авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

«Н.С. Галдин ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ, ОБЪЕМНЫЙ ГИДРОПРИВОД Учебное пособие Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Сибирская государственная ...»

-- [ Страница 4 ] --

Sшт – рабочая (эффективная) площадь штоковой полости гидроцилиндра, м2, S шт (D d 2 ), d – диа здесь метр штока.

Из формулы (5.8) найдем давление за дросселем, при этом давление в сливной гидролинии ввиду его малости примем равным нулю. Получим:

F p2 (5.9).

Sп Из формулы (5.9) видно, что давление за дросселем р прямо пропорционально нагрузке, приложенной к штоку гидроцилиндра.

С учетом формул (5.7), (5.9) можем записать выражение для скорости движения штока гидроцилиндра при рабочей поршневой полости:

S др 2 F V р1. (5.10) Sп Sп При увеличении нагрузки F давление р2 возрастает, а пе репад давления на дросселе уменьшается, что приводит к снижению скорости движения штока. Следовательно, в гид роприводе с дросселем на входе скорость движения выход ного звена не постоянна, а изменяется в зависимости от на грузки. Такие гидроприводы наиболее целесообразно приме нять в машинах с постоянной нагрузкой.

Гидроприводы с дросселем, установленным на входе в гидродвигатель, не пригодны для работы в режимах с отри цательными нагрузками.

Принято считать нагрузку отрицательной, если ее на правление совпадает с направлением движения штока гидро цилиндра. Под действием отрицательной нагрузки скорость штока может увеличиться на столько, что произойдет разрыв сплошности потока жидкости в рабочей полости гидроци линдра и движение поршня станет неуправляемым, так как в сливной гидролинии отсутствуют тормозные или демпфи рующие устройства. Такие гидроприводы нельзя применять в грузоподъемных машинах.

К недостаткам рассматриваемого гидропривода можно отнести низкий КПД привода ( 0,36) и нагрев гидродви гателя рабочей жидкостью, поступающей в него после дрос селирования через дроссель.

На рис. 5.3, б показана принципиальная схема гидропри вода с дросселем ДР, установленным на выходе из гидроци линдра Ц.

Давление р1 в напорной гидролинии поддерживается по стоянным переливным клапаном КП. Давление в штоковой полости определяется (без учета сил трения и инерции) из условия равновесия подвижных частей:

p1S п р шт S шт F, (5.11) где р1 – постоянное давление в поршневой полости, Па;

pшт – давление в штоковой полости, Па;

Sп, Sшт – рабочие площади поршневой и штоковой полостей гидроцилиндра соответст венно, м2;

F – усилие на штоке, Н.

Из формулы (5.11) найдем давление перед дросселем pшт:

Sп F pшт р1. (5.12) Sшт Sшт Перепад давления на дросселе p др при отсутствии дав ления за дросселем (ввиду его малости) можно принять рав ным pшт, т.е.

p др p шт. (5.13) С учетом формул (5.7), (5.12) и (5.13) запишем выраже ние для скорости движения штока гидроцилиндра при рабо чей поршневой полости:

Sдр 2 Sп F V р1. (5.14) Sп Sшт Sшт Полученное уравнение (5.14) аналогично уравнению (5.10). Механические характеристики гидропривода с после довательным включением дросселя показаны на рис. 5.4, а.

Характеристики построены для разных рабочих проход ных сечений дросселя (Sдр max Sдр1 Sдр2). Общую точку FТ для семейства характеристик определяют при максимальной нагрузке, когда скорость движения штока равна нулю.

Преимуществом гидропривода с дросселем на выходе яв ляется то, что обеспечивается его работоспособность при знакопеременной нагрузке благодаря двусторонней жестко сти гидродвигателя.

Тепло, выделяющееся при дросселировании жидкости, отводится непосредственно в гидробак, минуя гидродвига тель и другие элементы гидропривода.

