Расчет механизмов с гидравлическим приводом

1 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ

1. Выбор типа и марки насоса

 

Полезную мощность на выходных звеньях гидродвигателей определяют по формулам:

На штоках цилиндров (1)

На валу гидромотора , где   (2)  

Потребляемую насосом  мощность находят по формуле /2,3/:  

 

где  К_с=1,1 — коэффициент запаса по скорости, учитывающий возможные               утечки в гидросистеме;

          К_у=1,15  — коэффициент запаса по усилию (крутящему моменту), учитывающий возможные потери давления в гидросистеме.

По потребляемой мощности и номинальному рабочему давлению в  гидросистеме определяется расчетный расход насоса:

лмин,                                   (3)

где  =28МПа — номинальное давление в гидросистеме.

По номинальному давлению и расчетному расходу выбирается тип и марка насоса:

311.25.А — нерегулируемый аксиально-поршневой насос с диаметром поршней 25мм.

Техническая характеристика

- рабочий объем — q_н = 112см^3об;

- номинальное давление  — P_н = 28МПа;

- номинальная частота  вращения — n_н = 1200 обмин;

- КПД: объемный —  _он = 0,96; полный — _н = 0,91.

Определяем действительную производительность насоса:

  Q_н = q_н n_{н он} = 11210^{-3 1200} 0,96 = 129лмин                   (4)

Вычисляем относительную  погрешность расхода:

 ˂ 10                  (5)

 

2. Выбор гидроцилиндра

 

Для двух цилиндров усилие на штоках будет равно:

                                                  (6)

Перепад давления на поршне гидроцилиндра:

,   (7)

где — потери давления в гидросистеме /7/.

Ориентировочный диаметр  поршня (цилиндра):

                                       (8)

Выбираем по ОСТ 22 – 1417 – 89 два гидроцилиндра. Условное обозначение гидроцилиндров 6.1.У. – 63×40×160 с параметрами:P_Н = 28МПа; D = 63мм; d = 40мм; S = 160мм; КПД: объемный — _оц = 1; гидромеханический — _мц = 0,95 /7/.

 

3. Выбор гидромотора

 

Гидромотор предназначен для создания крутящего момента (М_м) и сообщения ведомому валу непрерывного вращения. Гидромоторы условно делятся на два типа:

- низкомоментные, если отношение крутящего момента (М_м) к числу оборотов (n_м) вала мотора меньше 1;

- высокомоментные, если М_мn_м ˃ 1.

Целесообразно рассмотреть  два варианта использования низкомоментных и высокомоментных гидромоторов, сравнивая удельные показатели массы и энергоемкости выбрать наилучший вариант.

 

І – вариант

Выберем низкомоментный гидромотор типа: 310.25 — нерегулируемый аксиально-поршневой с диаметром поршней 25мм.

Техническая характеристика

- рабочий объем — q_м = 112см^3об;

- номинальное давление  — P_н = 28МПа;

- номинальная частота  вращения — n_н = 1200 обмин;

- номинальный расход — Q_м = 140лмин;   

- крутящий момент —  М_м = 338,8Нм;

- эффективная мощность  гидромотора — = 41,7кВт;

- КПД: объемный —  _ом = 0,96; гидромеханический — _гм = 0,95; полный —   _м = 0,91

- вес — G_м = 41кгс.

Определяем число оборотов гидромотора:

                              (9)

Крутящий момент на валу гидромотора:

(10)

где = 0,9P_н = 0,9 28 = 25,2МПа — перепад давления /7/.

Из сравнения выходных параметров барабана (см.п.2.2 и 2.5.) и гидромотора следует, что между ними необходимо установить редуктор.

Вычисляем передаточное отношение  по числам оборотов:

                                                      (11)

Передаточное отношение  по крутящим моментам:

                                                        (12)

Выбираем трехступенчатый цилиндрический редуктор РЦТ – 500 с параметрами: передаточное отношение – I_р = 157,4; мощность – N = 1,2кВт; КПД - _р = 0,95; вес – G_р = 2597кгс.

Определяем КПД привода  гидромотор – редуктор:

  = _м · _р = 0,91· 0,95 = 0,8645                                                 (13)

Удельный показатель массы:

                                      (14) 

Удельный показатель энергоемкости: K_N = 0,127кВт/дм³ 

Коэффициент эффективности: К_эф = 0,515  /6/.

ІІ – вариант

Выберем высокомоментный радиально – поршневой гидромотор типа МР – 1100.

Техническая характеристика

- рабочий объем — q_м = 1126см^3об;

- номинальное давление  — P_н = 28МПа;

- номинальная частота  вращения — n_н = 100 обмин;

- крутящий момент —  М_м = 4160Нм;

- эффективная мощность  гидромотора — = 34,74кВт;

- КПД: объемный —  _ом = 0,943; гидромеханический — _гм = 0,89; полный —    _м = 0,84

- вес — G_м = 105кгс.

Определяем число оборотов гидромотора – барабана:

                              (15)

Крутящий момент на валу гидромотора – барабана:

(16)

Удельный показатель массы:

              (17) 

Удельный показатель энергоемкости: K_N = 0,4кВт/дм³ 

Коэффициент эффективности: К_эф = 8,34.

Показатели сравнительных  вариантов привода механизмов сведем в таблицу 1.

 

           Таблица 1

 

Вариант привода	Показатели
			KN	Кэф
Гидромотор 310.25 с редуктором РЦТ - 500	0,95	633	0,127	0,515
Гидромотор МР – 1100	0,84	29,62	0,40	8,34

 

Из таблицы 1 видно, что наилучшие показатели имеет вариант безредукторного привода с высокомоментным  гидромотором МР – 1100. Он имеет наименьший показатель веса, второе большую энергоемкость.

Проведенный анализ показывает преимущество безредукторного привода с высокомоментными гидромоторами.

 

1.4 Выбор гидроаппаратуры

 

В качестве гидроаппаратуры  управления потоком жидкости в гидроприводах  СД и ПТМ применяют гидрораспределители, дроссели с обратными клапанами, обратные клапаны, гидрозамки, тормозные клапаны, предохранительные клапаны и др.

1.4.1 Выбор гидрораспределителя

Тип и марку распределителя выбирают по номинальному давлению, подаче насоса и количеству гидродвигателей.

Выбираем моноблочный  распределитель типа ГР.2-20 с условным проходом 20мм, номинальным давлением 32МПа.

Техническая характеристика

- условный проход —  D_y = 20мм;

- номинальный расход масла  — Q_н = 160лмин;

- максимальный расход  масла — Q_max = 200лмин;

- номинальное давление — P_н = 32МПа;

- внутренние утечки —  Q_р = 115см³мин;

- потери давления: при  номинальном расходе — P_р = 1,5МПа;

                                 при максимальном расходе —  P_р = 3,5МПа;

- количество золотников  — 2

- вес — G = 32кг.

1.4.2 Выбор тормозных клапанов и гидрозамков

При проектировании объемных гидроприводов, регулирующая гидроаппаратура  обычно не рассчитывается, а выбирается по номинальному давлению, расходу  жидкости и условному проходу.

Выбираем специальный  тормозной клапан модели У461200А/6,7/.

Техническая характеристика

- условный проход —  D_y = 20мм;

- номинальное давление — P_н = 28МПа;

- максимальное — P_н = МПа;

- потери давления при срабатывании обратного клапана — P_ок = 1,5МПа;

1.4.3 Выбираем специальные гидрозамки модели 62.200.

Техническая характеристика

- условный проход —  D_y = 20мм;

- номинальный расход —  Q_н = 100лмин;

- номинальное давление — P_н = 28МПа;

- максимальное — P_н =35МПа;

- потери давления— P_гз = 0,2МПа;

- вес — G =9,42кг.

 

1.5 Выбор трубороводов (гидролинии)

 

Внутренний диаметр трубопровода рассчитывают на основе подачи насоса (Q_н) и рекомендованных значений скорости (V) рабочей жидкости, выбираемые в зависимости от назначения трубопровода и номинального давления в гидросистеме. Ниже приведены выработанные практикой рекомендации по ее выбору /6,11/:

- для всасывающего трубопровода  — V_в = 0,8…1,4м/с;

- для сливного трубопровода  — V_с = 1,4…2м/с;

- для напорного с учетом  давления в гидросистеме:

      Таблица  2

Давление в гидросистеме, МПа	10	16	20	25	32
Скорость жидкости, м/с	2,7	3,5	3,9	4,25	5,36

 

Внутренний диаметр трубопровода рассчитывают по формуле:

, мм                                                              (18)

Определяем диаметр всасывающего трубопровода:

                                   (19)

Выбираем стальную электросварную трубу по ГОСТ 10704-86 с наружным диаметром  = 25мм и толщиной стенки S = 1,5мм, тогда

  = 22мм.

Определяем диаметр сливного трубопровода:

                                   (20)

Выбираем стальную электросварную трубу по ГОСТ 10704-86 с наружным диаметром  = 40мм и толщиной стенки S = 1,5мм, тогда

  = 37мм.

Определяем диаметр напорного трубопровода:

                                   (21)

Выбираем стальную бесшовную трубу по ГОСТ 8732-88 с наружным диаметром = 50мм и толщиной стенки S=8мм, тогда =34мм.

 

 

1.6 Выбор вспомогательных устройств

 

Выбираем линейный фильтр 1.1.50-25: одинарный с бумажными фильтроэлементами с условным проходом 50мм и тонкостью фильтрации 25мкм.

Техническая характеристика

- условный проход —  D_y = 50мм;

- номинальный расход —  Q_н = 250 лмин;

- номинальное давление — P_н = 0,63МПа;

- максимальное — P_ф = 0,25 МПа;

- тонкость фильтрации  — 25мкм;

- ресурс фильтроэлемента — 300час;

- вес — G = 18,2кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ

2.1 Расчет потерь  давления в гидросистеме

При проектировании гидрофицированных машин необходимо знать потери давления движущейся жидкости для определения фактических выходных параметров гидродвигателей (усилий и скоростей движения), для вычисления полного КПД гидропривода, для теплового расчета гидросистемы и обоснованного выбора емкости масленого бака и теплообменника.

Общие потери давления в  гидросистеме определяются как сумма потерь давления на преодоление двух видов гидравлических сопротивлений (на трение по длине и местные) и потерь давления в гидрооборудовании (распределителе, обратном клапане тормозного клапана, двух гидрозамках и фильтре), значения которых приведены в технических характеристиках.

Общие потери давления для  гидроцилиндров подъема определяются из следующий выражений:

напорная линия - р_н=р_1н+р_ζн+р_р+р_ок+р_гз

сливная линия - р_с=р_ζс+р_ос+р_ф.

Гидравлический  расчет гидролинии

Потерь давления определяются отдельно для каждой гидролинии (всасывающей, напорной, сливной) при температуре масла МГ-30, t=50^оС и давлении Р=28 МПа (870 кг/м³, =40·10^-6 м²/с)