Огий О.В. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине Гидравлика, гідро- и пневмоприводы (на укр. языке)

21

а при турбулентному режимі руху рідини в діапазоні Re =

2300…100000 коефіцієнт λ визначається по напівемпіричній формулі

Блазіуса:

25.0

Re

3164,0



Т



(2.24)

Якщо

e

d



 10Re

де Δ

е

- еквівалентна шорсткість труб (для нових безшовних сталевих

труб Δ

е

= 0,05 мм, для латунних - Δ

Е

= 0,02 мм), то коефіцієнт гідравлічного

тертя визначається за формулою А.Д. Альтшуля:

25.0

)

Re

68

(11,0

d

е







(2.25)

Визначивши коефіцієнти гідравлічного тертя, знаходимо перепади

тиску в трубах:

2

1

11

pp

T

V

d

l

Р





2

22

pp

T

V

d

l

Р





(2.26)

де ρ - густина робочої рідини, кг/м

3

(див. табл.2.7);

λ

1

і λ

2

- коефіцієнт гідравлічного тертя для напірної і зливної гідроліній

відповідно.

Перепади тиску на дроселі залишаємо такими ж, як і раніше (перепади

тиску на дроселі залежать від ступеня його відкриття). Знаючи перепади

тиску, знаходимо тиски в порожнинах силового циліндра:

P

2

= ΔР

зол 2

+ ΔР

2

+ ΔР

ДР

+ ΔР

Ф

потім знаходимо:

1

22

1

F

TRFP

Р





і уточнюємо тиск, що створюється насосом:

P

Н

= P

1

+ ΔР

зол 1

+ ΔР

1

22

3. Визначення основних параметрів гідроприводів обертального руху

Розрахунок гідроприводів обертального руху пояснимо стосовно

схеми, представленої на рис.3.1 Для гідромотора крутний момент:

М

дв

кр

qP

М





2

 (3.1)

звідки

Мдв

кр

P

М

q





2



де Р

ДВ

- перепад тиску на гідромоторі;

η

М

- механічний ККД гідромотора.

Рис.3.1 Схема гідроприводу обертального руху

Із схеми, представленої на рис.3.1, видно, що

Р

ДВ

= Р

1

- Р

2

(3.2)

де P

1

= P

H

- ΔР

зол1

- ΔР

1

P

2

= ΔР

зол2

+ ΔР

2

+ ΔР

ДР

+ ΔР

Ф

Про вибір насосів було сказано вище, при розгляді гідроприводу

поступального руху. Визначивши Р

1

і Р

2

, знаходимо Р

ДВ

і робочий об'єм

гідромотора q, який уточнюємо відповідно до табличних даних гідромоторів

з дод.3 і знаходимо перепад тиску:

М

кр

дв

q

М

P





2



(3.3)

Витрата рідини, що поступає в гідромотор:

Q

ДВ

= (qn + ΔQ

ДВ

)z (3.4)

де ΔQ

ДВ

- витоки рідини в гідромоторі;

z - число гідромоторів (для схеми, представленої на рис.3.1, z = 1).

Зазвичай в довідковій літературі задані або витоки ΔQ

*

дв

в гідромоторі

при тиску Р

*

, або об'ємний ККД η

*

0

. Якщо задані витоки ΔQ

*

дв

, то витоки при

тиску Р

1

можна знайти з виразу:

*

1

*

P

QQ

двдв

 (3.5)

23

Якщо заданий об'ємний ККД η

*

0

при тиску Р

*

, то для визначення

витоків ΔQ

*

дв

можна скористатися наступними міркуваннями:

)(

*

0

дв

Qqn

qn







)1

1

(

0

*





qnQ

дв

*

1

*

0

*

)1

1

(

P

qnQ

дв





Стосовно схеми гідроприводу, наданого на рис.3.1

Q

H

= Q

ДВ

+ ΔQ

зол

+ ΔQ

ЗК

; (3.6)

Витоки в золотнику ΔQ

зол

визначаємо аналогічно, як це було вказано

для витоків в гідромоторі:

*

1

*

P

QQ

золзол

 (3.7)

Витоки через запобіжний клапан:

ΔQ

ЗК

= 0,1Q

H

При тиску Р

*

= 6,3 МПа для запобіжного клапана розрахованого на

витрату 20 л/хв витоку рідини через нього ΔQ

ЗК

складають 100 см

3

/хв;

розрахованого на витрату 40 л/хв - 200 см

3

/хв; на 80 л/хв - 200 см

3

/хв; 160

л/хв - 300 см

3

/хв. Перерахунок витоків при тиску Р

Н

слід провести по

формулі:

*

P

QQ

н

зкзк



Визначивши Q

Н

, уточнюємо подачу насоса відповідно до дод.3. Далі

уточнюємо витрату рідини, що скидається через запобіжний клапан в

приймальний бак:

ΔQ

ЗК

= Q

Н

+ Q

ДВ

+ ΔQ

зол

(3.8)

За табл.2.4 вибираємо середню швидкість перебігу рідини, що

рекомендується. І потім замість Q

Ц1

підставляємо Q

ДВ

і знаходимо діаметри

труб (див. розд.2)

pp

дв

Т

V

Q

d



4



Вибираючи діаметр d

Т

відповідно до ГОСТ 16516-80, уточнюємо

середню швидкість руху рідини:

2

4

T

дв

pp

d

Q

V





Перепади тиску в трубах Р

1

і Р

2

знайдемо аналогічно (див. розд. 2.2).

Підбираємо гідроапаратуру. Перепади тиску на гідроапаратурі при витратах,

відмінних від номінальних, знаходимо перепади при номінальних витратах

Q

*

(див. табл. 2.1). Уточнюємо тиск:

P

2

= ΔР

зол2

+ ΔР

2

+ ΔР

ДР

+ ΔР

Ф

M

кр

q

М

РР





2

21



P

Н

= P

1

+ ΔР

зол1

+ ΔР

1

24

4. Визначення ККД гідроприводу

4.1. Визначення ККД гідроприводу при постійному навантаженні

Загальний ККД проектованого гідроприводу, що працює при

постійному навантаженні, визначають за формулою:

пр

кор

заг

N





(4.1)

де N

пр

- потужність приводу (насосної установки);



HH

пр

PQ

N 

(4.2)

де η - загальний ККД насоса при розрахункових значеннях тиску, витрати,

в'язкості робочої рідини і частоти обертання приводного валу насоса;

N

кор

- корисна потужність приводу, яка визначається по заданих

навантаженнях і швидкостях гідродвигунів:

для приводу з гідромотором N

кор

= М

КР

ωz;

для приводу з гідроциліндром N

кор

= RV

ПР

z

де ω - частота обертання валу гідромотора, рад/сек;

z - число гідромоторів або число силових циліндрів, включених в привод.

4.2. Визначення ККД гідроприводу при роботі в циклічному режимі

Загальний ККД приводу при циклічній роботі:

..

српр

сркор

заг

N





(4.3)

Середня за цикл корисна потужність приводу N

кор.ср

:

для приводу з гідромотором:









n

i

ц

iiкр

сркор

t

tМ

zN

i

1

..



(4.4)

для приводу з гідроциліндром:









n

i

ц

iпрi

сркор

t

tVR

zN

і

1

..

(4.5)

де M

КР i

– крутний момент, що діє впродовж i-ої операції, Н·м;

ω

i

- частота обертання гідромотора при i-ій операції, рад/с;

R

i

- зусилля, що діє на гідроциліндр впродовж i-ої операції, Н;

V

ПР i

- швидкість ходу поршня при i-ій операції, м/с;

Δt

i

- тривалість i-ої операції, с;

t

Ц

- тривалість всього циклу, с.

Потужність приводу (насосної установки) N

пр.ср

:









n

i

цi

iHH

српр

t

tPQ

N

ii

1

..



(4.6)

де Q

Н i

, P

Н i

- подача і тиск насоса при i-ій операції;

η

i

- загальний ККД насоса при параметрах, відповідних i-ій операції.

Потужність приводу насоса, що має постійну подачу в циклічному режимі:

ННсрпр

QРN

ср.

..

 (4.7)

де середній за цикл тиск в насосі Р

Н ср.

:

3

1

3

.









n

і

ц

iH

Н

t

tP

Р

i

ср

(4.8)

25

5. Розрахунок об'єму гідробака

Надійна і ефективна робота гідроприводу можлива в умовах

оптимального стану, що забезпечує постійність робочих характеристик.

Підвищення температури спричиняє за собою збільшення об'ємних втрат,

порушуються умови мащення, підвищується зношування деталей.

Основною причиною нагріву є наявність гідравлічних опорів в

системах гідроприводу. Додатковою причиною є об'ємні і гідромеханічні

втрати, що характеризуються об'ємним і гідромеханічним ККД.

Втрати потужності в гідроприводі, що перетворюються в тепло:

ΔN = N

пр

- N

кор

(5.1)

а при циклічній роботі

ΔN = N

пр.ср

- N

кор.ср

(5.2)

Кількість тепла E

пр

, що виділяється в гідроприводі в одиницю часу,

еквівалентно потужності ΔN, що втрачається в гідроприводі:

E

пр

= ΔN (5.3)

Умова прийнятності теплового режиму в системі гідроприводу:

N

ст

≤ ΔN

доп

= N

M max

- T

НС max

(5.4)

де N

ст

- перепад температур між робочою рідиною і навколишнім

повітрям в сталому режимі;

ΔN

доп

- максимально допустимий перепад температур між робочою

рідиною і навколишнім повітрям;

N

Mmax

- максимально допустима температура робочої рідини (повинна

відповідати мінімально допустимій в'язкості, вказаній в технічних умовах на

вибраний тип насосів і гідромоторів), при виконанні курсової роботи

приймається рівною 70…75°С;

T

НСmax

- максимальна температура навколишнього середовища

(відповідає верхній межі робочого температурного діапазону, вказаного в

заданих умовах експлуатації машини), при виконанні курсової роботи

приймається рівною 35°С.

Площа поверхні теплообміну, необхідна для підтримки перепаду ΔТ

ст

≤

ΔТ

доп

доптрб

пр

ТКК

E

S



 (5.5)

де K

тр

і K

б

- коефіцієнти теплопередачі труб і гідробака, Вт/(м

2

·°С):

для труб K

тр

= 12…16;

для гідробака K

б

= 8…12;

при обдуванні гідробака K

б

= 20…25;

для гідробака з водяним охолодженням K

б

= 110…175.

Площа поверхні теплообміну складається з поверхні труб S

тр

, через які

відбувається теплообмін з навколишнім середовищем, і поверхні

тепловіддачі бака S

б

:

S = S

тр

+ S

б

(5.6)

26

Для визначення поверхні труб скористаємося формулою:

S

тр

= πd(l

1

+l

2

) (5.7)

а для тепловідвідної поверхні бака залежністю

S

б

=ab+2ah

1

+2bh

1

(5.8)

де а, в, h

1

- довжина, ширина і глибина мастила в приймальному гідробаці,

відповідно (рис.5.1).

Рис.5.1. Гідравлічний бак

Знайшовши площу поверхні гідробака, визначимо його об'єм:

5,1

)

)9,6...0,6(

(

б

S

V 

(5.9)

і округлятимемо до стандартного значення у більшу сторону.

Номінальні ємкості для приводів гідростатичних, пневматичних і

змащувальних систем по ГОСТ 12448-80, л:

Таблиця 5.1 – Номінальні ємкості баків

1 0.125 0.16 0.2 0.25 0.2 0.4 0.5 0,63 0,8

1 1.25 1.6 2 2.5 3.2 4 5 6,3 8

10 12.5 16 20 25 32 40 50 63 80

100 125 160 200 250 320 400 500 630 800

1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 5000 6300 8000

10000 12500 16000 20000 25000 - - - - -

Конструктивно підбираємо розміри гідробака: довжину а, ширину b,

висоту h (h > h

1

), враховуючи, що його форма має форму паралелепіпеда.

V=abh (5.10)

27

6. Побудова характеристики навантаження гідроприводу

Як вже мовилося в п.1.1, характеристика навантаження ГП показує

залежність швидкості руху вихідної ланки від навантаження на ньому.

Для знаходження залежності між навантаженням R (або крутним

моментом М

КР

) і швидкістю V

ПР

переміщення поршня силового циліндра

(або частотою обертання валу гідромотора) скористаємося формулою:





ДР

ДРцДР

Р

FQQ





2

(6.1)

де μ - коефіцієнт витрати дроселя, для дроселів золотникового типу μ =

0,4…0,6;

F

ДР

- площа прохідного отвору дроселя.

Стосовно схеми гідроприводу, представленого на рис.2.1, знайдемо

перепад тиску на дроселі. Використовуючи вирази з п.2, складемо систему

рівнянь:

P

1

F

1

= P

2

F

2

+ R + T

P

1

= P

H

- ΔР

зол1

- ΔР

1

P

2

= ΔР

зол2

+ ΔР

2

+ ΔР

ДР

+ ΔР

Ф

і, вирішуючи ці рівняння відносно ΔР

ДР

, отримаємо:

фзолзолН

РРР

F

TR

F

РРР 





22

1

11ДР

)(Р (6.2)

Із рис. 2.1 видно, що Q

Ц2

=Q

ДР

=V

ПР

F

2

. При заданому в початкових даних

значенні зовнішнього навантаження R знайдемо перепад тиску на дроселі, і

площу прохідного отвору дроселя:





ДР

ПР

др

Р

FV

F





2

(6.3)

Далі для побудови силової характеристики приводу задамося рядом

значень R і знайдемо ΔР

ДР

. Для цих значень ΔР

ДР

знайдемо швидкості

переміщення поршня:





ДРДРц

ПР

Р

F

Q

V





2

22

2

(6.4)

Величину R слід змінювати від нуля до максимального значення R

max

,

при якому швидкість переміщення поршня рівна нулю. Всі розрахунки

зводимо в таблицю:

Таблиця 6.1 – Дані для побудови характеристики навантаження V

ПР

= f(R)

R, кН Р

ДР

, МПа V

ПР

, м/с

0

…

R

max

За даними обчислень будується графік V

ПР

= f(R).

28

Стосовно гідроприводу обертального руху, рис.3.1





ДР

ДРДВДВДР

Р

FQqnzQQ





2

)(

(6.5)

де μ - коефіцієнт витрати дроселя, μ = 0,4…0,6.

Для визначення перепаду тиску ΔР

ДР

скористаємося формулами п.3, з

яких складемо систему:

Р

ДВ

= Р

1

- Р

2

P

1

= P

H

- ΔР

зол1

- ΔР

1

P

2

= ΔР

зол2

+ ΔР

2

+ ΔР

ДР

+ ΔР

Ф

М

кр

дв

q

М

P





2



Позначення в приведених формулах дані в розділі 3. Вирішуючи

відносно ΔР

ДР

, матимемо

фзолзол

М

кр

Н

РРРРР

q

М

Р 

2121ДР

2

Р





(6.5)

Для побудови силової характеристики по заданому значенню М

КР

,

приведеному в завданні, знайдемо перепад тиску ΔР

ДР

і площу прохідного

отвору дроселя F

ДР

для заданого числа обертів n.





ДР

ДВ

др

Р

Qqnz

F







2

)(

(6.6)

Потім задамося ряд значень М

КР

і знайдемо перепади тиску ΔР

ДР

, а

частота обертання валу гідромотора n дорівнює:

q

QР

qz

F

n

ДВДРДР













2

(6.7)

Для побудови силової характеристики задамося рядом значень М

КР

від

нуля до максимального значення, при якому n = 0. Всі розрахунки зводимо в

таблицю:

Таблиця 6.1 – Дані для побудови характеристики навантаження n = f (М

КР

)

R

КР

, Н·м ΔР

ДР

, МПа n, об/хв

0

…

М

КР

За даними обчислень будується графік n = f (М

КР

).

29

7. Вибір початкових даних

7.1. Варіанти початкових даних

У табл. 7.1 і 7.2 приведені номери гідросхем з початковими даними.

Для студентів денної та заочної форм навчання номер схеми і номер варіанту

визначається згідно з двома останніми номерами залікової книжки у

відповідності з табл. 7.1. та 7.2.

Початкові величини в таблицях:

R - зусилля на штоці, кН;

М

КР

- момент на валу гідромотора, Н·м;

S - хід поршня гідроциліндра, мм;

t

P

, t

X

- час робочого і холостого ходу поршня, с;

n - число обертів вала гідродвигуна, об/хв;

l

1

, l

2

- довжини трубопроводів, м;

Т

М

- температура мастила в гідросистемі, °С;

Т

НС

- температура навколишнього середовища, °С.

Для кожної гідросхеми передбачено декілька варіантів, що

відрізняються один від одного зусиллям R (гідропривід поступального руху)

або моментом М

КР

(гідропривід обертального руху).

Комплекти завдань замінюються викладачем через 2-3 роки, які

передбачені у вигляді додатків до даних методичних вказівок.

Таблиця 7.1 - Початкові дані для гідроприводів поступального руху

№

вар.

№ з

п.7.2

R,

кН

S,

мм

t

Р

,

с

t

X

/t

P

l

1

,

м

l

2

,

м

Мастило

T

М

,

ºС

T

НС

,

ºС

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

01 1 65 320 5 0.70 4 7 100 55 12

03 2 40 650 6 0.65 3 9 8 60 15

05 4 12 400 7 0.70 5 5 20 70 16

07 6 60 450 8 0.75 8 9 30 50 18

09 9 40 320 6 0.70 9 9 45 45 20

11 10 13 280 5 0.80 7 9 70 65 15

13 13 60 630 12 0.80 7 8 5 55 10

15 14 10 360 5 0.70 6 5 12 70 16

17 15 14 400 6 0.65 6 7 25 60 17

19 17 18 450 7 0.70 8 8 40 55 13

21 18 35 420 9 0.80 4 7 50 45 15

23 20 47 500 10 0.70 9 4 100 60 14

25 21 50 800 14 0.75 2 9 8 70 19

27 4 65 630 11 0.60 3 8 70 65 17

29 2 18 320 7 0.70 4 8 30 55 10

31 1 60 400 6 0.60 5 6 10 70 15

33 9 50 410 7 0.80 8 7 100 65 13

35 6 60 450 5 0.70 8 9 25 70 16

37 13 40 320 6 0.65 9 9 40 50 18

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

39 10 13 280 7 0.70 7 9 50 45 20

41 15 60 630 8 0.75 7 8 100 65 15

43 17 10 360 6 0.70 6 5 8 55 10

45 14 14 400 5 0.80 6 7 70 70 16

47 20 40 320 11 0.60 3 8 5 65 15

49 21 13 280 7 0.70 4 5 12 55 10

51 18 60 630 6 0.60 5 7 25 70 16

53 1 10 360 7 0.80 8 8 40 60 17

55 4 14 400 5 0.70 8 7 50 55 13

57 2 18 450 6 0.65 9 4 100 45 15

59 13 47 500 6 0.60 9 9 45 55 12

61 6 50 800 7 0.80 7 9 70 60 15

63 9 65 630 5 0.70 7 8 5 70 16

65 17 18 320 6 0.65 6 5 12 50 18

67 10 65 630 11 0.60 3 8 70 65 17

69 15 60 630 12 0.80 7 8 5 55 10

71 21 10 360 5 0.70 6 5 12 70 16

73 20 10 360 6 0.70 6 5 8 55 10

75 14 40 320 11 0.60 6 5 25 70 16

77 2 13 280 7 0.70 6 7 40 60 17

79 1 60 630 6 0.60 3 8 50 55 13

81 13 10 360 7 0.80 4 5 100 45 15

83 4 12 400 7 0.70 6 7 25 55 13

85 17 60 450 8 0.75 8 8 40 45 15

87 9 40 320 6 0.70 4 7 50 55 12

89 6 18 450 6 0.65 9 4 100 45 15

91 21 40 320 11 0.60 3 8 5 65 15

93 10 18 320 7 0.70 8 7 12 55 10

95 15 65 630 6 0.60 9 4 25 70 16

97 13 60 630 7 0.80 9 9 40 60 10

99 2 10 360 5 0.70 7 9 50 55 16

Таблиця 7.2 - Початкові дані для гідроприводів обертального руху

№

вар

№ з

п.7.2

M

КР

, кН n, об/хв t

Р

, с t

X

/t

P

l

1

, м l

2

, м Мастило

1 2 3 4 5 6 7 8 9

00 3 40 800 9 8 8 60 14

02 5 30 1200 9 6 20 55 15

04 7 20 1100 9 9 30 57 16

06 8 15 900 5 6 45 63 12

08 11 25 800 3 8 70 65 17

10 12 8 1400 4 5 5 67 11

12 16 12 1550 5 5 12 70 18

14 19 7 1000 6 6 25 52 12

16 8 17 1250 15 10 40 60 20

18 7 24 600 10 12 50 59 12

20 5 20 800 5 5 30 57 18

22 3 15 1400 6 6 45 63 12

24 16 25 1550 15 10 70 65 20

Огий О.В. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине Гидравлика, гідро- и пневмоприводы (на укр. языке)

Подождите немного. Документ загружается.