Методика расчета системы гидропривода

 

Согласно разработанной схеме произвести расчет гидропривода. Для этого из таблицы 4 выбрать исходные данные своего варианта.

 

Таблица 4. Исходные данные для расчета гидропривода

 

№ зада ния	Нагруз ка на рабочем органе, Н	Рабочая подача, м/мин/с^-1	Скорость быстрого перемещения, м/мин/с^-1	Диаметр цилиндра, м	Диаметр штока, м	Рабочий объем гидро мотора, м^3	Максима льно допустимая температу ра масла, ^оС
1	2	3	4	5	6	7	8
1.	25000	0,06	-	0,125	0,050	-	8
2.	11500	0,10/0,15	-	0,100	0,065	-	45
3.	4	135	185	-	-	8∙10^-6	55
4.	18,5	60	80	-	-	35∙10^-6	60
5.	5	100	155	-	-	8∙10^-6	65
6.	10	100	160	-	-	18∙10^-6	45
7.	13000	0,05	0,100	0,075	0,035	-	50
8.	2500	0,10	0,150	0,045	0,025	-	55
9.	12000	0,02	0,06	0,105	0,045	-	60
10.	6500	0,06/0,08	0,12	0,065	0,032	-	65
11.	3500	0,08/0,10	0,30	0,050	0,035	-	45
12.	10000	0,05	0,08	0,090	0,055	-	55
13.	9500	0,07	0,10	0,100	0,065	-	55
14.	14,5	75	100	-	-	35∙10^-6	60
15.	8000	0,20	-	0,075	0,040	-	65
16.	11	80/40	-	-	-	18∙10^-6	45
17.	26500	0,07	0,10	0,125	0,075	-	50
18.	15000	0,08	0,12	0,100	0,065	-	55
19.	12500	0,10	0,15	0,090	0,055	-	60
20.	10500	0,09	0,20	0,075	0,040	-	65
21.	22000	0,07	0,12	0,105	0,055	-	45
22.	6000	0,04	0,10	0,065	0,035	-	50
23.	23500	0,06	0,08	0,125	0,075	-	55
24.	5,5	55/65	195	-	-	8∙10^-6	60
25.	9,5	60/80	120	-	-	18∙10^-6	65
26.	13,5	85	125	-	-	35∙10^-6	45
27.	10,5	110	170	-	-	18∙10^-6	50
28.	3,5	100	140	-	-	8∙10^-6	55
29.	2800	0,25	-	0,045	0,032	-	60

 

                                                                                      Продолжение таблицы 4

1	2		3	4	5	6	7		8
30.	8500	0,09/0,13		-	0,100	0,075		-		65
31.	9000	0,05		0,15	0,090	0,065		-		45
32.	18500	0,07		0,12	0,105	0,050		-		50
33.	9500	0,12		0,16	0,075	0,035		-		55
34.	5000	0,05		0,08	0,065	0,025		-		60
35.	2	3		4	5	6		7		8
36.	9	100		140	-	-		18∙10^-6		65
37.	26500	0,07		0,10	0,125	0,065		-		45
38.	10500	0,12		0,20	0,090	0,060		-		50
39.	4,5	120/140		160	-	-		8∙10^-6		55
40.	1500	0,10/0,15		0,30	0,045	0,035		-		60
41.	4500	0,09		0,14	0,075	0,045		-		65
42.	16000	0,04		0,06	0,100	0,055		-		45
43.	3500	0,10		0,25	0,065	0,045		-		50

 

 3.1 Основные зависимости для расчета гидросистем

 

Порядок расчета гидропривода может быть различным. При определении основных расчетных параметров рекомендуется использовать литературные данные [1, 4, 5, 6, 9, 10, 12, 13]. С целью сокращения объема труда наиболее распространенные зависимости определения параметров гидросистем, а также последовательность расчетов приведена в таблице 5. Принятые условные обозначения приведены в приложении В.

 

Таблица 5. Рекомендуемые зависимости определения основных параметров гидросистем

Номер формул	Наименование расчетных параметров	Расчетная формула	Размерность
1	2	3	4
1. Расчет параметров потока и гидролиний
3-1	Удельный вес жидкости	γ = ρ ∙ g	Н/м^3
3-2	Динамический коэффициент вязкости	µ = ρ ∙ ν	Н∙с/м^2=Па∙с
3-3	Максимальный расход жидкости для гидропривода с цилиндром (предв. расчет)	Qmax = (1,1…1,2) ∙ υmax∙Sэф	м^3/с

 

 

                                                                                      Продолжение таблицы 5

1		2	3		4
3-4		Максимальный расход жидкости для гидро­при­вода с гидромото­ром (предв. расчет)	(1,2…1,3)∙ ωmax ∙g		м^3/с
3-5		Внутренний диаметр гидролинии	di ≥1,13 ∙Qmax		м
3-6		Число Рейнольдса	Rei = υi ∙ di / ν		безразмерное
3-7		Коэффициент потерь для ламинарного потока	λ i = K / Rei, где К=75 – для жестких трубопроводов К=150 – для гибких шлангов		то же
3-8		Коэффициент потерь для турбулентного потока			то же
3-9		Потери давления по длине			Н/м^2=Па
3-10		Потери давления на местных сопротивлениях			Н/м^2=Па
3-11		Суммарные потери давления	∑∆P =∑∆Pei +∑∆PMi		Н/м^2=Па
2 Расчет параметров гидропривода
3-12	Давление, развиваемое насосом		Рн =Р1 + ∑∆P	Н/м^2=Па
3-13	Давление в напорной полости гидроцилиндра			Н/м^2=Па
3-14	Силы трения в уплотнениях и направляющих		∑T = 0,1R	Н
3-15	Давление в напорной полости гидромотора		, где       ∑Mтр ≈ 0,1 Мп	Н/м^2=Па     Н∙м   Н∙м

 

Продолжение таблицы 5

1		2	3	4
3-16	Производительность насоса (дроссельный способ регулирования)		где Qкл=(5..7)∙10^-5		м^3/с   м^3/с
3-17	Производительность насоса (объемный способ регулирования)		Для зажимных устройств производительность насоса определяется исходя из заданного времени срабатывания (2…5 с)	м^3/с
3-18	Расход жидкости, потребляемой гидродвигателем			м^3/с
3-19	Расход жидкости, потребляемой гидроцилиндром: -при прямом ходе -при обратном ходе		Qmax1=Vmax1∙ Sэф1  Qmax2 = Vmax2 ∙ Sэф2	м^3/с м^3/с
3-20	Объемные потери на одном элементе гидропривода		∆Qi=Кут ∙ ∆P	м^3/с
3-21	Перепад давлений: -на гидродвигателе -на аппарате		∆P=Р1-Р2 ∆P=Рвх-Рвых	Н/м^2=Па Н/м^2=Па
3-22	Мощность, потребляемая насосом		где ηг=1, Pкл=Рн+(0,2..0,3)	Н∙м/с=Вт   безразм. Н/м^2=Па
3-23	Мощность приводного электродвигателя		Nэ=Nн/ ηэ, где ηэ =0,85…0,95	Н∙м/с=Вт безразмер.
3. Тепловой расчет гидропривода
3-24	Мощность, расходуемая на нагревание жидкости		NT= Nн ∙ (1-ηc), где ηc =0,4..0,6	Н∙м/с=Вт
3-25	Тепловой поток, идущий на нагревание жидкости		QT=NT	Н∙м/с=Вт

 

