Проектирование гидросхемы приводов машины для сварки трением

Техническое задание

 

Наименование, область применения и назначение изделия

Проектирование гидросхемы приводов машины для сварки трением.

Гидросхему приводов целесообразно использовать в автомобилестроение и инструментальном производстве.

Гидросхема приводов предназначена для автоматизации основных операций, выполняемых на машине для сварки трением при использовании элементов гидроавтоматики.

Цели и задачи разработки

Проектирование гидросхемы приводов машины с целью автоматизации основных операций, выполняемых на машине для сварки трением при использовании элементов гидроавтоматики.

Источники разработки

Разработка ведется на основании изучения состава современного промышленного оборудования, прогнозирования потребности в оборудовании данного класса у предприятий и частных фирм.

Технические требования

Состав машины и требования к конструктивному исполнению

Гидросхема должна содержать следующие узлы:

- привод сжатия заготовки;

- привод тормоза;

- привод захватов;

- гидростанция.

Требования к надежности и технике безопасности.

В наиболее ответственных местах должны быть предусмотрены предохранительные устройства от перегрузок.

Электроаппаратура и электродвигатели должны быть защищены от попаданий влаги по категории « Правил устройства электроустановок (ПУЭ)», утвержденных Госэнергонадзором.

Конструкции проектируемых узлов и систем должна исключать их поломку при нештатных ситуациях.

Требования к технологичности производства и эксплуатации.

Конструкция узлов и систем гидросхемы должна быть технологичной при изготовлении, эксплуатации и ремонте.

Составные части узлов и систем гидросхемы должны быть доступны для технологического обслуживания и ремонта.

Требования к метрологическому обеспечению.

Все используемые измерительные устройства и датчики должны быть отградуированы, и пройти соответствующую аттестацию.

Требования к уровню унификации и стандартизации.

При проектировании гидросхемы приводов необходимо стремиться к максимальной унификации и стандартизации проектируемых узлов и систем, деталей и покупных изделий , а также использовать как можно больше стандартных крепежных деталей и т.п.

Эстетические и эргономические требования.

Конструкция проектируемых узлов и систем гидросхемы приводов и их внешний вид должны соответствовать современным требованиям технической эстетики.

Установка органов управления и усилия, прикладываемые к ним человеком, должны соответствовать эргономическим требованиям.

Специфические требования.

По основным техническим характеристикам и технико-экономическим показателям проектируемые узлы и системы гидросхемы приводов должны иметь преимущества перед подобными образцами данного класса оборудования и находиться на уровне современных зарубежных образцов.

Требования к основным частям установки, сырью и эксплуатационным материалам.

Выбор дефицитных комплектующих изделий материалов и дорогостоящих видов термообработки должен иметь убедительную обоснованность.

Условия эксплуатации, требования к техническому обслуживанию и ремонту приводов.

Все составляющие гидросхемы приводов должны быть рассчитаны для работы в закрытых помещениях при температуре -20…+80 С.

Питание насосной станции должно осуществляться от сети переменного тока напряжением 220В с частотой 50Гц.

Приводы машины периодически должен обслуживать один человек.

Система обслуживания должна включать:

- ежедневное обслуживание;

- еженедельное обслуживание;

-техническое обслуживание после 1000 часов работы;

-техническое обслуживание после 2000 часов работы.

Требование к маркировке и установке.

На видных местах приводов должны быть прикреплены таблички, изготовленные по ГОСТ 12969-67, на которых должны быть указаны:

-наименование привода или его составной части;

-год выпуска.

Маркировка должна быть выполнена краской и трафаретом, либо выгравирована.

Перед упаковкой неокрашенные поверхности должны быть законсервированы.

Требования к транспортированию и хранению.

Упакованные изделия транспортируются в открытых транспортных средствах всех видов в соответствии с правилами перевозки грузов на транспорте данного вида.

Условия транспортирования и хранения должны быть соблюдены в соответствии с ГОСТ 15150-69.

Экономические требования.

Срок окупаемости затрат на разработку и освоение производства- не более 3-х лет.

гидроцилиндр насосная привод сварка

Содержание

Введение

Исходные данные

1. Подбор гидроцилиндров

2. Выбор насосной станции

3. Подбор регулирующей аппаратуры

4. Расчет трубопровода

5. Расчет потерь

6. Расчет потерь в приводе сжатия заготовки

7. Расчет регулировочной и механической характеристик

8. Принцип работы гидроцилиндра

Заключение

Список литературы

Введение

 

Применение гидроприводов позволяет упростить кинематику машин, снизить металлоемкость, повысить точность, надежность и уровень автоматизации.

