1. Описание работы и свойств гидравлической схемы
В гидравлическую схему включены гидромашины (насосы, гидродвигатели),приборы, гидроаппараты, гидролинии, которые обеспечивают работу двухпо-точнойобъемной гидропередачи. Количество рабочих органов – 2, машины циклическогодействия. По заданию рабочие органы работают в цикле по 5 с. неодновременно, рабочий цикл составляет 15 с. Приводы рабочих органов – реверсивные,нерегулируемые.
1.1 Работа гидравлической системы
При электрогидравлическом управлении используют сочетание малогоуправляющего распределителя (пилота) с электрическим управлением и большого(силового) управляемого распределителя с гидравлическим управлением.
При подаче напряжения на обмотку одного из электромагнитов пилотаего золотник перемещается, пилот становится в рабочую позицию и соединяетнапорную линию с одним из торцов силового распределителя. Это приводит кпостановке последнего в рабочую позицию. Жидкость большим потоком пойдет (дляР02):
Б-Н3,4-КП5-Р4-КП6-КП7-Ц – КП6-КП7-Р4-Р6-АТ-Ф1…ФЗ-Б.
Для выключения РО4 нужно убрать электросигнал с торца управляемогоэлектрораспределителя, который переключится в нейтральное положение. Давлениена торце силового распределителя исчезнет, и он встанет в нейтральноеположение.
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 – колонкасервоуправления; АЗ – вторичная защита гидромотора М.
От насоса Н2 жидкость через напорный фильтр тонкой очистки Ф2 подаетсяв колонку А2, содержащую управляющие распределители следящего действия Р2 и РЗс мускульным управлением. При переводе, например, распределителя Р2 в рабочуюпозицию управляющий поток жидкости идет по пути:
Б – Н2 – Ф2 – Р2 – Р1 (под левый торец золотника). Давлением этойжидкости золотник распределителя Р1 переместится вправо, распределитель Р1будет переведен в рабочую позицию, при которой силовой поток жидкости идет попути:
Б – Н1 – Р1 – М – Р1 – Р6 – АТ – Ф1 – Б.
Так происходит включение гидромотора М. Если убрать усилие срукоятки распределителя Р2, то он под действием пружины встанет в другуюкрайнюю позицию и жидкость из-под торца распределителя Р1 пойдет через Р2 наслив.
Пружина распределителя Р1 поставит его золотник в среднее положениеи распределитель – в нейтральную запирающую позицию. Это приведет к остановке гидромотораМ.
1.2Основные свойства схемы
В схемувключены два вида защиты от перегрузок:
А) Первичнаязащита выполнена в виде предохранительных клапанов КП1 КП5 и стоит междунапорной и сливной линиями сразу за насосом (для каждой напорной линии).
Первичнаязащита защищает от активных перегрузок и инерционных при разгоне.
Б) Вторичнаязащита А3 и А5 выполнена в виде сочетания предохранительных и обратныхклапанов. Она установлена между рабочими линиями после распределителя.
Вторичнаязащита предохраняет от реактивных, инерционных при торможении и температурныхперегрузок.
Очистка жидкости производится четырьмя фильтрами. При засорениифильтров повышается давление в сливной линии, а когда давление достигнетдавления настройки предохранительных клапанов КП, последние откроются ижидкость пойдет, минуя фильтры, в бак.
Для охлаждения жидкости в схеме установлен теплообменный аппаратАТ. В начале работы и при низкой температуре для прогрева рабочей жидкости АТвыключается с помощью термостата ТС, тогда жидкость пойдет в бак, минуя АТ.
Температура жидкости контролируется термометром, датчик которогостоит в баке.
2.Предварительный расчет гидропередачи. Выбор комплектующих
Цели: выбратьдизель, 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 скоростиопределены заданием. Температура жидкости Т/>=50/> С.
/>
Рисунок 1 –Расчетная схема к предварительному расчету
2.1Мощность 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 скоростьдвижения РО2, м/с.
/>Вт = 99.76 кВт.
2.2 Выборпервичного двигателя и номинальных давлений
Дизель выбран по необходимой мощности на его валу, котораяопределена через максимальную мощность рабочих органов. Так как рабочие органыработают не одновременно, то дизель выбран по большей мощности, в нашем случае,по мощности РО2 поступательного действия.
Необходимаямощность дизеля, Вт
/>
/>
Р/> = /> Вт = 164,07кВт
По учебнику[2] выбран дизель ЯМЗ-238М;
Заводизготовитель: Ярославский моторный завод
Номинальнаямощность: Р/> = 170 кВт;
Номинальнаячастота вращения вала n/> = 35 об/с.
/>
р/>= 8 /> = 19,3 МПа
Для приводарабочего органа поступательно действия:
р/>= 8/> = 25,28 МПа
Номинальныедавление для унификации для обеих передач назначены 20 Мпа.
/>
Р/> = /> = 45.3 кВт
По учебникупринят аксиально-поршневой насос 310.112 [2].
Для рабочегооргана поступательного действия РО2:
/>
Р/> = /> =126,3 кВт.
По учебнику[2] выбраны 2 аксиально-поршневых насоса с наклонным диском РМНА 90/35.
Характеристикинасосов представлены в таблице 1.
Так какноминальное давление принятого насоса больше номинального давления, принятогодля гидропередач, то мощность на его валу уменьшаем пропорционально принятомудавлению.
Р/>= /> = 78.94 КВт
Необходимаячастота вращения вала насоса из условия получения необходимой мощности напривод гидромотора, об/с:
/> (8)
где /> – КПД насосагидромеханический (/>= 0.95);
/> – номинальное давлениегидропередачи, Па (/> = 20 />10/> Па);
/> – рабочий обьем, м/> (/> = 123/>10/> м/>),
n/> = /> об/с
Необходимаячастота вращения вала насоса на приводе гидроцилиндра по формуле (8):
n/> = />=20,83 об/с.
Передаточныеотношения привода насоса
/> (10)
U/>=/> = 1.82
U/>=/> = 1,68
Дизель снасосом соединен через передачу.
Производительностьнасоса для привода и гидромотора:
/>
где /> – объемный КПД насоса (/> = 0.95);
Q/> = /> м/>/с.
Производительностьнасоса для привода гидроцилиндра:
Q/> = />= 3.6/>10/> м/>/с.
Таблица 1 –Технические характеристики насосовПараметры 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 насосовПараметры РО1 РО2
Частота вращения n/>, об/с 19.2 20.83
Производительность м/>/с
2.04/>10/>/>
3.6/>10/>
2.4 Выборгидромотора для привода РО1
Необходимаямощность на валу мотора, Вт:
Р />=/> (12)
где /> – КПД передачи (/> />0.97);
Р/>=/>=35.7 кВт.
Посправочнику [1] выбран гидромотор радиально-поршневой МР-1800
Так каквыбранный гидромотор имеет номинальное давление большее, чем в гидропередаче,поэтому его паспортную номинальную мощность уменьшаем пропорционально принятомудавлению.
Р/>=/>=35.64.
Рабочийобъем: q/>=1809 см/>;
Давлениемаксимальное: р/>= 25 МПа;
Давлениеноминальное: р/>= 21 МПа;
Частотавращения:
минимальная: n/> = 1 об/с;
номинальная: n/> = 80 об/с;
максимальная:n/> = 220 об/с;
Номинальныйкрутящий момент: Т/> = 5436 Н/>м;
Номинальнаямощность мотора: Р/>=35.64(уменьшенная);
КПД приноминальных параметрах
полный: />= 0.85;
гидромеханический:/> = 0.90;
Частотавращения 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 Выборгидроцилиндра для привода РО2
Гидроцилиндри передача должны обеспечивать следующие условия: сила на рабочем органе – F/>= 172 кН, скоростьрабочего органа – /> =0.58 м/с,и ход рабочего органа – Х/> = /> /> t/> = 0.56 />5 = 2.9 м.
В нашемслучае скорость на рабочем органе превышает /> =0.5 м/с, поэтому гидроцилиндр соединяется с рабочим органом черезпередачу. Первоначально принимаем скорость штока />=0.8 м/с:
U/>=/> (14)
U/>=/>
Необходимыйход штока, м:
X/>=X/>/> U/>,
X/>= 2.9 />0.55 = 1.611 м.
Длинацилиндра, 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 вовсасывающей линии, (/>= 1 м/с);
d/> = /> = 0.085 м.
Толщинастенки принята в соответствии с ГОСТ 8734–75 из ряда стандартных значенийравной 2.5 мм. Тогда наружный диаметр d/> будет:
/>
d/> = 85 + 2 />2.5 = 90 мм.
Посправочнику [1] принят трубопровод:
d/> = 90 мм; d/> = 85 мм; /> = 2.5 мм.
Подбортрубопроводов для напорных линий
Необходимыйвнутренний диамерт трубопровода первой линии по формуле (17) при Q/>= 2.04 /> 10/> м/>/с, /> – скорость в напорнойлинии, (/> = 4 м/с);
d/> = /> = 0.025 м.
/>
/> = />0.004 м.
Толщинастенки принята по ГОСТ 8734–75: /> = 4 мм.
Тогданаружный диаметр по формуле (18) будет:
/>= d/> + 2 /> /> = 25 + 2 /> 2.5 = 30 мм.
Посправочнику [3] принят трубопровод:
/>= 30 мм, d/>= 25 мм, />= 4 мм.
Необходимыйвнутренний диаметр трубопровода второй линии: м:
d/> = />= 34 мм.
Минимальнаятолщина стенки, м:
/> = />0.006 м.
Толщинастенки принята по ГОСТ 8734–75: /> = 6 мм.
Тогда d/>= 34 + 2/>6 =42 мм.
Посправочнику [3] принят трубопровод:
d/> = 46 мм; d/> = 34 мм; /> = 6 мм.
2.7.3 Подбортрубопроводов для сливной линии
Необходимыйвнутренний диаметр сливной линии при скорости течения жидкости по ней /> = 2 м/с, м:
d/> = /> = 60 мм.
Толщинастенки 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 Выборфильтров
Фильтровальнаяустановка – общая для всех приводов машины. Ее пропускная производительностьдолжна быть на 20% больше суммарной производительности всех насосов.
Фильтрывыбраны по необходимой для насосов тонкости фильтрации, расходу жидкости имаксимальному давлению.
1. Необходимаятонкость фильтрации 10 мкм;
2. Расходжидкости 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.
Тонкостьфильтрации 10 мкм.
Номинальныйрасход: 160 л/мин (для одного фильтра).
Выборраспределителей
Распределителивыбраны по принципиальной схеме, расходу и давлению жидкости, а также по типууправления.
РаспределительР1:
1. Схема– с открытым центром;
2. Давление– р/> = 20 МПа;
3. Расход– Q/> = 2.04 /> 10/> м/>/с = 122 л/мин.
4. Видуправления – гидравлическое.
Принятраспределитель [3]: В.И.16.64
РаспределительР4:
1. Схема– закрытый центр;
2. Давлениеноминальное – р/> = 20 МПа;
3. РасходQ/> = 3.6 /> 10/> м/>/с = 216 л/мин.
4. Видуправления – электрогидравлическое.
Принятраспределитель [3]: В.ЕХ.16.44
Параметрыпринятых распределителей сведены в таблицу 4.
Таблица 4 –Параметры распределителейМодель 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
Выборпредохранительных клапанов
Предохранительныеклапаны выбраны по максимальному давлению и расходу жидкости защищаемой линии.Клапаны первичной и вторичной защиты приняты непрямого действия.
Подборклапана первичной защиты непрямого действия:
1. Q/> = 122 л/мин; р/>= 30 МПа.
Принят клапан[3]: МКПВ 10/2Т2П3110ХЛ4.
2. Q/> = 216 л/мин; р/>= 30 МПа.
Принят клапан[3]: МКПВ 20/2Т2П3110ХЛ4.
Подборклапанов вторичной защиты непрямого действия:
Выбраны подавлению вторичной настройки: р/>= 33Мпа.
Принятыклапаны [3] МКПВ 20/2Т3П3110ХЛ4.
Параметрыпредохранительных клапанов сведены в таблицу 5.
Таблица 5 –Параметры предохранительных клапановМодель 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
Режимтурбулентный (Re > 2330) Коэффициент линейного сопротивления определен:
/>/>=/>
/>= />= 0.043
Зная, /> найдены линейные потери поформуле (23):
/>/> = 0.135 /> 10/> Па.
Местныепотери давления:
/>
где /> – коэффициент местногосопротивления:
/> = />
/>
/>
По расчетнойсхеме (рисунок 2) определен суммарный коэффициент />
/>/>=12/>0.1+17+3/>0.2+5/>0.6=24.8
Местныепотери определяются по формуле (27):
/>=/>=0.195/>10/>Па
Потеридавления на участке Н-ГД определены по формуле (23)
/>=0.135/>10/>+0.195/>10/>=0.330/>10/> Па
Потеридавления от гидродвигателя до сливной линии:
/>=/>+/> (30)
Линейныепотери давления при l=5 м:
/>=/>=0.068/>10/> Па
Коэффициентместного сопротивления:
/>=8/>0.1+2/>0.2+17+5/>0.6=21.2
Местныепотери:
/>=/>=0.166/>10/>Па
Потеридавления на участке ГД-СЛ определены по формуле (30):
/>=0.068/>10/>+0.166/>10/>=0.234/>10/> Па
Потеридавления от сливной линии до бака:
/>=/>+/>/>
Скоростьжидкости в сливной линии из формулы (25) при d/>=0.63 м,
Q/>=5.64/>10/> м/>/с.
/>=/>=1.7 м/с.
ЧислоРейнольдса по формуле (26)
Re=/>=3683
Коэффициентгидравлического трения по формуле (27):
/>/>=0.041
Линейныепотери давления при l = 5 м:
/>=0.041/>/>=0.00405/>10/>Па
Коэффициентместного сопротивления на участке СЛ-Б:
/>=19/>0.1+17+7/>0.2+2/>50+1+5/>0.6=124.3
Местныепотери давления
/>=0.162/>10/> Па
Суммарныепотери давления:
/>0.162/>10/>+0.234/>10/>+0.330/>10/>=0.726 МПа.
Результаты порасчету потерь давления представлены в таблице 6.
Таблица 6 –Результаты расчетов потерь давления
Уча-
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
3.2Вращающие моменты и силы на выходных звеньях гидродвигателей
Вращающиймомент на валу гидромоторв, Н/>м:
/>, (32)
где /> – гидромеханический КПДмотора, (/>=0.95);
q/> – рабочий объем мотора,см/>, (q/>=1809 см/>);
/> Н/>м.
Сила на штокегидроцилиндра, Н:
/>, (33)
где /> – гидромеханический КПДгидроцилиндра, (/>=0.95);
/> Мощность на выходных звеньях:
/>, (34)
/> кВт.
/> (35)
/> кВт.
Проверенообеспечение требуемой мощности на рабочих органах. Должны соблюдаться условия:
/> (36)
/> (37)
/>
/>
Условия (36)и (37) выполнены, разница значений не превышает 5%.
3.3Передаточное отношения приводов рабочих органов
Передаточныеотношения определены из условия получения требуемых сил и моментов на рабочихорганах:
/>
/>
Тогда />, />
/>
/>
/>
/>
Сила навтором рабочем органе:
/>
где /> — передаточное отношениерабочего органа РО2:
/>=/>171.6 кН.
/>, />=0.
Относительноеотклонение:
/>
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
Списоклитературы
1. Васильченко В.А. Гидравлическоеоборудование мобильных машин: Справочник. М., 1983.301 с.
2. Мокин Н.В. Гидравлическиеи пневматические приводы: Учебник. Новосибирск, 2004. – 354 с.
3. Мокин Н.В. Объемныйгидропривод: Методические указания по выполнению
курсовой работы. Новосибирск, СГУПС, 1999. 39 с.
4. Свешников В.К. Станочныегидроприводы: Справочник. М., 1995. 448 с.
5. СТПСГУПС 01.01.2000. Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению.Новосибирск, 2000. 41 с.