Однако гидропривод с дросселем на выходе менее эко номичен по сравнению с дросселем на входе гидродвигателя, так как часть мощности гидропривода затрачивается на пре одоление противодавления. По этой схеме также не обеспе чивается постоянство скорости движения выходного звена при изменении нагрузки.

Рис. 5.4. Механические характеристики гидроприводов с дроссельным регулированием На рис. 5.3, в показана схема гидропривода с дросселем ДР, установленным на ответвлении (параллельно гидроци линдру Ц). В этой схеме поток рабочей жидкости, создавае мый насосом, разделяется на два параллельных потока, один из которых поступает по напорной гидролинии через гидро распределитель Р в гидроцилиндр, а второй поток жидкости через дроссель поступает в гидробак.

Для предохранения гидропривода от давления, превы шающего допустимое, в напорной гидролинии установлен предохранительный клапан КП. Отличительной особенно стью этого гидропривода является отсутствие переливного клапана, т.е. в этом случае давление в напорной гидролинии переменно и зависит от нагрузки на гидродвигатель.

Расход рабочей жидкости, подводимой к гидроцилиндру, можно определить по формуле Q ц Q н Q др, (5.15) где Qц – расход жидкости, поступающей в гидроцилиндр;

Qн – подача насоса;

Qдр – расход жидкости через дроссель.

Скорость движения штока гидроцилиндра при поршне вой рабочей полости определяется по формуле Q ц Q н S др V p др, (5.16) S п Sп Sп где p др – перепад давления на дросселе, p др = рп – рс здесь рп – давление перед дросселем, рс – давление за дросселем (в сливной гидролинии), рс 0.

Давление перед дросселем рп зависит от внешней нагруз ки F и определяется (давление в сливной гидролинии не учи тывается) по формуле F pп (5.17).

Sп С учетом формул (5.16), (5.17) запишем выражение для определения скорости выходного звена с параллельным включением дросселя:

Qн Sдр 2 F V (5.18).

Sп Sп Sп Следовательно, скорость движения выходного звена за висит от настройки дросселя (площади его рабочего проход ного сечения) и внешней нагрузки. При постоянной нагрузке скорость максимальна при полностью закрытом дросселе, т.е. при площади рабочего проходного сечения дросселя, равной нулю: Sдр 0.

По мере открытия дросселя (увеличения площади дрос селя Sдр) скорость движения выходного звена будет умень шаться. На рис. 5.4, б приведены механические характери стики гидропривода с параллельно установленным дроссе лем, построенные для разных рабочих проходных сечений дросселя (Sдр max Sдр1 Sдр2). Общую для семейства харак теристик точку V0 определяют при отсутствии нагрузки, т.е.

при F = 0 (режим холостого хода).

Скорость движения выходного звена при одной и той же площади рабочего проходного сечения дросселя уменьшает ся с увеличением внешней нагрузки. Эта зависимость явля ется общим недостатком всех гидроприводов, в которых применяются регулируемые дроссели.

Гидроприводы с дросселем на ответвлении имеют высо кий КПД и более экономичны по сравнению с гидроприво дами с последовательным включением дросселя, так как мощность такого привода зависит от нагрузки. Кроме того, меньше нагрев жидкости. Недостатком является пониженная жесткость и невозможность регулирования скорости при от рицательных нагрузках.

Вопросы для самоконтроля 1. Назначение объемного гидропривода.

2. Из каких элементов состоит объемный гидропривод?

3. Какими способами можно регулировать скорость дви жения выходного звена гидропривода?

4. В чем заключаются особенности объемного (машинно го) способа регулирования скорости движения выходного звена гидропривода?

5. Какими способами можно осуществлять объемное ре гулирование скорости движения выходного звена гидропри вода?

6. От каких параметров зависит скорость движения вы ходного звена гидропривода при объемном способе регули рования скорости движения выходного звена гидропривода?

7. Как изображается на гидравлических схемах регули руемый насос?

8. Как изображается на гидравлических схемах регули руемый гидромотор?

