Рассчет гидроцилиндра

Содержание

 

ВВЕДЕНИЕ

1. ОПИСАНИЕ  ПРИНЯТОЙ ГИДРОСХЕМЫ И ПРИНЦИПА  РАБОТЫ ГИДРОПРИВОДА 

2. РАСЧЕТ  ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОПРИВОДА 
2.1. Определение давлений в полостях нагнетания и слива и определение диаметра поршня силового гидроцилиндра 
2.2. Определение диаметра поршня силового цилиндра 
2.3. Выбор гидроцилиндра 
2.4. Определение расхода рабочей жидкости и выбор насоса 
2.5. Расчет диаметра трубопровода и скорости движения жидкости 
2.6. Подбор гидроаппаратуры 
2.7. Описание выбранной гидроаппаратуры 
2.8. Определение действительных перепадов давлений 

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ  КПД ГИДРОПРИВОДА 

4. РАСЧЕТ  ОБЪЕМА ГИДРОБАКА 

5. ПОСТРОЕНИЕ  НАГРУЗОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИДРОПРИВОДА 

Список рекомендуемой  литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Гидропривод - это  совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель.

Основное назначение гидропривода, как и механической передачи, - преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.).

Приводным двигателем насоса могут быть электродвигатель, дизель, ДВС и другие, поэтому иногда гидропривод называется соответственно электронасосный, дизель-насосный и т.д.

К основным преимуществам  гидропривода относятся: возможность  универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки; простота управления и автоматизации; простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена; большая передаваемая мощность на единицу массы привода; надежная смазка трущихся поверхностей при применении минеральных масел в качестве рабочих жидкостей.

К недостаткам  гидропривода относятся: утечки рабочей  жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления; нагрев рабочей жидкости, что в ряде случаев требует применения специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты; более низкий КПД (по приведенным выше причинам), чем у сопоставимых механических передач; необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости и защиты от проникновения в нее воздуха; пожароопасность в случае применения горючей рабочей жидкости.

При правильном выборе гидросхем и конструировании  гидроузлов некоторые из перечисленных  недостатков гидропривода можно устранить или значительно уменьшить их влияние на работу машин. Тогда преимущества гидропривода перед обычными механическими передачами становятся столь существенными, что в большинстве случаев предпочтение отдается именно ему.

Сейчас трудно назвать область техники, где бы ни использовался гидропривод. Эффективность, большие технические возможности делают его почти универсальным средством при механизации и автоматизации различных технологических процессов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Описание принятой гидросхемы и принципа работы гидропривода

Гидравлическая  схема привода поворота стрелы погрузчика представлена на рис.1. Схема состоит  из бака, нерегулируемого гидромотора, трехпозиционного гидрораспределителя, двух регулируемых дросселей с параллельно подключенными к ним обратными клапанами, двух гидроцилиндров, фильтра и предохранительного клапана.

 

Рис.1. Гидросхема привода поворота стрелы

Принцип работы гидропривода согласно указанной схеме заключается в следующем. Из бака рабочая жидкость (масло) забирается насосом и подается к гидрораспределителю. В нейтральном положении золотника гидрораспределителя при работающем насосе на участке трубопровода между насосом и распределителем начинает увеличиваться давление, при этом срабатывает предохранительный клапан и жидкость сливается обратно в бак. При смене позиции золотника (нижняя позиция на схеме) открываются проходные сечения в гидрораспределителе, и жидкость начинает поступать в полости нагнетания гидродвигателей (поршневые полости гидроцилиндров). Из штоковой полости гидроцилиндров масло по гидролинии слива проходит через регулируемые дроссели, гидрораспределитель и, очищаясь фильтром, попадает на слив в бак.

Скорость поступательного движения штоков гидроцилиндров регулируется дросселями. Реверсирование движения штоков осуществляется путем переключения позиций гидрораспределителя. При обратном движении штоков без нагрузки их скорость не регулируется и зависит от расхода рабочей жидкости в штоковые полости. При аварийной остановке штоков (например, непреодолимое усилие) давление в системе возрастает, вызывая тем самым открытие предохранительного клапана.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчет  основных параметров гидропривода

2.1. Определение давлений в полостях нагнетания и слива и определение диаметра поршня силового гидроцилиндра

Согласно схеме  гидропривода составим уравнения для  давлений в полостях нагнетания гидроцилиндров P₁ и в полостях слива P₂. Для этого составим схему распределения давлений в гидросистеме.

