Введение (стр. 3 )

Рисунок 16 – Гидромотор

Обозначение гидромотора на схемах и параметры, характеризующие его работу, приведены на рисунке 16,

где и – параметры потока рабочей жидкости на входе в гидромотор;

и – параметры потока рабочей жидкости на выходе из гидромотора;

– момент сопротивления на валу гидромотора, как правило, направлен против вращения; – частота вращения вала гидромотора.

При расчете гидромотора можно использовать следующие формулы:

(13)

, (14)

где – рабочий объем гидромотора;

– расход рабочей жидкости через гидромотор;

механический к. п.д. гидромотора, значение которого в рабочем диапазоне скоростей и нагрузок может быть принято постоянным;

– объемный к. п.д. гидромотора, который при известном перепаде давления определяется по формуле

, (15)

где – коэффициент объемных потерь в гидромоторе.

Для гидромоторов с достаточной степенью точности можно считать, что .

2.2.4 Расчёт характеристик сложного трубопровода с разветвлённым
участком и двумя гидромоторами

Как уже отмечалось, эквивалентная схема гидропривода подъёмного механизма представляет собой сложный трубопровод, состоящий из 4-х простых трубопроводов, причём 2-й и 3-й включены параллельно между 1-м и 4-м трубопроводами.

На основании эквивалентной схемы (см. рис. 11) уравнения характеристик простых трубопроводов можно представить в виде:

– для 1-го участка и с учётом (5) и (8)

, (16)

для построения этой характеристики при ручном счёте удобно это уравнение представить в виде , где . кг/м7;

– для 2-го участка с учётом ламинарного режима течения потери на трение определяем по формуле (7), а потери в гидромоторе по формуле (13)

, (17)

при ручном счёте это уравнение представляется в виде ,

где ,

;

– для 3-го участка с ламинарным течением – аналогично (17)

, (18)

при ручном счёте это уравнение представляется в виде ,

где с учётом ,

;

– для 4-го участка с учётом (6) и (8)

, (19)

или , где .

Заметим, что участки 1 и 4 включены последовательно, поэтому для них можно написать общее уравнение , построить характеристику

, (20)

и не проводить в дальнейшем их графического сложения.

В этом выражении

Поскольку характеристики 2-го и 3-го участков линейны, для их построения достаточно двух точек, например, при и .

Для построения нелинейной характеристики рекомендуется определить 5–6 точек, задаваясь произвольными значениями , в интервале . Окончательные результаты расчетов заносим в таблицу 8.

Таблица 8 – Результаты расчёта потерь давления в функции от расхода

, м3/с	0	0,2.10– 3	0,3.10– 3	0,4.10– 3	0,5.10– 3	0,6.10– 3
, МПа	2,99				4,27
, МПа	2,86				4,12
, МПа	0	0,51	1,14	2,03	3,18	4,57

По данным таблицы 8 на графике (рис. 17) строим характеристики , и . Характеристики участков 2 и 3, описываемые уравнениями (17) и (18), имеют вид прямых линий; суммарная характеристика 1-го и 4-го участков , описываемая уравнением (20), имеет криволинейные вид (см. рис. 17).

Рисунок 17 – Характеристики 2-го, 3-го и совместная 1-го и 4-го участков

Затем по правилам графического сложения характеристик параллельных участков 2 и 3 (складываются абсциссы точек потерь давления Dр = f(Q) обоих участков, взятых при одной и той же ординате, иными словами, складываются кривые потерь давления обоих участков по горизонтали) получаем суммарную характеристику участков 2 и 3 (ломаная линия LMN – на рисунке 18). Заметим, что при сложении прямых, достаточно провести сложение по двум точкам.

Данную зависимость можно получить аналитически. Участок LM ломаной линии совпадает с отрезком характеристики . Давление в точке соответствует давлению на характеристике при нулевом расходе .

Объёмный расход в точке определится их уравнения характеристики (18) при давлении

.

Для построения участка выбираем на ней произвольную точку с давлением . Для этого давления находим объёмные расходы:

– для характеристик второго участка , ;

– для характеристик третьего участка , .

– для суммарной характеристики второго и третьего участков

, .

Из подобия треугольников находится уравнение линии суммарной характеристики второго и третьего участков

.

