Дорошенко В.А.
ГИДРОПНЕВМОПРИВОД И
ГИДРОПНЕВМОАВТОМАТИКА
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Методические указания и варианты заданий
к курсовой расчетно-графической работе
для студентов всех форм обучения
Екатеринбург 2017
УДК 621.21.8
ГИДРОПНЕВМОПРИВОД И ГИДРОПНЕВМОАВТОМАТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ: Методические указания и варианты заданий к курсовой расчётно-графической работе / Дорошенко В.А. Екатеринбург, УрФУ, 2017, - 34 с. ил.
Рассмотрены методы компоновки и проектирования объемных гидропневмоприводов автоматизированных технологических машин, функционирующих по заданному рабочему циклу, порядок расчета рабочих параметров и выбора стандартного гидрооборудования, построение циклохронограмм и характеристики трубопроводов.
Библиогр. 5назв. Рис.20. Табл.5
Подготовлено кафедрой «Гидравлика»
© Дорошенко В.А., 2017
© УрФУ, кафедра «Гидравлика»
Курсовая расчётно-графическая работа (РГР) является формой самостоятельной работы студентов и подводит итог практическому усвоению учебного материала по курсам «Гидравлика и гидропневмопривод», «Гидропневмоавтоматика технологического оборудования», «Гидравлика и гидропривод строительных машин» и др.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РГР. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Основными задачами РГР являются: 1. Закрепление основ теории автоматизированного гидропривода технологических машин циклического действия, включая:
- освоение функциональной символики гидроагрегатов и гидроаппаратуры, применяемой в гидросхемах технологических машин и комплексов;
- компоновка схемы из стандартной гидроаппаратуры с целью выполнения заданного рабочего цикла в автоматическом режиме;
- построение циклохронограмм и таблограмм работы гидросистемы.
2. Проведение гидравлических расчетов рабочих параметров гидросистемы: мощности, скоростей рабочего органа, крутящего момента, КПД и др.
3. Построение рабочей характеристики гидросистемы и установление режима работы.
Содержание задания
1. По заданному рабочему циклу (рис.1) составить принципиальную гидросхему объемного гидропривода для работы его в автоматическом режиме; подобрать гидрооборудование и аппаратуру управления и регулирования в соответствии с заданной командой управления циклом; предусмотреть защиту ОГП от перегрузки (сверхдавления), блокировку (останов) рабочего органа(РО) в любом положении, а также возвращение РО в исходное положение.
2. Рассчитать (с учетом выбранного оборудования) рабочие параметры ОГП: скорости, усилие на выходе, мощность или момент по фазам цикла, построить циклохронограмму работы гидродвигателя.
3. Выбрать для ОГП стандартную гидроаппаратуру и гидроагрегаты из каталогов и справочной литературы.
4. Построить рабочую характеристику гидросистемы Δ р = f(Q) и установить режим работы ОГП при максимальной нагрузке рабочего органа.
Выбор варианта задания производится по таблицам 1 -3: из 1 и 2 берутся данные для компоновки и управления гидросхемой, из 3 выбираются числовые данные для расчета рабочих параметров.
Порядок выполнения работы
1. Используя стандартную функциональную символику [1, c. 495-500], составить принципиальную схему ОГП, исполнительный элемент которой (шток гидроцилиндра или вал гидромотора) реализует заданный рабочий цикл движения. Управление циклом – автоматическое – «по пути» или «по давлению». Предусмотреть возможность остановки исполнительного органа в исходном положении, по окончании рабочего цикла, а также остановку ОГП в любой момент времени – при вмешательстве оператора.
2. По заданным условиям произвести расчет параметров гидросистемы и выбор оборудования:
-подбор типоразмера насоса и гидродвигателя;- расчет и выбор диаметров трубопроводов линий нагнетания и слива;- подбор стандартной гидроаппаратуры управления и регулирования, а также вспомогательной гидроаппаратуры: фильтров, гидробака и др.
u ( 1 ) u ( 2 )
БОБО
БП Т БП РХ
РХ Р
ll
u( 3 )u ( 4 )
БО БО
БП РХ1
PX
РХ2
ll
Рис. 1. Типы рабочих циклов
Обозначения: БП – быстрый подвод, БО – быстрый отвод, РХ – рабочий ход, Р – разгон, Т – торможение, ● – начало движения, - направление движения.