9. В чем заключаются особенности дроссельного способа регулирования скорости движения выходного звена гидро привода?

10. Где может устанавливаться дроссель при дроссельном способе регулирования скорости движения выходного звена гидропривода?

11. От каких параметров зависит скорость движения вы ходного звена гидропривода при дроссельном способе регу лирования скорости движения выходного звена гидроприво да?

12. Что понимается под диапазоном регулирования ско рости движения выходного звена гидропривода?

13. Как изображается на гидравлических схемах дрос сель?

14. Достоинства и недостатки дроссельного способа ре гулирования скорости движения выходного звена гидропри вода.

6. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ТИПОВЫХ ГИДРОПРИВОДОВ При составлении гидравлической схемы какой-либо ма шины необходимо использовать опыт разработки и эксплуа тации аналогичных машин. Это повышает качество проекти рования гидроприводов, снижает номенклатуру применяемо го оборудования, упрощает производство.

Решение задач создания совершенных гидроприводов возможно только при широкой их унификации, разработке рациональных гидравлических схем и конструкций элемен тов гидропривода, применении принципов модульного по строения. Однако чаще всего то или иное принятое решение гидропривода основывается на возможности выбора или доступности тех или иных гидроагрегатов.

6.1. Автомобильные краны Стреловые самоходные краны предназначены для выпол нения погрузочно-разгрузочных и строительно-монтажных работ.

В зависимости от типа ходой части стреловые самоход ные краны подразделяются на четыре основные группы:

– автомобильные краны на шасси грузовых автомобилей;

– самоходные краны на специальных шасси автомобиль ного типа;

– самоходные краны на пневмоколесных шасси ;

– самоходные краны на гусеничном ходу.

Основными элементами самоходных стреловых кранов являются: ходовая часть;

поворотная часть с рабочим обору дованием;

опорно-поворотное устройство, связывающее по воротную платформу крана с рамой шасси;

привод хода ра бочего оборудования;

система управления движением маши ны и крановыми механизмами.

Многие узлы и детали стреловых самоходных кранов унифицированы c узлами и деталями одноковшовых полно поворотных экскаваторов.

Гидравлическая схема автомобильного крана показана на рис. 6.1. На неподвижной нижней раме крана смонтированы выносные опоры, гидробак, фильтр и нерегулируемый насос, привод которого осуществляется через редуктор отбора мощности.

Рис. 6.1. Принципиальная гидравлическая схема автомобильного крана На поворотной платформе размещается рабочее оборудо вание крана с приводом от гидромоторов. Рабочая жидкость от насоса 1 подается через центральное вращающееся соеди нение к секционному гидрораспределителю 2 и одновремен но к предохранительному клапану 3 с переливным гидрокла паном, а также в гидролинию управления гидрозамыкателя ми тормозов через гидроклапан 4 с электроуправлением.

Гидроклапан 4 установлен также в гидролинии управления предохранительного клапана.

При отсутствии напряжения в электромагнитах гидро клапана 4, гидроцилиндры 5 гидроразмыкателей тормозов и гидролиния управления предохранительного клапана 3 со единяются с дренажной линией. При этом тормоза механиз мов замкнуты, а рабочая жидкость подается насосом через переливной гидроклапан в сливную гидролинию, откуда че рез фильтр 6 сливается в гидробак.

Аналогичные режимы работы происходят при срабаты вании ограничителей грузоподъемности, высоты подъема крюка или стрелы.

При подаче напряжения на электромагниты гидроклапа нов 4 они переключаются в рабочую позицию. В этом случае рабочая жидкость через гидрораспределитель 2 поступает в сливную гидролинию и подается к дополнительным золот никам, а слив через предохранительный клапан 3 становится возможным только при превышении давления его настройки.

При перемещении золотника гидрораспределителя 2 пе ремещается дополнительный золотник, вследствие чего пе реливной гидроклапан закрывается, рабочая жидкость от на соса поступает к гидромотору 7 и одновременно к гидроци линдру тормоза, размыкая тормозное устройство. Противо положная полость гидромотора при этом соединяется со сливной гидролинией.

Гидромоторы 7 грузовой и стреловой лебедок подключа ются к соответствующим секциям гидрораспределителя через гидрозамки 8, которые устанавливаются в гидролини ях, являющихся сливными при опускании груза и стрелы.

С помощью промежуточных секций, установленных в гидрораспределителе 2, обеспечивается последовательное соединение гидромоторов и совмещение операций: подъем – опускание груза или стрелы с поворотом платформы. Одно временное включение грузовой и стреловой лебедки предот вращается механическим блокировочным устройством. Ве личина давления в гидросистеме определяется по манометру 9, установленному в кабине крановщика.

6.2. Одноковшовые экскаваторы Одноковшовые экскаваторы представляют собой само ходную машину на пневмоколесном или гусеничном ходу с поворотным в горизонтальной плоскости рабочим оборудо ванием ковшового типа, предназначенного для копания и разгрузки набранного грунта в транспортные средства или отвал. При выполнении рабочих операций машина стоит на месте.

Одноковшовые экскаваторы могут быть неполнопово ротными и полноповоротными. Оба типа экскаваторов осна щаются большим числом сменного рабочего оборудования и различными видами рабочих органов.

Навесные одноковшовые экскаваторы на базе тракторов предназначены для выполнения земляных и погрузочно разгрузочных работ на мелких объектах строительства и в сельском хозяйстве.

С помощью гидропривода осуществляется движение стрелы, рукояти, ковша и поворот рабочего оборудования, установка выносных опор и подъем – опускание бульдозер ного отвала, который устанавливается на этой же машине.

Принципиальная гидросхема гидропривода навесного одноковшового экскаватора приведена на рис. 6.2. Насосы и 2 по раздельным гидролиниям нагнетают рабочую жид кость из гидробака 17 в четырехзолотниковый гидрораспре делитель 4.

От насоса большей производительности 2 через первые три золотника гидрораспределителя 4 рабочая жидкость под водится к гидроцилиндрам ковша 5, рукояти 6 и стрелы 7. От насоса 1 рабочая жидкость подводится к третьему и четвер тому золотникам гидрораспределителя 4, которые управляют гидроцилиндрами стрелы 7 и поворота 11.

Конструкция гидрораспределителя 4 позволяет при включении одного третьего золотника подавать в гидроци линдр 7 стрелы поток от обоих насосов, а при одновремен ном включении двух золотников обеспечивает независимые движения с приводом от разных насосов следующих испол нительных органов: ковша и поворота, рукояти и поворота, стрелы и поворота, ковша и стрелы, рукояти и стрелы.

Ускоренное движение стрелы и указанные совмещения движений исполнительных органов сокращают рабочий цикл экскаватора и увеличивают его производительность.

Рис. 6.2. Принципиальная гидравлическая схема одноковшового навесного экскаватора Для предохранения насосов и всей гидросистемы от пере грузок в гидрораспределителе 4 установлены предохрани тельные клапаны.

Между поршневой и штоковой полостями гидроцилиндра стрелы 7 установлен блок предохранительных клапанов 8, который позволяет перепускать рабочую жидкость из порш невой полости в штоковую и на слив при чрезмерных на грузках на гидроцилиндре стрелы. Такие нагрузки могут возникнуть при движении рукояти и ковша.

Блок предохранительных клапанов 9 перепускает рабо чую жидкость из одной гидролинии гидроцилиндров поворо та в другую и предохраняет их от динамических нагрузок в момент разгона и торможения поворота экскавационного оборудования. Кроме этого в поршневых полостях гидроци линдров поворота 11 предусмотрены демпфирующие уст ройства, снижающие скорость перемещения в конце хода штоков гидроцилиндров.

