Проектирование гидропривода фрезерного станка

К.Р.Гидравлика.cdw

Цилиндр управления перемещением и торможением
гидроцилиндром с помощью путевых дросселей
Цилиндр продольного перемещения узла станка с
инструментальным магазином
Пневмогидравлический аккумулятор
АРХ 1320 ТУ2-053-1410-79Е
Насос пластинчатый нерегулируемый
НПл 4516 ГОСТ 13167-82
Цилиндр двустороннего действия с
двусторонним штоком ГОСТ 6540-68
Клапан редукционный модульный
МКРВ 103М-П2 ТУ2-053-1759-85
Клапан редукционный непрямого действия
-10-УХЛ-4 ТУ02-053-1747-85
КРМ-63-В1 ТУ2-053-1759-85
Схема гидравлическая
Гидромотор Г15-25Р ТУ2-053-1771-86
Цилиндр зажимного механизма
Цилиндр подачи с постоянным усилием
РХ10.574А1000Ф ТУ2-053-1754-85
МДО-103 ТУ2-053-1400-78Е
Дроссель 2МПГ55-14 ТУ27-20-2205-78
Обратный клапан Г51-34
Реле давления 2РД ГОСТ 26005-83
Манометр МТП-10040 ГОСТ 8625-77
Реле уровня LME 500F
Переключатель манометра ПМ6-320
Фильтр напорный с индикатором 4ФГМ32-05.К
Фильтр заливной ФЗ100-80
ПГ54-35М ТУ2-053-1627-83
ДКМ103 ТУ2-053-1446-79
Дроссель 2МПГ55-12 ТУ27-20-2205-78
Дросселирующий распределитель УГЭ8-1216
Клапан обратный модульный КОМ 103

К.Р.Гидравлика.doc

Разработка принципиальной гидравлической схемы7
Определение размеров гидродвигателей8
1 Определение размера гидродвигателя для продольного перемещения узла станка с инструментальным магазином (Ц1)8
2 Определение размера гидродвигателя для управления перемещением и торможением гидроцилиндром с помощью путевых дросселей (Ц2)9
3 Определение размера гидродвигателя для подачи с постоянным усилием (Ц3)11
4 Определение размера гидродвигателя для зажимного механизма (Ц4)12
5 Определение размера гидродвигателя поворота головки (ГМ)13
Построение циклограммы работы гидропривода и выбор источников давления16
Выбор гидроаппаратуры и трубопроводов21
Определение потерь и КПД25
Насосная установка35
Техника безопасности37
Список использованной литературы39
Фрезерный станок – металлорежущий станок для обработки резанием при помощи фрезы наружных и внутренних плоских и фасонных поверхностей пазов уступов поверхностей тел вращения резьб зубьев зубчатых колёс и т.п. В данном курсовом проекте необходимо спроектировать гидропривод фрезерного станка.
Широкое использование гидроприводов в станкостроении определяется рядом их существенных преимуществ перед другими типами приводов.
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; например если усилие на штоке гидроцилиндра становится слишком большим (такое возможно в частности когда шток соединённый с рабочим органом встречает препятствие на своём пути) то давление в гидросистеме достигает больших значений – тогда срабатывает предохранительный клапан в гидросистеме и после этого жидкость идёт на слив в бак и давление уменьшается;
- надёжность эксплуатации;
- широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена; например диапазон регулирования частоты вращения гидромотора может составлять от 2500 обмин до 30-40 обмин а в некоторых случаях у гидромоторов специального исполнения доходит до 1-4 обмин что для электромоторов трудно реализуемо;
- большая передаваемая мощность на единицу массы привода; в частности масса гидравлических машин примерно в 10-15 раз меньше массы электрических машин такой же мощности;
- самосмазываемость трущихся поверхностей при применении минеральных и синтетических масел в качестве рабочих жидкостей; нужно отметить что при техническом обслуживании например мобильных строительно-дорожных машин на смазку уходит до 50% всего времени обслуживания машины поэтому самосмазываемость гидропривода является серьёзным преимуществом;
- возможность получения больших сил и мощностей при малых размерах и весе передаточного механизма;
- простота осуществления различных видов движения – поступательного вращательного поворотного;
- возможность частых и быстрых переключений при возвратно-поступательных и вращательных прямых и реверсивных движениях;
- возможность равномерного распределения усилий при одновременной передаче на несколько приводов;
- упрощённость компоновки основных узлов гидропривода внутри машин и агрегатов в сравнении с другими видами приводов.
К недостаткам гидропривода относятся:
- утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры особенно при высоких значениях давления в гидросистеме что требует высокой точности изготовления деталей гидрооборудования;
- нагрев рабочей жидкости при работе что приводит к уменьшению вязкости рабочей жидкости и увеличению утечек поэтому в ряде случаев необходимо применение специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты;
- более низкий КПД чем у сопоставимых механических передач;
- необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости поскольку наличие большого количества абразивных частиц в рабочей жидкости приводит к быстрому износу деталей гидрооборудования увеличению зазоров и утечек через них и как следствие к снижению объёмного КПД;
- необходимость защиты гидросистемы от проникновения в неё воздуха наличие которого приводит к нестабильной работе гидропривода большим гидравлическим потерям и нагреву рабочей жидкости;
- пожароопасность в случае применения горючих рабочих жидкостей что налагает ограничения например на применение гидропривода в горячих цехах;
- зависимость вязкости рабочей жидкости а значит и рабочих параметров гидропривода от температуры окружающей среды;
- в сравнении с пневмоприводом – невозможность эффективной передачи гидравлической энергии на большие расстояния вследствие больших потерь напора в гидролиниях на единицу длины.
Разработка принципиальной гидравлической схемы
Для разработки принципиальной гидравлической схемы необходимо знать структуру гидропривода. В общем случае она должна содержать следующее:
) Гидродвигатель. В основном это гидроцилиндр причем одноштоковый. Рабочая полость - поршневая противоположная - для холостых ходов.
) Гидрораспределители. Реверсируют большие потоки рабочей жидкости поэтому рабочий золотниковый распределитель управляется гидравлическим путем управляющим гидрораспределителем (пилотом) который в свою очередь переключается за счет механической связи с рабочим органом станка.
) Устройства для регулирования скорости движения. Применяют дроссельное и объемное регулирование скорости движения. Требуется применение регуляторов расхода для поддержания постоянной скорости движения при переменной нагрузке. Следует отдавать предпочтение объемному способу регулирования как более экономичному.
) Устройства дня разгона в начале движения гидроцилиндра и торможения в конце.
) Аппаратуру для управления пуском и остановкой гидродвигателя. Применяют обычно для этой цели гидрораспределители с различными видами управления.
) Аппаратуру для предотвращения самопроизвольного опускания штока с рабочим органом при вертикальном его движении (гидрозамки или другие фиксирующие устройства);
С учётом этого в данном курсовом проекте разрабатывается гидропривод фрезерного станка.
Определение размеров гидродвигателей
1 Определение размера гидродвигателя для продольного перемещения узла станка с инструментальным магазином (Ц1)
Тяговая нагрузка цилиндра:
Нагрузки преодолеваемые цилиндрами при разгоне и торможении:
где – ускорение разгона и торможения мс2;
Х – пути разгона и торможения мм;
Так как напорной является поршневая полость то:
Так как рассчитываем для F:
Диаметр гидроцилиндра округляем до стандартного значения: D = 90мм.
Исходя из соотношения dD = 05 находим что d = 892112 = 44605 мм.
Диаметр штока округляем до стандартного значения: d = 45 мм.
Перепад давлений в цилиндре:
где F1 и F2 – нагрузки преодолеваемые силами давлений поршневой и штоковой полостями.
2 Определение размера гидродвигателя для управления перемещением и торможением гидроцилиндром с помощью путевых дросселей (Ц2)
Диаметр гидроцилиндра округляем до стандартного значения:
Исходя из соотношения dD = 05 находим:
d = 564222 = 28211 мм.
