Реферат: Расчет объемного гидропривода
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет — УПИ
имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Нижнетагильский технологический институт (филиал)
Факультет вечерний технологический
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1, 2
по курсу гидропневмопривод
вариант № 6
Н. Тагил
2008
/>
1. Гидропривод возвратно-поступательного движения
Рис. 1. Схема гидропривода возвратно-поступательного движения
Дано: усилие на штоке поршня F= 12 кН; размеры гидроцилиндра: D= 52 мм, dш= 28 мм; параметры трубопроводов: l1= 3м, l2= 1,5м,l3= 4,5м, dт= 10 мм; фильтр и каждый канал гидрораспределителя заданы эквивалентными длинами: lэф= 195 dт, lэр= 150 dт, гидродроссель задан площадью проходного сечения Sдр= 5 мм2и коэффициентом расхода μдр= 0,7; параметры насоса: рабочий объем VH= 12 см3, частота вращения вала nн= 1400 об/мин, объемный КПД ηон= 0,85 при р= 7 МПа, механический КПД ηмн= 0,9; характеристика переливного клапана: рк min= 5 МПа при Qкл= 0 и Кк= 0,004 МПа·с/см3; параметры рабочей жидкости: кинематическая вязкость ν= 0,2 см2/с и плотность р = 880 кг/м3.
Требуется определить:
— скорость движения штока гидроцилиндра;
— мощность, потребляемую гидроприводом;
— коэффициент полезного действия гидропривода.
Решение.
1. Замена принципиальной схемы гидропривода эквивалентной.
На рис. 2 представлен один из возможных вариантов эквивалентной схемы, полученной на основании принципиальной схемы рассматриваемого гидропривода (рис. 1).
/>
Рис. 2. Эквивалентная схема
На эквивалентной схеме (рис. 2) видно, что поток рабочей жидкости от насосной установки НУ по трубопроводу l1поступает к дросселю Д, а затем через один из каналов распределителя Р и трубе l2в гидроцилиндр Ц. Из гидроцилиндра жидкость по такой же трубе l2через другой канал распределителя Р, трубу l3и фильтр Ф сливается в гидробак.
Таким образом, схема гидропривода представляет собой ряд последовательно соединенных элементов (гидравлических сопротивлений), а значит, при расчете может рассматриваться как простои трубопровод.
2. Построение характеристики насосной установки.
Учитывая линейность характеристик объемного насоса и переливного клапана, находим по две точки для этих характеристик.
Для насоса: первая точка А — при p= 0, Qт= Vн· nн= 12·1400/60=280 см3/с;
вторая точка В – при р'= 7 МПа, Q' = Qт· ηон= 280·0,85=238 см3/с.
Для клапана: первая точка Е — при Qкл= 0, рк min= 5МПа;
вторая точка К- при Qкл= 200 см3/с, рк= pк min+ Кк· Qкл=5+200·0,004=5,8МПа.
По найденным точкам строим характеристики насоса (линия 1) и переливного клапана (линия 2) (рис. 3), проводим их графическое вычитание и получаем характеристику насосной установи (ломаная линия ACD).
3. Составление уравнения характеристики трубопровода.
Анализ эквивалентной схемы (рис. 2) позволяет записать характеристику трубопровода в следующем виде:
--PAGE_BREAK--ΔpΣ= Δpтр1+ Δpдр+ Δpтр2+ Δpр+ Δpц+Δp'тр2+Δp'р+Δp'тр3+Δp'ф
Штрих у величин потерь указывает на то, что потери давления в этих гидравлических сопротивлениях следует определять по расходу рабочей жидкости на выходе из гидроцилиндра, который, отличается от расхода, поступающего в гидроцилиндр. В расчете следует выразить расход на выходе из гидроцилиндра через расход на входе в него.
/>
Рис.3. Графическое решение
Для этого вычисляем число Рейнольдса по максимально возможному расходу:
/>
Следовательно, в трубопроводе возможен только ламинарный режим течения жидкости. Поэтому, уравнение характеристики трубопровода примет вид:
/>
/>
/>
/>
/>
4. Построение характеристики трубопровода и определение рабочей точки гидросистемы.
Подставив данные из условия задачи, получим:
/>
/>
/>
/>
Определяем значения 5 точек в рабочем диапазоне значений расходов для Q= 0:
/>
для Q= 50·10-6м3/с:
/>
для Q= 100·10-6м3/с:
/>
для Q= 150·10-6м3/с:
/>
для Q= 200·10-6м3/с:
/>
Таблица 1. Результаты расчета характеристики трубопровода
Q (м3/с)
50×10-6
100×10-6
150×10-6
200×10-6
ΔpΣ(мПа)
5,65
5,8
6,13
6,64
7,33
По этим данным строится характеристика трубопровода (кривая 3). Точка пересечения линии 3 с CD дает рабочую точку гидросистемы (точка R). Ее координаты:
Qну = 47,82 см3/с; рн = 5,79 МПа.
5. Определение искомых величин
Так как вся подача насосной установки Qну поступает в гидроцилиндр, то скорость движения его штока определяется по формуле (в соответствии с рекомендациями принимаем объемный КПД гидроцилиндра равным единице)
/>
Мощность, потребляемая гидроприводом, равна мощности, потребляемойнасоснойустановкой,ивданномслучаеопределяетсяпоформуле
/>
ДляопределенияКПДгидроприводаηгп вначаленеобходиморассчитать полезную мощность, развиваемуюна его выходном звене
продолжение--PAGE_BREAK--
Nвых FVп 12·103·0,0225 = 270Вт
Тогда
/>
/>
Гидропривод вращательного движения
Рис.1.Схема гидропривода вращательного движения
Дано:вес грузов G1 = 2,1 кН и G2 = 1,9 кН; параметры насоса: максимальный рабочий объем Wон = 30 см3, частота вращения валаnн=25об/с,объемныйКПДηон =0,82придавлениир'=6МПа, механический КПД ηмн=0,9;параметрырегулятораподачи:давлениенастройки pр=4,85 МПа, Kр=0,001м3/(МПа·с); размеры гидролиний:d1 = d2 =1 см, l1 =3 м, l2 = l3 =8,5м, l4 = 5м;коэффициентсопротивленияфильтра ζф=3; параметры гидродросселя: площадь проходного сечения Sдр =14мм2,коэффициентрасходаµдр =0,7;параметрыгидромоторов:рабочий объем Wг = 32 см3, механический КПД ηмг = 0,9, объемный КПДпринять ηог=0,99; передаточное число механического редуктора inвх /nвых=40,диаметршкиваD=0,7м;параметрырабочейжидкости: кинематическаявязкостьν=0,65см2/с,плотностьρ=880кг/м3.Принять, чтовтрубахсдиаметромd1 режимтечениятурбулентныйиλ=0,04,ас диаметром d2 – ламинарный.
продолжение--PAGE_BREAK--
Определить:
– скорости движения тросов грузов;
– мощность, потребляемую гидроприводом;
– коэффициент полезного действия гидропривода.
Решение
1) Замена принципиальной схемы гидропривода эквивалентной
На рис. 2 приведена эквивалентная, или расчетная, схема, полученная на основании принципиальной схемы гидропривода (см. рис. 1).
/>
Изанализарасчетнойсхемыясно,чторассматриваемыйгидропривод представляет собой сложный трубопровод с последовательно-параллельным соединением отдельных участков. Его целесообразно разбить на 4 простых трубопровода: 1, 2, 3 и 4 (рис. 2).
Рис. 2. Эквивалентная схема
2) Построение характеристики насосной установки
Учитывая линейность характеристик насоса и насосной установки с регулятором подачи, построение каждой из них проводим по двум точкам в соответствии с вышеизложенной методикой.
Для насоса: первая точка А — при р = 0,
QTmax=WOH · nH=30·10-6·25=0,75·10-3м3/с;
вторая точка В — при р' = 6 МПа,
Q' = QTmax·ηон=0,75·10-3·0,82=0, 615· 10-3м3/с.
Соединяя точки А и В, получаем характеристику насоса (рис. 3).
Для насосной установки с регулятором подачи:
первая точка С — это точка пересечения горизонтали, соответствующей давлению настройки регулятора pp= 4,85 МПа, с характеристикой насоса. Подача насосной установки при этом равна Q'ну= 0,641·10-3м3/с;
вторая точка С' — ее координаты определяются, зная Q'нуи произвольно задаваясь давлением на выходе насоса, при p''н=5,25 МПа,
Q''ну=Q'ну— Кр· (p''н— рр) = 0,641·10-3— 0,001·(5,25-4,85) = 0,241·10-3 м3/с.
Проведя прямую через точки С и С' до пересечения с осью ординат в точке D, получаем характеристику насосной установки (ломаная линия АCD на рис. 3).
