Расчет и выбор исполнительного гидродвигателя

 

Введение

 

       Целью курсовой работы является закрепление студентами теоретических знаний, полученных при изучении курса ”Гидропневмопривод и гидропнемоавтоматика станочного оборудования”, приобретение практических навыков в разработке гидравлических приводов металлорежущих станков и промышленных роботов.

Предметом разработки является гидропривод (ГП)главного движения  протяжного  станка.

Под гидроприводом понимают совокупность устройств, предназначенных для приведения  в движение  механизмов  и  машин  посредством  рабочей  жидкости  под  давлением. В качестве  рабочей жидкости  в станочных гидроприводах используется  минеральное масло. Применение  гидроприводов в станкостроении позволяет  существенно  упростить  кинематику  станков,  снизить  их  металлоёмкость,  повысить  точность,  надёжность и  уровень автоматизации. Это  возможно  благодаря  ряду  преимуществ  гидропривода:

• возможность  получения  больших  усилий  и  мощностей  при ограниченных  размерах  гидродвигателей;
• высокое  быстродействие;
• возможность работы   в динамических режимах при   частых  включениях  с требуемым качеством переходных  процессов;
• широкий диапазон   бесступенчатого  регулирования  скорости;
• защита  системы  от  перегрузки  и  точный   контроль   действующих  усилий.

Однако  гидроприводы  имеют  и  недостатки,  которые частично ограничивают  их  использование  в  станкостроении:

• невозможность  работы в пожароопасных   и взрывоопасных  условиях;
• потери на  трение  и утечки   при течении масла  по   каналам гидросистемы,  снижающие КПД и вызывающие  разогрев  рабочей жидкости;
• необходимость применения  фильтров  тонкой очистки для обеспечения надёжности  гидроприводов,  что повышает стоимость и усложняет обслуживание.

Проектирование привода должно базироваться на применении стандартной гидроаппаратуры.

 

 

1.  Расчет и выбор исполнительного гидродвигателя (ГД)

 

Расчёт включает решение двух задач:

1) Определение нагрузочных и  скоростных параметров ГД.

2) Определение геометрических параметров  и выбор ГД.

 

1. Определение нагрузочных и скоростных параметров ГД

 

Решение этой задачи производится на основании нагрузочных и скоростных параметров привода, приведённых в задании, и кинематической схемы передаточного механизма между выходным звеном ГД и рабочим органом станка. Прежде всего, выберем базовый станок, руководствуясь следующими рекомендациями: базовый станок должен соответствовать заданию по нагрузочным и скоростным параметрам и иметь соответствующий вид механизма,  а  также иметь, как минимум, две проекции общего вида и габаритные размеры.  Согласно вышеизложенному  выбираем  протяжной вертикальный полуавтомат модели 7745  с ходом 250  мм.

 

1. Определение  нагрузочных  и  скоростных  параметров  на  рабочем  органе

 

Согласно  заданию  в  курсовой работе применяем   гидродвигатель  поступательного движения,  то  есть  гидроцилиндр (ГЦ),  со  следующими  характеристиками:

V_max = 0.1 м/с;                                                                 R_max = 150000 Н.

 

2. Определение  нагрузочных  и  скоростных  параметров  на  выходном  звене  ГЦ

 

На  основании   параметров   привода определяем  максимальную скорость (V_{Д max})  и нагрузку (R_{Д max}) на выходном звене ГЦ.

Рабочий орган и выходное звено ГЦ совершают поступательное движение.

Тогда

V_{Д max} = V_max = 0.1 м/с;                                                        R_{Д max} = R_max= 150000 Н.

 

2. Определение геометрических параметров и выбор ГЦ

 

В  данном приводе протяжного  станка  используется  поршневой ГЦ двухстороннего действия с двухсторонним штоком.

Ход  поршня находим исходя из величины наибольшего перемещения рабочего органа (РО) и ГОСТ 6540-68 [1].  S = 250 мм. 

           Диаметр поршня D гидроцилиндра определяем по формуле:

D = ,

где       р и р – давление соответственно в напорной и сливной полостях ГЦ;

                = ;      = ;

  d и d – диаметры штоков соответственно в напорной и сливной             полостях ГЦ.

Величину  p₁ принимаем равной рабочему давлению, т.е. p₁=p.    Рабочим давлением  p  необходимо задаться, руководствуясь техническими характеристиками привода станка, стандартных ГЦ и насосов и рядом номинальных давлений, регламентируемых ГОСТ 6840-68. При этом необходимо учесть, что ориентировочно должно выполняться соотношение  p = 2/3 p_н, где p_н – давление, создаваемое насосом (р_н = 6.3;…32 МПа). Выберем  р_н = 32 МПа.  Тогда     

 р₁ = р = 2/3 ^. 32 = 21.3 МПа.

          Противодавление выбираем из диапазона p₂ = (0.3;...0.9) МПа.  При-нимаем  р₂  = 0.6 МПа.

Значения  y₁   и   y₂   выбираем с учётом выбранной конструкции ГЦ.

 Так как ГЦ с двухсторонним штоком, то для обеспечения равенства скоростей рабочих ходов в прямом  и обратном  направлениях принимаем  = ,  значения  которых выбираются  из  диапазона 0.3…0.9.  Принимаем = = 0.5.

D = = 110 мм.

D_ст ³ D. Принимаем  D_ст = 110 мм.  Диаметры штоков соответственно в напорной и сливной полостях ГЦ  определяем  по  следующим  формулам:

d = ^. D_ст = 0.5 ^. 110 = 55 мм;

          d = ^. D_ст = 0.5 ^. 110 = 55 мм.

Принимаем  d = d = 56 мм.  Выбранные значения диаметров поршня и штоков соответствуют ГОСТ 6540-68.

 

Выбираем  гидроцилиндр:

2 – 110

56 250  ОСТ 2 Г29 – 1 – 77

где        –  исполнение  по  точности  изготовления: буква  отсутствует – нормальная;

2 – исполнение  по  способу  торможения: с  торможением  в  конце  хода  поршня  при  его  движении  в  обе  стороны;

110 – диаметр поршня;

56 – диаметр штока;

250 – ход поршня.

Выбранный гидроцилиндр проверим на устойчивость работы по табл. 10.2 [1] исходя из требуемой длины хода. Условие  выполняется:  при данном соотношении хода  S = 250 мм  и диаметре  цилиндра  D = 110 мм  механизм  подачи  станка  находится  в области  устойчивого  движения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Составление  принципиальной  схемы  привода

 

Составление принципиальной схемы гидропривода начинаем “от двигателя “, т.е. наносим на схему ГД, а затем на его рабочих гидролиниях – регулирующие и направляющие аппараты в соответствие  с циклограммой работы привода, способами регулирования скорости и управлением торможением. После этого объединяем напорную, сливную и дренажную линии отдельных участков схемы. Последним этапом является изображение гидросхемы насосной установки, размещение фильтров, теплообменников, переливного клапана. Схему насосной установки окончательно определяем после выбора ее модели (см.  п.3).

На схеме цифрами укажем характерные сечения (входы и выходы из гидроаппаратов, места соединения линий).

Принципиальная  схема  ГП  представлена  на  рис. 2.1

Обозначение  основных  узлов   ГП  на  схеме:

ГБ – гидробак,

Н – насос,

Ф – фильтр,

КО,КО₁ – обратные  клапаны,

КП – переливной  клапан,

РР –  реверсивный  распределитель,

ТУ – тормозное  устройство,

ГЦ – гидроцилиндр.

Цикл  работы  главного движения протяжного станка  включает  в себя  рабочий ход рабочего  органа. В  качестве тормозного устройства, обеспечивающего остановку в крайнем  положении, будем  использовать  распределитель,  выполненный по схеме 573 [1]. Кроме  того,  предусмотрим  разгрузку  насоса  в  положении  “стоп”, для чего  применим  реверсивный распределитель  по  схеме 14 [1].  В напорной  линии установим обратный  клапан  для предотвращения слива жидкости в бак при выключенном насосе.

Рабочий  цикл:

Рабочий  ход:

П₁ вкл. ЭМ 2 – золотник РР вкл. в позиц. а

Потоки  жидкости  движутся  следующим образом:

           Н – Ф – КО – Р(РР)В – КО₁ – ГЦ (ПП) / ГЦ (ЛП) – А(РР)Т

                                        НП - КО₂                  

                                        КП (авария)

Быстрый отвод:

Ф₁(ВК1) - выкл.  ЭМ 2, вкл. ЭМ 3, золотник РР в поз. b 

Ф₂(ВК2) -  вкл.  ЭМ 1, золотник ТУ в поз. b

Потоки  жидкости  движутся  следующим  образом:

         Н – Ф – КО – Р(РР)А – ГЦ (ЛП) / ГЦ (ПП) – Р(ТУ)А – В(РР)Т

                                 КП (авария)

 

Стоп:

Ф₃(ВК3) -  выкл.  ЭМ 3, РР в поз. 0

Потоки  жидкости  движутся  следующим  образом:

          Н – Ф – КО – Р(РР)Т

                         КП (авария)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчёт  и  выбор  насосной  установки

 

Выбор насосной установки осуществляем  исходя из требуемых расхо-да жидкости  и давления в ГП.

• Определяем максимальный расход жидкости, необходимый для питания  ГЦ.

Для  гидроцилиндра с двухсторонним штоком расход  находим  по  формулам:

             Q_рх1 =V_{рх max} ^. F_1ст;

             Q_рх2 =V_{px max} ^. F_2ст;

Так  как  F_1ст = F_2ст , то  Q_рх1 = Q_рх2 = Q_рх ;

     где    Q_рх – максимальный  расход жидкости при  рабочем  ходе (РХ);

     V_рхmax – максимальная скорость гидроцилиндра при рабочем ходе;

F_1cт, F_2cт – эффективная площадь стандартного ГЦ в напорной и                         сливной    полостях..

Значение  V_{рх max}   принимаем:

   V_{рх max} = V_{д max}^. 0,5  = 0.05 м/с.

Значения  эффективных  площадей  F_1ст  и F_2ст  определяем  по  формуле:

F_1cт = F_2cт =

=7036.7  мм² = м²;

Тогда

   Q_рх = 0.05 ^. 7.04 = 3.52 м³/с  = 3.52 ^. 60 ^. 1000 = 21.12 л/мин.

   Q_бо = V_{д max}^. F_2cт= 0.1^. 7.04 = 7.04 м³/с = 7.04 ^. 60 ^. 1000 = 42.24  л/мин.

          Определяем  номинальное  требуемое   значение  расхода  жидкости:

             Q_{н1 треб} = Q _рх ^. 1.3 = 21.12 ^. 1.3 = 27.46  л/мин.

             Q_{н2 треб} = Q _бо ^. 1.3= 42.24 ^. 1.3 = 54.91  л/мин.

Номинальная подача насоса Q_н должна превышать номинальное  требуемое  значение   расхода жидкости, т.е. Q_н ³ Q _{н треб} .

Q _{н треб ст} =58 л/мин.

• Определяем величину требуемого давления на выходе из насоса по формуле :

р_н = р₁ +Dр_н ,

        где   Dр_н – суммарные потери давления в линии, соединяющей насос с ГД при рабочем ходе.

Потери давления Dр_н могут быть определены  лишь после разработки конструкции гидроблока управления и ГП в целом, поэтому предварительно выбор насосной установки производим, приняв:

             р_н = 3/2 ^. р₁ =3/2 ^. 21.3=32 МПа.

На основании полученных значений Q_н и р_н из справочника выбираем модели насосной установки и насоса:

Насосная  установка    3БНЛ Г48-85  УХЛ   9Г49-33,

 

где 3 – исполнение по  высоте  гидрошкафа,  Н = 1850 мм;

        Б – исполнение  по способу охлаждения – с теплообменником;

Н – исполнение  по  расположению  и количеству  насосных  агрегатов – два  агрегата перед щитом и за  щитом;

Л – расположение  насосного  агрегата – левое;

Г48-8 – обозначение  насосной  установки;

5 – исполнение  по  вместимости  бака – 250 л;

УХЛ – климатическое исполнение;

Г12-24М – тип  комплектующего  насоса;

4А132S6 – тип электродвигателя;

9Г49-33 – номер насосного агрегата.

Q _н = 58 л/мин;

р _н =32 МПа.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчёт  и  выбор  гидроаппаратуры  и  трубопроводов