3.Расчет параметров и элементов гидропривода

3.1 Предварительный расчет параметров гидропривода

Номинальный тоннаж 1000 кН (по заданию).

Давление рабочей жидкости P_1max=16Мпа.

Определим диаметр цилиндра:

( 3.1.1)

где P₁=16 МПа - давление жидкости, подаваемой приводом в цилиндр;

м.

Принимаем по ГОСТ 6540-68 стандартный диаметр поршня

D = 80мм = 80*10^-3 м.

Высота внутренней полости цилиндра простого действия определяется по формуле:

мм (3.1.2)

где S-ход поршня S=(100…150)z_n;

h_порш- высота поршня h_порш= (0,5…0,6)D=44 мм;

z_n- число этажей пресса(3);

а- добавка на запас высоты (а=50…100);

h_цил.вн.=125+44+75= 244 мм = 0,244 м

Примем давление рабочей жидкости в сливной магистрали гидросистемы

р₂=0,08 МПа

Рассчитаем диаметр штока

d_шт=ψD= 0,7*80=56 мм=0,056м

Принимаем стандартное значение d_шт=63мм=0,063м

Общее полезное усилие, создаваемое цилиндром:

(3.1.3)

где Р_пол – полезное усилие прессования, Н;

- сумма потерь усилий в уплотнении штока и поршня;

P_п/д – потери на вытеснение жидкости из штоковой полости под давлением P₂ Рассчитаем полезное усилие:

P_пол. = 0,785D²(р_ж-р₂(1-ψ²))= 0,785(0,08)²(16*10⁶-0,08*10⁶(1-0,7))=80263 Н=80,3 кН

Сумма потерь усилий в уплотнении штока и поршня

; (3.1.4)

Рассчитаем усилие в уплотнении поршня:

P_{упл. порш} = , (3.1.5)

где f- коэффициент трения уплотнения штоков (f= 0,07);

b- ширина поршневого кольца, м;

z- число поршневых колец ;

K- удельное давление колец на стенки гидроцилиндра, МПа

Рассчитаем усилие в уплотнении штока:

(3.1.6)

где l- ширина уплотнения, м;

Потери на вытеснение жидкости из штоковой полости рассчитываем по формуле:

(3.1.7)

где D и d – соответственно диаметры штока и поршня

p₂ – давление в сливной полости, p₂ = 0,08 Мпа

Р_с= 80179+(927,1+2215,6)+152,7=83474,4=83,5 кН

Для выбранной схемы гидропривода (ГП), известных полезных сил сопротивления P_c и массы m подвижноых частей, можно записать:

Pдв = Pc + mW (3.1.8)

где Pдв - усилие на штоке гидроцилиндра, Н;

W - ускорение во время работы гидроцилиндра, м/с²;

m- масса подвижных частей гидроцилиндра, кг;

m= m_порш+m_шт = V_порш*ρ_порш+V_шт* ρ_шт=πD²/4*ρ_порш+πd²/4*ρ_шт

m = 3,14(0,08²/4)*0,224*7800+ 3,14(0,063²/4)*7600 = 32,46 кг.

Рассчитаем ускорение:

W=V/(2∆τ),

где V- скорость (V=1м/с);

∆τ=(0,01-0,8),с;

W=1/(2*0,8)=0,625 м/с²

Р_дв=474,4+32,46*0,625=83494,7 Н

Проверим диаметр гидроцилиндра:

D^’=(4P_дв/π*р_ж)^0,5=(4*83497,7/3,14*12,8*10⁶)^0,5=0,09 м

D^’>D на 11 %, принимаем диаметр поршня D=100 мм = 0,1м.

3.2Уточненный расчет параметров гидропривода

Для поршня диаметром D= 0,1м повторяем расчет:

Давление жидкости с учетом КПД.

Высота внутренней полости цилиндра простого действия определяется по формуле:

мм

Принимаем:

S=(100…150)z_n=375

h_порш= (0,5…0,6)D=55 мм;

z_n= 3

а=50…100мм=75 мм

h_цил.вн.=375+55+75= 505 мм = 0,505 м

Примем давление рабочей жидкости в сливной магистрали гидросистемы

р₂=0,08 МПа

Рассчитаем диаметр штока

d_шт=ψD= 0,7*100=70 мм=0,07м

Принимаем стандартное значение d_шт=80мм=0,08 м

Общее полезное усилие, создаваемое цилиндром:

(3.2.1)

Рассчитаем полезное усилие:

P_пол. = 0,785D²(р_ж-р₂(1-ψ²))= 0,785(0,1)²(16*10⁶-0,08*10⁶(1-(0,7)²))=125279,72 Н=125,3кН

Сумма потерь усилий в уплотнении штока и поршня

; (3.2.2)

Рассчитаем усилие в уплотнении поршня:

P_{упл. порш} = =0,07*3,14*0,1*0,004(0,109*10⁶+12,8*10⁶)=1134,96 Н

Рассчитаем усилие в уплотнении штока:

3,14*0,08*0,0125*12,8*10⁶*0,07=2813,44 Н

Потери на вытеснение жидкости из штоковой полости рассчитываем по формуле:

0,08*10⁶*3,14/4(0,1²-0,08²)=226,08 Н

Р_с= 125279,72+(1134,96+2813,44)+226,08=129453,2 Н=129,5 кН

Для выбранной схемы гидропривода (ГП), известных полезных сил сопротивления P_c и массы m подвижных частей, можно записать:

Pдв = Pc + mW (3.2.3)

m= m_порш+m_шт= V_порш*ρ_порш+V_шт* ρ_шт=πD²/4*ρ_порш+πd²/4*ρ_шт

m = 3,14(0,1²/4)*0,505*7800+ 3,14(0,08²/4)*7600 = 69,1 кг.

Рассчитаем ускорение:

W=1/(2*0,8)=0,625 м/с²

Р_дв=129453,2+69,1*0,625=129496,3 Н

Проверим диаметр гидроцилиндра:

D^’=(4P_дв/π*р_ж)^0,5=(4*129496,39/3,14*12,8*10⁶)^0,5=0,1 м

D^’=D , окончательно принимаем диаметр поршня D= 0,1м и d_ш=0,08 м.

По рекомендациям принимаем материал: для цилиндра и для штока – сталь 30ХСА, для поршня – СЧ 21-40 и для поршневых колец – чугун СЧ20.

Подбор уплотнений штока и поршня проводим в соответствии с рекомендациями источника (6).

Для поршня диаметром D= 100 мм. Уплотнение обеспечивается с помощью чугунных поршневых колец СЧ20 (n=4). Поршневые кольца по ОСТ 2 А 54-1-72 имеют замок – прорезь под углом 45^o к оси. Герметичность по диаметру цилиндра обеспечивается упругостью кольца и давлением масла в зазоре под кольцом.

Для штока диаметром d=80 мм. Уплотнение осуществляется при помощи шевронных манжет (n= 3) по ГОСТ 22704-77 из ткани, вулканизированной с двух сторон резиновой смесью, содержащей графит в качестве антифрикционной добавки.