Проектування гідроприводу автоматизованого обладнання

1. Завдання L1=0,3 м; L2=0,5 м; G =1200H;

Q, хв=0,5; Qy, хв=10;

2. Циклограма роботи гідроприводу Тривалість одного такту 150 секунд Тривалість циклу 600 секунд

1-ий такт гідроциліндр 1 здійснює прямий хід, гідроциліндр 2 нерухомий.

2- ий такт гідроциліндр 1 нерухомий, а гідроциліндр 2 здійснює прямий хід.

3- ий такт гідроциліндр 1 зворотній хід, а гідроциліндр 2 нерухомий.

4 — ий такт гідроциліндр 1 нерухомий, а гідроциліндр 2 здійснює зворотній хід.

Тривалість прямого і зворотного ходу для кожного з циліндрів — 75 секунд.

3 Вибір законів руху для вихідної ланки гідродвигунів, згідно з розробленої

Циклограми.

Гідроциліндр 1:

Довжина переміщення виконавчого пристрою:

L1 = L2 +Ln +Li ,

гідропривід трубопровід циклограма

L2 — довжина переміщуваної деталі

Ln — довжина перебігу, Ln = 0,03 м

Liдовжина інтервалу між деиалями Li = 0,1 м

L1 = 0,3+0,03+ 0,1=0,43

Оскільки перший гідроциліндр здійснює переміщення деталей, то для запобігання значним інерційним зусиллям необхідно обмежити максимальну швидкість. Тому для нього приймаємо трапецієдальний закон руху. Тривалість такту 45 сек. Час розгону і гальмування 10 сек, Час руху 25 Швидкість V=0,0084 м/с. Прискорення розгону і гальмування a=0,37 м/с2.

Гідроциліндр 2.

Для нього приймаємо трикутний закон руху

L2 = L1 = 0,5 м Швидкість V=0,0107м/с, прискорення розгону і гальмування a=0,0003 м/с2

4. Розрахунок зусилля для кожного такту циклограми Зусилля яке повинен передавати гідроциліндр у пристрій при прямолінійному русі:

F=Fкор + Fін + G + Fтр де F — зусилля, яке повинен розвивати гідроциліндр (F=Fц);

Fкор — зусилля, яке витрачається на технологічну дію (наприклад, зусилля різання);

Fін — сила інерції рухомих мас;

G — вага рухомих елементів (враховується лише при вертикальному переміщенні);

Fтр — сумарна сила тертя Гідроциліндр 1.

Fтр = fG

Gвага деталі

f-коефіцієнт тертя 0,15

Маса деталі m=Vq=120 кг Вага деталі G=1200 Н.

Сумарна сила тертя для 5 деталей

Fтр =0,15Н

Fін .

F = Fтр + Fін .

Гідроциліндр 2

Маса пристрою який переміщає гідроциліндр 2 складає приблизно 100 кг.

m = 145 кг, тоді

G=mg=145 9,81=1422 Н

Fтр =0,15 Н

F = Fтр + Fін

5. Розроблення принципової схеми гідроприводу В циклі роботи гідроприводу виникає необхідність регулювання швидкості вихідної ланки гідродвигуна, тобто потрібно передбачити встановлення і регулювання швидкості. Для цього використовують дросельне регулювання, Дроселі встановлені на вході клапана гідроциліндра, а паралельно до них встановлені зворотні клапани.

В принципову схему входять елементи:

1 Гідронасос;

2 Гідророзподілювачі;

3 Гідроциліндр;

4 Дроселі;

5 запобіжний клапан;

7 редукційний клапан;

8 Пневмогідроакамулятор;

9 Фільр;

10 Гідробак;

6. Вибір номінального тиску гідропривода Згідно рекомендацій приймаємо PH = 6,3 МПа.

7. Вибір робочої рідини Вибираємо згідно зазначеного тиску який ми вибрали у попередньому розділі.

Отже вибираємо Олію індустріальну И 40А з кінематичною в’язкістю (0,35…0,45)104 м2/с.

8. Вибір гідро двигунів Одноштоковий гідроциліндр.

Через нерівність активної площі поршня з безштокової та штокової сторони зусилля на штоку циліндра та його швидкість при прямому та зворотному ходах різна Зусилля (Fпр) та швидкість (v пр) штока циліндра при прямому ході :

К зап — коефіцієнт запасу (К зап =1,15…1,25);

Р — підведений до входу у гідродвигун тиск.