Продолжение таблицы 5

1			2		3	4
3-26	Тепловой поток, отводимый через охлаждающую поверхность бака				QT = α ∙ SБ ∙ ∆t^o, где ∆t^o= t^oм- t^oо, t^oо = (15…20)^оС, t^oм = 60^оС α = 4,5…7 – для гидробака, расположенного в нише или вблизи стен в помещении; α = 12…17 – расположенного на открытых местах; α = 17…23 – при охлаждении поверхности бака вентилятором	Н∙м/с=Вт   град(^оС) град(^оС) град(^оС) Вт/м^2град     Вт/м^2град     Вт/м^2град
3-27	Объем масла в баке, выраженный через площадь поверх­ности теплоотдачи					м^3
3-28	Объем масла в баке (предварительный расчет)				VM = (120…180) ∙ Qн Если величина VM, вычисленная по формуле (3-27), значительно превышает VM, определенную по формуле (3-28), в гидроприводе необходима установка теплообменника	м^3
4. Расчет фильтра
3-29	Активная площадь фильтра				, где ∆P = (0,05…0,15) МПа	м^2   Н/м^2=Па
5. Расчет аккумулятора
3-30		Пружинный аккумулятор		C∙h=(Pmax – Pmin)∙Sл где Pmax/ Pmin≤ 1,3
3-31		Наибольший объем жидкости, накапливаемой в пружинном аккумуляторе				м^3

 

                                                                                      Продолжение таблицы 5

1		2		3	4
3-32	Наибольший объем жидкости, накапливаемой в газгидравлическом аккумуляторе		, Где для приближенных расчетов можно принять: V1=(8…10)∙V, Vk=(9..10)∙V, Pmax/Pmin=0,9 Pmin/Pmax=0,5…0,7 Минимальную полезную емкость аккумулятора обычно принимают V=1,5 ∙ Qн		м^3

 

Местные сопротивления, помимо локальных сопротивлений в трубопроводах включают в себя и гидравлическое сопротивление элементов гидроаппаратуры. Эти сопротивления являются паспортными характеристиками гидроаппаратов, величины их следует производить в 2 этапа:

1. По усредненным данным (таблица 11) назначить ориентировочное падение давления на гидроаппарате.

2.  После конкретизации типа гидроаппарата уточнить его сопротивление по его паспорту или по литературным данным.

В итоге общие потери давления состоят:

∑∆P =∑∆P_l +∑∆P_M = ∑∆P_l + (∑∆P_г.а. +∑∆P_м.т.), где

∑∆P_г.а. – потери давления на всех гидроаппаратах;

∑∆P_м.т – потери давления на местных сопротивлениях в трубопроводе.

 

3.2 Рекомендуемая последовательность расчета гидросистем

 

3.2.1 Выбрать рабочую жидкость по рекомендациям таблицы 6 или по [6, 9, 10, 12] и по зависимостям (3-1 и 3-2) определить ее характеристики.

 

Таблица 6. Характеристики некоторых рабочих жидкостей, используемых в гидросистемах.

Рабочая жидкость	Кинематический коэффициент вязкости при температуре 50^оС ν, м^2/с	Плотность ρ, кг/м^3
Масло веретенное АУ	13 ∙10^-6	888…896
Масло индустриальное: И-12А И-20А И-30А	12∙10^-6 20∙10^-6 30∙10^-6		876…891 881…901 896…916
Масло турбинное 22(Т22) -“-                  30(Т30)	22∙10^-6 30∙10^-6		900 900
Масло ВНИИ НП-403	30∙10^-6		900

3.2.2 Определить скорости течения жидкости в элементах гидропривода (таблица 7 или [7,9,10,12])

 

Таблица 7. Рекомендуемые скорости движения жидкости в элементах гидропривода

Элементы гидросистемы	Максимальная скорость υi, м/с
Всасывающий трубопровод	1
Сливной трубопровод	2
Напорный трубопровод	3…5
Гидроаппаратура и местные сопротивления	3…10

 

Согласно данным таблицы 7 и в соответствии с зависимостями (3-3 и 3-4) определить (предварительно) расход жидкости, проходящей по магистралям гидропривода.

При расчете привода с гидромотором следует помнить, что в задании предусмотрено линейное перемещение исполнительного органа. Поэтому необходимо разработать принципиальную схему преобразования вращательного движения в поступательное и согласно ей определить частоту вращения ротора гидромотора. Все необходимые для расчета данные принять конструктивно.

3.2.3 Определить внутренний диаметр гидролинии на всех участках, используя зависимость (3-5) и округлить согласно нормальному ряду внутренних диаметров гидросистем (таблица 8).

