Расчет гидравлического привода

НОВОУРАЛЬСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

ИНСТИТУТ

 

 

Кафедра технологии машиностроения

 

 

Расчет гидравлического привода

 промышленного оборудования

По заданному циклу работы

 

Методические указания по выполнению самостоятельной работы

по дисциплине «Устройства пневмогидроавтоматики»

для студентов специальности 220400 «Мехатроника»

всех форм обучения

 

 

 

НОВОУРАЛЬСК 2008

УДК 621.22 +621.62

 

М и М 2.3 ________ 08

 

 

Составитель: к.т.н., доцент кафедры ТМ Девятовский Н.А.

 

    Рецензент: к.т.н., доцент Лагуткин С.В.

 

 

Расчет гидравлического привода  промышленного  оборудования по заданному циклу работы

Методические указания по выполнению самостоятельной работы по дисциплине «Устройства пневмогидроавтоматики» для студентов специальности 220400 «Мехатроника» всех форм обучения. - Новоуральск, НГТИ, 2008. - 36 с.

 

 

В методическом пособии изложено задание, теоретические положения и порядок выполнения, необходимые студентам специальности 220400 при выполнении самостоятельной работы. Так же приведены некоторые справочные и нормативные материалы.

 

Рассмотрено на заседании кафедры ТМ

 ___                       200   г., протокол №___

 

Зав. кафедрой ТМ

к.т.н., доцент                               Закураев В.В.

 

Согласовано:

Председатель методической комиссии

д.т.н., профессор                          А.Е. Беляев

 

Содержание

 

 

Введение	5
1 общие сведения о гидравлических системах	6
1.1 Общие сведения об объемном гидроприводе	6
1.2 Общие сведения о гидроаппаратуре	7
2 методика составления гидравлических схем	11
2.1 Исходные данные для составления схемы гидропривода	11
2.2 Общие положения. Разработка принципиальной схемы	13
3 методика расчета системы гидропривода	21
3.1 Основные зависимости для расчета гидросистем	22
3.2 Рекомендуемая последовательность расчета гидросистем	26
4 графическая часть	30
5 пояснительная записка	30
6 перечень литературы	31
приложения	32
Приложение А	33
Приложение Б	36
Приложение В	38

 

 

Введение

 

Данная самостоятельная работа является итоговой при изучении курса «Устройства пневмогидроавтоматики» студентами специальности 220400.

Целью самостоятельной работы является закрепление теоретических знаний, полученных в ходе изучения дисциплины и приобретения практических навыков составления и расчета гидравлических схем.

В соответствии с этим самостоятельная работа состоит из трех основных частей:

1. По заданному циклу работы гидропривода составить принципиальную гидравлическую схему из набора типовых элементов.

2. По выбранной схеме гидропривода произвести его расчет. Выбрать необходимую гидравлическую аппаратуру.

3. Начертить разработанную принципиальную гидравлическую схему, а также, по согласованию с преподавателем, некоторые ее узлы и детали.

      Данное пособие ориентировано на решение поставленных задач и состоит из следующих разделов:

1. Общие сведения об объемном гидроприводе и гидроаппаратуре.

В этом разделе дается характеристика основных типов гидроприводов и дополняются теоретические сведения о них. Здесь приводится общая закономерность выбора типа привода, его компоновка и принцип работы.

2. Методика составления гидравлических схем. В разделе 2 приведена первая часть задания и необходимые указания по его выполнению.

3. Методика расчета системы гидропривода. В этом разделе приведена вторая часть задания, а также необходимые математические данные для его выполнения. Изложена последовательность выполнения задания. Приведены некоторые справочные материалы.

4. Графическая часть, в которой приведены основные требования к ее составу.

5. Пояснительная записка.

6. Перечень рекомендуемой литературы.

7. Приложения

 

Исходные данные для составления схемы гидропривода

 

Первая часть самостоятельной работы состоит в разработке принципиальной гидравлической схемы из заданного набора типовых элементов (аппаратов) согласно заданному циклу работы данной системы. При составлении данной схемы рекомендуется пользоваться литературой [1,2,3,6].

Для составления принципиальной гидросхемы необходимо прежде изучить по литературным источникам назначение, принцип действия и место установки каждого гидроэлемента, а затем, пользуясь принятыми графическими условными обозначениями [3] или приложением 1, вычертить 2-3 варианта схемы, произвести анализ их работы и на его основе выбрать окончательный вариант гидропривода.

В таблицах 1-3 приведены необходимые данные для выполнения 1-ой части курсовой работы.

 

Таблица 1 - Элементы цикла работы гидравлического привода

 

Номер задания	Элементы цикла работы
1, 15, 29	1-5-8-5-8
2, 16, 30	1-6-8-7-8
3, 17, 31	1-5-8-9-8
4, 18, 32	1-5-8-9-1
5, 19, 33	1-4-5-8-9-1
6, 20, 34	1-4-5-8-9-8
7, 21, 35	1-4-5-4-5-8-9-1
8, 22, 36	1-4-5-8-9-5-1
9, 23, 37	1-5-1-8-9-1
10, 24, 38	1-6-7-8-9-1
11, 25, 39	1-4-6-7-8-9-1
12, 26, 40	1-3-5-8-9-10-1
13, 27, 41	1-2-3-4-5-8-9-10-11-1
14, 28, 42	1-12-5-8-9-1

 

Таблица 2 - Наименование элементов цикла работы гидропривода

 

№ элемента цикла	Наименование элемента цикла
1	2
1	Исходное положение «Стоп»
2	Подвод заготовки
3	Зажим заготовки
4	Быстрый подвод инструмента
5	Рабочая подача

 

Продолжение таблицы 2

1	2
6	Рабочая подача 1
7	Рабочая подача 2
8	Реверс
9	Быстрый отвод инструмента
10	Разжим заготовки
11	Отвод заготовки
12	Зарядка аккумулятора

 

Таблица 3 - Элементы (аппараты) гидропривода

 

Номер задания	Элементы гидропривода
1	2
1.	1, 8(В), 12, 14, 16, 20, 26, 38, 39, 40
2.	1, 8, 15, 17, 27, 31, 38, 39, 40
3.	1, 3, 12, 16, 21, 23, 27, 38, 39, 40
4.	1, 3, 17, 27, 31, 38, 39, 40
5.	1, 3, 11, 16, 29, 35, 38, 39, 40
6.	1, 3, 11, 15, 20, 29, 33, 38, 39, 40
7.	1, 1, 5, 11, 11, 18, 19, 22, 31, 38, 39, 40
8.	1, 8, 11, 15, 22, 35, 38, 39, 40
9.	1, 10, 17, 19, 27, 31, 38, 39, 40, 19
10.	1, 8, 11, 15, 15, 19, 21, 27, 33, 38, 39,40
11.	1, 5, 16, 17, 27, 27, 32, 38, 39, 40
12.	1,1,5,5,11,11,15,19,21,24,31,37,38,39,40
13.	1,1,5,5,8,11,11,12,15,19,21,24,24,31,37,38,39,40
14.	1, 3,11, 15,19,19, 21,21, 24, 37, 38, 39, 40, 41
15.	1,8(В), 11, 17, 19, 32, 38, 39, 40
16.	1,3, 11, 15, 15, 20, 26, 30, 38, 39, 40
17.	1, 5(В), 12, 14, 16, 19, 21, 24, 38, 39, 40
18.	1, 6(В), 12,14, 18, 19, 21, 24, 25, 38, 39, 40
19.	1, 8, 11, 16, 21, 24, 25, 27, 38, 39, 40
20.	1, 1, 5, 11, 11, 18, 19, 21, 32, 38, 39, 40
21.	1, 5, 11, 15, 29, 31, 38, 39, 40
22.	1, 5, 17, 21, 24, 27, 38, 39, 40
23.	1, 10, 11, 16, 19, 19, 27, 35, 38, 39, 40
24.	1, 3, 15, 17, 27, 27, 31, 38, 39, 40
25.	1,3, 12, 15, 15, 21, 21, 23, 27, 38, 39, 40
26.	1, 3, 7, 11, 11, 15, 19, 21, 24, 38, 39, 40
27.	1,3,3,7,11,12,15,19,21,21,21,24,24,37,38,39,40
28.	1, 3, 11, 18, 19, 21, 23, 38, 39, 40, 41
29.	1, 8(В), 12, 14, 16, 20, 23, 52, 38, 39, 40

 

Продолжение таблицы 3

1	2
30.	1, 5, 12, 15, 16, 20, 26, 30, 38, 39, 40
31.	1, 5, 11, 15, 19, 36, 38, 39, 40
32.	1, 9, 11, 15, 19, 19, 21, 23, 38, 39, 40
33.	1, 6(В), 14, 17, 19, 27, 31, 38, 39, 40
34.	1, 5(В), 11, 14, 15, 21, 29, 34, 38, 39, 40
35.	1, 3, 12, 15, 19, 21, 28, 33, 38, 39, 40
36.	1, 5, 12, 16, 21, 24, 27, 38, 39, 40
37.	1, 10, 17, 19, 19, 27, 32, 38, 39, 40
38.	2, 3, 11, 15, 27, 28, 31, 38, 39, 40
39.	1, 8, 11, 15, 22, 27, 31, 38, 39, 40
40.	1, 5, 7, 11, 12, 13, 16, 19, 21, 23, 38, 39, 40
41.	1,1,5,5,7,11,11,11,16,19,21,24,32,37,38,39,40
42.	1, 8, 11, 11,16,19, 19,21,24,38,39,40,41

Примечание. Встречавшийся в таблице индекс «В» означает вертикальное положение цилиндра.

 

Общие положения. Разработка принципиальной схемы

Разработка гидравлической схемы всегда ведется на основе технического задания, которое должно содержать все необходимые для этого сведения.

На принципиальной схеме указываются: техническая характеристика каждого из насосов – модель или тип насоса, производительность, наибольшее давление, число оборотов в минуту, приводная мощность, а для насосов с электродвигателем на общей плите – также характеристики электродвигателя. Для регулируемых насосов указываются пределы производительности.

Для рациональной эксплуатации станка доминирующее значение имеет правильный выбор насоса, под этим понимаются условия работы станка, т.е. величина скорости силового органа, его силовая характеристика и цикл работы.

Для станков со средним потреблением мощности N ≤3 кВт, обычно применяют шиберные насосы сдвоенного или одинарного действия с давлением до 6,0-5,5 МПа мод. Г12-1 одинарного исполнения одиннадцати типоразмеров, с расходом жидкости Q= 5 ÷ 200 л/мин и шестьдесят три типоразмера сдвоенного исполнения мод. ГП2-1 на различную комбинацию расхода жидкости [8].

Для станков тяжелого типа (протяжные, строгальные, долбежные и пр.) с потреблением мощности до 50 кВт и более, находят применение роторно-поршневые насосы на давление р = 20,0 МПа (в комбинации в зависимости от скорости и силовой характеристики с шиберными насосами) мод. 3Г14, НПД, НПМ, НПР. Выбор типа этих насосов зависит от способа регулирования скорости, автоматизации цикла работы станка и пр.

Для станков легкого типа, работающих на средних и больших скоростях, но с небольшими действующими силами (все виды шлифовальных станков, доводочные станки и хонинговальные и пр.), с потреблением мощности до 4 кВт и давлением до 2,0 МПа, находят применение шестеренные насосы мод Г11-1, Г11-2 на расходы жидкости Q= 12÷ 140 л/мин.

Диаметр силового цилиндра и его длина выбираются из условия необходимой тяговой силы, длины обрабатываемого предмета и скорости стола. Для выбора параметров цилиндра пользуются таблицей 2.1, 2.2. Однако окончательный выбор типа силового цилиндра зависит от многих, а в некоторых случаях и специфических требований, таких, как равномерность хода, габариты, устойчивость перемещения и пр. Поэтому рекомендовать какие-либо универсальные или исчерпывающие способы не представляется возможным.

Давление в силовом цилиндре ограничивается возможностью применяемого насоса. Но, тем не менее, следует учитывать, что увеличение давления в цилиндре ведет к уменьшению его габаритов, уменьшению расхода жидкости насоса и диаметра трубопровода, к уменьшению габаритов гидроаппаратуры, поэтому весь монтаж получается более компактным. В то же время увеличение давления требует применения более дорогих насосов, высокой герметичности трасс и восприятия повышенной нагрузки для отдельных узлов гидросистемы.

