Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический
Университет (НПИ)»
Шахтинский институт (филиал) ГОУ ВПО ЮРГТУ
Факультет: ОЗиДО
Кафедра: МОПСИ
Специальность: ПГС
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Гидравлика»
на тему: «Проектирование регулируемого гидропривода»
Содержание
Введение................................................................................................................... 3
1. Анализ работы гидросистемы............................................................................ 5
2. Выбор основных элементов и расчёт параметров гидросистемы.................. 7
2.1. Расчёт основных параметров и выбор гидродвигателя................................ 7
2.2. Расчёт основных параметров и выбор гидронасоса..................................... 9
3. Расчёт трубопроводов.........................................................................................12
3.1. Расчёт диаметра трубопровода.......................................................................12
3.2. Расчёт потерь давления в трубопроводе и гидроаппаратуре......................13
4. Расчёт давления настройки предохранительного клапана.............................19
Заключение..............................................................................................................21
Библиографический список...................................................................................22
Введение
Гидропривод - совокупность устройств, при помощи которых приводятся в движение машины или механизмы посредством гидравлической энергии.
Объем применения гидравлических машин и механизмов растет по мере развития прогресса в различных отраслях Народного хозяйства. В связи с этим возрастает роль подготовки инженера - механика, способного квалифицированно применять на практике знания по расчету и выбору основного и вспомогательного оборудования гидроприводов. Решению этой задачи способствуют данные методические указания к курсовой работе, в ходе выполнения которой проектант закрепляет знания основ гидравлики и гидропривода проявляет умение выполнять гидравлические, силовые и мощностные расчеты гидромашин.
Гидравлические средства автоматизации производственных процессов получают всё более широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. Дальнейший прогресс машиностроения в настоящее время невозможен без широкой гидрофикации машин.
Высокая эффективность применения в машиностроении-гидравлических средств автоматизации подтверждена многими конкретными примерами их применения в машинах различного технологического назначения.
Быстрое развитие отраслей народного хозяйства по производству и эксплуатации гидрофицированных машин и агрегатов поставило перед инженерами целый ряд технических проблем, связанных с созданием, эксплуатацией и усовершенствованием гидравлических средств автоматизации производственных процессов.
Данная курсовая работа ставит своей целью закрепить и углубить знания по курсу «Гидравлика» путём конкретного проектирования, расчёта параметров и выбора элементов гидравлических систем.
Целями данной курсовой работы являются:
При выполнении курсовой работы попытаемся рассмотреть следующие вопросы:
1. Анализ работы гидросистемы.
Исходя из схемы гидропривода, представленной на рис.1, рабочая жидкость из гидробака (8) подаётся в насос (7) и далее по напорному трубопроводу (l1) поступает в гидромотор (1).
При движении жидкости по напорному трубопроводу, она проходит через распределитель (2), служащий для осуществления работы гидромотора.
Слив жидкости осуществляется по сливному трубопроводу (l2). Она также проходит через фильтр (5), служащий для очистки рабочей жидкости, на конце которого установлен обратный клапан (6), предотвращающий полное опорожнение сливного трубопровода.
Предохранительный клапан (4) предотвращает чрезмерно большое повышение давления в напорном трубопроводе, при стопорении вала мотора (1).
Рис. 1. Схема гидропривода.
Схема гидропривода: 1-гидромотор нереверсивный; 2-распределитель 4\2 четырехлинейный, двухпозиционный; 3-сливной трубопровод; 4-предохранительный клапан; 5-фильтр; 6-обратный клапан; 7-гидронасос с регулируемой подачей; 8-гидробак; 9-напорный трубопровод.
2. Выбор основных элементов и расчёт параметров гидросистемы.
Исходя из гидравлической схемы гидропривода, заданной в задании на проектирование, необходимо рассчитать и выбрать гидродвигатель (гидромотор) и гидронасос.
Гидродвигатели, преобразуя гидравлическую энергию рабочей жидкости в механическую энергию выходного звена, приводят в движение какой-либо рабочий орган. В зависимости от характера движения выходного звена гидродвигатели разделяются на гидроцилиндры, совершающие возвратно-поступательное движение и гидромоторы, совершающие вращательное движение.
Гидронасосы преобразуют механическую энергию приводного двигателя в гидравлическую энергию потока рабочей жидкости. По возможности изменять подачу (при постоянной частоте вращения) гидронасосы разделяются на регулируемые и на нерегулируемые.
2.1. Расчёт основных параметров и выбор гидродвигателя.
Заданными величинами при расчёте гидропривода вращательного движения являются:
Рассчитать параметры и выбрать гидромотор при следующих исходных данных: М = 150 Н·м; п = 4,5 .
