Гидропривод навесного одноковшового экскаватора

Сибирская государственная  автомобильно-дорожная академия (СибАДИ).

 

 

 

 

 

 

ГИДРОПРИВОД  НАВЕСНОГО ОДНОКОВШОВОГО

ЭКСКАВАТОРА

Пояснительная записка

ТТМ.01А.00.000 ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

2013 г.

Содержание 

 

Введение………………………………………………………………………3

1. Исходные данные для расчета объемного гидропривода………..5
2. Описание принципиальной гидравлической схемы ……………..6
3. Расчет объемного гидропривода………………………………...…9
1. Определение мощности гидропривода и насоса……………….…9
2. Выбор насоса………………………………………………………..10
3. Определение внутреннего диаметра гидролиний, скоростей движения жидкости…………………………………………………………………..13
4. Выбор гидроаппаратуры, кондиционеров рабочей жидкости…...15
5. Расчет потерь давления в гидролиниях……………………………18
6. Расчет гидроцилиндров……………………………………………..22
7. Тепловой расчет гидропривода…………………………………….24

Заключение…………………………………………………………….………28

Список литературы……………………………………………………………29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Под объемным гидроприводом  понимают совокупность устройств, в  число которых входит один или  несколько объемных гидродвигателей, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин с помощью рабочей жидкости под давлением.

Современный уровень  развития строительного и дорожного  машиностроения характеризуется широким  применением объемного гидравлического  привода. Широкое применение гидравлического привода объясняется целым рядом его преимуществ по сравнению с другими типами привода:

1. Высокая компактность  при небольших массе и габаритных  размерах гидрооборудования по  сравнению с массой и габаритными  размерами механических приводных устройств той же мощности, что объясняется отсутствием или применением в меньшем количестве таких элементов, как валы, шестеренные и цепные редукторы, муфты, тормоза, канаты и др.

2. Возможность реализации  больших передаточных чисел. В  объемном гидроприводе с использованием высокомоментных гидромоторов передаточное число может достигать 2000.

3. Небольшая инерционность,  обеспечивающая хорошие динамические  свойства привода. Это позволяет  уменьшить продолжительность рабочего  цикла и повысить производительность машины, так как включение и реверсирование рабочих органов осуществляются за доли секунды.

4. Бесступенчатое регулирование  скорости движения, позволяющее  повысить коэффициент использования  приводного двигателя, упростить  автоматизацию привода и улучшить условия работы машиниста.

5. Удобство и простота  управления, которые обусловливают  небольшую затрату энергии машинистом  и создают условия для автоматизации  не только отдельных операций, но и всего технологического  процесса, выполняемого машиной.

6. Независимое расположение сборочных единиц привода, позволяющее наиболее целесообразно разместить их на машине. Насос обычно устанавливают у приводного двигателя, гидродвигатели – непосредственно у исполнительных механизмов, элементы управления – у пульта машиниста, исполнительные гидроаппараты – в наиболее удобном по условиям компоновки месте.

7. Надежное предохранение от  перегрузок приводного двигателя,  системы привода, металлоконструкций  и рабочих органов благодаря  установке предохранительных и  переливных гидроклапанов.

8. Простота взаимного преобразования  вращательного и поступательного  движений в системах насос  – гидромотор и насос –  гидроцилиндр.

9. Применение унифицированных  сборочных единиц (насосов, гидромоторов, гидроцилиндров, гидроклапанов, гидрораспределителей, фильтров, соединений трубопроводов и др.), позволяющее снизить себестоимость привода, облегчить его эксплуатацию и ремонт, а также упростить и сократить процесс конструирования машин.

Большинство СДМ –  бульдозеры и рыхлители, фронтальные  погрузчики и лесопогрузчики, скреперы, автогрейдеры и грейдер-элеваторы, одноковшовые универсальные и многоковшовые траншейные экскаваторы, самоходные краны, дорожные катки, бетоноукладчики, асфальтоукладчики – имеют гидравлический привод рабочих органов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные  данные для расчета объемного  гидропривода

Навесной одноковшовый экскаватор.[2]

Рассматривается-привод стрелы.

Номинальное давление гидропривода……………………..10,0 МПа

Усилие на штоке гидроцилиндра толкающем……………..40,0 МПа

Скорость перемещения штока гидроцилиндра…………….0,45 м/с

Длины гидролиний:

а) всасывающей (от бака к насосу)………………………….0,5 м

б) напорной (от насоса к распределителю)…………………2 м

в) исполнительной (от распределителя к гидроцилиндру)...4 м

г) сливной (от распределителя к баку)………………………3 м

Местные сопротивления:

а) переходник………………………………………………….3 шт

б) штуцер………………………………………………………6 шт

в) разъемная муфта…………………………………...………4 шт

г) плавное колено 90˚…………………………...…………….4 шт

д) дроссель……………………………………………..……...8 шт

Температурный режим работы (окружающей среды)…..( -25…+35˚С)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Описание принципиальной  гидравлической схемы

Навесные одноковшовые экскаваторы на базе тракторов предназначены для выполнения земляных и погрузочно-разгрузочных работ на мелких объектах строительства и в сельском хозяйстве.

С помощью гидропривода осуществляется движение стрелы, рукояти, ковша и поворот рабочего оборудования, установка выносных опор и подъем-опускание бульдозерного отвала, который устанавливается на этой же машине.

Принципиальная гидросхема гидропривода навесного одноковшового экскаватора приведена на рис.1.[3]

Рисунок 1. Принципиальная гидравлическая схема одноковшового навесного экскаватора.

Насосы 1 и 2 по раздельным гидролиниям нагнетают рабочую жидкость из гидробака 17 в четырехзолотниковый гидрораспределитель 4.

От насоса большей производительности 2 через первые три золотника гидрораспределителя 4 рабочая жидкость подводится к гидроцилиндрам ковша 5, рукояти 6 и стрелы 7. От насоса 1 рабочая жидкость подводится к третьему и четвертому золотникам гидрораспределителя 4, которые управляют

 

гидроцилиндрами стрелы 7 и поворота 11.

Конструкция гидрораспределителя 4 позволяет при включении одного третьего золотника подавать в гидроцилиндр 7 стрелы поток от обоих насосов, а при одновременном включении двух золотников обеспечивает независимые движения с приводом от разных насосов следующих исполнительных органов: ковша и поворота, рукояти и поворота, стрелы и поворота, ковша и стрелы, рукояти и стрелы.

Ускоренное движение стрелы и указанные совмещения движений исполнительных органов сокращают рабочий цикл экскаватора и увеличивают его производительность.

Для предохранения насосов и всей гидросистемы от перегрузок в гидрораспределителе 4 установлены предохранительные клапаны.

Между поршневой и штоковой полостями гидроцилиндра стрелы 7 установлен блок перепускных клапанов 8, который позволяет перепускать рабочую жидкость из поршневой полости в штоковую и на слив при чрезмерных нагрузках на гидроцилиндре стрелы. Такие нагрузки могут возникнуть при движении рукояти и ковша.

Блок перепускных клапанов 9 перепускает рабочую жидкость из одной гидролинии гидроцилиндров поворота в другую и предохраняет их от динамических нагрузок в момент разгона и торможения поворота экскавационного оборудования. Кроме этого, в поршневых полостях гидроцилиндров поворота 11 предусмотрены демпфирующие устройства, снижающие скорость перемещения в конце хода штоков гидроцилиндров.

В гидроцилиндрах поворота рабочими являются поршневые полости, а штоковые полости соединены между собой. Для исключения рассогласования работы гидроцилиндров поворота из-за перетечек рабочей жидкости из штоковых полостей в поршневые осуществляется подпитка этих поршневых полостей через обратный клапан 10 от гидролинии привода гидроцилиндра рукояти 6 при его работе.

При нейтральном положении третьего и четвертого золотников гидрораспределителя 4 поток рабочей жидкости от насоса 1 через

гидрораспределитель 4 поступает в трехзолотниковый гидрораспределитель 14, который управляет движениями гидроцилиндров отвала бульдозера 12 и выносных опор 13.

Для контроля за работой гидросистемы на напорной гидролинии насосов 1 и 2 установлены манометры 3.

На сливной гидролинии гидросистемы установлен фильтр 16 со встроенным переливным клапаном. О степени загрязнения фильтра, повышении его сопротивления и необходимости очистки или замены фильтра можно судить по показаниям манометра 15. Контроль за температурой рабочей жидкости в гидробаке 17 экскаватора осуществляется с помощью датчика давления 18.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Расчет объемного  гидропривода

При расчете гидропривода принимается ряд допущений, основными из которых являются следующие: рабочая жидкость считается несжимаемой; температура жидкости, основные физические свойства жидкости (плотность, вязкость, модуль объемной упругости и др.) принимаются постоянными; рассматривается установившийся режим работы гидропривода; коэффициенты гидравлических сопротивлений постоянны; разрыва потока жидкости при работе гидропривода не происходит; подача насоса, питающего гидросистему, постоянна.

3.1. Определение мощности гидропривода и насоса

Мощность гидропривода определяют по заданным нагрузкам и скоростям гидродвигателей, обеспечивающих привод исполнительных механизмов.

Полезную мощность гидронасоса возвратно-поступательного действия (гидроцилиндра) можно определить по формуле[1]

N_raB=FV, (1)

где N_гдв - мощность гидронасоса, кВт; F - усилие на штоке, кН; V - скорость движения штока, м/с.

N_raB=FV=40×0,45=18 кВТ

На первом этапе расчета гидропривода потери давления и расхода рабочей жидкости учитывают коэффициентами запаса по усилию и скорости.

Коэффициент запаса по усилию учитывает гидравлические потери давления в местных сопротивлениях и по длине гидролиний, а также потери мощности на преодоление инерционных сил, сил механического трения в подвижных соединениях и т.д.

Коэффициент запаса по скорости учитывает утечки рабочей жидкости, уменьшение подачи насоса с увеличением давления в гидросистеме.

Полезную мощность насоса определяют исходя из мощности гидронасоса с учетом потерь энергии при ее передаче от насоса к гидроцилиндру по формуле [1]:    NН_n = к_зу ×k_3v×  N_raB, (2)

где N_Hn - мощность насоса, кВт; к_зу - коэффициент запаса по усилию, k_3v = 1,1...1,2; k_3C - коэффициент запаса по скорости, к_зс= 1,1... 1,3; N_raB- мощность гидронасоса без потерь, кВт.

NН_n = к_зу× k_3v×  N_raB=1,2×1,2×18=25,9 кВт

 

3.2. Выбор насоса

Зная необходимую полезную мощность насоса, определяемую по формуле (2), и учитывая, что полезная мощность насоса связана с номинальным давлением и подачей зависимостью NН_n =рном× Q_H можно найти подачу и рабочий объем насоса по формулам[1]

Q_H=  (3)

q_H=  (4)

 

где N_Hn - мощность насоса, кВт; Q_H - подача насоса, дм/с, Q_H= q_Hn_H; р_ном - номинальное давление, МПа; q_H - рабочий объем насоса, дм (дм³/об); n_н - частота вращения вала насоса, с"¹ (об/с). (n_н = 1500 об/мин = 25 с^-1).

Для того, чтобы найти рабочий объем насоса по формуле (4), необходимо задаться частотой вращения вала насоса, которая зависит от типа приводного двигателя (двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель и др.).

Для мобильных машин в качестве приводных двигателей насосов чаще всего используют дизели с номинальной частотой вращения 1500, 1600, 1700 об/мин и т.д.[1]

Q_H=

= =2,59 дм³/с

q_H= = =0,103 дм³

 

По расчетному рабочему объему и номинальному давлению гидропривода выбираем аксиально-поршневой нерегулируемый насос типа 310.112 [5]

 

Характеристики аксиально-поршневого  насоса 310.112:

1) Рабочий объем…………………………………………………..112 см³

2) Давление на выходе из насоса:

а) номинальное…………………………………………………20 МПа

б) максимальное………………………………………………..35 МПа

в) минимальное…………………………………………………1 МПа

3) Давление на входе в насос:

а) максимальное…………………………………………..……1,6 МПа