ФАЖТ РФ
Разработкапривода и системы управления путевой машины
Курсоваяработа по дисциплине «Приводы и системы управления путевой машины»
Пояснительнаязапискa
Руководитель: Разработал:студент
__________ ___________
(подпись) (подпись)
________________ ________________
(дата проверки) (дата сдачина проверку)
Краткая рецензия:
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________
_____________________________________________________
(запись о допуске кзащите) (оценка, подписи преподавателей)
2008
Содержание
1 Обзор приводов и систем управления путевых машин.Обоснование принятых схем и решений
2 Расчет параметров транспортера
3 Расчет параметров привода транспортера
4 Разработка принципиальной гидравлической схемы машины
5 Расчет параметров и подбор элементов гидропривода
6 Расчет параметров и подбор механических компонентов приводаи электродвигателей
Список использованных источников
1 Обзор приводов и системуправления путевых машин. Обоснование принятых схем и решений
Выбор типа приводаявляется одной из важнейших задач, которое необходимо решать при созданиипутевой машины. Тип привода определяется: характером загрузки привода,кинематикой перемещения, скоростью и другими характеристиками рабочего органа;условиями эксплуатации, механических воздействий, ресурсов и экономичности.
На путевых машинахприменяются три типа привода: гидравлический, электрический и пневматический.
Наиболее распространен гидравлический привод. У гидроприводанебольшие габариты и масса гидроагрегатов, простая конструкция защиты узлов отперегрузок, он легко управляется; может передавать большие усилия и мощности,обладает малой инерцией, высокой приемистостью, имеет небольшое времязапаздывания при исполнении командных сигналов, малые маховые массыгидродвигателей вращательного действия (10-12% маховых масс электродвигателейтой же мощности). Эти приводы широко применяются на путевых машинах, вытесняяпневмо- и электроприводы.
Недостатки гидропривода:большая жесткость внешних характеристик, требует высокой точности изготовленияэлементов (возможны утечки рабочей жидкости), проникновение воздуха в рабочуюжидкость с нарушением равномерного движения гидроагрегатов.
Существуют объемные игидродинамические гидроприводы, В первых в качестве выходного звена используютгидроцилиндры (путеукладчики, шпалоподбивочные машины и др.) и гидродвигатели.Гидродинамические приводы применяются для передачи и изменения крутящегомомента в ходовых трансмиссиях мотовозов и дрезин.
Наиболее распространенныеобъемные гидроприводы по системе питания насосов – открытые, закрытые икомбинированные.
Открытая система проста,обеспечивает хорошие условия для охлаждения и отстоя жидкости, но в нейвозможна кавитация, в нее проникает воздух; она имеет большие габариты. Узакрытой системы давление при всасывании выше атмосферного, что предотвращаеткавитацию и позволяет использовать скоростные малогабаритные насосы. Исключенопопадание воздуха в систему. Закрытая система сложнее; в ней хуже охлаждаетсярабочая жидкость. В комбинированной системе часть отработавшей жидкости в гидродвигателесливается в резервуар, а другая часть вместе с жидкостью, подаваемой подпиточнымнасосом, поступает в основной насос.
Электрический привод широко применяют на путевых машинах.Используют двигатели переменного и постоянного тока. Наиболее распространеныэлектродвигатели переменного тока асинхронные с короткозамкнутым ротором. Дляпоступательного перемещения рабочих органов путевых машин широко используютсочетание электродвигателя, редуктора (червячного, конического,цилиндрического) и винта. Такой привод установлен на электробаластерах,выправочно-подбивочно-отделочных машинах, щебнеочистительных машинах. Егодостоинства – простота, надежность, реверсивность, компактность при большойнагрузочной способности, возможность обеспечения большой точности перемещений,а также автоматизации управления рабочим органов. Недостатки – большие потерина трение и низкий К.П.Д., невозможность применения при больших скоростях перемещения.
Пневматический привод применяют на снегоочистительных, снего-и землеуборочных машинах, стругах, путеизмерителях, рельсошлифовальных вагонах.На прицепных машинах, перемещаемых локомотивом, сжатый воздух и пневмоприводупоступает от компрессора локомотива, в результате чего на путевой машине нетсиловой установки и компрессора, что упрощает и удешевляет конструкцию машины,облегчает уход и обслуживание. На самоходных машинах устанавливают компрессор.
