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
1 Выбор конструктивной схемы и описание ее работы
Регулирующие гидроаппараты изменяют давление, расход и направление потока масла путем частичного открытия рабочего проходного сечения.
К таким аппаратам относятся клапаны давления, ограничивающие, поддерживающие или регулирующие давление в гидросистеме.
Для поддержания давления в гидролиниях путем непрерывного или эпизодического слива рабочей жидкости служат напорные клапаны. В зависимости от функционального значения их принято делить на предохранительные и переливные клапаны, несмотря на идентичность конструкций.
Предохранительными клапанами называются напорные гидроклапаны, предназначенные для предохранения объемного гидропривода от давления, превышающего установленное, путем слива жидкости в момент увеличения давления. Они действуют только в аварийных ситуациях в отличие от переливных клапанов, предназначенных для поддержания заданного давления путем непрерывного слива масла во время работы.
При небольших расходах масла и рабочих давлениях применяют предохранительные клапаны прямого действия. При увеличении расхода и рабочего давления резко увеличивается размеры пружины клапана, поэтому в гидросистемах чаще используют аппараты не прямого действия, в которых небольшой вспомогательный клапан управляет перемещением переливного золотника, подключенного к напорной и сливной линиям.
Предохранительные клапаны должны поддерживать постоянным установленное давление возможно в более широком диапазоне изменения расходов масла, проходящих через клапан. В динамических режимах необходимо быстродействие, исключающее возникновение пика давления при резком увеличении расхода.
Повышение быстродействия часто вызывает потерю устойчивости, сопровождающуюся шумом и колебаниями давления. Таким образом, конструкция клапана должна обеспечивать оптимальную величину демпфирования; при этом пик давления обычно не превышает 15-20%.
Для таких клапанов особенно важно рассмотрение не только статических Pк=f(Q), но и динамических характеристик изменения давления по времени Pk=f(t) при заданном по времени интервале изменения расхода Q. Основным требованием к статической характеристике клапана является незначительное изменение Pk в широком диапазоне Q. Для его выполнения применяют проточную часть специальной формы.
1.2 Описание конструкции.
Предохранительный клапан непрямого действия типа МКПВ для стыкового и трубного монтажа по ТУ2-053-1737-85 состоят из следующих основных деталей и узлов: корпуса 1, клапана 8, размещенного в гильзе 10, пружины 9 и вспомогатеного клапана 3, а в исполнении с электроуправлением они дополнительно комплектуются пилотом, устанавливаемым на клапане 3.
Масло из напорной линии подводится к отверстию P корпуса и отводится в сливную линию через отверстие Т. Отверстие Р через малое отверстие 11 в клапане 8 соединено с надклапанной полостью 2, откуда масло через клапан 3 может поступать в отверстие Т по каналу 7. Если давление в гидросистеме не превышает давления настройки клапана 3 ( регулируется винтом 6, сжимающим пружину 5), последний закрыт, давления в торцевых полостях клапана 8 одинаковы, и он прижат пружиной 9 к конусному седлу гильзы 10, разъединяя отверстия Р и Т. Когда усилия от давления масла на корпус 4 вспомогательного клапана превышает усилие его пружины, конус отходит от седла, и масло в небольшом количестве из отверстия Р через малое отверстие 11 давление надклапанной полости 2 уменьшается, и клапан усилием от давления в отверстии Р поднимается вверх, сжимая пружину 9 и соединяя отверстия Р и Т. Перемещение клапана вверх происходит до тех пор, пока усилие от давления в отверстии Р не уравновесит усилие от давления в полости 2 и усилия пружины 9, после чего давление в отверстии Р 9 в напорной линии гидросистемы) автоматически поддерживается постоянным в широком диапазоне расходов масла через клапан. Если отверстие Х соединить с линией слива, давление в полости 2 упадет и клапан 8 под действием небольшого давления (0,3 МПа ) в отверстии Р поднимется, сжимая сравнительно слабую пружину 9 и соединяя отверстия Р и Т ( режим разгрузки). В аппаратах с электроуправлением разгрузка происходит при выключенном (нормально открытое исполнение ) или включенном ( нормально закрытое исполнение) электромагните пилота. При необходимости разделения слива потока управления от основного слива в канал 7 устанавливается заглушка (винт М5), а в отверстии Y – штуцер с резьбой К1/8’’.