Произвести расчет гидравлических потерь давления и необходимых параметров насоса: давление, подача, мощность. Построить рабочую характеристики системы и определить рабочую точку режима насосной установки.
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
2.1. Управление рабочими циклами
Управление скоростью движения исполнительного органа ОГП при выполнении рабочего цикла осуществляется с помощью аппаратуры управления и регулирования: распределителями, клапанами, кранами и др. Возможно изменение скорости посредством специальной конструкции корпуса гидроцилиндра или поршня.
Применяются две основные схемы управления: «по пути» (по координате) или «по давлению » (по нагрузке). Сама скорость движения рабочего органа регулируется либо дроссельным способом, либо объемным.
1. Дроссельное регулирование скорости состоит в изменении расхода рабочей жидкости (РЖ), поступающей в гидродвигатель(ГД), с помощью дросселя (Д), устанавливаемого либо на входе, либо на выходе из ГД (рис. 2- а); возможен также вариант установки параллельно (рис. 2- б).В качестве регуляторов расхода применяются простые дроссели (типа Г(ПГ) 77-1) или регуляторы потока (типа ПГ(МПГ)55-2) [1, гл.5,§5.2].
uDu
RR
| S2 |
| S1 |
QДВ= QДР
Д1 QНД2QСЛ = QДРQH
а) б)
Рис.2. Схемы дроссельного регулирования скорости ГД
Регуляторы потока применяются в случае необходимости поддержания постоянной скорости движения u при переменной нагрузке R.
2. Объемное регулирование скорости производится либо посредством регулируемых гидромашин – насоса или гидромотора (объемно-машинное регулирование) (рис.3), либо путем переключения потоков РЖ в гидросхеме (объемно-схемное регулирование)(рис. 4- а, 4- б).
Рис. 3. Схема объемно-
М,п машинного регулирования
Объемно-схемное регулирование реализуется в двух вариантах:
А. Применение «дифференциальной схемы» (рис.4- а): изменение скорости происходит при соединении сливной линии с нагнетательной.
1
Н1 2 Н2
а) б)
Рис.4. Схемы объемно-схемного регулирования
Б. Отключение параллельно соединенных насосов: изменение скорости ГД происходит при отключении одного из насосов; фазы цикла БП и БО происходят при подаче обоих насосов, рабочий ход РХ осуществляется подачей насоса Н1.
2.2 .Схемы управления рабочим циклом.
| ВК1 |
| ВК2 |
R
uБО
аоb
Э1 Э2 Э2 Рис.5.Управление «по пути»
А. Пример схемы управления «по пути » дан на рис.5, где переключение позиций главного распределителя 1 производится с помощью концевых электропереключателей ВК1 и ВК2 и электромагнитов Э1 и Э2; быстрый подвод (БП) происходит при нахождении распределителя впоз.«о».
Б. Управление «по давлению » обычно реализуется с помощью клапанов давления, которые перекрывают поток при появлении нагрузки «R » из-за повышения давления в поршневой камере (рис.6- а); такую же функцию может выполнять и двухпозиционный распределитель с управлением «по давлению» (рис.6- б).
R
КД ГР
Д
б)
а) Рис.6. Управление «по давлению»
В. Управление «по пути» конструкцией корпуса цилиндра. В некоторых гидросхемах применяется переключение скоростей движения ГЦ путем подключения гидролиний непосредственно к стенке корпуса (рис.7). Перекрытие поршнем при движении линий трубопроводов обеспечивает изменения скорости его движения.
R
Д
Т I Т II
OK
PT Рис.7. Управление «по пути»
конструкцией корпуса ГЦ
Примечание. При движении поршня вправо «Быстрый подвод» осуществляется при сливе масла через линию «TI»; при перекрытии ее поршнем слив происходит через линию «TII » и дроссель «Д », который снижает расход и скорость движения при «рабочем ходе». «Быстрый отвод» происходит при подаче рабочей жидкости через обратный клапан «ОК », в обход дросселя.
