• RU
  • icon На проверке: 14
Меню

Разработка гидравлического привода манипулятора

  • Добавлен: 25.01.2023
  • Размер: 440 KB
  • Закачек: 0
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Разработка гидравлического привода манипулятора

Состав проекта

icon
icon ЗАПИСКА.doc
icon СХЕМА.cdw
icon Спецификация.spw
icon Поворотный гидродвигатель.cdw

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon ЗАПИСКА.doc

Министерство образования Республики Беларусь
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра “Металлорежущие станки и инструменты”
“Разработка гидравлического привода манипулятора ”
нитель студент гр.303535 Бурмаков М.А.
РуководительБачанцев А.И.
В данном курсовом проекте по заданной нагрузке расчётному давлению в системе угловой и линейной скорости углу поворота и моменту на валу разработан гидравлический привод манипулятора.
Составление расчетных схем. Определение сил действующих на гидродвигатели6
1 Расчетная схема гидромотора6
2 Расчетная схема поворотного гидродвигателя в виде силового цилиндра с реечной передачей6
Расчет и выбор основных параметров гидравлических двигателей7
1.Расчет и выбор основных параметров гидромотора обеспечивающего выдвижение-втягивание руки манипулятора7
2 Расчет и выбор основных параметров гидромотора обеспечивающего вертикальное перемещение руки манипулятора7
3 Расчет и выбор основных параметров поворотного гидродвигателя обеспечивающего захват заготовки8
4 Расчет и выбор основных параметров гидромотора обеспечивающего поворот руки манипулятора8
5 Расчет и выбор основных параметров поворотного гидродвигателя обеспечивающего поворот схвата9
Расчет требуемых расходов РЖ и полезных перепадов давлений в гидродвигателях(построение диаграмм расходов и перепадов давлений)10
1 Расчет требуемого расхода РЖ и полезного перепада давления гидромотора обеспечивающего выдвижение-втягивание руки манипулятора10
2 Расчет требуемого расхода РЖ и полезного перепада давления гидромотора обеспечивающего вертикальное перемещение руки манипулятора10
3 Расчет требуемого расхода РЖ и полезного перепада давления поворотного гидродвигателя обеспечивающего захват заготовки11
4 Расчет требуемого расхода РЖ и полезного перепада давления гидромотора обеспечивающего поворот руки манипулятора12
5 Расчет требуемого расхода РЖ и полезного перепада давления поворотного гидродвигателя обеспечивающего поворот схвата12
Описание разработанной гидравлической схемы14
Обоснование и выбор рабочей жидкости способов и степени ее очистки15
Обоснование и выбор гидравлической аппаратуры и способа ее монтажа16
Расчет параметров и выбор трубопроводов18
1 Гидромотор обеспечивающий выдвижение-втягивание руки манипулятора18
2 Гидромотор обеспечивающий вертикальное перемещение руки манипулятора19
3 Поворотный гидродвигатель обеспечивающий захват заготовки19
4 Гидромотор обеспечивающий поворот руки манипулятора20
5 Поворотный гидродвигатель обеспечивающий поворот схвата20
Определение гидравлических потерь в напорной и сливной магистралях. Определение наибольшего рабочего давления в гидроприводе.22
1 Гидромотор обеспечивающий выдвижение-втягивание руки манипулятора22
2 Гидромотор обеспечивающий вертикальное перемещение руки манипулятора24
3 Поворотный гидродвигатель обеспечивающий захват заготовки27
4 Гидромотор обеспечивающий поворот руки манипулятора29
5 Поворотный гидродвигатель обеспечивающий поворот схвата31
Определение объемных потерь и производительности насосной установки35
1 Гидромотор обеспечивающий выдвижение-втягивание руки манипулятора35
2 Гидромотор обеспечивающий вертикальное перемещение руки манипулятора35
3 Поворотный гидродвигатель обеспечивающий захват заготовки35
4 Гидромотор обеспечивающий поворот руки манипулятора36
5 Поворотный гидродвигатель обеспечивающий поворот схвата36
Определение максимальной производительности насоса36
Выбор насоса расчет мощности и выбор приводного электродвигателя37
1 Определение мощности приводного электродвигателя37
2 Выбор электродвигателя37
Определение КПД гидравлического привода39
Тепловой расчет гидропривода40
В металлорежущих станках применяются различные по назначению гидравлические приводы которые имеют разные нагрузки и законы движения исполнительного органа станка.
Гидроприводы главного движения обеспечивают перемещение рабочего органа станка со скоростью резания. Применяются они в основном когда это движение поступательное и реже вращательное. В качестве исполнительных двигателей могут использоваться гидроцилиндры возвратно-поступательного движения и реверсируемые гидромоторы. При возвратно-поступательном движении могут быть оба хода рабочими с осуществлением процесса резания с одной и той же скоростью или один рабочий а второй ход холостой без осуществления процесса резания и происходящий с большой скоростью. При вращательном движении предельные значения частот прямого и обратного вращения как главных движений резания могут быть разные. Поэтому регулирование скоростей прямого и обратного перемещений в гидравлических приводах с возвратно-поступательным и вращательным движениями может быть независимым.
Гидроприводы подач обеспечивают перемещение рабочего органа станка со скоростью подачи. Цикл работы гидроприводов подач несколько отличается и может включать быстрые подводы рабочего органа рабочие подачи выстой на упоре быстрые отводы в исходное положение и др. Скорости движения рабочего органа для указанных элементов цикла работы отличаются и регулирование их независимое. Кроме того привод подачи должен обеспечивать постоянство установленной скорости рабочей подачи при изменении нагрузки на рабочий орган станка остановку рабочего органа в любом положении исключение его самопроизвольного движения при остановке и т. д.
Гидроприводы вспомогательных устройств станка применяются как приводы транспортных устройств механизмов зажима устройств автоматической смены инструмента инструментальных магазинов манипуляторов. В зависимости от вида и назначения вспомогательного устройства к гидроприводу предъявляются соответствующие требования: возможность регулирования усилия зажима исключение разжима при отключении или неисправности привода уменьшение времени разгона и торможения обеспечение плавности работы и др.
В гидроприводах станков в качестве исполнительных двигателей применяются одноштоковые простые и дифференциальные гидроцилиндры двухштоковые гидроцилиндры поворотные гидродвигатели и гидромоторы. В зависимости от этого имеются особенности расчёта гидросхемы привода связанные с их различными принципами или режимами работы. При этом требуемое давление в системе рассчитывается для рабочего хода при действии максимальных полезных нагрузок а требуемый максимальный расход определяется по максимальной скорости рабочего хода или по скорости максимальных перемещений холостого хода в зависимости от режима работы
Составление расчетных схем. Определение сил действующих на гидродвигатели
1 Расчетная схема гидромотора
Рис.1 Расчетная схема гидромотора
2 Расчетная схема поворотного гидродвигателя в виде силового цилиндра с реечной передачей
Рис.2 Расчетная схема поворотного гидродвигателя в виде силового цилиндра с реечной передачей
Расчетный приведенный к выходному валу гидродвигателя момент Мр определяется как сумма приведенных моментов реакций Мк сил тяжести Мтg и силы инерции Мкт подвижной части приспособления сил трения направляющих Мтн сил трения в подшипнике Мтп момента сил инерции винта Мив.
Расчетный вращающий момент Мв развиваемый гидродвигателем определяется суммой моментов сил давления Мн и противодавления М с сил трения в гидродвигателя МТГ и сил инерции плунжера Мип и реечного колеса Мик.
Расчет и выбор основных параметров гидравлических двигателей
1. Расчет и выбор основных параметров гидромотора обеспечивающего выдвижение-втягивание руки манипулятора
Рабочий объем гидромотора:
где М – крутящий момент на выходном валу Нм;
Δp – полезный перепад давления на гидромоторе МПа;
- механический КПД гидромотора =09
По рабочему объему выбираем гидромотор [1 стр. 62] Г15-24Р со следующими характеристиками:
Рабочий объем q=80 см3;
Номинальный расход Qн=77 лмин;
2 Расчет и выбор основных параметров гидромотора обеспечивающего вертикальное перемещение руки манипулятора
По рабочему объему выбираем гидромотор [1 стр. 67] МРФ-40025М1 со следующими характеристиками:
Рабочий объем q=400 см3;
Номинальный расход Qн=127 лмин;
3 Расчет и выбор основных параметров поворотного гидродвигателя обеспечивающего захват заготовки
Основные конструктивные параметры поворотного гидродвигателя с преобразующим механизмом в виде рейки-шестерни можно определить из выражения:
где Мр – вращающий момент на выходном валу гидродвигателя Нм;
- полезный перепад давления МПа;
- механический КПД гидродвигателя =085
D – диаметр поршня силового цилиндра;
z – число зубьев реечной шестерни вибирается конструктивно;
m – модуль реечной шестерни мм.
Тогда диаметр поршня силового цилиндра определяется по формуле:
4 Расчет и выбор основных параметров гидромотора обеспечивающего поворот руки манипулятора
По рабочему объему выбираем гидромотор [1 стр. 67] Г15-25Р со следующими характеристиками:
Рабочий объем q=160 см3;
Номинальный расход Qн=154 лмин;
5 Расчет и выбор основных параметров поворотного гидродвигателя обеспечивающего поворот схвата
Расчет требуемых расходов РЖ и полезных перепадов давлений в гидродвигателях(построение диаграмм расходов и перепадов давлений)
1 Расчет требуемого расхода РЖ и полезного перепада давления гидромотора обеспечивающего выдвижение-втягивание руки манипулятора
Определим требуемый полезный перепад давления на гидромоторе:
Требуемый полезный перепад давления на гидромоторе при холостом ходе:
Определим необходимую частоту вращения вала гидромотора чтобы обеспечить выдвижение руки с заданной скоростью V=20 ммин:
где р – шаг шариковинтовой пары.
V1 – скорость выдвижения руки манипулятора при рабочем ходе
Определим частоту вращения гидромотора при торможении в конце хода руки манипулятора приняв что скорость выдвижения при этом V2=2 ммин:
Тогда расход РЖ при рабочем ходе:
Расход РЖ при торможении:
Определим также время выдвижения:
2 Расчет требуемого расхода РЖ и полезного перепада давления гидромотора обеспечивающего вертикальное перемещение руки манипулятора
Определим необходимую частоту вращения вала гидромотора чтобы обеспечить выдвижение руки с заданной скоростью V=5 ммин:
Определим частоту вращения гидромотора при торможении в конце хода руки манипулятора приняв что скорость выдвижения при этом V2=05 ммин:
3 Расчет требуемого расхода РЖ и полезного перепада давления поворотного гидродвигателя обеспечивающего захват заготовки
Расход РЖ определяется по формуле:
Угол поворота зубчатого колеса в радианах:
4 Расчет требуемого расхода РЖ и полезного перепада давления гидромотора обеспечивающего поворот руки манипулятора
Определим частоту вращения руки манипулятора:
Зная передаточное отношение червячной пары с помощью которой гидромотор поворачивает руку манипулятора определим частоту вращения гидромотора:
Тогда расход РЖ будет равен:
5 Расчет требуемого расхода РЖ и полезного перепада давления поворотного гидродвигателя обеспечивающего поворот схвата
Описание разработанной гидравлической схемы
Гидравлический привод манипулятора имеет следующий цикл работы:
зажим заготовки с помощью поворотного гидродвигателя ПГД1
поворот руки манипулятора с помощью гидромотора М3
перемещение руки манипулятора вверх при помощи гидромотора М2 с одновременным выдвижением схвата с помощью гидромотора М1 и поворотом схвата поворотным гидродвигателем ПГД2
разжим заготовки поворотным гидродвигателем ПГД1
перемещение руки манипулятора вниз при помощи гидромотора М2 с одновременным задвижением схвата гидромотором М1 и поворотом схвата при помощи поворотного гидродвигателя ПГД2
поворот руки манипулятора гидромотором М3
Обоснование и выбор рабочей жидкости способов и степени ее очистки
Рабочим жидкостям станочных гидроприводов должны быть присущи хорошие смазочные и антикоррозионные свойства малое изменение вязкости в широком диапазоне температур большой модуль упругости химическая стабильность сопротивляемость вспениванию совместимость с материалами гидросистемы малая плотность малая способность к растворению воздуха хорошая теплопроводность низкое давление их паров и высокая температура кипения возможно меньший коэффициент теплового расширения негигроскопичность и незначительная взаимная растворимость с водой большая удельная теплоёмкость нетоксичность и отсутствие резкого запаха прозрачность и наличие соответствующей окраски. Жидкость должна иметь также низкую стоимость и производиться в достаточном количестве. Наиболее подходящей жидкостью является минеральное масло.
По рекомендациям справочной литературы принимаем в качестве рабочей жидкости минеральное масло ИГП-30 ТУ101413-78 которое изготовлено из нефти и достаточной селективной очистке содержит антиокислительную противоизносную и противопенную присадки. Данное масло имеет следующие характеристики:
– вязкость при температуре 50С равную 28..31 мм2с;
– плотность 885 кгм3;
– температура вспыхивания 200С;
– температура застывания -15С.
Обоснование и выбор гидравлической аппаратуры и способа ее монтажа
Контрольно-регулирующая аппаратура подбирается по расчётным значениям рабочего давления и расходов. При выборе гидроаппаратуры необходимо учитывать на каких участках гидролиний они должны устанавливаться. Имеются участки гидролиний служащие только для нагнетания или слива и участки служащие для нагнетания и слива периодически изменяющие своё назначение. Кроме того имеются вспомогательные участки на которых устанавливаются предохранительные клапана дроссели в ответвлении.
Выбираем контрольно- регулирующую гидравлическую аппаратуру [2]:
Фильтр всасывающий ФВСМ 80-80В:
номинальная пропускная способность 320лмин
диаметр условного прохода 80мм
номинальная тонкость фильтрации 80мкм
Фильтр Ф1 в напорной линии Ф7МВ :
номинальная пропускная способность 160 лмин
диаметр условного прохода 32мм
номинальная тонкость фильтрации 25мкм
Регулятор расхода РР1 и РР3 МПГ55-24:
диаметр условного прохода 20мм
расход масла: максимальный 100 лмин
минимальный 009 лмин
Регулятор расхода РР2 РР4 РР5 РР6 МПГ55-22:
диаметр условного прохода 10мм
расход масла: максимальный 20 лмин
минимальный 004 лмин
Регулятор расхода РР7 МПГ55-25:
расход масла: максимальный 200 лмин
минимальный 015 лмин
Гидрораспределители Р1 Р2 Р4 Р6 типа РХ-20-44-3-00-0Y-22050-А-М:ё
расход масла: максимальный 200-400лмин
номинальный 160 лмин
Гидрораспределитель Р5 типа В-Е-6-44-31. В220-50:
диаметр условного прохода 6мм
расход масла: максимальный 10-30лмин
Гидрораспределитель Р3 типа В-Е-6-574Е-31Ф.В220-50.Н:
Гидрораспределитель Р7 типа РХ-20-573Е-1-00-22050-А-М:
Гидрораспределители Р8 и Р9 типа В-Е-16-573Е-41В220-50.Н:
диаметр условного прохода 16мм
расход масла: максимальный 100-240лмин
Расчет параметров и выбор трубопроводов
Внутренний диаметр трубопроводов для различных по назначению участков гидролиний определяется по максимальным расходам проходящих по ним и рекомендуемым средним скоростям потоков рабочей жидкости в трубопроводах. В зависимости от рабочего давления и вида трубопровода рекомендуемая средняя скорость потока не должна превышать во всасывающих линиях 10 15 мс в сливных 2 мс и в напорных 3 5 мс.
Внутренний диаметр трубопроводов для линий напора и слива определяется по формулам
где dH и dc - внутренние диаметры трубопроводов напора и слива мм;
и - максимальные расходы рабочей жидкости в линиях нагнетания и слива лмин;
VH и Vc - средние скорости потока рабочей жидкости в трубопроводах линий нагнетания и слива.
1 Гидромотор обеспечивающий выдвижение-втягивание руки манипулятора
Полученные значения внутренних диаметров округляем до значений из основного ряда. С целью снижения потерь на трение в трубопроводе диаметры увеличиваем и в результате имеем:
Минимально допустимая толщина стенки трубопровода:
где – толщина стенки трубопровода мм;
Р – наибольшее давление в трубопроводе МПа;
Вр. – предел прочности на растяжение материала трубопровода МПа;
КБ – коэффициент безопасности;
2 Гидромотор обеспечивающий вертикальное перемещение руки манипулятора
3 Поворотный гидродвигатель обеспечивающий захват заготовки
4 Гидромотор обеспечивающий поворот руки манипулятора
5 Поворотный гидродвигатель обеспечивающий поворот схвата
Определение гидравлических потерь в напорной и сливной магистралях. Определение наибольшего рабочего давления в гидроприводе.
Предварительно принимаем рабочую жидкость масло ИГП – 30 с вязкостью .
Потери давления на трение жидкости в трубопроводах определяются для линий напора и слива в зависимости от расхода и режима течения рабочей жидкости по этим линиям при рабочем ходе исполнительного органа. По средней скорости потока рабочей жидкости в трубопроводе при рабочем ходе определяется число Рейнольдса и устанавливается вид режима её движения для линий напора и слива.
где и – числа Рейнольдса для линии напора и слива;
и – расходы рабочей жидкости в линиях нагнетания и слива при рабочем ходе лмин;
и – внутренние диаметры трубопровода линии напора и слива мм;
– кинематическая вязкость рабочей жидкости мм2с.
При Re>2300 коэффициент сопротивления трению по длине
трубопроводов линии напора и слива рассчитывается по формуле:
Если то коэффициент сопротивления трению по длине
где и – числа Рейнольдса для линии напора и слива;
и – коэффициенты сопротивления трению по длине трубопроводов линии напора и слива.
Расчёт потерь давления на трение жидкости в трубопроводах производится для линий нагнетания и слива:
где и – потери давления на трение жидкости в трубопроводе напора и слива МПа;
- плотность рабочей жидкости кгм3;
и – коэффициенты сопротивления трению по длине трубопроводов линии напора и слива;
и – длины трубопроводов напора и слива мм;
и – внутренние диаметры трубопровода линии напора и слива мм.
Подставляя в данное выражение требуемые значения получим:
Расчёт потерь давления на местные сопротивления производим в процентном отношении от величины линейных потерь.
В итоге потери на местные сопротивления для линий нагнетания и слива:
Расчёт потерь давления в гидролиниях и аппаратах.
При расчётах рабочего давления в гидросистеме должны определяться потери давления в гидравлических аппаратах при протекании через них рабочей жидкости.
Расчёт потерь ведётся по формуле:
где - фактически проходящий расход лмин;
- номинальный расход лмин;
- потери давления лмин.
Гидрораспределитель.
Фактическое изменение перепада давления гидрораспределителя:
Определяем потери давления в напорной и сливной линиях по формулам:
где и - потери давления на трение в трубопроводах напора и слива МПа;
и - потери давления на местные сопротивления в трубопроводах напора и слива МПа;
и - потери давления в аппаратах в трубопроводах напора и слива Мпа.
Определение наибольшего рабочего давления:
Определение объемных потерь и производительности насосной установки
Рассчитываем объёмные потери то есть внутренние утечки для напорной линии каждого гидравлического исполнительного органа. При этом суммируются объёмные потери не только на работающем участке системы но и на аппаратах соединённой с напорной линией рассматриваемого участка. При проектных предварительных расчётах объёмные потери могут определяться для гидравлических аппаратов:
для гидрораспределителя:
для регулятора расхода:
Суммарные потери: лмин.
Определение максимальной производительности насоса
Определяется необходимая наибольшая подача рабочей жидкости для каждого гидравлического исполнительного органа:
где - максимальный расход рабочей жидкости для гидравлического исполнительного органа;
- суммарные объёмные потери.
Выбор насоса расчет мощности и выбор приводного электродвигателя
Выбираем по каталогу двухпоточный насос 70Г12-25М со следующими характеристиками:
рабочий объём см3160;
номинальная частота вращения мин-1960;
номинальная подача лмин1428;
номинальная мощность кВт 173;
номинальное давление на входе МПа63;
1 Определение мощности приводного электродвигателя
Мощность приводного электродвигателя рассчитывается из условия:
где NЭ - мощность приводного вала электродвигателя кВт;
- подача насоса лмин;
РК – давление настройки предохранительного клапана МПа;
- общий коэффициент полезного действия насоса.
Так как по диаграмме расходов насосы работают одновременно то выбранный насос должен обладать суммарной мощностью:
2 Выбор электродвигателя
По справочным таблицам в зависимости от расчётной мощности выбираем трёхфазный асинхронный короткозамкнутый закрытый обдуваемый с высотой оси вращения 50 250мм. электродвигатель модели 4А160М6У3 ГОСТ 19523-74 со следующими характеристиками:
номинальная частота вращения 975 мин-1.
Определение КПД гидравлического привода
К.П.Д. гидравлической системы гидропривода определяется по следующей зависимости:
где - полезный перепад давления рабочий расход рабочей жидкости время работы в течении каждого цикла исполнительного органа;
- давление настройки предохранительного клапана;
Тепловой расчет гидропривода
При работе гидропривода происходит нагрев рабочей жидкости из-за потери мощности т. к. энергия затраченная на преодоление различных сопротивлений в гидросистеме превращается в теплоту поглощаемую рабочей жидкостью. Тепловой расчёт гидропривода должен быть таким чтобы превышение установившейся температуры жидкости в баке над температурой окружающей среды было в пределах допустимого превышения температуры или температура рабочей жидкости из условия её работоспособного состояния не превышала допустимого значения . Полученная рабочей жидкостью теплота должна отдаваться в окружающую среду через поверхности стенок бака а если этого недостаточно то устанавливается дополнительный теплообменник.
Среднее количество теплоты выделяемое гидросистемой в единицу времени равно потери мощности:
Требуемая поверхность излучения и объём рабочей жидкости в баке:
где и Nпот. – количество теплоты и потери мощности кВт;
SБ – площадь поверхности излучения бака м2;
– разность температур рабочей жидкости в баке и окружающей среды °С;
Принимаем стандартный объём бака л.
Фактическое количество теплоты отводимое через стенки бака определяем по формуле:
где – фактическое количество теплоты отводимое через стенки бака кВт.
Так как то теплообменник не требуется.
. Свешников В. К. Станочные гидроприводы. – М.: Машиностроение 1982. – 464 с.
Расчёт гидравлических приводов станочного оборудования: Учебно- методическое пособие по курсовому проектированию по дисц. «Гидропривод и гидропневмоавтоматика» для студ. машиностроит. спец.В.И. Глубокий. – Мн.: БНТУ 2005. – 80 с.
Расчёт гидравлических приводов: Методическое пособие по курсовому проектированию по дисц. «Гидропривод и гидропневмоавтоматика» для студ. машиностроит. спец.А.М. Якимович В.И. Клевзович А.И. Бачанцев. – Мн.: БНТУ 2002. – 71 с.

icon СХЕМА.cdw

СХЕМА.cdw
Схема принципиальная
График зависимости расходов от времени
График зависимости потерь давления от времени
Монометр МО-250-25-0
Переключатель монометра ПМ-320-6
Регулятор расхода МПГ55-24
Регулятор расхода МПГ55-22
Регулятор расхода МПГ55-25
Фильтр всасывающий ФВСМ 80-80В
Распределитель РХ-20-44-3-00-0Y-22050-A-M
Распределитель В-Е-6-574Е-31Ф.В2205ОН
Распределитель В-Е-6-44-31Ф.В2205ОН
Распределитель РХ-20-573Е-1-00-22050-A-M
Распределитель В-Е-16-573Е-41В220-5ОН
Гидромотор МРФ-40025M1
Клапан предохранительный КПЭ10-10-1-232
Быстрое выдвижение руки
Медленное выдвижение руки
Быстрое перемещ. вверх
Медленное перемещ. вверх
Таблица состояния электромагнитов
+"-электромагниты включены
-"-электромагниты выключены
Поворот руки манипулятора

icon Спецификация.spw

Спецификация.spw
Гидродвигатель поворотный
Схема гидравлическая
Пояснительная записка
Кольца ГОСТ 9833-73

icon Поворотный гидродвигатель.cdw

Поворотный гидродвигатель.cdw
Цилиндр испытать на прочность и наружную герметичность
При установке уплотнений предохранять от перекосов
механических повреждений
предварительно смазать смазкой
ЦИАТИМ-221.Утечки масла через неподвижные соединения
и уплотнения не допускаются
Плунжер с валом должен перемещаться плавно и без рывков
Полный угол поворота вала гидродвигателя 100
Гидродвигатель поворотный

Свободное скачивание на сегодня

Обновление через: 6 часов 42 минуты
up Наверх