Расчет гидросистемы с гидроцилиндром (поршень гидроцилиндра имеет диаметр – 50 мм и ход – 400 мм)

ВВЕДЕНИЕ

Объемный гидропривод – совокупность объемных гидромашин и гидроаппаратов, предназначенных для передачи механической энергии и преобразовании энергии посредством жидкости. В состав объемного гидропривода (рис.1) входят: источник энергии (насос), объемные гидродвигатели (гидроцилиндры, гидромоторы, поворотные гидродвигатели), гидроаппаратура (устройства управления: гидрораспределители, гидродросили, гидроклапаны и т.д.), вспомогательные устройства (гидробаки, фильтры, теплообменники) и гидролинии. 

Гидролинии.

Гидролинии – устройства (трубопровода или каналы), предназначенные для прохождения рабочей жидкости от одного годроагрегата к другому в процессе работы гидропривода.

В гидроприводе различают:

·  всасывающая гидролининя, по которой рабочая жидкость движется к насосу;

·  напорная гидролиния, по которой рабочая жидкость движется от насоса к гидродвигателю;

·  сливная гидролиния, по которой рабочая жидкость от гидродвигателя движется в гидробак;

·  гидролиния управления, по которой рабочая жидкость движется к устройствам управления и регулирования.

Задание на расчет гидросистем.

Гидросистема содержит силовой гидроцилиндр ГЦ, нерегулируемый насос постоянной производительности Н, трехпозиционный золотниковый гидрораспределитель ЗР, регулируемый гидродросель Др, предохранительный клапан ПК, фильтр Ф и гидробак ГБ.

Поршень гидроцилиндра имеет диаметр d_п=50(мм) и ход S=400(мм). Диаметр штока d_ψ=35(мм). Механический КПД гидроцилиндра η_м=0.9. Максимальная нагрузка силового гидроцилиндра Fm=15(кН). Заданная максимальная скорость движения поршня Vп=20(см\с). Приведенная к поршню масса подвижных частей вместе с внешней нагрузкой Мп=50(кг).

Для управления скоростью движения поршня, используется регулируемый гидродроссель золотникового типа. Диаметр золотника d_з=10(мм). Максимальное открытие дросселя x₀=0.2*d_з. Коэффициент гидравлического сопротивления гидродросселя ζ_z=3.2.

Для защиты гидросистемы от повышенных давлений и перепуска в гидробак избытка рабочей жидкости на выходе из насоса установлен предохранительный клапан, характеристика которого выражается уравнением:

,

где Qн – производительность (подача) насоса;

       Qк – расход рабочей жидкости через клапан;

       Рн – давление, на которое настроен клапан (соответствует началу открытия клапана);

       ΔРк – перепад давлений в клапане.

Пропускная способность фильтра при перепаде давления 1 Мпа и вязкости рабочей жидкости 1 Па*с – Qф=0.08(л\с).

Система заполнена маслом И – 30, в котором содержится (при атмосферном давлении и температуре 20⁰С) у=0.1% по объему нерастворенного воздуха. Рабочая температура t⁰=30⁰С.

Соединительные магистрали предлагается выполнить из стальных труб (сталь 35) ГОСТ 8734-75. Длина участков (в-г) и (д-е) – l=20м; (а-в) – l₁=2м; (ж-з) – l₂=3м.

I.  Определить необходимые диаметры и толщину стенок соединительных трубопроводов. Подобрать трубы соединительных магистралей по ГОСТ 8734-75. Подобрать необходимый условный проход золотникового гидрораспределителя по ГОСТ 24679-81.

II.  Определить давление Рн, на которое необходимо настроить предохранительный клапан, чтобы обеспечить движение поршня в гидроцилиндре с заданной максимальной скоростью Vп при максимальной нагрузке Fm. Какими при этом должны быть подача Qн и мощность Nн насоса.

III.  Рассчитать и построить графики зависимости скорости поршня в гидроцилиндре от положения золотника в дросселе х при максимальной нагрузке Fm.

IV.  Определить и проиллюстрировать графически изменения скорости поршня в гидроцилиндре и давление его в обеих его полостях с течением времени при постоянной нагрузки F=0.7*Fm после переключения гидрораспределителя в положение I (гидродроссель полностью открыт). Определить время полного перемещения поршня.

V.  Определить и проиллюстрировать графически изменения скорости поршня и давления в обеих полостях гидроцилиндра с течением времени после переключения гидрораспределителя из позиции II в позицию III. Шток полностью разгружен (F=0). Определить время полного перемещения поршня. Начальные условия: поршень в крайнем правом положении; давление в обеих полостях гидроцилиндра равно нулю; гидродроссель полностью открыт.

VI.  Определить величину максимального повышения давления в напорной магистрали при мгновенном переключении движения поршня, движущегося с максимальной скоростью Vп       

Расчет физических характеристик рабочей жидкости.

Рабочая жидкость является непременным элементом гидропривода и выполняет следующие функции:

1.  Является носителем энергии в гидроприводе (рабочее тело);

2.  Является смазочным и охлаждающим агентом пар трения, и в частности уносит из пар трения продукты износа;

3.   Обеспечивает защиту деталей гидросистемы от коррозии.

В данном гидроприводе используется в качестве рабочей жидкости «масло индустриальной И-30» при стандартных условиях:

1) коэффициент кинематической вязкости при 50⁰С υ=30 сСт;

2) коэффициент в диапазоне, температура 20-80⁰С 888-916 кг\м³. Для расчетов принимаем ρ=900 кг\м³.

3) коэффициент вязкости υ масла И-30 при рабочей температуре t=30⁰ и Р=1 ат.