Краткое описание гидросистемы с гидродвигателем при регулировании скорости в обратном направлении

Введение

Силовые гидростатические приводы можно классифицировать по давлению, способу регулирования, виду циркуляции рабочей жидкости, способам управления и контроля.

По давлению различают гидроприводы низкого (до 2,5 МПа), среднего (2,5–6,3 МПа) и высокого (6,3–50 МПа) давлений. Первые применяются в машинах, где имеются незначительные нагрузки и малый уровень колебания давления. Приводы среднего давления используются наиболее часто и отличаются высокой жёсткостью механической характеристики и точностью воспроизведения параметров движения (скорости, величины перемещения) при сравнительно малой стоимости гидроаппаратуры.

Приводы высокого давления используются в тяжёлых машинах и позволяют получить большую выходную мощность при ограниченных размерах гидродвигателей.

По способу регулирования скорости выходного звена различают гидростатические приводы с машинным (объёмным) и дроссельным регулированием.

При машинном способе регулирование скорости движения гидродвигателя осуществляется изменением рабочего объёма гидромашин (насоса, гидродвигателя). При дроссельном – путём установки регулируемого гидравлического сопротивления (дросселя или регулятора потока), которое ограничивает расход рабочей жидкости, поступающей в гидродвигатель.

Регулируемые гидромашины – насосы и гидромоторы – более дорогостоящие, чем нерегулируемые, и, будучи более сложными, менее долговечны. Поэтому, используя машинное регулирование гидропривода, идут на значительные капитальные затраты, но зато благодаря более высокому КПД получают экономию в эксплуатационных расходах, т.е. в стоимости энергозатрат. Ввиду этого машинное регулирование гидропривода обычно применяют, когда существенными являются энергетические показатели, например, для гидроприводов большой мощности (N > 6 кВт) и с длительными режимами их работы. Гидроприводы с дроссельным регулированием и дешёвыми нерегулируемыми насосами и гидродвигателями используют обычно в маломощных системах (N < 6 кВт), а также когда режимы работы гидропривода кратковременные.

 

Раздел 1

1.

2.

Выбор гидрооборудования и рабочей жидкости

Выбор гидродвигателя

Согласно указаниям учебного пособия [2, с. 20] по таблице 1 приложения 3 выбираем гидромотор с ближайшим большим значением крутящего момента М_ном., причём требуемая частота вращения n должна находиться в пределах допустимых частот вращения по паспортным данным. Согласно задания выбираем гидромотор Г15-21Р.

Выписываем паспортные данные выбранного гидромотора:

Номинальный крутящий момент на валу гидромотора М _ном. = 9.6 Н·м;

Минимальная частота вращения гидромотора n _мин. = 40 об/мин;

Номинальная частота вращения гидромотора n _ном. = 960 об/мин;

Максимальная частота вращения гидромотора n _макс. = 2400 об/мин;

Номинальное рабочее давление гидромотора Р _ном = 6.3 МПа;

Рабочий объём гидромотора q _ГМ = 11.2 см³/об;

Гидромеханический КПД гидромотора η _ГМ = 0.9;

Объёмный КПД гидромотора η _ОБ = 0.88.

Определяем требуемое значение рабочего давления р _Т и расхода жидкости Q _Т:

 

 

где:

М ₁ – крутящий момент на валу гидромотора, Н·м;

q _ГМ – рабочий объём гидромотора, см³/об;

η_{ном. ­} – объёмный КПД гидромотора.

Для определения расхода жидкости Q _Т сначала определяем рабочую подачу Q _Р и утечки ΔQ _М в гидромоторе:

где:

М ₁ – крутящий момент на валу гидромотора, Н·м;

М _ном. – номинальный крутящий момент на валу гидромотора, Н·м;

n₁ – частота вращения вала гидромотора, об/мин;

q _гм – рабочий объём гидромотора, см³/об;

η _гм­ – гидромеханический КПД гидромотора.

