123823 (Проектирование гидропривода)

Введение

Под гидроприводом понимают совокупность устройств (в число которых входит один или несколько объёмных гидродвигателей), предназначенную для приведение в движение механизмов и машин посредствам рабочей жидкости под давлением. В качестве рабочей жидкости в станочных гидроприводах используется минеральное масло.

Широкое использование гидроприводов определяется рядом их существенных преимуществ перед другими типами приводов и, прежде всего возможностью получения больших усилий и мощностей при ограниченных размерах гидродвигателей. Гидроприводы обеспечивают широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости (при условии хорошей плавности движения), возможность работы в динамических режимах с требуемым качеством переходных процессов, защиты системы от перегрузки и точный контроль действующих усилий. С помощью гидроцилиндров удаётся получить прямолинейное движение без кинематических преобразований, а также обеспечить определённое соотношение скоростей прямого и обратного ходов.

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, имеющий 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 поддаётся модернизации, состоит, главным образом, из унифицированных изделий, серийно выпускаемых специализированными заводами. К основным преимуществам гидропривода следует отнести также достаточно высокое значение КПД, повышенную жёсткость и долговечность.

Гидроприводы имеют и недостатки, которые ограничивают их использование. Это потери на трение и утечки, снижающие КПД гидропривода и вызывающие разогрев рабочей жидкости. Внутренние утечки через зазоры подвижных элементов в допустимых пределах полезны, поскольку улучшают условия смазывания и теплоотвода, в то время как наружные утечки приводят к повышенному расходу масла, загрязнению гидросистемы и рабочего места. Необходимость применения фильтров тонкой очистки для обеспечения надёжности гидроприводов повышает стоимость последних и усложняет техническое обслуживание. Работоспособность резко снижается при попадании воздуха и воды в минеральное масло. Изменение вязкости масла при его разогреве приводит к изменению скорости движения рабочих органов. Узлы гидропривода весьма трудоёмки в изготовлении. В связи с наличием внутренних утечек затруднена точная координация движения гидродвигателей.

Краткий анализ приводов различного типа применительно к конкретным условиям, позволяет выбрать оптимальность технического применения. Применение промежуточного энергоносителя (масло) целесообразно лишь в тех случаях, когда преимущество гидропривода имеет решающие значение. Если привод может быть успешно реализован средствами гидравлики или электрики, предпочтение должно быть отдано последней.

При правильном конструировании, изготовлении и эксплуатации гидроприводов их недостатки могут быть сведены к минимуму. Для этого нужно хорошо знать унифицированные узлы гидропривода, централизованно изготавливаемые специализированными заводами, а так же типовые узлы специального назначения.

1. Принцип работы

Гидропривод предназначен для управления гидроцилиндрами, подвода протяжки и рабочего хода.

Регулятор расхода обеспечивает скоростное изменение движения штока.

1. Подвод протяжки.

Включен электромагнит 6э. Масло от лопастного насоса Н1 через фильтры Ф1, Ф2 гидрораспределитель Р3 нагнетается в бесштоковую полость вспомогательного цилиндра. Из штоковой полости масло вытесняется и идет на слив.

В конце подвода протяжки срабатывает конечный выключатель 5 пв, который дает команду на включение электромагнитов Iэ, IIIэ, и выключения электромагнита 6э.

2. Настроенный рабочий ход.

Производительность поршневого насоса будет соответствовать настроенному рабочему ходу. Масло нагнетается в штоковую полость рабочего цилиндра. Из бесштоковой полости масло поступает во всасывающую линию насоса. Излишки масла (разность объемов без- и штоковой полости) сливаются через подпорный клапан насоса, который обеспечивает необходимый подпор в обратной полости рабочего цилиндра.

При, входе калибрирующих зубьев протяжки в обрабатываемую деталь срабатывает конечный выключатель 3 пв, который дает команду на отключение электромагнита IIIэ.

3. Замедленный рабочий ход.

Производительность насоса уменьшиться, следовательно, уменьшиться скорость резанья.

В конце рабочего хода срабатывает конечный выключатель 1 пв, который дает команду на отключение электромагнита Iэ. Происходит останов станка.

