Гидропривод роторного траншейного экскаватора

Федеральное агентство по образованию

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ) 
 
 
 
 

Кафедра “ПТТМиГП” 
 
 

Гидропривод роторного траншейного экскаватора

Пояснительная записка

ТТМ.12.03.00.000 ПЗ 
 
 
 
 
 
 
 
 

г. Омск – 2011 г.

     СОДЕРЖАНИЕ

     Введение…………………………………………………………………….3

1. Исходные данные для расчёта объёмного гидропривода………...….4
2. Описание принципиальной гидравлической схемы……………….…5
3. Расчёт объёмного гидропривода…………………………………….…6

3.1. Определение мощности гидропривода и насоса…………………6

3.2. Выбор насоса……………………………………………………….6

3.3. Определение  внутреннего диаметра гидролиний, скоростей движения жидкости…………………………………………………….8

3.4. Выбор гидроаппаратуры,  кондиционеров рабочей жидкости....10

3.5. Расчёт  потерь давления в гидролиниях………………………….11

3.6. Расчёт  гидроцилиндра……………………………………………15

3.7. Тепловой  расчёт гидропривода………………………………….19

      Заключение………………………………………………………………..22

      Список  литературы……………………………………………………….23 
 
 

     Введение

     Современный уровень развития строительного  и дорожного машиностроения характеризуется  широким применением объемного  гидравлического привода. Широкое  применение гидропривода объясняется  целым рядом его преимуществ  в сравнении с другими типами привода. К основным преимуществам  следует отнести: небольшой удельный вес, реализацию больших передаточных чисел, бесступенчатое регулирование  скоростей исполнительных механизмов, надежное предохранение от перегрузок, удобство управления и легкость его  автоматизации.

      Большинство строительно-дорожных машин имеют  гидропривод. Он применяется для  привода рабочего оборудования. Применение объемного гидропривода дает значительный экономический эффект, по этому он находит все большее применение в строительном и транспортном машиностроении, тракторостроении, подьемно-транспортных машинах и механизмах. Объемный гидропривод  благодаря своим преимуществам  стал неотъемлемой частью подавляющего большинства современных машин: экскаваторов, бульдозеров, автокранов, автогрейдеров, погрузчиков и др.

      Главными  задачами при проектировании является расчет основных параметров объемного  гидропривода и на его основе выбор  типового, нормализованного и стандартного гидроагрегатов. 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Исходные данные  для расчета объемного  гидропривода

Роторный  траншейный эксковатор

     2. Описание принципиальной  гидравлической схемы

Рисунок 1

Гидравлический  привод (рис. 1.) состоит из гидробака  Б, насоса Н,                                                                                                                                                   секционных четырехпозиционных гидрораспределителей с ручным управлением Р, гидроцилиндра  Ц, фильтра Ф с переливным клапаном. Контроль давления рабочей жидкости ведется с помощью манометра  МН1.

Рабочая жидкость из гидробака Б по всасывающей  гидролинии насосом Н подается в  напорную гидролинию через центральное  вращающееся соединение к секционному  гидрораспределителю Р. При перемещении  золотника гидрораспредилителя  Р перемещается дополнительный золотник вследствие чего переливной гидроклапан  закрывается, рабочая жидкость от насосов  поступает к гидроцилиндру. Противоположная  полость гидроцилиндра при этом соединяется со сливной гидролинией. Гидроцилиндр Ц подключается к соответствующим  секциям гидрораспределителя Р., которые устанавливаются в гидролиниях, являющихся сливными при опускании.

Предохранительный клапан КП2 предохраняет систему от давления рабочей жидкости, превышающего установленное, путем слива жидкости в гидробак Б.

     3. Расчёт объёмного гидропривода

     3.1. Определение мощности гидропривода  и насоса. 

     Полезную  мощность гидродвигателя возвратно-поступательного  действия (гидроцилиндра) Nгдв , кВт, определяют по формуле:

Nгдв=FV,      (1)

где F – усилие на штоке, кН:

      V – скорость движения штока, м/с.

Nгдв=60

      Полезную  мощность насоса Nнп , кВт, определяют по формуле:

Nнп = k_зу k_зс Nгдв,      (2)

где k_зу – коэффициент запаса по усилию, учитывающий гидравлические потери давления в местных сопротивлениях и по длине гидролиний, а также потери мощности на преодоление инерционных сил, сил механического трения в подвижных сопротивлениях (1,1…1,2);

      k_зс – коэффициент запаса по скорости, учитывающий утечки  рабочей жидкости, уменьшение подачи насоса с увеличением давления в гидросистеме  (1,1…1,3).

Nнп=1,1

     3.2. Выбор насоса.

     Подача  насоса Qн , дм /с, определяют по формуле:

Qн = Nнп / pном ,     (3)

где  pном – номинальное давление, МПа.

Qн=32,67/16=2,0418

Рабочий объём насоса q_Н, дм /об, определяется по формуле:

q_Н= Nнп /( p_НОМ n_Н),     (4)

n_Н – частота вращения вала насоса, с (n_Н =1500 об/мин = 25 с ).

q_Н=32,67/16

Выбираем  насос НШ – 100А-3 по подходящим параметрам p_НОМ и q_Н . 

Таблица 1. Техническая характеристика шестеренного насоса типа НШ – 100А-3

      По  технической характеристике выбранного насоса производим уточнение действительной подачи насоса Qнд , дм /с, по формуле:

Q_нд = q_нд n_нд об,      (5) 

где q_нд – действительный рабочий объём насоса, дм ;

      n_нд – действительная частота вращения насоса, с ;

       об – объемный КПД насоса.

Q_нд=0,0988

     3.3. Определение внутреннего диаметра  гидролиний, скоростей движения  жидкости.

Зададимся скоростями движения жидкости [3,4].

Для всасывающей  гидролинии примем Vвс = 1,2 м/с.

Для сливной  гидролинии примем Vсл = 2 м/с.

Для напорной гидролинии примем  Vнап = 6 м/с. 

Расчетное значение диаметра гидролинии d_р , м, определяется по формуле: 

                                    (6)

Для всасывающей  гидролинии:

 м

По расчетному значению внутреннего диаметра гидролинии  d_рвс = 49мм производим выбор трубопровода по ГОСТ 8734-75. Значение толщины стенки трубопровода примем 3 мм. 

Для сливной  гидролинии:

 м

По расчетному значению внутреннего диаметра гидролинии d_рсл = 36мм

Производим  выбор трубопровода по ГОСТ 8734-75. Значение толщины стенки трубопровода примем 3 мм. 
 
 

Для напорной гидролинии:

 м

По расчетному значению внутреннего диаметра гидролинии

d_рнап = 24мм производим выбор трубопровода по ГОСТ 8734-75. Значение толщины стенки трубопровода примем 3 мм.

Действительная  скорость движения жидкости Vжд , м/с, определяется по формуле:

,      (7) 

     Для всасывающей гидролинии:

     Для сливной гидролинии:

 =2 м/с

     Для напорной гидролинии:

 =6 м/с 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3.4. Выбор гидроаппаратуры, кондиционеров  рабочей жидкости.

Таблица 2. Техническая характеристика секционного гидрораспределителя типа Р, [2,3].

Таблица 3. Техническая характеристика Предохранительного клапана непрямого действия 61300.

Таблица 4. Основные параметры дросселей  с обратными клапанами типа 62800.

Таблица 5. Техническая  характеристика линейного фильтра типа 1.1.25-25.

Таблица 6. Характеристика рабочей жидкости ВМГЗ (ТУ 101479-74).

     3.5. Расчет потерь давления в гидролиниях

Потери  давления определяются отдельно для  каждой гидролинии при определенной температуре рабочей жидкости по формуле

                                                                              (8)

где   - потери давления в гидролинии, МПа;

         - сумма путевых потерь, МПа;

         - сумма потерь в местных сопротивлениях, МПа; 
 

Потери  давления по длине гидролинии определяются по формуле

,                                               (9)

где     - потери давления по длине, МПа;

         - плотность рабочей жидкости,

        - коэффициент путевых потерь (коэффициент Дарси);

         l - длина гидролинии, м;

        d - внутренний диаметр гидролинии, м;

        - скорость движения жидкости, кг/м3.

Коэффициент путевых потерь λ (коэффициент Дарси) определяется по формуле

      Для турбулентного режима:

;                 (10)

      Для ламинарного режима:

   ;                                (11)

      Число Рейнольдса определяется по формуле:

                          (12)

где   - скорость движения жидкости в гидролинии, м/с;

      d- внутренний диаметр гидролинии, м;

       - кинематический коэффициент вязкости  рабочей жидкости, м2/с.

Для напорной гидролинии: 
 

Для сливной  гидролинии: 
 

Для всасывающей  гидролинии: 
 

     Так как полученное число Рейнольдса Re = 13314>2320, то движение жидкости в напорной гидролинии турбулентное.

Определяем  коэффициент путевых потерь λ (коэффициент Дарси) для турбулентного режима по формуле (10): 

     Так как полученное число Рейнольдса Re = 7688>2320, то движение жидкости в сливной гидролинии турбулентное.

Определяем  коэффициент путевых потерь λ (коэффициент Дарси) для турбулентного режима по формуле (10): 

     Так как полученное число Рейнольдса Re = 5877,6>2320, то движение жидкости во всасывающей гидролинии турбулентное.

Определяем  коэффициент путевых потерь λ (коэффициент Дарси) для турбулентного режима по формуле (10): 

Определяем  путевые потери для напорной гидролинии по формуле (9):

 МПа

Определяем  путевые потери для сливной гидролинии по формуле (9):

 МПа

Определяем  путевые потери для всасывающей  гидролинии по формуле (9):

 МПа 
 

Потери  давления в местном сопротивлении  определяются по формуле:

                                                        (13)

где  - потери давления в местном сопротивлении, МПа;

        - коэффициент местного сопротивления;

        - скорость движения жидкости, м/с;

        - плотность рабочей жидкости, кг/м3. 

     Распределение заданных видов местных сопротивлений  по гидролиниям (напорной,  сливной) производим произвольно.

Местные сопротивления напорной гидролинии: переходник – 3 шт., штуцер – 2 шт., разъемная муфта – 4 шт., плавное колено 90 - 2 шт., дроссель – 3 шт. 

Местные сопротивления сливной гидролинии: переходник – 3 шт., штуцер – 2 шт., разъемная муфта – 4 шт., плавное колено 90 - 2 шт., дроссель – 3 шт. 

      Определяем  потери давлении в местных сопротивлениях для напорной гидролинии по формуле (13):

 МПа

     Определяем  потери давлении в местных сопротивлениях для сливной гидролинии по формуле (13):

 МПа 

     Определяем  потери давлении в местных сопротивлениях для всасывающей гидролинии по формуле (13):

 МПа

      Потери  давления в гидролинии p, МПа, определяется по формуле (8): 

Для напорной гидролинии:

 МПа

Для сливной  гидролинии:

 МПа

Для всасывающей  гидролинии:

 МПа

     3.6. Расчет гидроцилиндра

      Для  расчета   гидроцилиндра воспользуемся расчетной схемой (Рисунок 2).

Рисунок 2. Гидроцилиндр со штоковой рабочей  полостью 

      Диаметр поршня гидроцилиндра с штоковой рабочей полостью определяем из уравнения  равновесия сил, действующих на шток:

,   (14)

где – усилие на штоке, H;

– давление в поршневой полости, Па, , здесь  – потери давления в сливной гидролинии;

D – диаметр поршня, м;

 – давление в штоковой полости, Па, , здесь – потери давления в напорной гидролинии;

d – диаметр штока, м.

     Задавшись значением коэффициента и решив уравнение (14) относительно диаметра поршня, получим следующее выражение:

                                 (15)            

 м

     После нахождения диаметра поршня определяем диаметр штока d , м, выразив его из формулы (14): 

,

 м

     Из  уравнения неразрывности потока жидкости вторично определяют диаметр  поршня

                                    (16)

      где  D - диаметр поршня, м;

 Qнд - расход жидкости, м3/с;

  V - скорость движения штока, м/с.

        м 

      Определяем  диаметр штока d₂, м, по формуле (14):