Разработка гидравлического привода манипулятора
- Добавлен: 25.01.2023
- Размер: 440 KB
- Закачек: 0
Описание
Разработка гидравлического привода манипулятора
Состав проекта
|
ЗАПИСКА.doc
|
СХЕМА.cdw
|
Спецификация.spw
|
Поворотный гидродвигатель.cdw
|
Дополнительная информация
ЗАПИСКА.doc
Министерство образования Республики БеларусьБЕЛОРУССКИЙ 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.
СХЕМА.cdw
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
Спецификация.spw
Схема гидравлическая
Пояснительная записка
Кольца ГОСТ 9833-73
Поворотный гидродвигатель.cdw
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
Рекомендуемые чертежи
Свободное скачивание на сегодня
Другие проекты
- 09.07.2014