Клапан МКПВ показан на Рис. 1 со всеми обозначениями.
Выбираем предохранительный клапан с дистанционным гидравлическим управлением разгрузкой (МКПВ 20/3C2В2УХЛ4). Предохранение гидросистемы от перегрузок, поддержание настроенного давления и дистанционная разгрузка путем соединения отверстия Х со сливной линией.(Рис.2)
2. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТЫ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Условный проход предохранительного клапана определяем по допустимой скорости движения жидкости во входном канале:
где DУ – диаметр условного прохода;
V – скорость, берется из диапазона (5...7) м/с.
тогда получаем, что величина условного прохода при V=7 м/c составляет:
.
Тогда принимаем, что прототипом является предохранительного клапана непрямого действия типа МКПВ по ТУ2-053-1737-85: DУ=20 мм [4, с.115].
Выбираем масло ИГП – 18 [1, c10] : плотностью ;
вязкость при t=50 0С .
Согласно рекомендациям [2,c.369], допустимая скорость движения жидкости в проходе седла определяется:
(2.1.1)
откуда получаем, что
В первом приближении принимаем
Площадь прохода седла определяется по формуле:
(2.1.2)
где Sк – площадь входного канала, м2;
Q – расход рабочей жидкости; (по условию).
Так же площадь канала можно найти по формуле:
(2.1.3)
Из формул (2.1.2) и (2.1.3) получаем:
(2.1.4)
Тогда:
Расход через щель определяется следующим образом [1, стр.15]:
(2.1.5)
где - коэффициент расхода щели;
z – высота подъема клапана, м;
- плотность рабочей жидкости, кг/м3;
– перепад давления на дросселирующей щели, принимаем рк=20МПа.
Определим число Рейнольдса:
По зависимости коэффициента расхода для кромочных клапанов видно, что при Re=1400 коэффициент расхода через щель равен [2,с.368].
Из уравнения (2.1.5) определим высоту подъема клапана:
При малых открытиях клапана (Z<0,1 мм) возникает влияния пограничного слоя в окрестности щели, что приводит к возрастанию влияния пристеного трения в нашем случае мы этого избегаем z> 0,1 мм.
Как правило для предохранительных клапанов непрямого действия [1, c.127]:
,
<0,3 условие выполняется.
2.1.1. Определение усилий для перемещения основного клапана
Условие равновесия ЗРЭ главного клапана определяется силой пружины необходимой только для возвращения клапана в исходное стояние:
(2.1.1.1)
где FЖ - сила давления жидкости на ЗРЭ главного клапана; определяется в данном случае как , [2,c.130];
где ψ – коэффициент силы; принимаем ψ = 0,77 [1,c.78,рис.2.34];
ΔpДР – перепад давления на дросселе; принимаю
SК – площадь прохода седла главного клапана;
SК=
2.1.2. Расчет пружины главного клапана
Определим жесткость пружины из формулы:
, (2.1.2.1)
где Х0 – предварительное поджатие пружины, м;
z=Хmax – максимальное открытие дроссельной щели, м.
Предварительное поджатие пружины:
(2.1.2.2)
Тогда, усилие сжатия пружины можно найти следующим образом:
(2.1.2.3)
Следовательно, из уравнения (2.1.2.3) найду жесткость пружины:
.
Найдем количество витков пружины:
, (2.1.2.4)
где G – модуль сдвига материала пружины, ;
d – диаметр проволоки, м;
- деформация пружины, ;
Найду диаметр проволоки:
, (2.1.2.5)
где - коэффициент пружины учитывающий отношение среднего диаметра к диаметру пружины, принимаем C =7;
D –диаметр пружины, ;
K- коэффициент, учитывающий кривизну витков =1,2;
-напряжение на кручение проволоки;
Тогда:
Следовательно:
Принимаем Z = 13.
Общее число витков найду по формуле:
Жесткость одного витка:
Максимальное касательное напряжение при кручении:
,
- крутящий момент;
; [3, стр. ]
- условие выполняется.
По найденной жесткости одного витка выбираю пружину сжатия и растяжения класса 2, разряда 2 по ГОСТ 13771 – 86. Номер пружины 284, d = 0,82 мм, D = 6 мм. Материал проволоки Б – 2 – 0,82, 00, ГОСТ 9389 – 75 (марка, класс, диаметр).
2.2.Определение основных параметров клапана управления
Диаметр канала управления (см. рис. 4):
(2.2.1)
Принимаем диаметр клапана управления dк.у.=0,8 (мм).
Площадь канала управления
(2.2.2)
Рис.4 Схема управляющего клапана
Определим высоту подъема клапана управления:
, (2.2.3)
.
, (2.2.4)
где - диаметр канала управления;
y – высота подъема клапана управления;
- угол наклона ЗРЭ (см.рис.7), принимаем βУ=150 [1,c.131];
- коэффициент расхода, = f (Re)
определим число Рейнольда:
, т.е. принимаем μ= 0,8 (курс лекций)
Рупр.к. – давление в заклапанной области,
Из (2.2.4) ,
.
Далее определим площадь щели:
(2.2.5)
- условие не выполняется.
Таким образом принимаем конструктивно диаметр клапана управления dк.у.=1,5 (мм). И повторяем расчет:
.
.
- т.е. условие выполняется → dк.у.=1,5 (мм).
2.2.1. Реакция жидкости на управляющий клапан
Сила, действующая на клапан со стороны жидкости:
, (2.2.1.1)
где - коэффициент нагрузки клапана, , ψ ≈ 0,92 [2,c.369,рис.3.77];
Сила давления при закрытом клапане:
, (2.2.1.2)
Из уравнений (2.2.1.1) и (2.2.1.2):
, (2.2.1.3)
2.2.2. Расчет гидравлических сопротивлений
Определим расход через дроссель (см. рис.1, поз.11):
Перепад давления на дросселе:
.
Принимаем
Принимаем относительную длину дросселирующего канала ml=2 [1,c.60]:
Площадь дросселя:
Скорость на дросселе:
2.2.3. Расчет пружины клапана управления
Определю жесткость пружины из формулы :
, (2.2.3.1)
где Х0 – предварительное поджатие пружины, м;
у=уmax – максимальное открытие дроссельной щели, м.
Предварительное поджатие пружины:
(2.2.3.2)
Тогда, усилие сжатия пружины можно найти следующим образом:
(2.2.3.3)
Следовательно, из уравнения (2.1.2.3) найду жесткость пружины:
.
Найду количество витков пружины:
(2.2.3.4)
где G – модуль сдвига материала пружины, ;
d – диаметр проволоки, м;
- деформация пружины, ;
- коэффициент ,C=9;
K- коэффициент, учитывающий кривизну витков =1,13;
Найду диаметр проволоки:
(2.2.3.5)
где D – диаметр пружины, м;
Тогда:
Следовательно:
Принимаем Z = 7.
Общее число витков найду по формуле:
Жесткость одного витка:
Максимальное касательное напряжение при кручении:
,
где ;
[3, с.182].
- условие выполняется.
По найденной жесткости одного витка выбираю пружину сжатия и растяжения 2 класса, 1 разряда по ГОСТ 13771 – 86. Номер пружины 310, d = 0,85 мм, Dо = 8мм. Материал проволоки класса 2 ГОСТ 9389 – 75.
3. ОСНОВНЫЕ ПРОЧНОСТНЫЕ РАСЧЕТЫ
3.1. Расчет болтов на прочность.
Проведем расчет винтов на прочность.
Выбираем винты с цилиндрической головкой и шестигранным углублением под ключ класса точности А по ГОСТ 11738-84 [3,c.635]:
Винт М12-6g150.88 -4 штуки, где dб =12 мм, lб =150 мм. МПа.
При этом, сила (3.1.1)
Рассчитаем силу, действующую на один болт:
где i = 4 – количество крепежных болтов.