Уменьшение давления увеличивает диаметр цилиндра при одной и той же тяговой силе, но уменьшает требования герметичности, повышает износоустойчивость деталей гидросистемы, дает возможность применить более простой и дешевый насос. Поэтому давление в силовом цилиндре обычно выбирается, исходя из допускаемых габаритов, и, как правило, не превышает
3,0 – 4, 0 МПа.

Отношение длины l цилиндра к его диаметру D не должно превышать l/D≤18 ÷ 20. Увеличение этого отношения способствует возникновению вибраций и автоколебаний из-за наличия значительного объема масла в цилиндре и его сжимаемости.

При больших возвратно-поступательных перемещениях, когда l/D≥20, рекомендуется применять гидромотор совместно с реечной или винтовой передачей. Такая компоновка допускает скорость перемещения до 40 м/мин с передаточным числом до i=20÷25.

   Как показали наблюдения, кинематическая цепь к приводу стола должна быть подобрана так, чтобы минимальные и максимальные числа оборотов гидромотора были бы в пределах 40-1000 об/мин. Такой режим работы гидромотора обеспечивает наилучшие результаты.

Однако следует иметь в виду, что ввод зубчатых передач удорожает станок, понижает его к.п.д. и уменьшает износостойкость гидросистемы. Кроме того, что очень важно при реверсировании стола на больших скоростях, инерционность системы с гидромотором значительно больше инерционности с силовым цилиндром.

В технической характеристике гидромотора должны быть указаны мощность и число оборотов (об/мин); наибольший крутящий момент на выходном валу гидромотора; отдаваемая мощность, рабочее и пиковое давления. Гидромоторы аксиального типа (мод. МГ151, МГ152, МГ153а, МГ154, МГ155а) наиболее подходят для осуществления возвратно-поступательного движения.

При разработке гидравлических схем рекомендуется применять нормальную гидроаппаратуру, стандартные фитинги и соединения. Все это разработано ЭНИМСом и нашло широкое применение в машиностроении.

Отступление от нормальных элементов допускается лишь в тех случаях, когда иначе выполнить техническое задании не представляется возможным.

Следует иметь в виду, что применение специальных (ненормальных) аппаратов приводи к повышению себестоимости станка и к более длительному сроку его освоения.

Гидравлическая схема должна быть наглядна и удобна для чтения. Это достигается соответствующим расположением условных обозначений гидроаппаратов, наименьшим числом пересекающихся линий. Условные обозначения аппаратуры, разработанные ЭНИМСом, имеются в руководящих материалах по гидрооборудованию станков [40].

Некоторые типовые и наиболее широко используемые решения изложены ниже.

1. На принципиальной схеме изображают все гидравлические и пневматические элементы или устройства, необходимые для осуществления и контроля в изделии заданных гидравлических (пневматических) процессов, и все гидравлические (пневматические) связи между ними.

2. Элементы и устройства на схеме изображают в виде условных графических обозначений. Наиболее широко распространенные гидравлические элементы (устройства) приведены в приложении А.

3  Все элементы и устройства изображают на схемах, как правило, в исходном положении: пружины – в состоянии предварительного сжатия, электромагниты – обесточенными и т.д.

В технически обоснованных случаях допускается отдельные элементы схему или всю схему вычерчивать в выбранном рабочем положении с указанием на поел схемы положения, для которого изображены эти элементы или вся схема.

4  Каждый элемент или устройство, входящее в изделие и изображенное на схеме, должно иметь буквенно-цифровое позиционное обозначение состоящее из буквенного обозначения и порядкового номера, представленного после буквенного обозначения.

Буквенное обозначение должно представлять собой сокращенное наименование элемента, составленное из его начальных или характерных букв; например, клапан – К, дроссель – ДР.

Буквенные позиционные обозначения наиболее распространенных элементов являются обязательным приложением к ГОСТу 2.704-76 (приложение Б).