 

Выбор насоса

Согласно указаниям учебного пособия [2, с. 20] по таблице 2 приложения 3 выбираем насос с ближайшей большей подачей из-за утечек в системе и номинальным давлением не менее требуемого. Согласно требуемым параметрам выбранного гидромотора выбираем насос БГ12-41Б.

Выписываем паспортные данные выбранного насоса:

Номинальная подача Q _НОМ = 3.3 л/мин;

Номинальное давление р _НОМ = 10 МПа;

Рабочий объём q _Н= 3.2 см³/об;

Частота вращения n­_Н = 1500 об/мин;

Номинальная мощность N _Н = 1.34 кВт;

Объёмный КПД (коэффициент подачи) η _ОН = 0.69;

КПД η = 0.4.

Так, как насос нерегулируемый, то фактическая подача насоса Q _НФ будет равна его номинальной подаче Q _НОМ:

где:

Q _НОМ – номинальная подача насоса, л/мин;

Q _НФ – фактическая подача насоса, л/мин.

В общем виде:

 

Выбор рабочей жидкости

От свойств рабочей жидкости (далее по тексту РЖ) существенно зависят эксплуатационные качества, КПД и долговечность работы гидросистемы. Наиболее чувствительны к качеству РЖ являются насосы и гидромоторы, в паспортных данных которых приведены рекомендуемые сорта РЖ и тонкость фильтрации. В нашем случае основным показателем свойств РЖ служит вязкость при рабочей температуре жидкости в системе. При этом необходимо учитывать, что применение РЖ с пониженной вязкостью приводит к возрастанию утечек в системе, а повышенная вязкость увеличивает потери давления в гидролиниях Учитывая температуру окружающей среды t₀ = -10 °С рабочую температуру жидкости в системе принимаем t _Ж = 50 °С, [2, с. 22].

Определяем предварительную оптимальную вязкость РЖ по формуле, учитывающей давление в системе и температуру окружающей среды:

где:

р_MAX – максимальное давление в гидросистеме, МПа;

t₀ – температура окружающей среды, °С;

ν – оптимальная кинематическая вязкость РЖ, сСт.

По расчётной вязкости из приложения 2 [2, с. 49] выбираем РЖ с ближайшим значением кинематической вязкости и температурой застывания не менее чем на 10 °С ниже заданной температуры окружающей среды.

 

К заданным параметрам выбираем масло МГ-32А с характеристиками:

ν - кинематическая вязкость при 50 °С 20 сСт;

температура застывания -40 °С;

температура вспышки 180 °С;

плотность ρ 885 кг/м³;

коэффициент температурной кривой вязкости m 9.34;

коэффициент температурной кривой вязкости n 3.675

Выбранное масло МГ-32А проверяем по рекомендуемому диапазону вязкости ν _Р при работе насоса или мотора и по допускаемой вязкости ν _П при пуске насоса [2, с. 61].

Допустимые диапазоны вязкости РЖ и необходимые тонкости фильтрации для выбранных насоса и гидромотора заносим в Таблицу 2.2

Таблица 2.2

Тип гидромашин	Рабочий диапазон вязкости ν Р, сСт	Максимально допустимая вязкость при пуске ν П, сСт	Рекомендуемая тонкость фильтрации Δ, мкм
Насос БГ12-41Б	17-400
Мотор Г15-21Р	10-220	---

 

Определяем вязкость РЖ при пуске насоса:

 

 

где:

ν _П- кинематическая вязкость при t₀, °С;

t₀ – температура окружающей среды, °С;

m, n – коэффициенты температурной кривой вязкости;

Сопоставив данные убеждаемся, что выбранное масло по своим характеристикам подходит к выбранным гидроаппаратам.

 

 

Выбор дросселя

При последовательной установке дроссель подбирается по требуемому расходу и рабочему давлению в магистрали, где он установлен. При этом предпочтение отдаётся выбору дросселя с ближайшим меньшим расходом для увеличения жёсткости механической характеристики, глубины и точности регулирования.

