Розрахунок гідросистеми одноковшового поворотного екскаватора

Розрахунок гідросистеми одноковшового поворотного екскаватора

Вступ

Об’ємний гідропривод призначений для передачі та перетворення механічної енергії за допомогою об’ємних гідропневмомашин. Це сукупність пристроїв, які за допомогою рідини або газу під тиском приводять у дію механізми та машини.

Система об’ємного гідропривода вибирається, виходячи із призначення, їх системи автоматичного регулювання і інших пристроїв з гідромашинами та гідроавтоматикою, режимів роботи й умов експлуатації автомобілів і будівлтної техніки. Але його вибір повинен передувати ознайомлення з літературою з відповідної теми

Найчастіше об’ємний гідропривод використовується в екскаваторах, стрілових самохідних кранах за народногосподарським значенням і питомою вагою в обсязі виробництва займають особливе місце.

Завдяки універсальності, забезпечуваної кількістю широкого набору змінного устаткування і робочих органів одноковшеві екскаватори дозволили механізувати виконання основного обсягу грабарств у будівництві, що значною мірою скорочує застосування робочої праці.

В даній роботі ми розраховуємо схему об’ємного гідроприводу з відповідним вибором устаткування з аналітичною і математичною перевіркою для підтвердження працездатності машини.

В ході розрахунку вибрати оптимальні значення (відповідно прийнятим стандартам) гідромотору, гідроциліндрів, насосів та іншого гідро устаткування.

1. Вибір робочого тиску

Номінальний тиск Р_ном вибираємо виходячи з номенклатури і технічних характеристик гідроустаткування.

Значення тисків, що рекомендуються: 10, 16, 20, 25, 32, 40 МПа.

Вибираємо для одноковшевого екскаватора Р_ном = 32 МПа.

Перепад тиску на гідродвигуні приймають на 10...20% менше номінального (для обліку втрат).

Р_с = (0,1...0,2) ∙ Р_ном

Р_с = 0,2∙ Р_ном = 0,2 ∙ 32 = 6,4(МПа)

Р = Р_ном - Р_с = 32-6,4 = 25,6(МПа)

2. Розрахунок та вибір гідроциліндрів

При подачі рідини в поршневу порожнину діаметр поршня дорівнює:

, мм

де Р_гц - зусилля на штоку поршня; Н

 - гідромеханічний ККД гідроциліндра

(=0.95...0.98)

 (м)

Приймаємо ГЦ стріли:

діаметр циліндра.…140 мм,

діаметр штока..........90 мм,

хід штока.................1400 мм.

 (м)

Приймаємо ГЦ рукояті:

діаметр циліндра….140 мм,

діаметр штока……..90 мм,

хід штока…………..1000 мм.

 (м)

Приймаємо ГЦ ковша:

діаметр циліндра..….180 мм,

діаметр штока.....…...110 мм,

хід штока........……....1800 мм.

3. Розрахунок та вибір гідромоторів

.1 Вибір гідромотора поворотної платформи екскаватора

Для визначення необхідного гідромотору повороту платформи, знаходимо потужність, необхідну для забезпечення повороту в заданому режимі (встановлену потужність повороту). Для цього необхідно мати наступні вихідні дані: момент інерції поворотної платформи - J_п, кутове прискорення платформи E_п, частота обертання платформи n_п. по кутовому прискоренню і моменту інерції визначається обертаючий момент, необхідний для повороту:

М_п = J_п∙Е_п, Н∙м;

де J_п - момент інерції, кг∙м²,

E_п - кутове прискорення, рад/с²;

М_п = 125·10³·0,2 = 25000 (Н∙м)

Обертовий момент приведений до вала гідромотора:

, Н∙м;

де  - гідромеханічний ККД гідромотора,

U_п - передавальне відношення механізму повороту;

;

де n_пп - частота обертання поворотної платформи,хв^-1;

Приведений обертовий момент гідромотора:

 (Н∙м)

Вибираємо гідромотор за обрахованим робочим об’ємом:

, м³;

де  - гідромеханічний ККД гідромотора,

- обертовий момент приведений до вала гідромотора;

 (м³)

По розрахованому робочим об’ємом з каталогу підбирається гідромотор, що має близький по величині робочий об’єм. З характеристики обраного гідромотора виписуємо наступні показники:

Гідромотор 310.56

·   номінальна частота обертання n_ном = 1500 об/хв;

·   перепад тиску на гідромоторі 20 МПа;

·   к.к.д. гідромотора 0.95;

^· робочий об'єм 56 см³

3.2 Вибір гідромотора пересування

Розраховане тягове зусилля, яке необхідне для пресування

екскаватора , для одного рушія:

;

де D_ф - динамічний фактор машини,

G - вага машини (H),

n_x- число рушіїв ходового обладнання;

Для вибору гідромотора розраховуємо робочий об’єм:

, м³;

де R_к - радіус ведучого колеса(зірочки),

U_пер - передатне відношення механізму пересування

(U_пер=30-50);

гідроциліндр апаратура трубопровід тиск

(м³)

По розрахованому робочим об’ємом з каталогу підбирається гідромотор, що має близький по величині робочий об’єм. З характеристики обраного гідромотора виписуємо наступні показники:

Гідромотор 310.112

·   номінальна частота обертання n_ном = 1200 об/хв;

·   перепад тиску на гідромоторі 20 МПа;

·   к.к.д. гідромотора 0.95;

·   робочий об'єм 112 см³

4. Розрахунок витрат гідродвигунів

Для визначення витрат ГМ використовують формулу

,

де Q_гм - витрата гідромотора (м³);

_роб - робоча частота обертання вала гідромотора (с^-1);

_гм - коефіцієнт корисної дії гідромотора.

6 (м³/с),

 (м³/с),

Для визначення витрат ГЦ використовують формулу

де Q_гц - витрата гідроциліндра (м³);

D_ц - діаметр поршня циліндра, м,_ц - швидкість штока, м/с,

_гц - об'ємний коефіцієнт корисної дії гідроциліндра.

 (м³/с)

 (м³/с)

 (м³/с)

5. Вибір гідронасосів

Основні вимоги при виборі насосів - забезпечення максимальних навантажень і швидкостей ГМ. Основні параметри насоса: робочий об'єм, номінальний тиск, частота обертання приводного вала, подача робочої рідини, діапазон регулювання.

Для розрахунку насоса складаємо компоновану схему до якої

включаємо всі гідродвигуни, умовно поділяємо на дві групи.

Визначаємо сумарні витрати по кожній групі і беремо найбільшу сумарну витрату. Приймаємо, що в гідросистемі буде працювати два однакові насоси.

 (л/с)

 (л/с)

 (л/с)

Витрата цього насоса визначаємо по формулі:

де n₁ - номінальна частота обертання, с^-1

V_р - робочий обсяг гідронасоса, м³

_гн - коефіцієнт корисної дії гідронасоса

 м³/с

З каталогу вибираємо ГН1 аксіально-поршневий регульованій 207.75

·   номінальна частота обертання n_ном = 1500 об/хв;

·   тиску 20 МПа;

·   к.к.д. насоса 0.95;

·   робочий об'єм 107 см³

6. Вибір трубопроводів та гідравлічної апаратури

6.1 Вибір трубопроводів

Типорозмір будь-якого трубопроводу характеризується діаметром умовного проходу D_у, приблизно рівним внутрішньому діаметру труби d.

При виконанні розрахунків умовний прохід трубопроводу

дорівнює:

;

де Q_ж - витрата рідини в трубопроводі, що розраховується;

V_ж - швидкість рідини.

Швидкість плину рідини визначають попередньо в залежності від призначення гідролінії. Для напірної гідролінії при тиску до 20 МПа швидкість дорівнює 4,25...6,8 м/с. Менше значення швидкості приймають для машин північного виконання, для звичайного виконання. Приймаємо швидкість рідини рівну 5 м/с.

мм

Приймаємо діаметр трубопроводу 25 мм у відповідності зі стандартним рядом діаметрів трубопроводів.

6.2 Вибір гідроустаткування

Для забезпечення нормальної роботи гідросистеми в різних умовах необхідна наявність додаткового гідроустаткування, такого як зворотні і запобіжні клапани, дроселі, фільтри, гідроакумулятори тощо.

Для розподілу потоку рідини від ГН до ГМ і ГЦ використовуються секційні гідророзподільники.

ГР1: D_y = 25мм

·   напірна секція 20;

·   секція 05 із блоком запобіжних клапанів для ГМ пересування і ГМ повороту платформи) (2 штуки);

·   секція 01 для керування ГІД ковша;

·   зливальна секція 30.1, що має 2 зливальних канали.

ГР2: D_y = 25мм

·   напірна секція 20;

·   секція 05 із блоком запобіжних клапанів для ГМ пересування;

·   зливальна секція 30.

Загальна витрата двох ГН за 1 хвилину дорівнює 600 л. Для фільтрації мастила з каталогу приймаємо фільтруючий елемент 1.1.63-40

ü  пропускна здатність...........400 л/хв;

ü  тонкість фільтрації..............40 мкн;

ü  номінальний тиск.............0,63 МПа;

ü  утрати тиску у фільтрі........0,050 МПа

Між гідророзподільниками знаходиться зворотний клапан (пропускає потік від ГН1 і не пропускає потік від НГ2 для сумування потоків цих двох ГН і одержання більшої сумарної витрати для більш швидкого руху штоків гідроциліндрів.

Витрата НГ1 за 1 хвилину складає 150 л.

Вибираємо зворотний клапан 62800

·   умовний прохід..........25 мм;

·   витрата...................160 л/хв;

·   перепад тисків.........0,35 МПа.

Для охолодження робочої рідини використовуються теплообмінник КМ6-СК-1.

6.3 Вибір гідробака

Ємкість гідробака призначається в 1,5-2 рази більше сумарного внутрішнього об'єму всіх елементів гідросистеми не менше 0,3 Q хвилинної подачі насоса.

V_б = (1,5…3) Q_ΣН

V_б = 1,5 300 = 450 л

Приймаємо об’єм бака рівним 500 л.

7. Перевірочний розрахунок гідроприводу

Фактична частота обертання валів ГМ дорівнює

(c^-1)

(c^-1)

Отримані значення частот обертання перевищують номінальні ( c^-1).

Визначимо швидкості ГЦ при індивідуальному і комбінованому їх включенні у роботу. Швидкість ГЦ визначається про формулі:

При одночасному включенні повороту платформи і стріли швидкість штока буде дорівнювати:

 (м/с)

Для більш швидкого пересування штока ГЦ стріли необхідно йото включати один. У даному випадку включення швидкість штока буде дорівнювати:

 (м/с)

При одночасному включенні ГЦ ковша і рукояті швидкість штока рукояті буде дорівнювати:

 (м/с)

Швидкість ковша дорівнюватиме:

 (м/с)

Для більш швидкого пересування штоків гідроциліндрів необхідно їх включати окремо. У даному випадку швидкість штока рукояті буде дорівнювати:

 (м/с)

Швидкість штока ковша дорівнюватиме:

 (м/с)

8. Вибір приводного двигуна

Потужність привідного двигуна:

де  - коефіцієнт корисної дії редуктора привода насоса

 Вт = 57 кВт

 кВт

 кВт

Відповідно до аналога приймаємо двигун ЯМЗ-236

Потужність номінальна……………….132.4 кВт

Номінальна частота обертання………35 с^-1

Кількість циліндрів……………………6

Розташування циліндрів………………V-обр.

Робочий об'єм………………………….11.15 л

Максимальний крутний момент………667 Нм

Маса двигуна…………………………..800 кг

9. Опис гідро схеми та її робота

Робоча рідина з гідробака подається регульованим аксіальне - поршневим насосом. Після чого рідина через розподільник потрапляє до гідромоторів, а згодом до гідроциліндрів.

Перший гідронасос нагнітає робочу рідину до гідророзподільника 1, що керує роботою гідромотора повороту платформи (ГМ1), одним гідромотором пересування (ГМ2) і гідроциліндрами ковша (ГЦ1). Спираючись на завдання на ковш ми встановлюємо 2 однакових гідроциліндра.

Другий гідронасос подає робочу рідину на другий гідророзподільник, що керує роботою другого ГМ пересування (ГМЗ), гідроциліндри ковша (ГЦ2) і стріли (ГЦЗ).

Загалом для забезпечення належної роботи механізму, а також правильної експлуатації на кожній нагнітальній лінії насоса встановлені запобіжні клапани для захисту від перевантаження.

Так як гідросистема екскаватора дозволяє сполучати одночасно кілька операцій: роботу ковша і рукояті, поворот платформи і роботу стріли. Для одержання більшої сумарної витрати для більш швидкого руху штоків гідроциліндрів між гідророзподільниками встановлюють зворотній клапан, що при таких операціях дає змогу сумувати потоки двох ГН. Надлишок робочої рідини від ГН1 пропускається через клапан до гідророзподільника 2 і збільшує вмісткість рідини необхідної для виконання паралельної операції.

Після чого рідина через зворотній клапан потрапляє знов до гідробака походячи або через теплообмінник (залежить від температури), або через фільтр.

Для роботи гідросистеми передбачене масло АМГ 10.

Висновок

В курсовій роботі була розроблена гідравлічна схема грейферного одноковшевого гусеничного екскаватора.

Розраховане і підібране основне (гідромотори, гідроциліндри, гідронасоси), та допоміжне (трубопроводи, запобіжні клапани, фільтри, теплообмінник та гідравлічний бак) гідравлічне обладнання.

Був підібраний приводний дизельний двигун. Правильність вибору була перевірена у розділі перевірочний розрахунок гідроприводу.

Отримана частота обертання валів гідромотора перевищує номінальну, отже, при виборі гідромотора та гідронасоса потрібні уточнення.

Список використаних джерел

2. Навроцкий К.Л. Теория і проектування гидро- і пневмомашин. - М.: Машиносторение, 1991.

3. Васильченко В.А.Гідравлічне устаткування мобільних машин. Довідник. - М. Машинобудування, 1983.

4. Донской В. М., Корнеев В. П., Маркин В. А., Филатов А. И., Справочник молодого машиниста экскаватора. - М.: Высшая школа, 1988.

5. Онищенко А.Г., Дураченко Г.Ф Гідравліка та гідропривод. Навчальний посібник. Полтава: ПолтНТУ. 2009