Проектирование объёмного гидропривода роторного экскаватора

Экскаватор (схема гидравлическая принципиальная).cdw

Экскаватор (схема гидравлическая принципиальная)_v13.cdw

moya_zapiska_er.docx

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
Выбор гидродвигателей по заданным нагрузкам. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
1 Выбор номинального давления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
2 Расчет гидроцилиндров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3Расчет гидромоторов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4 Выбор насоса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
5 Выбор гидравлической жидкости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Расчет потерь давления в гидросистеме. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1 Расчет диаметров трубопроводов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
2 Расчет потерь давления по длине трубопроводов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
2.1 Расчет потерь давления на трение в трубопроводах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
2.2 Расчет потерь давления в местных сопротивлениях трубопроводов . . . . . 17
Проверочный расчет гидросистемы. Определение КПД. . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
1 Проверочный расчет гидросистемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
2 Расчет мощности и КПД гидропривода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Тепловой расчет гидропривода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
1 Расчет требуемой поверхности теплоотдачи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Список использованных источников. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
В современной промышленности широко используются разнообразные гидравлические машины работа которых состоит во взаимном преобразовании энергии жидкости и энергии механических элементов в транспортировке жидкости и в передаче усилий с помощью жидкости внутри машин и механизмов. К гидравлическим машинам относятся насосы гидравлические двигатели (гидравлические турбины и гидромоторы) и гидропередачи (гидроприводы).
Гидравлические машины по сравнению с механическими блоками выполняющими аналогичную работу имеют ряд преимуществ:
Плавность и равномерность движения рабочих органов.
Возможность бесступенчатого регулирования скоростей в широком диапазоне.
Простота преобразования различных видов движения: вращательного возвратно-поступательное возвратно-поворотное друг в друга.
Малый момент инерции обеспечивающий быстрое реагирование на изменение команды от блока управления.
Небольшой вес и малые габариты гидрооборудования.
Простота предохранительных устройств и их высокая надежность.
Легкость управления и регулирования.
Самосмазываемость оборудования.
В машинах гидропривод применяется для привода рабочего оборудования гусеничного и колесного ходового оборудования выносных опор рулевого управления. В одних машинах гидропривод используется только для привода рабочего оборудования а у других насосная станция обеспечивает гидропривод всех механизмов.
Роторные экскаваторы – это карьерное оборудование непрерывного действия для разработки мягких и полутвердых материалов таких как глина песок гравий мергель и их смеси а также бурый и каменный уголь.
Гидросистема экскаватора состоит из контура подъема рабочего органа включающего гидроцилиндры гидрозамок и гидрораспределитель
Задачей данной курсовой работы является проектирование объёмного гидропривода путём изучения принципов построения гидроприводов характеристик гидравлических устройств их назначения и параметров и применения этих знаний при проектировании.
Выбор гидродвигателей по заданным нагрузкам
1 Выбор номинального давления
В настоящее время для увеличения производительности и снижения металлоемкости машин применяемых при производстве строительно-дорожных работ требуется повышать рабочее давление жидкости в гидросистеме. Мы для расчетов принимаем давление Рном= 20 МПа. Для предварительных расчетов перепад давления принимают на 10 – 20 % меньшим чем выбранное номинальное давление т.е. =2008=16МПа.
Рисунок 1.1 - Схема первого контура
Рисунок 1.2 - Схема второго контура
Рисунок 1.3 - Схема третьего контура
2 Расчет гидроцилиндров
Мы применяем гидроцилиндры с односторонним штоком. Диаметр гидроцилиндра определяется по формуле:
где FВЫТ - заданное усилие выталкивания гидроцилиндра кН;
FВТ - заданное усилие втягивания гидроцилиндра кН;
P - перепад давления на гидроцилиндре МПа;
МЦ - механический КПД гидроцилиндра МЦ=095;
- коэффициент мультипликации. При расчете гидроцилиндров мы задаемся величиной =16 по ОСТ 22-1417-79.
При расчете гидроцилиндра на выталкивание мы используем формулу 1.1 а на втягивание используем формулу 1.2 Принятое значение округляем до ближайшего стандартного.
Рассчитываем диаметр первого гидроцилиндра (гидроцилиндр Ц1):
Принимаем диаметр гидроцилиндра D=125 мм. Условное обозначение гидроцилиндра 1.20.1.У-12580800.
Рассчитываем диаметр второго гидроцилиндра (гидроцилиндр Ц2):
Рассчитываем диаметр гидроцилиндра рулевого управления:
Принимаем диаметр гидроцилиндра D=63 мм. Условное обозначение гидроцилиндра 1.20.1.У-6340250
Максимальный расход необходимый для обеспечения заданной скорости движения гидродвигателя будет равен:
при выталкивании штока:
при втягивании штока:
где ОЦ - объемный КПД гидроцилиндра;
V - заданная скорость движения гидроцилиндра;
Z - число параллельно установленных гидроцилиндров;
Для гидроцилиндра Ц1:
Для гидроцилиндра рулевого управления:
3 Расчет гидромоторов
Требуемый рабочий объем гидромотора определяется по формуле:
где М - заданный крутящий момент на валу гидромотора Н·м;
P - перепад давления на гидромоторе P =16 МПа;
мм - механический КПД гидромотора мм =095.
Для гидромотора М1М2:
Принимаем аксиально-поршневой гидромотор 210.16 с рабочим объемом .
Принимаем аксиально-поршневой гидромотор 210.12..В с рабочим объемом .
Для обеспечения заданной скорости вращения гидромотора необходимо обеспечить расход жидкости определяемый по формуле:
где nM- частота вращения гидромотора;
ОМ=095- объемный КПД гидромотора.
Требуемый рабочий объём насоса находим по максимальному расходу
По полученному значению выбираем аксиально-поршневой насос 310.32 у которого
Уточняем действительную подачу насоса идущую на запитку одного контура:
где -частота вращения насоса.
Аналогично рассчитываем для второго контура:
По полученному значению выбираем аксиально-поршневой насос 310.112 у которого
Уточняем действительную подачу насоса идущую на запитку второго контура:
Аналогично рассчитываем для третьего контура:
Для рулевого управления:
По полученному значению выбираем аксиально-поршневой насос 310.56 у которого
Уточняем действительную подачу насоса идущую на запитку рулевого управления:
5 Выбор гидравлической жидкости
Для использования в гидроприводе экскаватора траншейного цепного назначаем гидравлическую жидкость марки МГ30 которая имеет следующие свойства:
Вязкость- 0000028 м2с
Плотность –870 кгм3 .Рабочая температура -30 +600С
Расчет потерь давления в гидросистеме
1 Расчет диаметров трубопроводов
Рисунок 1.4 Схема гидросистемы
Для расчета трубопроводов гидросистема разбивается на участки при этом учитывается что по расчетному участку должен проходить одинаковый расход и участок должен иметь на всем протяжении одинаковый диаметр.
Определение скоростей движения жидкости по трубопроводам произведем в соответствии со значениями предельных скоростей указанными в таблице 2.1
Таблица 2.1- Допустимые скорости потока жидкости при Рном= 20 МПа
Всасывающий трубопровод
Напорный трубопровод
Минимальный внутренний диаметр определяется по формуле:
где Q- расход жидкости на данном участке
[V]- допускаемая средняя скорость движения жидкости на участке определяемая по таблице 2.1.
Вычисляем диаметры трубопроводов для этого используем упрощённый контур:
– всасывающий трубопровод:
– напорный трубопровод:
Остальные участки рассчитываем аналогично.
Диаметры трубопроводов полученных при расчете округляем до стандартного по ГОСТ 16516-80. Длина трубопроводов определяется исходя из расположения на машине.
Результаты расчетов диаметров трубопроводов сносим в таблицу 2.2
Таблица 2.2 – Расчет диаметров трубопроводов
скорость жидкости []мс
2 Расчет потерь давления по длине трубопроводов
Гидравлические потери в трубопроводах слагаются из потерь на гидравлические трения РТ и потерь в местных сопротивлениях РМ. Произведем расчет этих потерь в трубопроводах нашей гидравлической системы.
где -потери давления в гидролинии МПа;
- потери давления в местных сопротивлениях МПа.
2.1 Расчет потерь давления на трение в трубопроводах
Величина потерь давления для каждого расчетного участка определяется по формуле:
где - плотность рабочей жидкости;
- коэффициент гидравлического трения;
d- диаметр трубопровода на расчетном участке;
V- средняя скорость движения жидкости на расчетном участке.
Для вычисления коэффициента гидравлического трения необходимо определить режим движения жидкости по числу Рейнольдса:
где - кинематическая вязкость жидкости.
При ламинарном движении (RE2300) коэффициент гидравлического трения равен:
При турбулентном движении (RE>2300) для гладких труб:
Первый участок: всасывающий
Второй участок: напорный
Результаты расчетов заносим в таблицу 2.2.1
Таблица 2.2.1 – Потери на трение по длине трубопроводов.
Обо-зна-чение уча-стка
Расчетное значение участка
Средняя скорость потока мс
Коэффи-циент гидравлических потерь λ
Потери давления на трение ΔР кПа
2.2 Расчет потерь давления в местных сопротивлениях трубопроводов
Потери давления в местных сопротивлениях рассчитываются по формуле:
где - коэффициент местного сопротивления определяемый по справочным таблицам;
n- количество однотипных сопротивлений на участке.
Вид и количество местных сопротивлений принимаем по конструкции гидравлической системы проектируемой машины.
Местное сопротивление - выход из гидробака с сопротивлением =1;
Местное сопротивление-штуцер присоединительный с сопротивлением =015;
Местное сопротивление-колено с сопротивлением =015;
Рассчитываем потери в местных сопротивлениях для первого и второго контура:
- выход из гидробака
Полученные данные запишем в таблице 2.2.2
Таблица 2.2.2 – Потери в местных сопротивлениях трубопроводов
Обо-значение участка
Вид местного сопротивления
Кол-во сопротив-лений на участке m
Коэффи-циент местного
Потери давления в местном сопротивлении ΔРi кПа
Потери давления на участке ΔРm кПа
Штуцер присоед к насосу
Штуцер присоед к насосу и распред
Тройник манометра с транз потоком
Выход из гидроцилиндр
Для дальнейших расчетов нам понадобятся справочные данные о потерях давлений в гидроаппаратах. Запишем их в таблицу 2.3.
Таблица 2.3– Потери давления в гидроаппаратах
Обозначение на схеме
Параметры гидроаппаратов
требуемые по гидросхеме
Распределитель секционный
Блок вторичных предохранительных клапанов 63600
Для гидроцилиндра и гидромотора в напорной магистрали суммируем потери давления на трение и в местных сопротивлениях также учитываем потери в блоке вторичных предохранительных клапанов распределителе и фильтре. Тоже делаем и в сливной магистрали.
Для гидроцилиндра Ц2:
Проверочный расчет гидросистемы. Определение КПД
1 Проверочный расчет гидросистемы
Проверочный расчет проводится с целью определения действительных максимальных усилий и скоростей развиваемых гидродвигателями при номинальном давлении развиваемым насосом. Усилия развиваемые в этом случае гидроцилиндрами будут зависеть от направления движения их штоков.
При втягивании штока:
где РНОМ- номинальное давление;
PН- потери давления в напорной магистрали;
PС- потери давления в сливной магистрали;
D- диаметр гидроцилиндра;
МЦ- механический КПД гидроцилиндра;
- коэффициент мультипликации.
Крутящий момент развиваемый гидромотором равен:
Скорость штока гидроцилиндра также зависит от направления движения:
При выталкивании штока:
где QЦ- расход потребляемый гидроцилиндром;
ОЦ - объемный КПД гидроцилиндра;
z - число параллельно установленных и одновременно работающих гидроцилиндров.
Заданные скорости обеспечиваются.
Частота вращения гидромотора определяется по формуле:
где Q- расход потребляемый гидродвигателями.
При подаче насоса к гидродвигателям будет подаваться расход равный:
где - утечки в распределителе.
Подставляя численные значения получим
Тогда для гидромотора М1 получим
Для гидромотора М2 получим
2 Расчет мощности и КПД гидропривода
Полная мощность гидропривода N равна мощности потребляемой насосом для первого и второго контуров:
где QH- действительная подача насоса;
Для первого контура:
Для второго контура:
Для третьего контура:
Полезная мощность развиваемая гидромотором при номинальном давлении 20МПа будет равна:
Полезная мощность гидроцилиндра определяется по формуле:
где F- усилие на штоке Н;
V- скорость движения мс.
Тогда КПД второго контура при включении мотора равен:
КПД третьего контура при включении мотора равен:
Общий КПД гидросистемы при выталкивании гидроцилиндра равен отношению:
Для объемного гидропривода СДМ значение общего КПД должно быть в пределах 06..08.
Тепловой расчет гидропривода
1 Расчет требуемой поверхности теплоотдачи
Потери мощности переходящей в тепло зависят от режима работы гидропривода дорожной машины.
Таблица 4.1 – Показатели режима работы гидропривода
Коэффициент использования номинального давления
Коэффициент продолжительности работы под нагрузкой
Снегоочистители трубоукладчики автогрейдеры легкие рыхлители бетоносмесители
Бульдозеры легкие скреперы прицепные автогрейдеры тяжелые грейдер элеваторы
Бульдозеры тяжелые автоскреперы погрузчики
Экскаваторы многоковшовые катки и другие машины с гидроприводом непрерывного действия
Потери мощности переходящие в тепло определяются по формуле:
где kН kД- коэффициенты характеризующие режим работы гидропривода;
- полная и полезная мощности гидропривода;
Расчетный температурный перепад равен:
где - максимально допускаемая температура рабочей жидкости зависящая от типа рабочей жидкости и типа насоса;
- максимальная температура окружающего воздуха. Для умеренного климата .
Необходимая площадь поверхности теплообмена равна:
где k- коэффициент теплопередачи.
Для гидромоторов СДМ коэффициент теплопередачи не превышает значения k=15втм2град;
Объем гидравлической жидкости в баке определяется по эмпирической зависимости:
где Vн-1- минутная подача насоса.
Учитывая что жидкость наполняет бак на 80-85% его высоты в соответствии с ГОСТ 12448-80 выбираем бак с номинальной вместимостью
Действительная площадь охлаждения бака равна:
где V- объем гидробака м3;
а=66 – для параллелепипеда.
Рассчитываем фактическую теплоотдающую поверхность трубопроводов по формуле
Полученные значения сносим в таблицу 4.2.
Таблица 4.2 – Фактическая теплоотдающая поверхность трубопроводов
Наружный диаметр Dнар м
Длина трубопровода l м
Площадь теплоотдающей поверхности S м
Поскольку суммарная теплоотдача 121541 меньше требуемой то есть необходимость установки теплообменника.
Теплоотдающую поверхность теплообменника расчитаем по формуле:
– коэффициент учитывающий форму и степень оребрения гидроаппарата или гидродвигателя ориентировочно ;
Таким образом фактическая теплоотдающая поверхность гидросистемы:
Расчет объемного гидропривода при выполнении курсовой работы
поспособствовал закреплению теоретических знаний развил навыки
самостоятельной работы при выполнении расчетов оформлении чертежей и
составлении текстовых конструкторских документов.
При выполнении курсовой работы мы спроектировали объемный гидропривод с дистанционным управлением машины ”Эсковатор роторный”.
По расчетам выбрали необходимое гидрооборудование:
) цилиндр для поднятие опускание рабочего органа:
20.1.У-12580800 ГОСТ 22-1417-79;
) цилиндр для поднятие опускание заслонки:
20.1.У-6340710 ГОСТ 22-1417-79;
) цилиндр управления задней стенкой:
Произвели выбор распределителей фирмы Rexroth:
)для управления гидромоторами:
WEH 22 EA7X6АG24N9ETSK4..B10..V..
)для управления гидроцилиндрами:
)для управления распределителями:
WEH 16 EA6X6АG24N9ETSK4..B10..V..
По расчетам выбрали фильтр фирмы:
1.50-25063 ГОСТ – 22-883-75
Произвели расчет потерь давления в гидросистеме а также произвели расчет гидропривода определили КПД гидропривода произвели тепловой расчет гидропривода в соответствии с которым определили необходимый обьем гидравлической жидкости в баке. В соответствии с ГОСТ 16770-86 приняли бак вместимостью 200 л..
Т.к. теплоотдающая поверхность гидросистемы достаточна для охлаждения рабочей жидкости то теплообменник не устанавливаем.
Установили манометры ЮМАС.
Предохранительные клапаны распределителя настраиваются на давление (11 12) от номинального и составляет 24 МПа. Предохранительный клапан системы управления настраиваем на давление 4МПа. Вторичные предохранительные клапаны настраиваются на давление (14 16) от номинального и составляет 32 МПа.
Список использованных источников
Лесковец И. В. Гидравлика гидромашины и гидропривод:
метод. указания И. В. Лесковец. – Могилев : БРУ 2009. – 29 с.: ил.
Берестов Е. И. Гидропривод строительных и дорожных машин : учеб.пособие Е. И. Берестов. - Могилев : БРУ 2007. – 214.с. : ил.
Береснев В. В. Гидравлика и гидропневмопривод:
метод. указания В. В. Береснев. – Могилев : БРУ 2007. – 26 с.: ил.
Каталог фильтров (Mannesmann Re Номер каталога RRS 5008107.99 1999.–8 с.
Каталог распределитилей (Mannesmann Re Номер каталога RRS 2475112.95 1997–22 с.
Башта Т. М. Руднев С. С. Гидравлика гидромашины и гидроприводы 2-е издание переработанное - М.: Машиностроение 1982. – 423 с. ил.
Методические указания к практическим занятиям по дисциплине “Гидравлика гидромашины и гидропривод” БРУ Могилев 2004
Щемелев А. М. Проектирование гидропривода машин для земляных работ Могилев: ММИ 1995. – 322с. ил.
Гидробак ГОСТ – 15150 - 69
Вентиль ВН-30 ГОСТ 23405-78
Гидрозамок ТУ 22-1.020-102-95
Блок клапанов ДЗ-02.000.00
Манометр МП50М-КВ14 «Юмас»
Гидромотор 310.112 ГОСТ 17411-91
Гидромотор 310.32 ГОСТ 17411-91
Насос 310.32 ТУ 4140-011-00239882-2006
Насос 310.112 ТУ 4140-011-00239882-2006
Насос 310.56 ТУ 4140-011-00239882-2006
Гидрораспределитель ГОСТ-22-829-74
WEH22EA7X6АG24N9ETSK4..B10..V..
Фильтр1.1.50-25063 ГОСТ – 22-883-75
Фильтр1.1.50-25063 ГОСТ – 22-883-75
Гидроцилиндры по ГОСТ 22-1417-79
Поднятие опускание рабочего органа
Поднятие опускание заслонки
Управление задней стенкой