Курсовая работа: Розрахунок гідросистеми верстата

Міністерство освіти і науки України

Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка

Кафедра будівельних машин та обладнання

КУРСОВА РОБОТА З ДИСЦИПЛІНИ:

Розрахунок гідросистеми верстата

“Гідро- та пневмоприводи”

Зміст

Вступ

1. Вибір робочого тиску

2. Розрахунок та вибір гідродвигунів

2.1 Розрахунок гідроциліндрів

2.2 Вибір гідроциліндрів

3. Розрахунок витрат робочої рідини

4. Розрахунок та вибір насосів і привідного двигуна

4.1 Розрахунок і вибір насосів

4.2 Вибір приводного двигуна

4.3 Вибір об'єму бака

5. Вибір гідроапаратури

6. Перевірний розрахунок

7. Опис роботи гідросистеми

Висновки

Список літератури

Завдання

Гідравлічна система туфофрезерного верстата СМР – 018

Б - бак; Н - гідронасос; Кл1 - запобіжний клапан; Кл2 - клапан послідовності; Р1, Р2, Р4, Р5 - гідророзподільники з електрокеруванням; Р1, Р2 - гідророзподільники; Гц1, Гц2 - гідроциліндри з параметрами: F_гц1 = 18 кН,

F_гц2 = 12 кН, v_ш1 = 3 м/хв, v_ш2 = 4 м/хв.

Метою даної курсової роботи є розрахунок гідросистеми туфофрезерного верстата СМР-018, гідравлічна схема якого, а також перелік всіх складових частин гідросистеми наведені в завданні до даної курсової роботи. Особливу увагу приділено основним параметрам, які розраховуються. До них можна віднести розміри гідроциліндрів, необхідну подачу насоса, діаметр умовного проходу, що необхідний для підбору гідроапаратури. Згідно розрахованих показників було підібрано гідроциліндри, насос, апаратура, які в даний момент виробляються промисловими підприємствами. Слід зазначити, що при виборі відповідних гідромашин та гідроапаратів були використані довідкові матеріали, що відповідають державним стандартам.

Після закінчення вибору гідроапаратури був проведений контрольний розрахунок, метою якого було встановити, чи забезпечує розрахована гідросистема параметри, вказані у завданні на курсову роботу (зусилля на штоку Fгц1, а також Fгц2, швидкість штока V гц1 та V гц2). Після проведення відповідного розрахунку було встановлено, що розрахунки проведені вірно, оскільки дана гідросистема забезпечує згадані вище параметри.

Крім того було встановлено, що система працює в нормальному режимі, тому додаткових змін не потребує.

 У висновках наведено необхідні пояснення, в яких вказані головні особливості роботи гідравлічної системи туфофрезерного верстата СМР-018, а також глибокий аналіз проведеної роботи.

В загальному випадку для верстатів загального призначення використовують тиск 2,5, 3,5, 4, 6,3 МПа. Оскільки більші значення тиску приймаються при розробленні верстатів спеціального призначення, а згідно завдання необхідно розрахувати гідравлічну схему туфофрезерного верстата СМР-018, то попередньо приймемо величину тиску РН=6,3 МПа, а потім при необхідності відкоригуємо її в залежності від отриманих результатів.

Величина тиску зливу при попередніх розрахунках коливається в межах (0,1…0,2) РН ми ж приймаємо РЗ=0,15РН.Після проведення розрахунків дістанемо:

 МПа.

Тоді згідно попередньоприйнятих значень і проведення розрахунків перепад тиску становитиме:

 МПа.

 Оскільки згідно заданої схеми маємо справу з поршневим гідроциліндром двосторонньої дії з одностороннім штоком, який працює на прямому ході, то для розрахунку використаємо наступну формулу:

Dгц1=2√Fеф/ (π (pн-рз (1/φ)) ηм), де

Dгц1-діаметр гідроциліндра 1;

Fеф-ефективне зусилля на штокові гідроциліндра;

рн-номінальний тиск;

рз-тиск зливу;

φ-приймаємо рівним 1,33;

ηм-механічний ККД гідроциліндра (приймаємо рівним 0,98);

Тоді:

Dгц1=2√18ּ10³/ (3,14 (6,3-0,95 (1/1,33)) 0,98ּ10³) =0,064 м.

Згідно довідкових матеріалів по ГОСТ 12447-80 приймаємо Dгц1=70 мм.

Розрахунок гідроциліндра 2 проводимо за аналогічною формулою:

Dгц2=2√12ּ10³/ (3,14 (6,3-0,95 (1/1,33)) 0,98ּ10³) =0,053 м.

Аналогічно приймаємо Dгц2=56 мм.

Діаметри штоків гідроциліндрів розрахуємо за наступними формулами:

dш1=√Dгц1²- (Dгц1²/φ);

dш1=√70²- (70²/1,33) =34,9 мм.

Згідно раніше прийнятих норм приймаємо dш1=36 мм.

Аналогічно маємо:

dш2=√Dгц2²- (Dгц2²/φ);

dш2=√56²- (56²/1,33) =27,89 мм.

Приймаємо dш2=28 мм.

За результатами розрахунків вибираємо гідроциліндри з розмірами відповідними ГОСТ 12447-80:

для ГЦ1: D_ГЦ1 = 70 мм, d_Ш1 = 36 мм;

для ГЦ2: D_ГЦ2 = 56 мм, d_Ш2 = 28 мм.

Витрати робочої рідини залежать від розмірів вибраного гідроциліндра та швидкості штока ГЦ, наведеної в завданні.

Формула для розрахунку витрати робочої рідини залежить від типу вибраного ГЦ. Оскільки в схемі використовується поршневий гідроциліндр з одностороннім штоком на прямому ході, то використаємо наступну формулу:

Qгц1=Vшπ (Dц²/4) (1/ηм), де

Vш-швидкість штока гідроциліндра, м/с.

Після підстановки чисел дістанемо:

Qгц1= (3/60) (3,14/4) (70ּ10^-3) ² (1/0,98) =0, 19ּ10^-3 м³/с (11,4 л/хв).

За аналогічною формулою розрахуємо витрату рідини для другого гідроциліндра:

Qгц1= (4/60) (3,14/4) (56ּ10^-3) ² (1/0,98) =0,17ּ10^-3 м³/с (10,2 л/хв).

При підрахунку сумарних витрат рідини в системі врахуємо той факт, що гідроциліндри працюють по черзі, тому вибір гідронасосу будемо проводити по максимальній витраті рідини Qmax=11,4 л/хв.

Згідно ГОСТ 13167-82 вибираємо пластинчастий гідронасос Г12-32АМ, який має наступні параметри:

робочий об”єм - 16 см³;

номінальна подача - 12,7 л/хв;

ККД при номінальному режимі - 0,83;

номінальна частота обертання - 960 об/хв;

номінальна потужність - 1,9 кВт;

номінальний тиск - 6,3 мПа;

маса 8,2 кг.

Приводний двигун для насоса підбирається за потужністю та частотою обертання, яка необхідна для приводу насоса. За даними параметрами вибираємо двигун АИР100L6, потужністю Р=2,2 кВт і частотою обертання 945 об/хв.Решта параметрів має вигляд: номінальний ККД - 81%; маса - 27,5 кг;

Оскільки номінальна частота обертання приводного двигуна відрізняється від номінальної частоти обертання насоса, то перерахуємо подачу насоса:

Q=Vнnнηv,

де

Vн - робочий об”єм насоса, м³;

nн - частота обертання насоса, об/с;

ηv - об”ємний ККД насоса.

Після підстановки чисел отримаємо:

Q=16ּ10^-6ּ945ּ0,83=12,5ּ10^-3 м³/хв=12,5 л/хв.

Рекомендується потрібний об'єм бака приблизно визначати за формулюю:

Vб= (1,5…3) Qхв, де

Qхв - об”єм рідини, який подає насос за одну хвилину.

Vб=2,25ּ12,5ּ10^-3=28,12 дм³.

Згідно ГОСТ 12448-80 вибираємо об”єм бака 25 дм³.

Для вибору гідроапаратури необхідно визначити діаметр умовного проходу:

Dy=√4Qрід/πVрід, де

Qрід - витрат рідини в гідролінії, м³/с;

Vрід - швидкість рідини в гідролінії, м/с.

Оскільки попередньо було задано величину номінального тиску 6,3 мПа, то виберемо Vрід=3,5 м/с. Тоді діаметр умовного проходу буде дорівнювати:

Dy=√4ּ12,5ּ10^-3/3,14ּ3,5ּ60=8,7ּ10^-3 м=8,7 мм.

Згідно ГОСТ 16516-80 приймаємо Dy=10 мм.

За значенням діаметру умовного проходу і значенням номінального тиску підбираємо гідроапарати, які входять до складу системи:

1). Гідророзподільники:

а) чотирьохлінійний трьохпозиційний гідророзподільник (Р1):

РХ10 з параметрами:

-  діаметр умовного проходу: 10 мм;

-  номінальний тиск: 32 Мпа;

-  витрата рідини: 33 л/хв;

-  тип керування: електричне.

в) чотирьохлінійний трьохпозиційний гідророзподільник із розвантаженням насоса в режимі "стоп" (Р2):

РХ10 з параметрами:

-  діаметр умовного проходу: 10 мм;

номінальний тиск: 32 Мпа;

-  витрата рідини: 33 л/хв;

-  тип керування: електричне.

2). Манометр

МТП-1 з діапазоном вимірювання 0 … 16 МПа.

3). Запобіжний клапан (Кл1):

клапан марки 10-10-1-11 з параметрами:

-  тип: непрямої дії;

-  діаметр умовного проходу: 10 мм;

-  витрата рідини: 40 л/хв;

-  тиск настройки: 0,3 - 10 МПа;

-  керування: ручне;

-  маса: 3,8 кг.

4). Клапан послідовності (Кл2):

клапан марки Г54-32М з параметрами:

-  тип: прямої дії;

-  діаметр умовного проходу: 10 мм;

-  витрата рідини: 32 л/хв;

-  тиск настройки: 1; 2,5; 6,3; 10; 20 МПа;

-  керування: ручне;

-  маса: 2,4 кг.

5). Фільтр марки Ф10 з параметрами:

-  тиск: 6,3 МПа;

-  Δ = 25 мкм;

-  пропускна здатність: 25 л/хв.

6). Регулятор потоку марки МПГ 55-32 з параметрами:

-  номінальна витрата рідини: 20 л/хв.;

-  діаметр умовного проходу: 10 мм;

-  номінальний тиск: 200 кгс/см².

Виконаємо перевірочний розрахунок і переконаємося в тому, чи дійсно забезпечує розрахована гідросистема параметри задані у завданні.

Fгц1=Dгц1²π (pн-рз (1/φ)) ηм/4;

Fгц1=0,07²ּ3,14ּ (6,3ּ10^{6 -} 0,95ּ10⁶ּ (1/1,33)) ּ0,98/4=21 кН.

По аналогічній формулі розраховуємо зусилля на штоці другого гідроциліндра:

Fгц2=0,056²ּ3,14ּ (6,3ּ10^{6 -} 0,95ּ10⁶ ּ (1/1,33)) ּ0,98/4=13,48 кН.

Тепер виконаємо перевірку за швидкостями:

Vmax1=4Qηм/π Dгц1²;

Vmax1=4ּ12,5ּ10^-3ּ0,98/3,14ּ0,07²=3,23 м/хв.

По аналогічній формулі розрахуємо швидкість штока другого гідроциліндра:

Vmax2=4ּ12,5ּ10^-3ּ0,98/3,14ּ0,056²=5,05 м/хв.

Розглянемо принцип дії туфофрезерного верстата СМР-018.

Насос (Н) засмоктує рідину з баку (Б) та подає її до лінії нагнітання. Для того, щоб тиск у системі не перевищував максимально допустимого, встановлюється запобіжний клапан (Кл1), який при необхідності обмежує його. Для того, щоб унеможливити потрапляння до напірної лінії разом з робочою рідиною небажаних домішок, встановлюється фільтр (Ф). Манометр (М) встановлюють для того, щоб візуально можна було вести контроль за рівнем тиску в гідравлічній системі.

Лінія нагнітання з’єднується із чотирьохлінійним трьохпозиційним гідророзподільником Р2, у якому:

при положенні І: лінія нагнітання з’єднується із штоковою порожниною гідроциліндра Гц2 - шток гідроциліндра розпочинає рух вертикально вгору;

при положенні ІІ: лінія нагнітання з’єднується зі поршневою порожниною гідроциліндра Гц2 - шток гідроциліндру опускається вниз.

Коли тиск у гідролінії досягає певного значення клапан послідовності (Кл 2) відкривається і лінія нагнітання з’єднується з гідророзподільником Р1, у якому:

при положенні 0: шток гідроциліндра Гц1залишається нерухомим;

при положенні І: лінія нагнітання з’єднується з поршневою порожниною гідроциліндра Гц1 - шток гідроциліндра розпочинає рух вправо;

при положенні ІІ: лінія нагнітання з’єднується зі штоковою порожниною гідроциліндра Гц1 - шток починає рухатись вліво.

Регулятор потоку (РП) здійснює контроль за швидкістю руху потоку рідини. Слід зазначити, що для зручності користування верстатом, гідророзподільники Р1 та Р2 мають електричне керування.

Під час виконання курсової роботи нами було підібрано поршневі гідроциліндри, а також уся необхідна для роботи гідросистеми гідроапаратура.Перевірний розрахунок дав наступні результати: Fгц1=21 кН, Fгц2=13,48 кН, Vmax1=3,23 м/хв, Vmax2=5,05 м/хв.Враховуючи те, що параметри задані в завданні дорівнюють 18 кН, 12 кН, 3 м/хв, 4 м/хв відповідно, можна стверджувати, що перевірні параметри взяті з запасом, але від заданих вони відрізняються незначно.Згідно вище викладеного можна стверджувати,що схема є працездатною, тобто працює в нормальному режимі. Тому додаткових змін вона не потребує і зроблені вони не були.

1. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. - М.: Машиностроение, 1972, 320 с. (621.22 Б33, АН-1)

2. Башта Т.М. Объемные насосы и гидродвигатели гидросистем. - Мю: Машиностроение, 1974.

3. Башта Т.М., Руднев С.С. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. - М.: Машиностроение, 1982, 423 с.

4. Иванов Г.М., Ермаков С.А. Проектирование гидравлических систем машин. - М.: Машиностроение, 1992.

5. Мандрус В.І., Лещій Н.П., Звягін В.М. Машинобудівна гідравліка. Задачі та приклади розрахунків. - Львів: Світ, 1995. - 264 с. (621 М23, УА - 24, ЧЗ1 - 1)

6. Навроцкий К.Л. Теория и проектирование гидро - и пневмомашин. - М.: Машиностроение, 1991. -384 с. (62 Н15, АН - 1, АУ - 8)

7. Немировский И.А., Снисарь Н.Г. Расчет гидроприводов технологических машин. - К.: Техника, 1992. -181 с. (62 Н50, АН - 1, ЧЗ1 - 1)

8.В.К. Свешников (ред. ). Гидро - и пневмопривод. - М.: Машиностроение, 1992. - 512 с.

9. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы. Справочник.2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1988. -512 с.

10. Гидро-пневмопривод и его елементы. Рынок продукции; Каталог/ Коллектив составителей. - М.: Машиностроение, 1992. - 232 с.