Проектирование роликового конвейера для подачи крупногабаритного литья к агрегатному станку

 

- поршневой  полости 

 

 

Для расчета геометрических размеров гидроцилиндра составляем уравнение баланса сил, действующих на корпус вдоль оси гидроцилиндра.

P₁ – P₂ = P_У + R_D ,

 

где P₁ – сила от рабочего давления в штоковой полости;

P₂ – сила противодавления в поршневой полости;

P_У – сила трения в сопряжениях поршня и корпуса;

R_D = 0,1 тС = 1000 Н – технологическое усилие (сила сопротивления движению отливки).

Выразим силы P₁ и P₂ через площади поперечного сечения полостей гидроцилиндра, рабочее давление и давление гидравлического сопротивления в сливной линии

P₁ = р₁ · F₁

P₂ = р₀ · F₂

 

где р₁ – рабочее давление;

F₁ – площадь поперечного сечения штоковой полости;

р₀ – давление в сливной линии;

F₂ – площадь поперечного сечения поршневой полости.

Введем производные  геометрический параметр гидроцилиндра  – отношение диаметра штока к  диаметру поршня

 

 

Тогда площадь  поперечного сечения штоковой полости 

 

 

Силу трения в уплотнениях Р_У в первом приближении принимаем равным 25% от технологического усилия R_D :

 

Р_У = 0,25 · R_D

 

Запишем уравнение  баланса сил, действующих на корпус с учетом принятых соотношений

 

 

Из последнего выражения  выражаем диаметр поршня

 

 мм

 

где R_D = 1000 Н – технологическое усилие;

р₁ = 0,5 МПа – рабочее давление [3, с. 8];

k = 0,5 – отношение диаметра штока к диаметру поршня (по каталогу фирмы «АПРЕЛЬ»);

р₀ = 0,196 МПа – давление гидравлического сопротивления в сливной линии [3, с. 8].

Определяем диаметр штока

 

d_ШТ = D_П · k = 157,3 · 0,5 = 78,7 мм

 

В соответствии с расчетными размерами гидроцилиндра  подъема поворотной стрелы по каталогу фирмы «АПРЕЛЬ» выбираем цилиндр  с обозначением HCС.60.25.860 – 01 с характеристиками:

- диаметр поршня D_П = 160 мм;

- диаметр штока d_Ш = 80 мм;

- ход S = 1750 мм.

Для выбранного цилиндра рассчитываем площади поперечного  сечения:

- штоковой полости 

 

= 15080 мм² = 0,015 м²

 

- поршневой полости 

 

20106 мм² = 0,02 м²

 

Рассчитываем  расходов рабочей жидкости

- при прямом  ходе

 

 м³/с = 30,6 л/мин

 

- при обратном  ходе

 

 м³/с = 40,8 л/мин

 

где Н = 1700 мм = 1,7 м – ход цилиндра;

t = 50 с – время цикла;

F₁ = 0,015 м² – площадь поперечного сечения штоковой полости;

F₂ = 0,02 м² – площадь поперечного сечения поршневой полости.

За расчетный  расход Q_ПВ рабочей жидкости принимаем наибольший из Q₁ и Q₂, то есть

 

Q_ПВ = Q₂ = 40,8 л/мин

 

1.7 Выбор и расчет гидроаппаратуры

 

Подбор гидроаппаратуры  производится по максимальному расходу через аппарат и рабочему давлению гидропривода.

Рабочее давление р_РАБ = 0,5 МПа было принято на этапе расчета и выбора гидроцилиндра.

Максимальный  расход в гидросистеме будет, когда  происходит одновременная работа гидроцилиндров подъема поворотной и грузовой стрел при неподвижной опущенной опоре.

Общий расход рабочей  жидкости

 

Q_РАБ = Q_ПВ = 40,8 л/мин = 6,8·10^-4 м³/с.

 

Гидроаппараты выбирается путем сравнения параметров р_РАБ и Q_РАБ с паспортными данными выбираемого аппарата. Необходимо определить перепад давления на аппарате при рабочих условиях. Произведем выбор гидроаппаратов и расчет потерь давления.

Кран муфтовый КМ:

- обозначение  по ГОСТ 22508-77:  КМ-27-32-01 [3, с. 109];

- номинальные  расход   Q_НОМ = 50 л/мин;

- номинальное  давление   р_НОМ = 2,7 МПа;

- номинальный  перепад давления  Dр_ном = 0,04 МПа.

Потеря давления при рабочих условиях

 

 

Клапан обратный КО1:

- обозначение  по ТУ2-053-1444-79: ПГ51-24 [2, с. 109];

- номинальные расход   Q_НОМ = 45 л/мин;

- номинальное  давление   р_НОМ = 2,7 МПа;

- номинальный  перепад давления  Dр_ном = 0,02 МПа.

Потеря давления при рабочих условиях

 

 

Полумуфты соединительные БРС1 и БРС2:

- обозначение по каталогу «АПРЕЛЬ»: 5827-1-01;

- номинальные  расход   Q_НОМ = 50 л/мин;

- номинальное  давление   р_НОМ = 3,0 МПа;

- номинальный перепад  давления  Dр_ном = 0,02 МПа.

Потеря давления при рабочих  условиях

 

Гидрораспределитель  трехпозиционный Р1 с электромагнитным управление:

- обозначение по ТУ2-053-1846-87: 1Р 203.В44;

- номинальные расход   Q_НОМ = 42 л/мин;

- номинальное давление   р_НОМ = 1,41 МПа;

- номинальный перепад  давления  Dр_ном = 0,09 МПа.

Потеря давления при рабочих  условиях

 

 

Гидрораспределитель  трехпозиционный Р2 с управлением  от рукоятки:

- обозначение  по ТУ2-053-1846-87: 1Р 203.В64А;

- номинальные  расход   Q_НОМ = 60 л/мин;

- номинальное  давление   р_НОМ = 2,75 МПа;

- номинальный  перепад давления  Dр_ном = 0,05 МПа.

Потеря давления при рабочих условиях

 

 

Гидрораспределитель  двухпозиционный Р3 с электромагнитным управлением:

- обозначение по ТУ2-053-1846-87: 1Р 203.В64А;

- номинальные расход   Q_НОМ = 65 л/мин;

- номинальное  давление   р_НОМ = 1,41 МПа;

- номинальный  перепад давления  Dр_ном = 0,016 МПа.

Потеря давления при рабочих условиях

 

 

Секция гидрораспределителя  секционного Р5 со встроенным регулятором расхода с управлением от рукоятки:

- обозначение распределителя

по ТУ4144-023-0021824-04:  1РСМ12-25-021-4;

- номинальные расход   Q_НОМ = 42 л/мин;

- номинальное давление   р_НОМ = 3,0 МПа;

- номинальный перепад давления

в одной секции    Dр_ном = 0,086 МПа;

- номинальный перепад давления

в регуляторе расхода   Dр_ном = 0,06 МПа;

Потеря давления при рабочих условиях для одной  секции

 

 

Потеря давления при рабочих условиях для регулятора расхода

 

Гидрозамок  односторонний ЗМ1а:

- обозначение  по ТУ-053-1551-81: М-4 КУ20/320 04;

- номинальные  расход   Q_НОМ = 62 л/мин;

- номинальное  давление   р_НОМ = 2,7 МПа;

- номинальный  перепад давления  Dр_ном = 0,085 МПа.

 

Потеря давления при рабочих условиях

 

 

Клапан тормозной  с гидравлическим управлением КТ1:

- обозначение по каталогу «АПРЕЛЬ»: 854.53.60.00;

- номинальные  расход   Q_НОМ = 85 л/мин;

- номинальное  давление   р_НОМ = 2,7 МПа;

- номинальный  перепад давления  Dр_ном = 0,1 МПа.

Потеря давления при рабочих условиях

 

 

Клапан предохранительный КП:

- обозначение по ТУ4144-019-0021824-01: 20-Х-1-11У;

- номинальные  расход    Q_НОМ = 45 л/мин;

- давление настройки       р_НАС = 0,5^+0,02 МПа;

- номинальный  перепад давления   Dр_ном = 0,02 МПа.

Потеря давления при рабочих условиях

 

 

Фильтр линейный Ф:

- обозначение по каталогу  «АПРЕЛЬ»: 854.85.00.00;

- номинальные расход   Q_НОМ = 85 л/мин;

- номинальное давление   р_НОМ = 0,8 МПа;

- номинальный перепад  давления  Dр_ном = 0,11 МПа.

Потеря давления при рабочих  условиях

 

 

1.8  Расчет и выбор трубопроводов

 

На основе опыта, для проектирования гидросистем, рекомендуются следующие величины скоростей движения жидкости в трубах: сливные трубы – до 1 м/с; напорные, соединительные, исполнительные трубы, рукава высокого давления – до 3,5 м/с.

Для расчета гидравлической сети нужно установить наиболее длинный  замкнутый контур включающий в себя: гидробак – кран муфтовый КМ – насос – клапан обратный – полумуфта БРС1 – распределительная система – напорный рукав – гидрозамок напорный – наиболее удаленный от бака гидроцилиндр – гидрозамок сливной – сливной рукав – тормозной клапан (режим дросселирования) – распределительная система – полумуфта БРС2 – фильтр линейный Ф – сливная линия – гидробак.