Пневмосистема путевой машины состоит из подводящих воздухопроводов,соединенных с локомотивом, предохранительных клапанов, кранов управления,разводящих трубопроводов, пневмоцилиндров и пневмодвигателей. Пневмоприводпрост и дешев. Его недостатки – громоздкость исполнительных механизмов и малаяскорость движения поршня.
Принимая во внимание вышеизложенное, а также ориентируясь наисходные данные и условия работы, выбор останавливаем на гидравлическом приводе.Это позволит выполнить все поставленные для разработки условия, а такжедостаточно просто увяжется с системой управления.
Под системой управления понимается совокупность устройств исхемных решений для разрешения вопросов управления приводами и их защитой отнерабочих нагрузок. В задании оговорено, что следует предусмотреть защиту: 1)при наезде рабочим органом (транспортером) на препятствие; 2) от включениятранспортера, если он не установлен в рабочее положение.
2 Расчет параметровтранспортера
Цель расчета:
— определениепроизводительности транспортера;
— расчет параметров ивыбор ленты, барабана и роликоопор.
Условия расчета:
— гидроцилиндр измененияугла наклона транспортера закрепляется на его середине;
— угол наклонатранспортера при переводе из транспортного положения в рабочее (max) равен />;
— Транспортер имеетжелобчатое сечение с углом наклона боковых роликов 20˚.
/>
Рисунок 1 – Схема дляопределения параметров транспортера
Производительностьтранспортера Q, />[2]:
/>, (1)
где /> скорость путевой машины, />230 м/с; А – площадь вырезаемого балласта:
/>, (2)
где в – ширина вырезкибалласта, в=1,8м; h – глубинавырезки балласта, h=0,75м.
/>.
Производительность П, т/ч[2]:
/> (3)
где /> — плотность щебня сзагрязнителями, />.
/>
Ширина ленты притранспортировании насыпных грузов В, м [ ]:
/>, (4)
где /> — скорость ленты,предварительно принимаем по [2], />; k=240 – коэффициент, зависящий от угла естественного откосагруза [2]; />=0,9– коэффициент, зависящий от угла наклона транспортера.
/>м.
Принята стандартная шириналенты В=1200мм.
Принята конвейерная лента:Лента – 2.1 – 1200 – 4 – БКНЛ – 100 – 6 – 2 ГОСТ 20 – 85(лента типа 2.1 общегоназначения с шириной 1200мм, с четырьмя прокладками из ткани БКНЛ – 100, столщины резиновой обкладки рабочей поверхности />мм и нерабочей />мм).
Уточнена скорость ленты />, м/с:
/>, (5)
где В – ширина ленты порасчету, м; /> -стандартная ширина ленты, м.
/>м/с.
Диаметр барабана />, мм [ ];
/>, (6)
где к=140 – коэффициентдля определения диаметра приводного барабана; z- число прокладок в ленте.
/>мм.
Принят стандартныйдиаметр барабана />мм по ГОСТ 22644.
По насыпной плотностищебня, ширине ленты и области применения принята роликоопора [ ]: Роликоопора Ж120 – 159 – 20 ГОСТ 22645 – 77 (роликоопора верхняя желобчатая типа Ж для лентышириной 120 см, с диаметром ролика 159 мм и углом наклона бокового ролика />).
3 Расчет параметровпривода транспортера
Цель расчета: определениемощностей привода транспортера, поворота и наклона транспортера.
Условие расчета:обеспечение на рабочих органах тягового усилия, момента для поворота и силы длянаклона транспортера.
Мощность приводатранспортера />, кВт [2]:
/>, (7)
где /> — тяговое усилиетранспортера, Н[2]; />=0,93 – кпд приводного барабана.
/>, (8)
где ω=0,04 –коэффициент сопротивления; />-горизонтальная проекция длиныконвейера, м:
/>м;
q – погонная масса груза, кг/м:
/>, (9)
где /> — площадь поперечногосечения груза на транспортере, />:
/>;
/> — погонная масса движущихся частейконвейера, кг/м:
/>, (10)
где /> — погонная масса ленты,кг/м:
/>, (11)
где ρ=1100кг/м –плотность ленты; В – ширина ленты, м; δ – толщина ленты, м.
/>;
/> — погонная масса вращающихсячастей рабочей ветви; /> — погонная масса вращающихсячастей холостой ветви;
/>
H – высота подъема груза, м:
/> м.
/>.
/>кВт.
Мощность привода поворотатранспортера />, кВт [2]:
/>, (12)
где/> — крутящиймомент, />; /> — угловая скорость, />.
/>/>.
Мощность привода наклонатранспортера />, кВт [2]:
/>, (13)
где/> — силана штоке гидроцилиндра, />;/>-скорость штока, />.
/>
Рисунок 2 – Схемадля определения силы наштоке гидроцилиндра
Сумма моментовотносительно точки подъема транспортера:
/>
/>;
Отсюда, />.
/>;
/>;
/>.
/>.
/>.
4 Разработкапринципиальной гидравлической схемы машины
В данной курсовой работе разработанадвухпоточная схема гидропривода машины. Эта схема изображена на чертеже ППММ511.26.00.00.00.ГЗ.
Машина имеет три рабочихоргана:
Рабочий органвращательного действия — РО1, имеющий привод от гидромотора, рабочий орган поступательногодействия — РО2, приводимый в действие гидроцилиндром, рабочий органвращательного действия РО3, приводимый гидромотором.
Гидродвигатели приводятсяв движение от гидронасосов. Машина имеет два гидронасоса.
В приводе рабочих органовиспользуются распределители:
В приводе РО1распределитель с закрытым центром, управление электрогидравлическое, в приводеРО2 распределитель предназначенный для гидрозамка, управление электрическое, вприводе РО3 – с закрытым центром, управление электрическое.
Наличие у распределителейсервоуправления значительно облегчает работу машиниста.
Для включения в работу РО1машинист нажатием на кнопку управления распределителя Р1, подает напряжение наобмотку электромагнита распределителя, распределитель переключается в рабочуюпозицию и направляет поток жидкости к гидромотору М1. Жидкость идет через элементы: Б-Н1-Р1-М1-Р1-ТС- АТ-Ф-Б
Для остановки рабочегооргана РО1 машинист, повторным нажатием на кнопку управления Р1, размыкаетэлектрическую цепь обмотки электромагнита, в этот момент Р1 переключается внейтральную запирающую позицию, срабатывает клапан первичной защиты КП1,автоматически переводимый в режим переливного. Жидкость от насоса идет через элементы: Б- Н1-КП1-ТС-АТ-Ф-Б.
При включении в работу РО2машинист нажатием на кнопку управления распределителя Р2, подает напряжение наодну из обмоток электромагнитов распределителя, распределитель переключается врабочую позицию и направляет поток жидкости к гидроцилиндру Ц. Жидкость идетчерез элементы: Б-Н2-Р2-ГЗ-Ц-ГЗ -Р2 -ТС- АТ-Ф-Б
Для остановки рабочегооргана РО2 машинист, повторным нажатием на кнопку управления Р2, размыкаетэлектрическую цепь обмотки электромагнита, в этот момент Р2 переключается внейтральную запирающую позицию, срабатывает клапан первичной защиты КП2,автоматически переводимый в режим переливного. Жидкость от насоса идет через элементы: Б- Н2-КП2-ТС-АТ-Ф-Б.
Для фиксациигидроцилиндра Ц в определенном положении при нейтральной позиции распределителя,в схему введен гидрозамок ГЗ.
Включение рабочего органаРО3 аналогично включению РО2.
Для защиты элементовсистемы от инерционных перегрузок при торможении, а также от реактивныхперегрузок, которые могут возникнуть в запертых гидродвигателях М1, М2 и Ц, всхему включены клапаны вторичной защиты ОПК1, ОПК2 и блок БОПК3, состоящий изобратно – предохранительных клапанов. Давление настройки клапанов вторичнойзащиты выше давления настройки первичной защиты на 2МПа.
Вторичная защита РО1 и РО3 установлена между силовыми линиямигидродвигателя за распределителем. Вторичная защита РО2 установлена междугидродвигателем и гидрозамком.