Г. Разгон и торможение. Торможение поршня гидроцилиндра при быстрых ходах осуществляется посредством гидродемпферов -внутренних (рис.8- а) или внешних (рис.8- б) (цикл 2).
а) б)
Рис.8. Схемы гидроторможенияпоршня
Эти же устройства используются и при разгоне поршня – после изменения направления потока рабочей жидкости.
Д. Остановка и блокировка рабочего органа (гидродвигателя). Остановка рабочего органа производится по окончании работы машины или по необходимости(например, при аварии): первая – отключением гидросистемы от источника питания (насоса или магистрали), вторая – при внезапной остановке приводного двигателя или сбросе давления в системе. Наиболее опасной является аварийная остановка, которая производится посредством гидрозамков (рис. 9- а) или отсечкой потока в линиях с помощью гидрораспределителей с «закрытым центром» (рис.9- б).
1 2 3 aob
Р Т Р Т
а) б)
Рис.9. Способы блокировки потока и остановки ГД.
Обозначения: а) гидрозамок: 1, 3 – обратные клапаны 2 – поршень – толкатель
б) гидрораспределитель«с закрытым центром»:
Е. Схемы циркуляции рабочей жидкости. Схемы циркуляции рабочей жидкости в гидросистемах могут быть: - замкнутые (закрытые), - разомкнутые (закрытые) и – комбинированные.
Пример замкнутой схемы циркуляции, когдажидкость, сливающаяся из гидродвигателя, поступает вновь в нагнетатель, приведен на рис.3. Разомкнутая (открытая) схема показана на рис.4- б: в этом случае рабочая жидкость из гидродвигателя сливается в гидробак.
Комбинированная схема циркуляции представляет собой сочетание закрытой системы – для выполнения рабочих ходов с высоким давлением, и открытой системы – с подпиточным насосом – для обновления отработанной (после гидродвигателя) РЖ, частично сбрасываемой в гидробак по дренажной линии (рис.10).
| ГД |
| Н |
| Дренаж |
Подпиточный
Насос
Рис. 10. Комбинированная схема циркуляции РЖ
2.3. Применение гидроцилиндров. Типы ГЦ, используемых в ОГП, даны на рис. 11.
| S 1 |
a) S 2 б)
в) г)
g y0L+b1B+AwAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS/gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA AABbQ29udGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAAAAAA AAAAAAAALwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhABDjqTQBAgAAsQMAAA4AAAAAAAAA AAAAAAAALgIAAGRycy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAIuD+CbdAAAACQEAAA8AAAAA AAAAAAAAAAAAWwQAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPMAAABlBQAAAAA= " strokecolor="windowText" strokeweight="1.5pt"> G WeTy/wvFNwAAAP//AwBQSwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAA AAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAA AAAAAAAAAC8BAABfcmVscy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQBpxwddAAIAALADAAAOAAAAAAAA AAAAAAAAAC4CAABkcnMvZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQAsx6za3wAAAAoBAAAPAAAA AAAAAAAAAAAAAFoEAABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAAZgUAAAAA " strokecolor="windowText" strokeweight="1.5pt"> M ssjl/xeKbwAAAP//AwBQSwECLQAUAAYACAAAACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAA AAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNdLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAA AAAAAAAAAC8BAABfcmVscy8ucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQAmYBLuAAIAALADAAAOAAAAAAAA AAAAAAAAAC4CAABkcnMvZTJvRG9jLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQBUqvWF3wAAAAoBAAAPAAAA AAAAAAAAAAAAAFoEAABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAAZgUAAAAA " strokecolor="windowText" strokeweight="1.5pt">
д) е)
Рис.11. Основные типы и схемы гидроцилиндров
Обозначения: а) одноштоковый; б) двухштоковый; в) плунжерный; г) телескопический; д) одноштоковый с подвижным корпусом; е) двухштоковый с подвижным корпусом
Основные расчетные формулы:
1. Усилие, развиваемое на выходном звене ГЦ:
- схема (а)
, (1.1)
где р н, р с – давления в линиях нагнетания и слива; D, d – диаметры поршня и штока; F mp– сила трения в уплотнениях при движении поршня и штока.