3) Составление уравнений характеристик простых трубопроводов
Составление уравнений характеристик простых трубопроводов 1, 2, 3 и 4 базируется на заданном условии: на участках 1 и 4 — режим течения турбулентный, а на участках 2 и 3 — ламинарный. Отсюда:
для 1: />
для 2: />
для 3:
ддя4:
В этих уравнениях значение моментов на валах гидромоторов М1и М2определяются с учетом передаточных отношений редукторов
/>
/>
4) Построение суммарной характеристики сложного трубопровода и определение рабочей точки гидросистемы
Заметим, что участки 1 и 4 включены последовательно, поэтому для них можно написать общее уравнение
Δp1+4 = Δp1 + Δp4=(К1+K4)·Q2=Kl+4 ·Q2
продолжение--PAGE_BREAK--
и сразу построить их суммарную характеристику. Подставив данные из условия задачи, получим:
/>
/>
/>
/>
Поскольку характеристики 2 и 3 трубопроводов линейны, для их построения достаточно двух точек, а для построения нелинейной характеристики К1+4 = f(Q)используем 6 точек. Результаты расчетов заносим в таблицу 1.
Для Q= 0:
/>
/>
/>
Для Q= 0,2 м3/с:
/>
Для Q= 0,3 м3/с:
/>
Для Q= 0,4 м3/с:
/>
Для Q= 0,5 м3/с:
/>
/>
/>
Для Q= 0,6 м3/с:
/>
Таблица 1. Результаты расчета характеристик трубопровода
Q (м3/с)
0,2·10-3
0,3·10-3
0,4·10-3
0,5·10-3
0,6·10-3
Δp2(МПа)
4,01
5,99
Δp3(МПа)
3,625
5,605
Δp1+4(МПа)
0,28
0,64
1,13
1,77
2,55
По данным таблицы на графике (см. рис. 3) строим характеристики каждого простого трубопровода (линии 1+4, 2 и 3).
Затем по правилам графического сложения характеристик параллельных участков (они складываются за счет суммирования отрезков вдоль оси расходов) получаем суммарную характеристику участков 2 и 3 (ломаная линия 2+3). Далее проводим графическое сложение полученной характеристики Δр2+3 =f(Q)c характеристикой Δр2+3 =f(Q).
/>Рис. 3. Графическое решение
Эти характеристики складываются по правилу сложения характеристик последовательно соединенных трубопроводов, т.е. за счет суммирования отрезков вдоль оси давлений. В результате получаем суммарную характеристику всего сложного трубопровода (линия Σ).
Пересечение полученной характеристики сложного трубопровода с характеристикой насосной установки определяет рабочую точку гидросистемы (точка R на рис.3). Ее координаты рн = 5,17 МПа и Qну=0,319·10-3м3/с
5) Определение искомых величин
Определим потребляемую гидроприводом мощность, для этого через точку R проводим прямую параллельно АВ и определяем Q'т= 0,436·10-3м3/с. Тогда
Nвх= рн· Q'т/ηмн= 0,436·10-3·5,17·106/0,9 = 2,5·103 Вт.
Чтобы определить скорости подъема грузов и КПД гидропривода, необходимо найти частоту вращения вала каждого гидромотора. Для этого необходимо знать величины расходов Q2и Q3в параллельных трубопроводах 2 и 3.
продолжение--PAGE_BREAK--
Эту задачу можно решить графически, исходя из того, что при наличии графической зависимости р = f(Q)по одной из известных координат легко определяется другая.
Опустив вертикаль из точки R, соответствующую подаче насосной установки Qну, находим точку R1пересечения этой вертикали с кривой 2+3 и, следовательно, потерю давления Δр2+3на участке параллельного соединения, где Δр2+3= Δр2= Δр3.
Проведя теперь горизонталь через точку R1, соответствующую потерям давления Δр2= Δр3, находим точки ее пересечения с характеристиками 2-го и 3-го трубопроводов (соответственно, точки R2и R3). Опустив вертикали из точек R2и R3, находим расходы Q2= 0,111·10-3м3/с и Q3= 0,208·10-3м3/с.
По известным расходам Q2и Q3с учетом передаточного отношения iмеханического редуктора и диаметра D шкива определяем скорости подъема левого V1и правого V2грузов. При этом целесообразно использовать формулу
/>
Отсюда, подставив соответствующие значения, получим:
V1= 3,14·0,7·0,111·10-3·0,99/(40·32·10-6) = 0,189 м/с;
V2= 3,14·0,7·0,208·10-3·0,99/(40·32·10-6) = 0,354 м/с.
Полезная мощность, развиваемая гидроприводом, складывается из мощностей, затрачиваемых на подъем обоих грузов:
Nвых=G1·V1+G2·V2= 0,189·2,1·103+0,354 ·1,9·103=1,07 кВт
Тогда коэффициент полезного действия гидропривода равен
ηгп=Nвых/Nвх= 1,07 /2,5 = 0,428.