Клапан ОПК1 срабатывает, в момент торможения РО1, когда валгидромотора вращается по инерции, мотор переходит в режим насоса. Тогдажидкость идет через элементы:
/>
Клапан ОПК2 срабатывает при перегрузке в поршневой полости.Жидкость идет через элементы:
/>
/>
Блок БОПК3 срабатывает в момент торможения РО3, когда вал гидромоторавращается по инерции, мотор переходит в режим насоса. Тогда жидкость идет черезэлементы:
/>/>
Гидросистема защищена отактивных и инерционных перегрузок с помощью клапанов первичной защиты КП1 иКП2. При срабатывании КП1 рабочая жидкость идёт: Б -Н1-КП1-ТС-АТ-Ф1-Б, при этомгидромотор и рабочий орган останавливаются.
Данный клапан являетсяуправляемым, непрямого действия. Клапан подсоединяется входом к напорной линиинасоса, а выходом со сливной линией, до фильтра.
Работа клапана КП2аналогична работе КП1.
Для охлаждения рабочейжидкости в летний период в сливную линию перед блоком фильтров включёнтеплообменный аппарат АТ, который поддерживает температуру РЖ />+70 0С.
Перед АТ установлентермостат. Он срабатывает при повышении температуры жидкости выше +50 0С инаправляет ее поток через АТ.
Установка манометров МН1и МН2 позволяет машинисту контролировать давление в напорных линиях.Температура контролируется с помощью термометра Т, установленного в баке Б.
Чистота РЖ обеспечиваетсянепрерывной фильтрацией полнопоточным фильтром Ф1. Засоренность фильтрамашинист может контролировать при помощи контрольной лампы, связанной сдатчиком, установленном в фильтре.
Для диагностированиягидроаппаратуры машины в гидросхему включены быстроразъемные соединения БР1–БР9.
Заправка бака рабочейжидкостью осуществляется внешним насосом, через фильтр.
5 Расчет параметров иподбор элементов гидропривода
Цель расчета: определениепараметров и выбор дизеля, насоса, гидродвигателей, рабочей жидкости,трубопроводов, распределителей, фильтров, предохранительных клапанов и другихэлементов.
Условие расчета:обеспечение на рабочих органах заданных движущих сил, вращающих моментов,скоростей и перемещений при установившейся работе гидродвигателей и оптимальнойтемпературе рабочей жидкости.
Определение номинальногодавления. Выбор насосов и их параметров
Номинальное давление длянасоса привода транспортера, МПа:
/> (14)
где /> - мощность привода транспортнра, кВт.
/>.
Номинальное давление длянасоса привода поворота транспортера, МПа:
/>.
Номинальное давление длянасоса привода наклона транспортера, МПа:
/>.
Принято номинальноедавление из наличия комплектующих />.
Мощности приводовнасосов, кВт:
/> (15)
приводпутевой машина транспортер
где η=0,75 –значение полного кпд новой гидропередачи.
/>кВт;
/>кВт;
/>кВт.
Для приводов выбран аксиально-поршневойнасоса 310.28. Для привода поворота и наклона аксиально-поршневой насоса 310.12.Насос выбран по необходимой мощности на их валу. Характеристики насосов сведеныв таблицу 1.
Таблица 1 –Характеристики аксиально-поршневых насосов с наклонным диском Параметры 310.28 310.12
Рабочий объем, /> 28 11,6
Давление на выходе, МПа:
номинальное
максимальное
20
30
20
30
Частота вращения вала, об/с:
минимальное
номинальное
максимальное
6,7
32
50
6,7
40
66,7 Номинальная мощность насоса на валу, кВт 18,5 10 Производительность, л/мин 0,85 0,44
КПД:
насоса полный
насоса объемный
0,91
0,95
0,91
0,95 Необходимаячастота вращения вала насоса, которая обеспечивает требуемую мощность, />, об/с:
/> , (16)
где/> -необходимая мощность привода насоса на его валу, Вт; /> - рабочий объём насоса, м3; /> — объёмный КПДнасоса; /> — номинальное давление; /> — полный КПД насоса.
/>об/с;
/>об/с;
/>об/с.
Проверимполученную частоту по условию:
/> (17)
НасосН1: 6,7
НасосН2: 6,7
НасосН3: 6,7
Производительность,выбранных насосов />, м3/с:
/>, (18)
/> м3/с;
/> м3/с;
/> м3/с.
Выбор гидромотора приводатранспортера
Необходимаямощность на валу мотора/>, кВт:
/>, (19)
где/> — КПДпривода рабочего органа; /> — мощностьпривода транспортера.
