Гідравлічний розрахунок гідроприводу

Гідравлічний розрахунок гідроприводу

 

Завдання на курсовий проект

Постановка 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 .

 

Вихідні дані

 

Ефективний тиск гідро двигуна……………………….….. p_еф

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…………………….…. h _н

Коефіцієнт корисної дії гідродвигуна……………………. h _д

Кількість поворотів труб під α =60^о ……………………………. п₁

Кількість поворотів труб під α=90 ^о …………………………. п₂

 

Таблиця 1.1 -Числові значення вихідних даних

Робоча рідина (масло) Р_еф, МПа         М, Н м n, об/хв L, м   ,

% Т,

^оСh н h д п1п2
Веретенне АУ	1,0	27	1000	17	8,4	57	0,83	0,85	3	5

      
Перелік розрахункових питань

 

Ø Визначити діаметри труб.

Ø Провести механічний розрахунок труб і підібрати їх по ГОСТ-у.

Ø Визначити втрати напору на дільницях трубопроводів.

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

Ø Розрахувати конструктивні параметри шестеренного гідродвигуна для приводу лебідки.

Ø Визначити робочі параметри основного і допоміжного насосів.

Ø Визначити коефіцієнт корисної дії гідроприводу.

Ø Виконати креслення схеми і одного з елементів гідроприводу.

 

Визначення діаметрів труб

 

Методика розрахунку

 

Всі присутні в гідроприводах гідромашини, а також агрегати управління і допоміжна апаратура з’єднанні 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;

ω - кутова швидкість гідродвигуна;

Δp - робочий перепад тиску на двигуні (ефективний тиск p_еф)

η_д - об’ємний коефіцієнт корисної дії гідродвигуна.

Витрату рідини для лінії підкачки визначається:

 

 

Кутову швидкість визначимо із залежності:

 

 

де π = 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=2p_еф;- допустимі відхилення товщини стінки, приймаємо n=0,9;- діаметр труби;

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

 

Механічний 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:

 

2.3 
Підбір 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:

 

 

Методика 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 λ - коефіцієнт гідравлічного опору;- довжина трубопровідної лінії, м;- внутрішній діаметр труби, м;

υ - 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 υ - швидкість рідини в лінії;

ν - кінематична в’язкість рідини при робочій температурі.

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

 

Якщо , режим руху турбулентний, знаходимо перехідні числа Рейнольдса R_eI і R_eII за формулами:

 

 

де d - внутрішній діаметр труби, мм;

Δе - 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 ξ - коефіцієнт місцевого опору;

υ - 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 ρ_о - густина рідини при температурі t_о, кг/м³;

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

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

 

де ν_о - коефіцієнт кінематичної в’язкості;- основа натурального логарифма;- стала степені (показник віскограми);- робоча температура рідини;_о - температура при якій відомий коефіцієнт в’язкості ν_о.

Показник віскограми знаходиться за формулою:

 

 

де ν і ν_о - відомі значення кінематичної в’язкості рідини;і t_о - відповідні температури при яких відомі значення кінематичної в’язкості.

 

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:

Ø 1 кутник (α=90^о) - ξ=1,32;

Ø 1 кутник (α=60^о) - ξ=0,56;

Ø 1 трійник - ξ=0,32;

Втрати напору в місцевих опорах:

Загальні втрати напору першої ділянки:

Рисунок 3.1 - Схема розбиття труб гідроприводу на відповідні ділянки

Розрахунок 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 ρ - 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 об’єм насоса за формулою:

 

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

Отже, робочий об’єм насоса буде становити:

 

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 об’ємний ККД, особливо при малій в’язкості 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 об’єм 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

 

Завдання на курсовий проект

Постановка 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 .

 

Вихідні дані

 

Ефективний тиск гідро двигуна……………………….….. p_еф

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…………………….…. h _н

Коефіцієнт корисної дії гідродвигуна……………………. h _д

Кількість поворотів труб під α =60^о ……………………………. п₁

Кількість поворотів труб під α=90 ^о …………………………. п₂

 

Таблиця 1.1 -Числові значення вихідних даних

Робоча рідина (масло) Р_еф, МПа         М, Н м n, об/хв L, м   ,

% Т,

^оСh н h д п1п2
Веретенне АУ	1,0	27	1000	17	8,4	57	0,83	0,85	3	5

      
Перелік розрахункових питань

 

Ø Визначити діаметри труб.

Ø Провести механічний розрахунок труб і підібрати їх по ГОСТ-у.

Ø Визначити втрати напору на дільницях трубопроводів.

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

Ø Розрахувати конструктивні параметри шестеренного гідродвигуна для приводу лебідки.

Ø Визначити робочі параметри основного і допоміжного насосів.

Ø Визначити коефіцієнт корисної дії гідроприводу.

Ø Виконати креслення схеми і одного з елементів гідроприводу.

 

Визначення діаметрів труб

 

Методика розрахунку

 

Всі присутні в гідроприводах гідромашини, а також агрегати управління і допоміжна апаратура з’єднанні 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;

ω - кутова швидкість гідродвигуна;

Δp - робочий перепад тиску на двигуні (ефективний тиск p_еф)

η_д - об’ємний коефіцієнт корисної дії гідродвигуна.

Витрату рідини для лінії підкачки визначається:

 

 

Кутову швидкість визначимо із залежності:

 

 

де π = 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=2p_еф;- допустимі відхилення товщини стінки, приймаємо n=0,9;- діаметр труби;

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

 

Механічний 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:

 

2.3 
Підбір 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: