Корзина
32 отзыва
+380503449977
+380675522877
ООО Гидро-Максимум
Корзина

Расчет параметров и изучение структуры гидропривода агрегатного станка

Расчет параметров и изучение структуры гидропривода агрегатного станка

Технические условия: диаметры трубопроводов гидролиний dтр=12 мм; нагрузка на агрегатную головку в период рабочего хода Rpx=4 кН; диаметр поршня Dп=50 мм; диаметр штока силового гидродвигателя Dш=35 мм; коэффициент местного сопротивления регулятора потока ξрп=40.

Содержание и объем проекта: 1. Построить характеристики каждой гидролинии, сети в целом и насос с переливным клапаном. Найти параметры рабочих точек во всех операциях цикла. 2. Построить циклограммы р=f(t) и Q=f(t). 3. Определить величины развиваемой и потребляемой мощностей, а также К.П.Д. по операциям цикла. 4. Произвести расчет теплообменника, охлаждающего рабочую жидкость.

 

В современном машиностроении, где часто меняется объект производства, проявляется противоречие между сроками изготовления специальных станков и их высокой себестоимостью, с одной стороны, и сроками смены объекта и требованиями к понижению его себестоимости, с другой стороны.

Эффективным решением этого вопроса является метод создания специального и специализированного оборудования из нормализованных узлов (агрегатов), которые могут быть скомпонованы соответственно характеру обрабатываемой детали.

Этот метод получил название – принцип агрегатирования, а станки, созданные по этому принципу, названы агрегатными.

Исходное положение принципа агрегатирования металлорежущих станков заключается в заблаговременной разработке конструкции, изготовлении и тщательной отработке опытных образцов отдельных агрегатов – нормализованных узлов. При наличии нормализованных узлов общепринятый процесс проектирования агрегатных станков превращается в процесс компоновки этих станков из нормализованных узлов.

Так как агрегатные станки являются станками специальными, то в их состав, кроме нормализованных узлов, входят специальные узлы; поэтому процесс компоновки агрегатных станков сочетается с обычным процессом проектирования некоторых оригинальных узлов.

Основным узлом, определяющим надежность работы гидравлической силовой головки, является гидропривод, обеспечивающий стабильность установленной скорости подачи независимо от колебаний нагрузки, от сил трения и сил резания, действующих на силовую головку.

Надежная работа гидропривода в значительной степени определяется вязкостью масла и ее зависимостью от температуры, так как изменение вязкости при нагреве масла приводит к колебаниям режимов работы гидроприводов станков. В гидроприводах с нерегулируемым насосом температура масла повышается за счет слива его в бак через клапаны и утечек в насосе.

Важным условием безотказной работы гидропривода является чистота масла, которое нужно менять не реже одного раза в 4-6 месяцев.

 

Структура и принцип действия гидравлического привода подач силовой головки агрегатного станка

Цикл работы агрегатной силовой головки включает ускоренный ее подвод к заготовке, рабочую подачу, выстой на упоре и ускоренный отвод в исходное положение. Принципиальная схема гидропривода подачи силовой головки агрегатного станка приведена на рисунке 1.1.

При включении электромагнита Y2 масло под давлением от насоса 1 подводится через золотниковый гидрораспределитель 2 в штоковую полость силового гидроцилиндра 3 привода агрегатной головки. Агрегатная головка ускоренно перемещается влево, при этом масло из поршневой полости гидроцилиндра 3 через гидролинию, открытый золотник ускоренных ходов 4, дроссель скорости ускоренных перемещений 7 и гидрораспределитель 2 вытесняется в масляный бак. В конце ускоренного подвода кулачок, установленный на агрегатной головке, нажимает на ролик золотникового устройства 4 и плавно перекрывает проход масла через проточки золотника 4. Поэтому в дальнейшем масло из поршневой полости гидроцилиндра 3 может вытесняться только через регулятор потока 5, который отрегулирован на расход, соответствующий рабочей подаче агрегатной головки.

Агрегатная головка движется с рабочей подачей, инструмент обрабатывает деталь, а в конце рабочего хода головка доходит до жесткого упора. При этом дается некоторое время на выстой на упоре для зачистки обработанных торцовых поверхностей.

После выстоя отключается электромагнит Y2 и включается электромагнит Y1. Гидрораспределитель 2 переключается в положение, при котором масло под давлением от насоса 1 через гидролинию, дроссель скорости ускоренных перемещений 7, обратный клапан 6 подводится в поршневую полость гидроцилиндра 3, а штоковая полость гидроцилиндра 3 через гидрораспределитель 2 сообщается гидролинией со сливом в масляный бак. Агрегатная головка ускоренно отводится вправо до исходного положения, где подается команда на отключение электромагнита Y1. При этом пружины, устанавливают золотник гидрораспределителя 2 в среднем положение, обе полости гидроцилиндра 3 соединяются со сливной магистралью и агрегатная головка останавливается. Далее цикл повторяется.

1- Насос; 2- золотниковый гидрораспределитель; 3 – силовой гидроцилиндр; 4 - открытый золотник ускоренных ходов; 5 – регулятор потока; 6 – обратный клапан; 7 – дроссель скорости ускоренных перемещений

Рисунок 1.1- Схема гидропривода подачи силовой головки агрегатного станка

 

2 Расчет гидродинамических параметров агрегатного станка при выполнении операции ускоренный подвода силовой головки к заготовке

В соответствии с принципиальной гидравлической схемой, приведенной на рисунке 1.1, при включении электромагнита Y2 масло под давлением от насоса 1 подводится через золотниковый гидрораспределитель 2 в штоковую полость силового гидроцилиндра 3 привода агрегатной головки. Агрегатная головка ускоренно перемещается влево, при этом масло из поршневой полости гидроцилиндра 3 через гидролинию, открытый золотник ускоренных ходов 4, дроссель скорости ускоренных перемещений 7 и гидрораспределитель 2 вытесняется в масляный бак. В конце ускоренного подвода кулачок, установленный на агрегатной головке, нажимает на ролик золотникового устройства 4 и плавно перекрывает проход масла через проточки золотника 4.

Насос 1 с объемным КПД η0=0,8 при подаче Q=30 л/мин обладает номинальным давлением pн=20 МПа. Как известно, мощность N, развиваемая нерегулируемым насосом, определяется по формуле:

Nн=pн ∙ Qн , (2.1)

Величина Qн в соответствии с заданием составляет значение

Qн=30 ∙ 10-3 / 60=0,5 ∙ 10-3 (м3/с) , (2.2)

откуда

Nн=(20 ∙ 103) ∙ (30 ∙ 10-3/ 60)=10 (кВт) . (2.3)

Определим теоретическую подачу насоса Qт. Она равна

Qт= Qн / η, (2.4)

или

Qт= (30 ∙ 10-3) / (60 ∙ 0,8)=0,625 ∙ 10-3 (м3/с) . (2.5)

Учитывая, что величина теоретической подачи Qт определяется при рт=0, по двум точкам с координатами рт, Qт и рн, Qн , строим расходную характеристику нерегулируемого насоса 1 (рисунок 2.1).

Для нахождения гидродинамических параметров привода в период выполнения операции ускоренный подвод силовой головки к заготовке преобразуем принципиальную гидравлическую схему агрегатного станка к эквивалентной расчетной схеме (рисунок 2.2).

Данная эквивалентная расчетная схема содержит два простых участка трубопроводов (1-3 и ), соединенных последовательно. На концах трубопровода (1-3 и ) воспринимается нагрузка от гидравлического цилиндра, нагруженного внешней силой Rхх (силой сопротивления движению).

Рисунок 2.2 – Эквивалентная расчетная схема гидропривода подачи силовой головки агрегатного станка в период выполнения операции ускоренный подвод силовой головки к заготовке

Составив уравнение движения штока поршня

 , (2.6)

где Sп = π ∙ Dп2 /4 – площадь поршня,

Sш = π ∙ (Dп2 – Dш2) / 4 – площадь поршня со стороны штока,

ηгц – КПД гидроцилиндра.

Следовательно

 . (2.7)

Взаимосвязь давлений на концах простого трубопровода 1-3 описывается уравнением

 , (2.8)

где - гидравлические потери на трение и местные сопротивления, зависящие от режима течения жидкости в трубопроводе и определяемые по уравнению

(2.9)

Для простого трубопровода 1-3 расход рабочей жидкости  равен подаче насоса , т. е.

. (2.10)

При ламинарном режиме течения жидкости () величина показателя степени m=1, а коэффициент  определяется выражением

, (2.11)

где  - плотность и кинематический коэффициент вязкости жидкости;

l, d – суммарная длина и диаметр простого трубопровода 1-3;

 - эквивалентная длина трубопровода;

 - суммарное значение коэффициента местных сопротивлений на участке простого трубопровода 1-3;

 - гидравлический коэффициент трения.

При турбулентном режиме течения жидкости в простом трубопроводе 1-3 () величина показателя степени m=2, а коэффициент  определяется в виде

. (2.12)

Аналогично определим взаимосвязь давлений и подач

; (2.13)

, (2.14)

 

Скорость перемещения в цилиндре одинаковая, отсюда следует

 , (2.16)

или

. (2.17)

Решая совместно уравнения, находим

. (2.18)

Анализ уравнения (2.18) показывает, что давление на выходе из насоса складывается из статической нагрузки на гидроцилиндре  и суммы потерь давления в простых трубопроводах 1-3 и  (суммы характеристик простых трубопроводов, соединенных последовательно).

Определим критический поток при Rкр=2300

, (2.19)

или

 (м3/с). (2.20)

Эквивалентные длины трубопроводов 1-3 и равны

,

, (2.21)

или

 (м),

(2.22)

(м).

При ламинарном режиме течения жидкости () величина показателя степени m=1, а коэффициент  определяется выражением

( Н∙с/м5)

( Н∙с/м5)

Движение жидкости турбулентное, m=2. Расчет ведем по формуле (2.12), где

(2.25)

, (2.26)

 . (2.27)

Следовательно

 (м), (2.28)

, (2.29)

, (2.30)

 (м), (2.31)

, (2.32)

(Н∙с/м5), (2.33)

 (Н∙с/м5) . (2.34)

Вычислим статическую нагрузку на гидроцилиндре

, (2.35)

или

 (Па) 0,222 (МПа).(2.36)

Воспользовавшись графо-аналитическим методом, рассчитаем значения гидродинамических параметров простых трубопроводов с учетом корректирующих поправок (таблица 2.1), построим их характеристики (рисунок 2.1) и, после графического сложения характеристик простых трубопроводов, получим суммарную характеристику потребного давления.

Таблица 2.1 – Расчет гидродинамических параметров простых трубопроводов

№ трубопроводов

3

,

Н∙с/м5

МПа

МПа

,

МПа

МПа

1-3

0,5

294,5

0,147

-

-

-

0,55

586300

-

-

0,18

-

0,625

-

-

0,23

-

0,5

703,8

-

1,4

-

-

0,55

1407200

-

-

-

2,0

0,625

-

-

-

4,4

=0,222 (МПа)

Точка пересечения характеристик потребного давления гидросети и насоса (рабочая точка А, рисунок 2.1) будет описывать условия их совместной работы в период выполнения операции ускоренный подвода силовой головки к заготовке.

Характеристики рабочей точки А при выполнении операции ускоренный подвод силовой головки к заготовке в соответствии с рисунком 2.1 составляют: .

Мощность гидропривода, затрачиваемая на выполнение данной операции, находится по формуле

, (2.37)

или

. (2.38)

Скорость перемещения шток-поршня при выполнении операции равна

, (2.39)

где  , (2.40)

. (2.41)

Следовательно

Рисунок 2.1 – Гидродинамические характеристики гидропривода при выполнении операции ускоренный подвод силовой головки к заготовке

 (м2), (2.42)

 (м2), (2.43)

(м/с). (2.44)

Полезная мощность гидропривода при выполнении операции равна

, (2.45)

или

. (2.46)

КПД гидропривода при выполнении данной операции составляет

, (2.47)

или

. (2.48)

Длительность перемещения находится по формуле

, (2.49)

или

. (2.50)

Циклограммы работы гидропривода при выполнении операции ускоренный подвод силовой головки к заготовке представлены на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Циклограммы гидропривода p=f(t), Q=f(t) и p=f(Q)

 

3 Расчет гидродинамических параметров агрегатного станка при выполнении операции рабочей подачи агрегатной головки

В соответствии с принципиальной гидравлической схемой, приведенной на рисунке 1.1, масло из поршневой полости гидроцилиндра 3 может вытесняться только через регулятор потока 5, который отрегулирован на расход, соответствующий рабочей подаче агрегатной головки.

Агрегатная головка движется с рабочей подачей, инструмент обрабатывает деталь, а в конце рабочего хода головка доходит до жесткого упора.

Преобразуем принципиальную гидравлическую схему агрегатного станка к эквивалентной расчетной схеме (рисунок 3.1). Исходя из этого, имеем два простых участка трубопровода 1-3 и , соединенных последовательно. Трубопроводы соединены между собой через гидроцилиндр 3, который в данном случае можно рассматривать как местное сопротивление , равное

, (3.1)

откуда

(3.2)

где

, (3.3)

 . (3.4)

Взаимосвязь давлений на концах простого трубопровода 1-3 описывается уравнением

 , (3.5)

где

. (3.6)

Для простого трубопровода 1-3 расход рабочей жидкости  равен подаче насоса , т. е.

. (3.7)

Аналогично для трубопровода 

. (3.8)

Расход рабочей жидкости в простых трубопроводах 1-3 и  будут связаны между собой

(3.9)

Исходя из формулы (3.3) и (3.4) имеем, что

 

Рисунок 3.1 –Эквивалентная расчетная схема гидропривода при выполнении операции рабочей подачи силовой головки

 (м2), (3.10)

2). (3.11)

Поскольку давление на выходе из насоса р1 равно сумме давлений на входе в насос и рн, развиваемого насосом, т.е.

, (3.13)

то, решая совместно уравнения находим, что

, (3.14)

или

. (3.15)

Давление в насосе рн складывается из суммы статической нагрузки на силовом гидроцилиндре и потерь давления в простых трубопроводах 1-3 и .

Определим критический поток при Rкр=2300

, (3.16)

или

 (м3/с). (3.17)

Эквивалентные длины трубопроводов 1-3 и равны

, (3.18)

, (3.19)

где

(3.20)

(3.21)

Следовательно

(м), (3.22)

(м). (3.23)

Гидравлический коэффициент трения будет равен

(3.24)

(3.25)

или

(3.26)

. (3.27)

Движение жидкости ламинарное, m=1. Расчет ведем по формуле (2.11)

 ( Н∙с/м5)

( Н∙с/м5)

Движение жидкости турбулентное, m=2. Расчет ведем по формулам

(3.30)

(3.31)

где

(3.32)

(3.33)

или

(м), (3.34)

(м). (3.35)

Следовательно

(Н∙с/м5), (3.36)

(Н∙с/м5). (3.37)

Вычислим статическую нагрузку на гидроцилиндре

, (3.38)

или

 (Па) 4,44(МПа). (3.39)

Воспользовавшись графо-аналитическим методом, рассчитаем значения гидродинамических параметров простых трубопроводов с учетом корректирующих поправок (таблица 3.1), построим их характеристики (рисунок 3.2) и, после графического сложения характеристик простых трубопроводов, получим суммарную характеристику потребного давления.

Таблица 3.1 – Значения гидродинамических параметров

№ трубопроводов

3

,

Н∙с/м5

МПа

МПа

,

МПа

МПа

1-3

0,5

294,5

0,147

-

-

-

0,55

586300

-

-

0,18

-

0,625

-

-

0,23

-

0,5

1214,39

-

2,43

-

-

0,55

2377970

-

-

-

3,25

0,625

-

-

-

7,43

=4,44 (МПа)

Рисунок 3.2 – Гидродинамические характеристики гидропривода при выполнении операции рабочей подачи силовой головки

Точка пересечения характеристик потребного давления гидросети и насоса (рабочая точка А, рисунок 3.2) будет описывать условия их совместной работы в период выполнения операции рабочей подачи агрегатной головки.

Характеристики рабочей точки А при выполнении операции рабочей подачи агрегатной головки в соответствии с рисунком 3.2 составляют: , .

Мощность гидропривода, затрачиваемая на выполнение данной операции, находится по формуле

, (3.40)

или

. (3.41)

Скорость перемещения шток-поршня при выполнении операции равна

, (3.42)

или

(м/с). (3.43)

Полезная мощность гидропривода при выполнении операции равна, (3.44) или

. (3.45)

КПД гидропривода при выполнении данной операции составляет

, (3.46)

или

. (3.47)

Длительность перемещения находится по формуле

, (3.48)

или

. (2.50)

 

Циклограммы работы гидропривода при выполнении операции ускоренный подвод силовой головки к заготовке представлены на рисунке 3.3.

 

Рисунок 3.3 – Циклограммы гидропривода p=f(t), Q=f(t) и p=f(Q)

4 Расчет гидродинамических параметров агрегатного станка при выполнении операции ускоренный отвод агрегатной силовой головки

В соответствии с принципиальной гидравлической схемой, приведенной на рисунке 1.1, после выстоя отключается электромагнит Y2 и включается электромагнит Y1. Гидрораспределитель 2 переключается в положение, при котором масло под давлением от насоса 1 через гидролинию, дроссель скорости ускоренных перемещений 7, обратный клапан 6 подводится в поршневую полость гидроцилиндра 3, а штоковая полость гидроцилиндра 3 через гидрораспределитель 2 сообщается гидролинией со сливом в масляный бак. Агрегатная головка ускоренно отводится вправо до исходного положения, где подается команда на отключение электромагнита Y1. При этом пружины устанавливают золотник гидрораспределителя 2 в среднее положение, обе полости гидроцилиндра 3 соединяются со сливной магистралью и агрегатная головка останавливается.

Преобразуем принципиальную гидравлическую схему агрегатного станка к эквивалентной расчетной схеме (рисунок 4.1). Исходя из этого, имеем два простых участка трубопровода  и 3-2, соединенных последовательно. На концах трубопроводы воспринимают нагрузку от гидроцилиндра, нагруженной внешней силой Rxx, которая определяется из уравнения

, (4.1)

или

(4.2)

Взаимосвязь давлений на концах простого трубопровода описывается уравнением

. (4.3)

Для простого трубопровода  расход рабочей жидкости  равен подаче насоса , т. е.

. (4.4)

Аналогично давление на концах трубопровода 3-1

. (4.5)

Величина расхода рабочей жидкости в простом трубопроводе 3-2 будет равна

(4.6)

где

, (4.7)

 . (4.8)

Следовательно

Рисунок 4.1 – Эквивалентная расчетная схема гидропривода подачи силовой головки агрегатного станка при выполнении операции ускоренный отвод агрегатной силовой головки

 (м2), (4.9)

2), (4.10)

 

Решая совместно уравнения, находим, что

. (4.12)

Анализ показывает, что давление на выходе из насоса р1 складывается из суммы статической нагрузки на гидроцилиндре  и потерь давления в простых трубопроводах и 3-2.

Определим критический поток при Rкр=2300

, (4.13)

или

 (м3/с). (4.14)

Эквивалентные длины трубопроводов и 3-2 равны

, (4.15)

, (4.16)

где

(4.17)

(4.18)

Следовательно

(4.19)

(4.20)

(м), (4.21)

(м). (4.22)

Гидравлический коэффициент трения будет равен

(4.23)

(4.24)

или

(4.25)

. (4.26)

Движение жидкости ламинарное, m=1. Расчет ведем по формуле (2.11)

( Н∙с/м5)

( Н∙с/м5)

Движение жидкости турбулентное, m=2. Расчет ведем по формулам

(4.29)

(4.30)

где

(4.31)

(4.32)

или

(м), (4.33)

(м). (4.34)

Следовательно

(Н∙с/м5), (4.45)

(Н∙с/м5). (4.46)

Вычислим статическую нагрузку на гидроцилиндре

, (4.47)

или

 0,113(МПа). (4.48)

Воспользовавшись графо-аналитическим методом, рассчитаем значения гидродинамических параметров простых трубопроводов с учетом корректирующих поправок (таблица 4.1), построим их характеристики (рисунок 4.2) и, после графического сложения характеристик простых трубопроводов, получим суммарную характеристику потребного давления.

Таблица 4.1 – Значения гидродинамических параметров

№ трубопроводов

3

,

Н∙с/м5

МПа

МПа

,

МПа

МПа

1-3

0,5

688

-

1,37

-

-

0,55

1374660

-

-

-

2,0

0,625

-

-

-

4,3

0,5

348,4

0,174

-

-

-

0,55

495000

-

-

0,2

-

0,625

-

-

0,7

-

=0,113 (МПа)

Рисунок 4.2 – Гидродинамические характеристики гидропривода при выполнении операции ускоренный отвод агрегатной силовой головки

Точка пересечения характеристик потребного давления гидросети и насоса (рабочая точка А, рисунок 4.2) будет описывать условия их совместной работы в период выполнения операции ускоренный отвод агрегатной силовой головки.

Характеристики рабочей точки А при выполнении операции рабочей подачи агрегатной головки в соответствии с рисунком 4.2 составляют: .

Мощность гидропривода, затрачиваемая на выполнение данной операции, находится по формуле

, (4.49)

или

. (4.50)

Скорость перемещения шток-поршня при выполнении операции равна

, (4.51)

или

(м/с). (4.52)

Полезная мощность гидропривода при выполнении операции равна

, (4.53)

или

. (4.54)

КПД гидропривода при выполнении данной операции составляет

, (4.55)

или

. (4.56)

Длительность перемещения находится по формуле

, (4.57)

или

. (4.58)

Циклограммы работы гидропривода при выполнении операции ускоренный подвод силовой головки к заготовке представлены на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 - Циклограммы гидропривода p=f(t), Q=f(t) и p=f(Q)

5 Расчет теплообменника

Гидравлические потери в гидроприводе станка трансформируются в тепло, передаваемое рабочей жидкости. Чтобы рассеять выделяющуюся теплоту и обеспечить температуру рабочей жидкости не свыше при естественном теплообмене необходимо иметь достаточные размеры гидравлического бака.

Объем  масла в гидробаке, который необходим для рассеяния теплоты  в единицу времени при условии, что температура рабочей жидкости будет не более, чем на  превышать температуру окружающего воздуха, можно приближенно определить по формуле

, (5.1)

где  -  -  - .

Среднее количество теплоты , выделяемой в гидросистеме в единицу времени, найдем по уравнению

 (5.2)

 

или

 (5.3)

Подставляя значение  из выражения (5.3) в уравнение (5.1), найдем

. (5.4)

Поскольку необходимый для естественного (конвективного) теплообмена объем масляного бака не превышает типовых объемов стандартных гидростанций (), то для охлаждения жидкости до рабочих температур применение дополнительных теплообменников не требуется.

Другие статьи