/>;
/>.
По мощности на валумотора выбраны моторы аксиально-поршневые с наклонным диском типа 310.28 дляпривода конвейера, для привода наклона конвейера 310.12.
Таблица 2 –Характеристика мотора аксиально-поршневого с наклонным диском типа 310.28Параметры 310.28 310.12 310.12 310.28
Рабочий объем, /> 28 11,6 11,6 28
Давление на входе, МПа:
номинальное
максимальное
20
35
20
32
20
32
20
35
Частота вращения вала, об/с:
минимальное
номинальное
максимальное
0,83
32
79
0,83
40
100
0,83
30
62,5
0,83
32
79 Номинальная мощность мотора на валу, кВт 16,7 9 25 16,7 Расход номинальный, л/мин 56,6 29 85 56,6 Вращающий момент номинальный, Н·м 84 35 135 84
КПД:
насоса полный
насоса гидромеханический
0,91
0,96
0,91
0,96
0,91
0,96
0,91
0,96
Частотавращения вала гидромотора />,об/с:
/>, (20)
где/> — КПДмотора объемный.
/>/>.
/>
Должнособлюдаться условие:
/> (21)
0,83
0,83
Выбор гидроцилиндрапривода наклона транспортера
При наклонетранспортера гидроцилиндр работает на выдвижение, должно соблюдаться условие:
/>, (22)
где /> — кпд цилиндрагидромеханический; /> — сила на штокегидроцилиндра, Н; /> — диаметрпоршневой полости гидроцилиндра, м.
Решая данноеуравнение относительно диаметра D,подберем цилиндр для передачи.
/>. (23)
/>м.
Так как цилиндры с даннымдиаметром не выпускают, то, учитывая ход поршня, принят стандартныйгидроцилиндр ГЦО – 50х32х630 со следующими параметрами: />; />; />, при />, с креплением на проушине.
Выбор рабочей жидкости
Таблица 3 –Характеристики рабочих жидкостейХарактеристики МГ-15-В МГ-46-В Плотность при температуре +50˚С, кг/м3 855 890
Кинематическая вязкость при +50˚С, /> 10 28 Температура застывания, ˚С -60 -35 Температурные пределы применения, ˚С -40…+65 +5…+85 Условия применения При отрицательных температурах воздуха При положительных температурах воздуха
Выбор трубопроводов
Необходимый внутреннийдиаметр трубопровода />, м:
/> , (24)
где /> - производительностьсоответствующего насоса, м3/с; />допустимая скорость теченияжидкости.
Выбор напорныхтрубопроводов: />=5 м/с.
/>
/>
/>Необходимая толщина стенки/>, м:
/> (25)
где /> - внутренний диаметр; /> — допускаемоенапряжение разрыва; /> — предел прочности (для стали 20 />); /> — максимальноедавление жидкости, МПа .
Принято />, тогда />
/>
Принята стандартнаятолщина стенки />
Наружныйдиаметр напорного трубопровода />, м:
/>, (26)
/>.
Внутренний диаметрнапорного трубопровода />, м:
/>.
Выбор сливныхтрубопроводов: />=2 м/с.
/>, (27)
где — />-суммарнаяпроизводительность насосов.
/>.
Принята стандартнаятолщина стенки />
/>.
Принят стандартныйнаружный диаметр />= 32мм.
Внутренний диаметрсливного трубопровода />, м:
/>.
Внутренний диаметрсливного трубопровода />.
Выбор всасывающихтрубопроводов: />=1 м/с.
/>.
Принята стандартнаятолщина стенки />
/>.
Принят стандартныйнаружный диаметр />= 51мм.
Внутренний диаметрвсасывающего трубопровода />, м:
/>.
Выбор распределителей
Распределители выбраны из каталогафирмы Rexroth.Параметры выбранных распределителей сведены в таблицу 4.
