Tema Proiectului

Să se proiecteze o instalație hidraulică cu patru motoare hidraulice legate în paralel. Trei dintre motoarele hidraulice sunt liniare (C1, C2, C3) și cel de-al patrulea este un motor rotativ (MHR). Două dintre motoarele liniare sunt diferențiale (C1, C2) iar cel de-a treilea este nediferențial (C3). Datele privind mărimile necesare la motoarele hidraulice sunt cuprinse in tabelul următor.

24 FazaF vmax vmin c M nmax nmin

nr p

daN m/min m/min mm daN·cm rot/min rot/min rot daN/cm2

C1e 1400 2 1 200 40i 600 5 2,5

C2e 1300 2 1 450 40i 700 6 2,5

C3dreapta 1600 4 2 300 50stânga 600 6 3

MHRdreapta 150 1300 800 22 50stânga 1200 500

Ciclograma

Faza L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9C1 e

iC2 e

iC3 dreapta

stângaMHR dreapta

stânga

Instalația conține o sursă de două pompe care pot lucra în paralel fie împreună, fie separat.

Dimensionarea și alegerea motoarelor hidraulice (C1, C2, C3 și MHR)

Relația de calcul pentru diametrul pistonului cilindrului

este: D '=√ 4 ∙ F ∙φπ ∙ p ∙ηm

φ−¿coeficientul de influiență al tijei; φ=S1S2

= D2

D2−d2 ;

φ=¿1,32 pentru presiuni > 60 daN/cm2; = 1,25 pentru presiuni ≤ 63 daN/cm2;ηm- ține cont de forțele de frecare în garnituri și de forța de contrapresiune; ηm=0,9

Pentru C1 și C2 (MHL diferențiale) D’ ≥ max (De’,Di’) unde:

- tijă iese: De '=√ 4 ∙ Fe

π ∙ p ∙ηm

;

- tijă intră: Di '=√ 4 ∙F i ∙φπ ∙ p ∙ ηm

.

Pentru C3 (MHL nediferențial)

- piston spre stânga: Dst '=√ 4 ∙F st ∙ φπ ∙ p ∙ ηm

;

- piston spre dreapta: Ddr '=√ 4 ∙Fdr ∙ φπ ∙ p ∙ ηm

.

Calcul

- C1 De '=√ 4 ∙14003,14 ∙40 ∙0,9

=7,038cm=70,38mm;

D i'=√ 4 ∙600 ∙1,253,14 ∙40 ∙0,9

=5,151cm=51,51mm;

- C2 De '=√ 4 ∙13003,14 ∙40 ∙0,9

=6,782cm=67,82mm;

D i'=√ 4 ∙700 ∙1,253,14 ∙40 ∙0,9

=5,564cm=55,64mm;

- C3 Dst '=√ 4 ∙1600 ∙1,253,14 ∙50 ∙0,9

=7,524cm=75,24mm;

Ddr '=√ 4 ∙600∙1,253,14 ∙50 ∙0,9

=4,607 cm=46,07mm.

Alegem diametrele standardizate din STAS cu valori imediat superioare valorilor mai mari rezultate din calcul pentru fiecare cilindru în parte: (32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200); și grosimile tijelor.

Așadar pentru: C1 – D = 80 mm; d = 25 mm;C2 – D = 80 mm; d = 45 mm;C3 – D = 80 mm; d = 25 mm.

Coeficientul φ va avea noi valorii pentru: C1 și C3 φ= 802

802−252 =1,108;

C2 φ= 802

802−452 =1,46.

Codul pentru cilindri 5A-BC-Pn-D-d unde:- 5 - codul familiei (cilindri);- A – se trece codul pentru tijă 1 – daca tija este unilaterală (C1 și C2),

2 – dacă tija este bilaterală (C3);- B – codul variantei de asamblare 1 – cu tiranți,

2 – cu bride;- C – codul frânării la capăt de cursă 1 – fără frânare,

2 – cu frânare;- Pn – presiunea nominala a familiei: 63 bar;- D - diametru piston în mm;- d – diametrul tijei în mm.

Astfel codurile pentru cilindri vor fi:- C1 – 51-21-63-80-25;- C2 – 51-21-63-80-45;- C3 – 52-21-63-80-25.

Dimensionarea MHR

V MHR=2∙ π ∙ MP ∙ηm

[cm3 /rot ], unde: - M – momentul din datele iniţiale;

- P – presiunea din datele inițiale; - ηm=0,92;

V MHR=2∙3,14 ∙150

50∙0.92=20.47 [cm3/rot ];

Se va alege o unitate fixă cu pistoane axiale (pompă – motor) al cărui cod este:F1.d – α.A.B.C. unde: - F1 – codul familiei:

- d – diametrul unui pistonaş în mm; - α – unghiul de înclinare al blocului cilindrilor; - A – sensul de antrenare (I); - B – tipul arborelui de antrenare (P-cu pană; C-cu caneluri); - C – tipul racordării la instalația hidraulică (F-cu flanșă; G-filet Gas);

Astfel codul va fi: F1.16 – 18.I.C.F.

Alegerea pompelor Pentru alegerea celor două pompe este necesar să se calculeze debitele în fiecare fază

de lucru.

- În faza tijă iese pentru C1 şi C2 avem relația: Qe=¿ π ∙ D2∙ vmax

4 ∙ ηv;

- În faza tija intră pentru C1 și C2 și tijă stânga/dreapta pentru C3 avem:

Qi=¿ π ∙(D¿¿2−d2) ∙ vmax

4 ∙ ηv¿;

- Pentru MHR avem: Qe=¿ VMHR ∙ ηmax

ηv;

Se utilizează pompe cu roți dințate antrenate de motoare electrice asincrone trifazate cu rotor în scurtcircuit.

La pompe cu RD șirul cu valori standardizate pentru volumul geometric în cm3/rot este: (4; 5,5; 8; 11; 14; 16; 19; 22,5).

Codul pompelor cu RD

PRDa-b-cde-fgh unde: - a – partea întreagă a modului roților dințate; - b – partea întreagă de la valoarea volumului geometric; - c, d, e, f, g, h, – se leagă de prinderea mecanică:

- c – capătul arborelui (1- conic);- d – flanșa de fixare (1- dreptunghiulară);

- e – lăgăruirea arborelui de antrenare (N- normală);- f – racordarea hidraulică a conductei (N-normală);- g – elemente suplimentare implementate în capac (N- Normal)- h – sensul de antrenare (D- dreapta; S- stânga).

Calcul

- C1 - Qe=¿ 3,14 ∙802 ∙24 ∙0,95

=10,57 l /min; Qi=¿ 3,14 ∙(80¿¿2−252) ∙5

4 ∙0,95=23,859 l /min¿;

- C2 - Qe=¿ 3,14 ∙802 ∙24 ∙0,95

=10,57 l /min; Qi=¿ 3,14 ∙(80¿¿2−452)∙6

4 ∙0,95=21,69 l /min¿;

- C3 - Qdr=¿ 3,14 ∙(80¿¿2−252) ∙4

4 ∙0,95=19,087 l /min¿; Qst=¿

3,14 ∙(80¿¿2−252) ∙64 ∙0,95

=28,631 l /min¿;

- MHR - Qdr=¿ 22,7 ∙1300

0,95=31,063 l /min; Qst=¿

22,7 ∙12000,95

=28,673 l /min;

V P1∙ n1 ∙ηv=QP1

⇒QP1=0,95 ∙1500 ∙8=11,4 l /min;

V P2∙ n2 ∙ηv=QP2

⇒QP2=0,95∙1500 ∙14=19,95 l /min ;

Codul pompelor va fi: - P1 – PRD2-8-11N-NND; - P2 – PRD2-14-11N-NND;

Tabelul de comenzi include starea elementelor legate de circuitul electric.

Fază Elementul care comandă Elementul care execută M 1 M 2

L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10

C1i x x x x x xC2e x x x x xC2i x x x x x xC1e x x x x xC3 st x x x x x x

MHRdr x x x x x xMHR st x x x x x xC3dr x x x x x

Alegerea lichidului de lucru

Lichidul de lucru utilizat trebuie să satisfacă o serie de cerințe a căror ordine de prorietate depinde de mediul în care va lucra instalația sau de alte cerinte.

- să fie lubrifiant;- să nu formeze spumă sau să se saponifice;

- să nu fie toxic;- să aibă indicele de vâscozitate adecvat;- să nu absoarbă, să nu conțină sau să degaje aer în cantitate mare;- să aibă valoare adecvată pentru punctul de congelare respectiv punctul de

inflamabilitate;- să aibă un conținut minim de impurități;- să fie stabil la agenți chimici;- să aibă rezistență chimică și termică ridicată.

Având în vedere gama de presiuni și cea de temperatură la care lucrează instalația se va alege un ulei hidraulic aditivat H30 cu următoarele caracteristici:

- ρ (15℃) =0.905 g/cm3;- vâscozitatea cinematică ν (50℃ ) = 28.6÷32 e.St;- vâscozitatea conv. 3,9÷4,3 °E;- pct. de inflamabilitate 180℃°;- pct. de congelare maxim -30℃;- indice minim de vâscozitate 95%. Recalcularea presiunilorDeoarece motoarele hidraulice alese din catalog au dimensiuni mai mari decât cele

rezultate în urma calculului de dimensionare, presiunea care se creează în incinta motorului (presiune de lucru) este mai mică decât cea din temă.

Presiunea de lucru la MHL: p=4 ∙F ∙φ

π ∙ D2∙ ηm;

Presiunea de lucru la MHR: p=2∙ π ∙ MV ∙ηm

; unde M=150;

Calcul

- C1e – p=4 ∙1400

3,14 ∙802 ∙0,92=30,2daN /cm2 ; C1i - p=

4 ∙600 ∙1,108

3,14 ∙802 ∙0,92=14,383daN /cm2

;

- C2e – p=4 ∙1300

3,14 ∙802 ∙0,92=28,12daN /cm2 ; C2i - p=

4 ∙700 ∙1,46

3,14 ∙802 ∙0,92=22,111daN /cm2

;

- C3dr – p=4 ∙1600 ∙1,108

3,14 ∙802 ∙0,92=38,35daN /cm2 ; C3 st - p=

4 ∙600 ∙1,108

3,14 ∙802 ∙0,92=14,383daN /cm2

;

- MHRdr- p=2∙3,14 ∙15022,7 ∙0,92

=45,106 daN /cm2; MHRdr- p=

2∙3,14 ∙15022,7 ∙0,92

=45,10daN /cm2.

Dimensionarea conductelor

Presupune determinarea diametrului interior și grosimii peretelui conductei. Diametrul interior se determină din considerente legate de debitul care circulă în conductă iar grosimea din considerente legate de presiunea la care circulă lichidul prin conductă.

În cazul motoarelor liniare diferențiale (C1 și C2) dimensionarea se face pentru conducta legată la camera fără tijă deoarece pe această conductă circulă debitul cel mai mare pentru ambele sensuri de mișcare. Obligatoriu conducta legată la camera cu tijă va avea aecleași dimensiuni din cauza conectării ambelor conducte la distribuitor.

Pentru conductele de alimentare se recomandă ca viteza de curgere să fie între 2,5÷4,5 m/s iar pentru cele de evacuare între 1,5÷3,5.

Diametrul nominal se calculează cu relația: Dn=√ 4 ∙Qπ ∙ v

; şi se alege o valoare imediat

superioară din STAS (4, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 50, 100).

Exemplu calcul: P1 - Dn=√ 4 ∙15,6753,14 ∙3,5

=9,75mm; alegem Dn=10mm;

Grosimea peretelui se caluclează cu ajutorul relației: g=P ∙ Dn2 ∙ σa

;

unde σ a=750 daN /cm2 (rezistenţa admisibilă la întinderea țevilor din oțel supuse la presiuni înalte); și se alege o valoare standardizată (1; 1,5; 2; 2,5; 3).

Exemplu calcul: P1 – g=50∙102∙750

=0.33mm; alegem g=1mm.

Parametri U.M. P1 P2

Magistrale motoare hidraulice MagistraleC1 C2 C3 MHR

alim. evac.e i e i alim. evac alim. evac.

Debit l/min 11,4

19,95

10,57

26,435

10,57

31,667

28,31 28,31 31,063 31,063 31,063 31,063

Presiune daN /cm250 50 30,2 528,12

5 38,35 5 45,1 5 5

Viteză de curgere

m/s 3,5 2 3,5 2 3,5 2 3,5 2 3,5 2 3,5 2

DNCalculat mm 8,3

114,55

8,007

16,738,007

18,33 13,1 18,03 13,72 18,35 11,305 22,97

Ales mm 10 16 20 20 20 20 16 25

Grosime min. perete

mm 1 1 1 1 1 1 1 1

Țeavă aleasă 12x1

18x1

22x1 22x1 22x1 22x1 18x1 27x1

Alegerea aparaturii hidraulice

Pentru alegerea aparaturii sunt necesare sunt necesare e informații:- Diametrul nominal al tronsonului pe care este amplasat;- Schema de conexiuni (simbolul).

Distribuitoare Cod DEHxx-yy-z-w unde:- xx – diametru nominal ales;- yy – tipul distribuitorului (05 – 4 orificii, 3 poziții; 01 – 2 orificii, 2 poziții);- z – curentul de alimentare al bobinei (024/00 – 24V);- w – tipul legăturii electrice (S - ștecher).

Alegem distibuitor – pentru motoare hidraulice - DE20-05-024/00-S; – pentru circuit de descărcare – P1 – DE10-01-PT-024/00-S;

– P2 – DE-01-PT-024/00-S;

Supape de presiune cod SPPxx-yy.z.C unde- xx – diametru nominal- yy – tip supapă (04 – de deversare, 16 – de reducere);- z – interval de presiune (2 – 3-150bar).Alegem – pentru deversarea P1: SPP10-04.2.C;

P2: SPP20-16.2.C; – supapă de reducere: SPP20-16.2.C.

Supapele de sens. Vom alege pentru - P1 o supapă cu codul: SUT10-1; - P2 o supapă cu codul: SUT16-1.

Drosele. Vom alege drosele de cale cu codul DR1T20-H.

Filtrul. Va fi unul de retur cu element interschimbabil, debit maxim 100 l/min si finețe de filtrare de 40μm. Codul va fi 668.23.14.300.

Bilanţul pierderilor pe faze

FazaAlimentare Evacuare

ΣΔpfTraseu ΣΔpa Traseu ΣΔpe

C1i13

>2-4-8-7 1,316 6-5-9-10 1,564 2,88

C2e 1-2-11-12 0,65 13-14-9-10 1,271 1,92

C2i13

>2-14-13 1,524 12-11-9-10 1,627 3,15

C1e 1-2-4-5-6 0,66 7-8-9-10 1,271 1,93

C3 st13

>2-18-17 1,646 16-15-9-10 1,508 3,15

MHRdr13

>2-19-20 1,607 21-22-9-10 1,465 3,07

MHR st13

>2-22-21 1,607 20-19-9-10 1,465 3,07

C3dr 3-2-15-16 1,156 17-18-9-10 1,689 2,84

Alegerea motoarelor electrice

În legătură cu motoarele electrice până în acest moment cunoaştem: - tipul acestora - motoare asincrone trifazate cu rotor în scurtcircuit;- turațiile – 1500 rot/min in ambele cazuri.

Faza

Pompa 1 Pompa 2

Q1

l/min

P

daN /cm2N c

kW

Q2

l/min

P

daN /cm2N c

kW

C1i 11,414,383 2,88 17,236

0.32748 19,9514,383 2,88 17,236

0.5730

C2e 11,428,12 1,92 30,04

0.57076 - - -

C2i 11,422,11 3,15 25,26

0.47994 19,9522,11 3,15 25,26

0.8398

C1e 11,430,2 1,93 32,12

0.61028 - - -

C3 st 11,414,38 3,15 17,53

0.33307 19,9514,38 3,15 17,53

0.5828

MHRdr 11,445,10 3,07 48,17

0.91523 19,9545,10 3,07 48,17

1.6016

MHR st 11,445,10 3,07 48,17

0.91523 19,9545,10 3,07 48,17

1.6016

C3dr - - - 19,9538,36 2,84 41,2

1.3699

n1=1500 rot/min;N1=1.1 kW;ASI 90S-24-4;

n2=1500 rot/min;N1=2.2 kW;ASI 100L-28-4;

Calculul rezervorului

Pentru dimensionarea rezervorului este necesar să se determine cantitatea de căldură înmagazinată în lichidul de lucru. Aceasta provine din pierderile de energie, de aici rezultând că anterior dimensiunilor rezervorului este necesar să determinăm pierderile de energie.

Faza

Putere consumată Putere utilă

ΔEkW∙h

P1 P2 N c F v M nmin c n t Nu

kW kW kW daNm/min

daN∙cm

rot/min

mm

rot

min kW

C1i0.3274

80,573

00.9004

8600 2,5 - - 200 - 0,08 0,25 86,66∙10−5

C2e0.5707

6-

0.57076

1300

1 - - 200 - 0,20,21

6

118,25∙

10−5

C2i0.4799

40,839

81.3197

4700 2,5 - - 450 - 0,18

0,291

308,62∙

10−5

C1e0.6102

8-

0.61028

1400

1 - - 450 - 0,450,23

3

282,96∙

10−5

C3 st0.3330

70.582

80.9158

7600 3 - - 300 - 0,1 0,3

102,65∙

10−5

MHRdr0.9152

31.601

62.5168

3- - 150 800 - 22

0,027

1,256

56,73∙10−5

MHR st0.9152

31.601

62.5168

3- - 150 500 - 22

0,044

0,785

127∙10−5

C3dr -1.369

91.3699

1600

2 - - 300 - 0,150,53

3

209,22∙

10−5

Σt=1,321 min; ΣΔE=0,01292 kW∙h.- ”t” se calculează pentru - MHL cu relația: t=c/v; ex: t=0,2/2,5=0,08 min;

- MHR cu relația: t= n/nmin; ex: t=22/800=0,027 min;

- ”Nu” se calculează pentru - MHL cu relația: Nu=F∙v ; ex: Nu=600∙2,5/6000=0,25 kW; - MHR cu relația: Nu=M∙2∙π∙nmin;

ex: Nu=150∙2∙3,14∙800/600000=1,256;- ”ΔE” se calculează cu relația: ΔE=t∙(N c−Nu);

ex: ΔE=0,08∙(0,9−¿0,25)/60=0,00086 kW∙h.

o Calculul cantității de căldură înmagazinată în lichid:

Qc=860 ∙ ΣΔE∙60Σt

=860 ∙0,01292∙60

1,321=504,672 kcal/h;

o Calculul suprafeței necesare de radiație:

S=Qc

k ∙(T s−T0);

- k=13 kcal/m2∙h∙℃ – coeficient de transfer de căldură;- T s=60℃;- T 0=25℃;

S= 504,67213 ∙(60−25)

=1,109m2.

o Calculul volumului de ulei din rezervor:

V=( S0,065 )

3 /4

=(1,1090,065 )

3 /4

=8,394 l;

o Timpul de stabilizare a temperaturii:

t s=4 ∙cm ∙Gm+c l ∙Gl

k ∙S;

- cm – căldura specifică metalulul: 0,12 kcal/kgf∙℃;- c l – căldura specifică lichidului: 0,45 kcal/kgf∙℃;- Gm=γm∙ S ∙ s=8 ∙1,109 ∙5=44,36kgf ;

s – grosimea tablei (5 mm);- Gl=γl ∙V=0,9 ∙8,394=7,5546kgf ;

t s=4 ∙0,12 ∙44,36+0,45 ∙7,5546

12 ∙1,109=2,42h;