В гидроцилиндрах поворота 11 рабочими являются поршневые полости, а штоковые полости соединены между собой. Для исключения рассогласования работы гидроци линдров поворота из-за перетечек рабочей жидкости из што ковых полостей в поршневые осуществляется подпитка этих поршневых полостей через обратный клапан 10 от гидроли нии привода гидроцилиндра рукояти 6 при его работе.

При нейтральном положении третьего и четвертого зо лотников гидрораспределителя 4 поток рабочей жидкости от насоса 1 через гидрораспределитель 4 поступает в трехзо лотниковый гидрораспределитель 14, который управляет движениями гидроцилиндров отвала бульдозера 12 и вынос ных опор 13.

Для контроля за работой гидросистемы на напорной гид ролинии насоса 2 установлен манометр 3.

На сливной гидролинии гидросистемы установлен фильтр 16 со встроенным переливным клапаном. О степени загрязнения фильтра, повышении его сопротивления и необ ходимости очистки или замены фильтра можно судить по показаниям манометра 15. Температура рабочей жидкости в гидробаке 17 экскаватора контролируется датчиком темпера туры 18.

Пример принципиальной гидравлической схемы одно ковшового универсального экскаватора приведен на рис. 6.3.

В гидросистеме установлен сдвоенный регулируемый на сос 2 с встроенным регулятором мощности. Регулятор авто матически изменяет производительность насоса в зависимо сти от давления в гидросистеме, т.е. от внешней нагрузки.

Так, с увеличением внешней нагрузки скорость рабочих ор ганов уменьшается, а с уменьшением внешней нагрузки уве личивается. При этом развиваемая насосом мощность будет постоянной.

От первой секции насоса рабочая жидкость поступает в трехзолотниковый секционный гидрораспределитель 4, ко торый управляет движением гидроцилиндра выносных опор 7, гидромотора поворота платформы 8 и гидромотора хода 9.

В напорную секцию распределителя встроен предохрани тельный клапан. Поршневая полость гидроцилиндра 7 при нейтральном положении золотника запирается гидрозамком 6, что исключает опускание машины при копании из-за уте чек рабочей жидкости на слив через зазоры в золотниковой паре распределителя. К секциям распределителя, управляю щих гидромоторами 8 и 9, прифланцованы блоки клапанов 5, включающие два переливных и два обратных клапана. Пере ливные клапаны обеспечивают плавность в начале и конце движения за счет перепуска части рабочей жидкости из на порной полости гидромотора в сливную. Через обратные клапаны осуществляется подпитка гидромоторов из сливной полости гидросистемы.

От второй секции насоса 2 рабочая жидкость поступает в четырехзолотниковый секционный гидрораспределитель 13, который управляет движением второго гидромотора хода 9, гидроцилиндров стрелы 10, ковша 11 и рукояти 12. При ней тральном положении всех золотников гидрораспределителя рабочая жидкость от первой секции насоса 2 проходит через этот распределитель и поступает в гидрораспределитель 13.

Таким образом, скорости движения рабочих органов, управ ляемых гидрораспределителем 13, соответствуют суммарной производительности обеих секций насоса 2.

В напорной секции гидрораспределителя 13 установлен предохранительный клапан. Между третьей и четвертой зо лотниковыми секциями гидрораспределителя 13 установлена дополнительная промежуточная секция с обратным клапа ном, обеспечивающая при одновременном включении после довательное соединение и совмещение движений рукояти и ковша, рукояти и стрелы. Кроме того, питание каждого рас пределителя от своей секции насоса обеспечивает совмеще ние движений рукояти, стрелы и ковша с поворотом плат формы.

Рис. 6.3. Принципиальная гидравлическая схема универсального одноковшового экскаватора Представленная схема обеспечивает одновременное со вмещение до трех движений рабочих органов экскаватора:

рукояти, стрелы и поворота ковша или поворота платформы.

Указанные совмещения движений обеспечивают минималь ный цикл и максимальную производительность машины.

