Кирносов А.М., Босняк М.Л. Гидропневмопривод металлургических машин

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

А.М. Кирносов, М.Л. Босняк

ГИДРОПНЕВМОПРИВОД

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН

Утверждено редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия для студентов

специальностей:

150404 – Металлургические машины и оборудование;

150802 – Гидравлические машины, гидроприводы и

гидропневмоавтоматика

Новокузнецк

2008

УДК 62-82:669.02/.09(075)

К 433

Рецензенты:

кандидат технических наук, доцент кафедры

машин и технологий обработки металлов давлением СибГИУ

Новиков Е.А.

Кандидат технических наук, доцент,

зам. главного инженера сталепрокатного производства

ОАО Запсибметкомбинат

Ю.А. Епифанцев

Кирносов А.М.

К 433 Гидропривод металлургических машин: учеб. пособие /

А.М. Кирносов, М.Л. Босняк. СибГИУ. – Новокузнецк, 2008. – 84 с.

Приведена классификация гидроприводов, рассмотрены

основные их элементы: насосы, распределители, исполнительные

механизмы, клапаны и другие вспомогательные устройства. В

приложении представлены некоторые схемы гидроприводов

металлургических машин.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальностям

150404 – Металлургические машины и оборудование; 150802 –

Гидравлические машины, гидроприводы и гидро-пневмоавтоматика.

УДК 62-82:669.02/.09(075)

индустриальный университет, 2008

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ПРЕДИСЛОВИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Принципы действия объёмных гидроприводов

Глава 2 Термины и общие определения

Глава 3 Насосы

3.1 Классификация

3.2 Основные параметры насосов

3.3 Шестерённые насосы

3.4 Винтовые насосы

3.5 Пластинчатые насосы

3.6 Радиально-поршневые насосы

3.7 Аксиально-поршневые машины

Глава 4 Исполнительные механизмы

4.1 Гидроцилиндры

4.2 Расчёт гидроцилиндров

4.3 Моментные цилиндры (поворотники)

Глава 5 Гидроаппараты

5.1 Классификация гидроаппаратов

5.2 Распределители

5.3 Клапаны

5.3.1 Обратные клапаны

5.3.2 Предохранительные, перепускные и подпорные клапаны

5.3.3 Гидроклапан давления типа Г54

5.4 Дроссели

5.5 Гидрозамки

5.6 Регуляторы потока (расхода)

Глава 6 Вспомогательное оборудование гидросистем

6.1 Мультипликаторы давления

6.2 Гидравлические аккумуляторы

6.3 Синхронизаторы движения узлов

6.4 Фильтры

6.5 Уплотнительные устройства

6.5.1 Уплотнение штоков

6.5.2 Уплотнение поршней

6.5.3 Уплотнение неподвижных соединений

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРЕДИСЛОВИЕ

Необходимость создания настоящего учебного пособия

продиктована в первую очередь недостатком литературных

источников по данному предмету в библиотеке вуза.

Дисциплина «Гидропневмопривод металлургических машин»

читается в шестом семестре для специальности «Металлургические

машины и оборудование».

Настоящее учебное пособие поможет студентам в освоении

этого курса, и в частности в изучении конструкций основных

элементов гидроприводов, позволит научиться читать

гидравлические схемы. В приложении представлены некоторые

гидравлические схемы приводов существующих металлургических

машин.

Наряду с существующими методическими указаниями к

курсовой работе, учебное пособие позволит более углубленно

изучить гидроприводы и выполнить курсовую работу по

соответствующей дисциплине.

Учебное пособие будет полезно также студентам специальности

«Гидравлические машины, гидроприводы и

гидропневмоавтоматика», изучающим на третьем, четвертом и пятом

курсах такие дисциплины, как «Объемные и лопастные

гидромашины и гидроприводы», «Гидропривод и гидроавтоматика»,

«Пневмопривод и пневмоавтоматика», «Гидравлические механизмы

технологических машин».

ВВЕДЕНИЕ

Гидроприводы получили широкое распространение в

оборудовании металлургических заводов, а также, в самых

различных отраслях машиностроения.

Широкое применение гидравлических приводов (систем) в

машинах обусловлено их преимуществами перед приводами других

конструкций, основные из которых – относительно малые габариты и

масса, приходящиеся на единицу мощности.

Преимуществом гидроприводов является также возможность

бесступенчатого регулирования выходной скорости, простота ее

значительного уменьшения, а также плавность, равномерность и

устойчивость движения, большой срок службы, высокий КПД. Кроме

того, в гидросистемах конструктивно проще осуществляется защита

от перегрузок и обеспечивается демпфирование автоколебаний.

Благодаря тому, что гидроагрегаты обладают малой инерцией,

гидросистемы отличаются высокой приемистостью и малым

временем запаздывания при обработке командных сигналов, что

особенно важно для быстродействующих следящих приводов.

Вместе с тем гидравлические приводы просты в изготовлении,

обладают высокими коммутационными качествами, а также

надежностью и долговечностью.

Ценными качествами гидросистемы является простота

управления как отдельными параметрами, в частности, давлением

жидкости, скоростью вращения, изменением объема жидкости,

реверсом, так и комбинацией этих параметров.

Глава 1 Принципы действия объёмных

гидроприводов

Энергия идеальной жидкости определяется уравнением:

mVP

mmghE ++=

где

– масса жидкости;

h – высота, на которой находится жидкость;

– ускорение свободного падения;

p – давление жидкости;

– плотность жидкости;

– скорость движения жидкости.

При этом первый член уравнения.

−m

h энергия положения;

Второй член

−

энергия давления;

Третий член

−

кинетическая энергия.

Передачу энергии жидкостью можно осуществлять, изменяя

любой из членов данного уравнения. Для объёмных гидроприводов

из трёх составляющих определяющей является энергия давления.

Энергией положения в объемных гидроприводах обычно

пренебрегают ввиду незначительности разности высот отдельных

элементов гидропривода. А кинетическая энергия учитывается при

расчёте гидродинамических передач и в специальных видах расчётов

объёмных приводов.

Принципы действия объёмных приводов основаны на высоком

объёмном модуле упругости жидкости (малой сжимаемости) и на

законе Паскаля, согласно которому всякое изменение давления в

какой-либо точке покоящейся капельной жидкости, не нарушающее

её равновесия, передаётся в другие точки без изменения.

Из рисунка 1а следует, что при приложении силы Р к закрытому

сосуду через поршень эта сила уравновешивается силой давления

жидкости (силой трения пренебрегаем и силой тяжести тоже)

⋅

где

– площадь поршня.

Рисунок 1 – Схемы, иллюстрирующие принцип действия объёмного

гидропривода

Положение сохраняется, если в качестве сосуда возьмём два

гидроцилиндра, соединённых гидролинией (рисунок 1б):

⋅=

⋅

где

P и

P – силы, приложенные к первому и второму поршню

соответственно;

f и

f – соответственно площадь первого и второго

поршней.

При перемещении поршня 1 произойдёт вытеснение жидкости

под поршнем 2. Если учесть, что жидкость несжимаема, то объем

вытесненной жидкости первым поршнем равен объему жидкости,

поступавшей во второй цилиндр

2211

hfhf

где

h и

h – соответственно перемещения первого и второго

поршней.

где

d и

d – соответственно диаметр первого и второго

поршня.

Тогда:

hh ⋅=⋅=

Таким образом, для двух сообщающихся гидроцилиндров их

перемещения пропорциональны соотношению квадратов диаметров.

Рассмотрим, как соотносятся усилия, приложенные к первому и

второму цилиндру.

⋅==

Так как по закону Паскаля давление во всех точках замкнутого

объема одинаковое, то

pp = , тогда:

pP ⋅=

Определим мощность, передаваемую потоком жидкости:

11111

, так как

– расход жидкости, то определим

мощность, передаваемую потоком жидкости:

⋅

Мощность равна произведению давления жидкости на расход. С

учетом коэффициента полезного действия системы

мощность

определяется:

1000

N =

, кВт.

Глава 2 Термины и общие определения

Насос – машина для создания потока жидкой среды. В

объёмном насосе жидкая среда перемещается путём периодического

изменения объёма занимаемой ею камеры, попеременно

сообщающейся с входом и выходом насоса.

Объёмный гидродвигатель – машина для преобразования

энергии потока рабочей среды в энергию выходного звена.

Объёмный гидродвигатель с вращательным движением выходного

звена называется гидромотором; с прямолинейным –

гидроцилиндром; с возвратно-поступательным движением ведомого

звена на угол < 0÷

360

– гидроповоротником.

Объёмный гидропривод – гидравлическая система,

включающая объёмный насос и гидродвигатель с устройствами

управления.

Гидроаппаратурой называются устройства, предназначенные

для изменения параметров потока рабочей жидкости или для

поддержания их на определённом постоянном уровне (давление,

расход и направление движения).

На рисунке 2

а показана принципиальная схема гидропривода

возвратно-поступательного движения.

Регулирование скорости гидродвигателя (гидроцилиндра) по

этой схеме достигается установкой дросселя, с помощью которого

создаётся сопротивление на входе насоса, в результате часть

жидкости отводится (переливается) через предохранительный клапан

в бак. Такая система пригодна при мощности до 5 л.с. (7 кВт.), т. к.

при большей передаваемой мощности будет иметь место

значительный нагрев жидкости и неэффективное использование

энергии.

На рисунке 2

б приведена схема гидропривода вращательного

движения.

Реверсирование вращения гидромотора осуществляется с

помощью распределителя 3.

По схеме на рисунках 2

а и 2б рабочая среда поступает от

объёмного гидродвигателя в бак или во всасывающую линию

насоса. Такой гидропривод называется гидроприводом с открытой

циркуляцией.

Реверсирование гидромотора можно осуществить также

изменением направления потока жидкости, направляемого насосом

(рисунок 2

в).

Гидросистема в данном случае должна быть снабжена

обратными клапанами 7, отсоединяющими нагнетательную линию от

бака и одновременно обеспечивают подпитку всасывающей полости

насоса в случае, если в последней в результате утечки жидкости

образуется вакуум. Такая система называется с закрытой

циркуляцией.

1 – насос; 2 – гидроцилиндр; 3 – гидрораспределитель; 4 – дроссель;

5,9 – предохранительные клапана; 6 – бак; 7 – гидроматор;

8 – обратный клапан

Рисунок 2 – Принципиальные схемы гидроприводов

прямолинейного (

а) и вращательного (б и в) движений

По виду источника энергии гидропривод разделяют на 3 типа:

магистральные (жидкость подаётся от единой магистрали не

входящей в состав гидропривода и питающей несколько

гидроприводов); насосный (насос входит в состав привода);