Проектирование гидропривода стенки скрепера

Проектирование гидропривода стенки скрепера

Федеральное агентство по образованию

Российской Федерации

Томский государственный

архитектурно-строительный университет

Кафедра: «Теплогазоснабжение».

Пояснительная записка

Проектирование гидропривода движение стенки скрепера

Выполнил: Студент МФ гр.314-2

.05.2007 Максимов А.В.

Принял: Мельков В.И.

Томск - 2007

Содержание:

Исходные данные для проектирования

Описание работы скрепера

Расчётная схема

Выбор рабочей жидкости

Определение мощности гидропривода и подачи насоса

Расчёт гидролиний

Подбор гидравлического оборудования

Расчёт потерь давления в гидросистетме

Выбор гидродвигателя

Составление таблицы действительных характеристик

Построение статической характеристики работы гидропривода

Список использованной литературы

Исходные данные для проектирования

Скрепер. Движение стенки.

Нагрузка на штоке гидроцилиндра - Т=110 (кН);

Скорость движения штока цилиндра - V=22 (см/с);

Температура окружающей среды - t=20⁰С;

Задача состоит в том что, чтобы составить гидравлическую схему, рассчитать привод, подобрать насос, гидродвигатель, систему управления, защиты и вспомогательные органы такими, при которых спроектированный гидропривод имел бы выходные параметры, максимально приближенны к заданным.

Описание работы Скрепера

Скреперы представляют собой самоходные или прицепные машины, предназначенные для послойной разработки, перевозки и планирование грунта, рагрузки его в отвалы или возводимые сооружения с разравниванием отсыпаемого слоя.

Гидроприводом осуществляется автогрейдеров подъём и опускание ковша скрепера и его заслонки, перемещение задней стенки, а в скреперах с элеваторной загрузкой и привод элеватора. Для повышение планирующих качеств скреперы могут быть оборудованы электрогидравлической системой автоматической стабилизации положения ковша. Для этого на буфере ковша устанавливают датчик, электрический сигнал которого пропорционален угловому отклонению от заднего положения. От сигнала датчика дается команда на включение гидрораспределителя с электрогидравлическим управлением, который управляет движениями подъёма и опускания ковша. Включение гидрорапределителя и остановка ковша происходит в положении, соответствующем заданному положению датчика.

Принципиальная схема

Схема разомкнутого типа с насосами постоянной производительности. Насосом 16 нагнетает рабочую жидкость из гидробака в трёхзолотниковый гидрораспределитель 14 с ручным управлением. Все золотники трёхпозиционные с пружинным возвратом из включенных позиций в нейтральную. В гидрораспределитель встроен предохранительный клапан непрямого действия, который одновременно выполняет функции разгрузочного. При нейтральном положении всех золотников линия управления предохранительным клапаном соединена со сливом.

При включении любого золотника линия управления предохранительным клапаном отсоединяется от слива, клапан закрывается и выполняет функции только предохранительного.

Подъём и опускание ковша скрепера осуществляется гидроцилиндрами 9, подъем и опускание заслонки - гидроцилиндрами 12, а движение задней стенки - гидроцилиндрами 13.Скорость опускания ковша ограничивается дросселями 10 с обратными клапанами. Для исключения опускание ковша при перемещении скрепера из-за утечек через зазоры в золотниковой паре гидрораспределителя 14 и предотвращения разрыва от динамических разгрузок рукавов высокого давления, соединяющих гидрораспределитель 14 с гидроцилиндрами ковша 9, на гидролиниях поршневых полостей этих гидроцилиндров установлены гидрозамки 11.

Автоматическое управление движениями гидроцилиндров ковша 9 осуществляется включением гидрораспределителя 6 с электрогидравлическим управлением. В нейтральной позиции золотника гидрораспределителя 6, поток рабочей жидкости от насоса 2 через этот гидрораспределитель и обратный клапан 7 поступает в напорную гидролинию насоса 16.Таким образом, при ручном управлении в гидроцилиндры поступает суммарный поток от насосов 2 и 16,а при автоматическом управлении в гидроцилиндры ковша поступает поток только от одного насоса 2. Предохранение от перегрузок напорной магистрали насоса 2 осуществляется предохранительным клапаном 3.На сливной гиролинии установлен фильтр 5 со встроенным переливным клапаном, о степени загрязнения которого можно судить по показаниям манометра 8.Давление в напорных гиролиниях насосов контролируются манометрами 4, а температура рабочей жидкости в гидросистеме - термометром 15.

Выбор рабочей жидкости

По (Рис. П. 4.1, с23) выбираем рабочую жидкость ВМГ-3, так как она в моём случае наиболее подходящая.

Техническая характеристика:

Плотность при 20⁰С = 865(кг/м³)

Вязкость при 50⁰С =10(сСт)

Температура застывания =-60⁰С

Температура вспышки =135⁰С

ГОСТ, ТУ 38 101479-74

Определение мощности гидропривода и подачи насоса

Мощность гидродвигателя проектируемого привода определяется по заданной нагрузке и скорости движения. Так как у меня привод возвратно - поступательного движения, то мощность на штоке цилиндра равна:

Мощность насоса находиться по мощности гидродвигателя с учётом потерь энергии в гидроприводе:

гидропривод насос гидролиния

где К - коэффициент запаса, учитывающий потери энергии в гидроприводе. Для гидроприводов, работающих в лёгком и среднем режимах К=1,1…1,2.

Подача насоса рассчитывается как:

где Р- рабочее давление насоса, определяется по прототипу машины или по параметрическому ряду (прил. 2, с 21).

По мощности  и давлению Р или подаче  выбираем из справочной литературы марку выпускаемого промышленностью насоса (прил. 5.4, с 29).

Марка насоса НШ-100-2

Техническая характеристика:

Рабочий объём = 98,8(см³/об)

Номинальное давление = 16(МПа)

Максимальное давление = 20(мПа)

Частота вращения номинальная n_H=25(с^-1)

Частота вращения минимальная =20(с^-1)

Частота вращения максимальная =32(с^-1)

Объёмный КПД =0.94

Номинальная подача = 2,32(дм³/с)

Номинальная потребляемая мощность =37,5(кВт)

Масса = 17,5(кг)

Действительная подача регулируемого насоса  равна расчетной подаче . Действительный рабочий объём при этом:

где  - объёмный КПД насоса.

Определяем относительную погрешность подачи:

Расчёт гидролиний

Гидролинии бывают всасывающими, напорными, исполнительными и сливными. Они могут выполняться из труб или резинометаллических шлангов.

Расчётный внутренний диаметр каждой из линий находиться как:

где V - рекомендуемые скорости потока жидкости в линиях: всасывающей V_B=0,5…1,5(м/с), сливной V_С=1,4…2(м/с), напорной и исполнительной V_H=V_И=3…6(м/с).

Действительный диаметр линий выбирается по стандартному ряду выпускаемых труб (таб. П. 7.2, с 37) принимая d≥d’.

Действительный диаметр, как правило, равен условному проходу установленных на линии элементов гидропривода.

Подбор гидравлического оборудования

В основе подбора оборудования лежат действительные значения подачи насоса  и рабочего давления Р.

Тип и марку распределителя выбираем по номинальному давлению, подаче насоса или условному проходу и количеству гидродвигателей.

Выбираем секционный распределитель, его марка Р-25.16

Условный проход =25(мм)

Номинальный расход масла =2,7(дм³/с)

Максимальный расход масла =3,3(дм³/с)

Номинальное давление =16(МПа)

Максимальное давление =17,5(МПа)

Максимальное число секций =7

Внутр. утечки =14,1(см³/с)

Потери давления =0,8(МПа)

Выбор обратных клапанов, его технические характеристики:(прил.7.3 ст.37)

Типоразмер клапана 61 300

Условный проход =25(мм)

Номинальный расход =2,7(дм³/с)

Потери давления =0,05(МПа)

Масса =1,83(кг)

Объём бака гидропривода машины рассчитывается по формуле:

где -  действительная подача насоса, дм³/с;

В - время прохождения бака жидкостью, с;

Для гидроприводов, работающих в лёгком и среднем режимах В=70…90 с;

Расчётное значение объёма бака уточняется по ГОСТ 12448-80.

Типоразмер фильтра 1.1.40-40

Технические характеристики это фильтра:

Условный проход =40 (мм)

Номинальный расход =2,7(дм³/с)

Номинальное давление =0,63(МПа)

Потери давления =0,25…0,35(МПа)

Тонкость фильтрации =40(мкм)

Ресурс фильтроэлемента =300(ч)

Масса сухого фильтра =8(кг)

Расчёт потерь давления в гидросистеме

Потери давления в гидросистеме складываются из потерь во всасывающей, напорной, исполнительной и сливной гидролиниях и потерь в элементах гидрооборудования, установленных на этих линиях и работающих в расчётном цикле:

При ламинарном режиме, характеризуемым числом Рейнольдса:

Берём по графику (м²/с)

Для всасывающей линии

Для напорной и исполнительной линии

Для сливной линии

Коэффициент трения для гибких шлангов определяется ,

в случае если то коэффициент трения определяется:

Для всасывающей линии

Для напорной и исполнительной линии

Для сливной линии

 - суммарный коэффициент местных сопротивлений.

Количество местных сопротивлений и их вид определяем по расчётной схеме.

Для напорной линии

Для исполнительной линии

Для сливной линии

Потери давления в гидролиниях удобно рассчитывать, суммируя коэффициенты местных и эквивалентных линейных сопротивлений по формуле:

Для всасывающей линии

Для напорной линии

Для исполнительной линии

Для сливной линии

Результаты расчёта потерь давления в линиях и гидрооборудовании сносим в таблицу №1, и подсчитываем суммарные потери давления

Расчёт потерь давления Таблица №1

Элемент гидро- системы   l, м          d, м        Q, дм³/с

МПаТип устрой-

Выбор гидродвигателя

Выбор нормализованных гидроцилиндров осуществляется по величине хода штока и внутреннему диаметру цилиндра. Ход штока выбирается конструктивно в соответствии с кинематической схемой машины. Внутренний диаметр цилиндра определяется расчётом.

Так как в моём случае рабочий ход осуществляется при подаче жидкости в поршневую полость, то диаметр определяется:

 - так как у меня два цилиндра.

 - гидромеханический КПД гидроцилиндра;

По расчётному диаметру D выбираем цилиндр; (ОСТ 22-1417-79)

Диаметр цилиндра, D=125(мм)

Диаметр штока , выбранного цилиндра, d=80(мм) при φ=1,6

Ход поршня, S=500(мм)

Для выбранного гидроцилиндра определяется действительное усилие при подаче в поршневую полость:

При подачи в штоковую полость

где  диаметр цилиндра;

диаметр штока, выбранного цилиндра;

Р₁ - давление в штоковой полости равно рабочему давлению насоса минус потери давления до цилиндра;

Р₂ - давление в поршневой полости, определяется последующей гидравлической нагрузкой.

Действительное усилие  может отличаться от заданного Т не более чем на 10%:

Действительная скорость движения штока при подаче в поршневую полость и работе гидропривода в режиме постоянного расхода равна:

Относительное отклонение в скорости:

 не должно превышать .

Составление таблицы действительных характеристик

Р_д - действительное значение давления на входе в элемент гидросистемы. Максимальное давление поддерживает насос. Давление в последующих по потоку элементах уменьшается на величину гидравлических потерь до них и задаётся последующей гидравлической или механической нагрузкой.

действительная подача насоса, задаётся насосом.

Расход последовательно соединенных элементов уменьшается на величину утечек в предыдущих. При параллельном соединении расход суммируется.

 действительная мощность.

n_д,q_д - действительная частота вращения и рабочий объём насоса и гидромотора, объём бака. Определяется по расчётам или по паспортным данным.

 -

равно отношению полезной мощности к затраченной на графике статистических характеристик привода.

Построение статической характеристики работы гидропривода

С целью проведения графического анализа работы и возможностей регулирования проектируемого гидропривода строиться его статическая характеристика.

Статическая характеристика гидропривода получается наложением построенных в масштабе характеристик, составляющих гидропривод элементов.

В начале строиться характеристика насоса (Н) по его действительной подаче Q_дн, затем характеристика двигателя (Д) при постоянной нагрузке. Характеристика сети (С) строиться по значениям потерь давления при расходах Q=0 и Q=Q_дн. Суммарная нагрузочная характеристика (С+Д) получается графическим сложением характеристики сети и двигателя по давлению, поскольку эти элементы в схеме расположены последовательно. При параллельном соединении элементов их характеристики складываются по расходу. Точка А пересечения нагрузочной характеристики с характеристикой насоса является рабочей точкой. Она определяет действительные подачу и давление в насосе, работающем в режиме постоянного расхода.

Характеристика защищающего насос предохранительного клапана (ПК) строиться по его технической характеристике, а при её отсутствии проводиться параллельно оси Q. Точка К пересечения характеристики предохранительного клапана и насоса определяется давлением настройки предохранительного клапана, которое составляет 1,25Р_дн.

Действительный гидромеханический КПД привода (η_ГМ) или отношение мощности на двигателе к мощности насоса можно найти из графика как отношение площади 0-Р_д-Д-Q_дн к площади 0-Р_д-А-Q_тн.

Мощность насосной станции, определяющая возможности регулирования гидропривода, оценивается площадью 0-К₂-К-Q_тн. Здесь Q_тн и К₂ берётся из технической характеристики насоса

Список использованной литературы

1. Мельков В.И. Проектирование гидроприводов машин: Методические указания./С.А. Ларионов Томск: Изд-во Томского архитектурно-строительного университета, 2001. - 43.

. Мельков В.И. Регулирование объёмных гидроприводов машин. - Томск.: ТГАСУ, 1999 г.

. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика: Справочное пособие. - М.: Машиностроение, 1917. - 425с.

. Каверзин С.В. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу самоходных машин. - Красноярск, 1997. - 382 с.

. Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник - М.: Машиностроение, 1983. - 301 с.