5  В задании не указан конкретный тип насоса. Выбор его должен быть обоснован и аргументирован при выполнении работы. При составлении гидравлической схемы следует помнить, что номинальные подача и давление  насоса, как правило, больше расчетных. Поэтому, с целью не допущения перегрузок в гидравлической системе, рекомендуется насос соединять с защитными устройствами (предохранительные или переливные клапаны, регуляторами скорости с предохранительными клапанами и т.д.), слив из которых должен производиться в бак. (См. рисунки 1-2 поз. 14, рисунки 1-3 поз. 3).

6 Расположение гидромоторов и контрольно-регулирующей аппаратуры относительно друг друга принципиального значения не имеют. Однако есть основные закономерности, которые необходимо учитывать при составлении гидравлической схемы.

6.1 Расположение элементов схемы должно обеспечивать безусловное выполнение заданного цикла работы гидропривода.

6.2 При определении места установки регулирующей аппаратуры следует учитывать тепловыделение на данном конкретном элементе (аппарате). Некоторые гидроаппараты (дроссели, регуляторы скорости и т.п.) способствуют повышению температуры рабочей жидкости, поэтому, если это возможно по условиям эксплуатации, располагать их следует после исполнительного органа (гидроцилиндра или гидромотора).

6.3  Гидравлические клапаны в основном используют для защиты гидросистем от перегрузок. Поэтому устанавливают их непосредственно у защищаемой аппаратуры.

6.4 Гидрораспределители обеспечивают распределение потоков жидкости (изменяют направление ее движения) и тем самым управляют работой системы. Следует помнить, что в данной работе используются лишь направляющие распределители. Их желательно устанавливать в непосредственной прямой связи с исполнительным органом. Однако это не всегда достижимо, поэтому допускается установка контрольно-регулирующей аппаратуры между распределителем и исполнительным органом.

При использовании нескольких распределителей необходимо продумать распределение рабочих функций между ними.

7 Гидравлический привод позволяет широко использовать систему автоматического управления процессом. Разработка системы автоматического управления не является задачей курсового проектирования и разработке не подлежит. Однако в написании работы предлагаемой схемы необходимо указать, каким образом осуществляется система автоматического управления.

Основных элементов

 

Устройство (общее назначение)………………………………………………А

Гидроаккумулятор (пневмоаккумулятор)…………………………………….АК

Аппарат теплообменный…………………………………………………… …АТ

Гидробак…………………………………………………………………………Б

Влагоотделитель………………………………………………………………..ВД

Вентиль………………………………………………………………………….ВН

Гидровытеснитель…………………………………………………………...…ВТ

Пневмоглушитель………………………………………………………………Г

Гидродвигатель (пневмодвигатель) поворотный…………………………….Д

Делитель потока………………………………………………………………...ДП

Гидродроссель (пневмодроссель)……………………………………………..ДР

Гидрозамок (пневмозамок)…………………………………………………….ЗМ

Гидроклапан (пневмоклапан)………………………………………………….К

Гидроклапан (пневмоклапан) выдержки времени……………………………КВ

Гидроклапан (пневмоклапан) давления……………………………………….КД

Гидроклапан (пневмоклапан) обратный………………………………………КО

Гидроклапан (пневмоклапан) предохранительный…………………………..КП

Гидроклапан (пневмоклапан) редукционный…………………………………КР

Компрессор…………………………………………………………………..…КМ

Гидромотор (пневмомотор)……………………………………………………М

Манометр……………………………………………………………………….МН

Гидродинамическая передача…………………………………………………МП

Маслораспылитель…………………………………………………………..…МР

Масленка………………………………………………………………………..МС

Гидродинамическая муфта……………………………………………………МФ

Насос…………………………………………………………………………….Н

Насос аксиально-поршневой…………………………………………………..НА

Насос-мотор…………………………………………………………………….НМ

Насос пластинчатый……………………………………………………………НП

Насос радиально-поршневой…………………………………………………..НР

Пневмогидропреобразователь…………………………………………………ПГ

Гидропреобразователь………………………………………………………….ПР

Гидрораспределитель (пневмораспределитель)………………………………Р

Реле давления……………………………………………………………………РД

Гидроаппарат (пневмоаппарат) золотниковый………………………………..РЗ

Гидроаппарат (пневмоаппарат) клапанный………………………………...…РК

Регулятор потока………………………………………………………………..РП

Ресивер…………………………………………………………………………..РС

Сепаратор………………………………………………………………………..С

 