К золотниковым секциям гидрораспределителя 13, управ ляющего движением хода, стрелы и рукояти, прифланцованы блоки клапанов 5. Они не только обеспечивают плавность в начале и конце движений, но и позволяют перепускать рабо чую жидкость из одной полости в другую при чрезмерных внешних нагрузках. Такие нагрузки могут, например, возни кать в запертых гидроцилиндрах стрелы и рукояти при дви жении ковша.

Регулирование скоростей движений всех исполнительных органов осуществляется дросселированием потока в каналах гидрораспределителей при перемещении их золотников.

На сливной гидролинии гидросистемы установлен масло охладитель 16 и двухпозиционный гидрораспределитель 15, позволяющий при низкой температуре рабочей жидкости на правлять рабочую жидкость в бак 1, минуя маслоохладитель.

Температуру рабочей жидкости контролируют датчиком температуры 20. На сливной же гидролинии установлен фильтр 18 с переливным клапаном. О степени засорения фильтра и необходимости его замены или очистки можно су дить по показаниям манометра.

Рабочая жидкость в гидросистему заправляется от вспо могательного насоса 14 через фильтр тонкой очистки 19.

Давление на напорных гидролиниях насоса 2 контролируют манометрами 3.

Общие виды некоторых машин с гидроприводом приве дены на рис. 6.4 – 6.7.

Рис. 6.4. Общий вид автомобильного крана КС- Рис. 6.5. Общий вид экскаватора ЭО-2621В:

1 – топливный бак;

2 – трактор;

3 – бак для рабочей жидкости;

4 – си денье машиниста;

5 – гидроцилиндр стрелы;

6 – гидроцилиндр рукояти;

7 – стрела;

8 – рукоять;

9 – гидроцилиндр ковша;

10 – ковш;

11 – опорный башмак;

12 – поворотная колонка;

13 – гидрораспределитель;

14 – гидронасос;

15 – гидроцилиндр поворота колонки;

16 – обвязочная рама;

17 –трубопроводы;

18 – гидроцилиндр бульдозерного отвала;

19 – бульдозерный отвал Рис. 6.6. Общий вид бульдозера с рыхлителем:

1 – отвал;

2 – толкающее устройство;

3 – гидроцилиндр перекоса отва ла;

4 – трактор;

5 – опорная рама;

6, 10 – верхняя и нижняя тяги;

7 – гидроцилиндр рыхлителя;

8 – рабочая балка;

9 – зуб рыхлителя Рис. 6.7. Общий вид экскаватора ЭО-4321:

1 – выносная опора;

2 – силовая установка;

3 – гидробак;

4 – поворот ная платформа;

5 – опорно-поворотное устройство;

6 – топливный бак;

7 – кабина с пультом управления;

8 – базовая часть стрелы;

9 – головная часть стрелы;

10, 12, 15 – гидроцилиндры;

11 – рукоять;

13 – ковш обратной лопаты;

14 – бульдозерный отвал Вопросы для самоконтроля 1. Назначение объемного гидропривода.

2. Из каких элементов состоит объемный гидропривод?

3. Что такое принципиальная гидравлическая схема?

4. Как изображается на гидравлических схемах насос?

5. Как изображается на гидравлических схемах гидроци линдр?

7. РАСЧЕТ ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА Проектирование объемного гидропривода машины в об щем случае представляет собой сложный многостадийный процесс, который связан с обоснованием номинального дав ления гидросистемы, разработкой принципиальной гидрав лической схемы. При этом необходим учет основных требо ваний (по надежности, стоимости, стандартизации, унифика ции и т.д.), директивных рекомендаций, нормативных доку ментов, патентных источников, результатов выполненных научных исследований по выбору параметров и расчету гид ропривода и его элементов.

Статический расчет гидропривода является одним из эта пов проектирования гидропривода и выполняется обычно в два этапа: предварительный расчет, основной расчет.