Диаметр штока округляем до стандартного значения:
3 Определение размера гидродвигателя для подачи с постоянным усилием (Ц3)
Диаметр гидроцилиндра:
Диаметр гидроцилиндра округляем до стандартного значения: D = 80мм.
Исходя из соотношения dD = 05 находим что d = 72842 = 3642 мм.
Диаметр штока округляем до стандартного значения: d = 40 мм.
4 Определение размера гидродвигателя для зажимного механизма (Ц4)
Диаметр гидроцилиндра округляем до стандартного значения: D = 63 мм.
Исходя из соотношения dD = 05 находим что d = 623772 = 31188.
Диаметр штока округляем до стандартного значения: d = 32 мм.
5 Определение размера гидродвигателя поворота головки (ГМ)
Поворотные гидродвигатели и гидромоторы развивают момент М преодолевающий момент от инерционной нагрузки Ми момент от нагрузки Мн и силы трения Мтр:
Момент от инерционной нагрузки:
где J – момент инерции поворотного механизма и гидромотора приведённый к валу гидромотора кг·м2.
–угловое ускорение; (2.10)
– угол поворота вала гидромотора на котором происходит разгон или торможения;
– угол поворота вала гидромотора из позиции в позицию.
М = 1565 + 50 = 6565 Н·м
Требуемый рабочий объём гидромотора
где = 09 – механический КПД мотора.
С учётом V0тр принимаем:
- гидромотор Г15-25Р с рабочим объёмом:
V0 = 160 см3 [4 таблица 1].
Перепад давления на принятом гидромоторе:
Все полученные результаты сводим в таблицу 2.1
Таблица 2.1 - Размеры гидродвигателей
рассчитанные величины
Построение циклограммы работы гидропривода и выбор источников давления
Расходы жидкости для цилиндров:
с поршневой полостью:
со штоковой полостью:
где V1 и V2 – скорости перемещения поршней в соответствующем направлении.
Расходы жидкости для гидромотора:
Время вращения гидромотора:
где Z = – число позиций;
Время перемещения поршня:
где S – величина хода.
) Для продольного перемещения узла станка с инструментальным магазином:
) Для управления перемещением и торможением гидроцилиндром с помощью путевых дросселей:
) Для подачи с постоянным усилием:
) Для зажимного механизма:
) Для поворота головки:
Типовой цикл работы гидропривода:
ГМ ЦППЦУПТЦППУЦЗМ ЦППЦУПТЦППУЦЗМ
(ГМ Ц1Ц2Ц3Ц4 Ц1Ц2Ц3Ц4)
Для построения циклограммы работы гидропривода сводим данные в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 – Данные для построения циклограммы
Определяемые величины
Строим циклограмму работы гидропривода (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 - Циклограмма работы гидропривода
Для выбора источников давления заполняем таблицу 3.2 используя данные таблиц 2.1 и 3.1.
Для заполнения таблицы 3.2 необходимо определить требуемый объём масла в каждом переходе цикла по следующей формуле:
) Для управления перемещением и торможения гидроцилиндром с помощью путевых дросселей:
Требуемый объём масла за весь цикл: .
Определяем требуемую подачу насоса:
Qн.т. = (VTi × 60) (3.7)
Qн.т. = (7207 × 60) 99 = 43679 лмин.
Выбираем насос пластинчатый нерегулируемого типа [1 стр.18]:
НПл 4516: Qн. = 567 лмин .
Определяем объём масла подаваемый насосом за время каждого из переходов цикла:
) Для продольного перемещения узла станка с инструментальным магазином: ;
) Для подачи с постоянным усилием: ;
) Для зажимного механизма: ;
) Для поворота головки: ;
Определяем разность ΔV = VН - VT. (3.8)
Результаты вычислений заносим в таблицу 3.2.
Таблица 3.2 - Выбор источника давления
в конце перехода PН МПа
По [1] с учётом того что Vmax = 067 л определяем вместимость газовой камеры: V = 1 дм3. Выбираем пневмогидравлический аккумулятор: АРХ -1320 (рном = 32 МПа V = 1 дм3) [1 стр.328].
Выбор гидроаппаратуры и трубопроводов
В соответствии с принципиальной гидросхемой подбираем аппаратуру и другие узлы гидропривода по их функциональному назначению величине условного прохода и способу исполнения. Для каждого типоразмера аппаратуры из её технической характеристики находим потери давления и утечки.
Перепад давлений рабочий находится по формулам:
- для распределителей; (4.1)
- для предохранительных переливных обратных и других нормально закрытых клапанов. (4.2)
Все данные сводим в таблицу 4.1.
Таблица 4.1 - Выбор аппаратуры
Расход пропускаемый
Перепад давлений рабочий ра МПа
Продолжение таблицы 4.1
Определяем внутренний диаметр трубопровода через который проходит расход масла:
Для продольного перемещения узла станка с инструментальным магазином:
для напорной гидролинии:
для сливной гидролинии:
Для управления перемещением и торможением гидроцилиндром с помощью путевых дросселей:
Для подачи с постоянным усилием:
Для зажимного механизма:
Для поворота головки:
Определяем минимально допустимую толщину стенки трубопровода:
где - предел прочности на растяжение материала трубопровода
к - коэффициент безопасности
Для напорной гидролинии:
Для сливной гидролинии:
Толщина стенки j наружный диаметр трубы dн [1 таблица 7]:
dн1 = d1 + 2· j1 = 31815 + 2·15 = 34815 dн1 = 35 мм;
dн2 = 2033 + 2·1 = 2218 dн2 = 23 мм;
dн3 = 25816 + 2·1 = 27816 dн3 = 28 мм;
dн4 = 11135 + 2·1 = 13135 dн4 = 14 мм;
dн5 = 10842 + 2·05 = 11842 dн5 = 12 мм.
Внутренний диаметр (dв = dн – j):
dв1 = 33 мм; dв2 = 21 мм; dв3 = 26 мм; dв4 = 12 мм; dв5 = 11 мм.
dсл1 = 28456 + 2·1 = 30456 dсл1 = 31 мм;
dсл2 = 18184 + 2·1 = 20184 dсл2 = 21 мм;
dсл3 = 2309 + 2·1 = 2509 dсл3 = 26 мм;
dсл4 = 996 + 2·05 = 1096 dсл4 = 11 мм;
dсл5 = 9698 + 2·05 = 10698 dсл5 = 11 мм.
dв11 = 29 мм; dв22 = 19 мм; dв33 = 24 мм; dв44 = 10 мм; dв55 = 10 мм.
Определение потерь и КПД
Определяем число Рейнольдса:
где - коэффициент кинематической вязкости зависящий от марки принятого минерального масла = 30 мм2с (для ИГП-18);
Reкр = 2300 – для гладких круглых труб.
Если Re > Reкр то режим течения масла турбулентный.
Если Re Reкр то режим течения масла ламинарный.
Так как во всех случаях Reкр > Re то режим течения масла для всех трубопроводов - ламинарный и потери давления в трубопроводах длиной L при внутреннем диаметре dв на i-том участке равны:
Определяем потери в различных местных сопротивлениях:
где - коэффициент местного сопротивления;
Потери давления в последовательно подключенных аппаратах определяются из таблицы 4.1 и суммируются:
ра = рр +рдр +ркл + (5.4)
где рр - потери давления в распределителе;
рдр - потери давления в дросселе;
ркл - потери давления в клапане и т.д.
ра1н = 0723 + 0915 = 1638 МПа;
ра2н = 043 + 0781 + 0781 + 0366 = 2358 МПа;
ра3н = 004 + 004 + 004 + 0504 + 0504 + 0504 + 0564= 2196 МПа;
) Для зажимного механизма
ра4н = 0375 + 0117 + 0343 = 0835 МПа;
ра5н = 0309 + 0309 = 0618 МПа;
ра5сл = 0309 + 0309 = 0618 МПа.
Потери давления на каждом из параллельных участков находятся отдельно для напорной и сливной гидролиний по следующей формуле:
рi = ртр + рм + ра (5.5)
)р1нп = 00048 + 0026 + 1638 = 16688 МПа;
)р2нп = 00089 + 0047 + 2358 = 24139 МПа;
)р3нп = 0012 + 0047 + 2196 = 2255 МПа;
)р4нп = 0042 + 0062 + 0835 = 0939 МПа;
)р5нп = 0034 + 0051 + 0618 = 0703 МПа;
) р1сл = 0006 + 0024 + 0915 =0945 МПа;
) р2сл = 00099 + 0039 + 0366 = 04149 МПа;
) р3сл = 0013 + 0036 + 0564 = 0613 МПа;
) р4сл = 0065 + 0071 + 0343 = 0479 МПа;
) р5сл = 005 + 0075 + 0618 = 0743 МПа.
Находим потери давлений для напорной и сливной линии на участке гидропривода:
)рп = 16688 + 0945 = 26138 МПа;
)рп = 24139 + 04149 = 28288 МПа;
)рп = 2255 + 0613 = 2868 МПа;
)рп = 0939 + 0479 = 1418 МПа;
)рп = 0703 + 0743 = 1446 МПа.
Определяем полные потери давления на участке гидропривода по формуле:
р =рп +ргд = рП (5.7)
)р = 26138 + 3889 = 65028 МПа;
)р = 28288 + 3175 = 60038 МПа;
)р = 2868 + 3281 = 6149 МПа;
)р = 1418 + 388 = 5298 МПа;
)р = 1446 + 2865 = 4311 МПа.
Полученные данные сводим в таблицы 5.1 и 5.2.
Таблица 5.1 - Определение потерь давления в напорной гидролинии
Участок гидропривода
Продолжение таблицы 5.1
Таблица 5.2 - Определение потерь давления в сливной гидролинии
По длине трубопровода
В местных сопротивлениях
Определяем гидравлический КПД участка:
) Для поворота головки:
Определяем объёмный КПД участка:
где ΣQУТ - суммарные утечки в гидроаппаратуре;
- объёмный КПД гидродвигателя
Определяем общий КПД участка без учёта КПД насоса:
где м - механический КПД участка
= 0598 × 0986 × 088 = 0519;
= 053 × 0985 × 088 = 0459;
= 053 × 0954 × 088 = 0445;
= 073 × 0946× 088 = 0608;
= 065 × 0959 × 088 = 0549;
Определяем общий КПД гидропривода:
где р1 рm - полезная мощность гидродвигателя отдельного участка;
m - КПД отдельных участков;
н - полный КПД насоса
Полезная мощность для гидроцилиндров:
где F – преодолеваемая нагрузка при прямом (рабочем) ходе;
V – скорость перемещения при преодолении этой нагрузки.
Полезная мощность для поворотного гидромотора:
Расчёты сводим в таблицу 5.3.
Таблица 5.3 - Определение КПД гидропривода
Определяем потери мощности в насосе и гидроприводе:
Для нерегулируемого насоса работающего при постоянном режиме давления:
Необходимый объём масла в баке:
По рекомендации [6] с.313 с целью уменьшения размеров гидробака применяем дополнительное охлаждение в виде ребер жесткости что позволяет уменьшить объем бака до 2000 л.
Выбираем бак стандартной вместимости V = 2000 л [ГОСТ 12448-80].
Гидроприводы станков чаще всего работают в повторно-кратковременном режиме работы. В этих условиях электродвигатель привода насоса подбирается по эквивалентной мощности:
Выбираем двигатель трёхфазный асинхронный:
А160S2У3 (NДВ = 15 кВт nДВ = 2920 обмин)
Техника безопасности
Требования техники безопасности:
- Для защиты от перегрузок и контроля давления в линиях нагнетания гидроприводов должны быть установлены предохранительные клапаны и манометры причем на шкале или корпусе последних должны быть нанесены красные метки соответствующие максимально допустимому давлению. На линиях ведущих к манометрам запрещается производить отбор рабочей жидкости.
- Конструкция гидроприводов должна исключать непредусмотренные перемещения гидродвигателей. Гидросистемы должны иметь блокировки исключающие возможность ошибочного включения несовместимых движений рабочих органов которые могут привести к возникновению опасных или вредных факторов.
- Если снижение давления в системе может создать опасность для работающих или вызвать аварию должна быть предусмотрена блокировка останавливающая машину при снижении давления до опасного уровня. При этом не должны отключаться устройства перерыв в работе которых связан с возможностью травмирования работающих (зажимные тормозные и т. п.).
- Конструкция гидроприводов и устройств должна исключать разбрызгивание или растекание рабочей жидкости.
- Заземление систем и устройств должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.007.0-75 и ГОСТ 21130-75.
- Если гидропривод может работать в полуавтоматическом или автоматическом режиме то на пульте управления должно быть предусмотрено устройство для его переключения на ручное управление в наладочном режиме.
- Испытания и эксплуатация гидроприводов и устройств должны производиться при строгом соблюдении правил противопожарной безопасности.
- Следует систематически 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 штатных условиях. Их настройка должна производиться только на специальных стендах. После настройки предохранительные клапаны и другая регулирующая гидроаппаратура должны быть опломбированы.
- Не допускается эксплуатировать системы при возникновении хотя бы одной из следующих неисправностей выход значения какого-либо параметра системы или устройства за пределы допустимого; появление повышенного шума стука и вибраций в гидромоторах и насосах; появление наружных утечек жидкости; повреждение измерительных приборов и сигнальных устройств.
- Не допускается эксплуатация манометра если стрелка при его включении не возвращается к упорному штифту или в случае отсутствия штифта отклоняется от нулевого деления шкалы на значение превышающее половину допускаемой погрешности а также при любом повреждении манометра.
- Не допускается производить подтягивание болтов гаек и других соединений в системе находящейся под давлением и во время ее работы.
- Все вращающиеся и быстродвижущиеся элементы гидропневмоприводов не помещенные в корпус машины должны быть закрыты кожухами или иметь ограждения.
Соблюдение требований по эксплуатации машин качественное полное и своевременное проведение технического обслуживания своевременная замена изношенных деталей исключение перегрузок и соблюдение скоростного режима работы машины являются важными условиями уменьшения износа и повышения ресурса работы гидрооборудования. Особенно важными являются соблюдение рекомендаций заводов-изготовителей машин по обеспечению своевременной смазки трущихся деталей машин (режимы смазки марки масел и рабочих жидкостей).
Правильная организация технического обслуживания и качественное его выполнение существенно уменьшают простои машин из-за неисправностей и позволяют снизить затраты на их эксплуатацию и ремонт.
Список использованной литературы
Свешников В.К. Станочные гидроприводы: справ. В.К. Свешников
– 5-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение 2008. - 640 с.
Гидропривод и гидроавтоматика. Методические указания по курсовой работе для студентов специальностей 1-36 01 01 "Технология машиностроения"
-36 01 03 “Технологическое оборудование машиностроительного производства” 1-53 01 01 «Автоматизация технологических процессов и производств». Часть 1 - Могилёв: Белорусско-Российский университет 2008. – 29с.
-36 01 03 “Технологическое оборудование машиностроительного производства” 1-53 01 01 «Автоматизация технологических процессов и производств». Часть 2 - Могилёв: Белорусско-Российский университет 2008. – 20с.
Фрезерное дело: учеб.пособие Бергер И. И. Комлев А. П. - М. : Высш.шк. 1981. - 305 с.
Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудования: Учеб. пособие для вузов Л. Г. Чичеров Г. В. Молчанов А. М. Рабинович и др. – М.:Педра 1987. – 422 с.