Расчеты по выбору гидроцилиндров систем автоматизации и управления

Цели индивидуальной работы по выбору гидроцилиндров:

рассчитать согласно заданию и подобрать по соответствующим стандартам геометрические размеры для гидроцилиндра;

выбрать необходимый типоразмер гидроцилиндра, серийно выпускаемый промышленностью для системы автоматизации и управления.

Исходные данные для расчета по выбору гидроцилиндра Расчеты по выбору типа гидроцилиндра Выбираем стандартный по ГОСТ 6540–68 ход поршня из следующих значений (в миллиметрах): 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 56, 63, (70), 80, (90), 100, (110), 125, (140), 160, (180), 200,(220), 250, (280), 320, (360), 400, (450), 500, (560), 630, 710, 800, (900), 1000, (1120), 1250, (1400), 1600, (1800), 2000, (2240), 2500, 2800, (3000), 3150, (3350), (3550), (3750), 4000, (4250), (4500), 5000, (5300), (5600), (6000), 6300, (6700), (7100), (7500) 8000, 8500, (9000), (9500). В скобках приведены значения дополнительного ряда чисел, которые выбирают во вторую очередь. Для рассматриваемого примера определяем, что стандартная длина хода поршня L_СТ =800 мм =0,8 м.

Вычисляем приведенную длину хода поршня по формуле:

Определяют эффективную силу, Н, действующую на шток гидроцилиндра по формуле:

где — коэффициент, учитывающий потери на трение в гидроцилиндре, (пневмоцилиндре), который выбирают по таблице 3 (в работе [1]) в зависимости от значения полезной силы.

При ,.

N₂ — сила, расходуемая на перемещение массы поршня, штока и одной третьей части массы рабочей жидкости, находящейся в полостях гидроцилиндра и соединительных трубопроводах, Н. (При перемещении поршня вверх эта сила суммируется с силой, а при перемещении вниз — вычитается). В соответствии с заданием, N₂ = .

— сила инерции движущихся частей гидроцилиндра к соединенных с ним массы деталей и рабочей жидкости, Н. которую определяют по формуле:

где — приведенная масса подвижных частей гидроцилиндра, присоединенных к нему устройств и одной третьей части массы рабочей жидкости, находящейся в полостях гидроцилиндра и соединительных трубопроводах (ориентировочно принимают, что, кг; для рассматриваемого примера:

а — ускорение перемещения подвижных частей гидроцилиндра и приведенной к нему массы, которое принимает два значения: а₁ — при перемещении штока в одном направлении (например, вверх) и а₂ — при перемещении штока в другом направлении и вычисляют по формулам:

где V₁ и V₂ — скорость перемещения штока в одном и в другом направлениях, м/с.

По заданию V₁= 0,47 м/с и V₂ = 0,658 м/с.

При L_ст=800 мм = 0,8 м, подставляя значения в формулы 7 и 8, получаем:

Найденные значения подставляем в формулу 6, получаем:

Принимаем, что N_пр = 0 и N_сл =0, тогда эффективная сила, создаваемая гидроцилиндром для перемещения механизма руки робота вверх составит, согласно формуле 5:

Вычисляем диаметр поршня гидроцилиндра с односторонним штоком по формуле:

где — эффективная сила, действующая на шток гидроцилиндра, Н;

— давление рабочей жидкости в системе автоматизации и управления станка или робота, Па.

Это давление рабочей жидкости вычисляют или принимают по ГОСТ 6540–68 из следующего ряда давлений: 2,5; 6,3; 10; 16; 20; 25;32; 40; 50; 63 МПа.

Принимаем, что, тогда по формуле 9:

Выбираем диаметр поршня гидроцилиндра из ряда цилиндрических пар согласно ГОСТ 12 447–80, которые имеют следующие значения: 1; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; (14); 16; (18); 20; (22); 25; (28); 32; (36); 40; (45); 50; (56); 63; (70); 80; (90); 100; (110); 125; (140); 160; (180); 200; (220); 250; (280); 320; (360); 400; (450); 500; (560); 630; (710); 800; (900); 1000 мм.

Для рассматриваемого примера определяем, что D = 50 мм, то есть внутренний диаметр гильзы и диаметр поршня гидроцилиндра равен 50 мм.

Проверяем соответствие между диаметром поршня гидроцилиндра и длиной хода поршня из условия устойчивости по таблице 1.

Таблица 1. Рекомендуемые соотношения между длиной хода и диаметром поршня гидроцилиндра.

Диаметр поршня гидроцилиндра D = 50 мм и ход поршня L_ст = 800 мм не укладываются в область устойчивого движения по таблице 1, поэтому необходимо в проектируемой системе автоматизации и управления станка (робота) предусмотреть дополнительную направляющую для увеличения устойчивости гидроцилиндра и всего подвижного устройства привода.

Вычисляем диаметр штока гидроцилиндра по приближенной формуле:

По выбранным геометрическим размерам гидроцилиндра, а именно: по диаметру поршня D, диаметру штока, ходу поршня L_ст определяем необходимый типоразмер гидроцилиндра.

ЦРГ32−50×25×800 УХЛ4.

Определяем расход рабочей жидкости, необходимый для обеспечения перемещения штока гидроцилиндра с заданной скоростью, по формуле:

где — скорость движения штока гидроцилиндра, м/с, = 0,47 м/с;

— объемный КПД гидроцилиндра, который принимается равным 0,99;

D — диаметр поршня гидроцилиндра, м.

Для выбранных значений геометрических размеров гидроцилиндра расход рабочей жидкости (для его нормальной работы) должен быть не менее:

=.

По полученному значению расхода рабочей жидкости выбираем необходимый тип гидронасоса. Выбираем гидронасос типа Г 12−24 M с номинальной подачей рабочей жидкости =70 л/мин.

Определяем максимальные значения скоростей перемещения поршня гидроцилиндра вверх V_1MAX и вниз V_2MAX по формулам:

где Q_H — подача рабочей жидкости выбранным гидронасосом, л/мин;

— объемный КПД гидронасоса, .

После подстановки численных значений в формулы 11 и 12 определяем, что:

Так как-то расчет закончен.