Целью предварительного расчета является определение параметров гидропривода, типоразмеров и номенклатуры применяемого гидрооборудования. Основным расчетом уточняются параметры гидропривода, определяется степень расхождения между полученными и заданными выходными параметрами гидропривода.

7.1. Исходные данные для расчета гидропривода Для расчета гидропривода необходимы следующие ос новные исходные данные:

а) номинальное давление в гидросистеме;

б) принципиальная гидравлическая схема;

в) выходные параметры гидродвигателей исполнительно го механизма (величины крутящих моментов и угловых ско ростей (частот) вращения вала – для гидроприводов враща тельного действия;

величины усилий на штоках и скоростей перемещения штоков – для гидроприводов поступательного действия);

г) техническая характеристика машины;

д) режим работы, циклограмма работы гидропривода.

е) граничные температуры окружающего воздуха;

Значения крутящих моментов на валу гидромоторов и усилий на штоках гидроцилиндров определяются в результа те силового расчета рабочего оборудования, механизмов по ворота, ходового оборудования и других исполнительных механизмов машин.

Значения скоростей перемещения штоков гидроцилинд ров и угловых скоростей (частот) вращения вала гидромото ров принимаются исходя из кинематического расчета машин.

При этом необходимо учитывать опыт проектирования и эксплуатации машин аналогичного назначения.

Следует учитывать, что завышение скорости перемеще ния рабочего оборудования (исполнительных механизмов машин) ведет к увеличению мощности и массы гидроприво да, а занижение – к уменьшению производительности маши ны. Например, у современных машин с гидроприводом ско рость перемещения штока гидроцилиндра находится в пре делах 0,05…0,5 м/с.

Для выбора рабочей жидкости, элементов гидропривода необходимо знать граничные температуры окружающего воздуха, которые зависят от климатической зоны эксплуата ции машины.

Так, для районов Сибири и Крайнего Севера температур ный диапазон составляет от –50 до +35оС, для районов сред ней полосы страны от –35 до + 40оС, для южных районов от –25 до +50оС.

Режим работы гидропривода определяется специфиче скими условиями технологического процесса машины. Ос новными показателями режима работы гидропривода явля ются:

- коэффициент использования номинального давления kд (kд = p/pном, здесь p – рабочее давление в гидросистеме, pном – номинальное давление);

- коэффициент продолжительности работы гидропривода k в ( k в t r / t м, здесь t r – время действия гидропривода, t м – время работы машины.

На режим работы гидропривода оказывает влияние также запыленность и влажность воздуха, режим охлаждения рабо чей жидкости и др.

Режим работы гидроприводов в зависимости от значений перечисленных показателей можно разделить на легкий, средний, тяжелый, весьма тяжелый (табл. 7.1) /22/.

Показателем энергетических затрат гидропривода являет ся коэффициент относительного потребления мощности kN, равный отношению мощности гидропривода Nг к полной мощности двигателя машины Nд, т.е. k N N г N д.

Таблица 7. Режимы работы гидроприводов Коэффициент Коэффициент Режим использования продолжитель- Область работы номинального ности работы применения гидропривода давления kд гидропривода kв Легкий До 0,4 0,1…0,3 Системы управ ления Средний 0,4…0,7 0,3…0,5 Скреперы, трубо укладчики, рых лители Тяжелый 0,7…0,9 0,5…0,8 Погрузчики, ав токраны, бульдо зеры, автогрей деры Весьма Свыше 0,9 0,8…0,9 Экскаваторы, кат тяжелый ки, машины не прерывного дей ствия, тягачи и др.

Так, например, для гидроприводов, предназначенных для изменения положения рабочего органа, значения коэффици ента kN составляют 0,1…0,5 и выше, для гидроприводов хода kN 1,0, для гидроприводов рулевых механизмов kN = 0,05…0,1.

