Đang tải... (xem toàn văn)
Các máy bơm cánh gạt kiểu Г là các máy bơm không thể điều chỉnh với hướng dòng chất lỏng công tác cố định. Các máy bơm này có công dụng để cung cấp dòng chất lỏng công tác dưới áp suất cao vào các hệ thống thủy lực trên các máy công cụ.Trên roto 1 chế tạo các rãnh để đặt vào đó các cánh gạt 2 (dạng tấm hình chữ nhật). Sự tiếp xúc của cánh gạt với biên dạng stato 3 được thực hiện bằng cách: khi khởi động máy – lực ly tâm ép các cánh gạt vào bề mặt trong của stato; khi làm việc – lực ly tâm và áp suất nén (áp suất nén của quá trình đẩy) của chất lỏng, được dẫn vào cách rãnh theo kênh tròn 4. Stato định hướng 3 được chế tạo sao cho, thể tích làm việc của khoang 5 trong một vòng quay thực hiện 2 lần tăng và 2 lần giảm, có nghĩa là 2 lần diễn ra quá trình hút và đẩy chất lỏng làm việc, bởi vậy máy bơm dạng 2 được gọi là tác động kép. Tóm lại, máy bơm được thiết kế có 2 khoang hút và 2 khoang đẩy, trong đó khoang hút nối thông với đường ống 6, khoang đẩy được nối thông với đường ống 7. Để giảm bợt lực hướng tâm tác động lên roto nên thiết kế số khoang làm việc chẵn, tức là số cánh gạt cũng phải là chẵn.
ĐẠI HỌC TỔNG HỢP KỸ THUẬT QUỐC GIA BAUMAN PHÂN HIỆU KALUGA KHOA КМК Bộ Môn К2—КF ĐỒ ÁN MÔN HỌC «Máy Thủy Lực Dạng Thể Tích» Chủ đề: Máy bơm thể tích trong hệ thống máy mài Thực hiện: Nguyễn Trung Dũng Lớp GPA—81 Hướng dẫn: Савельев А.И. [BẢN DỊCH] Kаluga, 2010 Thiết kế máy bơm cánh gạt 2 Tài Liệu của Blog Thủy Lực Mục lục Lời dẫn 3 1. Tính toán thủy lực 4 1.1. Lựa chọn sơ đồ nguyên lý máy bơm 4 1.2. Xác định các thông số năng lượng và đường kính trục quay máy bơm 5 2. Tính toán Stato…………………………………………………………. 9 3. Xác định ứng suất tiếp xúc và kích thước hình học đầu mút cánh gạt… 11 4. Tính toán lực tác dụng lên cánh gạt…………………………………… 12 5. Tính toán đĩa phân phối………………………………………………… 14 6. Tính toán đường kính ống dẫn hút và ống dẫn đẩy……………………. 16 7. Tính toán lực ép lên Stato của đĩa phân phối. Tính toán lò xo………… 17 7.1. Tính toán lực ép lên Stato của đĩa phân phối………………………… 17 7.2. Tính toán lò xo…………………………………………………………. 18 8. Lựa chọn ổ trục quay…………………………………………………… 20 9. Tính toán độ bền……………………………………………………… 21 9.1. Tính toán liên kết then dưới tác dụng nén……………………………… 21 9.2. Tính toán liên kết then dưới tác dụng cắt………………………………. 21 10. Tính toán hiệu suất máy bơm…………………………………………… 22 10.1. Xác định hiệu suất cơ học và hao phí cơ học…………………………… 22 10.2. Xác định hiệu suất thủy lực và hao phí thủy lực……………………… 24 10.3. Xác định hiệu suất thể tích và hao phí thể tích…………………………. 24 10.4. Xác định hiệu suất toàn phần của máy bơm……………………………. 26 Tài liệu tham khảo…………………………………………………………… 27 Thiết kế máy bơm cánh gạt 3 Tài Liệu của Blog Thủy Lực Lời dẫn Các máy bơm cánh gạt kiểu Г là các máy bơm không thể điều chỉnh với hướng dòng chất lỏng công tác cố định. Các máy bơm này có công dụng để cung cấp dòng chất lỏng công tác dưới áp suất cao vào các hệ thống thủy lực trên các máy công cụ. <KHÔNG DỊCH> Thiết kế máy bơm cánh gạt 4 Tài Liệu của Blog Thủy Lực 1. TÍNH TOÁN THỦY LỰC 1.1. Lựa chọn sơ đồ nguyên lý máy bơm. Sơ đồ nguyên lý máy bơm được lựa chọn có giá trị áp suất là р 2b . Khi р 2b < 7 MPа (р 2b =6,3МPа (theo yêu cầu bài toán)) máy bơm được chế tạo theo sơ đồ thể hiện ở hình.1. Hình.1. Sơ đồ nguyên lý Trên roto 1 chế tạo các rãnh để đặt vào đó các cánh gạt 2 (dạng tấm hình chữ nhật). Sự tiếp xúc của cánh gạt với biên dạng stato 3 được thực hiện bằng cách: khi khởi động máy – lực ly tâm ép các cánh gạt vào bề mặt trong của stato; khi làm việc – lực ly tâm và áp suất nén (áp suất nén của quá trình đẩy) của chất lỏng, được dẫn vào cách rãnh theo kênh tròn 4. Stato định hướng 3 được chế tạo sao cho, thể tích làm việc của khoang 5 trong một vòng quay thực hiện 2 lần tăng và 2 lần giảm, có nghĩa là 2 lần diễn ra quá trình hút và đẩy chất lỏng làm việc, bởi vậy máy bơm dạng 2 được gọi là tác động kép. Tóm lại, máy bơm được thiết kế có 2 khoang hút và 2 khoang đẩy, trong đó khoang hút nối thông với đường ống 6, khoang đẩy được nối thông với đường ống 7. Để giảm bợt lực hướng tâm tác động lên roto nên thiết kế số khoang làm việc chẵn, tức là số cánh gạt cũng phải là chẵn. Áp suất nén (đẩy) của chất lỏng làm việc, được dẫn vào kênh tròn 4, đối với các cánh gạt được phân bố trong vùng nén (đẩy), dù lớn hay nhỏ được cân bằng bởi áp suất màng dầu tại vị trí tiếp xúc của các cánh gạt với biên dạng stato. Bởi vậy sự mài mòn lớn stato tại các đoạn trong vùng nén không được tính đến. Trên các cánh gạt, nằm trong vùng hút, được tác dụng bởi lực. P=p 2b Bb, Thiết kế máy bơm cánh gạt 5 Tài Liệu của Blog Thủy Lực Ở đó В — chiều rộng roto ; b — chiều dày của các cánh gạt. Khi áp suất quá trình nén (đẩy) cao lực này làm xuất hiện sự mài mòn stato định hướng và cánh gạt, làm giảm tuổi thọ của máy bơm. 1.2 Xác định các thông số năng lượng và đường kính trục quay 1. Xác định thể tích làm việc của máy bơm. а) theo yêu cầu thiết kế, máy bơm có lưu lượng 3 3 53,8 10 / min b Q cm , số vòng quay 970n vòng/phút, ta có giá trị thể tích làm việc: 3 3 0 53,8 10 55,46 970 b Q V сm n b) theo các dữ liệu thống kê lấy các giá trị hiệu suất thể tích và hiệu suất toàn phần: 0,85 ; 0,7 о c) xác định giá trị lưu lượng lý tưởng và thể tích công tác của máy bơm: 0 53,8 63,3 / min 0,85 b b о Q Q l 3 3 3 0 0 63,3 10 / min 65,26 970 / min b Q сm V сm n vong 2. Xác định công suất yêu cầu b b yc Q p N , Ở đó b p - áp suất máy bơm; 2 1b b b p p p ; Lấy 1 0,01 b p МPа - áp suất tại đầu hút. Biết 6,3 b p МPа ; 2 1 6,3 0,01 6,31 b b b p p p МPа 3 6 3 53,8 10 6,3 10 / 8070 8,07 60 0,7 yc Pа N m s W kW 3. Xác định đường kính trục Trong máy bơm cánh gạt tác động kép có thể bỏ qua momen uốn cong, tức là coi momen cong đủ nhỏ khi so sánh với moomen xoắn. Giá trị moomen xoắn có thể lấy giá trị hằng. Trục quay của các máy bơm dạng này thường làm từ thép 45, có độ bền 600 700 tr МPа . 2 3 10 0,2 x М d m ở đó 30 49 МPа – ứng suất tiếp định mức đối với thép 45. Thiết kế máy bơm cánh gạt 6 Tài Liệu của Blog Thủy Lực 8,07 9555 9555 79,5 970 x N M Nm n 2 2 3 79,5 10 2,07 10 20,7 0,2 45 d m mm Chọn 21d мм Để đảm bảo khả năng lắp ráp của roto trong khoang giữa các đĩa phân phối người ta sử dụng liên kết then hoa, định tâm theo đường kính ngoài. Đối với sự thay đổi chiều quay lựa chọn then hoa với biên dạng răng hình. Lựa chọn liên kết then hoa theo tiêu chuẩn ГОСТ 1139-58 6 21 25 D . Bán kính ngoài của trục 25D mm . 4. Xác định kích thước cơ bản của stato và roto . Lưu lượng lý tưởng của máy bơm 0b Q được xác định bởi các kích thước hình học của chính nó, kí hiệu theo hình.2. 0 0 0 2 cos b b z Q Bn R r R r (*), ở đó R и r 0 – bán kính lớn nhất và nhỏ nhất của đường cong stato. В – bề dày roto; b=2 mm – bề dày cánh gạt; z=12 – số cánh gạt; =0 – góc nghiêng của cánh gạt với phương hương tâm. Để đảm bảo tốt nhất lấp đầy khoang công tác: а) bán kính roto r được chon nhỏ hơn r 0 . Biểu thức r = r 0 – r, ở đó r = 1,52 мм. b) bề dày roto В xác định từ điều kiện: 0 2 4 ( ) B B R r R r r khi 2 B R r – rò rỉ lớn theo đầu mút khoang; khi 4 B R r – khoang thu được sâu và không kịp hút đầy chất lỏng vào khoang. Bởi vậy khi 4 B R r cần phải dẫn chất lỏng vào khoang công tác theo 2 hướng. Khi xác định các thông số hình học cần phải kiểm tra điều kiện: r= r 0 –rr min Bán kính nhỏ nhất của roto r min xác theo công thức sau: Thiết kế máy bơm cánh gạt 7 Tài Liệu của Blog Thủy Lực 5 ( ) 12,5 1 3 2 17 , 2 2 2 min D c r a a l r l l mm Ở đó D – đường kích ngoài của then hoa; а – khe hở giữa trục quay và đầu mút phần tử phân phối (а1mm), lấy а =1mm; а – chiều rộng vành để bít kín (а = 35 mm), lấy а = 3mm; с – chiều rộng kênh để dẫn chất lỏng vào dưới cánh gạt (с = 5 mm); l – chiều dài cánh gạt, l =l 1 +l 2 . Để các cánh gạt không bị kẹt trong rãnh, cần phải đảm bảo các điều: 1 2 0,74 0,9 l l . Lấy 1 2 0,85 l l l 1 – Chiều dài lớn nhất của các cánh gạt vươn ra khỏi roto; l 2 – Chiều dài nhỏ nhất phần cánh gạt nằm trong rãnh của roto. Các cánh gạt phân bố hương tâm, bởi vậy 1 l R r 1 1 2,17( ) 0,85 l l l R r 17 2,17( ), min r R r mm Hình. 2 Sơ đồ cấu trúc máy bơm cánh gạt. Thiết kế máy bơm cánh gạt 8 Tài Liệu của Blog Thủy Lực Để đáp ứng tất cả các yêu cầu trên cần phải đưa ra một vài lần tính gần đúng, tính toán được thể hiện ở bảng 1. Để xác định kích thức B – chiều rộng roto, theo biểu thức (*), tính gần đúng lần 1 với bề dày cánh gạt b, b=0. Ta có 6 3 0 2 2 2 2 2 2 0 0 0 63,3 10 10,4 10 , 2 ( ) 2 970( ) b Q B mm n R r R r R r Bảng 1. № п/ п 0 r mm 0 1,17R r mm 2 2 0 R r mm 2 r mm R r mm 3 2 2 0 10,4 10 ( ) B R r mm B R r min r mm 1 37 43,29 505,02 35 8,29 20,56 2,5 36,15 2 40 46,8 590,24 38 8,8 17,62 2,0 37,3 3 42 49,14 650,74 40 9,14 16,0 1,75 38,06 Tốt hơn hết chọn phương án 2. Từ đó chọn các giá trị : 0 37 mm 43 mm 35 mm 2 mm r R r r Xác định giá trị chính xác chiều dài của roto: 6 0 0 63,3 10 23,9 2 970 43 37 3,14 43 37 2 12 2 cos 24 u Q B mm b z n R r R r В mm Kiểm tra điều kiện: 24 3 43 35 B R r - thỏa mãn. 17 2,17(43 35) 34,36 35 min r mm r mm - thỏa mãn. Thiết kế máy bơm cánh gạt 9 Tài Liệu của Blog Thủy Lực 2. TÍNH TOÁN STATO ĐỊNH HƯỚNG 2.1 Lựa chọn biên dạng cong của stato Biên dạng của stato cần phải loại bỏ được sự thay đổi hữu hạn và tức thời vận tốc các cánh gạt so với roto. Bởi vì sự thay đổi vận tốc tức thời hữu hạn đó dẫn tới lực ly tâm theo lý thuyết sẽ tăng tới vô cùng. Và nó sẽ làm cho các cánh gạt tách rời khỏi biên dạng stato, dẫn tới làm tăng nhanh quá trình mài mòn cánh gạt và stato. Vậy lựa chọn đường cong stato cần phải đáp ứng các điều kiện sau: 1. Vận tốc các cánh gạt so với rôt cần phải thay đổi êm đều từ 0 với giá trị cực đại, sau đó lại giảm êm đều tới 0. 2. Vận tốc ly tâm cần phải vượt qua vận tốc tương đối một giá trị, sao cho tích giá trị đó với khối lượng cánh gạt lớn hơn giá trị lực ma sát cánh gạt với rãnh của roto. Từ thực nghiệm người ta có kết luận: Các phương trình đường cong biên dạng stato sẽ thỏa mãn được các yêu cầu trên khi sự thay đổi gia tốc cánh gạt có dạng đồ thị hình sin. Lấy số cánh gạt z=12. Khi đó lưu lượng các cánh gạt hút vào và đẩy ra là như nhau tại mọi vị trí bất kỳ của roto. Hiệu quả của việc này làm loại bỏ đi trường hợp lưu lượng của máy bơm có dạng mạch động. Trong máy bơm các cánh gạt được phân bố hướng tâm (phân bố đều dạng tròn), bởi vậy lực hướng tâm tác dụng lên roto coi như không tính đến. Theo bảng ( xem trong метод. указ.) lựa chọn tương ứng với số cánh gạt tỉ số (R/r 0 ) max =1,17, =/3. Lấy góc cắt , ở đó 360° 360° 30° z 12 , =0 – ứng với máy bơm thuận nghịch. 2.2 Xác định tọa độ đường cong Stato Phụ thuộc vào qui luật thay đổi gia tốc các cánh gạt theo góc quay của roto mà tọa độ đường cong biên dạng được tính toán theo các công thức sau: Khi qui luật thay đổi có dạng hình sin – hình.3, ta có: 0 0 2 2 2 2 sin ; ; 2 2 cos ; 2 sin . R r a r a a d a a dt d a d t Tính toán các giá trị trên theo bảng 2. Thiết kế máy bơm cánh gạt 10 Tài Liệu của Blog Thủy Lực Trong các phương trình trên: , - các tọa độ của các điểm của đường cong stato; d dt – vận tốc tương đối của các cánh gạt so với roto; 2 2 d dt – gia tốc tương đối của các cánh gạt; 3,14 970 101,6 / 30 30 n rad s - vận tốc góc của trục quay máy bơm; =60 0 – góc cong stato. 0 60 10 6 6 o 0 2 2 2 43 37 5,73 [ / ] / 3 37 5,73 0,955sin6 [mm ] 0,58 (1 cos6 ) [ / ] 59,15sin6 [ / ] R r a mm rad d m s dt d m s d t Hình.3. Sự thay đổi gia tốc tương đối của các cánh gạt so với góc quay roto theo dạng hình sin Bảng 2 ,N Điểm 0 , rad ,mm , / d m s dt 2 2 2 , / d m s d t 0 0 0 37 0 0 1 10 0,174 37,173 0,29 51,225 2 20 0,349 38,173 0,87 51,225 3 30 0,523 40,000 1,16 0 4 40 0,698 41,827 0,87 -51,225 5 50 0,872 42,827 0,29 -51,225 6 60 1,047 43,000 0 0 [...]... Tài Liệu của Blog Thủy Lực Thiết kế máy bơm cánh gạt 12 max 47,77 [ ]=2500 – thỏa mãn Hình 4 Sơ đồ để tính toán bán kính cung tròn đầu mút cánh gạt tiếp xúc với stato 4 TÍNH TOÁN LỰC TÁC DỤNG LÊN CÁNH GẠT Chiều dài các cánh gạt l có thể viết ở dạng tổng như sau: l l1 l2 , Ở đó l1 - chiều dài lớn nhất của phần cánh gạt vươn ra khỏi roto; l2 - chiều dài nhỏ nhất của phần cánh gạt nằm trong rãnh... theo phương vuông góc với cánh gạt Dọc theo thân cánh gạt chịu tác dụng của lực P p B b , ở đó p - là áp suất Phần cánh gạt vươn ra khỏi roto chịu áp lực phân bố bởi áp suất chất lỏng công tác, áp lực tổng hợp tác dụng trực tiếp lên đoạn cánh gạt l1 một lực Pq pb B l1 Các lực P и P2 tính toán theo công thức sau: 1 Tài Liệu của Blog Thủy Lực Thiết kế máy bơm cánh gạt P [ 1 13 P ( cos.. .Thiết kế máy bơm cánh gạt 11 3 XÁC ĐỊNH ỨNG SUẤT TIẾP XÚC VÀ KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC ĐẦU MÚT CÁNH GẠT Trong phần này chúng ta xác định hình dáng đầu mút cánh gạt tiếp xúc với biên dạng stato Hình dáng đầu mút phụ thuộc vào lực hướng tâm tạo bởi áp suất chất lỏng Trong các máy bơm, được thiết kế theo sơ đồ 1, các cánh gạt được ép vào stato bởi lực ly tâm và áp suất nén chất... 6,3 106 Pа – áp suất máy bơm; z 12 – số cánh gạt Tài Liệu của Blog Thủy Lực Thiết kế máy bơm cánh gạt 23 3 Tổn thất trên ma sát trong các rãnh của roto N c 3 : Lực ma sát của các cánh trong rãnh roto trong tính toán có thể bỏ qua, nghĩa là chúng rất nhỏ N c 3 N c 2 & N c1 4 Tổn thất bởi ma sát tại ổ trục quay: Nc 4 М тsq , ở đó М тs – mômen quay tạo bởi lực ma sát trong ổ trục quay;... 1000 giờ Mà máy bơm thiết kế làm việc khoảng 5000 giờ Vậy ổ trục quay được chọn hoàn toàn tin cậy Tài Liệu của Blog Thủy Lực Thiết kế máy bơm cánh gạt 21 9 TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN 9.1 Tính toán tính chịu nén của liên kết then 1 1 dtr h l 0 0,02 0,006 0,016 150 106 Кa 3 , 96 N m М x 79,5 N m Ở đó: К a — hệ số an toàn của liên kết bằng then chịu ép, К a 3 , đối với kết cấu lỗ;... toán thiết kế thường lấy tỉ lệ l1 0,85 ; l2 Mặt khác các cánh gạt phân bố đều hướng tâm, nên ta có: l1 R r 43 35 8 mm Suy ra l2 1,17l1 1,17 8 9,36 mm l 8 9,36 17,36 mm Lấy l 17,5 mm; l1 8 mm; l2 9,5 mm Lực P là lực tác dụng của thành rãnh trên roto lên cánh gạt theo phương 1 vuông góc với phương chuyển động Tại điểm cánh gạt tỳ lên mép roto, cánh gạt chịu tác dụng lực. .. liên kết then chịu nén tốt 9.2 Tính toán tính chịu cắt của liên kết then 1 1 dtr b l 0 0,02 0,006 0,016 350 106 Кa 3 224 N m М x 74,55 N m Ở đó o — ứng suất cắt giới hạn của then, 0 350 МPа Điều kiện kiểm tra thỏa mãn, liên kết then chịu cắt tốt Tài Liệu của Blog Thủy Lực Thiết kế máy bơm cánh gạt 22 10 TÍNH TOÁN HIỆU SUẤT MÁY BƠM Một phần công suất cung cấp cho máy. .. К 3/8" ГОСТ6111-52* Tài Liệu của Blog Thủy Lực Thiết kế máy bơm cánh gạt 17 7 TÍNH TOÁN LỰC CỦA ĐĨA PHÂN PHỐI LÊN THÀNH STATO TÍNH TOÁN LÒ XO 7.1 Tính toán lực của đĩa phân phối lên thành Stato Sơ đồ đĩa nén như hình 6 Hình 6 Đĩa phân phối Lực ấn của đĩa phân phối được tính theo công thức sau: Pп p2b Fп , Ở đó Fп – Diện tích tiếp xúc đĩa phân phối và stato Lực đẩy tác dụng lên đĩa phân phối được... của Blog Thủy Lực Thiết kế máy bơm cánh gạt 16 6 TÍNH TOÁN ĐƯỜNG KÍNH ÔNG DẪN HÚT VÀ ỐNG DẪN ĐẨY Trong hệ thống thủy lực ở các máy công cụ vận tốc chất lỏng trong ống dẫn ngắn thường có các khoảng giá trị: - trường hợp ống dẫn hút: 0,5-1,5м/с - trường hợp ống dẫn đẩy: 3-5м/с Đường kính thành trong của ống dẫn chất lỏng được xác định bởi công thức: 21.22Q , d* V Ở đó Q – lưu lượng của máy bơm; V –... khi cánh gạt z – số cánh gạt trọng vùng áp suất thấp; 2 0,01103 m – khe hở giữa cách cánh gạt và rãnh chứa trên roto; B 0,024 m – bề rộng roto vươn ra cực đại; Qу1.ca 'nh 6,3 106 (0,01103 )3 0,024 12 0, 48 106 m3 / s 3 2 12 16,6 10 0,0095 Qу1 1,2 106 0, 48 106 1,68 106 m3 / s 2.2 Qу 2 - rò rỉ giữa các cánh gạt và stato định hướng: Tài Liệu của Blog Thủy Lực Thiết . 2 khoang hút và 2 khoang đẩy, trong đó khoang hút nối thông với đường ống 6, khoang đẩy được nối thông với đường ống 7. Để giảm bợt lực hướng tâm tác động lên roto nên thiết kế số khoang làm. rỉ lớn theo đầu mút khoang; khi 4 B R r – khoang thu được sâu và không kịp hút đầy chất lỏng vào khoang. Bởi vậy khi 4 B R r cần phải dẫn chất lỏng vào khoang công tác theo 2 hướng đảm bảo che lấp hoàn toàn giữa các khoang áp suất cao và áp suất thấp. 2) loại bỏ sự thay đổi thể tích chất lỏng khi chuyển chức năng giữa khoảng hút và khoang đẩy; 3) đảm bảo chuyển động của