Проектирование объёмного гидропривода поперечно-строгального станка 7М36 с технологическим и прочностным расчетом

L— длина рассматриваемого участка трубопровода, м;

— средняя скорость движения жидкости в трубопроводе, м/с;

— внутренний диаметр  трубопровода, м.

Средняя скорость движения жидкости в трубопроводе находится по формуле:

 

 

Для всасывающего трубопровода:

 

Для сливного трубопровода:

 

 

Для напорного трубопровода:

 

 

Коэффициент гидравлического трения λ зависит от режима течения жидкости в трубопроводе. Последний определяется безразмерным числом Рейнольдса Re.

 

Для трубопроводов круглого сечения  число Рейнольдса Re определяется по формуле:

 

где — коэффициент кинематической вязкости жидкости при температуре эксплуатации равной 50 .

Для всасывающего трубопровода:

 

Для сливного трубопровода:

 

 

Для напорного трубопровода:

 

 

При турбулентном режиме , когда Re=Re_Kp и до, можно использовать формулу Блазиуса

 

При ламинарном режиме коэффициент гидравлического трения ,рассчитывается по формуле Пуазейля.

 

Для всасывающего трубопровода:

 

Для сливного трубопровода:

 

 

 

Для напорного трубопровода:

 

Тогда потери давления будут равны:

для всасывающего трубопровода:

 

для сливного трубопровода:

 

 

для напорного трубопровода:

 

 

Потери давления на местных гидравлических сопротивлениях находятся по формуле Вейсбаха

 

где — коэффициент местного сопротивления.

Средние значения коэффициентов  для наиболее встречающихся в гидроприводах местных сопротивлений равны:

• обратные клапаны — 2,5;
• штуцеры, присоединяющие трубы к агрегатам и переходники, соединяющие отрезки труб — 0,1;
• плавные повороты груб под углом 90° при минимальном радиусе изгиба — ;
• вход в гидроцилиндр, фильтр —.

 

 

 

 

Затем подсчитываем суммарные потери давления в гидролиниях:

 

 

 

 

 

3.7 Определение основных параметров и выбор насоса.

К основным параметрам насоса относятся: номинальное давление Р_н, номинальная подача Q_H и частота вращения приводного вала п.

Выбранный тип насоса должен обеспечивать работу гидродвигателей на максимальных нагрузках и скоростях. Давление и подача выбранного насоса должны быть по возможности ближе к номинальным, рекомендуемым заводом-изготовителем, и соответствовать заданному номинальному давлению для гидроцилиндра.

Мощность электродвигателя , кВт, определяется следующим образом:

Мощность электродвигателя, кВт, определяется следующим образом:

 

где коэффициент временной перегрузки электродвигателя (к = 1,05...1,1);

 

 

 

 

подача насоса (л / с);

 — давление  нагнетания, МПа;

— КПД насоса.

 

Общий коэффициент полезного действия гидросистемы станка определяется по формуле:

 

где полезная мощность гидродвигателя, кВт;

мщность электродвигателя, кВт.

Для гидроцилиндров, то есть гидродвигателей  возвратно-поступательного движения полезная мощность равна:

 

где усилие на штоке, Н;

скорость перемещения  штока м/с.

 

 

 

3.8 Тепловой расчет гидропривода

В процессе эксплуатации рабочая жидкость в гидросистеме нагревается за счет трения о стенки трубопроводов, а также механического и вязкостного трения в насосе и гидроцилиндрах или гидродвигателях.

Известно, что при нагревании рабочей  жидкости ее вязкость и смазочные свойства резко уменьшаются. Температуру жидкости обычно снижают при помощи естественного охлаждения.

При расчете количества отводимой в окружающую среду теплоты площадь наружной поверхности элементов гидропривода оценивают исходя из объема циркулирующей в них жидкости. Это поверхности насоса, гидродвигателей (гидроцилиндров) и гидробака. Температура нагрева их поверхности не должна превышать температуру окружающей среды не более чем на 35.. .40°С.

При непрерывной работе гидропривода температура жидкости в гидробаке рассчитывается по формуле.

 

Где температура окружающей среды (обычно принимается + 20° С); потери мощности в гидроприводе, кВт;

 общий коэффициент  теплоотдачи от рабочей жидкости  к окружающей среде, Вт / м² • °С;

 расчетная площадь  поверхности гидробака, м² .

Потери мощности в гидроприводе , кВт, находятся как разность между мощностью насоса и полезной мощностью гидродвигателей (гидроцилиндров):

 

где — КПД гидропривода.

 

Максимальная температура рабочей  жидкости в гидробаке должна быть не выше 55°С.

Если общий коэффициент теплоотдачи К равен 20 Вт / м² °С, то по формуле можно определить площадь поверхности гидробака.

 

Объем гидробака V,

 

Где максимальная минутная подача насоса привода,

 

 

4. Расчет сборочной единицы

Фильтры – отделители твердых частиц, в которых очистка происходит при прохождении рабочей жидкости через фильтрующий элемент. В  зависимости от конструкции фильтрующего элемента фильтры бывают сетчатые, щелевые и пористые.

 

4.1 Обоснование расчетной схемы

Рисунок 4.1 — Фильтр сетчатый:

1 — стакан; 2 — крышка; 3 — трубка; 4 — сетка

Сетчатый фильтр типа С42 применяется в гидравлических и смазочных системах для очистки минеральных масел вязкостью до 600 сСт.

Он  состоит из стакана 1, крышки 2, трубки 3 с закрепленным на ней фильтрующим элементом 4. Наименьший размер задерживаемых частиц — 50 мкм.

В щелевом (пластинчатом) фильтре типа Г41 фильтрация происходит при прохождении рабочей жидкости через щели между пластинами. Размер щели определяется толщиной промежуточной пластины, проложенной между двумя соседними неподвижными пластинами. В основных пластинах сделаны вырезы в виде круговых секторов для прохода рабочей жидкости, которые задерживают частицы размером в 80 мкм.

 

4.2 Основные технологические и прочностные расчеты

 

Расчет  фильтров сводится к определению  потребной площади фильтрующей поверхности исходя из заданного расхода жидкости, качества фильтрации и допустимого перепада давлений на фильтре. Площадь фильтрующей поверхности S, см², приближенно определяется по формуле

 

где Q — расход жидкости через фильтр, л / с; — перепад давления (0,5...0,1) МПа;— коэффициент динамической вязкости, Па-с; g — удельная пропускная способность материала фильтра, л / см², представляющая собой пропускную способность единицы площади материала фильтра при перепаде давлений = 1 МПа и вязкости 1 Па • с.

Удельная  пропускная способность для некоторых  материалов следующая: для густой металлической сетки — 0,05 л/см², для мягкого густого войлока толщиной 10 мм — 0,015 л / см², для пластинчатого фильтра с зазором 0,08 мм — 0,08 л / см², для сетки из хлопчатобумажной ткани 0,09 л / см².

В качестве фильтрующего элемента взяли металлическую  сетку.

 

Тогда диаметр фильтрующей  поверхности находим из выражения.

 

 

Примем  отношение   и из этого выражения получим, что:

 

После этого мы можем найти внутренний диаметр корпуса фильтра из его площади:

 

Вытекает, что

 

 

 

Далее вычислим толщину стенки корпуса фильтра по формуле:

 

Где P - это рабочее давление; ;.

 для стали  20 равно 350МПа.

 

Но из конструкторских соображений  примем толщину стенки 2 мм.

 

4.2 Расчет резьбы на  срез

 

Условие резьбы на срез рассчитывается по формуле:

 

где диаметр резьбы ,

высота срезаемого сечения витка резьбы,

- высота срезаемого  сечения витка резьбы. Для треугольных  резьб , тогда = 0,0015 м,

 резьбы, Н

допускаемое напряжение на срез;

,

сила, действующая на болт от давления рабочей жидкости, Н

 

 

 

 

 

Из этого мы можем сделать  вывод, что

 

Необходимую высоту резьбы крышки находим  по выражению:

 

Где - коэффициент нагрузки (для мелких резьб

 

Но из конструкторских соображений  примем толщину стенки 10 мм.

 

5. Изучение других конструкций фильтра

Фильтры служат для очистки рабочей  жидкости от содержащихся в ней примесей. Эти примеси состоят из посторонних  частиц, попадающих в гидросистему извне (через зазоры в уплотнениях, при заливке и доливке рабочей  жидкости в гидробак и т.д.), из продуктов  износа гидроагрегата и продуктов  окисления рабочей жидкости.

Механические примеси вызывают абразивный износ и приводят к  заклиниванию подвижных пар, ухудшают смазку трущихся деталей гидропривода, снижают химическую стойкость рабочей  жидкости, засоряют узкие каналы в  регулирующей гидроаппаратуре.

По тонкости очистки, т.е. по размеру задерживаемых частиц фильтры делятся на фильтры грубой, нормальной и тонкой очистки.

Фильтры грубой очистки задерживают  частицы размером до 0,1 мм

(сетчатые, пластинчатые) и устанавливаются  в отверстиях для заливки рабочей  жидкости в гидробаки, во всасывающих  и напорных гидролиниях и служат  для предварительной очистки. 

Фильтры нормальной очистки задерживают  частицы от 0,1 до 0,05 мм (сетчатые, пластинчатые, магнитно-сетчатые) и устанавливаются  на напорных и сливных гидролиниях.

Фильтры тонкой очистки задерживают  частицы размером менее 0,05 мм (картонные, войлочные, керамические), рассчитаны на небольшой расход и устанавливаются  в ответвлениях от гидромагистралей.

Конструкции фильтров:

Сетчатые фильтры устанавливают  на всасывающих и сливных гидролиниях, а также в заливочных отверстиях гидробаков. Фильтрующим элементом  является латунная сетка, размер ячеек  которой определяет тонкость очистки  рабочей жидкости.

 

Пластинчатые (щелевые) фильтры устанавливают  на напорных и сливных гидролиниях гидросистем. Жидкость поступает в корпус фильтра и через щели между основными и промежуточными пластинами попадает во внутреннюю полость фильтра, образованную вырезами в основных пластинах. При протекании жидкости через щели содержащиеся в ней механические примеси задерживаются. Тонкость очистки зависит от толщины промежуточных пластин.

Фильтры с картонными и тканевыми  элементами задерживают за один проход значительную (до 75%) часть твердых  включений размером более 4-5 мкм.

Сепараторы имеют неограниченную пропускную способность при малом  сопротивлении. Принцип их работы основан  на пропуске рабочей жидкости через  силовые поля, которые задерживают  примеси.

 

Заключение

В курсовой работе изложена характеристика  поперечно - строгального станка 7М36 описана гидравлическая схема и принцип ее расчета.

Значительная часть записки  отводиться на расчет гидропривода. Выбор  минерального масла и его параметров. Были произведены технологические  и конструктивные расчеты фильтра.

По найденной подаче и  давлению была подобрана направляющая и регулирующая гидроаппаратуру. Определена мощность приводного электродвигателя и осуществлен тепловой расчет гидропривода.

Для сборной единицы –  фильтра был произведен технологический  и прочностной расчет, определены его конструктивного размеры.

Дано описание других конструкций  фильтров. К курсовой работе прилагаются  чертежи: схема гидропривода с перечнем гидроаппаратуры и чертеж фильтра в сборе. 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т./ В.И. Анурьев. – М.: Машиностроение, 1982. – Т.1. – 729 с.; Т.2. – 584.; Т.3. – 576с.
2. Гидропривод и гидропневмоавтоматика / курс лекций. В.Ф. Барышников. – Барановичи 2009.
3. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / Я.М. Вильнер [и др.]; под ред. Б.Б. Некрасова. – Минск: Выш. шк., 1985. – 382с.
4. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / под ред. Б.Б. Некрасова. – Минск: Выш. шк., 1976. – 416с.
5. Гидропривод и гидропневмоавтоматика / методические указания по выполнению курсовой работы. В.Ф. Барышников. – Барановичи 2009.
6. Дунаев, П.Д.  Конструирование узлов и деталей машин:учебное пособие для студентов технических вузов/ П.Д. Дунаев, О.П. Леликов:Академия,2004.-496 с.