Гидравлика и гидропневмопривод

ГИДРАВЛИКА И ГИДРОПНЕВМОПРИВОД

 

Павлодар

Министерство образования и науки Республики Казахстан

 

Павлодарский государственный университет

им. С. Торайгырова

 

 

В. В. Рындин, Г.Е. Ибрагимова

 

 

ГИДРАВЛИКА И ГИДРОПНЕВМОПРИВОД

Учебно-методическое пособие к курсовой работе

 

Павлодар

Кереку

УДК 621.22: 62 – 82(07)

ББК 30.123Я73

Г46

 

Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом

факультета металлургии, машиностроения и транспорта Павлодарского государственного университета

Им. С. Торайгырова

Рецензенты:

Ж. М. Ыксан – канд. техн. наук, профессор ПГУ им. С. Торайгырова;

Н. Н. Годына – канд. техн. наук, доцент Инновационного Евразийского университета.

 

Рындин В. В., Ибрагимова Г. Е.

Г46 Гидравлика и гидропневмопривод: учебно-методическое пособие к курсовой работе / В. В. Рындин, Г. Е. Ибрагимова. – Павлодар: Кереку, 2015. – 50 с.

 

 

Учебно-методическое пособие по курсовой работе включает в себя краткое описание теории расчёта гидроприводов различных машин и механизмов при выполнении курсовой работы по дисциплине «Гидравлика и гидро-пневмопривод». Приводятся схемы гидроприводов главного движения токарного станка, стола фрезерного станка, пресса, ведущих колёс прицепа, оборудования экскаватора, автоподъёмника, а также варианты заданий к ним. Даны примеры расчёта гидроприводов строгального станка и подъемного механизма с применением системы Mathcad.

Учебно-методическое пособие рекомендуется студентам машиностроительных специальностей вузов.

 

 

УДК 621.22: 62 – 82(07)

ББК 30.123Я73

 

© Рындин В. В., Ибрагимова Г. Е., 2015

© ПГУ им. С. Торайгырова, 2015

 

За достоверность материалов, грамматические и орфографические ошибки ответственность несут авторы и составители

Введение

 

Курс «Гидравлика и гидропневмопривод» входит в число профилирующих дисциплин специальности 5В071200 – Машиностроение. При изучении его студенты должны приобрести навыки проектирования гидроприводов. Являясь первым проектом по профилирующим дисциплинам, курсовая работа гидравлического привода представляет собой для студентов довольно сложную задачу. Поэтому, наряду с традиционным расчётом с использованием калькулятора, даётся расчёт и построение графиков в системе Mathcad.

При выполнений курсовой работы студенту необходимо применять знания, полученные в курсах математики (понятие производной и интеграла, дифференциальные уравнения), физики (основы механики, законы Ньютона, закон сохранения и изменения импульса, работа сил, закон сохранения и изменения энергии), теоретической механики (теоремы об изменении момента количества движения), сопротивления материалов (виды деформации), некоторые разделы теории механизмов и машин, динамики машин и деталей машин, черчения. Впервые в таком объеме студенту придется работать с многочисленной справочной литературой. Самостоятельное принятие объемно-планировочных решений по размещению гидравлических аппаратов и гидравлических машин с параллельным ведением расчетов, вычерчиванием эквивалентной схемы гидропривода и составлением суммарной характеристики насосной установки является, как показывает опыт, самым сложным элементом курсовой работы.

Настоящее пособие должно дать студенту представление о последовательности выполнения пунктов курсовой работы, о решении отдельных задач и их взаимосвязи в данной работе.

Курсовая работа, в отличие от реального проектирования, предполагает несколько упрощенную постановку задачи, сокращение исходных данных, менее детальную разработку ряда вопросов. Одной из особенностей курсовой работы является ограничение рассматриваемых видов гидроприводов.

При выполнений курсовой работы студент сначала должен ознакомиться с содержанием настоящего учебно-методического пособия.

 

 

Варианты заданий

Гидропривод пресса

 

Рисунок 1.3 – Схема гидропривода пресса

 

При прессовании (гидрораспределитель 2 в позиции А) рабочая жидкость от регулируемого насоса 1 подается к плунжерному гидроцилиндру 3, создавая необходимое усилие прессования , а из двух одинаковых гидроцилиндров 4 и 5 вытесняемая жидкость сливается через регулируемый дроссель 6, площадь проходного сечения которого определяет скорость движения оборудования пресса при прессовании. Для подъема рабочего оборудования пресса гидрораспределитель 2 переводится в позицию Б. При этом жидкость в гидроцилиндры 4 и 5 поступают через обратный клапан 7, минуя дроссель 6.

Определить: скорость движения оборудования пресса (плунжеров цилиндров 3, 4 и 5) и кпд привода при прессовании и подъеме.

Исходные данные для расчета:

.

Пренебречь сопротивлением обратного клапана 7, объемными потерями и силами трения в гидроцилиндрах.

Значения усилия и площади проходного сечения гидродросселя берутся из таблицы 1.3 в соответствии с номером варианта.

