Определение мощности гидропривода и насоса

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовой работе гидравлике

 

 

                            

Расчет объемного гидропривода скрепера с ковшом емкостью свыше 10 м³.

 

 

                                                             

 

 

                                                       Автор работы: Еремич Илья Викторович

                                                                                                 (Подпись, Ф.И.О.)    

                                                        Группа: СНГ 10-Т1

                                                     Руководитель:   Мурсеев И.М.

                                                                                                                 (Подпись, Ф.И.О.)

                                                       Работа защищена ______________________

                                                                                                                     (Число, оценка)

 

 

                                             Омск-2013 год

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. 2

1. Исходные данные для расчета объемного гидропривода. 3

2. Описание принципиальной гидравлической схемы. 5

3.Расчет объемного гидропривода. 7

3.1 Определение мощности гидропривода и насоса. 7

3.2. Выбор насоса. 8

3.3 Определение внутреннего диаметра гидролиний, скоростей движения жидкости. 10

3.4 Выбор гидроаппаратуры и кондиционеров рабочей жидкости. 11

3.5 Расчет потерь давления в гидролиниях. 12

3.6 Расчет гидроцилиндра. 15

3.7 Тепловой расчет гидропривода. 17

Заключение. 20

Литература. 21

 

 

 

Введение

  Современный уровень развития строительного и дорожного машиностроения характеризуется широким применением объемного гидравлического привода. Широкое применение гидропривода объясняется целым рядом его преимуществ в сравнении с другими типами привода. К основным преимуществам следует отнести: небольшой удельный вес, реализацию больших передаточных чисел, бесступенчатое регулирование скоростей исполнительных механизмов, надежное предохранение от перегрузок, удобство управления и легкость его автоматизации.

    Более 80% всех строительно-дорожных машин имеют гидропривод. Он применяется для привода рабочего оборудования, колесного и гусеничного движителя, выносных опор, рулевого управления и т.д.

    Главными задачами при проектировании является расчет основных параметров объемного гидропривода и на его основе выбор типового, нормализованного и стандартного оборудования.

 

Исходные данные для расчета объемного гидропривода

      

Скрепер с ковшом емкостью свыше 10 м³

 

Параметры	Привод заслонки
Номинальное давление гидропривода, МПА	20,0
Усилие на штоке гидроцилиндра тянущем, кН	25,0
Скорость перемещения штока гидроцилиндра, м/с	0,50
Длины гидролиний, м: а) всасывающей (от бока к насосу) б) напорной (от насоса к распределителю) в) исполнительной (от распределителя к гидродвигателю) г)сливной (от распределителя к баку)	0,3 3 5   2
Местные сопротивления, шт: а) переходник б) штуцер в) разъемная муфта г) плавное колено д) дроссель	5 5 4 6 6
Температурный режим работы (окружающей среды), С	-25…+25
Температура рабочей жидкости, С	+70

 

2. Описание принципиальной гидравлической схемы.

Рисунок 1. Принципиальная гидравлическая схема гидропривода

возвратно-поступательного движения с разомкнутой

циркуляцией рабочей жидкости.

Рабочая жидкость из гидробака Б (см. рисунок 1) по всасывающей гидролинии насосом Н подается в напорную гидролинию и поступает в трехпозиционную секцию Р1 гидрораспределителя с ручнымуправлением.

При нейтральном (исходном) положении золотника секций Р1 распределителя (оно показано на схеме) напорная гидролиния соединяется со сливной гидролинией и рабочая жидкость через фильтр Ф возвращается обратно в гидробак Б. Параллельно фильтру Ф установлен переливной клапан КП2, направляющий жидкость мимо фильтра в случае загрязнения фильтрующего элемента.

Исполнительные гидролинии соединяют секцию Р гидрораспределителя с гидроцилиндром Ц соответственно. В исходном положении золотников исполнительные гидролинии перекрыты, и штоки гидроцилиндров зафиксированы в определенном положении. При установке, например, золотника секции Р гидрораспределителя в верхнее рабочее положение (т.е. его необходимо сместить вниз от исходного положения на одну позицию) жидкость от насоса Н через обратный клапан КО будет поступать в поршневую (левую) полость гидроцилиндра Ц, а из штоковой полости (правой) будет сливаться в гидробак. Шток гидроцилиндра Ц перемещается вправо, т.е. работает на выталкивание.

При включении золотника распределителя Р в нижнюю рабочую позицию (т.е. его необходимо сместить вверх от исходного положения на одну позицию) жидкость от насоса Н через обратный клапан

КО будет поступать в штоковую полость гидроцилиндра Ц, и из поршневой полости будет сливаться в гидробак. В этом случае шток цилиндра Ц перемещается влево, т.е. работает на втягивание.

Предохранительный клапан КП1 предохраняет гидросистему от давления рабочей жидкости, превышающего установленное, путем слива жидкости в гидробак Б. При установке в качестве гидродвигателей не гидроцилиндров, а гидромоторов будем иметь гидропривод вращательного движения, принцип действия которого аналогичен выше рассмотренному принципу действия гидропривода возвратнопоступательного движения.

При последовательной схеме соединения секции Р золотника гидрорапределителя гидродвигатель (гидроцилиндр Ц) также могут быть включены одновременно.

Однако в этом случае весь поток жидкости от насоса поступает вначале в рабочую полость первого гидродвигателя, а из его сливной полости в напорную полость второго двигателя и т.д. Отводящая гидролиния последнего из включенных гидродвигателей соединяется со сливной гидролинией.

Расход жидкости при такой схеме для каждого гидродвигателя является одинаковым, что обеспечивает одновременную работу нескольких гидродвигателей с одинаковой скоростью. Но при такой схеме рабочее давление в каждом последующем гидродвигателе равно давлению на выходе из предыдущего, а давление на выходе из насоса определяется суммой перепадов давлений на гидродвигателях.

Подвод рабочей жидкости к следующим гидродвигателям перекрыт. Чтобы включить последующий гидродвигатель, необходимо отключить предыдущий гидродвигатель.

3.Расчет объемного гидропривода

Выбор насоса

     Зная необходимую полную мощность насоса, определяемую по формуле (2), и учитывая, что полезная мощность насоса связана с номинальным давлением и подачей зависимостью N_нп=p_ном Q_н, можно найти подачу или рабочий объем насоса по формулам

Q_н= N_нп/p_ном                                         (3)

g_н= N_нп /p_ном n_н                            (4)

где N_нп – мощность насоса, кВт;

     Q_н- подача насоса, дм³/с; Q_н= g_н n_н;

     P_ном- номинальное давление, МПа;

     g_н- рабочий объем насоса, дм³;

     n_н- частота вращения вала насоса, с^-1.

              Q_н= 15,125/20=0,756 дм³/с

              q_н=15.125/20 25=0,030 дм³

     Насос выбирается из технической литературы [3] по двум параметрам, ближайшим к расчетным: номинальному давлению p_ном и рабочему объему насоса q_н.

     Техническая характеристика нерегулируемого аксиально-поршневого насоса типа 210.16

Параметры	210.16
Рабочий объем, см	28,1
Давление на выходе из насоса, МПа: номинальное максимальное минимальное	20 35 1
Давление на входе в насос, МПа: максимальное минимальное (абсолютное)	1,6 0,07
Номинальный перепад давления для гидромотора, МПа	20
Максимальное давление на входе в гидромотор, МПа	35
Максимальное давление на выходе из гидромотора, МПа	1,6
Максимальное давление дренажа, МПа	0,1
Частота вращения, : номинальная	1920
Номинальная подача насоса, л/мин	52,3
Номинальная потребляемая мощность насоса, кВт	19,1
Коэффициент подачи (объемный КПД) насоса в номинальном режиме	0,97
Гидромеханический КПД гидромотора в номинальном режиме	0,98
Полный КПД в номинальном режиме	0,92
Масса (без рабочей жидкости), кг, не более	8,1

 

     По технической характеристике выбранного насоса производится уточнение действительной подачи насоса по формуле

Q_нд=q_нд n_{нд об},                  (5)

где Q_нд- действительная подача насоса, дм³/с;

   q_нд- действительный рабочий объем насоса, дм³;

   n_нд- действительная частота вращения вала насоса, с^-1;

   _об- объемный КПД насоса.

Q_нд= =0,74дм³/с

Q_нд^мин= =44,4 дм³/мин

Расчет гидроцилиндр а

     Основными параметрами гидроцилиндров являются: усилие на штоке F, скорость штока , диаметр поршня D, диаметр штока d и ход штока Z.