1. Определяем мощность гидромотора:
Nм =М·2π·п, (1)
где М - максимальный момент на валу гидромотора, Н·м;
п - максимальная частота вращения вала, об/с.
Nм = 150·2·3,14·4,5 = 4239 Вт.
2. Для определения оптимального давления можно воспользоваться табл. 1
устанавливающей зависимость рабочего давления от мощности
гидропривода. При этом следует учитывать, что величина рабочего
давления может быть взята только из ряда номинальных давлений (см.
табл. 2.).
Таблица 1
Зависимость рабочего давления от мощности гидропривода
|
Мощность N, кВт |
до 0,1 |
0,1-1 |
1-5 |
5-20 |
свыше 20 |
|
Давление Р,МПа |
1 |
1-6,3 |
6,3-10 |
10-16 |
16-25 |
Таблица 2
Ряды номинальных давлений гидромоторов (МПа)
|
Поршневых по ГОСТ 14062-68 |
6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40 |
|
Шестерённых по ГОСТ 14060-68 |
2,5; 6,3; 10; 16; 20 |
По данным табл. 1и 2 принимаем Рм' = 10 МПа.
3. Рассчитываем предварительный рабочий объем гидромотора:
qм' = , (2)
где qм' - предварительный рабочий объем гидромотора, см3;
Рм' - предварительный перепад давления на гидромоторе, Па;
ηмм - механический КПД гидромотора. Предварительно ηмм можно принять равным ηмм = 0,8 - 0,96.
qм' = = 117,75 см3.
4. Полученное значение qм' округляем до ближайшего стандартного из табл. 3
Таблица 3
Номинальный рабочий объем qм (см3) гидромоторов
по ГОСТ 14060-68 и 14062-62
|
1,00; 1,25; 1,60; 2,00; 2,50; 3,20; 4,00; 5,00; 6,304; 8,004; 9,004; 10,04;11,2; 12,5; 14,0; 16,0; 18,0; 20,0; 22,4; 25,0; 28,0; 32,0; 36,0; 40,0; 45,0; 50,0; 56,0; 63,0; 70,0; 80,0; 90,0; 100; 112; 125; 140; 160; 180; 200; 224; 250; 280; 320; 360; 400; 450; 500. |
По данным табл. 3 принимаем qм' = 112 см3.
5. Уточняем перепад давления на гидромоторе:
Рм = , (3)
Рм = = 10,51 МПа.
6. Рассчитываем расход жидкости, поступающий в гидромотор:
Qм = , (4)
где - объёмный КПД гидромотора. Можно принять = 0,90 - 0,95.
ηм - полный КПД гидромотора. Можно принять ηм = 0,80 - 0,85.
Qм = = 5,6·10-4м3/с = 33,6 л/мин.
Таблица 4
Основные параметры гидромотора
|
, см3 |
Рм , МПа |
п, об/мин |
Qм, л/мин |
|
112 |
10,51 |
4,5 |
33,6 |
2.2. Расчёт основных параметров и выбор гидронасоса.
Исходными данными при выборе гидронасоса являются:
Насос подбирается по следующим параметрам:
1. Определяем необходимое давление насоса:
Рн'= PД + ∑∆Р, (5)
где PД - давление гидромотора при максимальной нагрузке, МПа;
∑∆Р - суммарные потери давления в напорном трубопроводе, определяемые по соотношению:
∑∆Р = (0,2...0,3) PД. (6)
Рн' = 10,51+0,2·10,51= 12,612МПа.
2. Определяем необходимую подачу насоса:
Qн' = QД + ∑∆Q, (7)
где QД - расход жидкости гидродвигателя, м3/с.
∑∆Q - суммарные объёмные потери в системе (м3/с), определяемые по соотношению:
∑∆Q = (0,05...0,10) QД. (8)
Qн' = 5,6·10-4+0,05·5,6·10-4= 5,88·10-4м3/с = 35,28 л/мин.
Частота вращения вала насоса выбирается в зависимости от приводного двигателя. При использовании электродвигателя частоту вращения пн' можно принять равной пн' = 24 с-1(1450 об/мин).
3. Определяем рабочий объём насоса:
н' =﴾ ﴿·106, (9)
н' =﴾ ﴿·106= 24,5 см3.
4. По рабочему объёму н', подаче Qн' и давлению Рн' выбираем наиболее подходящий насос: насос НПлР-20/16 со следующими характеристиками:
н = 20 см3; пн = 1450 об/мин; ηон = 0,82.
Таблица 5
Основные параметры гидронасоса
|
Марка насоса |
Рабочий объем qн,см3 |
Частота вращения nн, об/мин |
Номинальное давление Pн٭,МПа |
Объёмный КПД ηон |
Полный КПД ηн |
|
НПлР-20/16 |
20 |
1450 |
16 |
0,82 |
0,69 |
5. Уточняем подачу насоса:
Qн = н·10-6· nн· ηон, (10)
где н - рабочий объём выбранного насоса, см3;
nн - частота вращения приводного вала выбранного насоса, 1/с (в общем случае nн не равно предварительно выбранному пн' );
ηон - объёмный КПД насоса.
Qн = 20·10-6·24·0,82 = 3,94·10-4 м3/с.
3. Расчёт трубопроводов.
Расчету подвергаются два трубопровода системы – напорный и сливной. Напорный трубопровод начинается на выходном патрубке гидронасоса и заканчивается на входе в двигатель. Сливной трубопровод начинается на выходе из гидродвигателя и заканчивается на гидробаке.
Расчет трубопровода включает в себя определение внутреннего диаметра и потерь давления.
3.1. Расчёт диаметра трубопровода.
Определение внутреннего диаметра трубопровода (напорного и сливного) ведется исходя из условий допустимой скорости потока в трубопроводе υд. Рекомендуемые значения скорости рабочей жидкости в зависимости от давления насоса приведены в табл. 6.
Таблица 6
Рекомендуемые значения скорости рабочей жидкости
|
Рн, МПа |
2,5 |
6,3 |
16 |
32 |
63 |
100 |
|
υд, м/с |
2 |
3,2 |
4 |
5 |
6,3 |
10 |
Значит, Рн = 6,3 МПа; υд = 3,2 м/с
Определить диаметр сливного трубопровода в гидроприводе вращательного движения при следующих исходных данных:
Рн = 6,3 МПа; υд = 3,2 м/с; Qм = 5,6·10-4м3/с.
1. Определяем расход масла в трубопроводе:
QТ = Qм = 5,6·10-4м3/с.
2. Определяем расчетный диаметр трубопроводов (напорного и сливного):
dТ' , (11)
где dТ' - расчетный диаметр трубопровода исходя из условия обеспечения допустимой скорости потока в трубопроводе, м;
QТ - расход жидкости в трубопроводе (расчётный расход), м3/с;
υд - допустимая средняя скорость, м/с.
dТ' = = 0,015 м.
3. Округляем dТ' до ближайшего стандартного в большую сторону согласно табл. 7.
Таблица 7
Стандартные значения внутреннего диаметра труб (мм)
по ГОСТ 16516-80
|
1; 1,6; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 160; 200; 250 |
Значит, dТ = 16 мм.
3.2. Расчёт потерь давления в трубопроводе и гидроаппаратуре.
Расчет потерь давления в трубопроводе.
Определим потери давления в напорном трубопроовде при следующих исходных данных: QТ = 5,6·10-4 м3/с; dТ = 16 мм; рабочая жидкость - масло И30; максимальная температура масла tм = 55; плотность масла = 890 кг/м3; на трубопроводе имеются 4 штуцера и 5 плавных колен трубопровода под прямым углом; длина трубопровода l1 = 4 м.
1. Определяем среднюю скорость течения в трубе:
υ = , (12)
υ = = 2,79 м/с.
2. Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений:
м = n1 ∙1 + n2 ∙ 2 + … + ni ∙ i, (13)
где n1 - штуцеры, присоединяющие трубы к гидроустройствам;
1 - коэффициент местного сопротивления,
1 = 0,1;
n2 - плавные колена трубопроводов под прямым углом;
2 - коэффициент местного сопротивления,
2 = 0,15.
м = 4·0,1+5·0,15 = 1,15.
3. Определяем потери давления от местных сопротивлений:
∆Рмс1 = ∙ м , (14)
где υ - средняя скорость в сечении за местным сопротивлением, м/с;
м - сумма коэффициентов местных сопротивлений;
- плотность жидкости, кг/м3.
∆Рмс1 = 890·1,15· = 3984Па = 0,004МПа.
4. Определяем значение кинематического коэффициента вязкости при максимальной температуре (55):
ν = ν50⁰, (15)
где ν - кинематический коэффициент вязкости жидкости при температуре tм, м2/с;
ν50⁰ - кинематический коэффициент вязкости жидкости при температуре 50, м2/с;
tм - температура масла (жидкости), .
ν = 0,30∙ = 2,44∙10-5м2/с.
5. Определяем число Рейнольдса:
Re = , (16)
Re = = 1830.
6. Проверяем условие по выражению
Re< Reкр, 1830<2300; значит режим движения - ламинарный.
7. Вычисляем коэффциент гидравлического трения:
λ = , (17)
где Re - число Рейнольдса.
λ = = 0,035.
8. Определяем потери давления по длине трубопровода:
∆Рдл1 = ∙λ ∙ , (18)
где λ - коэффициент гидравлического трения;
- плотность рабочей жидкости.
∆Рдл1 = 890 ∙ 0,035· ∙ = 30309 Па = 0,03 МПа.
9. Определяем общие потери давления в трубопроводе:
∆Р1 = ∆Рдл1 + ∆Рмс1, (19)
∆Р1 = 30309+3984 = 34293 Па = 0,034 МПа.
Определим потери давления в сливном трубопроводе при следующих исходных данных: QТ = 5,6·10-4 м3/с; dТ = 16 мм; рабочая жидкость - масло И30; максимальная температура масла tм = 55; плотность масла = 890 кг/м3; на трубопроводе имеются 7 штуцеров и 5 плавных колен трубопровода под прямым углом; длина трубопровода l2 = 3,5 м.
1. Определяем среднюю скорость течения в трубе:
υ = ,
υ = = 2,79 м/с.
2. Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений:
м = n1 ∙1 + n2 ∙ 2 + … + ni ∙ i,
где n1 - штуцеры, присоединяющие трубы к гидроустройствам;
1 - коэффициент местного сопротивления,
1 = 0,1;
n2 - плавные колена трубопроводов под прямым углом;
2 - коэффициент местного сопротивления,
2 = 0,15;
n3 - выход их трубы в гидробак;
3 - коэффициент местного сопротивления,
3 = 0,75.
м = 7·0,1+5·0,15+1·0,75 = 2,2.
3. Определяем потери давления от местных сопротивлений:
∆Рмс2 = ∙ м ,
где υ - средняя скорость в сечении за местным сопротивлением, м/с;
м - сумма коэффициентов местных сопротивлений;
- плотность жидкости, кг/м3.
∆Рмс2 = 890·2,2· = 7621Па = 0,0076МПа.
4. Определяем значение кинематического коэффициента вязкости при максимальной температуре (55):
ν = ν50⁰,
где ν - кинематический коэффициент вязкости жидкости при температуре tм, м2/с;
ν50⁰ - кинематический коэффициент вязкости жидкости при температуре 50, м2/с;
tм - температура масла (жидкости), .
ν = 0,30∙ = 2,44∙10-5м2/с.
5. Определяем число Рейнольдса:
Re = ,
Re = = 1830.
6. Проверяем условие по выражению
Re< Reкр, 1830<2300; значит режим движения - ламинарный.
7. Вычисляем коэффциент гидравлического трения:
λ = ,
где Re - число Рейнольдса.
λ = = 0,035.
8. Определяем потери давления по длине трубопровода:
∆Рдл2 = ∙λ ∙ ,
где λ - коэффициент гидравлического трения;
- плотность рабочей жидкости.
∆Рдл2 = 890 ∙ 0,035· ∙ = 26521 Па = 0,027 МПа.
9. Определяем общие потери давления в трубопроводе:
∆Р2 = ∆Рдл2 + ∆Рмс2,
∆Р2 = 26521+7621 = 34142 Па = 0,034 МПа.
Расчет потерь давления в гидроаппаратуре.
При определении потерь (перепадов) давлений в гидроаппаратах необходимо исходить из действительных расходов , которые в общем случае отличаются от номинальных. Поэтому необходимо уточнить данные о перепадах давлений.
∆Рга = ∆Рга٭·﴾﴿2, (20)
где ∆Рга - действительные потери давления в гидроаппаратуре, МПа;
∆Рга٭ - номинальные потери давления (при номинальном расходе),
МПа;
Qга - действительный расход через гидроаппарат (л/мин), равный расходу трубопровода Qга = QТ,
Qга = 33,6 л/мин;
Qга٭ - номинальный расход через гидроаппарат, л/мин.
1. Определяем номинальные потери давления:
на гидрораспределителе ПГ74-24: ∆Рга٭ = 0,30 МПа при номинальном расходе Qга٭ = 70 л/мин;
на фильтре щелевом Г43-53: ∆Рга٭ = 0,10 МПа при номинальном расходе Qга٭ = 40 л/мин;
на клапане обратном Г51-24: ∆Рга٭ = 0,20 МПа при номинальном расходе Qга٭ = 70 л/мин.
2. Определяем действительные потери давления:
на гидрораспределителе:
∆Рга рас1 = ∆Рга рас2 = 0,3·﴾﴿2 = 0,069 МПа;
на фильтре щелевом:
∆Рга ф = 0,1·﴾﴿2 = 0,071 МПа;
на клапане обратном:
∆Рга к = 0,2·﴾﴿2 = 0,046 МПа.
4. Расчёт давления настройки предохранительного клапана.
В разделе выполняется расчет рабочего давления гидропривода, на которое должен быть настроен предохранительный клапан.
Предохранительный (переливной) клапан обеспечивает безаварийную работу гидропривода при чрезмерных перегрузках гидродвигателя. Возникающее при этом недопустимо высокое повышение давления снимается предохранительным клапаном, который в этот момент открывается и переливает через себя часть рабочей жидкости в гидробак. Давление, при котором происходит открытие предохранительного клапана, называемое рабочим давлением гидропривода, определяется по формуле:
Р = ∑∆Рга + ∆Р1 + Р2 + РД, (21)
где Р – рабочие давление гидропривода (давление на которое рассчитывается предохранительный клапан), МПа;
∑∆Рга – сумма потерь во всех гидроаппаратах, МПа;
∆Р1, ∆Р2 – потери давления в трубопроводах, МПа;
Рд – перепад давления на гидродвигателе, МПа.
Исходя, из данной схемы распределения давления в гидросистеме (рис.2):
Р = ∆Р1 + ∆Ррас1 + Рм + ∆Ррас2 + ∆Р2 + ∆Рф + ∆Рк,
где ∆Р1, ∆Р2 – потери давления в напорном и сливном трубопроводах, МПа;
Рм – перепад давлений на гидромоторе, МПа;
∆Рф, ∆Рк – на фильтре и обратном клапане, МПа.
∆Ррас1, ∆Ррас2 – перепады давлений на распределителе, МПа.
Р = 0,034 + 0,069 + 10,51 + 0,069 + 0,034 + 0,071 + 0,046 = 10,833 МПа.
Рис.2. Схема распределения давления в гидроприводе.
Заключение
В процессе выполнения работы мы проанализировали работу гидросистемы.
Рассчитали основные параметры и выбрали гидродвигатель – гидромотор: qм = 112 см3, Рм = 10,51 МПа, Qм = 5,6∙ 10-4 м3/с = 33,6 л/мин.
Затем выбрали гидронасос:НПлР20/16: qн = 20 см3, nн = 1450 об/мин,
Р = 16 МПа, ηон = 0,82, ηн = 0,69.
Рассчитали диаметр трубопровода: dТ = 16 мм. Затем рассчитали потери давления в трубопроводе и гидроаппаратуре.
Определили общие потери давления:
на напорном трубопроводе: ∆Р1 = 0,034 МПа;
на сливном трубопроводе: ∆Р2 = 0,034 МПа;
Определили действительные потери давления:
на фильтре: ∆Рга = 0,071 МПа;
на обратном клапане: ∆Рга = 0,046 МПа.
И наконец, рассчитали давление настройки предохранительного клапана: Р = 10,833 МПа.
Библиографический список
1. Бутов А.И., Водяник Г.М., Карастан П.С. " Объемный гидропривод":учебное пособие. Новочеркасск: НПИ, 1979. - 84 с.
2. Кречко А.В. "Гидравлика": учебное пособие; Шахтинский ин-т (филиал) ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2007. - 112 с.
3. Ковалевский В.Ф., Железняков Н.П., Беймен Ю.Б. "Справочник по гидроприводам горных машин" - М.: Недра, 1973. - 504 с.
4. Анурьев В.И. "Справочник конструктора машиностроителя" ТЗ-М.: Машиностроение, 1978. - 557 с.
5. Вильнер Я.М. "Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам" - Минск, 1985.
6. Свешников В.А., Усов А.А. "Станочные гидроприводы. Справочник" - М.: Машиностроение, 1988. = 512 с.
7. Башта Т.М. "Гидравлика, гидромашины и гидроприводы": Учебник для студ. вузов/Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. - 2-е изд., перераб.- М.: Машиностроение, 1982. - 422 с.
8. "Общие требования и правила оформления текстовых документов в учебном поцессе"/Сост.: Теняков Е.И.; Новочерк. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: НГТУ, 1998. - 28 с.
9. ГОСТ 6540-68. "Цилиндры гидравлические и пневматические. Ряды основных параметров."М.: "Издательство стандартов", 1991. - 6 с.
10. ГОСТ 14060-68. "Гидромоторы шестеренныею Ряды основных параметров." М.:"Издательство стандартов", 1986. - 3 с.
11. ГОСТ 14062-68. "Гидромоторы поршневые. Ряды основных параметров." М.: "Издательство стандартов", 1986. - 3 с.