Министерство образования и науки Украины
Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
Кафедра теоретической механики и гидравлики
Расчетно-графическая работа
Проектирование следящего гидропривода
Выполнил студент гр. А – 31
Митасов В.В.
Проверил доц. Кащенко А.А.
Харьков 2011
Цель расчетно-графической работы – закрепить и углубить знания по курсу «Гидравлика, гидропривод и гидропневмоавтоматика», а также выработать у студентов навыки инженерных расчетов гидропривода, в том числе следящего.
К расчету гидропривода необходимо приступить только после проработки теоретического материала в соответствии с программой курса.
Задача расчета гидропривода – нахождение рабочей точки с последующим построением статической характеристики гидроусилителя.
Метод расчета – графоаналитический с использованием традиционных способов.
Расчет гидропривода выполняется в два этапа:
-
Этап предварительного расчета, предусматривающий выбор основных параметров гидропривода.
-
Этап окончательного расчета, предусматривающий определение потерь давления и производительности, построение характеристики гидросистемы и гидронасоса, установление рабочей точки насоса, проверка пригодности выборных параметров гидропривода с последующим построением статической характеристики гидроусилителя
При расчете гидропривод рассматривается как один « замкнутый трубопровод», в котором расход жидкости создается насосом, а гидроусилитель - особое местное сопротивление, включенные в трубопровод и вызывающие падение давления.
Приведем исходные данные в таблице 1
Таблица 1. Исходные данные
|
Наименование параметра |
Обозначение |
Величина |
Размер |
Примечание |
1 |
Предполагаемый насос |
Расчетный |
|||
2 |
Нагрузка |
R |
40 |
кН |
|
3 |
Тип цилиндра по штоку |
Двухсторонний шток |
|||
4 |
Полость нагнетания цилиндра |
Штоковая слева |
|||
5 |
Подвижной элемент гидроусилителя |
Шток |
|||
6 |
Максимальный ход плунжера золотника |
b |
0,88 |
мм |
|
7 |
Диаметр плунжера золотника |
a |
3,6 |
мм |
|
8 |
Длина рабочего хода штока |
0,18 |
м |
|
|
9 |
Время выполнение операции |
t |
9 |
с |
|
10 |
Частота вращения вала насоса |
n |
1300 |
об/мин |
|
11 |
Температура рабочей жидкости |
tр.ж |
65 |
С |
|
12 |
Длина всасывающей магистрали |
lвс. |
0,8 |
м |
|
13 |
Длина нагнетающей магистрали |
lнаг |
3,0 |
м |
|
14 |
Длина сливной магистрали |
lсл |
2,8 |
м |
|
15 |
Избыточное давление в гидробаке |
100 |
кПа |
|
|
16 |
Коэффициенты местного сопротивления |
||||
|
Всасывающая магистраль |
ξс |
0,26 |
|
|
|
Обратный клапан |
ξо.к |
2,4 |
|
|
|
Колена в нагнетательной магистрали |
ξк.н |
0,9 |
|
5 |
|
Колена в сливной магистрали |
ξк.сл |
0,4 |
|
2 |
|
Предохранительный клапан |
ξп.к |
2,4 |
|
|
|
Фильтра |
ξф |
0,84 |
|
|
|
Тройника |
ξтр |
0,7 |
|
|
|
Проходного сечения золотника |
ξр.з |
0,5 |
|
|
Рисунок 1. Расчетная схема следящего гидропривода
1-гидробак, 2 – фильтрующая сетка, 3 – всасывающий трубопровод, 4 – гидронасос с электродвигателем, 5 – обратный клапан, 6 – тройник, 7 – предохранительный клапан, 8 – нагнетающий трубопровод, 9 – гидроусилитель, 10 – передние колеса автомобиля с механизмом управления, 11 – рулевое колесо системы управления передних колес автомобиля, 12 - -сливной трубопровод, 13 – фильтр с предохранительным клапаном, R –усилие на штоке, - давление полости слива, - давление в полости нагнетания, - давление входа жидкости в гидроусилитель, - давление выхода жидкости из гидроусилителя, - избыточное давление в гидробаке
Этап предварительного расчета
1.Выбор рабочего давления, давления во всасывающей и сливной магистрали. Выбор рабочей жидкости.
Величина максимального рабочего давления в системе определяется тем давлением, при котором надежно работают выпускаемые промышленностью отдельные элементы гидропривода: насосы, трубопроводы и присоединительная аппаратура, уплотнения, распределительные и исполнительные устройства, а система в целом имеет минимум веса. В связи с этим рекомендуется выбирать рабочие давление в системе не выше 32 МПа, а давление в сливной магистрали в пределах 0,1…0,6 МПа.
Рабочее давление () в цилиндре гидроусилителя выбирается по усилию на штоке согласно данным, приведенным в таблице 2 для силовых цилиндров.
Таблица 2 Ряд номинальных давлений в гидроцилиндрах (ГОСТ 6540-68, 12445-80) и соотношения в них для некоторых параметров.
Параметр |
Величина |
||||||||||||||||
Усилие на штоке R, кН |
до 10-12 |
12-30 |
30-60 |
60-100 |
свыше 100 |
||||||||||||
Давление в цилиндре р, МПа |
0,63 |
1,0 |
1,6 |
2,5 (5) |
6,3 |
10 |
16 |
20 |
25 |
32 |
40 |
50 |
63 |
||||
Диаметр штока, dшт |
(0,5…0,7)Dц |
Из таблицы следует
После этого определяем рабочее давление в системе, которое учитывает потери давления во всасывающей, нагнетающей и сливной магистралях.
Учитываемые потери составляют от величины давления создаваемого насосом.
Определим потери во всасывающей, нагнетающей и сливной магистралях.
Потери в сливной магистрали определяем как остаточные потери
Где потери в нагнетающей магистрали
потери во всасывающей магистрали
потери в сливной магистрали и гидробаке
потери только в сливной магистрали
Давление на входе в гидроусилитель определяется величиной выбранного давления насоса с учетом потерь давления в нагнетающей магистрали в пределах от давления, создаваемого насосом.
Давление на выходе из гидроусилителя принимается равным давлению в сливной магистрали с учетом избыточного давления в гидробаке
Рабочую жидкость выбирают в зависимости от температурных условий, режима работы гидропривода и его номинального давления с целью обеспечения заданного ресурса и герметичности. Целесообразно применять минеральные масла с кинематической вязкостью (20…40)10-6 м2/с при давлениях до 7 МПа и (40…110) 10-6 м2/с при давлениях более 7 МПа с параметрами, приведенными в таблице 3
Таблица 3 - Минеральные масла, применяемые в гидроприводах
Наименование масла |
Температура застывания t₃, ⁰С |
Рабочая температура tр.ж,⁰С |
Плотность, ρ,кг/м³ |
Вязкость,ν₅₀,м²/c |
Индустриальное И-20А (ГОСТ 20799-75) |
-15 |
70 |
890 |
|
И-30А |
-15 |
70 |
900 |
(28…33) |
И-40А |
-15 |
70 |
910 |
(35…45) |
И-50А |
-20 |
70 |
910 |
(47...55) |
И-70А |
-10 |
70 |
910 |
(65…75) |
И-100А |
-10 |
70 |
910 |
(90…118) |
Турбинное 22 (ГОСТ32-74) |
-15 |
70 |
900 |
(20…23) |
30 |
-10 |
70 |
900 |
(28…32) |
46 |
-10 |
70 |
920 |
(44…48) |
57 |
|
70 |
930 |
(55…59) |
Цилиндровое 24 (ГОСТ1841-51) |
|
70 |
900 |
(20…28) |
38(ГОСТ6411-52) |
+17 |
70 |
900 |
(32…44) |
52 |
-5 |
70 |
900 |
(44…64) |
Трансформаторное (ГОСТ982-68) |
-45 |
70 |
884 |
9.6. |
Веретённое АУ (ГОСТ1642-50) |
-45 |
70 |
888-896 |
(12…14) |
АМГ-10(ГОСТ6794-53) |
-70 |
70 |
850 |
10. |
Из конструктивных соображений выбираем рабочую жидкость И-100А