Суммарная характеристика второго и третьего участков – ломаная линия – определяется из условия

(21)

Далее проводим графическое сложение полученной характеристики (ломаная линия ) с характеристикой (20) по оси давлений и в результате получаем суммарную характеристику всего сложного трубопровода – линия (рис. 18):

. (22)

2.2.5 Расчёт основных параметров гидропривода

Пересечение полученной характеристики (22) сложного трубопровода с характеристикой насосной установки (4) определяет рабочую точку гидросистемы (точка на рисунке 17).

Координаты точки можно определить также путём решения системы равнений (4) и (22) для характеристик. Для её решения в системе Mathcad необходимо задать начальные значения искомых величин:

,

а затем записать само решение в виде Given-Find

м3/с

Па.

Итак, координаты рабочей точки гидросистемы:

, .

Поскольку рабочая точка лежит на участке , то, согласно принципу работы регулируемого насоса с регулятором подачи, рабочая характеристика насоса изменяется и протекает по линии (см. рис. 18), параллельной линии. С изменением рабочего объёма насоса соответственно изменяется и его теоретическая подача, которая будет равна . Для определения необходимо провести линию, параллельную линии до пересечения с осью абсцисс.

Это же можно сделать расчётным путём, если вычислить расход для точки пересечения горизонтали, проходящей через точку , с линией (1) (в этом случае отрезки и будут равны):

, ;

Рисунок 18 – Графики, полученные по результатам расчета

,

Потребляемую гидроприводом мощность определим по формуле для регулируемого насоса

.

Для ответа на вопросы о скорости подъема грузов и коэффициенте полезного действия гидропривода, необходимо найти частоту вращения вала каждого гидромотора, т. е. найти значения расходов и в простых трубопроводах 2 и 3.

При этом исходят из того, что если графически построена зависимость то по одной из известных координат легко находится другая.

Опустив вертикаль из точки , соответствующую подаче насосной установки , находим точку пересечения этой вертикали с кривой и, следовательно, потерю давления на параллельных участках . Давление в точке определяется уравнением характеристики при расходе : , .

Проведя горизонталь через точку , соответствующую потерям давления , находим точки пересечения этой прямой с зависимостями и (соответственно точки и ). Опустив вертикали из точек и , находим соответственно расходы.

Эти же расходы, но более точно можно найти, используя систему Mathcad, позволяющую отыскивать значения аргумента по заданному значению функции:

– задаём начальные приближения , ;

– решение , , ;

, , .

По известным расходам и с учетом передаточного отношения механического редуктора и размеров шкива определяем скорости подъема левого и правого грузов. Из кинематики механизма подъема , где .

Тогда, подставив соответствующие значения, получим:

;

.

Полезная мощность, развиваемая гидроприводом, складывается из мощностей, затрачиваемых на подъем грузов,

.

Коэффициент полезного действия гидропривода равен

.

Приложение А

Дополнительные сведения к курсовой работе по гидроприводу

А.1 Построение характеристики насосной установки с предохранительным клапаном

В настоящее время в большинстве случаев в качестве гидравлических приводов машин используют объемные гидроприводы, в которых источником энергии рабочей жидкости является нерегулируемый или регулируемый объемный насос [2].

Нерегулируемые объемные насосы, как правило, работают совместно с предохранительными или переливными клапанами, а регулируемые – с регуляторами подачи. Совокупность насоса с клапаном и насоса с регулятором принято называть насосной установкой. Поэтому характеристика , использующаяся в расчете, фактически является характеристикой насосной установки.

В 1-м примере выполнения курсовой работы рассматривается построение характеристики объёмного насоса с переливным клапаном, а во 2-м – регулируемого объёмного насоса с регулятором; ниже рассматривается построение характеристики объёмного насоса с предохранительным клапаном.

Объемный насос с предохранительным клапаном. На рисунке А.1 представлены схема и характеристика насосной установки с предохранительным клапаном.

1 – Насос с предохранительным клапаном

Предохранительный и переливной клапаны объединяются под общим названием – напорные клапаны. Принцип работы этих клапанов одинаков, но они различаются по конструкции из-за разных задач стоящих перед ними. Переливные клапаны работают непрерывно, поддерживая заданное давление. Предохранительные клапаны должны срабатывать в критической ситуации при превышении давления выше предельно допустимого. Поэтому главное требование к ним – надежность срабатывания.

На рисунке А.2 приведены две конструктивные схемы напорных клапанов:

а – шариковый, б – плунжерный.

Принцип работы обоих клапанов одинаков: если подводимое к ним давление превысит расчетную величину, то запорно-регулирующий элемент 1 сожмет пружину 2 и произойдет "сброс" давления на слив (рсл).

2 – Напорные клапаны

Если клапан предохранительный, то он срабатывает только в аварийных ситуациях, а при нормальной работе закрыт, т. е. и подача насосной установки . Следовательно, характеристика насосной установки совпадает с характеристикой объемного насоса (рис. А.1 а).

Поскольку эта характеристика практически линейна, ее можно построить по двум точкам (рис. А.1 б):

– первая точка – точка А, соответствующая теоретической подаче насоса, которая определяется по формуле

, (А.1)

где: – рабочий объем насоса; – частота вращения вала насоса;

– координаты второй точки определяются по величине объемного кпд насоса , заданного при определенном давлении ,

, (А.2)

где – объемный кпд насоса при .

Величина по условию задачи может быть задана не в явном виде, а коэффициентом объемных утечек в насосе , который используется в следующей формуле

. (А.3)

Для получения координат точки при этом, в формулу (А.3) подставляют произвольно выбранное давления р и определяют при этом давлении, а затем используют его значение для расчета соответствующей величины по формуле (А.2).

А.2 Мощность, потребляемая насосной установкой

Пересечение характеристики трубопровода с характеристикой насосной установки называется рабочей точкой. Нахождение путем графического построения рабочей точки, позволяет прежде всего определить мощность, потребляемую насосом (насосной установкой) .

Характеристика насосной установки, состоящей из нерегулируемого насоса и предохранительного клапана, в условиях нормальной работы полностью совпадает с характеристикой насоса (см. раздел А.1) и поэтому в случае работы насоса без перегрузки рабочая точка гидросистемы будет лежать на этой линии (точка R на рисунке А.3 а), т. е. всегда подача насосной установки .

3 – Характеристики насосных установок с нерегулируемым насосом

Так как в общем случае, без учета потерь во всасывающем трубопроводе

,

где – объемный кпд насоса при ; – механический кпд насоса,

то при формула, определяющая мощность, потребляемую насосной установкой, для данного случая будет иметь вид

. (А.4)

Для насосной установки, состоящей из нерегулируемого насоса и переливного клапана (см. раздел 2.1), рабочая точка может располагаться либо на участке А-В характеристики насосной установки, либо на участке В-С (см. рис. А.3 б).

Если рабочая точка R располагается на участке А-В, совпадающем с характеристикой насоса, то задача определения потребляемой мощности аналогична рассмотренному выше случаю и при расчете используется формула (А.4).

Если рабочая точка R' располагается на участке В-С, то следует иметь в виду, что подача самого насоса соответствует точке D (см. рис. А.3 б) и равна

,

где – расход через переливной клапан.

Очевидно, что в этом случае также определяется по формуле (А.4). Для насосной установки, состоящей из регулируемого насоса и регулятора подачи (см. раздел 2.2), рабочая точка гидросистемы также может располагаться либо на участке А-В характеристики насосной установки, либо на участке В-С (см. рис. А.4).

Если рабочая точка лежит на участке А-В, то по аналогии со случаями, рассмотренными выше, .

Если же рабочая точка лежит на участке В-С, то согласно принципу работы регулируемого насоса с регулятором подачи при происходит изменении рабочего объема насоса и соответственно изменяется его теоретическая подача, которая при давлении будет равна (см. рис. А.4), т. е. приимеем новую характеристику насоса, соответствующую линии . При этом линии и А-В параллельны, так как при изменении рабочего объема регулируемого объемного насоса объемные потери в нем при равных давлениях можно считать одинаковыми [1].

4 – Характеристика насосной установки с регулируемым насосом

Тогда ,

где значение можно найти, проведя из точки линию, параллельную линии А-В до пересечения с осью абсцисс (точка ).

А.3 Гидроцилиндр с односторонним штоком

В схему любого объемного гидропривода входит гидродвигатель – устройство, преобразующее энергию потока рабочей жидкости в механическую работу на его выходном звене.

При гидравлическом расчете гидродвигатель рекомендуется рассматривать как некоторое специальное местное гидравлическое сопротивление, в котором потери давления идут на совершение полезной работы – перемещение выходного звена, преодолевающего внешнюю нагрузку.

Самыми распространенными гидродвигателями являются гидромотор, в котором выходное звено совершает вращательное движение, и гидроцилиндр – гидродвигатель с возвратно-поступательным движением выходного звена. В разделе 2.2 рассматривается расчёт параметров гидромотора, а в разделе 2.1 – гидроцилиндра, включенного по схеме на рисунке А.5 а; ниже даны некоторые особенности расчёта гидроцилиндра с односторонним штоком.

Самым распространенным типом гидроцилиндра является гидроцилиндр с односторонним штоком, два варианта схемы включения которого представлены на рисунке А.5.

5 – Гидроцилиндр с односторонним штоком

Для гидроцилиндра, включенного по схеме на рисунке А.5 а, с достаточной степенью точности при расчете потери давления, идущей на совершение полезной работы, можно использовать формулу (14):

, (А5)

где – диаметр гидроцилиндра; – механический кпд гидроцилиндра.

Скорость поршня вычисляется по формуле

.

Для схемы на рисунке А.5 б

, (А6)

.

В расчете принимается объемный кпд гидроцилиндра , так как объемные потери в гидроцилиндрах практически отсутствуют, а механический в рабочем диапазоне скоростей и нагрузок можно считать постоянным (если по условию задачи не задан, то в расчете принимают ).

Из-за неравенства эффективных площадей поршня с его правой и левой стороны, расходы жидкости на входе и на выходе гидроцилиндра с односторонним штоком различны. Поэтому в расчете рекомендуется расход выражать через расход .

Для схемы на рисунке А.5 а ,

а для схемы на рисунке А.5 б .

В гидроцилиндрах с двухсторонним штоком, когда эффективные площади с обеих сторон поршня равны, расходы на входе и выходе гидроцилиндра одинаковы.

Из формул (А5) и (А6) видно, что потери давленияв гидродвигателе не зависят от расхода , в него поступающего, а определяются только внешней нагрузкой на его выходном звене и его конструктивными параметрами.

Рекомендуемая литература

1 и др. "Гидравлика, гидромашины, гидроприводы", М., Машиностроение, 1982г., 423с.

2 , "Насосы, гидроприводы и гидропередачи", М., МА-МИ, 1978г., 126с.

3 Бурдун по международной системе единиц. Стандарты. М., 1977г., 216с.

4 , , Фатеев сложных трубопроводов с насосной подачей: Уч. пос. по курсу «Гидравлика, гидромашины и гидроприводы» для студ. машиностроительных спец. / Под ред. . М.: МАМИ, 19с.: ил.

Содержание

	Стр.
Введение	2
Обозначения используемых величин.......................	3
Обозначение элементов гидроприводов по ЕСКД	4
1 Варианты заданий	5
1.1 Гидропривод главного движения токарного станка	5
1.2 Гидропривод стола фрезерного станка	6
1.3 Гидропривод пресса	7
1.4 Гидропривод ведущих колес прицепа	8
1.5 Гидропривод оборудования экскаватора	9
1.6 Гидропривод автоподъемника	10
2 Примеры выполнения расчетно-графических работ	11
2.1 Расчет гидропривода строгального станка	11
2.1.1 Исходные данные и выбор эквивалентной схемы гидропривода	11
2.1.2 Построение характеристик насосной установки	12
2.1.3 Расчёт характеристики простого трубопровода, содержащего гидроцилиндр	14
2.1.3 Расчёт основных параметров гидропривода	17
2.2 Гидропривод подъемного механизма	18
2.2.1 Исходные данные и выбор эквивалентной схемы гидропривода	18
2.2.2 Построение характеристики объёмного насоса с регулятором подачи	19
2.2.3 Составление уравнений характеристик простых трубопроводов	22
2.2.4 Расчёт характеристик сложного трубопровода с разветвлённым участком и двумя гидромоторами	24
2.2.5 Расчёт основных параметров гидропривода	25
Дополнительные сведения к курсовой работе по гидроприводу	30
А.1 Построение характеристики насосной установки с предохранительным клапаном	31
А.2 Мощность, потребляемая насосной установкой	32
А.3 Гидроцилиндр с односторонним штоком	33
Рекомендуемая литература	34