Разработка гидропривода – торцовочного круглопильного станка

 

В капиллярном канале 9 возникает течение жидкости с потерей давления в нем на преодоление гидравлических потерь сопротивлений. В результате давление жидкости в полости Б станет меньше давления в полостях А и В. Под действием образовавшегося перепада давлений золотник 2 перемещается вверх, сжимая пружину 3 и соединяя полость высокого давления А с полостью слива С. Рабочая жидкость при этом будет поступать на слив, давление в гидросистеме уменьшится, а это, в свою очередь, приведёт к уменьшению усилия на шариковый клапан от давления в полости Б. Шариковый клапан закроется, и течение жидкости по капиллярному каналу 9 прекратится, давление в полостях А,Б, и В выровняется, и пружина 3 возвратит золотник 2 в исходное положение, снова отделив линию высокого давления от линии слива. Если причина, вызвавшая повышение давления в гидросистеме, не будет устранена, то процесс повторится и золотник 2 в конечном итоге установится в определённом положении, поддерживая в гидросистеме постоянное давление. При работе клапана золотник 2 совершает колебательное движение, что не желательно. Узкий канал 10 оказывает на золотник демпфирующее влияние.

 

 

 

Рисунок 4.2 Предохранительный клапан типа Г 52-2

 

Клапаном Г 52-2 можно управлять дистанционно с целью разгрузки гидросистемы или какого-либо ее участка от давления. Для этого полость Б посредством канала D и крана 11 необходимо соединить со сливом. В результате давление в полости Б резко упадёт, золотник 2 поднимется вверх, а полость высокого давления А соединится с полостью слива С.

 

Напорные клапаны типа Г 52 используют как переливные для поддержания в гидросистеме постоянного давления, а также для дистанционной разгрузки гидросистемы или ее отдельных участков от давления. Они могут быть использованы как подпорные гидроклапаны для создания противодавления, а также для обеспечения последовательности включения в работу исполнительных механизмов гидропривода.

 

Описание пластинчатого фильтра типа Г41

 

Фильтр – аппарат разделения жидких неоднородных систем фильтрованием.

 

В зависимости от конструкции фильтроэлементов различают щелевые, сетчатые и пористые фильтры. По тонкости очистки, т.е. по размеру задерживаемых частиц, фильтры бывают грубой, нормальной и тонкой очистки. Фильтры грубой очистки задерживают частицы размером более 0,1 мм. Это фильтры сетчатые и пластинчатые, устанавливаемые на всасывающих линиях для предварительной очистки, в заливочных отверстиях баков, на напорных и сливных линиях. Фильтры нормальной очистки задерживают частицы от 0,1 до 0,05 мм. Они также могут быть сетчатые и пластинчатыми. Устанавливаются на напорных и сливных линиях гидросистем. Фильтры тонкой очистки задерживают частицы менее 0,05 мм.

 

 

 

Рисунок 4.3 Пластинчатый фильтр типа Г41

 

К ним относятся пористые фильтры (бумажные, войлочные, керамические). Фильтры тонкой очистки рассчитаны на небольшие расходы, устанавливаются в ответвлениях магистрали и в линиях управления. Различают фильтры высокого и низкого давлений.

 

Фильтры низкого давления ставят только на всасывающих или сливных линиях. На рисунке 4.3 показан пластинчатый фильтр типа Г41. Он состоит из корпуса 1, крышки 5 с отверстиями для подвода и отвода рабочей жидкости, оси 6, на которой закреплён пакет фильтрующих элементов, состоящий из набора основных 2 и промежуточных 3 пластин. Крышка 5 крепится к корпусу 1 болтами и уплотняется кольцом 4.

 

Рабочая жидкость поступает в корпус фильтра и через щели между основными и промежуточными пластинами попадает во внутреннюю полость фильтра, образованную вырезами в основных пластинах 2. Тонкость фильтрации определяется размером щели т.е. толщиной промежуточных пластин 3. Скребки 8, укреплённые на шпильке 7, служат для очистки щелей между пластинами при их заиливании. При повороте рукояткой оси 6 скребки 8 очищают слой загрязнений на входе в щель. Грязь на дне корпуса фильтра периодически удаляется через отверстие, закрываемое пробкой.

 

4.1 Определение действительных  перепадов давлений

 

При определении перепадов давлений исходят из расходов, на которые рассчитана гидроаппаратура. Действительные расходы отличаются от справочных. Поэтому необходимо уточнить значения перепадов давлений. Перепады давлений на золотнике можно найти из выражений

 

 

 

где ΔP*зол - перепад давлений на золотнике при расходе Q*зол;

 

QЦ1 - расход жидкости в  полость нагнетания цилиндра;

 

QЦ2 - расход жидкости из  полости слива.

 

Аналогично могут быть уточнены значения DР и для другой гидроаппаратуры.