- схема (б)
. (1.2)
Сила трения может быть учтена посредством механического КПД гидроцилиндра ηмгц= 0,85 – 0,92.
2. Скорость перемещения штока определяется величиной подачи РЖ:
(1.3)
где Q н – подача РЖ в линию нагнетания; S – рабочая площадь поршня (S1 или S2); ηv– объемный КПД ГЦ (0,9 – 0,95).
3. Общий КПД аппарата
ηгц = ηoηгηм (1.4)
где ηг – гидравлический КПД, ηм – механический КПД гидроцилиндра.
. 2.4. Применение поворотных ГД и гидромоторов(ГМ). Поворотные гидродвигатели подразделяются на рычажно-поршневые ( рис.11- а), шестеренно-поршневые (рис.11- б) и лопастные (рис.12).
Расчетные зависимости для ПГД
1. Поршневые (см.рис.12- а и 12- б):
- Теоретический крутящий момент:
МТ =Fp∙rp или МТ = Fp∙rШ , (1.5)
где Fp – cила давления на поршень (и шток), равная Fp= pнS1 – p сл S2; здесь S1 = 
D2/4; S2= 
D2-d2) /4.
- Угловая скорость поворота:
ω = u/rp или ω = u/rШ , где и = Qн /S1. (1.6)
dМ ω
D FpD
рнurррнrш
а) р с л б) р сл М, ω
M,ω
R
в) лопастной ПГД
FpRc
r
рн Qн рсл
Рис. 12. Схемы поворотных гидродвигателей
2. Лопастные (рис.12- в):
- Крутящий момент:
МТ = Fp∙Rc , (1.7)
где Rc= (R + r)/2; Fp = (pн – рсл)∙SЛ; площадь лопасти SЛ = (R – r)b, где b – ширина лопасти;
- Угловая скорость поворота
ω = Qн/SЛ∙Rc. (1.8)
ТАБЛИЦЫИСХОДНЫХ ДАННЫХ
Таблица 1.
ВАРИАНТЫДЛЯ КОМПОНОВКИ ГИДРОСХЕМ
| № | Параметр гидросхемы | В а р и а н т ы |
| Тип цикла (рис.1) | 1, 2, 3, 4 | |
| Тип гидродвигателя (ГД) | А: силовой гидроцилиндр (ГЦ) а) одноштоковый б) двухштоковый в) плунжерный Б: поворотный ГД (ПГД) а) рычажно-поршневой б) поршневой с поворотной шестерней в) лопастной В: гидромотор (ГМ) а) нерегулируемый, нереверсивный б) регулируемый,нереверсивный в) регулируемый, реверсивный | |
| Схема циркуляции РЖ | А:открытая (разомкнутая) Б: замкнутая (закрытая) В:комбинированная | |
| Способ управления циклом | А: по перемещению (по пути): а) установкой внешних включателей б) конструкцией корпуса ГЦ Б:по давлению | |
| Тип команды управления | А:гидравлическая Б:электромагнитная В:электрогидравлическая | |
| Регулирование скорости ГД | А: дроссельноес установкой дросселя: а) на входе в ГД; б) на выходе из ГД; в) параллельно ГД; г) параллельно-последовательно Б: объемное: а) машинное – регулируемым насосом; б) машинное – регулируемым ГМ; в) включение «по дифференциальной схеме» г) отключением параллельно соединенных насосов В: объемно-дроссельное:а) машинно-дроссельное: (Б-а) + (А-б); б) машинно-дроссельное: (Б-б) + (А-а); в) объемно-схемное (Б-в) + дроссельное(А-в); г) объемно-схемное (Б-г) + дроссельное(А-б) |
Таблица 2
ВАРИАНТЫДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ И КОМПОНОВКИ ГИДРОСХЕМ
