Реферат: Гидропривод

Министерство образования Российской Федерации

Тюменский государственный нефтегазовый университет

Институт нефти и газа

Кафедра "Машины и оборудование нефтяной и газовой промышленности"

ГИДРОПРИВОД

Пояснительная записка к курсовой работе по
дисциплине "Гидромашины и компрессоры"

17.02.011.000.ПЗ

Выполнил: студент группы МОП 98-2 Коротков П.Н.

Проверил: к.т.н., доцент Двинин А.А.

г. Тюмень,

2001 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Гидропривод – это совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель.

Гидропривод представляет собой своего рода "гидравлическую вставку" между приводным электродвигателем и нагрузкой (машиной и механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ременная передача, кривошипно-шатунный механизм и т.д.). Основное назначение гидропривода, как и механической передачи, - преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.).

Приводным двигателем насоса могут быть электродвигатель, дизель и другие, поэтому иногда гидропривод называется соответственно электронасосный, дизельнасосный и т.д.

К основным преимуществам гидропривода относятся: возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки; простота управления и автоматизации; простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; широкий диапазон бесступенчатого регули­рования скорости выходного звена; большая передаваемая мощ­ность на единицу массы привода; надежная смазка трущихся поверхностей при применении минеральных масел в качестве рабочих жидкостей.

К недостаткам гидропривода относятся: утечки рабочей жид­кости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких зна­чениях давления; нагрев рабочей жидкости, что в ряде случаев требует применения специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты; более низкий КПД (по приведенным выше причинам), чем у сопоставимых механических передач; необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости и защиты от проникновения в нее воздуха; пожароопасность в случае применения горючей рабочей жид­кости.

При правильном выборе гидросхем и конструировании гид­роузлов некоторые из перечисленных недостатков гидроприво­да можно устранить или значительно уменьшить их влияние на работу машин. Тогда преимущества гидропривода перед обыч­ными механическими передачами становятся столь существен­ными, что в большинстве случаев предпочтение отдается имен­но ему.

Сейчас трудно назвать область техники, где бы ни исполь­зовался гидропривод. Эффективность, большие технические воз­можности делают его почти универсальным средством при ме­ханизации и автоматизации различных технологических процес­сов. В частности, в горной промышленности он используется в креплении подземных горных выработок: в очистных забоях применяются индивидуальные гидравлические стойки и гидрав­лические комплексы, выполняющие основные и вспомогательные операции по передвижке как самих крепей, так и другого ме­ханического оборудования в лаве; широко применяются крепи сопряжения горных выработок. Практически все комбайны для ведения очистных и нарезных работ, проведения подготовитель­ных выработок имеют гидропривода подачи исполнительного органа на забой и механизмов для выполнения различных вспо­могательных операций. Гидропривод является неотъемлемым элементом буровых установок. Большинство приводов шахтных конвейеров снабжено гидродинамическими муфтами. [1]

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1. Выбор функциональной схемы гидропривода

Функциональную схему гидропривода выбираем в соответствии с условиями заданиями:

- гидропривод состоит из насоса, двух последовательно подключенных к нему гидромоторов и гидромагистрали диной 10 метров;

- скорость вращения гидромоторов должна плавно регулироваться в пределах 20¸60 об/мин.;

- совместный максимальный крутящий момент на валах гидромоторов М=10 кН´м;

- необходимо обеспечить фиксацию вала гидромотора в момент остановки;

- предусмотреть реверсирование гидромоторов и разгрузку насосов.

В соответствии с данными требованиями выбираем схему, показанную на рис. 1.1.

Для предотвращения обратного движения жидкости при отключенном насосе или для пропуска ее только в одном направлении предусмотрим обратный клапан, для разгрузки насосов – предохранительный клапан, для обеспечения фиксации вала гидромотора – гидрозамок, для фильтрации, поступающей в насос жидкости, – фильтр дисковый жидкой смазки, для распределения потока жидкости – золотник реверсивный с электро-гидравлическим управлением.

Открытая циркуляция позволяет лучше очищать и охлаждать рабочую жидкость за счет ее отстоя в баке.