4. Настроенный обратный ход.

Принажатой кнопке управления, включается электромагнит IIэ. Масло нагнетается в бесштоковую полость рабочего цилиндра.

Из штоковой полости масло через обратный клапан ОК2 вытесняется в бесштоковую полость. Так как давление в обеих полостях одинаково, а площадь поршня в бесштоковой полости больше, следовательно, поршень будет перемещаться влево

Принципиальная гидравлическая схема

2. Специальная часть

2.1 Исходные данные

Нагрузка на штоке

Длина хода поршня

Скорость хода поршня

Перепад температур

2.2 Ориентировочно-энергетический расчет

1. Ориентировочно находим полезную мощность:

2. Ориентировочно находим затраченную мощность:

Принимаем:

КПД насоса ;

КПД гидросистемы ;

КПД цилиндра

2.3 Выбор рабочей жидкости

На состояние рабочей жидкости, прежде всего, влияет широкий диапазон рабочих температур, а также наличие больших скоростей и высоких давлений. Существенное значение при выборе рабочей жидкости имеет:

• Вязкость, свойство, определяющее сопротивление жидкости относительному перемещению её слоёв.

• Сжимаемость, характеризуется объёмным модулем упругости.

• Температура вспышки – это такая критическая температура, при которой происходит самовоспламенение газовых выделений при соприкосновении их с воздухом.

• Температура застывания – это температура, при которой масло теряет своей текучести.

К рабочим жидкостям гидропривода предъявляют следующие требования:

1. Хорошие смазывающие свойства, которые связаны с прочностью масляной плёнки и способностью противостоять разрыву. Рабочая жидкость должна предупреждать контактирование и схватывание металла, т.е. обладать противозадирными и противоизносными свойствами.

2. Стабильность свойств в процессе эксплуатации – это способность сохранять свой свойства при работе.

3. Антипенные свойства характеризуют способность жидкости выделять воздух или другие газы без образования пены.

4. Стойкость жидкости к образованию эмульсии. Характеризуется способностью жидкости расслаиваться или отделять попавшую в неё воду.

5. Антиокислительная стабильность – определяет долговечность работы масла в гидроприводе.

6. Низкая стоимость и не дефицитность.

Таким образом, рабочая жидкость станочных гидроприводов должны быть присущи: хорошие смазочные свойства, малое изменение вязкости при изменении температуры, большой модуль упругости, высокую стабильность против окисления, сопротивление вспениванию, малая плотность, совместимость с материалами гидросистемы, малая способность к растворению воздуха, хорошая тепло проводимость, возможно меньший коэффициент теплового расширения, незначительная взаимная растворимость с водой, большая удельная теплоёмкость, не токсичность и отсутствие резкого запаха, прозрачность и наличие характерной окраски.

Преимущественное применение в станочных гидроприводах должны иметь масла серии И, которые изготовлены из нефти, подвергнутых глубокой селективной очистке, содержат антиокислительную, противоизносную, антикоррозийную и противопенную присадки. В связи с этим предлагаю для данного гидропривода масло И-18 ГОСТ 16728–78.

Рисунок 2

Зависимость вязкости масла И-18 от температуры

2.4 Определение геометрических размеров и параметров Г.Ц.

1. ; Принимаем:

2. Нахождение диаметра поршня гидроцилиндра:

По ГОСТ 12447–80, принимаю Д=110 мм

3. Определение диаметра штока:

4. Определение номинального расхода Г.П.:

По найденным параметрам потока выбираем гидравлическое оборудование.

2.5 Выбор гидравлического оборудования

Насос пластинчатый нерегулируемый, тип: Г12–33М.

F=0,13м2

Рисунок 3

Гидрораспределитель 4/3 с электрогидравлическим управлением, тип: B16.

F=0,13м2

Рисунок 4

Обратный клапан, тип: Г51–34

F=0,13м2

Рисунок 5

Предохранительный клапан непрямого действия, тип:

F=0,13м2

Рисунок 6

Фильтр напорный, тип: 2ФГМ32–10К.

Рисунок 7

2.6 Расчет энергетических потерь

На всасывании:

;