КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
ГидростанцииИ УСТАНОВИВШЕЙСЯ ТЕМПЕРАТУРЫ МАСЛА ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ Лабораторная работа 4
Цель работы – изучение гидростанции промышленного робота, экспериментальное определение коэффициента теплопередачи, расчет установившейся температуры масла гидростанции, ознакомление с методом теплового расчета гидросистем.
1. Основные понятия
Ограничение нагрева масла в гидроприводе достигается рациональным его проектированием, введением принудительного охлаждения жидкости с помощью теплообменников. Тепло, выделяющееся при работе гидропривода, нагревает его элементы и рабочую жидкость, а также рассеивается в окружающее пространство. При достижении установившейся температуры масла в гидробаке все выделяемое тепло рассеивается в окружающее пространство. Уравнение теплового баланса имеет вид: Ndt=(Cm + C1m1)dТ + KSdt*( +T1 - T0), (4.1) где N - количество тепла, выделяемое в гидросистеме в ед. времени; dT – приращение температуры рабочей жидкости за время dt; C – теплоемкость рабочей жидкости (минерального масла); m – масса масла; C1 – теплоемкость материала гидробака (стали); m1 – расчетная масса гидробака; K – коэффициент теплопередачи от рабочей жидкости через стенку гидробака к окружающему воздуху; T1 – температура масла к началу рассматриваемого бесконечно малого промежутка времени dt; T0 – температура окружающего воздуха; S – расчетная площадь поверхности гидробака. Из уравнения (4.1) при непрерывной работе гидростанции в течение времени t получается зависимость для определения температуры масла T=T0 + (Tнач - T0)exp + (1 - exp ), (4.2) где Тнач – начальная температура масла в гидробаке. Коэффициент теплопередачи для однослойной плоской стенки определяется по формуле К = , (4.3) где a 1 – коэффициент теплоотдачи от масла к стенке гидробака; a 2 – коэффициент теплоотдачи от стенки гидробака окружающему воздуху; d – толщина стенки гидробака; λ – коэффициент теплопроводности материала стенки гидробака. Значения коэффициентов a1, a2, λ зависят от конструкции гидростанции, режима ее работы, марки масла и других факторов, поэтому определение коэффициента теплопередачи, характеризующего тепловой режим гидропривода, рационально произвести экспериментально, что осуществляется в данной работе. Количество тепла, передаваемое от нагретого масла окружающему воздуху, зависит от площади поверхности гидробака. Однако условия теплопередачи для боковых стенок, основания и крышки гидробака неодинаковы вследствие различия в их температурах и расположении. Поэтому введено и используется в последующих расчетах понятие расчетной площади поверхности гидробака, которая определяется по формуле: S = α , (4.4) где V=b*l*H - обьем масла в гидробаке; принять b*l=41дм2; Н - высота масла в баке; a- коэффициент, зависящий от отношения сторон гидробака. При отношении сторон гидробака в пределах от 1:1:1 до 1:2:3 значения a =0,060+0,069. Принимая среднее значение a =0,064, получаем: S = 0,064 м2; V в дм3 (4.5) масса масла в гидробаке m=rV, (4.6) где r = 900 кг/м3 – плотность масла. Теплоемкость масла принять С = 1880 Дж/кг.град. Расчетная масса гидробака гидростанции определяется соотношением: m1=Sdr1, (4.7) где S – расчетная площадь поверхности гидробака, определяемая соотношением (4.5); d =2 мм – толщина стенок гидробака; r1 =7800 кг/м3 – плотность стали. Теплоемкость материала сварного стального бака принять С1 =460 Дж/кг.град. При экспериментальном определении коэффициента теплопередачи вся энергия, подводимая к электродвигателям гидростанции и нагревателю, идет на нагрев ее элементов и рабочей жидкости, поэтому количество тепла, выделяемое в гидросистеме в ед. времени, определяется соотношением: Ni=nIфiUфcosφ, где N1, N2 – мощность, потребляемая электродвигателями М1 и М2; n=3 – количество фаз приводного i-го электродвигателя (i=1,2); I фi – фазная сила тока электродвигателя. Принять Uф =220в; cosφ=0,8. Если известно значение коэффициента теплопередачи К, то установившуюся температуру масла можно определить по формуле (4.2) при t : Т=Т0+ . (4.9) Как показали испытания, для многих действующих гидросистем расхождение между температурой масла, подсчитаной по формуле (4.2) при t =11 часов и установившейся температурой, подсчитаной по формуле (4.9), не превышает 5-10%, поэтому практически расчет установившейся температуры гидропривода можно вести по более простой формуле (4.9). При этом предполагается, что разность наибольшей и наименьшей температур воздуха в цехе в течение дня не превышает 4+60C.
2. Экспериментальная установка
Принципиальная гидравлическая схема гидростанции, на которой производится экспериментальное определение коэффициента теплопередачи, показана на рис.6. Основной насос Н1, вал которого вращается электродвигателем М1, подает масло из бака Б через фильтр с указателем ФУ1, обратный клапан ОК1 и распределитель Р при включенном электромагните ЭМ в нагнетательную линию НГЛ. Давление в линии контролируется реле давления РД и манометром М при нажиме на кнопку распределителя манометра РМ. Насос Н1 защищен от перегрузки давлением предохранительным клапаном ПК.
Рис.6. Принципиальная гидравлическая схема гидростанции: А1, А2 – ампер-метры; ВК1, ВК2, ВК3 – эл. выключатели; Б - бак; НГЛ - нагнетательная гидролиния; СГЛ - сливная гидролиния; РБ - регулирующий блок; РД - реле давления; ПК – предохранительный клапан; М – манометр; РМ - распределитель манометра; Р - распределитель; КО1, КО2, КО3 - обратные клапаны; ФУ1, ФУ2 - фильтры с указателями; БФ - блок фильтров циркуляционного насоса; Н1 - основной насос (пластинчатый); Н2 - циркуляционный насос (шестерённый); М1, М2, М3, М4 – электродвигатели; ОХЛ – охладитель; НАГ – нагреватель; ВУ – всасывающее устройство; ЗФ - заливной фильтр; МФ - магнитный фильтр; ДТ - датчик температуры; УТ - указатель температуры; ДР - регулируемый дроссель; ЭМ – электромагнит
Сливная гидролиния СГЛ осуществляет слив масла в бак Б через магнитный фильтр МФ. При выполнении данной работы линии НГЛ и СГЛ отсоединены от ПР, заглушены и соединяются между собой регулируемым дросселем ДР. При обесточенном электромагните ЭМ эти линии также соединяются через распределитель Р и обратный клапан ОК2. Элементы ОК2, Р, РМ, РД, ПК конструктивно объединены в регулирующий блок РБ. Циркуляционный насос Н2, вал которого вращается электродвигателем М2, подает масло в цепь циркуляции, замыкаемую баком Б. В цепь циркуляции входит блок фильтра Б (фильтр с указателем ФУ2 и обратный клапан ОКЗ), охладитель ОХЛ и нагреватель НАГ. Радиатор охладителя обдувается двумя вентиляторами, приводимыми электродвигателями М3 и М4. Измерение температуры в баке производится с помощью датчика температуры ДТ и указателя температуры УТ. Заливка масла в бак производится через заливной фильтр ЗФ. Всасывающее устройство обеспечивает подсос очищенного от пыли и водяных паров воздуха в герметизированный бак при понижении в нем уровня масла. Через устройство воздух выходит из бака при повышении в нем уровня масла. При первом запуске станции, когда температура масла меньше 350 С, датчиком температуры ДТ подается сигнал включения электродвигателя М2 циркуляционного насоса Н2 и нагревателя НАР. После достижения температуры 350 С автоматически включаются электродвигатель М1 основного насоса Н1 и электромагнит ЭМ распределителя Р. Продолжается работа насоса Н2 и нагревателя НАГ. При работе основного насоса реле давления РД подает сигнал электроавтоматике, которая отключает основной насос, когда его давление падает ниже необходимого для нормальной работы промышленного робота (ПР), подключенного к гидростанции. При достижении температуры масла 440 С автоматически отключается нагреватель НАГ, а при достижении 460 С автоматически включаются электродвигатели М3 и М4 охладителя ОХЛ. С помощью выключателя ВКЗ один из электродвигателей охладителя можно отключить вручную. Если в ходе работы станции температура масла превысит 600 С – отключается насос Н1, а насос Н2, электродвигатели М3, М4 продолжают работать. Температуры 440 С и 460 С являются основными для автоматического управления станцией. В зависимости от изменения температуры при 440 С включается или отключается нагреватель, а при 460 С– охладитель. Если температура масла упадет ниже 350 С автоматически отключается основной насос Н1. Таким образом, при температурах ниже 350 С и выше 600 С основной насос Н1 заблокирован. 3. Проведение эксперимента
Измерить высоту масла в баке Н, температуру окружающего воздуха Т0 и начальную температуру Тнач. масла в баке. Значения измеренных параметров занести в табл.6. Таблица 6 Результаты эксперимента
Режим работы гидростанции задается преподавателем. Пусковой кнопкой включить гидростанцию и по манометру установить давление Р основного насоса дросселем ДР. Одновременно с пуском гидростанции включить секундомер, фиксирующий время опыта. Измерить силу тока Iф1, Iф2 работающих электродвигателей. По прошествии заданного преподавателем времени опыта t выключить гидростанцию и измерить конечную температуру Тэ масла в баке. Значения Тэ, Р, Iф1, Iф2 и t занести в табл.6.
4. Обработка экспериментальных данных
Пользуясь соотношением (4.5,4.6,4.7), вычислить расчетную площадь поверхности гидробака S, массу масла в гидробаке m и расчетную массу гидробака m1. Вычислить величину Cm+C1m1, приняв С=1880 Дж/кг.град, С1=460 Дж/кг.град. Суммарную мощность N, потребляемую гидростанцией от электросети, вычислить, используя соотношение (4.8). Мощность электродвигателей М3 и М4 не учитывать в виду малости. Результаты вычислений свести в табл.7.
Таблица 7 Результаты вычислений
Пользуясь соотношением (4.2), заполнить табл.8, задавая К в качестве независимого переменного. Учесть, что при К=0 T=Tнач + . Таблица 8
По данным табл.8 построить зависимость Т(К) (см.рис.7). На рис.7 нанести прямую Тэ = const, взяв значение Тэ из табл.6. В пересечении зависимостей Т(К) и Тэ=const получается экспериментальное значение коэффициента теплопередачи Кэ.
Рис.7. Графическое решение уравнения (4.2)
Подставив значение Кэ в соотношение (4.9), определить установившуюся температуру масла. Максимальную температуру масла принимают до 600+800 С, в большинстве гидроприводов станков и технологического оборудования ее ограничивают значением 500+600 С. Для ограничения температуры масла в гидросистемах обычно достаточно следующих мер: 1. Выполнение масляных баков большой емкости. Обычно обьем масляного бака выбирается равным 3-4 минутной производительности насоса. В ряде случаев объем увеличивают до 5-6 минутной производительности. 2. Воздушное охлаждение вентилятором. Для охлаждения масла гидросистемы применяются теплообменные аппараты воздух-масло. 3. Для охлаждения масла применяют водяные теплообменники. Последний способ используется, обычно в гидроприводах большой мощности.
Дата добавления: 2015-05-26; Просмотров: 1574; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |