Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ
имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Нижнетагильский технологический институт (филиал)
Факультет вечерний технологический
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1, 2
по курсу гидропневмопривод
вариант № 6
Н. Тагил
2008
 1. Гидропривод возвратно-поступательного движения
Рис. 1. Схема гидропривода возвратно-поступательного движения
Дано: усилие на штоке поршня F
= 12 кН; размеры гидроцилиндра: D
= 52 мм, d
ш
= 28 мм; параметры трубопроводов: l
1
= 3м, l
2
= 1,5м, l
3
= 4,5м, d
т
= 10 мм; фильтр и каждый канал гидрораспределителя заданы эквивалентными длинами: l
эф
= 195 d
т
, l
эр
= 150 d
т
, гидродроссель задан площадью проходного сечения S
др
= 5 мм2
и коэффициентом расхода μдр
= 0,7; параметры насоса: рабочий объем VH
= 12 см3
, частота вращения вала nн
= 1400 об/мин, объемный КПД ηон
= 0,85 при р
= 7 МПа, механический КПД ηмн
= 0,9; характеристика переливного клапана: рк
min
= 5 МПа при Qкл
= 0 и Кк
= 0,004 МПа·с/см3
; параметры рабочей жидкости: кинематическая вязкость ν = 0,2 см2
/с и плотность р = 880 кг/м3
.
Требуется определить:
- скорость движения штока гидроцилиндра;
- мощность, потребляемую гидроприводом;
- коэффициент полезного действия гидропривода.
Решение.
1. Замена принципиальной схемы гидропривода эквивалентной.
На рис. 2 представлен один из возможных вариантов эквивалентной схемы, полученной на основании принципиальной схемы рассматриваемого гидропривода (рис. 1).
Забиваем Сайты В ТОП КУВАЛДОЙ - Уникальные возможности от SeoHammer
Каждая ссылка анализируется по трем пакетам оценки: SEO, Трафик и SMM.
SeoHammer делает продвижение сайта прозрачным и простым занятием.
Ссылки, вечные ссылки, статьи, упоминания, пресс-релизы - используйте по максимуму потенциал SeoHammer для продвижения вашего сайта.
Что умеет делать SeoHammer
— Продвижение в один клик, интеллектуальный подбор запросов, покупка самых лучших ссылок с высокой степенью качества у лучших бирж ссылок.
— Регулярная проверка качества ссылок по более чем 100 показателям и ежедневный пересчет показателей качества проекта.
— Все известные форматы ссылок: арендные ссылки, вечные ссылки, публикации (упоминания, мнения, отзывы, статьи, пресс-релизы).
— SeoHammer покажет, где рост или падение, а также запросы, на которые нужно обратить внимание.
SeoHammer еще предоставляет технологию Буст, она ускоряет продвижение в десятки раз,
а первые результаты появляются уже в течение первых 7 дней.
Зарегистрироваться и Начать продвижение
 |
Рис. 2. Эквивалентная схема
На эквивалентной схеме (рис. 2) видно, что поток рабочей жидкости от насосной установки НУ по трубопроводу l
1
поступает к дросселю Д, а затем через один из каналов распределителя Р и трубе l
2
в гидроцилиндр Ц. Из гидроцилиндра жидкость по такой же трубе l
2
через другой канал распределителя Р, трубу l
3
и фильтр Ф сливается в гидробак.
Таким образом, схема гидропривода представляет собой ряд последовательно соединенных элементов (гидравлических сопротивлений), а значит, при расчете может рассматриваться как простои трубопровод.
2. Построение характеристики насосной установки.
Учитывая линейность характеристик объемного насоса и переливного клапана, находим по две точки для этих характеристик.
Для насоса: первая точка А - при p = 0 , Qт
= Vн
· nн
= 12·1400/60=280 см3
/с;
вторая точка В – при р'= 7 МПа, Q' = Qт
· ηон
= 280·0,85=238 см3
/с.
Для клапана: первая точка Е - при Qкл
= 0, рк
min
= 5МПа;
вторая точка К- при Qкл
= 200 см3
/с, рк
= pк
min
+ Кк
· Qкл
=5+200·0,004=5,8МПа.
По найденным точкам строим характеристики насоса (линия 1) и переливного клапана (линия 2) (рис. 3), проводим их графическое вычитание и получаем характеристику насосной установи (ломаная линия ACD).
3. Составление уравнения характеристики трубопровода.
Анализ эквивалентной схемы (рис. 2) позволяет записать характеристику трубопровода в следующем виде:
Сервис онлайн-записи на собственном Telegram-боте
Попробуйте сервис онлайн-записи VisitTime на основе вашего собственного Telegram-бота:
— Разгрузит мастера, специалиста или компанию;
— Позволит гибко управлять расписанием и загрузкой;
— Разошлет оповещения о новых услугах или акциях;
— Позволит принять оплату на карту/кошелек/счет;
— Позволит записываться на групповые и персональные посещения;
— Поможет получить от клиента отзывы о визите к вам;
— Включает в себя сервис чаевых.
Для новых пользователей первый месяц бесплатно.
Зарегистрироваться в сервисе
ΔpΣ
= Δpтр1
+ Δpдр
+ Δpтр2
+ Δpр
+ Δpц
+Δp'тр2
+Δp'р
+Δp'тр3
+Δp'ф
Штрих у величин потерь указывает на то, что потери давления в этих гидравлических сопротивлениях следует определять по расходу рабочей жидкости на выходе из гидроцилиндра, который, отличается от расхода, поступающего в гидроцилиндр. В расчете следует выразить расход на выходе из гидроцилиндра через расход на входе в него.

Рис.3. Графическое решение
Для этого вычисляем число Рейнольдса по максимально возможному расходу:

Следовательно, в трубопроводе возможен только ламинарный режим течения жидкости. Поэтому, уравнение характеристики трубопровода примет вид:





4. Построение характеристики трубопровода и определение рабочей точки гидросистемы.
Подставив данные из условия задачи, получим:
Определяем значения 5 точек в рабочем диапазоне значений расходов для Q = 0:
для Q = 50·10-6
м3
/с:
для Q = 100·10-6
м3
/с:
для Q = 150·10-6
м3
/с:
для Q = 200·10-6
м3
/с:
Таблица 1. Результаты расчета характеристики трубопровода
Q (м3
/с)
|
0
|
50×10-6
|
100×10-6
|
150×10-6
|
200×10-6
|
ΔpΣ
(мПа)
|
5,65
|
5,8
|
6,13
|
6,64
|
7,33
|
По этим данным строится характеристика трубопровода (кривая 3). Точка пересечения линии 3 с CD дает рабочую точку гидросистемы (точка R). Ее координаты:
Qну
= 47,82 см3
/с; рн
= 5,79 МПа.
5.
Определение искомых величин
Так как вся подача насосной установки Q
ну поступает в гидроцилиндр, то скорость движения его штока определяется по формуле (в соответствии с рекомендациями принимаем объемный КПД гидроцилиндра равным единице)

Мощность, потребляемая гидроприводом, равна мощности, потребляемой насосной установкой, и в данном случае определяется по формуле
Для определения КПД гидропривода ηгп вначале необходимо рассчитать полезную мощность, развиваемую на его выходном звене
N
вых F
V
п 12·103
·0,0225 = 270 Вт
Тогда
 Гидропривод вращательного движения
Рис.1. Схема гидропривода вращательного движения
Дано: вес грузов G
1 = 2,1 кН и G
2 = 1,9 кН; параметры насоса: максимальный рабочий объем W
он = 30 см3, частота вращения вала n
н=25об/с, объемный КПД ηон = 0,82 при давлении р'
= 6 МПа, механический КПД ηмн= 0,9; параметры регулятора подачи: давление настройки p
р=4,85 МПа, K
р=0,001м3/(МПа·с); размеры гидролиний: d
1 = d
2 = 1 см, l
1 = 3 м, l
2 = l
3 = 8,5м, l
4 = 5 м; коэффициент сопротивления фильтра ζф=3; параметры гидродросселя: площадь проходного сечения S
др = 14 мм2, коэффициент расхода µдр = 0,7; параметры гидромоторов: рабочий объем W
г = 32 см3, механический КПД ηмг = 0,9, объемный КПД принять ηог=0,99; передаточное число механического редуктора i
n
вх /n
вых=40, диаметр шкива D
= 0,7 м; параметры рабочей жидкости: кинематическая вязкость ν = 0,65 см2/с, плотность ρ = 880 кг/м3. Принять, что в трубах с диаметром d
1 режим течения турбулентный и λ = 0,04, а с диаметром d
2 – ламинарный.
Определить:
– скорости движения тросов грузов;
– мощность, потребляемую гидроприводом;
– коэффициент полезного действия гидропривода.
Решение
1) Замена принципиальной схемы гидропривода эквивалентной
На рис. 2 приведена эквивалентная, или расчетная, схема, полученная на основании принципиальной схемы гидропривода (см. рис. 1).
Из анализа расчетной схемы ясно, что рассматриваемый гидропривод представляет собой сложный трубопровод с последовательно-параллельным соединением отдельных участков. Его целесообразно разбить на 4 простых трубопровода: 1, 2, 3 и 4 (рис. 2). Рис. 2. Эквивалентная схема
2) Построение характеристики насосной установки
Учитывая линейность характеристик насоса и насосной установки с регулятором подачи, построение каждой из них проводим по двум точкам в соответствии с вышеизложенной методикой.
Для насоса: первая точка А - при р = 0,
QTmax
=WOH
· nH
=30·10-6
·25=0,75·10-3
м3
/с;
вторая точка В - при р' = 6 МПа,
Q' = QTmax
·ηон
=0,75·10-3
·0,82=0, 615· 10-3
м3
/с.
Соединяя точки А и В, получаем характеристику насоса (рис. 3).
Для насосной установки с регулятором подачи:
первая точка С - это точка пересечения горизонтали, соответствующей давлению настройки регулятора pp
= 4,85 МПа, с характеристикой насоса. Подача насосной установки при этом равна Q'ну
= 0,641·10-3
м3
/с;
вторая точка С' - ее координаты определяются, зная Q'ну
и произвольно задаваясь давлением на выходе насоса, при p''н
=5,25 МПа,
Q''ну
=Q'ну
- Кр
· (p''н
- рр
) = 0,641·10-3
- 0,001·(5,25-4,85) = 0,241·10-3
м3
/с.
Проведя прямую через точки С и С' до пересечения с осью ординат в точке D, получаем характеристику насосной установки (ломаная линия АCD на рис. 3).
3) Составление уравнений характеристик простых трубопроводов
Составление уравнений характеристик простых трубопроводов 1, 2, 3 и 4 базируется на заданном условии: на участках 1 и 4 - режим течения турбулентный, а на участках 2 и 3 - ламинарный. Отсюда:
для 1: 
для 2: 
для 3: 
ддя4: 
В этих уравнениях значение моментов на валах гидромоторов М1
и М2
определяются с учетом передаточных отношений редукторов
4) Построение суммарной характеристики сложного трубопровода и определение рабочей точки гидросистемы
Заметим, что участки 1 и 4 включены последовательно, поэтому для них можно написать общее уравнение
Δp1+4
= Δp1
+ Δp4
= (К1
+K4
)·Q2
=Kl
+4
·Q2
и сразу построить их суммарную характеристику. Подставив данные из условия задачи, получим:
Поскольку характеристики 2 и 3 трубопроводов линейны, для их построения достаточно двух точек, а для построения нелинейной характеристики К1+4
= f
(
Q
)
используем 6 точек. Результаты расчетов заносим в таблицу 1.
Для Q = 0:
Для Q = 0,2 м3
/с:
Для Q = 0,3 м3
/с:
Для Q = 0,4 м3
/с:
Для Q = 0,5 м3
/с:
Для Q = 0,6 м3
/с:
Таблица 1. Результаты расчета характеристик трубопровода
Q (м3
/с)
|
0
|
0,2·10-3
|
0,3·10-3
|
0,4·10-3
|
0,5·10-3
|
0,6·10-3
|
Δp2
(МПа)
|
4,01
|
5,99
|
Δp3
(МПа)
|
3,625
|
5,605
|
Δp1+4
(МПа)
|
0
|
0,28
|
0,64
|
1,13
|
1,77
|
2,55
|
По данным таблицы на графике (см. рис. 3) строим характеристики каждого простого трубопровода (линии 1+4, 2 и 3).
Затем по правилам графического сложения характеристик параллельных участков (они складываются за счет суммирования отрезков вдоль оси расходов) получаем суммарную характеристику участков 2 и 3 (ломаная линия 2+3). Далее проводим графическое сложение полученной характеристики Δр2+3
=f
(
Q
)
c характеристикой Δр2+3
=f
(
Q
).
Рис. 3. Графическое решение
Эти характеристики складываются по правилу сложения характеристик последовательно соединенных трубопроводов, т.е. за счет суммирования отрезков вдоль оси давлений. В результате получаем суммарную характеристику всего сложного трубопровода (линия Σ).
Пересечение полученной характеристики сложного трубопровода с характеристикой насосной установки определяет рабочую точку гидросистемы (точка R на рис.3). Ее координаты рн
= 5,17 МПа и Qну
=0,319·10-3
м3
/с
5) Определение искомых величин
Определим потребляемую гидроприводом мощность, для этого через точку R проводим прямую параллельно АВ и определяем Q'т
= 0,436·10-3
м3
/с. Тогда
Nвх
= рн
· Q'т
/ηмн
= 0,436·10-3
·5,17·106
/0,9 = 2,5·103
Вт.
Чтобы определить скорости подъема грузов и КПД гидропривода, необходимо найти частоту вращения вала каждого гидромотора. Для этого необходимо знать величины расходов Q2
и Q3
в параллельных трубопроводах 2 и 3.
Эту задачу можно решить графически, исходя из того, что при наличии графической зависимости р = f(Q)
по одной из известных координат легко определяется другая.
Опустив вертикаль из точки R, соответствующую подаче насосной установки Qну
, находим точку R1
пересечения этой вертикали с кривой 2+3 и, следовательно, потерю давления Δр2+3
на участке параллельного соединения, где Δр2+3
= Δр2
= Δр3
.
Проведя теперь горизонталь через точку R1
, соответствующую потерям давления Δр2
= Δр3
, находим точки ее пересечения с характеристиками 2-го и 3-го трубопроводов (соответственно, точки R2
и R3
). Опустив вертикали из точек R2
и R3
, находим расходы Q2
= 0,111·10-3
м3
/с и Q3
= 0,208·10-3
м3
/с.
По известным расходам Q2
и Q3
с учетом передаточного отношения i
механического редуктора и диаметра D шкива определяем скорости подъема левого V1
и правого V2
грузов. При этом целесообразно использовать формулу

Отсюда, подставив соответствующие значения, получим:
V1
= 3,14·0,7·0,111·10-3
·0,99/(40·32·10-6
) = 0,189 м/с;
V2
= 3,14·0,7·0,208·10-3
·0,99/(40·32·10-6
) = 0,354 м/с.
Полезная мощность, развиваемая гидроприводом, складывается из мощностей, затрачиваемых на подъем обоих грузов:
Nвых
=G1
· V1
+ G2
· V2
= 0,189·2,1·103
+0,354 ·1,9·103
=1,07 кВт
Тогда коэффициент полезного действия гидропривода равен
ηгп
= Nвых
/ Nвх
= 1,07 /2,5 = 0,428.
|