По таблице 3 приложения 3 учебного пособия [2, с. 54] выбираем дроссель Г77-31Б с характеристиками:

Расход жидкости номинальный Q _НОМ 3.2 л/мин;

Расход жидкости максимальный Q _МАКС 4 л/мин;

Рабочее давление номинальное р _НОМ 10 МПа;

Рабочее давление максимальное р _МАКС 12 МПа;

Перепад давления Δр при Q _НОМ 0.15 МПа.

Определяем максимальную площадь проходного сечения:

где:

f _MAX – максимальная площадь проходного сечения, мм²;

Δр _НОМ – максимальный перепад давления дросселя, МПа;

Q _НОМ – номинальный расход дросселя, л/мин;

 

Выбор обратного клапана

Выбор обратного клапана осуществляем из таблицы 5 приложения 3 учебного пособия [2, с. 54] по расходу и давлению в магистрали, где он установлен.

Расход и давление в магистрали с обратным клапаном согласно расчётам, составляют:

Q _Т = 3.181 л/мин; р _Т = 4.363 МПа.

В данном случае выбираем обратный клапан Г51-31 с характеристиками:

Расход жидкости номинальный Q _НОМ 16 л/мин;

Расход жидкости максимальный Q _МАКС 25 л/мин;

Рабочее давление номинальное р _НОМ 20 МПа;

Рабочее давление максимальное р _МАКС 22 МПа;

Перепад давления Δр при Q _НОМ 0.25 МПа.

 

Выбор гидрораспределителя

Согласно задания требуемое реверсивное движение гидромотора с разгрузкой всех магистралей во время паузы обеспечивается переключением распределителя с задержкой его в нейтральной позиции во время паузы. Для этого выбираем гидрораспределитель Р четырёхлинейный трёхпозиционный исполнение №14 по гидросхеме [1, с. 71].

Согласно требуемому расходу РЖ и давлению в системе (Таблица 2.1) составленной гидросхемы по таблице 6 приложения 3 учебного пособия [2, с. 55] выбираем распределитель Г71-31 с характеристиками:

Расход жидкости номинальный Q _НОМ 8 л/мин;

Расход жидкости максимальный Q _МАКС 12.5 л/мин;

Рабочее давление номинальное р 20 МПа;

Потеря давления за один проход Δр _НОМ 0.15 МПа.

 

 

Выбор гидромагистралей

Так, как в задании курсовой работы не задано местоположение агрегатов в пространстве и их относительная подвижность, то принимаем положение, при котором все аппараты кроме гидромотора смонтированы рядом в одном месте на насосной станции и соединены между собой жёсткими магистралями из стальных холоднодеформированных труб. Принимаем, что гидромотор соединён с остальной частью гидросхемы гибкими рукавами высокого давления длиной 2м.

Для расчёта трубопроводов определяем скорости жидкости в линиях гидросхемы по эмпирической формуле [2, с. 26] учитывая, что 2.5≤ р _Т≤5 Мпа.

Для всасывающих трубопроводов:

Для нагнетающих трубопроводов:

Так, как в гидросхеме используется реверсивный гидромотор, трубопроводы 8, 9, 10, 11, 12 в своей работе будут являться попеременно, то напорными, то сливными. Поэтому при расчёте их внутреннего диаметра считаем данные трубопроводы сливными, трубопроводы 13, 14, 15,16 также являются сливными и согласно методическим указаниям [2, с. 26] скорость жидкости в таких трубопроводах равна 2 м/с.

 

 

Расходы в магистралях определены ранее в пункте 2.2.3 курсовой работы, следовательно, можем найти диаметры необходимых трубопроводов по формуле:

где:

d_i – диаметр соответствующего трубопровода, мм;

Q_i – расход жидкости в соответствующем трубопроводе, л/мин;

V_жⁱ – скорость жидкости в соответствующем трубопроводе, м/с;

i­ – номер соответствующего трубопровода.

Расходы и скорости жидкости в всасывающих трубопроводах одинаковы, поэтому:

В трубопроводах 3, 4, 5, 6, 15 и 16 расходы и, следовательно, скорости жидкости одинаковы:

 

 

В трубопроводах 8, 9, 10, 11, 12 и 13 расходы и, следовательно, скорости жидкости одинаковы:

Выбираем рукава высокого давления для магистралей 8 и 9 по ГОСТ 6286-73 с учётом действующего в линиях давлений:

Рукав 1-6-19 ХЛ ГОСТ 6286-73.

Для выбора жёстких трубопроводов 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11 и 12, используемых в нагнетательных линиях рассчитываем толщину стенки трубопровода по формуле:

где:

δ_min – толщина стенки соответствующего трубопровода, мм;

σ – допустимое напряжение на разрыв для материала трубопровода, МПа;

К_б – коэффициент безопасности (для курсовой работы К_б =3);

р – давление в соответствующем трубопроводе, МПа.

 

Диаметры и давления в трубопроводах 4, 5, 6 аналогичны трубопроводу 3, поэтому и толщины стенок трубопроводов будут одинаковы:

Для трубопровода 7:

Для трубопроводов 10, 11 и 12:

Для трубопровода 13:

Для трубопроводов 15, 16:

Для трубопровода 14:

Согласно расчётам и учебного пособия [2, с. 26] для всех трубопроводов выбираем толщину стенок 0.5 мм.

По ГОСТ 8734-75 выбираем трубы для трубопроводов и данные сводим в таблицу 2.3:

 

Таблица 2.3

№ трубопровода	Марка трубы
8. 9	Рукав 1-6-19 ХЛ ГОСТ 6286-73.
1, 2	Труба	13х0.5х1250 ГОСТ 8734-75
Д ГOCT 8733-74
3, 4, 5, 6, 7, 14, 15, 16	Труба	7х0.5х1250 ГОСТ 8734-75
Д ГOCT 8733-74
10, 11, 12, 13	Труба	8х0.5х1250 ГОСТ 8734-75
Д ГOCT 8733-74

 

Рассчитываем фактические скорости рабочей жидкости в трубопроводах:

 

 

Выбор фильтров

Фильтры обеспечивают в процессе эксплуатации гидропривода необходимую чистоту масла, работая в режимах полнопоточной или пропорциональной фильтрации во всасывающей, напорной или сливной линиях гидросистемы. Наиболее подходит для заданной гидросистемы фильтр Ф10Н-16-10 [2, с. 26] с характеристиками:

Δ – тонкость фильтрации 10 мкм;

р – рабочее давление 6.3 МПа;

Q_ф – номинальный расход 16 л/мин;

Δр – потери давления при Q_ф 0.06 МПа.

 

Список литературы

3.

4.

1. Свешников В.К. Станочные гидроприводы: Справочник. – 3^-е изд., перераб. И доп. – М.: Машиностроение, 1995. – 448 с.: ил.

2. Скорняков Н.М. Проектирование и расчёт объёмной гидропередачи: учеб. Пособие. – 2^-е изд., испр. И доп. / Н.М. Скорняков, В.В. Кузнецов, К.А. Ананьев; ГУ КузГТУ. – Кемерово, 2005. 68 с.

3. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. – М.: Машиностроение, 1982. – 464 с. Ил.

4. Скорняков, Н. М. Проектирование и расчёт объёмной гидропередачи: учеб. пособие / Н.М. Скорняков, В.В. Кузнецов, К.А. Ананьев; Кузбасс. гос. техн. ун-т. – Кемерово, 2010. – 104 с.

5. ГОСТ 24679-81. Гидрораспределители золотниковые четырёхлинейные на Р_ном до 32 МПа. Технические условия.

 

 

Введение

Силовые гидростатические приводы можно классифицировать по давлению, способу регулирования, виду циркуляции рабочей жидкости, способам управления и контроля.

По давлению различают гидроприводы низкого (до 2,5 МПа), среднего (2,5–6,3 МПа) и высокого (6,3–50 МПа) давлений. Первые применяются в машинах, где имеются незначительные нагрузки и малый уровень колебания давления. Приводы среднего давления используются наиболее часто и отличаются высокой жёсткостью механической характеристики и точностью воспроизведения параметров движения (скорости, величины перемещения) при сравнительно малой стоимости гидроаппаратуры.

Приводы высокого давления используются в тяжёлых машинах и позволяют получить большую выходную мощность при ограниченных размерах гидродвигателей.

По способу регулирования скорости выходного звена различают гидростатические приводы с машинным (объёмным) и дроссельным регулированием.

При машинном способе регулирование скорости движения гидродвигателя осуществляется изменением рабочего объёма гидромашин (насоса, гидродвигателя). При дроссельном – путём установки регулируемого гидравлического сопротивления (дросселя или регулятора потока), которое ограничивает расход рабочей жидкости, поступающей в гидродвигатель.

Регулируемые гидромашины – насосы и гидромоторы – более дорогостоящие, чем нерегулируемые, и, будучи более сложными, менее долговечны. Поэтому, используя машинное регулирование гидропривода, идут на значительные капитальные затраты, но зато благодаря более высокому КПД получают экономию в эксплуатационных расходах, т.е. в стоимости энергозатрат. Ввиду этого машинное регулирование гидропривода обычно применяют, когда существенными являются энергетические показатели, например, для гидроприводов большой мощности (N > 6 кВт) и с длительными режимами их работы. Гидроприводы с дроссельным регулированием и дешёвыми нерегулируемыми насосами и гидродвигателями используют обычно в маломощных системах (N < 6 кВт), а также когда режимы работы гидропривода кратковременные.

 

Раздел 1

1.

2.

Краткое описание гидросистемы с гидродвигателем при регулировании скорости в обратном направлении

Перед выбором гидроаппаратов и выполнением расчётов составляем предварительную гидросхему привода из типовых гидравлических устройств, обеспечивающих заданный цикл работы.

Так, как предполагается разгрузка всех магистралей гидросхемы, то выбираем открытую схему гидропередачи со сливом жидкости в бак, сообщающийся с атмосферой.

Согласно задания требуемое реверсивное движение гидромотора с разгрузкой всех магистралей во время паузы обеспечивается переключением распределителя с задержкой его в нейтральной позиции во время паузы. Для этого выбираем гидрораспределитель Р четырёхлинейный трёхпозиционный исполнение №14 по гидросхеме [1, с. 71].

Для обеспечения регулировки скорости гидромотора ГМ только в обратном направлении устанавливаем обратный клапан КО параллельно регулируемому дросселю (регулятор потока) РП в трубопроводе В между распределителем Р и гидромотором ГМ [1, с. 99].

Для поддержания заданного давления на выходе насоса и защиты системы от перегрузки устанавливаем переливной (предохранительный) клапан КП. Для очистки жидкости и недопущения засорения и преждевременного выхода из строя аппаратов устанавливаем два фильтра с индикацией загрязнённости Ф1 и Ф2 на всасе и нагнетании насоса и фильтр Ф3 с магнитным уловителем на сливе жидкости в бак Б.

 

Визуальный контроль давления обеспечивает манометр МН, подключённый к нагнетательному трубопроводу через трёхходовой кран (гидровентиль). Гидровентиль защищает манометр от скачков давления при работе системы.

Для контроля температуры жидкости в бак Б устанавливаем термометр Т. Защиту от превышения давления в системе обеспечивают предохранительный (переливной клапан) КП и реле давления РД. При этом настройки приборов защиты имеют селективность: если не сработает клапан КП, то реле давление РД обесточит систему, насос Н выключится, распределитель Р вернётся в исходное состояние и система освободится от жидкости через сливной трубопровод.

На основании вышеизложенного составляем предварительную схему гидросистемы (рис. 2.1.1).

Рисунок 2.1. Предварительная схема гидросистемы