 

Рис.2. Схема  распределения давлений в гидросистеме

Уравнения давлений P₁ и P₂ запишем в виде:

P₁ = P_H - ΔP_{зол 1} - ΔP₂

P₂ = ΔP_ДР - ΔP_{зол 2} - ΔP_Ф - ΔP₂

где P₁ - давление в поршневой полости гидроцилиндра, МПа; 
P₂ - давление в штоковой полости гидроцилиндра, МПа;  
P_Н - давление, развиваемое насосом, МПа; 
ΔP_{зол 1} и ΔP_{зол 2} - перепады давлений на гидрораспределителе, МПа; 
ΔP₁ и ΔP₂ - перепады давлений в трубах l₁ и l₂, МПа; 
ΔP_ДР - перепад давления на дросселе, МПа; 
ΔP_Ф - перепад давления на фильтре, МПа.

Согласно [12, с.62] в зависимости от величины полезного  усилии R примем рабочее давление в гидросистеме, т.е. давление, развиваемое насосом P_Н будет равно 6,3 МПа. Перепады давлений на золотнике, дросселе и фильтре примем следующим образом:

ΔP_{зол 1} = ΔP_{зол 2} = 0,2 МПа;

ΔP_ДР = 0,3 МПа;

ΔP_Ф = 0,1 МПа.

Так как перепады давлений в трубах на первой стадии расчета определить нельзя, то примем предварительно ΔP_{зол 1} = ΔP_{зол 2} = 0,2 МПа. Тогда P₁ и P₂ будут равны:

ΔP₁ = 6,3 - 0,2 - 0,2 = 5,9 МПа;

ΔP₂ = 0,3 + 0,2 + 0,1 + 0,2 = 0,8 МПа;

2.2. Определение  диаметра поршня силового цилиндра

Составим уравнение  равновесия поршней силовых цилиндров, пренебрегая силами инерции:

P₁F₁ = P₂F₂ + R + T,

где F₁ - площадь поршня со стороны поршневой полости, м²; 
F₂ - площадь поршня со стороны штоковой полости, м²; 
R - усилие на штоках, кН; 
T - сила трения, приложенная к поршню.

Сила трения T увеличивается с ростом давления жидкости в цилиндре. Ее можно определить по формуле

T = (0,02...0,1)R = 0,08 · 47 = 3,76 кН.

Определим площади  гидроцилиндра F₁ и F₂, используя соотношения

где υ_ПР и υ_ПХ -скорости поршня при рабочем и холостом ходе.

Преобразуем уравнение  к виду

Расход жидкости, поступающий в силовой цилиндр  можно определить по формуле 

Q = υ_П · F

Если расход жидкости, поступающий в силовой цилиндр при рабочем и холостом ходе одинаков, то

Q = υ_П · F₁ и Q = υ_П · F₂

поэтому

Из этих выражений  следует 

откуда 

 

 

Следовательно, выражение площади поршня в штоковой полости примет вид:

Подставляя  выражения площадей F₁ и F₂ в (2), сможем определить диаметр поршня

 

2.3. Выбор  гидроцилиндра

Принимаем стандартный  диаметр цилиндра D = 110 мм. По справочнику [6, с.90] выбираем гидроцилиндры общего назначения по ОСТ 22-1417-79 с номинальным давлением P* = 10 МПа (рис.3).

Рис.3. Поршневой  гидроцилиндр двухстороннего действия 
по ОСТ 22-1417-79

Габаритные  и присоединительные размеры выбранных гидроцилиндров, мм [6, с.96, табл.3.31]

D	S	d	D1	d1	d2	b	rmax	lmin
110	630	50	127	M33x2	40	40	50	50

Поскольку ход  штока S = 10D, то его на продольный изгиб можно не проверять.

Посчитаем площадь поршня в поршневой и штоковой полости

2.4. Определение  расхода рабочей жидкости и  выбор насоса

Определяем  расход жидкости, поступающий в поршневую  полость каждого силового гидроцилиндра 

где υ_ПР - скорость перемещения поршня, которая определяется отношением хода поршня к времени рабочего хода

тогда

Подача насоса с учетом утечек рабочей жидкости определится по формуле:

Q_H = (Q_Ц1 + ΔQ_Ц)· z + ΔQ _зол + ΔQ_ПК,

где ΔQ_Ц - утечки жидкости в силовом цилиндре; 
ΔQ_зол - утечки в золотнике; 
ΔQ_ПК - утечки через предохранительный клапан; 
z - число гидроцилиндров.

Утечки в  силовом цилиндре ΔQ_Ц определим по формуле

Утечки в  золотнике 

Номинальные утечки находим в табл.2.2 и 2.3 [17].

Утечки через  предохранительный клапан примем ΔQ_ПК = 0,1Q_Н. Подача насоса

Определим рабочий  объем насоса

где n - частота вращения ротора насоса; 
η₀ - объемный КПД насоса,

Выбираем по рассчитанным параметрам пластинчатый гидронасос Г12-24М с рабочим объемом 80 см³, номинальной подачей 70 л/мин, номинальным давлением 6,3 МПа и объемным КПД η₀* = 0,9 (рис.4).

 

Рис.4. Пластинчатый насос Г12-24М

Насос состоит  из корпуса 2 с крышкой 9, между которыми размещаются статорное кольцо 11. На приводном валу 4 на шлицах установлен ротор 1, в пазах которого помещены пластины 12. Вал вращается в шариковых подшипниках 3. К торцам ротора прижаты торцевые распределительные диски 7 с четырьмя окнами для всасывания и нагнетания. Один из торцевых распределительных дисков плавающий: в начале работы насоса он поджимается к ротору пружинами 6, а во время работы - давлением жидкости, поступающей из напорной гидролинии. Герметизация насоса достигается установкой резинового или пробкового кольца 10 и манжет 5 из маслостойкой резины. Утечки повалу отводятся через дренажное отверстие 8.

Уточняем расход жидкости, сбрасываемый через предохранительный  клапан в бак

ΔQ_ПК = qnη₀ - 2(Q_Ц1 + ΔQ_Ц) - ΔQ _зол =  
= 80·10^-3·1000·0,9 - 2(28,5+0,044) - 0,063 = 14,85 л/мин.

 

2.5. Расчет диаметра  трубопровода и скорости движения  жидкости

Находим внутренний диаметр труб, с помощью которых  соединяются гидроаппараты. Для  этого зададимся скоростью движения жидкости согласно требованиям ГОСТ в зависимости от давления насоса P_Н . Принимаем υ_РЖ = 3,2 м/с.

Имея в виду, что 

где d_Т - внутренний диаметр труб, получим

Найденное значение диаметра d_Т округляем до ближайшего стандартного в бoльшую строну согласно ГОСТ 16516-80 [14, с.7], т.е. d_Т = 16 мм.

Уточнив внутренний диаметр  труб, находим среднюю скорость движения жидкости в трубах

 

2.6. Подбор гидроаппаратуры

Зная расходы  и ориентировочные величины давлений, приступим к выбору гидроаппаратуры. Применительно к рассчитываемому гидроприводу необходимо выбрать предохранительный клапан, гидрораспределитель, два дросселя, два обратных клапана и фильтр. Производим подбор гидроаппаратуры, удовлетворяющей полученным данным по расходу Q_Н (не ниже 70 л/мин) и давлению P (не ниже 6,3 МПа). Все данные по выбранной аппаратуре представлены в табл.1.

Гидроаппаратура	Кол-во	Тип	Расход,  л/мин	Давление,  МПа	Перепад  давлений,  МПа
Предохранительный клапан [14, с.124]	1	ПГ54-34М	125	6,3	0,6
Гидрораспределитель  [14, с.78, 85, 86] (ΔP по [14, рис.4.3])	1	ВММ10.44	33	32	0,22
Дроссель [14, с.143, 146, 148]	2	ПГ77-14	80	20	0,25
Фильтр щелевой [14, с.304]	1	40-80-1	40	6,3	0,1
Клапан обратный [14, с.108]	2	Г51-33	63	20	0,25