Продолжение приложения Б

 

Сумматор потока………………………………………………………………СП

Термометр………………………………………………………………………Т

Гидродинамический трансформатор………………………………………….ТР

Устройство воздухоспускное…………………………………………………..УВ

Гидроусилитель…………………………………………………………………УС

Фильтр……………………………………………………………………………Ф

Гидроцилиндр (пневмоцилиндр)………………………………………………..Ц

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ В

 

НОВОУРАЛЬСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

ИНСТИТУТ

 

 

Кафедра технологии машиностроения

 

 

Расчет гидравлического привода

 промышленного оборудования

По заданному циклу работы

 

Методические указания по выполнению самостоятельной работы

по дисциплине «Устройства пневмогидроавтоматики»

для студентов специальности 220400 «Мехатроника»

всех форм обучения

 

 

 

НОВОУРАЛЬСК 2008

УДК 621.22 +621.62

 

М и М 2.3 ________ 08

 

 

Составитель: к.т.н., доцент кафедры ТМ Девятовский Н.А.

 

    Рецензент: к.т.н., доцент Лагуткин С.В.

 

 

Расчет гидравлического привода  промышленного  оборудования по заданному циклу работы

Методические указания по выполнению самостоятельной работы по дисциплине «Устройства пневмогидроавтоматики» для студентов специальности 220400 «Мехатроника» всех форм обучения. - Новоуральск, НГТИ, 2008. - 36 с.

 

 

В методическом пособии изложено задание, теоретические положения и порядок выполнения, необходимые студентам специальности 220400 при выполнении самостоятельной работы. Так же приведены некоторые справочные и нормативные материалы.

 

Рассмотрено на заседании кафедры ТМ

 ___                       200   г., протокол №___

 

Зав. кафедрой ТМ

к.т.н., доцент                               Закураев В.В.

 

Согласовано:

Председатель методической комиссии

д.т.н., профессор                          А.Е. Беляев

 

Содержание

 

 

Введение	5
1 общие сведения о гидравлических системах	6
1.1 Общие сведения об объемном гидроприводе	6
1.2 Общие сведения о гидроаппаратуре	7
2 методика составления гидравлических схем	11
2.1 Исходные данные для составления схемы гидропривода	11
2.2 Общие положения. Разработка принципиальной схемы	13
3 методика расчета системы гидропривода	21
3.1 Основные зависимости для расчета гидросистем	22
3.2 Рекомендуемая последовательность расчета гидросистем	26
4 графическая часть	30
5 пояснительная записка	30
6 перечень литературы	31
приложения	32
Приложение А	33
Приложение Б	36
Приложение В	38

 

 

Введение

 

Данная самостоятельная работа является итоговой при изучении курса «Устройства пневмогидроавтоматики» студентами специальности 220400.

Целью самостоятельной работы является закрепление теоретических знаний, полученных в ходе изучения дисциплины и приобретения практических навыков составления и расчета гидравлических схем.

В соответствии с этим самостоятельная работа состоит из трех основных частей:

1. По заданному циклу работы гидропривода составить принципиальную гидравлическую схему из набора типовых элементов.

2. По выбранной схеме гидропривода произвести его расчет. Выбрать необходимую гидравлическую аппаратуру.

3. Начертить разработанную принципиальную гидравлическую схему, а также, по согласованию с преподавателем, некоторые ее узлы и детали.

      Данное пособие ориентировано на решение поставленных задач и состоит из следующих разделов:

1. Общие сведения об объемном гидроприводе и гидроаппаратуре.

В этом разделе дается характеристика основных типов гидроприводов и дополняются теоретические сведения о них. Здесь приводится общая закономерность выбора типа привода, его компоновка и принцип работы.

2. Методика составления гидравлических схем. В разделе 2 приведена первая часть задания и необходимые указания по его выполнению.

3. Методика расчета системы гидропривода. В этом разделе приведена вторая часть задания, а также необходимые математические данные для его выполнения. Изложена последовательность выполнения задания. Приведены некоторые справочные материалы.

4. Графическая часть, в которой приведены основные требования к ее составу.

5. Пояснительная записка.

6. Перечень рекомендуемой литературы.

7. Приложения