Гидропривод роторного траншейного экскаватора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)

Пояснительная записка

ГИДРОПРИВОД РОТОРНОГО ТРАНШЕЙНОГО ЭКСКАВАТОРА

2012



Содержание

гидравлический гидропривод насос давление

Введение

Исходные данные для расчета гидропривода

Описание принципиальной гидравлической схемы

Расчет объемного гидропривода

Определение мощности гидропривода и насоса

Выбор насоса

Определение внутреннего диаметра гидролиний, скоростей движения жидкости

Выбор гидроаппаратуры, кондиционеров рабочей жидкости

Расчет потерь давления в гидролиниях

Расчет гидромотора

Тепловой расчет гидропривода

Заключение

Список литературы



Введение

Под объемным гидроприводом понимают совокупность устройств, в число которых входит один или несколько объемных гидродвигателей, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин с помощью рабочей жидкости под давлением.

Современный уровень развития строительного и дорожного машиностроения характеризуется широким применением объемного гидравлического привода. Широкое применение гидравлического привода объясняется целым рядом его преимуществ по сравнению с другими типами привода:

1. Высокая компактность при небольших массе и габаритных размерах гидрооборудования по сравнению с массой и габаритными размерами механических приводных устройств той же мощности, что объясняется отсутствием или применением в меньшем количестве таких элементов, как валы, шестеренные и цепные редукторы, муфты, тормоза, канаты и др.

2. Возможность реализации больших передаточных чисел. В объемном гидроприводе с использованием высокомоментных гидромоторов передаточное число может достигать 2000.

3. Небольшая инерционность, обеспечивающая хорошие динамические свойства привода. Это позволяет уменьшить продолжительность рабочего цикла и повысить производительность машины, так как включение и реверсирование рабочих органов осуществляются за доли секунды.

4. Бесступенчатое регулирование скорости движения, позволяющее повысить коэффициент использования приводного двигателя, упростить автоматизацию привода и улучшить условия работы машиниста.

5. Удобство и простота управления, которые обусловливают небольшую затрату энергии машинистом и создают условия для автоматизации не только отдельных операций, но и всего технологического процесса, выполняемого машиной.

6. Независимое расположение сборочных единиц привода, позволяющее наиболее целесообразно разместить их на машине. Насос обычно устанавливают у приводного двигателя, гидродвигатели - непосредственно у исполнительных механизмов, элементы управления - у пульта машиниста, исполнительные гидроаппараты - в наиболее удобном по условиям компоновки месте.

7. Надежное предохранение от перегрузок приводного двигателя, системы привода, металлоконструкций и рабочих органов благодаря установке предохранительных и переливных гидроклапанов.

8. Простота взаимного преобразования вращательного и поступательного движений в системах насос - гидромотор и насос - гидроцилиндр.

9. Применение унифицированных сборочных единиц (насосов, гидромоторов, гидроцилиндров, гидроклапанов, гидрораспределителей, фильтров, соединений трубопроводов и др.), позволяющее снизить себестоимость привода, облегчить его эксплуатацию и ремонт, а также упростить и сократить процесс конструирования машин.

Большинство СДМ - бульдозеры и рыхлители, фронтальные погрузчики и лесопогрузчики, скреперы, автогрейдеры и грейдер-элеваторы, одноковшовые универсальные и многоковшовые траншейные экскаваторы, самоходные краны, дорожные катки, бетоноукладчики, асфальтоукладчики - имеют гидравлический привод рабочих органов.



Исходные данные для расчет гидропривода

Номинальное давление в гидропривода, МПа	16,0
Крутящий момент на валу гидромотора, кН•м	0,20
Частота вращения вала гидромотора, об/с	6
Длина гидролинии от бака к насосу (всасывающей), м	0,8
Длина гидролинии от насоса к распределителю (напорной), м	6
Длина гидролинии от распределителя к гидродвигателю (исполнительной), м	5
Длина гидролинии от распределителя к баку (сливной), м	3
Переходник, шт	5
Штуцер, шт	4
Муфта разъемная, шт	3
Колено плавное 900, шт	6
Дроссель, шт	7
Температурный режим работы (окружающей среды), 0С	-25…+30

Описание принципиальной гидравлической схемы

На рисунке 1 изображена принципиальная гидравлическая схема роторного траншейного экскаватора.

Рис. 1 Принципиальная гидравлическая схема роторного траншейного эксаватора

Расчет объемного гидропривода

Определение мощности гидропривода и насоса

Полезную мощность гидродвигателя вращательного действия (гидромотора) определяют по формуле:

N_гдв=М2рn_м, (1)

где М - крутящий момент на валу гидромотора, кНм;

n_м -частота вращения вала гидромотора, с^-1.

N_гдв =0,20•2•3,14•6=7,536 кВт;

Полезную мощность насоса определяют по формуле:

N_нп= k_зу ·k_зс ·N_гдв, (2)

где k_зу - коэффициент запаса по усилию, учитывает гидравлические потери давления в местных сопротивлениях и по длине гидролиний, а также потери мощности на преодоление инерционных сил, сил механического трения в подвижных соединениях (1,1…1,2);

k_зс - коэффициент запаса по скорости, учитывает утечки рабочей жидкости, уменьшение подачи насоса с увеличением давления в гидросистеме (1,1…1,3).

N_нп=1,1·1,3·7,536=10,776 кВт.



Выбор насоса

Подачу насоса определяют по формуле:

Q_н = N_нп/ р_ном, (3)

где р_ном - номинальное давление, МПа.

Q_н = 10,776/16=0,673 дм³/с

Рабочий объем насоса определяют по формуле:

q_н = N_нп/( р_ном·n_н), (4)

где n_н - частота вращения вала насоса, с^-1 (n_н = 1500 об/мин = 25 с^-1).

q_н =10,776/(16·25)=0,027 дм³/об.

Выбираем насос НШ-32У-3 по подходящим параметрам р_ном и q_н.

По технической характеристике выбранного насоса (Таблица 1) производим уточнение действительной подачи насоса по формуле:

Q_нд = q_нд ·n_нд ·?_об, (5)

где q_нд - действительный рабочий объем насоса, дм³/об;

n_нд - действительная частота вращения насоса, с^-1;

?_об - объемный КПД насоса.



Таблица 1

Параметр	Значение
Рабочий объем, см3	32
Давление на выходе, МПа: номинальное максимальное	16 20
Давление на входе в насос, МПа: минимальное максимальное	0,08 0,15
Частота вращения вала, об/с: минимальная номинальная максимальная	16 32 40
Номинальная потребляемая мощность, кВт	21
КПД насоса	0,82
Объемный КПД	0,92
Масса, кг	5,28

Q_нд = 0,032·25·0,92 = 0,736 дм³/c.

Определение внутреннего диаметра гидролиний, скоростей движения жидкости

Зададимся скоростями движения жидкости /7/.

Для всасывающей гидролинии примем V_вс = 1,2 м/с.

Для сливной гидролинии примем V_сл = 2,0 м/с.

Для напорной гидролинии примем V_нап = 5 м/с.

Расчетное значение диаметра гидролинии определяется по формуле:

(6)

· Для всасывающей гидролинии:



Производим выбор трубопровода по ГОСТ 8734-75, при этом действительное значение диаметра всасывающего трубопровода d_вс= 28 мм.

Значение толщины стенки трубопровода примем 3 мм.

· Для сливной гидролинии:

Производим выбор трубопровода по ГОСТ 8734-75, при этом действительное значение диаметра сливного трубопровода d_сл=22 мм.

Значение толщины стенки трубопровода примем 3 мм.

· Для напорной гидролинии:

Производим выбор трубопровода по ГОСТ 8734-75, при этом действительное значение диаметра напорного трубопровода d_нап=14 мм.

Значение толщины стенки трубопровода примем 3 мм.

Действительная скорость движения жидкости определяется по формуле:

(7)

· Для всасывающей гидролинии:

· Для сливной гидролинии:

· Для напорной гидролинии:

Выбор гидроаппаратуры, кондиционеров рабочей жидкости

· Техническая характеристика секционного гидрораспределителя Р-25.160-20-01-30,:

Таблица 2

Параметр	Значение
Давление, МПа: номинальное максимальное	16 17,5
Расход рабочей жидкости, дм3/мин номинальный максимальный	160 200
Максимальное усилие для перемещения золотника из нейтральной позиции в рабочие при номинальных давлении и расходе, Н	400
Количество всех секций, собираемых в одном блоке, не более	6
Давление в сливной гидролинии, МПа, не более	0,8
Потери давления при рабочей позиции золотника, МПа, не более	0,65
Внутренние перетечки рабочей жидкости при нейтральной позиции золотника и номинальном давлении, см3/мин, не более	75…200
Потери давления в гидрораспределителе при нейтральной позиции золотников и номинальном расходе рабочей жидкости, МПа, не более: в одной секции в двух секциях в трех секциях в четырех секциях	0,25 0,38 0,52 0,68
Масса, кг	Зависит от числа секций

· Основные параметры обратного клапана типа 61300:

Таблица 3

Параметр	Значение
Условный проход, мм	25
Номинальный расход, дм3/мин	160
Масса, кг	1,83

· Основные параметры одностороннего гидрозамка 62300:

Таблица 4

Параметр	Значение
Условный проход, мм	25
Номинальный расход, дм3/мин	160
Габаритные размеры, мм	190Ч120Ч75
Масса, кг	9,47

· Основные параметры предохранительного клапана непрямого действия типа 64600:

Таблица 5

Параметр	Значение
Условный проход, мм	25
Диапазон регулирования давления, МПа	5…17,5
Расход рабочей жидкости, дм3/мин: номинальный максимальный	160 10
Масса, кг	6,5

· Основные параметры дросселей с обратными клапанами типа 62800:

Таблица 6

Параметр	Значение
Условный проход, мм	25
Номинальный расход, дм3/мин	160
Давление, Мпа номинальное максимальное	32 35
Масса, кг	3,2

· Техническая характеристика фильтра типа 1.2.25-40:

Таблица 7

Параметр	Значение
Условный проход, мм	25
Номинальный расход через фильтр, дм3/мин	63
Номинальная тонкость фильтрации, мкм	40
Номинальное давление, МПа	0,63
Номинальный перепад давления при номинальном расходе, МПа, не более	0,08
Перепад давления на фильтроэлементе при открывании перепускного клапана, МПа	0,3
Ресурс работы фильтра, ч	300
Масса сухого фильтра, кг	7,2

· В качестве рабочей жидкости примем ВМГЗ МГ-15-В(с):



Таблица 8

Параметр	Значение
Плотность при 20°С, кг/м3	865
Индекс вязкости	130…160
Вязкость при 50°С, сСт	10

Расчет потерь давления в гидролиниях

· Для всасывающей гидролинии:

Определяем число Рейнольдса по формуле:

где V_жд - действительная скорость движения жидкости в гидролинии, м/с;

d - внутренний диаметр гидролинии, м;

н - кинематический коэффициент вязкости рабочей жидкости, м²/с.

Так как полученное число Рейнольдса Re = 3360>2320, то движение жидкости во всасывающей гидролинии турбулентное.

Определяем коэффициент путевых потерь л (коэффициент Дарси) для турбулентного режима по формуле:

Потери давления по длине гидролинии (путевые) определяют по формуле:

(11)

где l - длина гидролинии, м (для всасывающей l=l_вс, для напорной l=l_нап+l_исп, для сливной l=l_сл+l_исп );

с - плотность рабочей жидкости, кг/м³.

Потери давления в местном сопротивлении ?p_м определяются по формуле:

(12)

где о - коэффициент местного сопротивления(переходник-0,12; разъемная муфта-1).

Потери давления в гидролинии определяются по формуле:

?p=?p_l + ?p_м, (13)

?p_вс =0,000729+0,00224=0,00297 МПа.

· Для напорной гидролинии:

Определяем число Рейнольдса в напорной гидролинии по формуле (8):

Так как полученное число Рейнольдса Re = 6692>2320, то движение жидкости в напорной гидролинии турбулентное.

