Описание работы гидропривода и назначение элементов гидропривода
При включении привода насоса, шлифовального станка, на панели станка, сливной кран находится в закрытом положении. После включения привода насоса масло через фильтр тонкой очистки поступает по трубопроводу в насос. Насос, создавая рабочее давление, направляет масло по трубопроводу в центральную проточку реверсивного золотника (на рис. 1 - распределитель).
Из реверсивного золотника масло поступает в правую или левую полость гидроцилиндра, тем самым, заставляя поршень перемещаться соответственно влево или вправо. В свою очередь масло из левой или правой полости гидроцилиндра вытекает в одну из полостей распределителя, откуда по трубопроводу поступает в резервуар с рабочей жидкостью.
Тем временем реверсивный золотник, дойдя до упора, через механизм реверсирования, перемещается в противоположную сторону, тем самым масло под давлением поступает соответственно в левую или в правую полость гидроцилиндра. А из правой или левой полости гидроцилиндра масло через реверсивный золотник сливается в резервуар.
Для предохранения гидросистемы гидропривода от избыточного давления масла, подаваемого насосом, предусмотрен предохранительный клапан. Скорость перемещения поршня, в данном случае, изменяется с помощью регулируемого насоса.
В конце работы шлифовального станка или при необходимости моментальной остановки поршня, в гидроприводе предусмотрен сливной кран, с помощью которого масло поступающее из насоса сливается прямо в резервуар, тем самым, разгружая гидросистему.
Назначение элементов гидропривода:
1. Привод насоса - предназначен для передачи вращательного движения через вал на ротор насоса;
2. Насос - предназначен для преобразования энергии движения ведущего звена (вала) в энергию потока масла;
3. Фильтр - предназначен для поддержания в процессе эксплуатации необходимой чистоты масла в целях обеспечения надежной и долговечной работы гидропривода;
4. Распределитель - предназначен для изменения направления или пуска и остановки потока масла в двух или более линиях в зависимости от наличия внешнего управляющего воздействия. Они позволяют реверсировать движение рабочих органов в станках, останавливать рабочие органы, а также выполнять другие операции в соответствии с гидросхемой распределителя;
5. Гидроцилиндр - предназначен для преобразования энергии потока масла в энергию движения выходного звена гидромашины, рабочий процесс гидроцилиндра основан на попеременном заполнении рабочей камеры маслом и вытеснении его из рабочей камеры;
6. Сливной кран - предназначен для слива масла из гидросистемы, тем самым, разгружая последнюю;
7. Предохранительный клапан - предназначен для предохранения гидропривода от избыточного давления, превышающего рабочее.
Выбор рабочей жидкости гидропривода и описание ее свойства
Для данного гидропривода выбираем масло Турбинное Т30, как наиболее применяемое масло для станков и отвечающее необходимыми свойствами.
Приведем необходимые свойства выбранного масла:
а) кинематическая вязкость при 50ºС - 3 • 10-5 м3/с;
б) индекс вязкости, не более- 90;
в) кислотное число, мг КОН на 1 г масла, не более - 0,02;
г) плотность масла - 900 кг/м3;
д) температура застывания - 12°С.
Определение усилие на штоке гидропривода, хода штока и скорости движения при рабочем и холостом ходе
Усилие на штоке гидропривода дано в задании и составляет Р = 7000 Н.
Ход штока принимаем наибольший по заданию - S = 2000 мм = 2 м.
Определяем скорость движения при рабочем Vраб., м/с, и холостом Vхх., м/с, ходе по формулам:
, (0)
, (0)
где t1, t2 - время движения рабочего и холостого хода, соответственно равно 15с (см. задание).
Таким образом:
3. Определение расчетного диаметра гидроцилиндра и выбор типа и размеров стандартного гидроцилиндра
Определяем расчетный диаметр поршня гидроцилиндра Dпорш. по формуле:
(0)
где р = 4 МПа - рабочее давление гидроцилиндра, Па;
α = 0,35 - отношение диаметра штока к диаметру поршня;
η = 0,95 - К.П.Д. гидроцилиндра.
.
Принимаем по ГОСТ 12447-80 [1] диаметр поршня Dпорш = 50 мм.
Определяем расчетный диаметр штока dштока. по формуле:
(0)
Принимаем по ГОСТ 12447-80 [1] диаметр штока dштока. = 20 мм.
По справочнику [1] принимаем стандартный гидроцилиндр повышенной точности П2 - 50 × 20 × 2 000 ОТС 2Г22-2-73 с диаметром поршня 50 мм, диаметром штока 20 мм, величиной хода штока 2000 мм с торможением в конце хода поршня при его движении в обе стороны.
4. Определение величины действительной подачи рабочей жидкости в гидроцилиндр при рабочем и холостом ходе
Так как в данном случае гидроцилиндр двухштоковый, то, следовательно, в дальнейшем расчете рассчитывается только рабочий ход (холостой будет равен рабочему).
Определяем величину действительной подачи масла в гидроцилиндр при рабочем ходе Qраб, м3/с, по формуле:
(0)
где Sэф. раб - рабочая площадь поршня в штоковой камере, м2.
Тогда:
раб. = Qхх. = 2,15 • 10 -4 м3/с = 0,0128 м3/мин = 12,8 л/мин.
5. Определение подачи насоса и объемного КПД
Определяем подачу насоса Qнасоса. с учетом утечек, величину которых принимаем из расчета 1% от действительной подачи:
(0)
где Qmax. - максимально необходимая величина подачи масла по гидроприводу, м3/мин.
Принимаем величину Qmax. значение действительной подачи масла в гидроцилиндр при рабочем ходе:
Qmax. = Qхх. = 0,0128 м3/мин.
Тогда подача насоса будет равна:
гидропривод холостой насос давление
Определяем объемный КПД насоса ηо по формуле:
, (0)
6. Определение диаметров всасывающего, нагнетательного и сливного трубопровод по допустимым скоростям
Определяем диаметр всасывающего трубопровода dтр.вс., мм, по формуле:
, (0)
где Vвс. = 1,5 м/с - расчетная скорость всасывания масла, м/с.
Принимаем по ГОСТ 12447-80 диаметр всасывающего трубопровода dтр.вс. = 14 мм.
Определяем диаметр нагнетающего трубопровода dтр. нагн., мм, по формуле:
, (0)
где Qmax -величина действительной подачи масла при рабочем ходе (см. п.3), м3/мин;
Vнагн. = 2,0 м/с - расчетная скорость нагнетания масла, м/с.
Принимаем по ГОСТ 12447-80 диаметр нагнетающего трубопровода dтр. нагн. = 12 мм.
Определяем диаметр сливного трубопровода dтр.сл., мм, по формуле:
, (0)
где Qmax.СЛ. -величина подачи слива масла при рабочем ходе (см. п.5), м3/мин.сл. = 2,0 м/с - расчетная скорость слива масла, м/с.
Принимаем по ГОСТ 12447-80 диаметр сливного трубопровода dтр.сл. = 12 мм.
Выбираем стальные холоднотянутые без шовные трубы по ГОСТ 8734-75 [4] стр. 230. Для всасывающего трубопровода принимаем:
.
Для сливного и нагнетающего трубопровода принимаем:
.
После принятия стандартных размеров труб пересчитаем фактические значения скоростей всех принятых труб. Фактические скорости всасывания Vвс., нагнетания Vнагн., и слива Vсл., соответственно определяем по формулам:
, (0)
, (0)
. (0)
Учитывая размеры принятых труб, определяем фактические скорости по формулам (11÷13):
7. Выбор типа и гидравлических характеристик основных элементов гидропривода
Выбираем основные характеристики основных элементов гидропривода учитывая рабочие давления и условные проходы элементов по справочнику [1]:
1) всасывающий фильтр - 0,08Г42-М33В; диаметр условного прохода-32 мм; способ монтажа-для встраивания; номинальная тонкость фильтрации-80 мкм; номинальная пропускная способность - 40÷400 л/мин; тип фильтроэлемента - сетчатый очищаемый; способ сигнализации - имеется индикатор электрической и визуальной сигнализации, а также перепускной клапан;
2) предохранительный клапан - МПВГ52-24; диаметр условного прохода - 20 мм; рабочее давление 0,6÷6,3 МПа; без электронного управления разгрузкой; стыковое присоединение клапана;
3) распределитель (трехпозиционный) - РН 322-ФМ 54; диаметр условного прохода - 32 мм; номинальное давление 20 МПа; способ присоединения - без плиты; с механическим управлением и фиксацией золотника, но без регулировки времени срабатывания; исполнение гидрораспределителя по 54-ой гидросхеме ([1] стр. 102);
4) сливной кран (двухпозиционный) - БГ 71-31; рабочее давление 20 МПа; расход масла - 8 л/мин; с резьбовым присоединением, фланцевым креплением для наружной установки.
8. Определение давления на выходе насоса
Определим необходимое давление на выходе насоса с учетом потерь на элементах гидропривода с помощью уравнения:
(0)
где ρ • g = 900 • 9,81 = 8829 кг/(м•с)2 - удельный вес масла;
Р = 4 МПа = 4 • 10 6 Па - рабочее давление в гидроцилиндре;
Δh - потери давления, определяемые по формуле:
(14.1)
где Σ ℓ - суммарная длина трубопровода, м;- внутренний диаметр трубопровода, м;
Σ ξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений;- скорость в трубопроводе, м/с.
Для данного расчета принимаем величены коэффициентов местных сопротивлений:
для резких изгибов трубопровода - ξизг = 1;
для выхода масла из сливной полости гидроцилиндра - ξвых = 2,6;
для тройника трубопровода - ξтр = 1,2;
для гидрораспределителя - ξг. расп = 2
для входа в гидроцилиндр - ξг. расп = 2,8.
Таким образом:
Σ ξ = 6 • 1 + 2,6 + 1,2 + 2 + 2,8 = 14,6.
Σ ℓ = 0,3 + 0,2 + 0,2 + 1,1 = 1,8 м.
d = 0,0132 м.= 1,559 м/с.
λ - коэффициент гидравлического сопротивления в трубопроводе.
Находим число Рейнольдса по формуле:
, (0)
где ν - кинематическая вязкость масла, м3/с;- диаметры нагнетающего и сливного трубопроводов, соответственно, м.
.
Так как число Рейнольдса меньше 2300 в обоих случаях, то режим движения ламинарный.
Следовательно:
Таким образом:
Следовательно, искомое необходимое давление на выходе насоса с учетом потерь на элементах гидропривода равно:
9. Выбор типа и описание характеристик стандартного гидронасоса
После проведенных расчетов необходимого давления на выходе насоса принимаем гидронасос пластинчатый регулируемый - Г12-53АМ с характеристиками:
5) величина подачи масла - 25,5 л/мин;
6) давление на выходе из насоса - 6,3 МПа;
7) номинальная частота вращение вала насоса - 1500 об/мин;
8) номинальная мощность - 3,6 кВт;
9) рабочий объем - 20 см3.
10. Определение общего КПД привода
Определяем общий КПД привода ηобщ. по формуле:
(0)
11. Определение минимально необходимого объема жидкости
Определяем минимальный объем рабочей жидкости Vmin.объем, дм3, необходимого для нормальной работы гидропривода, по формуле:
(0)
Принимаем по ГОСТ 12448-80 [1] стандартный объем бака для рабочей жидкости:
Vбака = 40 дм3.
12. Изображение полученного гидропривода с помощью условных обозначений
Литература
1. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учеб. для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. - 2-е изд., перераб. - М., "Машиностроение", 1982.
2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. Т. 3. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1978.
3. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. Т. 2. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1978.
4. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. - М.: Машиностроение, 1982.