Таблица 4– Техническиехарактеристики распределителей.Обозначение на схеме Р1 Р2 Р3 Модель распределителя WE4 1XEA WE6 6X J WE6 6X E Расход рабочей жидкости, л/мин: до 25 до 80 до 80 Максимальное давление в напорной линии, МПа 21 35 35 Вид схемы
ЕА
с закрытым центром
J
для гидрозамка
Е
с закрытым центром Вид управления Электрическое Электрическое Электрическое
Выбор фильтров
Выбраны фильтры посуммарному расходу жидкости, тонкости фильтрации и максимальному давлению.Также фильтры и их количество выбраны из условия, что пропускная способностьдолжна быть на 20% больше суммарной производительности насосов.
/>
Выбран фильтр 1.1.25 – 25
Таблица 5 –ХарактеристикафильтровМарка фильтра 1.1.25-25 Тонкость фильтрации, мкм 25 Номинальный расход, л/мин 63 Количество фильтров 1
Выбор предохранительныхклапанов
Выбор клапана первичнойзащиты:
Qн1=8,2л/мин; />/>.
Принят клапан: МКПВ 10/3 Т 2ПЗ ХЛ4
Qн2-3=61,8л/мин; />/>.
Принят клапан: 20-20-1-133
Таблица 6 — Параметры предохранительных клапанов.Модель клапана МКПВ 10/3 Т 2 ПЗ ХЛ4 Диаметр условного прохода, мм 20 Расход жидкости, л/мин 20…40 Номинальное давление настройки, МПа 20 Вид действия клапана Не прямое Исполнение по монтажу Резьбовое коническое Исполнение по управлению Магнит постоянного тока 24В
Выбор клапана вторичнойзащиты:
Предохранительныеклапаны вторичной защиты выбраны по максимальному давлению и расходу жидкости впредохраняемой линии.
Принято два обратно –предохранительных клапана ОПК 16 и блок обратно – предохранительных клапановтипа: БОПК 16.1 – 01 [2].
Параметрыпредохранительных клапанов сведены в таблицу 7.
Таблица 7 — Параметры предохранительных клапанов.Модель клапана БОПК 16.1 — 01 ОПК 16 Диаметр условного прохода, мм 16 16 Расход жидкости, л/мин 3…120 3…120 Номинальное давление настройки, МПа 24 24
Выбор дросселя
Выбран дроссель порасходу и давлению: DV12.1.1X.M
Таблица 8 –Характеристика дросселя DV12.1.1X.MМарка дросселя DV12.1.1X.M Размер 12 Номинальный расход, л/мин 90 Максимальное рабочее давление, МПа 35
Выбор гидрозамка
Гидрозамок принят подавлению и расходу: Z2S6 – 6X.
Таблица 9 –Характеристика гидрозамка Z2S6 – 6XМарка гидрозамка Z2S6 – 6X Рабочее давление максимальное, МПа 31,5 Максимальный расход, л/мин 90
Выборрукавов высокого давления
Для напорных и сливных линийприняты рукава высокого давления. Исходными данными будут являться внутренниедиаметры трубопроводов.
Для Н1: />;
Для Н2: />.
По внутреннемудиаметру выбраны рукава резиновые высокого давления с металлическиминавивками неармированные ГОСТ 25452-90:
Рукав 16 х 27,6 – 100 – ХЛ ГОСТ25452-90.
Рукав 12 х 23,6– 105 – ХЛ ГОСТ 25452-90.
6 Расчет параметров иподбор механических компонентов привода и электродвигателей
Цель расчета: определениепараметров и выбор электродвигателей, редукторов.
Условия расчета:обеспечение необходимой частоты вращения, момента и передаточных чисел.
Подберем редуктор для приводатранспортера. Исходными данными будут являться мощность привода транспортера />кВт; частота вращения валагидромотора n=32,1об/с=1920 об/мин; момент на валу гидромотора М=35 Н/>м.
Частота вращениябарабана транспортера, об/мин [2]:
/>, (28)
где /> — скоростьленты, м/с; />-диаметр барабана, м.
/>.
Передаточноечисло:
/>, (29)
где /> — момент набарабане.
/>.
Список использованныхисточников
1 Н.В. Мокин. Гидравлические ипневматические приводы. Новосибирск, СГУПС, 2004. 354 с.
2 Кузьмин А.В., Марон Ф.Л. Справочникпо расчетам механизмрв подъемно – транспортных машин. – 2-е изд. – Мн.: 1983. –350 с.
3 СТО СГУПС 1.01СДМ.01-2007. Системауправления качеством. Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению.Новосибирск, 2007. 60 с.