тема: «Расчет гидропривода подающей части угольного комбайна»

Выполнил студент гр. КПМО

Проверилк.т.н, доц.Геммерлинг О.А.

Донецк - 20 г.

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА «ЭНЕРГОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ»

УТВЕРЖДАЮ:

Руководитель работы

__________

«____» _______________ 20 г.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Студент ., группа КПМО-

Тема работы: «Расчет гидропривода подающей части угольного комбайна»

Исходные данные: момент на валу гидромотора Мд = 300 Н·м,

частота вращения вала nд = 150 мин-1,

длина гидролиний lн = lв = 0,5÷0,7 м,

начальный момент сопротивления Мс.о = 220 Н·м,

показатель изменения нагрузки К = 0,4 Н·м/мин-1

Срок сдачи работы_____________________

Дата выдачи задания ____________ Студент ____________________

Реферат

Курсовая работа: 24 страниц, 4 рисунка, 1 таблица, 4 источника.

Цель: составить гидравлическую схему, рассчитать и выбрать все элементы гидропривода подающей части угольного комбайна.

Объект: гидропривод подающей части угольного комбайна.

В курсовой работе проведен расчет составленной гидросхемы механизма подачи угольного комбайна, выбраны гидромотор МР-0,25/10, основной регулируемый насос НАС, рассчитаны и выбраны диаметры напорной гидролинии (внутренний 16 мм) и подкачной (внутренний 8 мм), рассчитаны потери давления в гидролиниях, построены линии абсолютного давления в гидроприводе, построены моментные характеристики гидромотора, определены рабочие режимы насоса, определено КПД гидропередачи изменение которого во всех режимах работы достигает 14%, что свидетельствует о неэкономичности регулирования.

НАСОС, ГИДРОПЕРЕДАЧА, ГИДРОМОТОР, ДАВЛЕНИЕ, ПОДАЧА, ГИДРОЛИНИЯ

Содержание

Введение

. Составление и анализ схемы

. Выбор гидромашин и рабочей жидкости

. Выбор гидроаппаратуры и вспомогательных устройств

. Расчёт гидролинии и потерь давления

. Линия абсолютного давления в гидроприводе

. Сила давления на колено трубы

. Давление срабатывания предохранительного клапана

. Проверка насосов на кавитацию

. Моментные характеристики

. Рабочие режимы гидромотора

. Рабочие режимы насоса

. КПД гидропередачи

. Эксплуатация и ТБ

Выводы

Список источников

Введение

Создание современных средств механизации и авторизации в настоящее время немыслимо без широкого применения гидропривода, особенно объёмного. Объёмный гидропривод имеет по сравнению с электромеханическим приводом ряд преимуществ: надёжное ограничение величины действующего усилия простыми средствами, возможность осуществления больших передаточных чисел при относительно не больших диапазонах бесступенчатого регулирования скоростей исполнительных органов в широком диапазоне; лёгкость преобразования вращательного движения в поступательное, значительное упрощение автоматического программного и дистанционного управления. Свободное расположения в пространстве валов и осей приводных органов, возможность ограничения динамических нагрузок, плавный пуск и наращивание скоростей под нагрузкой.

Гидропривод - это совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель.

К основным преимуществам гидропривода относятся: возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки; простота управления и автоматизации; простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена; большая передаваемая мощность на единицу массы привода; надежная смазка трущихся поверхностей при применении минеральных масел в качестве рабочих жидкостей.

К недостаткам гидропривода относятся: утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления; нагрев рабочей жидкости, что требует применения специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты; более низкий КПД (по приведенным выше причинам), чем у сопоставимых механических передач.

Сейчас трудно назвать область техники, где бы ни использовался гидропривод. Эффективность, большие технические возможности делают его почти универсальным средством при механизации и автоматизации различных технологических процессов.

1. Составление и анализ схемы

Гидравлическая схема гидропривода подающей части угольного комбайна представлена на рис. 1.

Рисунок 1. Гидравлическая схема гидропривода: 1 - бак подпиточной линии; 2 - приемный фильтр; 3 - подпиточный насос; 4 - предохранительный клапан; 5 - обратный клапан; 6 - реверсивный гидромотор; 7 - реверсивный насос

Представленная гидравлическая схема является замкнутой, в которой для подпитки используется вспомогательный насос. В системе кроме основного оборудования - насосы и гидромотор используется дополнительное - фильтры для очистки рабочей жидкости, обратные клапана для обеспечения движения потока в одном направлении в гидролинии где он установлен, предохранительные клапаны во избежание критического повышения давления в системе.