Определим требуемый диаметр болта из условий прочности при статическом нагружении:
где - допустимое напряжение материала болта;
К – коэффициент затяжки болтов К = 1,5;
Sб – площадь болта, м2 .
где - временное сопротивление материала болта, МПа;
n = 3 – коэффициент запаса.
Тогда:
Т.е. выбранные выше болты удовлетворяют условию прочности.
4. РАСЧЕТЫ И ГРАФИКИ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
4.1. Математическая модель клапана непрямого действия
Математическая модель любого гидравлического устройства состоит из трёх видов уравнений: уравнение расходов на базе условия неразрывности, уравнения давлений, уравнения сил.
а) Уравнение расходов
,
где μ – коэффициент расхода;
dупр – диаметр клапана управления;
у – высота подъема клапана управления.
1) Уравнение расхода управления:
,
где S – площадь поршня со стороны управления;
x – величина подъема основного клапана.
2)
3)
4) Расход через основной клапан:
,
где dК – диаметр клапана.
5) Уравнение баланса расходов:
,
б) Уравнение давлений (уравнение энергии)
1)
2)
3)
4)
где lА – учитывает потери ламинарного трения с учетом всех местных потерь;
– учитывает потери турбулентного течения трения с учетом всех местных потерь;
– учитывает инерционные потери .
в) Уравнения движения подвижных элементов (клапанов)
1) Клапан управления
.
2) Уравнение для основного клапана
где Т - сила сухого трения;
4.2 Расчет статической характеристики
Характеристика клапана непрямого действия представляет собой совместную характеристику управляющего и главного клапанов. При давлении рупр управляющий клапан открывается и через него наченает проходить расход Qупр . Когда потери в дросселе увеличиваются, образуется усилие для открытия основного клапана. При дальнейшем возрастании давления продолжается увеличение Qупр и Δpдр. Это вызывает интенсивное нарастание подъема основного клапана (из-за мягкости пружины) и соответственно пропускаемого им расхода. Поэтому участок характеристики получается почти горизонтальным.
Построим характеристику клапана не прямого действия при помощи программы MathCad.
Литература
1. Данилов Ю.А и др. “Аппаратура объемных гидроприводов”
2. Башта Т.М и др. “ Гидравлика, гидромашин и гидроприводов”/Москва 1982г.
3. Анурьев В.И “Справочник конструктора машиностроителя”.1,2,3 том
4. Свешников В. К “ Станочные гидроприводы”.Москва Машиностроение 1995г.
5. Чернавский С.А “Проектирование механических передач”/
Выведем уравнения для построения характеристики нашего клапана
Сначала для определения расхода через клапан управления при изменении давления:
где
клапан управления сработает при P=Fпруж*0,8
где
Для основного клапана :
где
При совмещении последовательно этих формул получим характеристику клапана не прямого действия.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8
ЮУрГУ 1211– 01– 042.00.00.00.ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
9
ЮУрГУ 1211– 01– 042.00.00.00.ПЗ
зм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
10
ЮУрГУ 1211– 01– 042.00.00.00.ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11
ЮУрГУ 1211– 01– 042.00.00.00.ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
12
ЮУрГУ 1211– 01– 042.00.00.00.ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
13
ЮУрГУ 1211– 01– 042.00.00.00.ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
14
ЮУрГУ 1211– 01– 042.00.00.00.ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
15
ЮУрГУ 1211– 01– 042.00.00.00.ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
17
ЮУрГУ 1211– 01– 042.00.00.00.ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
18
ЮУрГУ 1211– 01– 042.00.00.00.ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
19
ЮУрГУ 1211– 01– 042.00.00.00.ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
21
ЮУрГУ 1211– 05– 044.00.00.00.ПЗ
ЮУрГУ 1211– 01– 042.00.00.00.ПЗ
7
Лист
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
ЮУрГУ 1211– 01– 042.00.00.00.ПЗ
4
Лист
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
ЮУрГУ 1211– 01– 042.00.00.00.ПЗ
5
Лист
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
ЮУрГУ 1211– 05– 044.00.00.00.ПЗ
20
Лист
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.