 

При подсчете перепада давления на фильтре отношение QЦ2 / Q*Ф подставлять нужно в первой степени, т.к. режим движения жидкости в фильтре ламинарный

 

.

 

Расход QЦ2 жидкости, вытекающей из штоковой полости определяется по формуле

 

.

 

ΔРзол1==0,056 МПа;

 

ΔQЦ2==0,000129 м3/с;

 

ΔРзол2==0,0368 МПа;

 

ΔРф==0,3 МПа.

 

Для определения действительных перепадов давления в трубах определяются средние скорости течения масла в трубах l1 и l2.

 

Средняя скорость движения жидкости в сливной магистрали l2

 

.

 

Перепады давлений в трубах

 

 

 

 

где ρ - плотность рабочей жидкости; в расчётах принять ρ = 900 кг/м3; λ1 и λ2 - коэффициент гидравлического трения для напорной и сливной гидролинии соответственно.

 

Безразмерный коэффициент гидравлического трения λ зависит от режима течения жидкости.

 

При ламинарном режиме движения жидкости (Re < 2300) для определения коэффициента гидравлического трения λ рекомендуется при применять формулу

 

,

 

а при турбулентном режиме течения жидкости (Re > 2300) коэффициент λ определяется по полуэмпирической формуле Блазиуса:

 

 

 

Число Рейнольдса определяется по формулам

 

 

 

где n - кинематическая вязкость масла, м2/с.

 

Кинематическая вязкость масла при температуре при температуре ТМ определяется по формуле:

 

 

 

 

где ν50º - кинематическая вязкость масла при температуре 50 ºС, м2/с;

 

TМ - температура масла, ºС;

 

n - показатель степени, зависящий от ν50º.

 

В расчётах можно принять ν50 и n в диапазонах ν50 = (0,35…0,5)×10-4, м2/с; n = 2,2…2,4.

 

υрж1==2,57 м/с;

 

ν==0,000028 м2/с;

 

Re1==908,6;

 

Re2==734,3;

 

λ1==0,08;

 

λ2==0,1;

 

ΔР1==0,91 МПа;

 

ΔР2==0,1115 МПа;

 

Перепады давлений на дросселе рекомендуется оставить такими же, какие они заданы по справочнику (перепады давлений на дросселе зависят от степени его открытия).

 

Зная перепады давлений, находим давления в полостях силового цилиндра:

 

P2 = ΔPзол 2 + ΔP2

 

 

 

 

F1=, F2=,

 

Затем уточняется давление, развиваемое насосом:

 

PН = P1 + ΔPзол 1 + ΔP1+ ΔPДР + ΔPФ

 

F1==0,005024;

 

F2==0,00406;

 

Р1==3,2 МПа;

 

PН = 3,2 + 0,056+ 0,91+ 0,3 + 0,3=4,8 МПа.

 

 

5. Определение КПД гидропривода

 

5.1 Определение КПД гидропривода  при постоянной нагрузке

 

Общий КПД проектируемого гидропривода, работающего при постоянной нагрузке, определяют по формуле

 

 

 

где Nпр - затрачиваемая мощность привода (насосной установки),

 

 

 

здесь η - общий КПД насоса при расчетных значениях давления, расхода, вязкости рабочей жидкости и частоты вращения приводного вала насоса;

 

Nпол - полезная мощность привода, которая определяется по заданным нагрузкам и скоростям гидродвигателей:

 

для привода с гидроцилиндром

 

Nпол = R υПР z.

 

Qн==1,09·10-3 м3/с;

 

Nпр==7571 Вт;

 

Nпол=12·103·0,1·1=1200 Вт;

 

ηобщ==0,16=16%.

 

 

5.2 Определение КПД гидропривода  при работе в цикличном режиме

 

Общий КПД привода при цикличной работе

 

 

 

Средняя за цикл полезная мощность привода Nпол.ср для привода с гидроцилиндром

 

Nпол.ср=

 

где R - усилие, действующее на гидроцилиндр, Н; υПР - скорость хода поршня, м/сек; tx – время холостого хода, сек; tЦ – время рабочего хода, сек.

 

Затрачиваемая мощность привода (насосной установки) Nпр.ср

 

Nпр.ср=

 

где QН , PН - подача и давление насоса; η - общий КПД насоса.

 

Nпол.ср==666,7 Вт;

 

Nпр.ср==4152,4 Вт.

 

ηобщ==0,16=16%

 

 

6. Расчет объема гидробака

 

Надежная и эффективная работа гидропривода возможна в условиях оптимального состояния, обеспечивающего постоянство рабочих характеристик. Повышение температуры влечет за собой увеличение объемных потерь, нарушаются условия смазки, повышается износ деталей, в рабочей жидкости активизируются ее окисление и выделение из нее смолистых осадков, ускоряющих облитерацию проходных капиллярных каналов и дроссельных щелей.

 

Основной причиной нагрева является наличие гидравлических сопротивлений в системах гидропривода. Дополнительной причиной являются объемные и гидромеханические потери, характеризуемые объемным и гидромеханическим КПД.

 

Потери мощности в гидроприводе, переходящие в тепло

 

ΔN = Nпр - Nпол

 

ΔN = 7571 – 1200=6371 Вт

 

а при цикличной работе

 

ΔN = Nпр.ср - Nпол.ср

 

ΔN = 4152,4 – 666,7=3485,7 Вт

 

Согласно рекомендациям по проектированию гидропривода, объем гидробака должен быть в три раза больше объема масла, находящегося в трубопроводах и гидроаппаратах системы.

 

Определим объем рабочей жидкости, находящейся в гидросистеме. Объем масла в трубах

 

 

.

 

Vтруб = =0,0003 м3.

 

Объем масла в гидроцилиндрах

 

VГЦ = z ·F1· S .

 

VГЦ = 1· 0,005024·0,5=0,0025 м3.

 

Объем масла в гидронасосе равен его рабочему объему

 

VН = q. = 0,000016 м3.

 

Объем масла в фильтре можно приближенно посчитать исходя из геометрических размеров выбранного фильтра. Стакан фильтра имеет цилиндрическую форму диаметром 100 мм и высотой 200 мм. Фильтрующие элементы занимают приблизительно 60% внутреннего объема фильтра. Исходя из этих геометрических характеристик рассчитывается объем масла, заполняющего фильтр.

 

Vф = 0,000942 м3.

 

Объемом масла, находящегося в гидрораспределителе, дросселях и обратных клапанах можно пренебречь. Таким образом, объем рабочей жидкости, находящейся в гидросистеме равен

 

V = Vтруб + VГЦ + VН + VФ

 

V = 0,0003 + 0,0025 + 0,000016 + 0,000942=0,0037м3.

 

Тогда объем бака равен

 

 

Vб1 = 3V.

 

Vб1 = 3·0,0037=0,011 м3.

 

Полученное значение округляют его до стандартного значения объема по ГОСТ 12448-80 и получаем Vб1 = 0,0125 м3. Примем за форму гидробака параллелепипед (V =a·b·h), конструктивно подбираем размеры гидробака: длину a, ширину b, высоту h (h > h1) рисунок 6.1.

 

 

 

Рисунок 6.1 – Гидравлический бак

 

Принимаем длину a=0,25м, ширину b=0,2м, высоту h=0,25м.

 

Площадь поверхности теплообмена складывается из поверхности труб Sтр, через которые происходит теплообмен с окружающей средой, и поверхности теплоотдачи бака Sб

 

S = Sтр + Sб

 

S = 0,23 + 0,00002=0,23002 м2.

 

Для определения поверхности труб воспользуемся формулой

 

Sтр = π·d· ( l1+l2 )

 

Sтр = 3,14·0,008·(2+3)=0,15 м2.

 

а для теплоотдающей поверхности бака зависимостью

 

 

Sб = a·b + 2·a·h1 + 2·b·h1

 

Sб = 0,25·0,2 + 2·0,25·0,2 + 2·0,2·0,2=0,23 м2.

 

Рассчитаем объёма гидробака через теплообменные поверхности

 

Vб2 = .

 

Vб2 = =0,0075 м3.

 

Така как Vб1> Vб2, то принимаем объём гидробака равный 12,5 л.

 

 

Заключение

 

Ознакомившись с характеристиками станка. Мы разработали необходимую гидравлическую систему которая удовлетворяет характеристикам станка. КПД привода составляет 16%, давление в штоковой полости 0,85 МПа, усилие в не штоконой полости 1,1 МПа. Согласно расчётов была выбрана вся необходимая гидроаппаратура. Нами был выбран гидроцилиндр D=0,08 м, d=0,035 м, =0,002 м.

 

Объём гидробака равен 12,5 л.

 

 

Библиографический список

 

Методические указания

 

1. Халтурин В.М., Мамаев  В.В., Пушкарёва О.Б. Расчёт объёмного  гидропривода.-Екатеринбург, "УГЛТУ", 2003-44с.

 

2. Халтурин В.М., Мамаев  В.В., Пушкарёва О.Б. Приложение к  расчёту объёмного гидропривода.-Екатеринбург, "УГЛТУ", 2003-20с.

 

Учебники учебные пособия

 

3. Амалицкий В.В. Станки и инструменты лесопильного и деревообрабатывающего производста: Учебник для техникумов.- М.: Лесная промышленность, 1985.-288 с.

 

4. Халтурин В.М., Мамаев  В.В., Пушкарёва О.Б. Гидро- и пневмопривод машин лесной промышленности: Учеб. пособие М.: УГЛТА Екатеринбург, 2001.-150 с.