1.1Выбор стандартного давления

При выборе давления гидроприводов руководствуемся техническими характеристиками серийно выпускаемых гидромашин и гидроаппаратов, которые входят в гидравлическую систему и которые предлагаем использовать в проектировании гидропривода. Стандартные давления нормированы ГОСТ12445-80. В данном случае принимаем давление серийно выпускаемых машин 10 МПа.

2. Выбор гидромашин и рабочей жидкости

.1 Основные механические характеристики гидромотора

По значениям момента на валу Мд = 300 Н?м и частоте вращения nд= 150 мин-1, при принятом стандартному давлению Рд =10 МПа, выбираем серийно производимый гидромотор типа МР-0,25/10:

рабочий объем 250 см³/об; номинальное давление 10 МПа;

номинальный крутящий момент 380 Нм;

частота вращения 8 - 240 об/мин;

КПД объемный 0,94 общий 0,89.

Необходимая мощность:

д.в. = Мд·?д ,

где ?д - угловая скорость вращения

?д = = 15,7 рад/с,

р.в = 300?15,7= 4710 Вт = 4,71 кВт.

Необходимый расход гидромотора

д =qд·nд/?д?о,

где qд- рабочий объём гидромотора; nд?о-объёмный КПД

Qд= 250?150 /0,94 = 0,0399 м³/мин = 40 л /мин

2.2 Выбор насоса

По давлению Р=(1,03÷1,05)Рд = 10,5 МПа и Qн ? 40 л/мин выбираем регулируемый насос НАС:

рабочий объем 40 см³/об;

подача номинальная 56,5 л/мин, минимальная 6 л/мин;

давление номинальное 20 МПа;

КПД объемный 0,95, полный 0,89;

давление на всасе до 0,02 МПа.

Необходимая подача подкачного насоса

л/мин.

Подкачной насос будет выбран после выбора фильтра и обратного клапана и определения суммарный потерь на этих элементах.

.3 Выбор рабочей жидкости

Выбираем минеральное масло индустриальное: И-45А ГОСТ 1707-51.

3. Выбор гидроаппаратуры и вспомогательных устройств

.1 Фильтр грубой очистки

Для очистки рабочей жидкости от крупных примесей выбираем приемный фильтр типа 0,16 с41-23:

тонкость очистки 160 мкм;

пропускная способность 25 л/мин;

потери давления 0,015-0,02 МПа.

.2 Обратные клапаны

Предназначены для пропускания жидкости по магистрали в одном направлении. Выбираем клапаны типа Г 51-22:

- расход номинальный 18 л/мин;

давление номинальное 20 МПа;

перепад давления 0,2 МПа;

утечка масла 5 см3/мин.

Необходимое давление подкачного насоса 0,2+0,02 = 0,22 МПа.

Выбираем подкачной пластинчатый насос БГ12:

номинальное давление 12,5 МПа;

номинальная подача 12 л/мин;

КПД объемный 0,72, общий 0,61.

4. Расчет гидролинии и потерь давления

.1 Расчетный диаметр труб

dp = ,

где Vo - оптимальная скорость рабочей жидкости: для напорных гидролиний Vo = 3-5 м/с.

Напорные гидролинии, расход 40 л/мин = 0,00067 м³/с:

dp.нап = = 0,015 м.

Подкачная гидролиния, расход 12 л/мин = 0,0002 м³/с:

dp.нап = = 0,008 м.

.2 Расчет толщины стенки трубы

гидромашина давление клапан насос

Напорный и всасывающий трубопровод взаимообратимые, т.к. насос и гидромотор реверсивные.

Необходимая расчетная толщина стенки трубы:

dр = d1 + d2,

где d1 - часть толщины, обеспечивающая достаточную прочность;

d2 - часть толщины, обеспечивающая необходимую долговечность трубы.

Согласно ГОСТ 3845-75

d1 = =

где Рр = 1,25Р - расчетное давление на прочность

sдоп - допустимое напряжение, равное 40% от временного сопротивления разрыву; для наиболее распространенных сталей для труб sв = 350-420 МПа;

d2 - принимаем равным 1,0 мм, полагая, что скорость коррозии равна 0,2 мм/год, а срок службы установки 5 лет.

По условиям механической прочности d ³ 2 м.

Напорные гидролинии:

d1 = = 0,00056 м

dр = 0,56+ 1 = 1,56 мм;

Подкачная гидролиния

d1 = = 0,0003 м

dр = 0,3+ 1 = 1,3 мм.

Окончательно внутренний диаметр труб d, наружный dн и толщину d выбираем по ГОСТ 8734-78.

Напорная гидролиния -d = 16 мм, dн = 20 мм, d = 2 мм; подкачная гидролиния - d = 8 мм, dн = 12 мм, d = 2 мм.

.3 Расчет потерь давления

Для определения сопротивления общего участка и для построения лини пьезометрического напора потери давления рекомендуется рассчитывать при расходе, соответствующему номинальной подаче насоса.

Потери давления в гидролиниях по длине

Скорость жидкости в гидролинии:

= .

Напорные - номинальная подача насоса 56,5 л/мин:

V = = 4,69 м/с;

Подпиточная - номинальная подача насоса 12 л/мин

V = = 3,98 м/с;

Потери давления по длине в участках гидролиний:

DРДл = ,

где l - коэффициент Дарси, зависит от числа Рейнольдса:

l = , при Re £ 2320;

l = , при 105 > Re > 2320;

Re = ,

нап = = 1668 < 2320;

lнап = = 0,045

Потери:

DРдл.нап = 0,045 = 19487 Па;

Подпиточная

Re = = 708 < 2320;

l = = 0,106

Потери

DРдл.п = 0,106 = 63158 Па.

Полные потери давления по длине

?DРдл = 63158+19487 = 82645 Па.

Потери давления на местные сопротивления

DРМ = ,

где DРном - номинальные (паспортные) значения перехода (потери) давления в аппарате при номинальном (паспортном) расходе Qном.

1. Обратный клапан:

DРМ = = 0,089 МПа

. Приемный фильтр:

DРМ = = 0,005 МПа.

Потери давления в коленах, тройниках и т.п. принимаем равным

,25 SDРДл = 20661 Па

Полные потери давления

DРП = SDРДл + SDРМ

DРП = 82645+20661+89000+5000 = 197306 Па.

5. Линия абсолютного давления

Подпор на всасе выбранного насоса НАС Pл = 0,02 МПа, с учетом этого линия абсолютного давления для гидропередачи представлена на рис. 2.

Рисунок 2. Линия абсолютного давления для гидропередачи

При построении линии абсолютного давления в подкачной гидролинии необходимо чтобы было согласование давление во всасывающей гидролинии гидропередачи Pл = 0,02 МПа и давления в конце подкачной гидролинии (рис. 3).

Рисунок 3. Линия абсолютного давления для подкачной гидролинии

6. Силы давления на колено трубы

Определяем составляющие RX и RZ и равнодействующую R сил давления рабочей жидкости на колено трубы с закруглением 90° в месте наибольшего давления.

RX = RZ = Р , R = .

Напорные гидролинии:

= RZ =10 = 2010 Н;

R = ·= 2843 Н.

7. Давления срабатывания предохранительного клапана

Оно выбирается из условия, что это давление должно быть большим на 25% максимального расчетного в месте установки клапана.

Ркл = 1,25 Рр;

Ркл = 1,25 10 = 12,5 МПа.

8. Проверка насосов на кавитацию

Условие бескавитационной работы подкачного насоса:

Ндоп ?Нвак

,

м.

,5 > 0,3

Условие выполняется, значит данный насос отвечает условию бескавитационной работы.

9. Моментные характеристики

.1 Характеристика момента сопротивления

Характеристика момента сопротивления строится по уравнению Мс = Мс.о +К nд. Для построения зависимости Мс(nд) при увеличении (уменьшении) момента сопротивления достаточно выполнить соответствующий параллельный перенос ранее построенной линии (рис.3). Так как эта прямая, что для построения достаточно двух точек:

nд = 0, Мс = Мс.о = 220 Нм

д = 150 мин-1, Мс = 280 Нм

9.2 Моментная характеристика гидромотора

Теоретическая характеристика при номинальном давлении Рд.ном Мд.т. = Рд.ном·qд/2? не зависит от nд и представляет собой прямую линию, параллельную оси абсцисс. Действительный момент Mд несколько уменьшается с увеличением nд за счет увеличения гидравлических потерь. Так как закон изменения потерь неизвестен, то Мд(nд) рекомендуется строить по уравнению:

Мд = Мд.т - ?Мд

где ?Мд = Км nд2, Км =const - коэффициент пропорциональности, определяется при номинальном значении Мд.ном и максимальном nд (т. А на рис.3).