 

Таблица 1.3 – Исходные данные для расчёта гидропривода пресса

Вариант
, кH
, мм2	2,5				1,5

Гидропривод автоподъемника

 

Рисунок 1.6 – Схема гидропривода автоподъёмника

 

При подъеме (распределитель 3 в позиции А) регулируемый насос 1, снабженный регулятором подачи, подает жидкость в цилиндры 4 и 5, штоки преодолевают соответственно усилия и .Скорость подъема регулируется за счет изменения площади проходного сечения дросселя 2. Слив жидкости в бак 7 через фильтр 6.

Определить:

- скорости движения поршней гидроцилиндров;

- мощность, потребляемую гидроприводом, и его кпд.

Исходные данные для расчета:

.

Величины сил и и площадь берутся из таблицы 1.6.

 

Таблица 1.6 – Исходные данные к расчёту привода автоподъёмника

Вариант
, кН
, кН
, мм2

Примеры выполнения курсовой работы

 

Исходные данные и выбор эквивалентной схемы гидропривода

На рисунке 2.1 представлена упрощенная схема гидропривода строгального станка.

Насос 1 с переливным клапаном 2 образуют насосную установку, которая подает рабочую жидкость из бака 3 к гидроцилиндру 4, обеспечивающего движение режущего инструмента. Скорость движения поршня гидроцилиндра регулируется за счет изменения проходного сечения регулируемого гидродросселя 5, а реверс движения обеспечивается переключением гидрораспределителя 6. Для очистки рабочей жидкости в систему включен фильтр 7.

 

Рисунок 2.1 – Схема гидропривода строгального станка

 

Исходные данные для расчёта:

- усилие резания ;

- размеры гидроцилиндра: ;

- трубопроводов:

- эквивалентные длины фильтра и

- канала распределителя ;

- параметры гидродросселя:

- площадь проходного сечения

- коэффициент расхода ;

- параметры насоса:

- рабочий объем ,

- частота вращения вала ,

- объемный кпд при ,

- механический кпд ;

- характеристика переливного клапана:

при и

;

- параметры рабочей жидкости:

- кинематическая вязкость ;

- плотность .

Определить:

- скорость движения штока гидроцилиндра;

- мощность, потребляемую гидроприводом;

- коэффициент полезного действия гидропривода.

Решение

Первым шагом решения является замена принципиальной схемы гидропривода эквивалентной схемой, в которой в условном виде с использованием любых символов представляют все виды гидравлических сопротивлений.

Эквивалентная схема гидропривода представляет собой ряд последовательно соединённых элементов (гидравлических сопротивлений) и это определяет дальнейший ход решения.

На рисунке 2.2 представлен один из возможных вариантов такой эквивалентной схемы, полученной по принципиальной схеме рассматриваемого гидропривода на рисунке 2.1.

 

Рисунок 2.2 – Эквивалентная схема гидропривода

 

Из эквивалентной схемы на рисунке 2.2 видно, что поток рабочей жидкости от насосной установки НУ по трубопроводу длиной , подходит к дросселю Д, а затем через один из каналов распределителя

Р и трубе к гидроцилиндру Ц. Из гидроцилиндра по такой же трубе через другой канал распределителя Р, трубу и фильтр Ф сливается в гидробак.

Таким образом, схема гидропривода представляет собой ряд последовательно соединенных элементов (гидравлических сопротивлений) и это определяет дальнейший ход решения:

- выбор масштаба и построение характеристики насосной установки;

- составление общего уравнения характеристики трубопровода;

- определение коэффициентов уравнения и построение этой характеристики;

- нахождение рабочей точки гидросистемы и ответ на поставленные вопросы.

Исходные данные и выбор эквивалентной схемы гидропривода

В гидроприводе, упрощенная схема которого представлена на рисунке 2.4 регулируемый насос 1 подает рабочую жидкость из гидробака 2 через дроссель 3 к двум гидромоторам 4 и 5, а от них через фильтр 6 обратно в гидробак 2. Выходные валы гидромоторов через механические редукторы 7 связаны со шкивами 8, на которые наматываются тросы с подвешенными грузами.

Исходные данные для расчёта:

- вес грузов и ;

параметры насоса:

- максимальный рабочий объем ,

- частота вращения вала ,

- коэффициент объемных утечек ,

- механический кпд ;

параметры регулятора подачи:

- давление настройки ,

- коэффициент регулятора ;

- гидролиний: ;

- коэффициент сопротивления фильтра ,

- площадь проходного сечения дросселя ,

- коэффициент расхода ;

- параметры гидромоторов:

- рабочий объем ,

- механический кпд ,

- коэффициент объемных утечек ;

- передаточное отношение механического редуктора ;

- диаметр шкива ;

параметры рабочей жидкости:

- кинематическая вязкость ,

- плотность .

Принять, что в трубах с диаметром режим течения турбулентный и коэффициент гидравлического трения , а с диаметром – ламинарный.