Вычислим выходную мощность на валах гидромоторов:

N _Г = M ´p ´n/30 (1.1)

где М – крутящий момент, кН´м;

n – частота вращения вала, об/мин

N _Г = 10 ´3,14 ´20/30=20,93 кВт.

Так как выходная мощность на гидромоторе превышает 3 кВт, то необходимо применить объемный метод регулирования.

1.2. Выбор рабочей жидкости

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Выбор гидродвигателя

По крутящему моменту М и числу оборотов n выбираем серийный гидромотор ВГД-630. Он имеет следующие параметры: номинальный крутящий момент 7,1 кН´м, номинальное давление 10 МПа, число оборотов в минуту 3¸70, рабочий объем 4,8 дм³ /об, объемный коэффициент полезного действия (КПД) - h_о =0,97, гидравлический КПД - h_г =0,97, механический КПД - h_м =0,97.

h = h _о ´h _г ´h _м (2.1)

где h - общий КПД

h =0,97 ´0,97 ´0,97=0,91

Определим перепад давления:

P _д = ( 2 p ´M ´h _о )/(q _д ´h ) (2.2)

где q_д – рабочий объем гидромотора, м³ /об

P _д = ( 2 ´3,14 ´5000 ´0,97)/(4,8 ´10^-3 ´0,91)=6,97 МПа.

2.2. Определение расхода жидкости

Расход рабочей жидкости гидромотора находится согласно выражениям:

Q_{M max} =(q_д ´n_max )/ h _о , (2.3)

Q_{M min} =(q _д ´n_min )/ h _о , (2.4)

где Q_{M max} и Q_{M max} – соответственно максимальный и минимальный расход жидкости, м³ /с;

n_max и n_min – соответственно максимальная и минимальная частота вращения вала гидромотора, об/с

Q_{M max} =(4,8 ´ 10^-3 ´ 1)/0,99=4,8 ´ 10^-3 м³ /с,

Q_{M min} =(4,8 ´ 10^-3 ´ 1)/3 ´ 0,99=1,6 ´ 10^-3 м³ /с .

2.3. Выбор гидравлической аппаратуры

Исходя из задачи выбираем:

- золотник реверсивный с электро-гидравлическим управлением Г63-17А (номинальный расход 6,66 дм³ /с, номинальное давление 20 МПа, давление управления 0,8¸2 МПа, потеря давления при номинальном расходе не более 0,3 МПа);

- клапан предохранительный с переливным золотником БГ52-17А (номинальный расход масла 6,6 дм³ /с, наименьший рекомендуемый расход 0,66 дм³ /с, перепад давления на клапане при изменении расхода от наибольшего рекомендуемого на всем диапазоне давлений не более 0,5 МПа);

- обратный клапан ПГ51-27 (номинальный расход масла 9,33 дм³ /с, номинальное давление 0,3¸20 МПа, потеря давления при номинальном расходе не более 0,2 МПа);

- фильтр дисковый жидкой смазки ФДЖ-80 (наименьший размер задерживаемых частиц 0,18 мм, пропускная способность 3,4¸6,3 дм³ /с, наибольший перепад давления 0,05¸1 МПа, наибольшее рабочее давление 0,4 МПа, фильтрующая поверхность патрона 330 см² , вес 168 кг).

2.4. Расчет гидравлической сети

Диаметры трубопроводов определяются из условия обеспечения допустимых эксплуатационных скоростей V_экс :

Исходя из этих величин, определяются внутренние диаметры трубопроводов по формуле:

d=(4Q_max / p V _экс )^1/2 (2.5)

d _всас =(4 ´4,8 ´10^-3 /3,14 ´1,5)^1/2 =0,06 м;

d _слив =(4 ´4,8 ´10^-3 /3,14 ´2)^1/2 =0,055 м;

d _нагн =(4 ´4,8 ´10^-3 /3,14 ´5)^1/2 =0,034 м.

Округляем полученные значения до стандартных: d_всас =56 мм, d_слив =56 мм, d_нагн =34 мм.

Определяем скорость движения жидкости:

V=4Q_max / p ´d² (2.6)

V _всас =4 ´4,8 ´10^-3 /(3,14 ´0,056² )=1,9 м/с,

V _слив =4 ´4,8 ´10^-3 /(3,14 ´0,056² )=1,9 м/с,

V _нагн =4 ´4,8 ´10^-3 /(3,14 ´0,034² )=5,3 м/с.

Потери давления по длине трубопроводов составляют:

D P_l = r ´g ´l ´l ´V² ´10^-6 /(d ´2g) , МПа, (2.7)

где g – ускорение силы тяжести;

l - коэффициент Дарси;

l – длина соответствующей трубы, м (l_всас =2 м, l_слив =4 м, l_нагн =4 м);

d – диаметр соответствующей трубы.

Коэффициент Дарси зависит от режима движения жидкости, который в свою очередь характеризуется числом Рейнольдса Re:

Re=(V ´ d)/ n , (2.8)

где n - кинематическая вязкость жидкости, м² /с

Re_всас =1,9 ´0,056/2 ´10^-5 =5320;

Re_слив =1,9 ´0,056/2 ´10^-5 =5320;

Re_нагн =5,3 ´0,034/2 ´10^-5 =9010.

Если Re>2320, то необходимо определить значение нижнего предельного числа Рейнольдса:

Re_{пр. н.} =10 d/ D _Э , (2.9)

где D_Э – эквивалентная шероховатость внутренней поверхности трубы (для стальных бесшовных труб D_Э =0,001¸0,002 мм)

Re_{пр. н. всас} =10 ´0,056/2 ´10^-6 =280000;

Re_{пр. н. слив} =10 ´0,056/2 ´10^-6 =280000;

Re_{пр. н. нагн} =10 ´0,034/2 ´10^-6 =170000.

Если 2320<Re<Re_{пр. н.} , то коэффициент Дарси определяется по формуле Блазиуса для зоны "гидравлически" гладких труб:

l =0,3164/ Re^{0 , 25} (2.10)

l _всас =0,3164/280000^0,25 =0,014;

l _слив =0,3164/280000^0,25 =0,014;

l _нагн =0,3164/170000^0,25 =0,016.

Таким образом потери по длине составят:

D P_l ^всас =900 ´9,81 ´0,014 ´2 ´1,9² ´10^-6 /0,056 ´2 ´9,81=8,1 ´10^-4 МПа;

D P_l ^слив =900 ´9,81 ´0,014 ´4 ´1,9² ´10^-6 /0,056 ´2 ´9,81=16,2 ´10^-4 МПа;

D P_l ^нагн =900 ´9,81 ´0,016 ´4 ´5,3² ´10^-6 /0,034 ´2 ´9,81=237,9 ´10^-4 МПа.

Потери давления на местные сопротивления определяются по формуле:

D P_M = D P _ном ( Q_max /Q _ном )² , (2.11)

где DP_ном – номинальная потеря давления, указанная в технической характеристике гидроустройства при номинальном расходе Q_ном , МПа.

Потери давления в золотнике:

D P_M ^зол =0,3(4,8 ´10^-3 /6,66 ´10^-3 )² =0,156 МПа.

Потери давления в предохранительном клапане:

D P_M ^п.к. =0,5(4,8 ´10^-3 /6,6 ´10^-3 )² =0,264 МПа.

Потери давления в обратном клапане:

D P_M ^о.к. =0,2(4,8 ´10^-3 /9,33 ´10^-3 )² =0,053 МПа.

Потери давления в фильтре:

D P_M ^ф =0,5(4,8 ´10^-3 /6,3 ´10^-3 )² =0,29 МПа.

Таблица 2.1.

Потери давления в гидросистеме

Сопротивление системы определяем по формуле:

a= D P_W /Q² _max (2.12)

a=0,78922/(4,8 ´10^-3 )² =34254,34 МПа ´с² /м⁶ .

Общее давление в гидросети, необходимое для работы гидропривода, описывается уравнением:

P_c =z ´P _д + a ´Q² , (2.13)

где z - число последовательно соединенных одинаковых и одновременно работающих гидродвигателей

P_c =13 ,94+34254,34 Q² . (2.14)

Максимальное давление в гидросистеме определяется:

P_max =13, 94+ a ´Q² _max =13,94+ 0 , 79 =14,73 МПа.

2.5. Выбор насоса и определение его рабочей точки

По максимальному давлению в гидросистеме и максимальной подаче выбираем насос НПМ-400 (максимальная подача при максимальном давлении и номинальном числе оборотов 6,6 дм³ /с, минимальный рекомендуемый расход при номинальном давлении 1,66 дм³ /с, номинальное давление 20 МПа, номинальное число оборотов в секунду 16, потребляемая мощность 182 кВт) и строим его напорную характеристику (рис. 2.1.). Точка пересечения напорных характеристик соответствует работе насоса на заданную гидросистему, то есть Q_р =0,0048 м³ /с, Р_р =14,73 МПа.

2.6. Выбор электродвигателя

Рассчитываем мощность на валу насоса:

N _в =(Р_р ´Q _р )/ h , (2.15)

где N_в – мощность на валу насоса, Вт;

Р_р – развиваемое давление, Па;

Q_р – производимость насоса, м³ /с;

h - общий КПД насоса

N _в =(14,73 ´10⁶ ´0,005)/0,8=92 кВт.

По полученной мощности выбираем электродвигатель: А02-91-8 (номинальная мощность 50 кВт, скорость вращения вала 740 об/мин).

2.7. Расчет КПД гидропривода

h _общ = N _д / N _в , (2.16)

где N_д – выходная мощность гидродвигателя;

h_общ – общий КПД гидропривода.

N _д =(2 ´Р_д ´Q _д )/ h _д . (2.17)

Подставив формулу (2.17.) в (2.16.), получим:

h _общ =(2 ´Р_д ´Q _д )/( h _д ´N) (2.18)

h _общ =(2 ´6,97 ´ 4,8)/(0,91 ´ 92)=0,8.

2.8. Определение объема масляного бака

W _б =2 Q _р , (2.19)

где W_б – ориентировочный объем масляного бака

W _б =2 ´0,0026=0,0052 м³ .

2.9. Тепловой расчет гидросистемы

Количество тепла, полученное гидросистемой в единицу времени, соответствует потерянной в гидроприводе мощности и может быть определено по формуле:

Q=(1- h _общ ) ´N _в ´К_п , (2.20)

где К_п – коэффициент продолжительности работы под нагрузкой

Q=(1-0,8) ´92 ´0,7=12 ,88 кДж/с.

Суммарная площадь тепловой поверхности:

S=0,14 ´W _б ^2/3 , (2.21)

где S – суммарная площадь теплоизлучающих поверхностей гидропривода, м²

S=0,14 ´0,052 ^2/3 =0,139 м² .

Максимальная температура жидкости, которая достигается через 1 час после начала эксплуатации гидропривода и не зависит от времени, определяется по формуле:

t _ж = t_max +Q/(K ´S), (2.22)

где t_ж – максимальная температура жидкости, °С;

t_max – максимальная температура окружающего воздуха, °С;

К – коэффициент теплоотдачи поверхности гидроагрегатов, кДж/м² ´с´град

t _ж =20+13=33 ° С.

Так как установившаяся температура не превышает 70°С, то для охлаждения рабочей жидкости достаточно теплоотдачи с теплоизлучающих поверхностей гидропривода.

3. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

При эксплуатации гидроприводов с высоким давлением (более 10 МПа) необходимо создать безопасные условия для обслу­живающего персонала от поражения струёй жидкости. Для этого ограждают кожухом все участки гидролиний, которые не заключены в общий корпус машины. При обнаружении внеш­них утечек жидкости немедленно останавливают насос и устра­няют утечки. При высоком давлении в гидросистеме категори­чески запрещается для устранения утечек подтягивать соедине­ния трубопроводов, штуцеры и т. д. Гибкие рукава и шланги не должны перекручиваться в про­цессе эксплуатации. Контролировать их скручивание можно по продольным надписям основных параметров (диаметр, давле­ние и т. д.), наносимым заводами-изготовителями. При обнару­жении местных вздутий наружного покрова на рукавах и шлангах или при появлении хотя бы небольших утечек повреж­денные участки немедленно заменяют новыми. Запрещается эксплуатировать гидропривод высокого давле­ния без манометра или при его неисправности. На шкале или корпусе манометра должна быть нанесена красная метка, со­ответствующая наибольшему допустимому давлению в этой точке. Контроль за давлением в гидромагистрали крепей до­пускается осуществлять по манометру, установленному на на­сосной станции, а на местах — по индикатору давления. Следует периодически проверять работу предохранительных клапанов. В случае отклонения давления срабатывания клапа­на от настроечного более чем на 10% клапан должен быть за­менен новым. Запрещается настраивать клапаны в шахтных условиях. Настройка их должна производиться только на спе­циальных стендах.

Гидроприводы с гидроаккумуляторами должны иметь уст­ройства для отключения от гидросистемы. Гидропневмоаккумуляторы, работающие при давлении свыше 1,6 МПа, следует заряжать нейтральным газом.

Шум, возникающий при работе насосных агрегатов с уста­новленной мощностью до 12,5 кВт, не должен превышать уро­вень звуковой мощности 75-95 дБ при частоте 63-8000 Гц, а с установленной мощностью свыше 12,5 кВт — 85-100 дБ при тех же частотах.

Если гидропневмопривод может работать в полуавтомати­ческом или автоматическом режиме, то на пульте управления должно быть предусмотрено устройство для переключения при­вода на ручное управление в наладочном режиме и соответст­вующая сигнализация об этом.

При соблюдении необходимых мер предосторожности от поражения высоконапорными струями работа с нефтяными ма­слами и другими жидкостями гидроприводов безопасна. Одна­ко, при длительной работе с маслами необходимо пользоваться рукавицами или применять защитные мази, пасты для рук. Вскрытие тары с маслом нельзя производить инструментами, издающими при ударе искрообразование. После окончания ра­боты с маслами необходимо вымыть руки теплой водой с мы­лом.

При загорании масел допускаются все средства тушения, кроме воды, поэтому в местах хранения масел и расположения насосных станций необходимо иметь огнетушители, ящики с песком и лопаты. Промасленную ветошь следует складывать в металлические ящики с крышками, которые необходимо систе­матически освобождать от использованной ветоши.

Предельно допустимая концентрация масляного тумана в воздушной среде составляет 5 мг/м³ , предельно допустимая концентрация паров углеводородов масла в воздухе — 300 мг/м³ .

Весьма опасны ожоги рабочей жидкостью. По этой причине категорически запрещается заменять плавкие защитные пробки в гидромуфтах неплавкими заглушками. Несоблюдение этого требования может привести к ожогам даже при соприкоснове­нии с кожухом гидромуфты, а иногда и к возникновению по­жара.

Все вращающиеся и быстродвижущиеся элементы гидропневмоприводов вне корпуса машины должны быть закрыты кожухами или, в крайнем случае, иметь ограждения.

Корпуса электродвигателей и их пусковую аппаратуру не­обходимо заземлять. Заземление должна иметь и шахтная пневматическая сеть, которая может попасть под напряжение при соприкосновении с оголенными кабелями, контактным проводам и т. д. Шахтная пневматическая сеть должна иметь та­кую коммутацию, чтобы ее можно было использовать для до­ставки воды при тушении пожаров.

При снятии нагрузки пневмодвигатель может развить не­допустимо большие обороты. В целях предупреждения "разно­са" такие пневмодвигатели снабжаются регулятором скорости.

Для снижения аэродинамического шума на пневмодвигателях необходимо устанавливать соответствующие глушители, конструкции которых должны быть рассчитаны также на улав­ливание попавшего в воздух масла. [1]

ЛИТЕРАТУРА

1. Гейер В.Г., Дулин В.С., Заря А.Н. Гидравлика и гидропривод. – М.: Недра, 1991. – 331 с.

2. Двинин А.А., Безус А.А., Двинина И.С., Кудрявцева Н.А. Методические указания к курсовой работе по гидроприводу для студентов очной и заочной форм обучения специальности 17.02 (МОП): часть 1. – Тюмень: ТюмГНГУ, 1999. – 32 с.

3. Двинин А.А., Двинина И.С., Кудрявцева Н.А. Методические указания и задания к курсовой работе по гидроприводу для студентов заочного обучения (специальности 0508 и 0511): часть 2. – Тюмень: Ротапринт ТюмИИ, 1983. – 80 с.