Реферат: Объемный гидропривод машины

1. Описание работы и свойств гидравлической схемы

В гидравлическую схему включены гидромашины (насосы, гидродвигатели), приборы, гидроаппараты, гидролинии, которые обеспечивают работу двухпо-точной объемной гидропередачи. Количество рабочих органов – 2, машины циклического действия. По заданию рабочие органы работают в цикле по 5 с. не одновременно, рабочий цикл составляет 15 с. Приводы рабочих органов – реверсивные, нерегулируемые.

1.1 Работа гидравлической системы

При электрогидравлическом управлении используют сочетание малого управляющего распределителя (пилота) с электрическим управлением и большого (силового) управляемого распределителя с гидравлическим управлением.

При подаче напряжения на обмотку одного из электромагнитов пилота его золотник перемещается, пилот становится в рабочую позицию и соединяет напорную линию с одним из торцов силового распределителя. Это приводит к постановке последнего в рабочую позицию. Жидкость большим потоком пойдет (для Р02):

Б-Н3,4-КП5-Р4-КП6-КП7-Ц – КП6-КП7-Р4-Р6-АТ-Ф1…ФЗ-Б.

Для выключения РО4 нужно убрать электросигнал с торца управляемого электрораспределителя, который переключится в нейтральное положение. Давление на торце силового распределителя исчезнет, и он встанет в нейтральное положение.

При гидравлическом управление распределителем (Р1).Элементы Н1, КП1, Р1 и М образуют силовую гидропередачу, а элементы Н2, Ф2, КП4, АК, Р2 и РЗ – систему сервоуправления. Блоки: А1 – система питания сервоуправления; А2 – колонка сервоуправления; АЗ – вторичная защита гидромотора М.

От насоса Н2 жидкость через напорный фильтр тонкой очистки Ф2 подается в колонку А2, содержащую управляющие распределители следящего действия Р2 и РЗ с мускульным управлением. При переводе, например, распределителя Р2 в рабочую позицию управляющий поток жидкости идет по пути:

Б – Н2 – Ф2 – Р2 – Р1 (под левый торец золотника). Давлением этой жидкости золотник распределителя Р1 переместится вправо, распределитель Р1 будет переведен в рабочую позицию, при которой силовой поток жидкости идет по пути:

Б – Н1 – Р1 – М – Р1 – Р6 – АТ – Ф1 – Б.

Так происходит включение гидромотора М. Если убрать усилие с рукоятки распределителя Р2, то он под действием пружины встанет в другую крайнюю позицию и жидкость из-под торца распределителя Р1 пойдет через Р2 на слив.

Пружина распределителя Р1 поставит его золотник в среднее положение и распределитель – в нейтральную запирающую позицию. Это приведет к остановке гидромотора М.

1.2 Основные свойства схемы

В схему включены два вида защиты от перегрузок:

А) Первичная защита выполнена в виде предохранительных клапанов КП1 КП5 и стоит между напорной и сливной линиями сразу за насосом (для каждой напорной линии).

Первичная защита защищает от активных перегрузок и инерционных при разгоне.

Б) Вторичная защита А3 и А5 выполнена в виде сочетания предохранительных и обратных клапанов. Она установлена между рабочими линиями после распределителя.

Вторичная защита предохраняет от реактивных, инерционных при торможении и температурных перегрузок.

Очистка жидкости производится четырьмя фильтрами. При засорении фильтров повышается давление в сливной линии, а когда давление достигнет давления настройки предохранительных клапанов КП, последние откроются и жидкость пойдет, минуя фильтры, в бак.

Для охлаждения жидкости в схеме установлен теплообменный аппарат АТ. В начале работы и при низкой температуре для прогрева рабочей жидкости АТ выключается с помощью термостата ТС, тогда жидкость пойдет в бак, минуя АТ.

Температура жидкости контролируется термометром, датчик которого стоит в баке.

2. Предварительный расчет гидропередачи. Выбор комплектующих

Цели: выбрать дизель, насосы, рабочие жидкости для зимы и для лета, гидродвигатели, трубопроводы, распределители, предохранительные клапаны.

Условия: комплектующие выбраны на основе предварительного статического расчета, выполненного при установившихся движениях рабочих органов. Нагрузки и скорости определены заданием. Температура жидкости Т/>=50/>С.

/>

Рисунок 1 – Расчетная схема к предварительному расчету

2.1 Мощность на рабочих органах

Мощность, подводимая к рабочему органу вращательного действия Р/>, Вт:

/>(1)

где />– момент сил, препятствующий вращению, Н/>м;

/>– угловая скорость РО1, рад/с.

Р/>= 25,6 />10/>/>1,56 = 33940Вт=33,9кВт

Мощность, подводимая к рабочему органу поступательного действия Р/>, Вт

/>, (2)

где />– сила на рабочем органе, Н;

/>– линейная скорость движения РО2, м/с.

/>Вт = 99.76 кВт.

2.2 Выбор первичного двигателя и номинальных давлений

Дизель выбран по необходимой мощности на его валу, которая определена через максимальную мощность рабочих органов. Так как рабочие органы работают не одновременно, то дизель выбран по большей мощности, в нашем случае, по мощности РО2 поступательного действия.

Необходимая мощность дизеля, Вт

/>

/>

Р/>= />Вт= 164,07кВт

По учебнику [2] выбран дизель ЯМЗ-238М;

Завод изготовитель: Ярославский моторный завод

Номинальная мощность: Р/>= 170 кВт;

Номинальная частота вращения вала n/>= 35 об/с.

/>

р/>= 8 />= 19,3 МПа

--PAGE_BREAK--

Для привода рабочего органа поступательно действия:

р/>= 8/>= 25,28 МПа

Номинальные давление для унификации для обеих передач назначены 20 Мпа.

/>

Р/>= />= 45.3 кВт

По учебнику принят аксиально-поршневой насос 310.112 [2].

Для рабочего органа поступательного действия РО2:

/>

Р/>= />=126,3 кВт.

По учебнику [2] выбраны 2 аксиально-поршневых насоса с наклонным диском РМНА 90/35.

Характеристики насосов представлены в таблице 1.

Так как номинальное давление принятого насоса больше номинального давления, принятого для гидропередач, то мощность на его валу уменьшаем пропорционально принятому давлению.

Р/>= />= 78.94 КВт

Необходимая частота вращения вала насоса из условия получения необходимой мощности на привод гидромотора, об/с:

/>(8)

где />– КПД насоса гидромеханический (/>= 0.95);

/>– номинальное давление гидропередачи, Па (/>= 20 />10/>Па);

/>– рабочий обьем, м/>(/>= 123/>10/>м/>),

n/>= />об/с

Необходимая частота вращения вала насоса на приводе гидроцилиндра по формуле (8):

n/>= />=20,83 об/с.

Передаточные отношения привода насоса

/>(10)

U/>=/>= 1.82

U/>=/>= 1,68

Дизель с насосом соединен через передачу.

Производительность насоса для привода и гидромотора:

/>

где />– объемный КПД насоса (/>= 0.95);

Q/>= />м/>/с.

Производительность насоса для привода гидроцилиндра:

Q/>= />= 3.6/>10/>м/>/с.

    продолжение
--PAGE_BREAK--

Таблица 1 – Технические характеристики насосов

Параметры

310.112

РМНА 90/35

Рабочий объем, см/>

112

90

Номинальное давление, МПа

20

32

Максимальное давление, МПа

35

40

Номинальная частота вращения вала, об/с

25

25

Максимальная частота вращения вала об/с

50

40

Номинальная мощность насоса на валу, кВт

56

74.5

КПД полный

0.91

0.90

КПД объемный

0.95

0.95

КПД гидромеханический

0.96

0.95

Таблица 2 – частота и производительность насосов

Параметры

РО1

РО2

Частота вращения n/>, об/с

19.2

20.83

Производительность м/>/с

2.04/>10/>/>

3.6/>10/>

2.4 Выбор гидромотора для привода РО1

Необходимая мощность на валу мотора, Вт:

Р />=/> (12)

где /> – КПД передачи (/>/>0.97);

Р/>=/>=35.7 кВт.