Моменты на валах гидромоторов определяются по формулам:

, .

 

Определить:

- скорость подъема грузов;

- мощность, потребляемую гидроприводом;

- коэффициент полезного действия гидропривода.

Решение

Первым шагом решения является замена принципиальной схемы привода эквивалентной, в которой в условном виде с использованием любых символов представляют все виды гидросопротивлений.

 

Рисунок 2.4 – Схема гидропривода подъемного механизма

 

Рисунок 2.5 – Эквивалентная схема гидропривода подъемного механизма

 

Эквивалентная схема гидропривода подъёмного механизма

представляет собой сложный трубопровод с последовательно-параллельным соединением отдельных участков (простых трубопроводов) 1, 2, 3 и 4, каждый из которых состоит из соединённых элементов (гидравлических сопротивлений).

Из этого следует и дальнейший ход решения задачи:

- выбор масштаба и построение характеристики насосной установки;

- составление уравнений характеристик для каждого простого трубопровода, входящего в соединение, и определение их коэффициентов;

- построение характеристик простых трубопроводов и получение суммарной характеристики всего сложного трубопровода;

- определение рабочей точки, выполнение дополнительных графических построений и аналитических операций для ответа на поставленные в задании вопросы.

Заключение

На современном этапе развития техники и технологий невозможна эффективная эксплуатация и высококачественное проектирование объемных гидроприводов без применения ЭВМ. Предложена программа расчета Mathcad, которая позволяет определить мощность и кпд гидропривода, а также скорость движения выходного звена и построить суммарную характеристику. насосная установка и силовая установка рассматриваются в едином комплексе.

Практическое значение данной курсовой работы заключается в том, что гидравлика представляет основу для инженерных расчётов во многих областях техники, в том числе и машиностроение.

Одной из целей при преподаваний дисциплины ГиГПП для студентов специальности 5В071200 – Машиностроение является подготовка их для проектно-конструкторской, исследовательской и производственной деятельности в области создания, совершенствования и эксплуатации машин, оснащенных гидравлическим и пневматическим приводом; научить будущего специалиста творческому мышлению, дать практические знания об общих принципах построения машин, механизмов деталей и их проектирования.

При выполнений предлагаемой курсовой работы студент сталкивается с элементами научного анализа, которая формирует у него теоретические знания и практические навыки, умение работать с литературой, анализировать источники, формировать обстоятельные и обоснованные выводы.

В этой работе студент самостоятельно заменяет заданную схему эквивалентной, строит характеристику насосной установки, составляет уравнения характеристик для каждого простого трубопровода и в последствии получает характеристику сложного трубопровода с насосной подачей. Самостоятельно находит оптимальный режим работы объемного гидропривода.

 

Литература

 

1 Башта Т. М. и др. Гидравлика, гидромашины, гидроприводы: – М., Машиностроение, 2012. – 423 с.

2 Бурдун Г. Д. Справочник по международной системе единиц: стандарты. – М., 2007. – 216 с.

3 Земенков Ю. Д. и др. Гидравлика и гидромашины: учебное

пособие. – Тюмень: «Вектор-Бук», 2009. – 400 с.

4 Земцов В. М. Гидравлика: учебник для вузов. – М.: АСВ, 2007. – 352 с.

5 Кудинов В. А., Карташов Э. М. Гидравлика: учебник для вузов. – М.: Высш.шк., 2007. – 199 с.

6 Лапшев Н. Н. Гидравлика и гидромашины: учебник для вузов. – М.: «Академия», 2007. – 272 с.

7 Лепешкин А. В., Михайлин А. А., Фатеев И. В. Расчет сложных трубопроводов с насосной подачей: учебное пособие для студентов машиностроительных специальностей по дисциплине «Гидравлика, гидромашины и гидроприводы» / под ред. Ю. А. Беленкова. – М.: МАМИ, 2007. – 48 с.

8 Некрасов Б. Б., Беленков Ю. А. Насосы, гидроприводы и гидропередачи: учебник для вузов. – М.: МАМИ, 2008. – 126 с.

9 Потемина Т. П. Гидравлика: учебно-методический комплекс. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2004. – 136 с.

10 Т. В. Артемьева, Т. М. Лысенко, А. Н. Румянцева, С. П. Стесин. Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод: учебное пособие для студентов вузов. – 2-е изд. – М.: Академия, 2006. – 336 с.

11 Ухин Б. В., Гусев А. А. Гидравлика: учебник для вузов. – М.: Инфра-М, 2008. – 432 с.

12 Штеренлихт Д. В. Гидравликаи и приводы: учебник для вузов. – М.: КолосС, 2007. – 656 с.

 

 

Приложение А

(справочное)

 

Приложение Б

(справочное)

ГИДРАВЛИКА И ГИДРОПНЕВМОПРИВОД

 

Павлодар

Министерство образования и науки Республики Казахстан

 

Павлодарский государственный университет

им. С. Торайгырова

 

 

В. В. Рындин, Г.Е. Ибрагимова