Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса»

Институт подготовки специалистов без отрыва от производства

Отделение регионального обучения

Курсовая  работа

по дисциплине

«Пневмо- и гидропривод»

Направление подготовки: 151000.62  «Технологические машины и оборудование»     

Профиль подготовки: «Машины и оборудование в д/о производстве»             

Выполнил:  студент  гр.                             

                                                  

Проверил:  доцент кафедры процессов и аппаратов д/о производств      

  Шевляков А.А.                         

Москва

2013 г.
З А Д А Н И Е

на

Курсовую  работу

по  дисциплине

“Пневмо- и гидропривод”

для специальности:   150405.65 (170400) “Машины  и  механизмы  лесного  комплекса”

специализация:          “Машины  и  механизмы  деревообрабатывающей  промышленности”

ГИДРОПРИВОД  ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА

 

В гидроприводе фрезерного станка рабочая жидкость насосом 1 через фильтр 2, регулируемые гидродроссели 4, 5 и 6 и гидрораспределители 7, 8 и 9 подается к гидроцилиндрам 10 и 11, которые осуществляют подачу стола и фрезерной головки, и гидромотору 12, который через редуктор 13 осуществляет вращение фрезы 14. Угол a обработки детали 15 определяется соотношением скоростей перемещения стола v₁ и фрезерной головки v₂. Число оборотов фрезы n_фр зависит от числа оборотов гидромотора n_гм и передаточного числа редуктора i.

Определить:

1.      Угол обработки детали a.

2.      Мощность, потребляемую насосом N_н, и его к.п.д. h_н.

3.      Число оборотов фрезы n_фр.

Задачу решать при следующих исходных данных:

o   рабочий объем насоса V_н= 30 см³; частота вращения вала насоса n_н= 1500 об/мин; объемный к.п.д. насоса h_он= 0,8 при р = 10,5 МПа; механический к.п.д. насоса h_мн= 0,9;

o   рабочий объем гидромотора V_гм= 10 см³; коэффициент удельных утечек жидкости в гидромоторе k_огм= 0,01 1/МПа; механический к.п.д. гидромотора h_мгм= 0,95; передаточное число редуктора i = 10;

o   диаметры поршней гидроцилиндров D₁= 60 мм, D₂= 50 мм, диаметры штоков гидроцилиндров d_шт1= 40 мм, d_шт2= 30 мм, объемные и механические к.п.д. гидроцилиндров h_огц1= h_огц2= h_мгц1= h_мгц2= 1,0;

o   длины трубопроводов l_тр1= 4 м, l_тр2= 2 м, l_тр3= 2 м, l_тр4= 3 м, l_тр5= 4 м; диаметры трубопроводов d_тр1= 10 мм, d_тр2= 8 мм, d_тр3= 8 мм, d_тр4= 8 мм, d_тр5= 10 мм;

o   местные сопротивления фильтра 2, каждого канала гидрораспределителей 7, 8 и 9 при расчете заменить эквивалентными длинами l_эф= 200×d_тр1, l_эгр1= 100×d_тр2, l_эгр2= 100×d_тр3, l_эгр3= 100×d_тр4;

o   характеристика переливного клапана задана р_{пк min}= 10 МПа при Q_к= 0, р_пк= 12 МПа при Q_к= 400 см³/с;

o   плотность рабочей жидкости r_ж= 900 кг/м³, вязкость рабочей жидкости n_ж = 0,4 см²/с.

Величины площадей проходных сечений и коэффициенты расхода гидродросселей 4, 5 и 6, усилия вдоль штоков гидроцилиндров 10 и 11, момент на фрезе 14 взять из таблицы вариантов к курсовой работе в соответствии с номером варианта, выдаваемого преподавателем.

№ варианта	Sдр1, мм2	Sдр2, мм2	Sдр3, мм2	F1, кН	mдр1, 1	mдр2, 1	mдр3, 1	F2, кН	M, Н×м

Указание: Задача решается графоаналитическим методом.

Оформленная курсовая работа должна включать в себя:

1. Титульный лист с указанием названия работы, специальности, группы и фамилии студента, фамилии преподавателя.

2. Условие задания, включающее принципиальную схему, исходные данные и вопросы, требующие ответа.

3. Расчетно-графическую часть, в которую входят эквивалентная схема, аналитические расчеты и графические построения, выполненные на миллиметровой бумаге стандартного формата (А3).

4. Полные ответы на поставленные в задании вопросы.

