Проектирование гидропривода рулевого управления экскаватора-погрузчика

ПЗ экскаватор.doc

Обзор литературных источников. . ..5
Описание алгоритма работы объемного гидропривода гидроусилителя экскаватора-погрузчика ..
Выбор основных параметров и расчет разрабатываемого гидропривода
Выбор элементов гидропривода из существующей номенклатуры гидроаппаратов выпускаемых заводами-изготовителями ..
Построение нагрузочных характеристик разрабатываемого гидропривода .
Техника безопасности
Список использованных источников . .
Основным направлением развития машиностроения является увеличение выпуска продукции и рост ее качества при одновременном снижении трудовых затрат. Курсовая работа по дисциплине «Гидравлика гидромашины и гидропривод» выполняется с целью улучшения технических знаний и навыков в области проектирования и расчетов объемных гидроприводов строительных и дорожных машин и является базовой частью учебной программы при подготовке дипломных проектов по специальности «Подъемно-транспортные строительные дорожные машины и оборудование». При выполнении курсовой работы рассматривается: обоснование принимаемой принципиальной гидравлической схемы строительной машины и анализ ее работы определение параметров объемного гидропривода в целом и на основе расчета его элементов выбор гидромашин и гидроаппаратов из существующей номенклатуры предлагаемой отечественными заводами-изготовителями. Расчетно-пояснительная записка состоит из 39 листов включая графическую часть: чертеж принципиальной гидравлической схемы сборочный чертеж гидроцилиндра рабочие чертежи двух сопрягаемых деталей.
Обзор литературных и патентных источников (в области объемных гидроприводов строительных машин)
Неполноповоротные гидравлические универсальные экскаваторы-погрузчики монтируются на базе серийных пневмоколесных тракторов класса 14. Они представляют собой мобильные малогабаритные землеройные машины с экскаваторным и погрузочным оборудованием для выполнения земляных (в грунтах I III категорий) и погрузочных работ небольших объемов на рассредоточенных объектах. Наиболее эффективно такие экскаваторы применяются в стесненных условиях.
Базовой моделью неполноповоротных экскаваторов-погрузчиков является экскаватор ЭО-2621В имеющий ряд модификаций. Так например экскаватор ЭО-2621В-2 отличается от ЭО-2621В увеличенной глубиной копания усовершенствованным управлением и большим количеством сменных видов рабочего оборудования (22 вида).
Основным рабочим органом ненолноповоротных экскаваторов служит унифицированный ковш 2 (рисунок 1) прямой и обратной лопат вместимостью 028 м3 входящий вместе со стрелой 5 рукоятью 3 и гидроцилиндрами 4 6 7 подъема стрелы поворота рукояти и ковша в комплект экскаваторного оборудования машины. Это оборудование монтируется на поворотной колонне установленной на усиленной раме 10 базового трактора 8. Поворот колонны с рабочим оборудованием вокруг вертикальной оси в плане на 180° обеспечивается цепным поворотным механизмом состоящим из двух попеременно работающих гидроцилиндров втулочно-роликовой цепи и звездочки жестко закрепленной на валу поворотной колонны. Экскаватор ЭО-2621В-3— имеет реечный механизм поворота.
Устойчивость экскаватора при работе обеспечивается двумя выносными опорами 1 управляемыми гидроцилиндрами. Спереди трактора навешен неповоротный бульдозерный отвал 9 управляемый гидроцилиндром. Неполноповоротные экскаваторы оснащаются также узким и специальным ковшами вместимостью 015 м3 для рытья узких траншей погрузочным ковшом вместимостью 05 м3 крановой подвеской грузоподъемностью 05 т жестким грейфером вместимостью 025 м3 однозубым рыхлителем гидравлическим молотом грузовыми вилами буровым оборудованием захватом для укладки бордюрных камней обратной лопатой со смещенной осью копания для рытья траншей вблизи зданий и сооружений и т. п. Смена рабочего оборудования производится машинистом непосредственно на объекте.
Рисунок 1 - Пневмоколесный неполноповоротный гидравлический экскаватор ЭО-2621В-2
Гидравлическая система неполноповоротных экскаваторов выполняется двухпоточной. Один из потоков (экскаваторный) служит для привода рабочего оборудования и обеспечивает изменение угла наклона стрелы поворот рукояти с ковшом относительно стрелы поворот ковша относительно рукояти. Другой поток (тракторный) является частью базовой машины и предназначен для подъема и опускания бульдозерного отвала поворота рабочего оборудования в плане выдвижения и втягивания выносных опор. Двухпоточная система обеспечивает независимое совмещение операций поворота с любым движением элементов рабочего оборудования.
Потоки обслуживаются шестеренными насосами с приводом от дизеля трактора через редукторы. Рабочее давление в системе составляет до 15 МПа.