Составим подробную  цепочку с указанием соединительных трубопроводов, конкретных распределительных устройств и шлангов (для трубопроводов укажем в скобках развернутую длину L, мм и предполагаемую скорость V, м/с): всасывающая линия → кран муфтовый КМ  → насос Н → напорная линия → клапан обратный КО1 → напорная линия → соединительная полумуфта БРС1 → напорная линия → распределитель Р₃ → соединительная линия → секционный распределитель Р₅ (крайняя левая по схеме секция) → соединительная линия  → напорный рукав → исполнительная линия → гидрозамок ЗМ₄ → → гидрозамок ЗМ₃ → исполнительная линия   → сливной рукав → соединительная линия → клапан тормозной КТ₁ → соединительная линия → секционный распределитель Р₅ (крайняя левая по схеме секция) → сливная линия  → соединительная  муфта  БРС1 → сливная линия  → фильтр Ф → сливная линия .

Таким образом, суммарная протяженность трубопроводов  со скоростью рабочей жидкости V = 3,5 м/с (включая рукава высокого давления) составляет 7 м; протяженность трубопроводов со скоростью V = 1 м/с – 2,8 м.

Проведем расчет и выбор напорных, соединительных, исполнительных линий и рукавов высокого давления. Определяем внутренний диаметр трубопроводов

 

 

где Q_РАБ = 40,8 л/мин = 6,8∙10^-4 м³/с – рабочий расход;

V = 3,5 м/с – оптимальная скорость рабочей жидкости в трубопроводе.

Определяем  минимальную толщину стенок трубопроводов

 

 

где р_РАБ = 25 МПа – рабочее давление;

К_Б = 6 – коэффициент безопасности;

s_В = 370×10⁶ Па – предел прочности на растяжение материала трубы (Сталь 20);

Определяем  расчетные наружные диаметры труб

 

d_H = d_ТР + 2 × d = 16 + 2 × 6∙10^-5 ≈ 16 мм

 

По сортаменту труб выбираем стальную бесшовную горячедеформированную трубу по ГОСТ 8732-78 с наружным диаметром d_H = 22 мм и толщиной стенки d = 2,8 мм.

Определяем  фактический внутренний диаметр  трубопроводов в соответствии с  принятыми размерами трубы

 

d_ТР = d_Н – 2×d = 22 – 2×2,8 = 16,4 мм

 

Определяем  фактическую скорость рабочей жидкости в трубопроводах

 

Для определения  потерь давления в сети трубопроводов  определяем режим движения жидкости по числу Рейнольдса

 

 

где d_ТР = 16,4 мм = 0,0164 мм – фактический диаметр труб;

υ = 4,2·10^-5 м²/с – кинематическая вязкость рабочей жидкости (масло ВМГЗ).

При значении числа  Рейнольдса до Re = 2300 режим движения жидкости в трубах будет ламинарным.

Определяем  коэффициент сопротивления движению жидкости в трубах для ламинарного  режима по формуле

 

 

Определяем  потери давления в трубопроводах  по формуле

 

 

где ρ = 910 кг/м³ – плотность рабочей жидкости (масло ВМГЗ);

L = 7 мм – общая протяженность труб выбранного сортамента по расчетной цепочке;

V = 3,2 м/с – скорость жидкости в трубах.

Проведем расчет и выбор сливных трубопроводов. Определяем внутренний диаметр трубопроводов

 

 

где Q_РАБ = 40,8 л/мин = 6,8∙10^-4 м³/с – рабочий расход;

V = 1 м/с – оптимальная скорость рабочей жидкости в трубопроводе.

Определяем  минимальную толщину стенок трубопроводов

 

 

где р₀ = 0,196 МПа – давление в сливной линии;

К_Б = 6 – коэффициент безопасности;

s_В = 370×10⁶ Па – предел прочности на растяжение материала трубы (Сталь 20);

Определяем  расчетные наружные диаметры труб

 

d_H = d_ТР + 2 × d = 30 + 2 × 6∙10^-5 ≈ 30 мм

 

По сортаменту труб выбираем стальную бесшовную горячедеформированную трубу по ГОСТ 8732-78 с наружным диаметром d_H = 35 мм и толщиной стенки d = 2,5 мм.

Определяем  фактический внутренний диаметр  трубопроводов в соответствии с  принятыми размерами трубы

 

d_ТР = d_Н – 2×d = 35 – 2×2,5 = 30 мм = 0,03 м

 

Определяем  фактическую скорость рабочей жидкости в трубопроводах

 

Для определения  потерь давления в сети трубопроводов определяем режим движения жидкости по числу Рейнольдса

 

 

где d_ТР = 30 мм = 0,03 мм – фактический диаметр труб;

υ = 4,2·10^-5 м²/с – кинематическая вязкость рабочей жидкости (масло ВМГЗ).

При значении числа Рейнольдса до Re = 2300 режим движения жидкости в трубах будет ламинарным.

Определяем  коэффициент сопротивления движению жидкости в трубах для ламинарного  режима по формуле

 

 

Определяем  потери давления в трубопроводах  по формуле