Определяем коэффициент путевых потерь для турбулентного режима по формуле (10):

Определяем потери давления по длине гидролинии (путевые) по формуле (11):

Определяем потери давления в местном сопротивлении по формуле (12), коэффициент местного сопротивления о равен: для штуцера - 0,12; дроссель - 2,12:

Определяем потери давления в напорной гидролинии по формуле (13):

?p_нап=0,27+0,15139=0,4214 МПа.

· Для сливной гидролинии:

Определяем число Рейнольдса в сливной гидролинии по формуле (8):

Так как полученное число Рейнольдса Re = 4268>2320, то движение жидкости в сливной гидролинии турбулентное.

Определяем коэффициент путевых потерь для турбулентного режима по формуле (10):

Определяем потери давления по длине гидролинии (путевые) по формуле (11):

Определяем потери давления в местном сопротивлении по формуле (12), для угольника с поворотом под прямым углом коэффициент местного сопротивления о=1,5:

Определяем потери давления в сливной гидролинии по формуле (13):

?p_сл=0,023+0,0014649=0,024465 МПа.



Расчет гидромоторов

Мощность, потребляемую гидромотором, определяют по его основным параметрам:

(14)

где N_м - мощность гидромотора, кВт;

p_м - перепад давления на гидромоторе, Мпа;

Q_м - расход жидкости через гидромотор, дм³/об;

q_м - рабочий объем гидромотора, дм³;

n_м - частота вращения вала гидромотора, с^-1;

(15)

где p_ном - номинальное давление гидропривода;

?p_c,?p_н - потери давления в напорной и сливной гидролиниях;

Рабочий объем гидромотора находят из равенства полезной мощности гидромотора и потребляемой мощности:

где q_м - рабочий объем, дм³;

М - крутящий момент на валу гидромотора, кН•м;

p_м - перепад давления на гидромоторе, МПа.



Но значение рабочего объема гидромотора должно еще удовлетворять следующему соотношению:

Из формулы (17) вторично определяют рабочий объем гидромотора:

где q_м - рабочий объем, дм³;

Q_нд - расход жидкости, дм³/с;

n_м - частота вращения вала гидромотора, с^-1.

Среднее значение рабочего объема:

Согласно среднему значению рабочего объема и номинальному давлению гидропривода выбрали аксиально-поршневой регулируемый мотор типа 303.112. (рис. 2)



Рис. 2 Основные параметры гидромотора типа 303.112

Таблица 9

Параметр	Значение
Рабочий объем, см3: номинальный qном минимальный qmin	112 31
Диапазон регулирования рабочего объема qном/qmin	3,61
Давление на входе в гидромотор, МПа: номинальное максимальное	20 35
Давление на выходе из гидромотора, МПа: максимальное минимальное	20 0
Максимальное давление дренажа, МПа:	0,2
Давление устойчивой работы регулятора, МПа	2
Частота вращения, мин-1: номинальная (при qном) максимальная (при qном) максимальная (при qmin) минимальная (при qmin)	1200 3000 400 50
Номинальный расход, л/мин	142
Расход в линии управления, л/мин	0,2
Крутящий момент, Н•м: номинальный страгивания при qmin	338 260 93
Коэффициент полезного действия: гидромеханический полный	0,95 0,90
Время цикла регулирования, с, не менее	0,5
Допустимое количество регулирования за 1 мин	10
Характеристики рабочей жидкости: класс чистоты по ГОСТ 17216-71 кинематическая вязкость, сСт номинальная фильтрация, мкм	12…14 16…25 25
Температура окружающей среды, 0С: минимальная максимальная	-40 +40
Масса, кг	48

После выбора гидромотора определяют действительные значения частоты вращения вала и крутящего момента, развиваемого гидромотором.

Действительные значения крутящего момента и частоты вращения вала гидромотора вычисляют по формулам:

где q_мд - действительный рабочий объем гидромотора, дм³;

з_гм, з_об - гидромеханический и объемный КПД гидромотора;

Сравниваем действительные и заданные параметры по относительным величинам:

Получаем:

Допускаемые величины отклонения не допускают ± 10%.

Тепловой расчет гидропривода

Тепловой расчет гидропривода ведется на основе уравнения теплового баланса:

Q_выд=Q_отв, (23)

где Q_выд - количество тепла, выделяемого гидроприводом в единицу времени (тепловой поток), Вт;

Q_отв - количество тепла, отводимого в единицу времени, Вт;

Определяем гидравлический КПД гидропривода по формуле:

Определяем гидромеханический КПД насоса по формуле:

(25)

где ?_н - полный КПД насоса;

?_обн - объемный КПД насоса.

Определяем гидромеханический КПД гдродвигателя по формуле:

где з_гдв - полный КПД гидродвигателя;

з_обгдв - объемный КПД гидродвигателя;

Определяем гидромеханический КПД з_гм привода по формуле:

?_гм = ?_гмн· ?_гмгдв· ?_г, (27)

?_гм = 0,89·0,95·0,97 = 0,83

Определяем количество выделяемого тепла по формуле:



(28)

где ?_гм - гидромеханический КПД гидропривода;

k_в - коэффициент продолжительности работы гидропривода (k_в = 0,5);

k_д - коэффициент использования номинального давления (k_д = 0,7).

Определяем количество тепла отводимого в единицу времени от поверхностей металлических трубопроводов, гидробака при установившейся температуре жидкости по формуле:

(29)

где k_тп - коэффициент теплопередачи от рабочей жидкости в окружающий воздух, Вт/м²град (k_тп = 12 Вт/м²град);

t_ж - установившаяся температура рабочей жидкости, °С;

t₀ - температура окружающего воздуха, °С;

S_б - площадь поверхности гидробака, м²;

-суммарная площадь наружной теплоотводящей поверхности трубопроводов, м².

Суммарная площадь наружной теплопроводящей поверхности трубопроводов по формуле:



(30)

где S_нап, S_вс, S_сл - площади наружной поверхности трубопроводов напорного, всасывающего, сливного соответственно, которые находятся по формуле:

(31)

где d_i - внутренний диаметр i-го трубопровода, м;

д_i - толщина стенки i-го трубопровода, м;

l_i - длина i-го трубопровода, м.

Количество отводимого в единицу времени тепла будет равно:

Согласно уравнению теплового баланса Q_выд= Q_отв, тогда:

Объем гидробака определяется по формуле:

(33)

Минутная подача насоса Q_нд = 100,38 дм³/мин.

Так как объем гидробака V > 3Q_нд (1364 > 301,14), то требуется установка теплообменника.

В этом случае объем гидробака примем 301,14 дм³.

Следовательно, площадь гидробака будет равна:

Уравнение теплового баланса гидропривода с теплообменником:

где Q_т - количество отводимого в единицу времени тепла от теплоотводящей поверхности теплообменника, Вт;

Q_б - количество отводимого в единицу времени тепла от поверхности гидробака, Вт;

Отсюда площадь теплоотводящей поверхности теплообменника находят как:



Заключение

В курсовой работе был произведен расчет гидросистемы роторного траншейного экскаватора. Была выбрана гидроаппаратура, насос, гидромотор и гидробак с теплообменником. Отклонение действительного значения скорости и крутящего момента от заданного не превышает ±10%.

Список литературы

1. Задания на курсовую работу по гидроприводу. /Сост. Н.С.Галдин, И.А.Семенова. Омск СибАДИ, 2008. 56 с.

2. Расчет объемного гидропривода мобильных машин при курсовом и дипломном проектировании: Методические указания. /Сост. Н.С.Галдин. Омск СибАДИ, 2008. 28 с.

3. Основы гидравлики и гидропривода. / Н.С.Галдин. Омск: СибАДИ, 2006. 145с.

4. Элементы объемных гидроприводов мобильных машин. Справочные материалы.Учебное пособие: /Сост.:Н.С.Галдин; СибАДИ. Омск, 2008. 128 с.

5. Гидравлические машины, объемный гидропривод. Учебное пособие: /Сост.: Н.С.Галдин; СибАДИ. Омск, 2009. 272 с.

6. Атлас гидравлических схем мобильных машин и оборудования: учебное пособие:/Сост.: Н.С.Галдин; СибАДИ. Омск, 2010. 91 с.

Размещено на Allbest.ru

...