Кинематические схемы основного рабочего оборудования гидравлических экскаваторов весьма разнообразны. Различные сочетания рычажных и гидравлических звеньев позволяют получить только для рабочего оборудования обратной лопаты более 30 схем. Некоторые из них показаны на рисунок 1.2. Наиболее распространены схемы рабочего оборудования обратной лопаты с четырехзвенными механизмами когда цилиндры стрелы и рукояти располагаются над продольной осью стрелы.[2]
Рисунок 2 - Характерные кинематические схемы рабочего оборудования обратной лопаты гидравлических экскаваторов:
а б в — с двуплечей рукоятью и верхним расположением цилиндра стрелы; г — с двуплечей рукоятью и нижним расположением цилиндра стрелы; д — с одноплечей рукоятью и верхним расположением цилиндра стрелы; е — с одноплечей рукоятью и нижним расположением цилиндра стрелы; 1 — стрела; 2 — рукоять; 3 — ковш; 4 50 — цилиндры; 7 — колонка поворота.
Механизмы привода рукояти различаются расположением точек крепления цилиндров привода рукояти (цилиндр крепится на стреле рисунок 2 а б г е или на платформе рисунок 2 в д) и конструкцией самой рукояти (одноплечая или двуплечая рисунок 2 а б в г).
Применение четырехзвенных механизмов с верхним расположением цилиндров (рисунок 2 а б в д) исключает возможность ударов цилиндров о грунт при максимальной глубине копания и выгрузке в транспорт а также уменьшает загрязнение цилиндров. Однако усилия при подъеме стрелы не достигают своего максимального значения так как в этом случае при подъеме работает штоковая полость. При расположении цилиндра под стрелой (рис. 2 г е) более рационально используется безштоковая полость стрелового цилиндра при подъеме рабочего оборудования.
Из механизмов привода ковшей наибольшее распространение получила схема с шестизвенным механизмом поворота ковша что обеспечивает угол его поворота до 180°.
Механизмы поворота рабочего оборудования относительно вертикальной оси гидравлических экскаваторов довольно разнообразны по конструкции. На полноповоротных экскаваторах привод осуществляется от высокомоментных или низкомоментных двигателей. На неполноповоротных применяются схемы: рычажные с одним или двумя цилиндрами; с гибкой связью (канатные цепные или канатно-цепные); с зубчатой передачей (с рейкой на цилиндре или рейкой на штоке); с высокомоментным гидромотором. На рисунке 3 показаны схемы некоторых из них.
Наиболее прогрессивным конструктивным решением является решение механизма поворота с высокомоментным гидромотором который может обеспечить любой угол поворота рабочего оборудования регулирование крутящего момента и скорости поворота а также компактность конструкции и надежность действия.
Большое влияние на режим поворота оказывают различные устройства для торможения. Почти все гидравлические навесные экскаваторы снабжаются выносными опорами которые повышают устойчивость при поперечных уклонах и расширяют эксплуатационные возможности машины.
Рисунок 3 - Варианты схем поворотных механизмов гидравлических экскаваторов:
а — рычажный с одним цилиндром; б — рычажный с двумя цилиндрами; в — с гибкой связью; г д — с зубчатой передачей; е — с высокомоментным гидродвигателем; 1 — ось колонки; 2 — силовые цилиндры.
Механизм поворота ЭО-2621 (рисунок 4) состоит из поворотной колонки 16 и цепной передачи 3 7 управляемой двумя гидроцилиндрами. Гидроцилиндры располагаются под обвязной рамой и связаны с ней через кронпугейны 12 13 (см. рисунок 4). Корпус колонки сварно-литой и может вращаться на подшипниках 8 и 11 относительно стакана 9. В верхней части корпуса к проушине 17 шарнирно крепится гидроцилиндр управления стрелой к проушине 15 — пята стрелы а в приливе 10 — палец 12 для фиксации колонки в транспортном положении. На шлицах нижней части корпуса гайкой 4 закрепляется звездочка 3 на которую надета втулочно-роликовая цепь 5 соединенная через тяги 7 со штоком б гидроцилиндров управления поворотом колонки.
При монтаже механизма поворота звездочка 3 устанавливается (подбором) так чтобы угол поворота колонки в обе стороны от продольной оси экскаватора был одинаков. Палец 12 при этом не должен бить по упорам рамы. Для регулировки осевого люфта колонки рабочий орган опускается на землю стопорная шайба 4 отгибается и затягивается до отказа. Затем отворачивается на 18 оборота и стопорится. Если осевой люфт в пределах нормы колонка при упоре рабочим органом в землю не должна перемещаться. Роликоподшипники смазываются через масленки 13. Чтобы снять внутреннее кольцо подшипника 11 пробки 14 выворачиваются а на их место ввинчиваются отжимные болты. [3]
Рисунок 4 - Механизм поворота экскаватора ЭО-2621
Рассмотрим еще одну конструкцию поворотной колонны неполноповоротного экскаватора. Колонка поворачивается двумя гидроцилиндрами (рисунок 5) закрепленными в каретке спомощью цапф. В транспортном положении колонка фиксируется стопорным пальцем. При работе экскаватора стопорный палец убирается.