S 1, S 2 — площа поршня з безштокової та штокової сторони

h — к.к.д. гідроциліндра;

Q — витрати робочої рідини гідроциліндра (л/хв);

зусилля (Fзв) та швидкість (vзв)

штока циліндра при зворотному ході :

;

Гідроциліндр 1

=1,3=19,2 мм Приймаємо що діаметр поршня D=25мм, а штока d=10 мм.

Q1=V1прS1=0.0084=4,12 л/хв Гідроциліндр 2

=1,3=27 мм Приймаємо що діаметр поршня D=32мм, а штока d=10 мм.

Q1=V1прS1=0, 0107=8,6 л/хв

9. Визначення витрат робочої рідини у гідроприводі

Розрахунок витрат робочої рідини під тиском здійснюється за визначеними раніше значеннями витрат двигунів (Q дв), з урахуванням об'ємних втрат у гідроапаратах, які розташовані від насоса до двигуна, для визначення продуктивності гідронасосу Q н).за виразом

Q н =(Q дв + Q вт) max — у випадку, коли гідродвигуни одночасно не працюють і

Q н =(Q дв + Q вт)+(Q дв + Q вт) — коли хоча б в одному такті працюють одночасно;

де (Q дв +Q вт) max — найбільше значення об'ємних витрат одного з гідродвигунів, враховуючи сумарні об'ємні втрати в гідродвигуні та гідроапаратах (Q вт).

Q вт =Q вт. дв + Q вт. ап ;

де Q вт. дв — об'ємні втрати в гідродвигуні, вказуються у технічній характеристиці фірмою — виготівником, або визначаються

Q вт. дв =k вт Р;

Q вт. дв =0,04 см3/с.

де k вт — коефіцієнт об'ємних втрат, для гідроциліндра

k вт =0,034…0,05 см3/с.

Q вт ап.-обємні витрати в гідроапаратах

Q вт ап.= 0,0173/л

Q вт=1,07+0,252=1,323 л/хв.

Обємні витрати на зливі визначаються:

S, V активна площа та швидкість елементу гідро двигуна при переміщенні якого здійснюється об'єм робочої камери витісняється на злив Гідроциліндр 1

При прямому ході:

Qпр==

При зворотньому ході:

Qзв==

Гідроциліндр 2

При прямому ході:

Qпр==

При зворотньому ході:

Qзв==

Побудуємо витратну характеристику, на які зобразимо витрати робочої рідини на протязі кожного такту у продовж усього циклу.

Такт 1 Qпр=3,46

Такт 2 Qпр=

Такт 3 Qзв=

Такт 4 Qзв=

Витратна характеристика:

10. Визначення діаметрів нагнітального та зливного трубопроводів де Q max — максимальні витрати робочої рідини в циклі роботи автоматизованого обладнання, визначаються за витратною характеристикою (м 3 /c);

Vр — рекомендована швидкість переміщення робочої рідини (м/с).

Вибираємо із таблиці значення рекомендовані:

У нагнітальному Vр=3,2

У зливному Vр 1,5−2,5

Qmax=0,252 м3/с максимальні витрати робочої рідини в циклі

=3,8 мм Визначений діаметр трубопроводу округлюють до найближчого з нормалізованого ряду: 4, 6, 8, 10, 13, 15, 20, 25 мм.

Отже діаметр буде дорівнювати 4 мм.

Визначаємо фактичні значення швидкості руху робочої рідини Такт 1

=

Такт 2

=

Такт 3

=

Такт 4

=

11. Вибір гідроапаратів Приймаємо гідроциліндри з односторонніми штоками по ОСТ2Г1−1-73

Розподілювачі типу ВС (ГОСТ 24 679−81), двопозиційні, двоканальні, золотникового типу Зворотні клапани типу Г-51−81(ТХ2−053−1649−83Е).

Діаметр умовного проходу — 8 мм Розхід масла 16л/хв Номінальний тиск 6,3 МПа Мінімальний тиск 0,25 МПа Втрати масла при номінальному тиску не більше — 0,08 см3/хв.

Маса 1,2 кг Дроселі типу ПГ77−12(ТХ27−20−2205−72)

Діаметр умовного проходу 10 мм Розхід масла максимальний 20 л/хв., мінімальний 0,06 л/хв.

Номінальний тиск 6,3 МПа Перепад тиску 0,25 Мпа Втрати масла через повністю закритий дросель, не менше — 50 см3/хв.

Маса 4 кг Фільтр зливний типу ФС Номінальні втрати 25л/хв.

Номінальна точність фільтрації 25

Діаметр умовного проходу 20 мм Маса 1,9 кг

12. Визначення втрат тиску в трубопроводах та гідроапаратах При переміщенні робочої рідини від гідронасосу до гідродвигуна в результаті переборення сил тертя відбуваються втрати тиску. Для забезпечення заданого значення тиску на вході у гідродвигун гідронасос повинен компенсувати втрати, тобто тиск на виході гідронасоса має перевищувати заданий тиск на величину втрат. Втрати тиску відбуваються у гідроапаратах та трубопроводі. Тиск на виході гідронасоса визначається за виразом

Р н =Р дв +Р вт. тр + S Р вт. ап + S Р місц

де Р дв — тиск робочої рідини, який необхідно подати на гідродвигуна;

Рвт.тр — втрати тиску робочої рідини при переміщенні її по трубопорводу;

Р вт. ап — втрати тиску робочої рідини при переміщенні її через гідроапарат.

Р місц — місцеві втрати тиску робочої рідини на згинах та при зміні прохідного січення трубопроводів (у даній роботі нехтуємо).

Для визначення втрат тиску в трубопроводах необхідно визначити режим протікання рідини за числом Рейнольдса (Re)

де Q max — максимальні витрати робочої рідини через трубопровід, (л/хв);

d тр — діаметр трубопроводу, (мм);

— в'язкість робочої рідини, (25 мм2 /с).

Якщо Re <2300 — режим протікання рідини ламінарний, якщо Re>2300 — турбулентний.

Re=212 000=1823

Отже режим протікання ламінарний тому рахуємо за формулою Де L довжина трубопроводу і дорівнює 3 м

=1,56 МПа Втрати тиску в гідроапаратах вказуються у його технічній характеристиці, або визначаються Р вт. ап =0,03Р=1,56Мпа Тоді

P=6,3+1,56+0,046=8,97 МПа Будуємо витратну характеристику

13. Визначення ККД гідроприводу ККД є показником ефективності роботи гідроприводу, характеризує степінь його оптимальності, і визначається за виразом який визначає відношення суми добутку витрат, тиску робочої рідини та тривалості всіх прямих та зворотних ходів всіх гідро Q н p н t циклу двигунів на протязі циклу до аналогічного добутку параметрів гідронасоса, який працює на протязі всієї тривалості циклу (t циклу).

.

Qдв — витрати гідро двигуна

Pдвтиск робочої рідини

Tдв — тривалість усіх тактів

Qн — витрати рідини гідронасосу Рн — тиск на виходи гідронасосу

Tциклутривалість циклу з=

14. Вибір гідроакумулятора Гідроакумулятор встановлюється в гідросистему у випадках коли необхідно:

— забезпечити швидке переміщення або обертання вихідної ланки гідродвигуна під час холостих ходів, тобто, створити на певний заданий час витрати робочої рідини більші ніж продуктивність гідронасоса;

— забезпечити компенсацію втрат робочої рідини через ущільнення при вимкненому або відлученому гідронасосі від гідродвигуна, для збереження у ньому необхідної величини тиску;

— здійснити погашення гідравлічних ударів та коливань тиску, які виникають при зупинках, переключеннях та змінах навантаження ;

— виконати функцію реле часу (у поєднанні з дроселем).

Вибір гідроакумулятора здійснюється за корисним об'ємом який визначається з витратною характеристики .

Номінальний об'єм гідроакумулятора повинен перевищувати рівні між собою об'єми зарядки та розрядки у продовж усього циклу.

При зарядці акумулятора Q a =Q нQ дв де Q a — витрати гідроакумулятора, Q н — продуктивність гідронасоса, Qдв — витрати гідродвигуна.

Зарядка акумулятора може відбуватись при умові Qн>Qдв, у протилежному випадку буде відбуватись його розрядка.

При розрядці акумулятора Q a +Q н =Q дв, при умові Q н

При встановленому у гідропривод акумуляторі продуктивність гідронасоса вибирається з витратної характеристики, з умови

V роз = V зар де V роз — об'єм робочої рідини, який подається з гідроакумулятора у гідросистему при розрядці;

Vроз=(Qi tiQн ti)

Vроз=23,2 л

Vзар= 23,2л

Qном=4,12 л/хв

15. Вибір гідронасоса Вибираємо гідронасос з такими параметрами Г12−33М Робочий об'єм, см3 32

Номінальна продуктивність, л/хв. 27,9

Номінальний тиск, МПа 6,3

Потужність, кВт 3,7

К.К.Д. 0,9

Література

1. В. К. Свешников «Станочние гидроприводи»

2. Методичні вказівки до виконання курсової роботи З дисципліни «Гідропневмоавтоматика»