1. Переводим заданные величины в систему СИ

Обозначения	Заданные величины	Величины, переведённые в систему СИ
Vн	30 см	30·10-6 м3
nн	1500об/мин	25 об/с
р	10.5 МПа	10.5·106  Па
Vгм	10 см3	1·10-5  м3
kогм	0.01 1/МПа	0.01·10-6  1/Па
D1	60 мм	60·10-3 м
D2	50 мм	50·10-3 м
dшт1	40 мм	40·10-3 м
dшт2	30 мм	30·10-3 м
dтр1	10 мм	10·10-3 м
dтр2	8 мм	8·10-3 м
dтр3	8 мм	8·10-3 м
dтр4	8 мм	8·10-3 м
dтр5	10 мм	10·10-3 м
рnk min	10 МПа	10·106  Па
Qк	0 см3/с	0 м3/с
рnk	12 МПа	12·106  Па
Qк при 12 МПа	400 см3/с	4·10-4  м3/с
νж	0.4 см2/с	0.4·10-4  м2/с
nон	0.8	0.8
ŋмн	0.9	0.9
ŋмгм	0.95	0.95
i	10	10
ŋогц1 = ŋогц2 = ŋмгц1 = ŋмгц2	1	1
ρж	900 кг/м3	900 кг/м3

Эквивалентные длины

l_эф = 200·d_тр;  l_эгр1 = 100·d_тр2;  l_эгр2 = 100·d_тр3;  l_эгр3 = 100·d_тр4

Вариант № __

№ вар.	Sдр1	Sдр2	Sдр3	F1	μдр1	μдр2	μдр3	F2	M
_	_ мм2	_ мм2	_ мм2	_ кН	__	__	__	__ кН	__ Н·м
	_·106 м	_·106 м	_·106 м	_·103Н				__·103Н

2. Составляем эквивалентную схему гидропривода

 

3. Проводим аналитические расчёты, необходимые для построения расходных характеристик трубопроводов, входящих в гидропривод, придерживаясь следующего порядка:

3.1. Определяем теоретическую подачу насоса

, м³/с

 = 30·10 ^-6 · 25 = 750·10 ^-6 м³/с.

3.2. Определяем величину потребного напора в зависимости от расхода жидкости для каждого отдельного  трубопровода

Считаем что все трубопроводы гидравлические гладкие и если в пределах максимальной подачи насосной установки возможен как ламинарный, так и турбулентный режим.

3.2.1. Определяем критическую величину расхода  для каждого отдельного трубопровода, по величине критического числа Рейнольдса = 2320

,

=.

для 1 трубопровода

=,

== = 7.288·10^-4 м³/с;

для 2 трубопровода

=,

== = 5.831·10^-4 м³/ с;

для 3 трубопровода

=,

== = 5.831·10^-4 м³/ с;

для 4 трубопровода

=,

== = 5.831·10^-4 м³/ с;

для 5 трубопровода

=,

== = 7. 288·10^-4 м³/с.

3.2.2. Определяем потери напора по длине для каждого отдельного трубопровода

Для определения потерь напора по длине данного трубопровода используем формулу Дарси-Вейсбаха

.

Для нахождения коэффициента гидравлического трения, при используем формулу для ламинарного режима движения жидкости для круглых труб (формула Пуазеля)

,

а при - формулу для зоны гидравлически гладких труб ( Блазиуса)

.

С учётом этого выражения для расчёта коэффициента гидравлического сопротивления принимает следующий вид

                        , при ;

     

                        , при  .

Подставим это выражение в формулу Дарси – Вебаха , получим

                        , при ;

     

                        , при .

После преобразований формула для расчёта потерь напора по длине данного трубопровода примет следующий вид:

                        , при ;

     

                        , при  .

для трубопровода 1

                        , при ;

     

                        , при  ,

                        , при      ;

     

                        , при ,

для трубопровода 2

                        , при ;

     

                        , при  ,

                        , при    ;

     

                        , при  ,

для трубопровода 3

 

                        , при ;

     

                        , при ,

                        , при ;

     

                        , при ,

для трубопровода 4

                        , при ;

     

                        , при ,

                        , при ;

     

                        , при ,

для трубопровода 5

 

                        , при ;

     

                        , при ,

                        , при ;

     

                        , при .

3.2.3. Определяем потери напора на местных сопротивлениях для каждого отдельного трубопровода

Потери напора на местных сопротивлениях для каждого отдельного трубопровода определяем как сумму всех местных сопротивлений на данном трубопроводе, в качестве которых выступают гидравлические аппараты или устройства, установленные на нём.

,

где  j  –  – тое местное сопротивление, уставленное на трубопроводе;

      m –  количество местных сопротивлений, установленных на трубопроводе;

для 1 трубопровода

= ,

где

                        , при ;

     

                        , при  ,

            , при ;

, при ;

для  2 трубопровода

,

где

=;

                        , при ;

     

                        , при  ;

            , при ;

=

, при ;

,

=;

для 3 трубопровода

;

где

=;

 

                        , при ;

     

                        , при  ;

            , при ;

=

, при ;

,

=;

для 4 трубопровода

,

где

=;

 

                        , при ;

     

                        , при  ;

            , при ;

=

, при ,

=;

.

для 5 трубопровода

.

3.2.4. Определяем потребный напор для каждого отдельного трубопровода с учётом полученных зависимостей для потерь напора по длине и потерь напора на местных сопротивлениях для данного трубопровода

.

для  1 трубопровода

при

=+,

при

=+.

для  2 трубопровода

при

=++2·+;

при

=++2·+;

для 3 трубопровода

при

= +  +2· + ;

при

=++2·+;

для 4 трубопровода

при

= + + 2·+;

при

= ++2·+;

для 5 трубопровода

при

= ;

при

= .

3.2.5. Находим значения потребного напора для каждого отдельного трубопровода, задаваясь значениями расхода Q_mpi от 0 до 1.4×Q_нт с шагом 0.2 Qнт. Полученные данные заносим в таблицу

i:=1 . . .5

3.3. Строим графики зависимости H_потрi = f(Q_mpi) для каждого отдельного трубопровода в одних координатах

3.4. Строим суммарную характеристику гидропривода сложением графиков H_потрi = f(Q_mpi), придерживаясь следующего порядка

3.4.1. Складываем трубопроводы 2, 3 и 4

Трубопроводы 2, 3 и 4 работают параллельно, следовательно, их сложение проводим по горизонтали.

Q_2-4 = Q₂+Q₃+Q₄   при Н_{пот I} = const

3.4.2. Упрощаем эквивалентную схему гидропривода

3.4.3. Складываем трубопроводы 1, 2-4 и 5

Трубопроводы 1, 2-4, 5 работают последовательно. Их сложение ведем по вертикали.

h_1-5 = h₁+h_2-4+h₅   при Q = const.

3.4.4. Упрощаем эквивалентную схему

3.4.5. Складываем трубопроводы 1-5 и 6

Трубопроводы 1-5 и 6 работают параллельно. Их сложение ведем по горизонтали.

Q_сум = Q_{1-5 i}+Q₆   при Н_{пот I} = const.

3.4.6. График 1–6 является суммарной характеристикой гидропривода

4. Определяем значение потребного напора h_н  графически

_____ м

5. Определяем давление на выходе из насоса.

= __________  Па.

6. Определяем величину объемного коэффициента полезного действия насоса η_он  при полученном давлении на выходе из насоса

где = - коэффициент удельных утечек жидкости в насосе определяется по заданному коэффициенту полезного действия насоса  = 0,8 при определённом перепаде давления на насосе = 10,5·10⁶ Па;

===0,019·10 ^-6.

= 1 – 0,019·10 ^-6· _______  = ____________ .

7. Определяем действительную величину подачи насоса

Q_н = Q_нт -  ,

Qн = 75·10 ^-5 ·__________ = ________________ м³/с.

8. Определяем мощность потребляемую насосом

= ______________ ×_________________ = ___________________ Вт.

9. Определяем графически расходы в трубопроводах 2, 3, 4 по действительной подаче насоса Q_н

Q₂ = _________________ м³/с;

Q₃ = _________________ м³/с;

Q₄ = _________________ м³/с.

10. Определяем погрешность суммарного расхода в параллельных трубопроводах (2, 3, 4) относительно действительной подачи насоса

= __________  %.

11. Определяем частоту вращения гидромотора

 об/сек.

где = Q₄ = ____________ м³/с,

= 10·10^{-6 м3},

= 1 – k_огм·Δp_гм

Δp_гм = ,

где

= 10·10^-6 м³,

 = 0,95,

= 10,

k_огм = 0.01·10^-6 Па.

Δp_гм = _________________ Па.

= 1 – k_огм·Δp_гм = 1 – 0,01·10^-6 ________________ = _______.

= _______ об/сек.

12. Определяем частоту вращения фрезы

=____________ об/сек.

13. Определяем скорость движения поршня первого гидроцилиндра

,

где == _____________ м3/с;

== м²;

== _____________ м/с.

14. Определяем скорость движения поршня второго  гидроцилиндра

,

где ==_______________ м³/с;

== м²;

== _____________ м/с.

15. Определяем угол обработки детали

tgα==  _____________,

α = ________ º.