          F_д=(P_ном- ) ,  (16)

где P_ном- номинальное давление, Па;

  - потери давления в напорной гидролинии, Па;

  - потери давления в сливной гидролинии, Па;

   D – диаметр поршня, м;

   d- диаметр штока, м.

 

Диаметр поршня гидроцилиндра со штоковой рабочей полостью определяется из уравнения равновесия сил, действующих на поршень

D=D₁= ,          (14)            

где F- усилие на штоке, Н;

  - потери давления в напорной гидролинии, Па;

  - коэффициент, =0,7;

  - потери давления в сливной гидролинии, Па;

      

    P_ном- номинальное давление, Па.

         D=D₁= м.

     Из уравнения неразрывности потока жидкости вторично определяют диаметр поршня

         D=D₂= ,                                                            (15)

где D- диаметр поршня, м;

  Q_нд- расход жидкости, м³/с;

  - скорость движения штока, м/с.

         D=D₂= м.              

  По известным значениям диаметров поршня, находим его среднее значение

     D_ср=(D₁+D₂)/2=(0,056+0,06)/2=0,057м;

После нахождения диаметра поршня определяем диаметр штока

d= =0,0399 м.

Основные параметры гидроцилиндров, в том числе диаметры поршня и штока, регламентируются ГОСТом 6540-68.                                                                               Принимаем D=50мм; d=22мм.                                                             

По выбранным значениям диаметров поршня и штока определяем действительное усилие F_д,развиваемое гидроцилиндром по формуле

 

              F_д=(20-0,183)  Н.

Действительную скорость движения штока определяем из уравнения неразрывности потока жидкости по формуле

,                          (17)

где - действительная скорость штока, м/с;

       

Q_нд- расход жидкости, м³/с;

   S_эф- эффективная площадь поршня, м²,

   S_эф= =0,0016 м²,

Здесь D и d стандартные значения диаметров поршня штока соответственно.

              м/с.

Произведем сравнения действительных и заданных параметров по относительным величинам:

      

    

Литература

1. Задания на курсовую работу по гидроприводу: Задания для выполнения курсовой работы по дисциплинам «Гидравлика и гидропневмопривод», «Гидравлические  и пневматические системы» / Сост. Н.С. Галдин, И.А. Семенова. – Омск: СибАДИ, 2008.-56с.

2. Расчет объемного гидропривода мобильных машин при курсовом и дипломном проектировании: Методические указания / Сост. Н.С.Галдин. – Омск: СибАДИ, 2008. – 28с.

3. Галдин Н.С. Элементы объемных гидроприводов мобильных машин. Справочные материалы: Учебное пособие. – Омск: СибАДИ, 2005. – 127с.

4. Галдин Н.С. Г 15 Гидравлические машины, объемный гидропривод: учебное пособие. – Омск: СибАДИ, 2009. – 272с.

5. Галдин Н.С., Семенова И.А. Г15 Гидравлические схемы мобильных машин: учеб. пособие. – Омск: СибАДИ, 2010. – 203с.

6. Галдин Н.С., Кукин А.В. Г15 Атлас гидравлических схем мобильных машин и оборудования: учебное пособие. – Изд. 2-е, стер. – Омск: СибАДИ, 2010. – 91с.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовой работе гидравлике

 

 

                            

Расчет объемного гидропривода скрепера с ковшом емкостью свыше 10 м³.

 

 

                                                             

 

 

                                                       Автор работы: Еремич Илья Викторович

                                                                                                 (Подпись, Ф.И.О.)    

                                                        Группа: СНГ 10-Т1

                                                     Руководитель:   Мурсеев И.М.

                                                                                                                 (Подпись, Ф.И.О.)