Мд.т = = = 398 Н·м

Определим коэффициент пропорциональности Км, при максимальной частоте вращения гидромотора 240 об/мин:

Км = = =0,0017

Перед построением характеристики Мд(nд) предварительно рассчитаем значение функции для нескольких значений nд.

Таблица 1. Зависимость момента от частоты вращения гидромотора

nд, мин-1050100150200Mд, Н·м398394381360330

Координаты точки А: nд = 225 мин-1; Mд = 312 Н·м.

10. Рабочие режимы гидромотора

Заданный рабочий режим определяется точкой пересечения линий
Мд1(nд) и Мс1(nд). Координаты этой точки: Мс1 = 280 Н·м, nд = 150 мин-1, при этом момент смещается от заданного 300 Нм из-за коэффициента изменения нагрузки 0,44, который очевидно для заданных условий должен составлять

.

При увеличении Мс на 10% и допустимом при этом уменьшении частоты на 10% рабочий режим по-прежнему будет определяться точкой пересечения соответствующих новых линий Мд2(nд) и Мс2(nд). При уменьшении частоты на 10% рабочий режим определяется точкой 2:
Мс2 = 290 Н·м, nд2 = 135 мин-1. Аналогично определяем рабочий режим при увеличении nд на 10%. Этому режиму соответствует точка 3: Мс3 = 270 Н·м,
nд3 = 165 мин-1
Мощность на валу гидромотора определим из уравнения Nд.в = Мд·?д,
где ?д =?·n/30 - угловая скорость вращения.

Строим характеристику Nд.в (nд) для номинального и заданных трех режимов, определим координаты всех трех точек и нанесем их на график (рис. 3):

nд.А = 190 мин-1Nд.в= = 7347 Вт = 7,35 кВт.

Для режима 1 Nд.в= = 4396 Вт = 4,40 кВт

Для режима 2Nд.в= = 4098 Вт = 4,10 кВт

Для режима 3 Nд.в= = 4663 Вт = 4,66 кВт

Рисунок 3. Моментная характеристика гидромотора

11. Рабочие режимы насоса

Давление гидродвигателя при заданном Мд·

Рд =

где qд - рабочий объем гидромотора

Рд = = 8,33 МПа.

Так как потери в гидролинии основного насоса малы по сравнению с Рд, то характеристику сети можно строить по двум точкам (0; Рд) и (Qн, Рс). Потери давления в напорной гидролинии составляют ?Рп = 19487 Па.

где Рс = Рд + ?Рп= 8330000 + 19487 = 8349487 Па

то есть получим две точки (0; 8,33), (40; 8,35). Для определения рабочего режима насоса пользуемся методом итерации, выполняя расчеты в такой последовательности.

Для построения зависимости Рн(Q) определим теоретическую подачу насоса

н.т = ,

н.т = = 59,5 л/мин

Получим первую точку (59,5; 0). Вторую точку определяется номинальным режимом (Qн.ном, Рн.ном) или (56,5; 20).

Определим максимально возможную подачу насоса, как точку пересечения характеристики сети Рс(Q) с характеристикой незарегулированного насоса Рн(Q) (на рис.4 т. А): QА = 58 л/мин.

Графически определим утечки в насосе: ?Qн.А = 1,5 л/мин

Эта величина при Рн =const будет постоянна. Определим объемный КПД насоса для режима А

= = 0,97

Так как в гидромоторе утечки изменяются по тому же закону, что и в насосе, то объемный КПД гидромотора, соответствующий режиму А - ?д.о.А можно определить из пропорции:

?д.о.А = = =0,96

Вычисляем расход гидромотора при заданном nд по формуле

д1 = = 39063 см³/мин = 39,1 л/мин

Этот расход примерно равен подаче насоса при nд1, т.е. Qн1 = Qд1.

Уточняем объемный КПД для точки 1

.

Уточняем значение объемного КПД гидромотора

?д.о.1 = = =0,95

Уточненная подача насоса

н1 = Qд1 = л/мин.

Давление гидродвигателя при Мд2·

Рд2 = = МПа

Расход гидромотора для точки 2 при nд = 135 мин-1

д2 = = 35904 см³/мин = 35,9 л/мин.

Уточняем объемный КПД насоса

.

Уточняем значение объемного КПД гидромотора

?д.о.2 = = =0,95

Уточненная подача насоса

Qн2 = Qд2 = л/мин.

Давление гидродвигателя при Мд3·

Рд3 = = МПа

Для точки 3 при nд = 165 мин-1

д3 = = 43,9 л/мин.

Уточняем объемный КПД насоса

.

Уточняем значение объемного КПД гидромотора

?д.о.3 = = =0,96

Уточненная подача насоса

н3 = Qд3 = л/мин.

Рисунок 4. Рабочий режим насоса

11.2Мощность насоса

Мощность насоса рассчитываем для всех режимов. В связи с тем, что значение КПД насоса ?н изменяется с режимом, для нахождения его текущего значения необходимо предварительно при номинальных параметрах определить

?нг ?нм = ==0,94

Для вычисления текущих значений ?н принимаем произведение ?нг ?нм постоянным, то есть

?н1 = ?н.о.1 ?нг ?нм = 0,96?0,94=0,9

Мощность насоса вычисляем по формуле:

Nн.в.1 = 6,11 кВт

?н2 = ?н.о.2 ?нг ?нм = 0,96?0,94=0,9

Мощность насоса вычисляем по формуле:

н.в.2 = 5,30 кВт.

?н3 = ?н.о.3 ?нг ?нм = 0,97?0,94=0,91

Мощность насоса вычисляем по формуле:

н.в.3 = 5,55 кВт.

12. КПД гидропередачи

?1 = %;

?2 = %;

?3 = %.

Регулирование не экономично, т.к. максимальное изменение КПД достигает (77-69)/77=0,10 = 10%.

13.Эксплуатация и техника безопасности

При эксплуатации гидроприводов необходимо создать безопасные условия для обслуживающего персонала от поражения струёй жидкости. Для этого ограждают кожухом все участки гидромашин, которые не заключены в общий корпус машины. При обнаружении внешних утечек жидкости необходимо немедленно остановить насос и устранить утечки. Следует периодически проверять работу предохранительных клапанов. В случае отклонения Рср срабатывания от наторенного более, чем на 10%, клапан должен быть заменён. Если гидропривод может работать в полуавтоматическом режиме, то на пульте управления должно быть устройство для переключения привода на ручное управление и соответствующая сигнализация об этом.

При длительной работе с маслами необходимо пользоваться рукавицами. После окончания работы необходимо вымочить руки тёплой водой с мылом. При загорании масел допускаются все средства тушения, кроме воды, поэтому необходимо наличие огнетушителей, ящиков с песком и лопат.

Выводы

В курсовой работе проведен расчет составленной гидросхемы механизма подачи угольного комбайна, выбраны гидромотор МР-0,25/10, основной регулируемый насос НАС, рассчитаны и выбраны диаметры напорной гидролинии (внутренний 16 мм) и подкачной (внутренний 8 мм), рассчитаны потери давления в гидролиниях, построены линии абсолютного давления в гидроприводе, построены моментные характеристики гидромотора, определены рабочие режимы насоса, определено КПД гидропередачи изменение которого во всех режимах работы достигает 14%, что свидетельствует о неэкономичности регулирования.

Список источников

1.Гидравлика и гидропривод. / В.Г. Гейер, В.С. Дулин, А.Г. Боруменский, А.Н. Заря. - М.:Недра, 1981. - 295с.

2. Методические указания к курсовой работе по гидроприводу / Сост.: Заря А.Н., Яковлев В.М. - Донецк: ДПИ, 1990 г.

. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. - М.: Машиностроение, 1988 г.

4. Ковалевский В.Ф., Железняков Н.Т., Бейлин Ю.Е. Справочник по гидроприводам горных машин. - М.: Недра, 1973 г

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА «ЭНЕРГОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ» Курсовая работа

Больше работ по теме: