Расчет объемного гидропривода. 6

       Содержание 

Введение…………………………………………………………………………3

Описание аппаратуры…………………………………………………………...5

Описание гидромотора………………………………………………………….5

Описание гидросхемы экскаватора ЭО-4321………………………………..6

Исходные данные………………………………………………………………..8

Расчетная часть…………………………………………………………………..8

1. Определение  диаметра гидроцилиндра……………………………………...8

2. Определение  расхода, потребляемого гидроцилиндрами………………….9

3. Выбор насоса…………………………………………………………………..10

4. Гидравлический  расчет трубопроводов …………………………………….10

4.1. Расчет диаметров труб и рукавов ………………………………………….10

4.2. Расчет гидравлических  потерь……………………………………………..12

4.3. Расчет замедлительного  дросселя …………………………………………14

5. Выбор гидроагрегатов………………………………………………………...15

5.1. Выбор фильтра………………………………………………………………15

5.2. Выбор обратного  клапана…………………………………………………..15

5.3. Выбор гидрораспредилителя……………………………………………….15

6. Расчет мощности  и КПД гидропривода……………………………………..15

7. Тепловой расчет  гидропривода………………………………………………16

8. Поверочный  расчет гидропривода…………………………………………...17

Список литературы………………………………………………………………19  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

       В стоительно-дорожных и подъемно-транспортных машинах обычно применяется насосный объемный гидравлический привод(далее  сокращенно гидропривод).

       Основой насосного гидропривода является объемный насос, создающий напор рабочей жидкости, которая обладает в основном энергией давления. Эта энергия преобразуется в механическую работу с помощью объемного  гидродвигателя – гидроцилиндра. Благодаря высокому объемному модулю упругости жидкости в объемном гидроприводе обеспечивается практически жесткая связь между его входными и выходными органами.

       Для управления механизмами, приводимыми  в движение гидроприводом, для обеспечения  заданных скоростей и схемы движения, последовательности работы механизмов и для соответствующего изменения расхода и давления рабочей жидкости в гидроприводе предусмотрены регулирующие и направляющие гидроаппараты.

       Объемный  гидропривод имеет достоинства, определяющие его широкое распространение  в машиностроении. Это малая масса и габариты, а следовательно, и малая инерционность движущихся частей. Например, габариты гидромоторов почти в 10 раз, а масса в 5-10 раз меньше габаритов и массы равного по мощности электродвигателя; момент инерции гидромоторов составляет не более 5% момента инерции приводимого им механизма. Малая инерционность определяет высокое быстродействие гидропривода, то есть высокие скорости передачи и исполнения команд, малое время разгона движущихся частей.

       Гидропривод легко управляется и автоматизируется, может создавать очень большие усилия и передаточные отношения. Например, гидроцилиндр диаметром 150 мм при среднем давлении жидкости 7-8 МПа создает усилие на штоке 120-140 кН, а электрическая силовая катушка того же диаметра на своем сердечнике – всего 0,6-1 кН. Гидропривод допускает достаточно произвольное расположение его элементов на машине, что важно для стоительно-дорожных машин (СДМ) и подъемно-транспортных машин (ПТМ).

       Он  позволяет плавно и в широком  диапазоне регулировать скорость движения рабочего органа. Благодаря обильной и постоянной смазке гидропривод долговечен и надежен.

К недостаткам  гидропривода относятся: сравнительно не высокий КПД; необходимость высокой  герметичности гидроаппаратов, а  следовательно, точности обработки  деталей, что обуславливает их повышенную стоимость; большая металлоемкость; возможность 
 

       нестабильной  работы, вызываемой температурными колебаниями  вязкости рабочей жидкости. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       

         
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       

       

       Описание  аппаратуры 

       Описание  гидромотора

        

       На  экскаваторе ЭО-4321 установлен сдвоенный регулируемый аксиально-поршневой насос, типа 223, который состоит из двух унифицированных качающих узлов, смонтированных в одном корпусе. Сдвоенные насосы используют тогда, когда нужно создать два потока рабочей жидкости. Полное использование мощности приводного двигателя обеспечивается с помощью встроенного сумматора мощности, который распределяет мощность между потребителями таким образом, что сумма их мощностей остается постоянной и равной установленной мощности привода. Вал 5и сдвоенного насоса получает вращение от приводного двигателя и через встроенный в насос редуктор 6 передает движение валам качающих узлов.

       Поворотные  корпуса 1 и 7 качающих узлов сдвоенного насоса установлены на подшипниках  и могут поворачиваться вокруг вертикальной оси на угол 25°, чем и достигается изменение подачи насоса. Оба поворотных корпуса жестко связаны траверсой 4 регулятора и могут поворачиваться только синхронно под воздействием регулятора мощности.

       Регулятор мощности представляет собой двухступенчатый золотник 2, помещенный непосредственно в корпусе сдвоенного насоса. Золотник соединен цапфами 9 с блоками цилиндров и воспринимает, с одной стороны, усилия пружин 3, а с другой – усилия, создаваемое давлениями и . Ступени золотника регулятора имеют равные площади. Под каждую ступень подводится давление нагнетания от качающих узлов, то есть и . При работе с малым давлением пружины 3 регулятора удерживают поворотные корпуса 1 и 7 на наибольшем угле поворота, обеспечивая максимальную подачу насоса. Когда давление возрастает, золотник сжимает пружины, снижая подачу насоса. Пружины регулятора и упорную шайбу 12 подбирают таким образом, чтобы сохранить постоянной заданную мощность привода.

       К преимуществам аксиально-поршневых  насосов и гидромоторов относятся  компактность, высокий КПД при  большом давлении, сравнительно малая  инерционность, значительная энергоемкость  на единицу массы (в некоторых  высокооборотных конструкциях до 12 кВт/кг).

       Недостатком этих насосов и гидромоторов является необходимость в тонкой фильтрации рабочей жидкости, сложность изготовления и трудность обеспечения длительного  срока службы некоторых деталей (например, подшипника блока цилиндров и насосов с золотниковым распределителем). 
 
 

       

       

       Описание  гидросхемы экскаватора  ЭО-4321 

       Система гидропривода включает в себя сдвоенный  насос, распределительную аппаратуру, гидродвигатели, бак рабочей жидкости и вспомогательные системы. Насос  с суммирующим регулятором мощности приводится в действие от дизеля через раздаточную коробку. Рабочая жидкость под давлением от насоса подается к блокам гидрораспредилителя, а затем к гидромоторам передвижения экскаватора, к гидромотору поворота платформы и гидроцилиндрам рабочего оборудования.

       Очищается рабочая жидкость в фильтре, а  охлаждается в радиаторе. Центральный  коллектор предназначен для подвода  рабочей жидкости от гидрораспредилителя  к гидромоторам передвижения машины. Необходимый объем рабочей жидкости находится в баке.

       Система управления состоит из трех колонок, на которых расположены две рукояти  для управления рабочим оборудованием, причем каждая рукоятка позволяет выполнить  два движения. Кроме того, на пульте управления помещены две педали для  управления поворотом платформы и два рычага для включения механизма передвижения. Помимо основных элементов системы управления на пульте установлены рычаг управления частотой вращения двигателя, рычаги управления стояночными тормозами поворота и передвижения и приборы контроля работы двигателя и гидросистемы.

       Гидравлическая  схема экскаватора ЭО-4321.

       Рабочая жидкость из гидробака 1 насосом 5(секциями А и Б) подается к трем блокам 9, 31 и 32 гидрораспредилителя. При нейтральном  положении золотников гидрораспредилителя напорные линии соединены со сливом, а полости гидроцилиндров и гидромоторов заперты. В этом случае насос 5 работает на слив. При этом поток может быть направлен или непосредственно в бак, или в жаркое время года предворительно через радиатор 38 охлажения. Прежде чем возвратиться в бак, рабочая жидкость проходит через фильтры 40 и 41 с тонкостью фильтрации 20 мкм. Для управления потоком жидкости на слив в системе предусмотрен кран 39.

       При включенном положении золотников гидрораспредилителя  приводится в действие механизмы экскаватора.От секции А насоса 5 рабочая жидкость поступает к гидрораспределительному блоку 9, управляющему работой гидромотора 11 поворота платформы - золотник 8; гидромоторами 10 переднего моста - золотник 37; и гидроцилиндром 24 рукояти - золотник 36. При нейтральном положении всех этих золотников поток рабочей жидкости проходит через блок 9 и постуает в блок 32, с помощью которого управляют работой гидроцилиндра 13 бульдозера – золотник 35; гидроцилиндрами 14 выносных опор – золотник и гидромоторами 19 и 20 заднего моста – золотни 33. Секция Б насоса 5 подключена к золотнику 33 блока 32.

       При нейтральном положении золотников блока 9 и золотников 35 и 34 блока 32 поток  рабочей жидкости, нагнетаемой обеими секциями насоса 5, поступает на золотник 33 и далее, в случае нахождения этого  золотника в нейтральном положении, к блоку 31, управляющему работой гидроцилиндров 21 и 22 срелы – золотник 28; гидроцилиндра 23 ковша – золотник 29; гидроцилиндра 24 рукояти – золотник 30. Золотник 30 сблокирован с золотником 36, и управляют ими одной рукояткой.

       

       Исполнительные  органы, управляемые золотниками 8,37,36, 35, 34 – группа 1, питаются от одной секции насоса 5, а исполнительные органы, управляемые золотниками 33, 28, 29, 30 – группа 2, при нейтральном положении этих золотников питаются от двух секций насоса 5.

       Гидросистема  экскаватора позволяет совмещать одно рабочее движение группы 1 с одним рабочим движением группы 2. С целью получения возможности совмещения движений бульдозера с работой гидромоторов переднего моста золотники 37 и 35 соединены между собой дополнительным трубопроводом. Для совмещения работы стрелы и ковша рабочая жидкость к блоку 31 подводиться через золотники 28 и 29. Наличее двух золотников, управляющих гидроцилиндром рукояти, позволяет совмещать работу рукояти с любым движением из обеих групп.

       Для предохранения гидросистемы поворота платформы в момент торможения установлены 12, в системе передвижения машины – клапаны 16.

       Подпитка  гидроматора поворота платформы  осуществляется от сливной гидролинии с помощью двух обратных клапанов.

        

       Для подачи рабочей жидкости под давлением  в гидросистему рулевого управления служат насосы 3 и 42, золотник 43, гидроцилиндр 26 поворота колес. Давление в системе рулевых управлений ограничивается предохранительным клапаном 44.

       Рабочая жидкость к гидроцилиндрам 14 выносных опор подводиться через групповой  коллектор с запорными клапанами 15, а к гидроцилиндрам стрелы – с помощью трубопроводов и поворотного соединения. На штоковой гидролинии гидроцилиндра рукояти установлен дроссель 25.

         
 
 
 
 
 
 
 
 

       Исходные  данные:

       Усилие  на штоке, Т=200 кН;

       Скорость  поршня, V=0,24 м/с;

       Коэффициенты  местных сопротивлений:

       Напорная = 14

       Сливная = 9

       Всасывающая = 5

       Длина гидролиний:

       Напорная = 11 м.

       Сливная = 9 м.

       Всасывающая = 1.2. 

       

       

Расчетная часть 

       1 Определение диаметра  гидроцилиндра 

       Внутренний  диаметр гидроцилиндра определяется в зависимости от направления  действия рабочего усилия. При работе штока на сжатие (выталкивание) рабочая  жидкость под давлением р подается в поршневую полость и создает на штоке определенное усилие Р; при этом в штоковой полости возникает сила сопротивления, вызванная противодавлением .

       В этом случае диаметр гидроцилиндра (мм): 

       

  

       где Р – заданное рабочее усилие, кН; р – рабочее давление при входе, МПа;   - коэффициент мультипликации, равный отношению площадей поршневой и штоковой полостей; d – диаметр штока; - механический КПД гидроцилиндра.

       Расчетный  диаметр D цилиндра округляется до ближайшего значения по нормали ОН 22-176-69 (см. прил. 5) D=125 мм.

       Предварительно  можно принять  МПа; для диаметра до 400 мм с резиновыми кольцами (по таблице 4.3); в СДМ применяются гидроцилиндры с и .

       После расчета и выбора диаметра цилиндра следует проверить рабочее усилие (кН) для рассмотренных случаев  по формулам: 

       

 

         

       где р – рабочее давление на входе, МПа. 

       2 Определение расхода,  потребляемого гидроцилиндрами 

       При работе штока на выталкивание для  получения заданной скорости с (м/мин) рабочего хода поршня в поршневую полость с площадью (м²) гидроцилиндра следует подать теоретический расход (л/мин):

       

       

        ;

       где (из таблицы 5, основные параметры гидроцилиндра).

       Одновременно  из штоковой полости  (м²) гидроцилиндра будет вытесняться теоретический расход (л/мин): 

       

 

       Такой же расход следует подавать в штоковую полость при работе штока на втягивание, при этом из поршневой полости вытесняется теоретический расход  .

       Действительные  расходы, подаваемые насосом для  питания поршневых и штоковых полостей нескольких гидроцилиндров, 

       

;  

       

       Объемный  КПД насоса принимается по техническим характеристикам (см. прил. 4) . В гидроцилиндрах с уплотнениями манжетами или резиновыми кольцами утечки практически отсутствуют, поэтому . Объемный КПД распределителя   с учетом износа можно принять равным 0,98-0,96. 

       

;  

       3 Выбор насоса 

       В тех случаях, когда нельзя подобрать  насос так, чтобы удовлетворялось  равенство  , следует по вычисленному значению в технических характеристиках (см. прил. 4) выбрать насос с ближайшим значением рабочего объема и рассчитать действительную подачу насоса (л/мин): 

       

,

       Которая может отличаться от его расчетной  подачи

       Выбранный насос должен развивать давление: 

       

 

       где р – давление на входе в гидроцилиндр или гидромотор; - полная потеря давления в гидроприводе от насоса до гидробака.

       

       Максимальное  давление . Которое может создавать насос при перегрузках, ограничивается предохранительным клапаном. Он открывается при давлении, превышающем расчетное давление насоса на: 

       

 

       Следовательно, максимальное рабочее давление насоса: 

       

 
 

       4 Гидравлический расчет  трубопроводов 

       4.1. Расчет диаметров  труб и рукавов 

       Внутренний  диаметр трубы или резино-металлического рукава (мм) определяется по формуле: 

       

 

       где Q – расход жидкости на рассматриваемом участке, л/мин; V -  средняя скорость жидкости, м /с. Полученное значение округляется до ближайшего по ГОСТ 8732-78 (см. прил. 17).

         Средняя скорость во всасывающих  и сливных трубопроводов выбирается  в зависимости от назначения трубопроводов, а в напорных, кроме того, в зависимости от длины L и давления P.

       Следующее значение средней скорости: для всасывающих  трубопроводов V=0,5-1,5 м/с; сливных – 1,4-2,25 м/с. Для напорных трубопроводов при р=5,0-6,0 МПа и L>10м, V=3-4 м/с.

       Затем по принятому диаметру определяется истинная средняя скорость (м/с) масла: 

       

 

       2.

       

       

       3.

       

 

       Исходные  данные для расчета гидравлических потерь.

№ участка	Назначение	Скорость  V, м/с		Расход  Q, л/мин	Диаметр d, мм		Длина участка  L, м
		допускаемая	вычисленная		вычисленный	Принятый по ГОСТу
1	Напорный трубопровод	4	3,9	190,4	31,6	32	11
2	Всасывающий трубопровод	1,5	1	190,4	51,8	63	1,2
3	Сливной трубопровод	2,25	1,7	129,9	34,9	40	9

 
 
 
 

       4.2. Расчет гидравлических  потерь 

       Гидравлические  потери в гидролиниях считаются  из потерь на гидравлическое трение  , потерь в местных сопротивлениях и потерь в гидроцилиндрах  

       1.

 

       Для новых стальных бесшовных труб и  резиновых шлангов можно принять 

       При ламинарном движении ( ) для трубопроводов: 

       

 

       

 Па

       

       

       Кроме потерь на трение, должны быть вычислены  потери давления в местных сопротивлениях (Па) по формуле: 

       

 Па 

       2.

 

       

 

       

 Па 

       

 Па 

       3.

 

       

 

       

 Па 

       

 Па. 

       

№ участка	L,м	d,мм	Q, л/мин	V, м/с	V², м²/с²	Re	λ	, МПа
1	11	32	190,4	4	16	4,2	17,8	0,042
2	1,2	63	190,4	1,5	2,25	3,15	23,8	0,00044
3	9	40	129,9	2,25	5,0825	3	25	0,0122

       Расчет  потерь на трение.

 

       Если  участки соединены последовательно, то общая потеря давления в гидроприводе представляет собой сумму потерь давления на всех участках. Потери во всех гидролиниях, соединенных параллельно, рассчитываются раздельно для каждой из них, и при определении давления, создаваемого насосом, учитываются только наибольшие из этих потерь.

         

Рис. 1. Расчетная схема гидропривода:

1 –  гидробак;  2 – насос; 3 – предохранительный клапан насоса; 4 – распределитель; 5 – обратный клапан; 6 – замедлительный дроссель; 7 – гидроцилиндр; 8 – фильтр; 9 – предохранительный клапан фильтра.

       Например, при расчете потерь в гидросистеме, изображенной на рисунке 1, суммарные потери в гидролиниях гидроцилиндра (Па): 

       

где - потеря давления в распределителе; - потеря давления в фильтре(см. прил. 19;20); - потеря давления в обратном клапане (для всех типов КУ и КУ-С не превышает 0,4 МПа).

       Необходимое давление насоса: 

МПа 

       Давления  в поршневой  или полостях гидроцилиндра, необходимые для расчета его диаметра по формулам (4.1), (4.2), определяются как сумма потерь давления на участках сливной гидролинии (Па):

         

       

       4.3. Расчет замедлительного  дросселя 

       Если  необходимо обеспечить медленное свободное  опускание груза с постоянной скоростью , то в сливной магистрали гидроцилиндра следует установить замедлительный дроссель. Он представляет собой шайбу с малым калиброванным отверстием, диаметр которого следует определить (м): 

       

 

       При расчете  следует учитывать характер работы гидроцилиндра. При работе его штока на сжатие масло вытесняется из поршневой полости через дроссель в количестве: 

       

       под давление

        МПа 
 
 
 
 
 
 
 
 

       5. Выбор гидроагрегатов