                                                       Работа защищена ______________________

                                                                                                                     (Число, оценка)

 

 

                                             Омск-2013 год

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. 2

1. Исходные данные для расчета объемного гидропривода. 3

2. Описание принципиальной гидравлической схемы. 5

3.Расчет объемного гидропривода. 7

3.1 Определение мощности гидропривода и насоса. 7

3.2. Выбор насоса. 8

3.3 Определение внутреннего диаметра гидролиний, скоростей движения жидкости. 10

3.4 Выбор гидроаппаратуры и кондиционеров рабочей жидкости. 11

3.5 Расчет потерь давления в гидролиниях. 12

3.6 Расчет гидроцилиндра. 15

3.7 Тепловой расчет гидропривода. 17

Заключение. 20

Литература. 21

 

 

 

Введение

  Современный уровень развития строительного и дорожного машиностроения характеризуется широким применением объемного гидравлического привода. Широкое применение гидропривода объясняется целым рядом его преимуществ в сравнении с другими типами привода. К основным преимуществам следует отнести: небольшой удельный вес, реализацию больших передаточных чисел, бесступенчатое регулирование скоростей исполнительных механизмов, надежное предохранение от перегрузок, удобство управления и легкость его автоматизации.

    Более 80% всех строительно-дорожных машин имеют гидропривод. Он применяется для привода рабочего оборудования, колесного и гусеничного движителя, выносных опор, рулевого управления и т.д.

    Главными задачами при проектировании является расчет основных параметров объемного гидропривода и на его основе выбор типового, нормализованного и стандартного оборудования.

 

Исходные данные для расчета объемного гидропривода

      

Скрепер с ковшом емкостью свыше 10 м³

 

Параметры	Привод заслонки
Номинальное давление гидропривода, МПА	20,0
Усилие на штоке гидроцилиндра тянущем, кН	25,0
Скорость перемещения штока гидроцилиндра, м/с	0,50
Длины гидролиний, м: а) всасывающей (от бока к насосу) б) напорной (от насоса к распределителю) в) исполнительной (от распределителя к гидродвигателю) г)сливной (от распределителя к баку)	0,3 3 5   2
Местные сопротивления, шт: а) переходник б) штуцер в) разъемная муфта г) плавное колено д) дроссель	5 5 4 6 6
Температурный режим работы (окружающей среды), С	-25…+25
Температура рабочей жидкости, С	+70

 

2. Описание принципиальной гидравлической схемы.

Рисунок 1. Принципиальная гидравлическая схема гидропривода

возвратно-поступательного движения с разомкнутой

циркуляцией рабочей жидкости.

Рабочая жидкость из гидробака Б (см. рисунок 1) по всасывающей гидролинии насосом Н подается в напорную гидролинию и поступает в трехпозиционную секцию Р1 гидрораспределителя с ручнымуправлением.

При нейтральном (исходном) положении золотника секций Р1 распределителя (оно показано на схеме) напорная гидролиния соединяется со сливной гидролинией и рабочая жидкость через фильтр Ф возвращается обратно в гидробак Б. Параллельно фильтру Ф установлен переливной клапан КП2, направляющий жидкость мимо фильтра в случае загрязнения фильтрующего элемента.

Исполнительные гидролинии соединяют секцию Р гидрораспределителя с гидроцилиндром Ц соответственно. В исходном положении золотников исполнительные гидролинии перекрыты, и штоки гидроцилиндров зафиксированы в определенном положении. При установке, например, золотника секции Р гидрораспределителя в верхнее рабочее положение (т.е. его необходимо сместить вниз от исходного положения на одну позицию) жидкость от насоса Н через обратный клапан КО будет поступать в поршневую (левую) полость гидроцилиндра Ц, а из штоковой полости (правой) будет сливаться в гидробак. Шток гидроцилиндра Ц перемещается вправо, т.е. работает на выталкивание.

При включении золотника распределителя Р в нижнюю рабочую позицию (т.е. его необходимо сместить вверх от исходного положения на одну позицию) жидкость от насоса Н через обратный клапан

КО будет поступать в штоковую полость гидроцилиндра Ц, и из поршневой полости будет сливаться в гидробак. В этом случае шток цилиндра Ц перемещается влево, т.е. работает на втягивание.

Предохранительный клапан КП1 предохраняет гидросистему от давления рабочей жидкости, превышающего установленное, путем слива жидкости в гидробак Б. При установке в качестве гидродвигателей не гидроцилиндров, а гидромоторов будем иметь гидропривод вращательного движения, принцип действия которого аналогичен выше рассмотренному принципу действия гидропривода возвратнопоступательного движения.

При последовательной схеме соединения секции Р золотника гидрорапределителя гидродвигатель (гидроцилиндр Ц) также могут быть включены одновременно.

Однако в этом случае весь поток жидкости от насоса поступает вначале в рабочую полость первого гидродвигателя, а из его сливной полости в напорную полость второго двигателя и т.д. Отводящая гидролиния последнего из включенных гидродвигателей соединяется со сливной гидролинией.

Расход жидкости при такой схеме для каждого гидродвигателя является одинаковым, что обеспечивает одновременную работу нескольких гидродвигателей с одинаковой скоростью. Но при такой схеме рабочее давление в каждом последующем гидродвигателе равно давлению на выходе из предыдущего, а давление на выходе из насоса определяется суммой перепадов давлений на гидродвигателях.

Подвод рабочей жидкости к следующим гидродвигателям перекрыт. Чтобы включить последующий гидродвигатель, необходимо отключить предыдущий гидродвигатель.

3.Расчет объемного гидропривода

Определение мощности гидропривода и насоса

    Мощность гидропривода определяется по заданным нагрузкам и скоростям гидродвигателей, обеспечивающих привод исполнительных механизмов.

    Полезная мощность гидродвигателя возвратно-поступательного действия (гидроцилиндра) определяется по формуле.

N_гдв=F ,                            (1)

Где N_гдв – мощность гидродвигателя, кВт;

   F – усилие на штоке, кН;

    - скорость движения штока,м/с.

N_гдв=25 0,50=12,5 кВт

Получаемая мощность насоса определяется из мощности гидродвигателя с учетом потерь энергии при ее передаче от насоса к гидродвигателю по формуле (2)

N_нп= _{зу зс} N_гдв,                          (2)

Где N_нп- мощность насоса, кВт;

_зу- коэффициент запаса по усилию, _зу=1,1;

_зс- коэффициент запаса по скорости, _зс=1,1;

        N_гдв – мощность гидродвигателя, кВт.

N_нп=1,1  =15,125 кВт.

Выбор насоса

     Зная необходимую полную мощность насоса, определяемую по формуле (2), и учитывая, что полезная мощность насоса связана с номинальным давлением и подачей зависимостью N_нп=p_ном Q_н, можно найти подачу или рабочий объем насоса по формулам

Q_н= N_нп/p_ном                                         (3)

g_н= N_нп /p_ном n_н                            (4)

где N_нп – мощность насоса, кВт;

     Q_н- подача насоса, дм³/с; Q_н= g_н n_н;

     P_ном- номинальное давление, МПа;

     g_н- рабочий объем насоса, дм³;

     n_н- частота вращения вала насоса, с^-1.

              Q_н= 15,125/20=0,756 дм³/с

              q_н=15.125/20 25=0,030 дм³

     Насос выбирается из технической литературы [3] по двум параметрам, ближайшим к расчетным: номинальному давлению p_ном и рабочему объему насоса q_н.

     Техническая характеристика нерегулируемого аксиально-поршневого насоса типа 210.16

Параметры	210.16
Рабочий объем, см	28,1
Давление на выходе из насоса, МПа: номинальное максимальное минимальное	20 35 1
Давление на входе в насос, МПа: максимальное минимальное (абсолютное)	1,6 0,07
Номинальный перепад давления для гидромотора, МПа	20
Максимальное давление на входе в гидромотор, МПа	35
Максимальное давление на выходе из гидромотора, МПа	1,6
Максимальное давление дренажа, МПа	0,1
Частота вращения, : номинальная	1920
Номинальная подача насоса, л/мин	52,3
Номинальная потребляемая мощность насоса, кВт	19,1
Коэффициент подачи (объемный КПД) насоса в номинальном режиме	0,97
Гидромеханический КПД гидромотора в номинальном режиме	0,98
Полный КПД в номинальном режиме	0,92
Масса (без рабочей жидкости), кг, не более	8,1

 

     По технической характеристике выбранного насоса производится уточнение действительной подачи насоса по формуле

Q_нд=q_нд n_{нд об},                  (5)

где Q_нд- действительная подача насоса, дм³/с;

   q_нд- действительный рабочий объем насоса, дм³;

   n_нд- действительная частота вращения вала насоса, с^-1;

   _об- объемный КПД насоса.

Q_нд= =0,74дм³/с

Q_нд^мин= =44,4 дм³/мин