 

Таблица 8. Нормальный ряд внутренних диаметров гидролиний гидросистем

di, м	0,003	0,004	0,006	0,008	0,010	0,013	0,015	0,020
	0,025	0,032	0,040	0,050	0,060	0,070	0,080	0,100

 

3.2.4 Применяя зависимости (3-6)-(3-9) и данные таблицы 9 и [5] определить потери давления по длине для каждого участка гидросистемы.

 

Таблица 9. Шероховатость внутренней поверхности гидравлических труб, рукавов и шлангов

Материал труб и способ их изготовления	Средняя высота микронеровностей ∆, м
Стальные холоднотянутые и холоднокатаные трубы	4 ∙ 10^-6
Стальные горячекатаные трубы	4 ∙ 10^-5
Медные, латунные, свинцовые холоднотянутые трубы	(0,15-1,0)∙ 10^-6
Алюминиевые и из алюминиевых сплавов холоднотянутые трубы	(0,15-6,0)∙ 10^-5
Рукава и шланги резиновые	3∙ 10^-5

 

Конструктивные особенности рассчитываемой гидравлической системы (длины гидравлических линий, число и типы разветвлений, типы труб и шлангов, виды соединений) принять самостоятельно, согласно [2,9,10, 11,12].

3.2.5 Определить потери давления на местных сопротивлениях по зависимости (3-10), таблице 10 и [6, 9, 10].

 

Таблица 10. Коэффициенты местного сопротивления некоторых гидравлических элементов

Тип местного сопротивления	Коэффициент местного сопротивления
Вход в трубу и выход из трубы	0,5
Поворот трубы на 90^о с радиусом 2,5…5 диаметров	0,3
Т-образный тройник	1-2
Колено под углом 90^о	2
Присоединительные штуцеры и переходники	0,15

 

3.2.6 По зависимости 3-11 и таблице 11 определить суммарные потери давления.

 

Таблица 11. Падение давления на некоторых элементах гидропривода

Наименование гидроаппаратуры	Потери давления ∆P, МПа
Напорный золотник	0,2…0,25
Напорный золотник с обратным клапаном	0,2…0,3
Обратный клапан	0,2
Дроссель	0,2…0,35
Реверсивный распределитель	0,2…0,3
Кран управления	0,1…0,2
Дроссель с регулятором	0,3…0,6
Фильтр	0,05…0,15

 

3.2.7 Используя зависимости (3-12)-(3-15) определить давление, развиваемое насосом.

3.2.8 Рассчитать производительность насоса, применяя зависимости

(3-16)-(3-22), данные таблиц 12, 13 и округлить до ближайшего по нормальному ряду (таблица 14). Выбрать насос [6, 1, 13, 14].

 

Таблица 12. Коэффициенты утечек жидкости в гидроаппаратуре

Элементы гидросистем	Коэффициент утечек Кут, м/с ∙ Н
Гидроцилиндр	(6,5…8)∙ 10^-14
Аксиально-поршневой гидромотор	(33…85)∙ 10^-14
Пластинчатый гидромотор	(330…850)∙ 10^-14
Аппаратура (для одного гидроаппарата)	(1,65…4)∙ 10^-14

 

Таблица 13. К.п.д. основных типов насоса

Тип насоса	η о	η м	η г
Шестеренный	0,95…0,96	0,91…0,94	0,87…0,90
Пластинчатый	0,65	0,77	0,60…0,80
Радиально-поршневой	0,94…0,98	0,80…0,95	0,75…0,93
Аксиально-поршневой	0,97…0,98	0,97…0,98	0,85…0,95

 

Таблица 14. Номинальный расход насосов

Номинальный расход насоса, м^3/с
5 ∙ 10^-6 58 ∙ 10^-6	8 ∙ 10^-6 83∙ 10^-6	13 ∙ 10^-6 117 ∙ 10^-6	20 ∙ 10^-6 167 ∙ 10^-6	30 ∙ 10^-6 233 ∙ 10^-6	42 ∙ 10^-6 133 ∙ 10^-6

 

3.2.9 Рассчитать электродвигатель по зависимости 3-23 и определить общий к.п.д. (см. табл. 13), выбрать электродвигатель [10], причем частота его вращения должна соответствовать числу оборотов ротора выбранного насоса.

3.2.10 Применяя зависимости (3-24)-(3-28) и используя [12, 14] выполнить работу гидропривода.

3.2.11 Рассчитать фильтр по зависимости 3-29 используя данные таблицы 15 или [9, 10] и выбрать стандартный [6, 11].

 

Таблица 15. Коэффициенты проницаемости фильтрующих материалов

Фильтрующий материал	Коэффициент К
Сетка проволочная № 01                 -“-     № 009                -“-      №006	11 9 6
Сетка проволочная с ячейкой 0,2х0,2 мм	1
Фильтр проволочный с размером щели 0,08 мм	0,1
Фетр авиационный	0,037
Бумага АФБ-2	0,036
Сетка проволочная плющеная с ячейкой 0,02х0,02 м	0,022
Картон фильтровальный	0,012

 

3.2.12 Используя зависимости (3-30)-(3-32) и данные [12, 15] произвести расчет гидроаккумулятора.

3.2.13 Согласно определенным параметрам выбрать аппаратуру [6, 10,13].

3.2.14 По результатам расчета построить график потерь давления на напорном и сливном трубопроводе.

 

 

4 ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Графическая часть самостоятельной работы состоит:

4.1 В выполнении выбранной принципиальной гидравлической схемы согласно правилам действующей технической документации.

4.2 В разработке конструкции одного из устройств предполагаемого гидропривода (насос, гидромотор, насосная станция и т.п.).

4.3 В разработке конструкции соединений трубопроводов с различными гидравлическими аппаратами с использованием стандартных и оригинальных решений.

4.4 В построении графика потерь давления при движении жидкости по одной из гидравлических линий..

 

 

5 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

Пояснительная записка оформляется согласно действующим правилам

оформления технической документации [15].

В пояснительной записке должно быть приведено:

5.1 Задание на выполнение самостоятельной рабоы с приведением схем и эскизов необходимой гидроаппаратуры и ее условным изображением.

5.2 Анализ работы каждого гидроаппарата и место его установки.

5.3 2-3 варианта принципиальной гидравлической схемы. Анализ их работы с указанием достоинств и недостатков и на его основе выбор основной схемы.

  5.4 Расчет гидропривода, выполненный по методике, приведенной в разделе 3 или по любой другой методике.

5.5 График потерь давления в гидросхеме.

5.6 Перечень выбранной гидравлической аппаратуры с указанием стандарта и основных рабочих характеристик.

5.7 Выводы по проделанной работе, в которых подводятся ее итоги и приводятся основные результаты расчета.

5.8 Перечень использованной литературы.

 

6 Перечень литературы, рекомендованной к использованию при выполнении курсовой работы

 

1. Никитин О.Ф., Холин К.М. Объемные гидравлические и пневматические приводы. – М.: Машиностроение, 1981. – с. 268.

2. Правила выполнения гидравлических и пневматических схем. ГОСТ 2.704-76. – с. 80.

3. Обозначения условные и графические в схемах. ГОСТ 2780-68, ГОСТ 2782-68. – с. 62.

4. Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы. – М.: Машиностроение, 1970. – с. 502.

5. Дробнис В.Ф. Гидравлика и гидравлические машины. – М.: Просвещение, 1987. – с. 220.

6. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы. – М.: Машиностроение, 1982. – с. 462.

7. Байбаков О.В., Бутаев Д.А., Калмыкова З.А. и др. Лабораторный курс гидравлики насосов и гидропередач. – М.: Машиностроение, 1974. – с. 414.

8. Абрамов Е.И., Колесниченко К.А., Маслов В.Т. Элементы гидропривода: справочник, изд. 2-е, перераб. И доп. Киев: Техника, 1977. – с. 320.

9. Аврутин Р.Д. Справочник по гидроприводам металлорежущих станков. – М.: Машиностроение, 1965. – с. 355.

10. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х томах. – М.: Машиностроение, 1979. – с. 557.

11. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика: Справочное пособие. – М.: Машгиз, 1963. – с. 560.

12. Бим-Бад Б.М., Кабаков М.Г., Прокофьев В.Н. и др. Атлас конструкций гидромашин и гидропередач. – М.: Машиностроение, 1990. – с. 126.

13. Юшкин В.В. Основы расчета объемного гидропривода. Минск: Вышэйшая школа, 1982. – с. 346.

14. Данилов Ю.А., Кирилловский Ю.Л., Колпаков Ю.Г. Аппаратура объемных гидроприводов: рабочие процессы и характеристики. – М.: Машиностроение, 1990. – с. 384.

15. Стандарт предприятия СТО НГТИ-1-2008. -Новоуральск:НГТИ, 2008.-43 с.

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

 

 

 

                                                                                                 ПРИЛОЖЕНИЕ А

 

 

1 – Насос постоянной производительности с постоянным направлением потока;
2 – насос переменной производительности с постоянным направлением потока;
3 – гидромотор нерегулируемый с реверсированием потока; 4 – гидромотор неполноповоротный; 5 – гидроцилиндр двухстороннего силового действия с односторонним штоком; 6 – гидроцилиндр двухстороннего силового действия с односторонним штоком и двумя подводами; 7 – гидроцилиндр одностороннего силового действия с возвратом штока пружиной; 8 – гидроцилиндр двухстороннего силового действия с двухсторонним штоком; 9 – гидроцилиндр двухстороннего силового действия с двухсторонним штоком и тремя подводами; 10 – гидроцилиндр двухстороннего силового действия с двухсторонним штоком и четырьмя подводами; 11 – предохранительный клапан прямого действия (напорный золотник);
12 - предохранительный клапан непрямого действия; 13 - редукционный клапан;
14 – напорный золотник с обратным клапаном с управлением от основного потока; 15 – дроссель регулируемый; 16 – регулятор скорости с редукционным клапаном;
17 – регулятор скорости с редукционным клапаном;

                                                                                   

 Продолжение приложения А

 

 

 

18 – дроссель регулирования с обратным клапаном; 19 – обратный клапан;
20 – распределитель 2/2 с ручным управлением; 21 – распределитель 2/2 с управлением от электромагнита и пружинным возвратом; 22 – распределитель 2/2 с управлением от кулачка и пружинным возвратом; 23 – распределитель 4/2 с управлением от двух электромагнитов; 24 – распределитель 4/2 с управлением от электромагнита и пружинным возвратом; 25 – распределитель 4/2 с гидравлическим управлением; 26 – распределитель 4/2 с ручным управлением; 27 – распределитель 3/2 с управлением от электромагнита и пружинным возвратом; 28 – распределитель 4/2 для дифференциального включения с управлением от двух электромагнитов;
29 – распределитель 3/2 с управлением от кулачка и пружинным возвратом;
30 – распределитель 5/2 с раздельным сливом, гидравлическим управлением и регулированием времени срабатывания; 31 – распределитель 4/3 с соединением на бак нагнетательной линии и запертыми отводами при среднем положении золотника.

                                                                                    

Продолжение приложения А

 

 

32 - распределитель 4/3 с соединением нагнетательной линии и обоих отводов на бак при среднем положении золотника; 33 – распределитель 4/3 с запертыми отводами при среднем положении золотника; 34 – распределитель 4/3 с соединением обоих отводов на бак и запертой нагнетательной линией при среднем положении золотника; 35 – распределитель 4/3 с соединением нагнетательной линии и обоих отводов на бак при среднем положении золотника с электрогидравлическим управлением; 36 – распределитель 4/3 с соединением нагнетательной линии и обоих отводов на бак при среднем положении золотника с электрогидравлическим управлением и дроссельным регулированием времени срабатывания; 37 – реле давления; 38 – фильтр для очистки жидкости; 39 – маниметр; 40 – бак;
41 – гидравлический аккумулятор.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Б