Расчет и выбор трубопроводов

Расчетный внутренний диаметр трубопроводов (d, м) находим по формуле

,

где Q - расход жидкости по трубопроводу,

Q = Q_H = 67/60000 = 0,0011 м³/с;

с - скорость движения жидкости, принимается равной: с=1м/с - для всасывающего трубопровода; с=2м/с - для сливного трубопровода; с=3м/с - для нагнетательного трубопровода. Тогда расчетные диаметры трубопроводов составят:

а) всасывающего

б) нагнетательного

в) сливного

По ГОСТ 8734-75 «Трубы стальные бесшовные холоднодеформируемые» принимаем:

а) для всасывающего трубопровода стальную трубу на давление до 2,5МПа с размерами: наружный диаметр d_н =45 мм, внутренний диаметр d_вн= 38 мм, толщина стенки s=3,5 мм;

б) для нагнетательного (при р до 20 МПа): d_н = 34 мм, d_вн = 22 мм, s = 6 мм;

в) для сливного (при р до 2,5 МПа): d_н= 32 мм, d_вн = 25 мм, s = 3,5 мм.

Расчет потерь давления в гидросистеме. Энергетические показатели

а) Потери давления в трубопроводах.

Режимы движения жидкостей в трубопроводах определяем по числу Рейнольдса (Re):

Re = cd/ν

В летнее время

Re_(л) = 4 · 0,0011/π · 116,5 · 10^-6 · 0,022² = 544;

движение ламинарное. Тогда коэффициент гидравлического сопротивления будет равен

λ_л = 75 / Re_(л) = 75 / 544 = 0,138.

В зимнее время

Re_(з) = 4 · 0,0011/π · 550 · 10^-6 · 0,022² = 116;

λ_з = 75 / Re_(з) = 75 / 116 = 0,647.

Потери давления на прямолинейных участках нагнетательных и сливных трубопроводов находим по формуле

При l_н=l_сл = 3м дня летних условий потери давления составят:

Суммарные потери в трубопроводах (летом)

Зимой эти величины по формуле (97) составят:

= 314300 Па; = 166122 Па;

Потери давления в гидроаппаратах (золотник, фильтр)

Суммарные потери давления в гидросистеме

В летнее время

В зимнее время

Для дальнейших расчетов принимаем , что соответствуют наиболее тяжелым условиям работы гидропривода в зимних условиях.

б) Энергетические показатели гидропривода. Выходная мощность моментного гидроцилиндра, равная мощности на его валу,

N_вых = М · ω = 50 000 · 0,209 = 10 450 Вт,

где М - момент на валу (М = 50000 Н·м); ω - угловая скорость вала (ω=0,209 1/с).

Входная мощность моментного гидроцилиндра

N_вх = N_вых / η_м = 10450 / 0,9 = 11 611 Вт,

где η_м - механический КПД гидроцилиндра; принято η_м = 0,9.

Необходимое давление рабочей жидкости на входе в гидроцилиндр р_вх= N_вх/Q= 11611 / 0,001117 = 10,395 · 10⁶Па (10,395 МПа)

где Q - средняя подача насоса, равная 67 л/мин (0,001117 м³/с).

Необходимое давление на выходе насоса (в зимний период)

,

где р_вх - давление на входе в гидроцилиндр, Па; - сумма потерь давления в золотнике и фильтре, Па,

р_н= 10,395 + 0,787 = 11,182 МПа.

Мощность приводного двигателя насоса, необходимая в начальный момент поворота штыря в монолите анода.

N_д = p_н · Q/η_о = 11,182 · 10⁶· 0,0011/(0,94·100) = 13 кВт.

Поскольку график изменения необходимого крутящего момента в зависимости от угла поворота штанги будет представлять падающую кривую, то средняя мощность привода поворота штанги не будет превышать 50% мощности в начальный момент. Поэтому выбранный электродвигатель мощностью 11 кВт обеспечит необходимые показатели гидропривода.

Пример поверочного расчета гидроцилиндра рукояти экскаватора hundai

Гидроцилиндр закреплен шарнирно с помощью проушин на штоке и задней головке. Зазоры в подвижных соединениях шток - букса и поршень - цилиндр приводят к перекосу продольных осей штока и цилиндра при эксцентричном приложении нагрузки из-за трения в опорах проушин (рис. 6.11).

Поверочный расчет гидроцилиндра рукояти экскаватора на прочность выполнен в соответствии с ОСТ 24.070.11 и заключается в определении результирующих напряжений и запасов прочности в принятых расчетных сечениях цилиндра и штока и сравнении их с допускаемыми запасами [12].

Рисунок 6.11 - К расчёту гидроцилиндра рукояти экскаватора с шарнирными опорами: а - размеры гидроцилиндра; б - расчетная схема

Исходные данные для расчета приведены ниже:

Длина цилиндра (ход штока) 1, мм Внутренний диаметр цилиндра d1B, м Наружный диаметр цилиндра d1H, м Модуль упругости материала Е, Па Коэффициенты трения в опорах µ1, µ2, µ Давление рабочей жидкости р, Па Твердость материала цилиндра (Сталь 20) Нв Твердость материала штока Нв Предел текучести материала цилиндра σт, МПа Предел текучести материала штока σт, МПа Размер «а» (рис. 1.37, а), м Толщина стенки цилиндра δ1, м Диаметры отверстий проушин D, D1 D2, м Диаметр штока d2н, м Длина штока l, м

0,170 0,200 2·1011 0,15 38,0·106 0,300 0,015 0,110 0,120 1,75

Расчет гидроцилиндра.Наибольшее движущее усилие при подаче жидкости в бесштоковую полость гидроцилиндра

Угол перекоса между осями цилиндра и штока

Радиусы кругов трения

Площадь сечения штока

Момент инерции сечения штока

J₂ = 0,05d⁴_2H =1,0368·10^-5 м⁴.

Момент сопротивления штока

W₂ = 2·J₂ /d_2H = 2·1,0368·10^-5/0,12 = 1,728·10^-4 м³.

Момент инерции сечения цилиндра

J₁ = 0,05(d⁴_1H – d⁴_1B) = 0,05(0,2⁴ - 0,17⁴) = 3,824·10^-5 м⁴.

Момент сопротивления цилиндра:

а) относительно наружной поверхности

W_1H = 2J₁/d_1H = 2 · 3,824 · 10^-5/0,2 = 3,824 · 10^-4 м³;

б) относительно внутренней поверхности

W_1В = 2J₁/d_1В = 2 · 3,824 · 10^-5/0,170 = 4,499 · 10^-4 м³;

Коэффициенты нагруженности цилиндра (в₁) и штока (в₂):

Тригонометрические величины:

Промежуточные величины:

Постоянные интегрирования:

Расстояния, определяющие положение наибольших прогибов находят по формулам:

м

м

Если полученные значения x₁>l₁ (или x₂>l₂), то наибольшие прогибы возникают на концах первого и второго участков. В этом случае принимают x₁=l₁ (или x₂=l₂). В нашем случае принимаем x₁=l₁=1,75 м. Расчетные прогибы определяют по формулам

Расчет на прочность при рабочем давлении в цилиндре. Напряжения изгиба в наружной и внутренней поверхностях цилиндра от продольной силы находят по формулам:

а) в наружной поверхности

б) во внутренней поверхности

Напряжения в наружной и внутренней поверхностях цилиндра от внутреннего давления жидкости определяют следующим образом:

а) в наружной поверхности

б) во внутренней поверхности

Результирующие напряжения в цилиндре рассчитывают по формулам:

а) в наружной поверхности стенки

б) на внутренней поверхности стенки на растянутом волокне

в) на сжатом волокне

Напряжения в штоке определяют по формулам:

а) изгиба

б) сжатия

в) результирующие

Запас прочности стенок цилиндра

где σ_Э1В = 277164276 Па - наибольшее значение из , , - предел текучести для стали 20 (ГОСТ 1050-88).

В соответствии с ОСТ 24.070.11 «Поверочный расчет гидравлических цилиндров на прочность» запас прочности цилиндра ( ) должен быть не менее

Следовательно, толщина стенки гидроцилиндра рукояти по условиям прочности является недостаточной.

Решающим фактором возникновения запредельных напряжений в стенках гидроцилиндра является высокое давление в гидросистеме (до 38 МПа - без учета гидравлических ударов).

Расчет цилиндров на упругую устойчивость выполняется с использованием дополнительных графиков по методике приведенной в работе [12].

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА

Основная цель выполнения курсового проекта по гидроприводу – овладение его структурой, методикой расчета всех его элементов, закрепление навыков выбора машин и аппаратуры, работа с учебной и справочной литературой, усвоение правил составления пояснительной записки. При выполнении графической части познается устройство гидравлической машины в целом и ее отдельных элементов, конкретизируются знания по машиностроительному черчению.

Пояснительная записка – содержит схему гидропривода и описание его работы, расчет основных его параметров, обоснование и выбор его узлов и элементов. Она выполняется согласно ЕСКД на листах писчей бумаги форматом А4 (297х210мм), которые сшиваются в брошюру. Порядок расположения листов в пояснительной записке следующий:

-титульный лист (1-я страница);

-содержание (2-я страница);

-задание (3-я страница);

-схема гидропривода и подробное описание его работы в разных режимах;

-расчет элементов гидропривода; выбор силовых агрегатов и устройств управления с указанием их основных технических характеристик;

-расчет энергетических показателей гидропривода;

-список использованной литературы.

Графическая часть курсового проекта - состоит из одного листа формата А1 или А2, на котором изображается общий вид и необходимые разрезы с основными размерами и посадками одного из элементов гидропривода: насоса, гидромотора, поворотного (моментного) гидроцилиндра, мультипликатора, гидроцилиндра. Для отыскания прототипов этих элементов рекомендуется следующая литература: для насосов – [17, 4, 6, 15, 13], для гидромоторов - [17, 16, 13, 15, 18], для поворотных (моментных) гидроцилиндров – [1, 6, 20, 23], мультипликаторов и гидроцилиндров - [14, 16, 13, 17,].

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Задание курсового проекта определяется номером задания (I, II, III и т. д.) и номером варианта этого задания (1, 2, 3и т. д.). Номера заданий и их вариантов определяются по начальным буквам фамилии и имени студентов (табл. П1.). Например, студент Петров Вячеслав Тихонович выполняет задание, шифр которого УI -3. Ниже на страницах - приведены схемы 7и заданий с вариантами исходных данных в каждом задании.

Таблица П1- Выбор заданий и вариантов курсового проекта

Номера заданий

Номера вариантов

I

II

III

IV

V

VI

VII

Начальные буквы фамилии

Начальные буквы имен

А Д О Х

Б Е Л Э

В З М Ю

Г К У Я

Ж Н Ф Р

И П Ч Ш

С Т Ц Щ

А З Х

Б У Р

В Л Т

Г Н Ц

Д М Ч

Е Ш Ы

И П Щ

К Ф Э

Ж О Я

С Ю

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА