Министерство образования и науки Украины
Донецкий национальный технический университет
Кафедра "Энергомеханические системы"
Курсовая работа
По дисциплине: "Гидравлика и гидропривод"
Тема работы: Расчёт гидропривода тормоза однобарабанной шахтной подъемной машины
Выполнил ст. гр. Мех-08б
Нестеренко Д.Е.
Руководитель работы Яковлев В.М.
Донецк - 2010
Реферат
Курсовая работа содержит: 20 лист, 2 рисунка, 1 таблица.
Объект исследования – гидропривод тормоза однобарабанной шахтной подъемной машины.
Цель работы: разработать гидравлическую схему гидропривода тормоза однобарабанной шахтной подъемной машины.
В данной курсовой работе производится разработка и исследование гидропривода - составлена принципиальная гидравлическая схема, выбран насос; выбрана рабочая жидкость, рассчитаны трубы гидролиний и потери давления в них.
Гидролиния, насос, диаметр поршня, гидроцилиндр, абсолютное давление
Содержание
Введение
1. Составление и анализ схем, выбор давления
1.1 Составление и анализ гидравлической схемы
1.2 Выбор стандартного давления
2. Выбор гидромашин и рабочей жидкости
2.1 Основные технические характеристики гидроцилиндра
2.2 Выбор насосов
2.3 Выбор рабочей жидкости
3. Выбор гидроаппаратуры и вспомогательных устройств
4. Расчет труб гидролиний и потерь давления
4.1 Расчетный диаметр труб
4.2 Расчет толщины стенки трубы
4.3 Потери давления в гидролиниях по длине
4.4 Потери давления в местных сопротивлениях
5. Сила давления на колено трубы
6. Давление срабатывания предохранительного клапана
7. Рабочие режимы насоса
8. Мощность насоса
9. Проверка рабочего режима насоса на кавитацию
10. Эксплуатация и техника безопасности
Выводы
Список источников
Введение
Гидропривод – это совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель.
К основным преимуществам гидропривода относятся: возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки; простота управления и автоматизации; простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена; большая передаваемая мощность на единицу массы привода; надежная смазка трущихся поверхностей при применении минеральных масел в качестве рабочих жидкостей.
К недостаткам гидропривода относятся: утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления; нагрев рабочей жидкости, что требует применения специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты; более низкий КПД (по приведенным выше причинам), чем у сопоставимых механических передач.
Сейчас трудно назвать область техники, где бы ни использовался гидропривод. Эффективность, большие технические возможности делают его почти универсальным средством при механизации и автоматизации различных технологических процессов.
1. Составление и анализ схемы, выбор давления
1.1 Составление и анализ гидравлической схемы
Схема состоит: из бака 1; фильтров 2, 3; гидроцилиндров 4, 5; обратных клапанов 6, 7; переливного клапана 8; насосов 9, 10; распределителя 11; дроссель 12; реверсивного золотника 13 (рис. 1).
Рисунок 1. Гидравлическая схема гидропривода
1.2 Выбор стандартного давления
Стандартные давления нормализованы ГОСТ 12445-80. Завод изготовитель подъемных машин принимает давление 1,25 МПа. Более перспективными будут давления 1,6; 2,5 МПа. Принимаем давление 1,6 МПа.
2. Выбор гидромашин и рабочей жидкости
2.1 Основные технические характеристики гидроцилиндра
Расчетный диаметр поршня
где: Р – принятое стандартное давление;
ηдг
, ηдм
– соответственно гидравлический и механический КПД
гидроцилиндра, ηдг
≈ 1,0, ηдм
= 0, 95.
м
Стандартный диаметр поршня Dp
принимается ближайший (больший) в соответствии с ГОСТ 6540-68 и ГОСТ 12447-80. Принимай диаметр поршня равный 140 мм.
Максимальное рабочее давление гидроцилиндра при расторможении:
.
Па
Максимальный расход гидроцилиндра:
,
2
где: ηдо
– объемный КПД гидроцилиндра, ηдо
= 0,98-0,99.
Рабочее давление при торможении:
,
где: dд
– стандартный диаметр штока (применяем шток диаметром 50 мм).
Па
2.2 Выбор насосов
По Qд
и Рн
= (1,1…1,15)∙Рдо
выбираются однотипные насосы. Рекомендуется шестеренные или пластинчатые насосы с Qн
≥ Qд
.
Выбираем шестеренный насос типа Г11-24А, с техническими характеристиками:
Номинальное давление 2,5 МПа
Номинальная подача 33,4 л/мин
Частота вращения1440 мин
Объемный КПД 0,84
Полный КПД 0,8
Высота всасывания 0,2 м
2.3 Выбор рабочей жидкости
Выбираем масло индустриальное 45, с техническими характеристиками:
Диапазон рабочих температур-5+60
Вязкость кинематическая при 5038-52 мм/с
Плотность886-916 кг/м
3. Выбор гидроаппаратуры и вспомогательных устройств
По соответствующим расходам и давлениям выбирается гидроаппаратура, фильтры, бак и манометр.
Выбираем приемный фильтр С41-21 с техническими характеристиками:
Номинальный расход 40 л/мин
Номинальная тонкость фильтрации 160 мкм
Допускаемая потеря давления0,008 МПа
Выбираем манометр МТП-100/1-100х2,5. Манометр трубчатый показывающий, с верхним пределом измеряемого давления равным 4МПа, с классом точности 2,5.
Вместимость бака выбираем в соответствии с номинальной подачей насоса, равная 40 дм.
Выбираем обратный клапан Г51-24 с техническими характеристиками:
Номинальный расход масла70 л/мин
Номинальное давление 20 МПа
Потеря давления при ном. расходе 0,2 МПа
Выбираем распределитель ПГ73-35А с техническими характеристиками:
Расход масла100 л/мин
Давление номинальное 12,5 МПа
Потери давления при ном. расходе 0,1 МПа
Реверсивный золотник Г74-24:
Расход масла70 л/мин
Рабочее давление 20 МПа
Потеря давления 0,15 МПа
Выбираем переливной клапан Г54-24:
Расход масла70 л/мин
Рабочее давление 2,5 МПа
Потеря давления 0,25 МПа
Дроссель типа Г77-14:
Расход масла70 л/мин
Рабочее давление 5 МПа
Потеря давления 0,3 МПа
4. Расчет труб гидролиний и потерь давления
4.1 Расчетный диаметр труб
,
где: Qр
– расчетный (максимальный) расход в соответствующей гидролинии
при рабочем ходе поршня;
Vo
– оптимальная скорость рабочей жидкости;
для напорных гидролиний Vo
= 3-5 м/с;
для сливных - Vo
= 2-3 м;
для всасывающих - Vo
= 0,7-1,2 м/с.
Для напорных гидролиний (Vo
= 4)
м
Для сливных гидролиний (Vo
= 2)
м
Для всасывающих гидролиний (Vo
= 1)
м
Диаметр труб напорных гидролиний насосов до тройника принимаются равными диаметру трубы общей напорной гидролинии.
4.2 Расчет толщины стенки трубы
Необходимая расчетная толщина стенки трубы
δр
= δ1
+ δ2
,
где:
– часть толщины, обеспечивающая достаточную прочность;
δ2
– часть толщины, обеспечивающая необходимую долговечность трубы.
Согласно ГОСТ 3845-75
,
где: Рр
– расчетное давление на прочность,
Рр
= 1,25 Р (Р – максимальное давление в соответствующе гидроли- нии;
σдоп
– допустимое напряжение, равное 40 % от временного сопротивле- ния разрыву; для наиболее распространенных сталей для труб σв
= 350-420 МПа;
δ2
– принять равным 1,0 мм, полагая, что скорость коррозии равна 0,2 мм/год, а срок службы установки – 5 лет.
м
Для напорных гидролиний
м
δр
=0,00009+0,001=0,00109, м
Для сливных гидролиний
м
δр
=0,00018+0,001=0,00118, м
По условиям механической прочности (случайные удары и т.п.) σ ≥ 2 мм. Окончательно внутренний диаметр труб d, наружный dн
и толщину δ выбирают по ГОСТ 8734-78. Наружный диаметр напорной линии принимаем равный 18 мм, толщина стенки 2 мм; сливной линии – 30´2 мм; всасывающей линии - 30´2 мм.
4.3 Потери давления в гидролиниях по длине
Расчет ведем при расходе, соответствующему номинальной подаче насоса.Скорость жидкости в гидролинии:.
Для напорных гидролиний
м/с
Для сливных гидролиний
м/с
Для всасывающих гидролиний
м/с
Потери давления по длине в участках гидролиний
,
где
λ – коэффициент Дарси, зависит от числа Рейнольдса;
,
=
Результаты расчета сведем в таблицу
Таблица 1. Потери давления в гидролиниях по длине
| d (диаметр) | (скорость) | Re | Длина | Потери | ||
| Напорн. | 0,014 | 3,09 | 1443 | 0,052 | 7 | 113802 |
| После раз. | 0,014 | 1,55 | 722 | 0,104 | 1 | 8129 |
| Слив | 0,026 | 1,79 | 1554 | 0,048 | 7 | 19134 |
| После раз. | 0,026 | 0,90 | 777 | 0,097 | 1 | 1367 |
| Всас | 0,026 | 0,90 | 777 | 0,097 | 0,1 | 137 |
4.4 Потери давления в местных сопротивлениях
Потери давления в коленах, тройниках и т.п. принимается равным (0,2-0,3)ΣΔРдл.
ΣΔРдл
= 113802+19134+137= 122067Па
ΔР=0,25*122067=30517Па
Для гидроаппаратов потери вычисляются исходя из условия автомодельности режима движения жидкости в аппарате.
,
где ΔРном
– номинальные (паспортные) значения перепада (потери) давленияв аппарате при номинальном (паспортном) расходе Qном
.
| Гидроаппарат | Потери, Па |
| Фильтр С41-21 | 4074 |
| Обратный клапан Г51-24 | 33259 |
| Ревер. Золотник Г74-24 | 24944 |
| Распределитель ПГ73-35А | 8148 |
| ДросельГ77-14 | 41574 |
4.5 Полные потери давления при расчетном расходе
ΔРп
= ΣΔРдл
+ ΣΔРм
.
Па
5. Сила давления жидкости на колено трубы
Определяем составляющие Rx
, Rz
и равнодействующую R сил давления в рабочей жидкости на колено трубы с закруглением 900
в месте наибольшего давления:
.
Для напорных гидролиний
Н
Н
6. Давление срабатывания предохранительного клапана
Выбирается из условия, что это давление должно быть большим на 25 % максимального расчетного в месте установки клапана.
МПа
7. Рабочие режимы насоса
Рабочие режимы насоса при закрывании и открывании задвижки определяем графически точками пересечения характеристик насоса Рн
= f(Q) и гидросети Рс
= f(Q) (рис. 2). Характеристику насоса строим по двум точкам – и .
л/мин
Характеристика гидросети растормаживании
Сопротивление гидролинии ответвления
Сопротивление гидролинии общего участка
Полное сопротивление гидролинии при растормаживании
Для построения характеристики составим таблицу.
Таблица 2
| Q, л/мин | P, Па |
| 0 | 1,61 |
| 5 | 1,62 |
| 10 | 1,64 |
| 15 | 1,67 |
| 20 | 1,72 |
| 25 | 1,79 |
| 30 | 1,86 |
| 35 | 1,96 |
| 40 | 2,06 |
Рисунок 2. Рабочий режим насоса
8. Мощность насоса
Мощность насоса при растормаживании
Nн.п
= РА
QA
/ηн
,
Вт
где: РА
,QA
- координаты точек рабочего режима (рис. 2);
ηн
– номинальный КПД насоса.
9. Проверка рабочего режима насоса на кавитацию
Условие бескавитационной работы:
Нвак. доп
≥ Нвак
,
где: Нвак. доп
– допустимая вакуумметрическая высота всасывания насоса (попаспорту);
Нвак
– вакуумметрическая высота всасывания гидролинии
,
где: Нв
– геометрическая высота всасывания, определяется условием бескавитационной работы насосов, чаще всего Нв
= - (0,1…0,2) м;
Нф
– потери напора в фильтре.
В том случае, если в паспорте насоса указана допустимая геометрическая высота всасывания насоса Ндсп
по условию бескавитационной работы должно быть Ндсп
≥ Нв
.
м
Т. е. условие соблюдается.
10. Эксплуатация и техника безопасности
Одним из важнейших требований, при эксплуатации гидропривода, является чистота рабочей жидкости, поэтому заливку нужно производить через фильтры.
Контроль уровня при заливке жидкости обычно осуществляется визуально с помощью уровнемера, встраиваемого в бак.
Для приводящего электродвигателя желательно сокращение времени пуска, так как при этом сокращается время протекания по его обмоткам пускового тока.
Для правильной эксплуатации гидропривода необходимо иметь график контроля и замены рабочей жидкости.
Выводы
Разработана гидравлическая схема гидропривода тормоза однобарабанной шахтной подъемной машины. Выбран насос шестерной насос типа ГП-24А; рабочая жидкость - масло индустриальное 45; приемный фильтр Г42-34; обратный клапан Г51-24; распределитель ПГ73-35А; дроссель типа Г77-14. Выбраны диаметры труб и рассчитаны потери давления в них. Рассчитана мощность насоса в рабочем режиме растормаживания.
Список источников
1. Методические указания к курсовой работе по гидроприводу / Сост.:
Заря А.Н., Яковлев В.М. – Донецк: ДПИ, 1990 г.
2. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник. – М.:
Машиностроение, 1988 г.
3. Стационарные установки шахт / Под общ. ред. Б.Ф.Братченко. – М.: Недра,
1977 г.
4. Ковалевский В.Ф., Железняков Н.Т., Бейлин Ю.Е. Справочник по гидроприводам горных машин. – М.: Недра, 1973 г