Широкое использование гидроприводов определяется рядом их существенных преимуществ перед другими типами приводов и, прежде всего возможностью получения больших усилий и мощностей при ограниченных размерах гидродвигателей. Гидроприводы обеспечивают широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости, возможность работы в динамических режимах с требуемым качеством переходных процессов, защиту системы от перегрузки и точный контроль действующих усилий. С помощью гидроцилиндров удается получить прямолинейное движение без кинематических преобразователей, а также обеспечить определенное соотношение скоростей прямого и обратного ходов.

Гидроприводы имеют и недостатки, которые ограничивают их использование в станкостроение. Это потери на трение и утечки, снижающие КПД гидропривода и вызывающие разогрев рабочей жидкости.

При правильном конструировании, изготовлении и эксплуатации гидроприводов их недостатки могут быть сведены к минимуму. Для этого нужно знать хорошо унифицированные узлы станочного гидропривода, централизованно изготовляемые специализированными заводами, а также типовые узлы специального назначения.

 

Исходные данные:

 

Привод сжатия заготовки:

= 5 см/с

Привод тормоза:; ; .

Привод захватов заготовки:

;;

Последовательность работы:3-1-2-3-1-2

Длина магистрали: 4,5м

1. Подбор гидроцилиндров

Привод сжатия заготовки

.

1. Рассчитаем площадь гидроцилиндра F [3, с.381]:

 

 (1)

где P_max – максимальное усилие, P_max =63000 Н;

р – давление в системе МПа; выбирается из ряда стандартных значений( 6,3; 10; 12,5; 16; 20; 25; 32;40;50;63).

Принимаем рабочее давление:

2. Расчетный диаметр поршня гидроцилиндра [3, с.384]:

 (2)

где F – площадь гидроцилиндра, мм²;

p - постоянная, p=3,14.

Выбираем гидроцилиндр: 1- 50х200 по ОСТ2 Г21-1-73 [2, с.48]:

Позиция в гидросхеме -(1)

 

3. Действительная площадь гидроцилиндра  [3, с.381]:

 (3)

где D- диаметр поршня, мм;

p - постоянная, p=3,14.

4. Рассчитаем расход Q [2, с.382]:

 (4)

где -действительная площадь гидроцилиндра,;

-скорость движения гидроцилиндра, .

Привод тормоза.

1. Рассчитаем площадь гидроцилиндра F по формуле (1):

Принимаем рабочее давление:

2. Расчетный диаметр поршня гидроцилиндра по формуле (2):

Выбираем гидроцилиндр: 1- 30х150 по ОСТ2 Г21-1-73 [2, с.48]:

Позиция в гидросхеме -(2)

 

3. Действительная площадь гидроцилиндра  по формуле (3):

4. Рассчитаем расход Q по формуле (4):

Привод захватов.

1. Рассчитаем площадь гидроцилиндра F по формуле(1):

Принимаем рабочее давление:

2. Расчетный диаметр поршня гидроцилиндра по формуле (2):

Выбираем гидроцилиндр: 1-70х3600 по ОСТ2 Г21-1-73 [2, с.48]:

Позиция в гидросхеме -(3)

 

3. Действительная площадь гидроцилиндра  по формуле (3):

4. Рассчитаем расход Q по формуле (4):

2. Выбор насосной станции

 

Выбираем насосную станцию типа 3АМЛ 48-84-УХЛ 4Г49-33 [3, с.38]:

3

А

М

Л

Г48-8

4

УХЛ

12Г12-23АМ 4А112МВ6

4Г49-33

3 – исполнение по высоте гидрошкафа;

А – с теплообменником и терморегулятором (исполнение по способу охлаждения);

М – один агрегат за щитом (исполнение по количеству и расположению насосных агрегатов);

Л – левое, расположение насосного агрегата;

Г48-8 – обозначение насосной установки;

4 – исполнение по вместимости бака (160л.);

УХЛ – климатическое исполнение по ГОСТ15150-69;

12Г12-23АМ – тип комплектующего насоса;

4А112МВ6– тип электродвигателя;

4Г49-33 – номер насосного агрегата.

 

3. Подбор регулирующей аппаратуры

 

1. Дроссель (гидроклапан давления) ДР-12 [2, с.160]: Позиция в гидросхеме - (8)

Диаметр условного прохода 16 мм.

Расход масла-

Внутренние утечки Масса 3,5 кг.

2. Дроссель с обратным клапаном (регулятор потока) КВМК 16G1.1 [2, с.160]:

Позиция в гидросхеме -(4)

Диаметр условного прохода16 мм.

Расход масла-

Потеря давления в клапане-0,1 МПа. Масса 1,1 кг.

3. Обратный клапан по ГОСТ 21464-76 [2, с.112]:

Позиция в гидросхеме -(9)

Диаметр условного прохода 10 мм.

Расход масла-

Утечки масла при номинальном давлении- 0,08 л/мин. Масса- 1,46 мин.

4. Редукционный клапан 20-32-1к-УХЛ 4 [2, с.131]:

Позиция в гидросхеме -(6)

Диаметр условного прохода 20 мм.

Исполнение по номинальному давлению 32 МПа.

Расход масла Q=40 л/мин.

Исполнение по присоединению - резьбовое с конической резьбой (1к).

Климатическое исполнение УХЛ, категория размещения 4.

Потеря давления  Масса 4,6 кг.

5. Двухпозиционный гидрораспределитель [2, с.88]

ВЕ 16-573-30/ОФ В220-50 Н.Д

Позиция в гидросхеме -(5)

В - гидрораспределитель золотниковый;

Е - электромагнитное управление;

16- условный диаметр прохода;

573- вид исполнения;

30/- номер конструкции;

ОФ - без пружинного возврата с фиксатором;

В220-50- переменный ток с напряжением 220 В и с частотой 50 Гц;

Н- электромагнит с управлением от кнопки;

Д- подвод кабеля сверху к электромагниту.

Расход масла  Время срабатывания- 0,02-0,06 с.

Номинальное давление 32 МПА. Потери давления 0,55 МПа.

6. Трехпозиционный гидрораспределитель[2, с.88]

ВЕ 16 -44А-31/ОФ В220-50 Н.Д

Позиция в гидросхеме -(7)

В - гидрораспределитель золотниковый;

Е - электромагнитное управление;

16- условный диаметр прохода;

44А - вид исполнения по гидросхеме;

31/- номер конструкции;

ОФ - без пружинного возврата с фиксатором;

В220-50- переменный ток с напряжением 220 В и с частотой 50 Гц;

Н- электромагнит с управлением от кнопки;

Д- подвод кабеля сверху к электромагниту.

Потери давления 0,55 МПа.

Номинальное давление 32 МПА

4. Расчет трубопровода

 

Принимаем материал труб. Ст. 20.

Определение внутреннего диаметра трубопровода

Внутренний диаметр трубопровода [3, с.391]:

 (5)

 - регламентированная скорость для напорных магистралей при р=63 МПа и - при р=10 МПа ;

Q- расход жидкости, .

- для привода сжатия заготовки;

- для привода тормоза;

- для привода захватов.

 - регламентированная скорость для сливных магистралей, р=2,5МПа;

- для привода сжатия заготовки;

- для привода тормоза;

- для привода захватов.

Определение минимальной толщины стенок трубы для напорной и сливной магистралей [3, с.391]:

 , (6)

где ;

р- давление в системе, МПа; d- внутренний диаметр трубопровода, мм.

Для напорной магистрали

- для привода сжатия заготовки;

 - для привода тормоза;

- для привода захватов.

Для сливной магистрали

 - для привода сжатия заготовки;

- для привода тормоза;

- для привода захватов.

Определение наружного диаметра трубы.

 (7)

где d-внутренний диаметр трубопровода, мм;

-толщина стенок трубы, мм.

Для напорной магистрали

Для сливной магистрали

Выбираем трубу по ГОСТ 8734-75 [3,с.307351] бесшовная холоднодеформированная прецизионная:

Для напорной магистрали

10 1- для привода сжатия заготовки;

9 1- для привода тормоза;

9 1- для привода захватов.

Для сливной магистрали

14 1- для привода сжатия заготовки;

12 1- для привода тормоза;

14 1- для привода захватов.

Выбор масла.

Масло минеральное И-30А [3, с.11]:

Определение числа Рейнальдса [3, с.389]:

 , (8)

где Q- расход жидкости, ;

d-внутренний диаметр трубопровода, мм;

- вязкость жидкости, .

если число Рейнальдса >2300 – поток турбулентный, если < 2300 ламинарный.

Для напорной магистрали

- для привода сжатия заготовки;

- для привода тормоза;

- для привода захватов.

Для сливной магистрали

- для привода сжатия заготовки;

- для привода тормоза;

- для привода захватов.

Во всех ветвях магистрали поток имеет ламинарный режим течения жидкости.

5. Расчёт потерь

Так как для всех трубопроводов режим течения ламинарный то потери в трубопроводах считаются по формуле [3, с.389]::

(9)

где - вязкость жидкости, ;

L- длина трубопровода, м;

Q- расход жидкости, ;

d-внутренний диаметр трубопровода, мм.

Первый контур- привод сжатия заготовки:

Второй контур- привод тормоза:

Третий контур- привод захватов:

6. Расчет потерь в приводе сжатия заготовки

Определим потери в приводе сжатия заготовки:

=32 МПа - давление в приводе сжатия заготовки;

 (10)

 (11)

 (12)

где  = 0,055 МПа - потери в двухпозиционном гидрораспределителе

 = 0,055 МПа – потери в трехпозиционном гидрораспределителе

= 0,106 МПа – потери в напорной магистрали привода сжатия заготовки.

= 0,021 МПа – потери в сливной магистрали привода сжатия заготовки.

– суммарные потери в напорной магистрали привода сжатия заготовки.

– суммарные потери в сливной магистрали привода сжатия заготовки.

 =0,055+0,055+0,106=0,216 МПа

=0,055+0,055+0,021=0,131 МПа

=32-0,216=31,784 МПа

7. Расчет регулировочной и механической характеристик

Механическая характеристика [1, с.392]:

(13)

где- площадь дросселя, ;

p - постоянная, p=3,14;

D- диаметр поршня, м ; d-диаметр штока, м;

p-плотность жидкости, ;

- потери в приводе сжатия заготовки, МПа;

-нагрузка гидроцилиндра, кг;

-потери в сливном трубопроводе, МПа.

, (14)

где -условный диаметр прохода дросселя, м.

 

Рисунок 2 Изменение скорости движения штока гидроцилиндра от площади дросселя

Регулировочная характеристика по формуле (13):

 

F, H	V,
0	0,103
10000	0,094
40000	0,06

F, H	V,
0	0,0512
10000	0,047
40000	0,03

F, H	V,
0	0,1279
10000	0,116
40000	0,078

Рисунок 3 Изменение скорости от усилия на штоке гидроцилиндра

8. Принцип работы гидроцилиндра [2, с.48]

 

Гидроцилиндр с односторонним штоком по ОСТ2 Г21-1-73 состоит из следующих деталей: гильзы 6, крышек 1 и 9, поршня 4, штока 10, разрезной гайки 2, тормозных втулок 3 и 5, фланцев 7, полуколец 8, втулки 11, передней опоры 12, крышки 14, дросселей 15, обратных клапанов 16 и винтов 17. Уплотнение поршня по диаметру D обеспечивается с помощью чугунных поршневых колец, а уплотнение штока по диаметру d- с помощью шевронных уплотнений 13, натяг которых регулируется путем изменения толщины пакета прокладок между крышками 4 и 9. Масло в цилиндр подводится через отверстия ; для выпуска воздуха в крышках 1 и 9 предусмотрены отверстия, заглушаемые пробками. В исполнениях с торможением втулки 3 и 5 в конце хода входят в соответствующие расточки крышек 1 и 9, после чего слив масла из рабочей полости возможен лишь через дроссель 15, регулирующий эффективность торможения. После реверса движения масло в рабочую полость поступает через клапан 16.

Заключение

Проектирование гидросхемы приводов машины проводится с целью автоматизации основных операций, выполняемых на машине для сварки трением при использовании элементов гидроавтоматики.

В результате проделанной работы была спроектирована гидросхема привода машины для сварки трением. Рассчитаны основные характеристики и построены графики зависимостей (график изменения скорости движения штока гидроцилиндра от площади дросселя и график изменения скорости движения штока гидроцилиндра от усилия на штоке гидроцилиндра).

Список литературы

1. Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: - М.: «Машиностроение», 1982.-423с.

2. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник.: - М.: «Машиностроение», 1988.-512с.

3. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник.: - М.: « Машиностроение», 1995.-448с.