Расчёт гидравлического привода

Введение. 
 

Расчёт  гидравлического привода является одним из важнейших этапов проектирования станка или другой машины с гидравлическим приводом.

При проектировании, в зависимости от вида гидропривода, в задачу гидравлического расчёта  входят:

• определение диаметра поршня и штока гидроцилиндра в гидроприводе с возвратно-поступательным движением рабочего органа;
• определение геометрических размеров (диаметра статора, ротора и ширины пластины) цилиндра поворотного действия;
• определение давления, необходимого для получения заданного усилия на штоке цилиндра или крутящего момента на валу цилиндра поворотного действия, гидромотора;
• определение расхода жидкости, необходимого для перемещения рабочего органа;
• выбор насоса, гидромотора, распределителей, регулирующей гидроаппаратуры и вспомогательных элементов гидропривода;
• определение диаметров трубопроводов;
• определение общих потерь давления, давления и подачи насоса, уточнение выбора насоса;
• определение скорости и времени двойного хода поршня со штоком гидроцилиндра;
• определение коэффициента полезного действия гидропривода;
• тепловой расчёт гидропривода (определение температуры рабочей жидкости).

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Расчёт и проектирование гидроцилиндра поворотного действия.   

   В гидроприводах  с возвратно-поворотным движением рабочего органа в качестве гидродвигателей используются цилиндры поворотного действия (поворотники) однопластинчатые и многопластинчатые.

   Расход  жидкости Q, л/мин, необходимый для поворотного действия с определенной угловой скоростью ω, зависит от его рабочего объема Мб т.е. 

Q=

где V- рабочий объём гидромотора, дм³;

 η₀ – объёмный КПД цилиндра  (η₀ = 0,94…0,98);

 t- время поворота на определенный угол (270˚ - для однопластинчатого гидроцилиндра ), мин. 

Q=

=13,5 л/мин

   После определения  расхода жидкости Q выбирается предварительно насос с номинальной подачей Q_ном и давление p_ном

 

Предварительно  выбираем насос БГ12-22АМ со следующими параметрами: 

 

   Задавшись конструктивно из нормального ряда диаметрами цилиндра D и ротора d, определяют ширину пластины  b из формулы

   D =80 мм;   d =40 мм.

                                                       

b=

b=

=15,32 см

b принимаем равной 15 см

где ω- угловая скорость поворота ротора, рад/с.

   При повороте ротора на 270˚=1,5π рад ω= =2,54

   Диаметр d должен быть проверен на скручивание

                                                          d=

   d ≥ 0,0214 м (21,4 мм)

где М- крутящий момент;

[τ]-допускаемое напряжение при кручении, [τ]=100…155 МПа-для стали 20Х (в зависимости от термообработки).

   Из  вычислений видим, что d удовлетворяет условию (d=30 мм ≥ 21,4 мм).

   Тогда давление p в рабочей полости цилиндра без учета противодавления p_сл в сливной полости (учтется при определении потерь давления), равного потерям давления в сливной линии, определяется исходя из формулы:

   p=

   p=

=5,9 МПа

   Сравнивается  номинальное давление насоса p_ном с давлением p. Номинальное давление насоса p_ном должно быть больше давления p на величину потерь давления Δp и величину запаса давления на настройку предохранительного клапана. При необходимости выбирается насос с большим давлением. Для получения больших крутящих моментов М и уменьшения габаритов можно использовать двух-, трехпластинчатые цилиндры поворотного действия, при этом угол поворота соответственно уменьшится.

 Выбранный насос создаёт  номинальное давление р_ном больше давления р на величину потерь в гидросистеме ∆р и запаса на настройку предохранительного клапана, т.е. р_ном≥ р_кл.

р_кл=1,5•р=1,5•5,9=8,7 МПа 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Выбор гидроаппаратуры  и вспомогательных  элементов гидропривода. 

       2.1 Гидроаппаратура. 

   Гидроаппаратура подразделяется на направляющую, которая  изменяет направление потока путём полного открытия или закрытия сечения. К этой группе аппаратов относятся распределители, обратные клапаны, гидрозамазки, некоторые типы гидроклапанов давления. Регулирующие аппараты изменяют давление, расход и направление потока жидкости за счёт частичного открытия рабочего сечения. К таким аппаратам относятся гидроклапаны давления, предохранительные клапаны, дроссели, регуляторы расхода (потока), а также дросселирующие распределители.

