Гидропривод и гидравлические средства автоматики

   Режим движения жидкости  определяется по числу Рейнольдса:

Re=,

Где -вязкость жидкости, .

   Коэффициент гидравлического  трения определяется в зависимости  от режима движения рабочей  жидкости:

,

Т.к Re2320, то режим движения турбулентный =>

Тогда:

   б)Потери давления в местах гидравлических сопротивлений в напорном трубопроводе:

 

где -сумма коэффициентов местных сопротивлений, расположенных на рассчитываемом трубопроводе (напорном); –сумма потерь давления в гидроаппаратах, расположенных на рассчитываемом трубопроводе (напорном).

 

где -коэффициент местного сопротивления на выходе, =0,5;

-коэффициент местного сопротивления на входе, =0,3;

-коэффициент  местного сопротивления в штучерах, =0,15;

 -коэффициент местного сопротивления в коленах, =2;

-коэффициент  местного сопротивления в четверниках,  =1;

 -коэффициент местного сопротивления в тройниках, =1.

 

 

где -потери давления в распределителе, МПа;

-потери давления  в дросселе,МПа.

 

   Тогда: =0,52 МПа.

   в)

2) Сливной трубопровод (от цилиндра  до бака):

;

   а) Потери давления по  длине сливного трубопровода:

 

где -плотность жидкости, кг/; -коэффициент гидравлического трения; -длина сливного трубопровода, м; -скорость жидкости в сливном трубопроводе, м/с; -диаметр сливного трубопровода, м.

   Режим движения жидкости  определяется по числу Рейнольдса:

Re=Т.к Re2320, то режим движения турбулентный =>

Тогда:

   б) Потери давления в  местных гидравлических сопротивлениях  в сливном трубопроводе:

;

где -сумма коэффициентов местных сопротивлений, расположенных на рассчитываемом трубопроводе (сливном); –сумма потерь давления в гидроаппаратах, расположенных на рассчитываемом трубопроводе (сливном).

 

где -коэффициент местного сопротивления на выходе, =0,5;

-коэффициент местного сопротивления в коленах, =2;

-коэффициент  местного сопротивления в штучерах, =0,15;

 

 

где -потери давления в распределителе, МПа;

-потери давления  в золотнике торможения,МПа;

-потери давления  в клапане подпора, 

=0,3 МПа.

   Тогда:

   в) 

2.5 Определение давления  в гидроцилиндре и КПД гидроцилиндра.

   Потери на трение в  гидроцилиндре: ,

где - коэффициент , при , ;

- нагрузка, Н;

- площадь поршня  в “рабочей полости”, .

 

   Механические потери:  +

где площадь поршня в “штоковой полости”, ;

-давление в “штоковой полости”, МПа, =

+

   Давление подведенное к цилиндру:

 МПа.

   КПД гидроцилиндра:

 

 

2.6 Выбор насоса и электородвигателя.

   Давление которое должен развивать насос:

где -сумма потерь давления в напорном и сливном трубопроводах, Па.

 

   Тогда: =4.285+0.882=5.167 МПа.

   Давление настройки предохранительного  клапана:

МПа.

  Выбираем насос по[2,стр. 202] из условия и .

   Принимаем: 50НР-16 (насос радиально-поршневой нерегулируемый).

;; N=19,5 КВт;

   Объемный КПД насоса: ,

Где - объемный и механический КПД насоса в номинальном режиме работы; ;

параметр регулирования  насоса в номинальном режиме работы,

-частота вращения насоса в номинальном режиме работы, ;

-коэффициент кинематической вязкости в номинальном режиме работы, ;

 

Механический КПД насоса:

=1-(1-0,89)

   Общий КПД насоса:

.

   Долговечность насоса на нерасчетном режиме:

=5,22 (тыс.часов).

   Выбираем электродвигатель  по [3, стр. 417]: 4АМУ132М4У2;

 

 

 

 

 

 

2.7 Выбор гидроаппаратуры,  их технические характеристики  и принцип действия.

1) Выбор клапана давления.

Рисунок 3- Предохранительные клапаны непрямого действия МКПВ.

   Предохранительные клапаны непрямого действия МКПВ для стыкового монтажа состоят из следующих основных деталей и узлов: корпуса 1, клапана 8, размещенного в гильзе 10, пружины 9 и вспомогательного клапана 3, а в исполнении с электроуправлением они дополнительно комплектуются пилотом, устанавливаемым на клапане 3. Масло из напорной линии подводится к отверстию Р корпуса и отводится в сливную линию через отверстие Т. Отверстие Р через малое отверстие 11 в клапане 8 соединено с надклапанной полостью 2, откуда масло через клапан 3 может поступать в отверстие Т по каналу 7. Если давление в гидросистеме не превышает давления настройки клапана 3 (регулируется винтом б, сжимающим пружину 5), последний закрыт, давления в торцовых полостях клапана 8 одинаковые, и он прижат пружиной 9 к конусному седлу гильзы 10, разъединяя отверстия Р и Т. Когда сила от давления масла на конус 4 вспомогательного клапана превышает усилие его пружины, конус отходит от седла, и масло в небольшом количестве из отверстия Р через малое отверстие 11, вспомогательный клапан и канал 7 проходит в отверстие Т. Из-за потери давления в отверстии 11 давление в надклапанной полости 2 уменьшается, и клапан под действием давления в отверстии Р поднимается вверх, сжимая пружину 9 и соединяя отверстия Р и Т. Перемещение клапана вверх происходит до тех пор, пока сила от давления в отверстии Р не уравновесит силу от давления в полости 2 и силу пружины 9, после чего давление в отверстии Р (в напорной линии гидросистемы) автоматически поддерживается постоянным в широком диапазоне расходов масла через клапан. Если отверстие X соединить с линией слива, давление в полости 2 упадет, и клапан 8 под действием небольшого давления (~0,3 МПа) в отверстии Р поднимется, сжимая сравнительно слабую пружину 9 и соединяя отверстия Р к Т (режим разгрузки). В аппаратах с электроуправлением разгрузка производится при выключенном (нормально открытое исполнение) или включенном (нормально закрытое исполнение) электромагните пилота.          

   При необходимости разделения слива потока управления от основного слива в канал 7 устанавливается заглушка (винт М5), а в отверстие Y - штуцер с резьбой К'/8".

Рисунок 4- Схема МКПВ-.../ЗС2. МКПВ-.../ЗТ2.

   Предохранение гидросистемы от перегрузок, поддержание настроенного давления и дистанционная разгрузка путем соединения отверстия X со сливной линией

Рисунок 5- Схема МКПВ-.../ЗСЗ. МКПВ-.../ЗТЗ.

   Предохранение гидросистемы от перегрузок и поддержание настроенного давления при включенном электромагните пилота, разгрузка - при выключенном

Рисунок 6- Схема МКПВ-.../ЗС4. МКПВ-.../ЗТ4.

   Предохранение гидросистемы от перегрузок и поддержание настроенного давления при выключенном электромагните пилота, разгрузка - при включенном.

Выбираем предохранительный клапан МКПВ-10/ЗС2Р2.

Основные параметры:

-Условный проход, 10 мм;

-Номинальное давление на входе, 20 МПа;

- Номинальный расход жидкости, 80 л/мин/ 
2) Выбор распределителей.

   При эксплуатации гидросистем возникает необходимость изменения направления потока рабочей жидкости на отдельных ее участках с целью изменения направления движения исполнительных механизмов машины, требуется обеспечивать нужную последовательность включения в работу этих механизмов, производить разгрузку насоса и гидросистемы от давления и т.п.

   Эти и некоторые другие функции могут выполняться специальными гидроаппаратами – направляющими гидрораспределителями.

   При изготовлении гидрораспределителей в качестве конструктивных материалов применяют стальное литье, модифицированный чугун, высоко- и низкоуглеродистые марки сталей, бронзу. Для защиты отдельных элементов распределителей от абразивного износа, поверхности скольжения цементируют, азотируют и т.п.

   Размеры и масса гидрораспределителей зависят от расхода жидкости через них, с увеличением которого они увеличиваются.

Рисунок 6-Гидрораспределитель с  ручным управлением.

   Устройство ручного гидрораспределителя 4/3 и его условного обозначения представлено на рисунке 6. Переключение позиций распределителя осуществляется рукояткой 1, которая при помощи серьги 2 шарнирно присоединяется к золотнику 10. С корпусом 6 рукоятка шарнирно соединена с ушком 11. Для фиксации каждого положения золотника служит шариковый фиксатор 9, помещенный в задней крышке 8. Утечки жидкости по золотнику со стороны передней крышки 3 исключаются манжетным уплотнением. Рабочая жидкость подводится к отверстию 5, а отводится через отверстие 4. Канал 7 дренажный, служит для отвода утечек.

   Выбираем гидрораспределитель с электрическим управлением:

ВЕХ1664Г 24.

Основные параметры:

-Условный проход, 16 мм;

 -Давление на выходе, 25 Мпа;

-Расход рабочей жидкости, 63-125 л/мин;

-Давление на выходе (сливное), не более , 15 Мпа.

3) Выбираем фильтр.

   Фильтры напорные с индикатором загрязненности типа ФГМ предназначены для очистки от механических примесей минеральных масел. Фильтры используются в металлрежущих, деревообрабатывающих и других станках, кузнечно-прессовом оборудовании, литейных, строительно-дорожных, сельскохозяйственных машинах, где применяется гидропривод.

   Кинематическая вязкость очищаемых масел не более 200 мм2/с (сСт) при температуре до +80°С. Температура окружающей среды от +1°С до +40°С.    Фильтры изготавливаются: по номинальному давлению – 16 Мпа двух габаритов и 32 Мпа – четырех габаритов; по тонкости фильтрации – 5, 10, 25 и 40 мкм.  
   Фильтры имеют следующие присоединительные резьбы:

• Метрическая – в обозначении фильтра буква М
• Коническая – в обозначении фильтра буква К

   Рабочая жидкость через входное отверстие в головке фильтра поступает в полость стакана, проходит через фильтроэлемент, очищается и через выходное отверстие поступает в систему. При перепаде давлений (0,3-0,03) Мпа на фильтроэлементе, возникшем в результате его загрязненности, срабатывает индикатор загрязненности, сигнализирующий о необходимости замены фильтроэлемента.

   Из-за несвоевременной замены фильтроэлемента происходит дальнейшее повышение перепада давлений до (0,5-0,1) Мпа, что ведет к открытию предохранительного клапана, и неочищенная рабочая жидкость поступает в систему, минуя фильтроэлемент. При этом фильтр работает в аварийном режиме.

   Выбираем напорный фильтр 1ФГМ32-25К[4,стр.287].

Основные параметры:

-Номинальное давление, 32 Мпа;

-Номинальная тонкость фильтрации, 25 МКМ;

 -Номинальный расход, 40 л/мин;

-Номинальный перепад при номинальном расходе, 0,16 Мпа;

- Условный проход , 12 мм;

-Допустимый перепад давления на фильтроэлемент, 0,5 Мпа.

4) Выбираем манометр

Рисунок 7-Пружинный манометр.

   Одним из простых приборов для измерения повышенных и высоких давлений является трубчатый манометр или манометр Бурдона Главная составная часть его – изогнутая по дуге латунная труба 1 овального сечения рисунок 7. 
   Жидкость или газ, производя давление изнутри трубки, выпрямляет ее, по аналогии со знакомой каждому детской игрушкой «тещин язык». 
   Жидкость или газ подается в штуцер 3, соединенный с трубкой 1. Трубка, распрямляясь, приводит в движение систему зубчатых колес и рычагов 2, которые поворачивают стрелку 4; чем больше давление, тем на больший угол повернется стрелка. Угол поворота стрелки пропорционален измеряемому давлению. Шкала, нанесенная на циферблате, градуирована в единицах давления. Обычно манометр калибруется в кгс/см²

   Выбираем манометр по  ГОСТ 8625-77, [4, стр.316], МТП-1М-40.

Основные параметры:

-Диапазон измерений, 2,5400 Мпа;

- Класс точности, 2,5;

-Диаметр корпуса, 60 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.8 Расчет КПД и мощности гидропривода.

   Определяем КПД гидропривода:

,

где -КПД насоса; -КПД гидроцилиндра; -КПД гидросети.

  Определяем КПД гидросети:

 

  Тогда: =0.519.

   Рассчитаем полезную мощность гидроцилиндра:

N=,

где -затраченная мощность гидропривода.

 

N= Вт.

 

 

 

 

 

 

2.9 Механические характеристики.

   Так как дроссель установлен  последовательно гидроцилиндру,  то уравнение механической характеристики  будет выглядеть:

,

где -скорость поршня, м/с; -максимальная площадь щели дросселя, ; -параметр регулирования дросселя; -площадь поршня в “рабочей” полости, ; А-коэффициент,; -давление настройки предохранительного клапана, Па; P-нагрузка, Н.

,

где -коэффициент расхода,-плотность рабочей жидкости, кг/.

   Тогда: =0,033 .

   Определим максимальную  площадь щели дросселя.

=0,0257,065 .

   Тогда:=2,97;

   При =1 и P=0: ; =0, если =0, т.е

 

   Значения  и P при разных представлены в таблице 1.

Таблица 1-Зависимость  от P,  

P, Н	0	1000	3200	4664
	0,726	0,718	0,7	0
	0,581	0,574	0,56	0
	0,435	0,431	0,42	0
	0,321	0,318	0,31	0
	0,241	0,238	0,233	0

[Приложение 2, стр. 36]

2.10 Расчет гидробака для рабочей жидкости.

   Определим вместимость бака:

По ГОСТу 12448-80 принимаем:

   Наиболее рациональной формой  бака считается параллепипед, уровень рабочей жидкости не должен превышать 0,8 высота бака Н.

  С учетом выше сказанного:

 

где а- длина бака, принимаем а=0,4 м; в- ширина бака, принимаем в=0,27 м.