| № № вариантов | Данные для компоновки гидросхем (пункты из табл.1) | |||||
| А – а | А | Б | А | Б - г | ||
| Б – в | Б | А – а | Б | Б - а | ||
| А – б | Б | А – б | В | А - б | ||
| Б – а | А | Б | А | Б - г | ||
| Б - б | А | А – а | Б | Б - в | ||
| А – б | Б | А – б | В | А - б | ||
| А – в | Б | А – б | В | А - б | ||
| Б – в | Б | А – а | Б | Б - в | ||
| Б – а | А | Б | А | Б - г | ||
| А – а | В | Б | А | Б - г | ||
| А – а | А | А – б | В | В - а | ||
| Б – а | А | А – а | Б | В - б | ||
| А – б | Б | Б – в | А | В - а | ||
| А – а | В | А – г | Б | А - г | ||
| А – б | А | А – а | В | Б - а | ||
| В - а | А | Б | А | А - б | ||
| Б - в | Б | А - а | Б | А - а | ||
| В - б | В | Б | А | А - б | ||
| Б - б | Б | А - б | В | А - б | ||
| А - в | А | А - б | Б | А - в | ||
| А – а | А | Б | А | Б - г | ||
| Б - б | А | А – а | Б | Б - в | ||
| А – а | А | Б | А | Б - г | ||
| В – б | Б | А – б | В | А - б | ||
| Б – б | Б | А – а | Б | Б - в |
Примечание. Преподавателем при выдаче задания могут быть внесены изменения в варианты компоновки и замена некоторых параметров.
Таблица 3
ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ГИДРОСХЕМ
| №№ Вари- тов | р эф МПа | R кН | М кН∙м | и БП см/с | и РХ см/с | l БП см | l РХ см | L Н м | L сл м | R1 кН | R2 кН | и РХ2 см/с |
| 6,3 | - | 6,0 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | - | - | - | ||||
| - | 4,0 | 1,5 | 2,8 | 3,0 | - | - | - | |||||
| 12,5 | - | 5,5 | 2,5 | 3,2 | 3,5 | - | - | - | ||||
| - | 4,0 | 2,0 | 4,7 | 5,0 | - | - | - | |||||
| - | 6,0 | 2,5 | 2,5 | 2,6 | - | - | - | |||||
| 12,5 | - | 5,6 | 2,2 | 3,5 | 3,8 | - | - | - | ||||
| - | 4,5 | 2,0 | 3,8 | 4,0 | - | - | - | |||||
| - | 4,2 | 1,5 | 2,8 | 3,0 | - | - | - | |||||
| 5,8 | 2,1 | 3,2 | 3,5 | - | - | - | ||||||
| 6,3 | - | 6,2 | 2,2 | 3,2 | 4,4 | - | - | - | ||||
| 12,5 | - | - | 12,0 | 5,0 | 2,6 | 2,9 | 3,0 | |||||
| 10,0 | - | - | 10,0 | 4,5 | 2,4 | 2,5 | 3.3 | |||||
| 12,5 | - | - | 10,1 | 4,8 | 3,3 | 3,5 | 4,5 | |||||
| 30,0 | - | - | 11,0 | 5,2 | 3,0 | 3,2 | 2,8 | |||||
| 16,0 | - | - | 8,0 | 4,6 | 3,5 | 3,8 | 2,5 | |||||
| 6,3 | - | 3,5 | - | - | - | |||||||
| - | 4,5 | 4,8 | - | - | - | |||||||
| 8,5 | - | 2,5 | 2,5 | 3,0 | - | - | - | |||||
| 12,5 | - | 2,5 | 3,0 | 3,6 | - | - | - | |||||
| 16,0 | - | 4,8 | 2,2 | 3,4 | 3,5 | - | - | - | ||||
| 6,3 | 6,0 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | - | - | - | |||||
| 6,0 | 2,5 | 2,5 | 2,6 | - | - | - | ||||||
| - | 4,0 | 1,5 | 2,8 | 3,0 | - | - | - | |||||
| 12,5 | - | 5,5 | 2,5 | 3,2 | 3,5 | - | - | - | ||||
| - | 4,0 | 2,0 | 4,7 | 5,0 | - | - | - |