   Величины  утечек в гидроаппаратах приводятся в их технических характеристиках. Гидроаппаратура выбирается в зависимости от расхода в линии его установки (насос с Q_ном и р_ном  уже выбран). Расход в сливной линии Q_сл определяется дальше. При этом максимальное давление в линии не должно превышать номинальное давление р_ном для данного аппарата. Потери давления в аппаратах даются в технических характеристиках, или в виде номинальных потерь ∆р_ном при номинальном расходе Q_ном, или в виде графиков зависимости ∆р=f(Q). Если потери давления  ∆р_ном приводятся при номинальном расходе Q_ном, то при другом расходе Q потери давления ∆р определяются по формуле:

∆р=

Допускается увеличивать расход Q через аппарат  на 40% по отношению к номинальному Q_ном. Следует учесть, что потери давления приводятся в технических характеристиках аппаратов при определённой вязкости жидкости. При другой вязкости масла, отличной от приведённой, потери давления приближённо можно считать пропорциональными отношению вязкостей. 

   2.2 Распределители. 

Распределители  предназначены для реверсирования движения рабочего органа, его остановки, разгрузки насоса от давления  и выполнения других операций. Распределители классифицируют по конструкции, типу управления, диаметру условного прохода, числу позиций, числу основных гидролиний, гидросхеме. Распределители имеют два основных конструктивных исполнения: В и Р с международными присоединительными размерами и типа ПГ, в последние годы снятые с производства (кроме ПГ74-24М и ПГ72-34).

В нашем  случае выбираем распределитель 1Р6 со следующими характеристиками: диаметр условного прохода: 6 мм; расход масла, л/мин:  Номинальный – 20-25 л/мин, максимальный – 20-60 л/мин

Следовательно потери давления будут составлять:                 

                
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.3 Обратный клапан. 

   Обратные  клапаны типа Г(ПГ) 51-3,2 по ГОСТ 21 464-76 КОЛ, 1МКО предназначены для пропуска потока масла в одном направлении и запирания его прохода в обратном направлении при палении давления на входе. Их также можно использовать для создания в сливной линии небольшого подпора (при установке усиленной пружины). С помощью обратных клапанов возможно останавливать рабочие органы при вертикальном расположении цилиндра в любом положении.

   При компоновке дросселя с обратным клапаном с помощью дросселя регулируется скорость рабочей подачи, а обратный клапан позволяет осуществлять быстрые перемещения рабочего органа в обратном направлении, например, совершать быстрый отвод.

   Потери  давления ∆р_ном в обратных клапанах приводятся при номинальном расходе Q_ном или даются в виде графиков зависимости ∆р=f(Q).

При расходе Q через клапан, отличном от номинального Q_ном, потери давления ∆р определяются по формуле:

∆р=р_от +

где р_от – давление открывания клапана, для клапанов Г(ПГ) 51-3(2) р_от=0,15 МПа

Выбираем  обратный клапан Г51-31 со следующими характеристиками: расход масла: Q_ном =16 л/мин, номинальное давление: р_ном=20 МПа, номинальные потери давления: ∆р_ном=0,25 МПа.

Общие потери давления в обратном клапане при  расходе через него Q=13,5 л/мин предварительно равны:

∆р=0,15+

=0,28 МПа 

2.4 Гидроклапан давления. 

Гидроклапаны  давления (напорные золотники) типа Г(ПГ) 54-3,2, КЕМ102 предназначены для поддержания заданной разности давлений в подводимом и отводимом потоках (регулируемый клапан разности давлений), для предохранения гидросистемы от повышенного давления, перелива жидкости (переливной клапан). Его также можно использовать для разгрузки насоса от давления совместно с гидроаккумулятором; для пропуска масла только при достижении в линии управления заданной величины давления, определяемой настройкой пружины; для торможения в конце пути, при этом часть масла от насоса сливается через предохранительный клапан в гидробак.

Гидроклапаны  давления выбираются по расходу с учётом давления. Потери давления приводятся в технических характеристиках или в виде зависимости ∆р=f(Q), или даются ∆р_ном при Q_ном. Потери давления при расходе Q, отличном от номинального, определяется также, как и для обратных клапанов.

Выбираем гидроклапан давления Г54-12 со следующими характеристиками: расход масла: Q_ном =18/мин, номинальное давление: р_ном=2 МПа, номинальные потери давления: ∆р_ном=0,2 МПа.

Общие потери давления в гидроклапане давления при  расходе через него Q=13,5 л/мин предварительно равны:

∆р= 0,15+

=0,26 МПа 

2.5 Регулятор расхода  (потока). 

Регулятор расхода (потока) типа ПГ (ПМГ)55-1,2,3,4,6,7 предназначены  для регулирования скорости перемещения рабочих органов с поддержанием стабильной скорости вне зависимости от нагрузки. Они представляют собой комбинацию дросселя с регулятором, поддерживающим постоянный перепад давления (∆р=0,2…0,25 МПа) на дросселирующей щели. В гидроприводах станков используются регуляторы потока с максимальным расходом до 200 л/мин и рабочим давлением до 20 МПа.