По справочнику [1] выбран гидромотор радиально-поршневой МР-1800

Так как выбранный гидромотор имеет номинальное давление большее, чем в гидропередаче, поэтому его паспортную номинальную мощность уменьшаем пропорционально принятому давлению.

Р/>=/>=35.64.

Рабочий объем: q/>=1809 см/>;

Давление максимальное: р/>= 25 МПа;

Давление номинальное: р/>= 21 МПа;

Частота вращения:

минимальная: n/> = 1 об/с;

номинальная: n/> = 80 об/с;

максимальная: n/> = 220 об/с;

Номинальный крутящий момент: Т/> = 5436 Н/>м;

Номинальная мощность мотора: Р/>=35.64 (уменьшенная);

КПД при номинальных параметрах

полный: />= 0.85;

гидромеханический: /> = 0.90;

Частота вращения вала выборного гидромотора, об/с:

n/>=/> (13)

где /> – расход жидкости, протекающий через мотор (/> = 2.04/>10/> м/>/с)

n/>=/>=1.07 об/с.

2.5 Выбор гидроцилиндра для привода РО2

Гидроцилиндр и передача должны обеспечивать следующие условия: сила на рабочем органе – F/>= 172 кН, скорость рабочего органа – /> =0.58 м/с, и ход рабочего органа – Х/> = />/>t/> = 0.56 />5 = 2.9 м.

    продолжение
--PAGE_BREAK--

В нашем случае скорость на рабочем органе превышает /> = 0.5 м/с, поэтому гидроцилиндр соединяется с рабочим органом через передачу. Первоначально принимаем скорость штока />= 0.8 м/с:

U/>=/> (14)

U/>=/>

Необходимый ход штока, м:

X/>=X/>/>U/>,

X/>= 2.9 />0.55 = 1.611 м.

Длина цилиндра, м:

D= />

D= />= 0.146 м.

По учебнику [2] принят гидроцилиндр для строительного и дорожного машиностроения:

D= 160 мм, d= 100 мм, Х/>= 2000 мм.

/>

Q/>= 2.04 />10/>+ 3.6 />10/>= 5.64 />10/>м/>/с;

/>– скорость во всасывающей линии, (/>= 1 м/с);

d/>= />= 0.085 м.

Толщина стенки принята в соответствии с ГОСТ 8734–75 из ряда стандартных значений равной 2.5 мм. Тогда наружный диаметр d/>будет:

/>

d/>= 85 + 2 />2.5 = 90 мм.

По справочнику [1] принят трубопровод:

d/>= 90 мм; d/>= 85 мм; />= 2.5 мм.

Подбор трубопроводов для напорных линий

Необходимый внутренний диамерт трубопровода первой линии по формуле (17) при Q/>= 2.04 />10/>м/>/с, />– скорость в напорной линии, (/>= 4 м/с);

d/>= />= 0.025 м.

/>

/>= />0.004 м.

Толщина стенки принята по ГОСТ 8734–75: />= 4 мм.

Тогда наружный диаметр по формуле (18) будет:

/>= d/>+ 2 />/>= 25 + 2 />2.5 = 30 мм.

По справочнику [3] принят трубопровод:

/>= 30 мм, d/>= 25 мм, />= 4 мм.

Необходимый внутренний диаметр трубопровода второй линии: м:

d/>= />= 34 мм.

    продолжение
--PAGE_BREAK--

Минимальная толщина стенки, м:

/>= />0.006 м.

Толщина стенки принята по ГОСТ 8734–75: />= 6 мм.

Тогда d/>= 34 + 2/>6 =42 мм.

По справочнику [3] принят трубопровод:

d/>= 46 мм; d/>= 34 мм; />= 6 мм.

2.7.3 Подбор трубопроводов для сливной линии

Необходимый внутренний диаметр сливной линии при скорости течения жидкости по ней />= 2 м/с, м:

d/>= />= 60 мм.

Толщина стенки по рекомендации [3] принята: />= 2.5

d/>= 60 + 2 />2.5 = 65 мм.

По учебнику [2] принят трубопровод:

d/>= 65 мм; d/>= 60 мм; />= 2.5 мм.

2.8 Выбор фильтров

Фильтровальная установка – общая для всех приводов машины. Ее пропускная производительность должна быть на 20% больше суммарной производительности всех насосов.

Фильтры выбраны по необходимой для насосов тонкости фильтрации, расходу жидкости и максимальному давлению.

Необходимая тонкость фильтрации 10 мкм;

Расход жидкости Q/>= 336 л/мин.

Q/>= 1.2 />Q/>,

Q/>= 1.2 />336 = 403 л/мин.

По учебнику [2] принято 3 параллельно соединенных фильтра 1.1.40.10.

Тонкость фильтрации 10 мкм.

Номинальный расход: 160 л/мин (для одного фильтра).

Выбор распределителей

Распределители выбраны по принципиальной схеме, расходу и давлению жидкости, а также по типу управления.

Распределитель Р1:

Схема – с открытым центром;

Давление – р/>= 20 МПа;

Расход – Q/>= 2.04 />10/>м/>/с = 122 л/мин.

Вид управления – гидравлическое.

Принят распределитель [3]: В.И.16.64

Распределитель Р4:

Схема – закрытый центр;

Давление номинальное – р/>= 20 МПа;

Расход Q/>= 3.6 />10/>м/>/с = 216 л/мин.

    продолжение
--PAGE_BREAK--

Вид управления – электрогидравлическое.

Принят распределитель [3]: В.ЕХ.16.44

Параметры принятых распределителей сведены в таблицу 4.

Таблица 4 – Параметры распределителей

Модель распределителя

В.И.16.64

В.ЕХ.16.44

Диаметр условного прохода, мм

16

16

Расход рабочей жидкости, л/мин:

номинальный

максимальный

125

240

125

240

Номинальное давление в напорной линии,

МПа

32

32

Вид схемы

с открытым центром

закрытым центром

Вид управления

гидравлическое

электрогидравлическое

Выбор предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны выбраны по максимальному давлению и расходу жидкости защищаемой линии. Клапаны первичной и вторичной защиты приняты непрямого действия.

Подбор клапана первичной защиты непрямого действия:

Q/> = 122 л/мин; р/>= 30 МПа.

Принят клапан [3]: МКПВ 10/2Т2П3110ХЛ4.

Q/> = 216 л/мин; р/>= 30 МПа.

Принят клапан [3]: МКПВ 20/2Т2П3110ХЛ4.

Подбор клапанов вторичной защиты непрямого действия:

Выбраны по давлению вторичной настройки: р/>= 33Мпа.

Приняты клапаны [3] МКПВ 20/2Т3П3110ХЛ4.

Параметры предохранительных клапанов сведены в таблицу 5.

Таблица 5 – Параметры предохранительных клапанов

Модель клапана

МКПВ 10/2Т2П3110ХЛ4

МКПВ 20/2Т2П3110ХЛ4

Диаметр условного прохода, мм

10

20

Расход жидкости, л/мин

номинальный

максимальный

80

160

160

400

Номинальное давление настройки, МПа

32

32

Вид действия клапана

Непрямое

прямое

/>

/>= />= 4.2 м/с.

/>

Re= />= 2856

Режим турбулентный (Re> 2330) Коэффициент линейного сопротивления определен:

/>/>=/>

/>= />= 0.043

Зная, />найдены линейные потери по формуле (23):

/>/>= 0.135 />10/>Па.

Местные потери давления:

/>

где />– коэффициент местного сопротивления:

/>= />

/>

/>

По расчетной схеме (рисунок 2) определен суммарный коэффициент />

    продолжение
--PAGE_BREAK--

/>/>=12/>0.1+17+3/>0.2+5/>0.6=24.8

Местные потери определяются по формуле (27):

/>=/>=0.195/>10/>Па

Потери давления на участке Н-ГД определены по формуле (23)

/>=0.135/>10/>+0.195/>10/>=0.330/>10/>Па

Потери давления от гидродвигателя до сливной линии:

/>=/>+/>(30)

Линейные потери давления при l=5 м:

/>=/>=0.068/>10/>Па

Коэффициент местного сопротивления:

/>=8/>0.1+2/>0.2+17+5/>0.6=21.2

Местные потери:

/>=/>=0.166/>10/>Па

Потери давления на участке ГД-СЛ определены по формуле (30):

/>=0.068/>10/>+0.166/>10/>=0.234/>10/>Па

    продолжение
--PAGE_BREAK--

Потери давления от сливной линии до бака:

/>=/>+/>/>

Скорость жидкости в сливной линии из формулы (25) при d/>=0.63 м,

Q/>=5.64/>10/>м/>/с.

/>=/>=1.7 м/с.

Число Рейнольдса по формуле (26)

Re=/>=3683

Коэффициент гидравлического трения по формуле (27):

/>/>=0.041

Линейные потери давления при l= 5 м:

/>=0.041/>/>=0.00405/>10/>Па

Коэффициент местного сопротивления на участке СЛ-Б:

/>=19/>0.1+17+7/>0.2+2/>50+1+5/>0.6=124.3

Местные потери давления

/>=0.162/>10/>Па

Суммарные потери давления:

/>0.162/>10/>+0.234/>10/>+0.330/>10/>=0.726 МПа.

Результаты по расчету потерь давления представлены в таблице 6.

Таблица 6 – Результаты расчетов потерь давления

Уча-

    продолжение
--PAGE_BREAK--

сток

Номер

Эле-

менов

L, м

D, м

/>

м/>/с

/>

м/с

Re

/>

/>

/>

/>

МПа

/>

МПа

Н-ГД

1–15

10

0.025

2.04

4.2

2856

0.043

0.135

24.8

0.177

0.330

ГД-СЛ

16–25

5

0.025

2.04

4.2

2856

0.043

0.068

21.2

0.151

0.234

СЛ-Б

26–52

5

0.065

5.64

1.7

3683

0.041

0.004

124.3

0.156

0.162

Сумма потерь давления />0.726 МПа

3.2 Вращающие моменты и силы на выходных звеньях гидродвигателей

Вращающий момент на валу гидромоторв, Н/>м:

/>, (32)

где /> – гидромеханический КПД мотора, (/>=0.95);

q/> – рабочий объем мотора, см/>, (q/>=1809 см/>);

/>Н/>м.

Сила на штоке гидроцилиндра, Н:

/>, (33)

где /> – гидромеханический КПД гидроцилиндра, (/>=0.95);

/>Мощность на выходных звеньях:

/>, (34)

/>кВт.

/>(35)

/>кВт.

Проверено обеспечение требуемой мощности на рабочих органах. Должны соблюдаться условия:

/>(36)

/>(37)

/>

/>

Условия (36) и (37) выполнены, разница значений не превышает 5%.

3.3 Передаточное отношения приводов рабочих органов

Передаточные отношения определены из условия получения требуемых сил и моментов на рабочих органах:

/>

/>

Тогда />, />

/>

/>

/>

/>

    продолжение
--PAGE_BREAK--

Сила на втором рабочем органе:

/>

где /> — передаточное отношение рабочего органа РО2:

/>=/>171.6 кН.

/>, />=0.

Относительное отклонение:

/>

Таблица 7 – Заданные и полученные характеристики приводов

Рабочий

орган

T/>F/>

/>

n/>, />

/>

Получено

Задано

получено

задано

РО1

5338

5274

1.2

1.07

1.14

3%

РО2

171.6

172

0.3

0.56

0.56

Список литературы

Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник. М., 1983.301 с.

Мокин Н.В. Гидравлические и пневматические приводы: Учебник. Новосибирск, 2004. – 354 с.

Мокин Н.В. Объемный гидропривод: Методические указания по выполнению
курсовой работы. Новосибирск, СГУПС, 1999. 39 с.

Свешников В.К. Станочные гидроприводы: Справочник. М., 1995. 448 с.

СТП СГУПС 01.01.2000. Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению. Новосибирск, 2000. 41 с.