Рисунок 5 – Колонка поворотная: 1 и 4 – гидроцилиндры; 3 – цапфа; 5 – палец; 6 - колонка; 7 – ось;
Гидроцилиндры 1 и4 вращаются относительно оси. При включении золотника секции распределителя подача рабочей жидкости по трубопроводам поступает в полость цилиндра 1 и штоковую полость нижнего цилиндра а штоковая полость цилиндра 1 и полость нижнего цилиндра соединяются со сливом. Возникающее при этом усилие действующее на поршни гидроцилиндров вращает поворотную колонку с рабочим оборудованием относительно оси. Для остановки поворота оборудования золотник гидрораспределителя устанавливается внейтральное положение полости гидроцилиндров запираются а перемещение их штоков некоторое время происходит за счет движущегося по инерции рабочего оборудования.
Изменение направления поворота осуществляется переключением золотника гидрораспределителя в другое рабочее положение при котором полости цилиндров нагнетания соединяются в обратном направлении. Остановка оборудования при его повороте в крайнее положение обеспечивается встроенными в гидроцилиндр тормозными устройствами.
Рабочее оборудование экскаваторов ЭО-2621 и ЭО-2621А (рисунок 6 а б) состоит из следующих узлов: стрела 3 рукоять 8 унифицированный ковш 17 прямой и обратной лопат крановая подвеска бульдозер и силовые гидроцилиндры. По специальному заказу заводом поставляются вилы ковш грейфера и ковш увеличенной емкости.
Стрела 3 и рукоять 8 экскаватора ЭО-2621 А сварной конструкции переменного коробчатого сечения. Концы стрелы выполнены в виде литой проушины 5 и литой пяты 1 которой стрела шарнирно соединяется с основанием поворотной колонки 14. Рядом с проушиной привариваются кронштейны 4 к ним пальцем крепится шток цилиндра 15 управления стрелой. В средней части стрелы располагается стальная закаленная втулка 2 сквозь которую проходит палец крепления гидроцилиндров 19 управления рукоятью.
В нижней части рукояти приварена литая вилка 9 к которой крепится ковш 77 а в верхней — кронштейны 6 с втулкой 13 для крепления штоков цилиндров 19 управления рукоятью при оборудовании обратной лопатой. К втулке 12 присоединяется рукоять к стреле а к кронштейну 11 — штоки цилиндров при оборудовании прямой лопатой. Переоборудование обратной лопаты на прямую производится по схеме показанной на рис. 5 б.
Для облегчения смазки все шарниры стрелы рукояти ковша и их силовых цилиндров снабжены пресс-масленками [6][7].
Рабочее оборудование устанавливают на поворотном корпусе колонны. Ковш 4 (рисунок 7 а) крепят на оси 3 и через тяги 2 соединяют с гидроцилиндром 1. Так же монтируют на рукояти ковши 5 6 и 7 и зуб-рыхлитель 8. При монтаже вилочного захвата вилы крепят неподвижно на рукояти болтами а захват устанавливают шарнирно на оси 3 рукояти.
Рисунок 6 - Рабочее оборудование экскаватора ЭО-2621:
а — элементы; б — схема монтажа
При переоборудовании на прямую лопату (рисунок 7 б) ковш 4 располагают зубьями наружу и закрепляют на нижней вилке рукояти тягами. Штоки гидроцилиндров 12 закрепляют в нижнем отверстии рукояти. Таким же образом монтируют ковши 13 14 и 15.
Перед установкой грейфера отсоединяют рукава гидроцилиндра 1 ковша штоки гидроцилиндров 12 и саму рукоять. Снимают рукоять вместе с ковшом и гидроцилиндром ковша. Рукоять 17 (рисунок 7 в) грейфера соединяют со стрелой пальцем 16. Штоки цилиндров рукояти закрепляют на проушине рукояти. Головку 22 присоединяют к рукояти пальцем 21.
На головке устанавливают две челюсти 24 перемещающиеся двумя гидроцилиндрами 23. Рабочая жидкость подводится по трубопроводам 18 и рукавам 19 и 20. Вместо ковша грейфера с зубьями можно смонтировать на рукояти грейферные вилы 25 или ковш 26 без зубьев.
После каждой замены проверяют работу оборудования на холостом ходу в течение 5 мин.
Продолжение рисунка 7
Рисунок 7 - Рабочие органы различных видов рабочего оборудования экскаватора-погрузчика ЭО-2626:
а — обратная лопата: б — прямая лопата; в — грейфер; 1 — гидроцилиндр ковша; 2 — тяги; 3 — ось; 4 — унифицированный ковш обратной и прямой лопат; 5 — узкий ковш; 6 — профильный ковш; 7 — специальный ковш; 8 — зуб-рыхлитель; 9 10 — болты; 11 — вилочный захват; 12 — гидроцилиндр рукояти; 73 — погрузочный ковш: 14 — решетчатый ковш: 15 — ковш для зерна; 16 21 — пальцы; 17 — рукоять; 18 — трубопровод; 19 20 — рукава; 22 — головка грейфера; 23 — гидроцилиндр ковша грейфера; 24 — челюсть ковша грейфера; 25 — грейферные вилы; 26 — ковш без зубьев.
В настоящее время на самоходных пневмоколесных машинах применяются следующие виды привода Рулевого механизма: ручной где используется только мускульная сила водителя с приводом от двигателя где обычно используется гидравлическая насосная система; с применением гидравлических и пневматических сервоусилителей.
Схема ручного рулевого управления без усилителей показана на рис. 8. Здесь вращение рулевого колеса (штурвала) 1 передает через червячную пару 2 на вал сошки 3. Нижний конец сошки перемещает продольную рулевую тягу 4 которая воздействуя на рычаг 7 поворачивает цапфу 5 левого колеса. Поперечная рулевая тяга 11 обеспечивает одновременный поворот цапфы правого колеса 9. Рычаги поворотных цапф 6 и 10 балка 8 передней оси и поперечная рулевая тяга 11 образуют шарнирный четырехзвенный механизм называемый рулевой трапецией.
Этот тип рулевого управления может применяться только на сравнительно небольших машинах.
В случае тяжелых машин для их поворота используется мощность двигателя. Схема рулевого управления с применением гидравлической насосной системы показана на рис. 9. Эта система применяется на дорожных катках. Водитель рычагом управления изменяет положение золотника в распределителе 3 и масло из бака 6 насосом 5 подается к силовому гидроцилиндру 4 который воздействуя на рычаг 2 осуществляет поворот управляемого вальца 7. Для прекращения поворота вальца необходимо золотник вернуть в исходное положение а для выравнивания золотник должен быть перемещен в противоположную сторону.
Рисунок 8 – Схема механического рулевого управления
Достоинством такой системы является простота конструкции легкость управления машиной и надежность работы а недостатком — отсутствие чувствительности при повороте машины. Кроме того поворот при неработающем двигателе становится практически невозможным. В некоторых случаях такой механизм снабжают системой следящего действия. В этих системах углы поворота колес пропорциональны усилию водителя. Примером применения системы следящего действия является рулевой механизм одноосного тягача используемого для полуприцепных землеройных машин (рис. 10). При повороте рулевого колеса связанного с червячным редуктором 2 золотник 1 занимает положение обеспечивающее подачу масла к той или другой полости цилиндров 4 поворота вертикальной цапфы поворотной оси 3 тягача. Штоки обоих цилиндров при этом одновременно производят вращение поворотной цапфы в одну сторону.
Рисунок 9 – Схема рулевого управления с использованием насосной станции
При повороте колес тягача на угол требующий перехода штоков через нейтральные крайние положения 00° и 00" производится автоматическое переключение золотников 5 рычагами 5 на которые действуют тяги цилиндров. Возврат золотников 5 в исходное положение осуществляется пружинами. Следящее действие системы обеспечивается обратной связью штурвала с поворотной цапфой. Получила распространение на мощных тягачах и тяжелых самоходных машинах система рулевого управления с гидро- или пневмоусилителем. Усилители должны удовлетворять следующим требованиям: 1) при выходе их из строя управление машиной должно осуществляться обычным способом; 2) необходимо наличие системы следящего действия; 3) запаздывание в срабатывании усилителя должно быть минимальным.
Рисунок 10 – Схема рулевого управления со следящей системой
Упрощенная схема гидроусилителя показана на рис. 11.
При повороте рулевого колеса червяк 1 стремится повернуть сектор 2 червячного колеса и рычаг 5 который тягой 6 должен осуществить поворот колес. Если сопротивление повороту колес велико и усилие водителя на штурвале оказывается недостаточным червяк подобно винту в гайке будет перемещаться в осевом направлении вместе с золотником распределителя 7 и откроет доступ масла (сжатого воздуха) через трубопровод 8 в цилиндр-усилитель 3. Поршень переместится в цилиндре 3 и своим штоком через зубчатую рейку 4 и зубчатый сектор рычаг 5 и тягу 6 повернет колеса одновременно с этим червячный сектор воздействуя на червяк переместит его вместе с золотником распределителя в исходное положение и прекратит движение поршня. При повороте штурвала в противоположную сторону в таком же порядке произойдет обратный поворот колес. По сравнению с пневматическими гидравлические усилители имеют ряд преимуществ к числу которых относятся: возможность получения больших давлений что уменьшает габариты рабочих цилиндров и большая скорость срабатывания (время запаздывания не превышает 002 —004 сек).
Рисунок 11 – Схема рулевого управления с гидроусилителем.
Описание алгоритма работы объемного гидропривода рулевого управления экскаватора-погрузчика
Рисунок 12 – Принципиальная гидравлическая рулевого управления экскаватора-погрузчика
Принцип работы гидропривода согласно указанной схеме заключается в следующем. Из бака рабочая жидкость (масло) забирается насосом и подается к золотнику гидроруля. В нейтральном положении золотника гидрораспределителя при работающем насосе на участке трубопровода между насосом и распределителем начинает увеличиваться давление при этом срабатывает предохранительный клапан и жидкость сливается обратно в бак. При смене позиции золотника открываются проходные сечения в гидроруле и жидкость начинает поступать в полости нагнетания гидродвигателей (поршневые полости гидроцилиндров) и усиливается при этом гидромотором гидроруля. Из штоковой полости гидроцилиндров масло по гидролинии слива проходит через гидрораспределитель и очищаясь фильтром попадает на слив в бак.
Реверсирование движения штоков осуществляется путем переключения позиций гидрораспределителя. При обратном движении штоков без нагрузки их скорость не регулируется и зависит от расхода рабочей жидкости в штоковые полости. При аварийной остановке штоков (например непреодолимое усилие) давление в системе возрастает вызывая тем самым открытие предохранительного клапана.
Выбор основных параметров и расчет разрабатываемого гидропривода
Определение параметров гидроцилиндров:
Составляем уравнение равновесия поршня гидроцилиндра с одним штоком без учёта сил инерции:
Применительно к нашему гидроприводу определяем давление в поршневой полости:
Давление к штоковой полости:
где -давление развиваемое насосом МПа;
-перепады давлений на гидрораспределителе МПа;
и -перепады давлений в трубопроводах и МПа;
-перепад давления на фильтре МПа;
Давление в гидроцилиндре назначаем ориентировочно в зависимости от величины полезного усилия R.
Тогда перепад давления в поршневой полости
Перепад давления в штоковой области
Определяем диаметры поршня:
Определяем площади в гидроцилиндрах:
Определяем скорости поршня при рабочем и холостом ходе:
Определяем расход жидкости поступающий в силовой цилиндр:
Полная мощность гидроцилиндра:
Определяем перепад давления в гидроцилиндре:
По заданному значению крутящего момента и частоты вращения определяем тип искомого гидромотора рулевого управления:
По техническим характеристикам блоков рулевого управления серийно выпускаемых промышленностью и заданным значениям и выбираем насос-дозатор ОКР-3 со следующими рабочими параметрами:
номинальный расход ;
монимальный крутящий момент .
Следовательно момент на исполнительном органе будет равен
Необходимый расход гидромотора для обеспечения заданного числа оборотов определяем по формуле:
где - рабочий объем гидромотора ;
- число оборотов вала гидромотора обмин;
- объемный КПД гидромотора.
Перепад давлений на моторе:
Мощность развиваемая гидромотором равна
Обоснование выбора рабочей жидкости:
Рабочая жидкость для гидроприводов строительных и дорожных машин
выбирается исходя из конкретных условий эксплуатации техники. Машины в строительной отрасли эксплуатируются при температуре не ниже .
Рабочим жидкостям гидроприводов должны быть присущи хорошие смазочные и антикоррозионные свойства малое изменение вязкости в широком диапазоне температур большой модуль упругости химическая стабильность сопротивляемость вспениванию негигроскопичность и незначительная взаимная растворимость с водой большая удельная теплоёмкость нетоксичность и отсутствие резкого запаха прозрачность и наличие соответствующей окраски. Жидкость должна иметь также низкую стоимость и производиться в достаточном количестве. Наиболее подходящей жидкостью является минеральное масло. По рекомендациям справочной литературы принимаем в качестве рабочей жидкости минеральное масло ИГП – 30 (ТУ 101413 – 78) с температурным диапазоном от -10 до +50 с плотностью которое изготовлено из нефти и достаточной селективной очистке содержит антиокислительную противоизносную и противопенную присадки.
Предварительно определим диаметры трубопроводов:
Напорного соответствии с ГОСТ 16516-80 округляем .
Напорного питания насос-дозатора соответствии с ГОСТ 16516-80 округляем .
Где - скорости движения рабочей жидкости по напорному трубопроводу .
Уточняем скорости движения рабочей жидкости:
Найдем перепады давлений в трубопроводах для этого вычислим числа Рейнольдса:
Зная величину кинематического коэффициента рабочей жидкости при температуре его значение при температуре найдем по формуле:
Находим числа Рейнольдса:
Для дальнейших расчетов нужно определить безразмерный коэффициент гидравлического трения который зависит от режима течения жидкостипри турбулентном режиме :
Определяем потери по длине:
Давление развиваемое насосом:
Определение параметров и выбор насоса:
Применительно к схеме предоставленной на рис.9 расход рабочей жидкости подаваемой насосом в гидропривод вращательного действия и поступательное движение штока гидроцилиндра:
По вычисленным параметрам выбираем пластинчатый Г12-24М который при частоте 1000 обмин будет подавать 70 лмин номинальное давление 63 МПа.
Определение КПД гидропривода:
где - полезная мощность привода определяемая по заданным нагрузкам и скоростям гидродвигателей кВт;
- затрачиваемая мощность насосной установки;
- общий КПД насоса при расчетных значениях давления расхода вязкости рабочей жидкости и частоты вращения приводного вала насоса.
Расчет объема гидробака:
Надежная и эффективная работа гидропривода возможна в условиях оптимального состояния обеспечивающего постоянство рабочих характеристик. Повышение температуры влечет за собой увеличение объемных потерь нарушаются условия смазки повышается износ деталей в рабочей жидкости активизируются ее окисление и выделение из нее смолистых осадков ускоряющих облитерацию проходных капиллярных каналов и дроссельных щелей. Основной причиной нагрева является наличие гидравлических сопротивлений в системах гидропривода. Дополнительной причиной являются объемные и гидромеханические потери характеризуемые объемным и гидромеханическим КПД.
Потери мощности в гидроприводе переходящие в тепло:
Количество тепла Eпр выделяемое в гидроприводе в единицу времени эквивалентно теряемой в гидроприводе мощности ΔN:
Условие приемлемости теплового режима в системе гидропривода:
где - перепад температур между рабочей жидкостью и окружающим воздухом в установившемся режиме;
- максимально допустимый перепад температур между рабочей жидкостью и окружающим воздухом;
- максимально допустимая температура рабочей жидкости равна ;
- максимальная температура окружающего воздуха равна ;
Площадь поверхности теплообмена необходимая для поддержания перепада
где Kтр и Kб - коэффициенты теплопередачи труб и гидробака Вт(м2·ºС):
для труб Kтр = 12 16; для гидробака Kб = 8 12; при обдуве гидробака Kб = 20 25; для гидробака с водяным охлаждением Kб = 110 175.
Площадь поверхности теплообмена складывается из поверхности труб Sтр через которые происходит теплообмен с окружающей средой и поверхности теплоотдачи бака Sб
Для определения поверхности труб воспользуемся формулой:
а для теплоотдающей поверхности бака зависимостью:
где а в h1 - длина ширина и глубина масла в приемном гидробаке соответственно (рис. 10).
Рисунок 10 - Параметры гидробака
Найдя площадь поверхности гидробака определим его объем:
Округлим до стандартного значения в большую сторону Vб=50л.
Выбор элементов гидропривода из существующей нуменклатуры гидроаппаратов выпускаемых заводами-изготовителями
Контрольно-регулирующая аппаратура подбирается по расчётным значениям рабочего давления и расходов: =70лмин и P=63МПа. При выборе гидроаппаратуры необходимо учитывать на каких участках гидролиний они должны устанавливаться. Имеются участки гидролиний служащие только для нагнетания или слива и участки служащие для нагнетания и слива периодически изменяющие своё назначение. Кроме того имеются вспомогательные участки на которых устанавливаются предохранительные клапана дроссели в ответвлении.
номинальное давление МПа ;
Регулируемый золотник «Гидроруль» ОКР-3производства ОДО «гидротехсервис»
Предохранительный клапан давления DZ 20-2-5X200XMV производимый «Rexroth» со следующими характеристиками:
диаметр условного прохода мм 20;
номинальный расход лмин 400;
максимальное давление МПа 315;
Гидродроссель с обратным клапаном модульного монтажа ДК 83М:
Условный проход Думм 10
Максимальное давление МПа 25
Максимальный расход лмин 100
Обратный клапан 999L IVR производимый «МАГ» со следующими характеристиками:
номинальный расход лмин 200;
номинальное давление МПа 16;
Условный проход Думм 16
Построение нагрузочных характеристик разрабатываемого гидропривода
Нагрузочная характеристика гидропривода отражает зависимость скорости движения выходного звена гидродвигателя (штока гидроцилиндра) от нагрузки на нем.
Для нахождения зависимости между нагрузкой и скоростью Vпр перемещения поршня гидроцилиндра воспользуемся следующими формулами
Решая эту систему относительно Pзол получим
При заданном значении внешней нагрузки R найдем перепад давлений на золотнике гидрораспределителя и площадь проходного отверстия в нем:
Для этих значений ΔРзол найдем скорости перемещения поршня
Все вычисления сведем в таблицу1:
По полученным значениям строим график :
Рисунок 7 – График зависимости
Техника безопасности
Гидроприводы гидросистемы и гидроустройства должны быть спроектированы таким образом чтобы повышение давления и возможные гидравлические удары не создавали опасности. Предпочтительными защитными гидроустройствами против превышения максимально допустимого давления являются предохранительные клапаны которыми можно ограничивать увеличение давления во всех частях гидропривода или
гидросистемы более 11 рmах и кратковременные пики давления не более 13 pmах или должны быть использованы альтернативные устройства например регуляторы подачи на насосах при обеспечении ими ограничения требуемого давления. Безопасность разрушения гидроустройств должна обеспечиваться при давлении не менее 20 рmах а гидропневмоаккумуляторов при давлении не менее 40 рном если не оговорены специальные требования по безопасности разрушения. Все гидроустройства с целью проверки прочности сборки и монтажа следует проверять пробным давлением равным 125 рном (125 номинального) но не более максимального давления. Все гидроустройства гидросистема и гидропривод должны выдерживать механические воздействия в виде вибраций линейных ускорений и ударов возникающих при работе машины где устанавливается гидроустройство гидросистема или гидропривод и оговоренных в нормативном документе.
Внешние утечки (герметичность) в гидроприводе гидросистеме и гидроустройствах за исключением особо оговоренных в нормативном документе случаев не допускаются. На подвижных элементах и соединениях допускается наличие пленки рабочей жидкости без каплепадения. Неподвижные соединения наружные стенки сварные и резьбовые соединения гидроустройств должны быть герметичными в диапазоне давлений от минимального до 125 номинального (опрессовка) но не более максимального значения оговоренного в нормативном документе. Герметичность следует проверять при давлении 005+001 МПа в течение 1-12 ч и номинальном рном в течение 5-15 мин при нормальных условиях окружающей среды. Конкретное время из указанных временных интервалов проведения испытаний и способ контроля устанавливаются в документации изготовителя. Проверка герметичности должна осуществляться по окончании
приемосдаточных испытаний. Не допускается подсос воздуха в гидропривод или гидросистему. Внутренние утечки (перетечки) не должны способствовать возникновению опасности. Циклические режимы работы гидропривода или гидросистемы не должны способствовать появлению опасности. Ресурс при циклических режимах работы определяется разработчиком и указывается в технической документации. Вибрационные характеристики гидроустройств при номинальных рабочих параметрах подлежат нормированию или измерению если вибрация возникающая при их функционировании может влиять на надежность работоспособность вибрационную безопасность их самих или машин (агрегатов) составными
частями которых они являются и должны указываться в стандартах или технических условиях на эти машины. Параметры вибрации создаваемой гидроприводами гидросистемами или гидроустройствами на рабочих местах
должны соответствовать ГОСТ 12.1.012-90. Первоначально определяемые на машине предельные значения шумовых характеристик при работе гидропривода гидросистемы или гидроустройства при номинальных рабочих параметрах в зависимости от конструктивных особенностей гидромашин и приводного двигателя должны соответствовать ГОСТ 12.1.003-83.
Создаваемые гидроприводом гидросистемой или гидроустройством на рабочих местах уровни шума значения шумовых характеристик уровней звуковой мощности в октавных полосах частот и методы их определения следует приводить в стандартах или технических условиях на эти машины
по мере получения и накопления статистических или экспериментальных данных. В технических условиях на объемные гидроприводы гидросистемы и гидроустройства при необходимости должен быть приведен уровень звуковой мощности с конкретным специально подобранным приводным
двигателем или нагрузочным устройством.
Для гидропривода гидросистемы и гидроустройств должен быть указан диапазон предельных рабочих температур. Температура рабочей жидкости при их работе не должна превышать установленные предельные значения ее безопасного использования и установленные рабочие температуры
гидроустройств. Конструкцией и размещением на машине гидроприводов и гидросистем должно быть предусмотрено чтобы температура поверхности на которую может попасть рабочая жидкость не превышала температуры воспламенения этой рабочей жидкости. При использовании трудновоспламеняемых рабочих жидкостей для предотвращения получения обслуживающим персоналом ожогов должна быть предусмотрена установка
защитных ограждений и аварийных символов и сигналов различных информационных или предупреждающих устройств. При использовании гидропривода (гидросистемы) в пожароопасных условиях должны применяться трудновоспламеняющиеся рабочие жидкости или предприняты
противопожарные меры по исключению пожароопасности. Гидроприводы (гидросистемы) должны быть оснащены устройствами аварийного отключения обеспечивающими самофиксирование рабочих органов в выключенном состоянии. При наличии нескольких пультов управления каждый пульт должен быть оснащен устройством для аварийного отключения блокировками исключающим возможность одновременного
управления от различных пультов и сигнализацией указывающей использованное для выключения системы аварийное устройство. При наличии нескольких командных устройств должны быть обеспечены условия безопасности пуска с любого из них. Перед пуском следует предусмотреть останов.
Для фиксирования в заданном положении выходных звеньев гидродвигателей должны быть установлены гидрозамки или другие фиксирующие устройства если это необходимо. Предпочтительно следует использовать управление по пути независимое от нагрузки. Управление по пути следует применять в том случае когда неправильное функционирование с последовательным ограничением давления (нагрузки) или регулирования времени может привести к опасности. Система управления объемным гидроприводом (гидросистемой) должна быть спроектирована так чтобы воспрепятствовать непреднамеренным опасным движениям недопустимой последовательности функций приводов. Это должно обеспечиваться на всех этапах производственного процесса
гидрофицированной машины (агрегата). Преднамеренные или непреднамеренные механические движения с участием гидроустройств с яркой окраской не должны приводить к ситуациям угрожающим людям.
При необходимости делается ограждение открытых движущихся
частей с окраской опасных частей и установкой знаков безопасности. В гидроприводах (гидросистемах) с расположением гидроустройств на разных уровнях должна быть предусмотрена защита от вытекания рабочей жидкости из высокорасположенных гидроустройств в выключенном состоянии гидропривода. Если при снижении давления создается опасность то должны быть предусмотрены блокировки для предотвращения опасного поведения машины (агрегата). При этом не должны отключаться такие гидроустройства как зажимные тормозные и т.п. Конструкцией гидроустройств и гидролиний должно быть предусмотрев обеспечение доступности к органам управления местам регулирования и настройки наружного осмотра и обслуживания а также возможности удобной замены быстроизнашивающихся деталей и проведения технического обслуживания в минимальное время. Конструкцией гидроустройства должно быть предусмотрено исключение самопроизвольного или преднамеренного изменения положения деталей крепления и соединений элементов регулирования и настройки при транспортировании и эксплуатации. Конструкцией регулирующих гидроустройств должно быть предусмотрено обеспечение надежной фиксации и возможность пломбирования или запирания регулирующих элементов встроенным замком для предотвращения постороннего вмешательства или случайного включения. Все каналы гидроустройств должны иметь соответствующую маркировку и быть защищены (закрыты
заглушками или крышками) от попадания возможных загрязнений и повреждения стыковочных поверхностей за время от сборки до установки на машину (агрегат).Маркировка должна совпадать с данными технической
документации (гидравлическая и сборочные чертежи).
При выполнении курсовой работы проведены следующие работы: произведен анализ литературных и патентных источников в области строительных и дорожных машин;
выбранная гидравлическая схема была вычерчена и составлено описание ее работы;
произведен расчет гидропривода;
произведен выбор элементов гидропривода из существующей номенклатуры;
проведена детальная разработка конструкции отдельных узлов гидропривода;
был выполнен сборочный чертеж гидроцилиндра и рабочие чертежи его сопрягаемых деталей;
разработаны требования по технике безопасности;
проведен анализ проекта.
Список использованных источников
ГОСТ 2.701-84 «Правила выполнения схем».
ГОСТ 2.704-76 «Правила выполнения гидравлических и пневматических схем».
ГОСТ 2.782-96 «Обозначения условные графические. Машины гидравлические и пневматические»
ГОСТ 52543-2006 «Гидроприводы объемные. Техника безопасности»
Бим-Бад Б.М. Атлас конструкций гидромашин и гидропередач: учебное пособие для студентов машиностроительных специальностей вузов Б.М. Бим-Бад М.Г. Кабаков С.П. Стесин. – М.: ИНФРА-М 2004. – 135с. –(Высшее образование).
Вавилов А.В. «Гидравлика гидромашины и гидропривод» А.В. Вавилов А.Н. Смоляк. – Минск: БНТУ 2003. – 21с.
Галдин Н.С. Семенова И.А. Гидравлические схемы мобильных машин: учебное пособие.- Изд. 2-е стер. – Омск: СибАДИ 2013. –203с.

Проушина.cdw

Гидроцилиндр СБ.cdw

Размеры для справок.
Перед сборкой все детали промыть жидкостью
коррозионную стойкость.
На рабочих поверхностях деталей риски
забоины и другие дефекты
Все трущиеся поверхности и уплотнения перед сборкой смазать

Схема.cdw

Клапан обратный 999L IVR
Клапан предохранительный DZ 20-2-5X200XMV
Гидроцилиндр ЦГ1.50.80.650 32А
Гидроусилитель рулевого управления
экскаватора-погрузчика
Схема гидравлическая принципиальная

Гильза.cdw

Острую выходную кромку отверстия на зеркале гильзы
любым технологическим способом не нарушающим качества остальной
поверхности зеркала.
Внутренняя поверхность гильзы должна быть зеркальной
риски не допускаются.