Проектирование принципиальной схемы следящего гидропривода с дроссельным регулированием скорости

Министерство Науки и Образования Украины

Донбасская Государственная Машиностроительная Академия

Кафедра автоматизации производственных процессов

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

«Исполнительные механизмы и регулирующие органы»

Выполнил

студент гр. АПП-04-2

Измайлов А.О.

Руководитель

Чекулаев Е.Ф.

Краматорск 2008

РЕФЕРАТ

Расчетно-пояснительная записка содержит 32 страницы, 8 рисунков, 1 таблицу, 2 приложения и 7 источников.

В данной курсовой работе проектируется следящий гидропривод с дроссельным регулированием скорости движения механизма вращения сверла вертикально-сверлильного станка с дросселями, установленными на входе и выходе из гидродвигателя.

Вертикально-сверлильные станки предназначены для выполнения операций сверления, развертки, зенкования, а также нарезания внутренних резьб, цекования и т.д.

Проектируемый в данной работе гидропривод включает в себя предохранительную аппаратуру, аппаратуру для контроля режимов работы, очистки рабочей среды, а также двусторонний гидравлический замок, облегчающий проведение ремонтно-профилактических работ.

СЛЕДЯЩИЙ ГИДРОПРИВОД, ДРОССЕЛИРУЮЩИЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ, ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ЗАМОК, ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН, ТРУБОПРОВОД, ФИЛЬТР, ПРОПОРЦИОНАЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Широкое использование гидроприводов в станкостроении определяется рядом их существенных преимуществ перед другими типами приводов и, прежде всего, возможностью получения больших усилий и мощностей при ограниченных размерах рабочих органов.

Под гидроприводом
понимают совокупность устройств (в число которых входит один или несколько объемных гидродвигателей или гидроцилиндров), предназначенную для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости под давлением.

В качестве рабочей жидкости в станочных гидроприводах используется минеральное масло.

Гидроприводы обеспечивают широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости (при условии хорошей плавности движения), возможность работы в динамических режимах с требуемым качеством переходных процессов, защиту системы от перегрузки и точный контроль действующих усилий.

Применение гидроприводов в станкостроении позволяет упростить кинематику станков, снизить металлоемкость, повысить точность, надежность и уровень автоматизации.

В современных станках и гибких производственных системах с высокой степенью автоматизации цикла требуется реализация множества различных движений. Компактные гидродвигатели легко встроить в станочные механизмы и соединить трубопроводами с насосной установкой, имеющей один или два насоса.

Такая система открывает широкие возможности для автоматизации цикла, контроля и оптимизации рабочих процессов, применения копировальных, адаптивных или программных систем управления, легко поддается модернизации, состоит, главным образом из унифицированных изделий, серийно выпускаемых специализированными заводами.

К основным преимуществам гидропривода следует также достаточно высокое значение КПД, повышенную жесткость и долговечность.

1 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ГИДРОПРИВОДА

Проектируемый гидропривод предназначен для дроссельного регулирования скорости вращения сверла вертикально-сверлильного станка. Общий вид вертикально-сверлильного станка показан на рис. 1.1

Рисунок 1.1 – Общий вид вертикально-сверлильного станка.

Заданному технологическому процессу соответствует схема гидропривода, представленная на рис 1.2.

С целью обеспечения необходимых параметров гидродвигателя используется дросселирующий распределитель с пропорциональным электрическим управлением, который обеспечивает дроссельное регулирование на входе в гидродвигатель.

гидропривод давление сопротивление потеря

1 — насос с нерегулируемым рабочим обьемом; 2 — приводной электродвигатель; 3 — предохранительный клапан с пропорциональним электрическим регулированием; 4 — гидроразделитель с электрогидравлическим управлением; 5 — односторонний гидравлический замок; 6 — гидродвигатель с нерегулированым рабочим объемом; 7 — тахогенератор; 8 — усилитель; 9 — регулированый дросель з пропорциональным электрическим управлением; 10 - приемный фильтр; 11 — манометры; 12 —реле давления; 13 — напорный фильтр; 14 - сливной фильтр.

Рисунок 1.2 – Функциональная схема следящего гидропривода с дроселем, установленым на выходе из ИМ.

2 ВЫБОР ГИДРОДВИГАТЕЛЯ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ

Гидравлический двигатель объемного типа выбирается при соблюдении следующих условий:

- крутящий момент ;

- максимальная частота вращения ;

- минимальная частота вращения ,

где индексом “п” обозначены паспортные значения, индексом “з” – заданные.

Учитывая эти требования, выбираем аксиально-поршневой гидродвигатель с нерегулируемым рабочим объемом , который имеет такие технические характеристики:

Давление на входе:.

Номинальный крутящий момент: .

Рабочий объем: .

Максимальная частота вращения: .

Номинальная частота вращения: .

Минимальная частота вращения: .

Номинальная продуктивность: .

Номинальная мощность: .

Объемный КПД: .

Механический КПД: .

Общий КПД: .

Момент инерции вращающихся масс:.

Для выбранного типоразмера двигателя определяем такие параметры:

- полезный перепад давлений при условии, что давление на выходе гидродвигателя :

,

где – необходимый перепад давлений, ;

– давление на входном патрубке гидропривода, ;

– давление на выходном патрубке гидропривода, ;

– рабочий объем выбранного гидродвигателя;

- максимальный расход жидкости на входе в гидродвигатель:

,

где – заданная максимальная скорость вращения ротора гидродвигателя;

– объемный КПД гидродвигателя;

- максимальный расход жидкости на выходе из гидродвигателя:

.

3 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Гидравлический расчет трубопроводов заключается в выборе оптимального внутреннего диаметра трубы и определении потерь давления по длине трубопровода.

На участках трубопровода АС, СБ и СВ устанавливаются трубы с одинаковым внутренним диаметром трубопровода, а на участке СГ – труба с другим внутренним диаметром.

Расчетные значения внутренних диаметров трубопроводов:

- на участках АС, СБ и СВ:

,

где - допустимая скорость движения в нагнетательном трубопроводе;

- на участке СГ:

,

где - допустимая скорость движения в сливном трубопроводе.

Из справочника выбираются трубы из стали 20, которые имеют внутренний диаметр:

- на участках АС, СБ и СВ – 28мм ;

- на участке СГ – 39мм .

Тогда действительная скорость движения жидкости в трубопроводах:

- на участках АС, СБ:

;

- на участке ВС:

;

- на участке СГ:

.

По справочнику выбирается тип рабочей жидкости – масло “Индустриальное 20А”, которое имеет такие характеристики: кинематический коэффициент вязкости , плотность .

Для каждого участка трубопровода рассчитываем число Рейнольдса:

- для нагнетательного трубопровода (участок АБ):

;

- для трубопровода на участке ВС:

;

- для сливного трубопровода (участок СГ):

.

Таким образом, на всех участках трубопровода будет существовать турбулентный режим движения жидкости (т.к. ) в “гидравлически гладкой” трубе.

Рассчитываем коэффициент сопротивления при турбулентном режиме движения жидкости:

- для нагнетательного трубопровода АБ:

;

- для трубопровода на участке ВС:

;

- для сливного трубопровода (участок СГ):

.

Таким образом, потери давления по длине трубопровода составят:

- для нагнетательного трубопровода АБ:

,

где – длина участка АБ трубопровода, м;

– плотность рабочей жидкости, ;

– внутренний диаметр выбранной трубы, м;

- для сливного трубопровода ВГ:

где и – соответственно длина участков ВС и СГ трубопровода.

4 РАСЧЕТ ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ В МЕСТНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЯХ

Суммарные потери давления в местных гидравлических сопротивлениях при последовательном их соединении определяются как сумма потерь давления в отдельных сопротивлениях.

Из справочника выбираем значения коэффициентов сопротивления для каждого типа сопротивления:

; ; ; .

Рассчитываем потери давления жидкости при прохождении местных сопротивлений:

- для нагнетательного трубопровода АБ:

- для сливного трубопровода ВГ:

5 ВЫБОР ГИДРОАППАРАТУРЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ АППАРАТЫ

Вся гидроаппаратура выбирается из справочников при соблюдении условий:

,

,

где и – соответственно номинальное паспортное давление гидроаппарата и расчетный перепад давлений на исполнительном механизме.

и – соответственно номинальный паспортный объемный расход и расчетный максимальный расход на входе в исполнительный механизм.

Для выбранного типоразмера аппарата определяется действительная потеря давления при прохождении расчетного расхода через гидроаппарат:

,

где – потери давления при прохождении через гидроаппарат номинального паспортного расхода ;

– действительное значение расхода жидкости, проходящей через исполнительный механизм.

5.1
Предохранительный клапан с пропорциональным электрическим управлением КРВП -25
, который имеет такие характеристики

;

;

;

.

Действительные потери давления:

.

5.2
Дросселирующий распределитель с пропорциональным электрическим управлением РП20
, который имеет параметры

;

;

;

;

;

;

;

.

Действительные потери давления:

- в нагнетательном трубопроводе АБ:

;

- в сливном трубопроводе ВГ:

.

5.3
Односторонний гидравлический замок КУ-32

;

;

;

.

Определяем потери давления при прохождении жидкости через замок:

- в нагнетательном трубопроводе АБ:

;

- в сливном трубопроводе ВГ:

.

5.4
Напорный фильтр 3ФГМ32

;

;

.

Определяем потери давления при прохождении жидкости через фильтр:

.

5.5
Сливной фильтр ФС400

;

;

.

Определяем потери давления при прохождении жидкости через фильтр:

.

5.6
Реле давления ВПГ62-11

;

.

5.7
Манометры МТП-60

;

класс точности 1.5.

Определяем суммарные потери давления в гидроаппаратуре:

- в нагнетательной линии АБ:

- в сливной линии ВГ:

6 РАСЧЕТ СУММАРНЫХ ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ В НАГНЕТАТЕЛЬНОМ И СЛИВНОМ ТРУБОПРОВОДАХ

Так как участки сопротивления соединяются последовательно, то суммарные потери давления в нагнетательной и сливной линиях определяются алгебраической суммой всех потерь давления в элементах трубопровода.

Суммарные потери давления рассчитываются:

- в нагнетательном трубопроводе АБ:

;

- в сливном трубопроводе ВГ:

.

7 ВЫБОР ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

Выбрать из справочника источник питания гидросистемы с необходимыми параметрами можно только после определения расчетных значений необходимых давления и расхода на выходе из насосной установки.

Расчетное значение давления на выходе из насоса:

.

Расчетное значение расхода жидкости на выходе определяется:

,

где – расчетный расход жидкости на входе гидродвигатель, ;

– суммарное значение утечек жидкости через капиллярные щели кинематических пар аппаратов, расположенных в нагнетательной линии АБ;

;

– потеря, которая необходима для функционирования гидравлической системы управления дросселирующим распределителем, .

Тогда продуктивность насоса на выходе:

.

Выбираем насос из справочника при соблюдении таких условий:

· давление ;

· продуктивность .

На основании этих условий выбираем радиально-поршневой насос РМНА-125, имеющий следующую техническую характеристику:

Давление на входе: .

Номинальная продуктивность: .