7.2. Расчет гидропривода При расчете гидропривода принимается ряд допущений, основными из которых являются следующие:

- рабочая жидкость считается несжимаемой;

- температура жидкости, основные физические свойства жидкости (плотность, вязкость и др.) принимаются постоян ными;

- режим работы гидропривода – установившийся;

- коэффициенты гидравлических сопротивлений посто янны;

- разрыва потока жидкости при работе гидропривода не происходит;

- подача насоса, питающего гидросистему, постоянна.

7.2.1. Определение мощности гидропривода и выбор насоса Мощность гидропривода определяется по заданным на грузкам и скоростям гидродвигателей, обеспечивающих при вод исполнительных механизмов.

Полезная мощность гидродвигателя возвратно поступательного действия (гидроцилиндра) определяется по формуле N гдв FV, (7.1) где Nгдв – мощность гидродвигателя, кВт;

F– V– усилие на штоке, кН;

скорость движения штока, м/с.

Полезная мощность гидродвигателя вращательного дей ствия (гидромотора) определяется по формуле N гдв М м М 2n м, (7.2) где Nгдв – мощность гидродвигателя, кВт;

М – крутящий мо мент на валу гидромотора, кНм;

м – угловая скорость вращения вала гидромотора, с-1;

nм – частота вращения вала гидромотора, с-1 (об/с).

Полезная мощность гидропривода при работе в циклич ном режиме определяется по заданной в исходных данных циклограмме как средняя за цикл по формулам:

для гидроцилиндра n Fi Vi t i i N гдв.ср, (7.3) Tц для гидромотора n М i i t i i N гдв.ср, (7.4) Tц где N гдв.ср – средняя мощность, кВт;

i = 1,2,…, n – номер операции в цикле;

t i – продолжительность i - й операции, с;

Тц – время цикла, с;

Fi, Mi, Vi, i – нагрузки и скорости гидродвигателей на протяжении i - й операции цикла.

Если же в гидросистеме несколько гидроцилиндров и гидромоторов, то полезную мощность находят по сумме мощностей одновременно работающих гидродвигателей.

На первом этапе расчета гидропривода потери давления и расхода рабочей жидкости учитываются коэффициентами запаса по усилию и скорости.

Коэффициент запаса по усилию учитывает гидравличе ские потери давления в местных сопротивлениях и по длине гидролиний, а также потери мощности на преодоление инер ционных сил, сил механического трения в подвижных соеди нениях и т.д.

Коэффициент запаса по скорости учитывает утечки рабо чей жидкости, уменьшение подачи насоса с увеличением давления в гидросистеме.

Полезная мощность насоса определяется исходя из мощ ности гидродвигателя, с учетом потерь энергии при ее пере даче от насоса к гидродвигателю по формуле N нп k зу k зс N гдв, (7.5) где N нп – полезная мощность насоса, кВт;

k зу – коэффици ент запаса по усилию, k зу = 1,1…1,2;

k зс – коэффициент за паса по скорости, k зс = 1,1…1,3;

N гдв – мощность гидродви гателя, кВт.

Меньшие значения коэффициентов следует выбирать для гидроприводов, работающих в легком и среднем режимах, а большие – в тяжелом и весьма тяжелом режимах эксплуата ции.

Зная необходимую полезную мощность насоса, опреде ляемую по формуле (7.5), и учитывая, что полезная мощ ность насоса связана с номинальным давлением и подачей зависимостью N нп р ном Q н (см. формулу (2.7), можно найти подачу или рабочий объем насоса по формулам:

N нп Qн ;

(7.6) р ном N нп qн, (7.7) р ном n н где Nнп – полезная мощность насоса, кВт;

Qн – подача насоса, дм3/с, Q н q н n н ;

рном – номинальное давление, МПа;

qн – рабочий объем насоса, дм3 (дм3/об);

nн – частота вращения вала насоса, с-1 (об/с).

Для того, чтобы найти рабочий объем насоса по формуле (7.7), необходимо задаться частотой вращения вала насоса, которая зависит от типа приводного двигателя (двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель и др.).

Для мобильных машин в качестве приводных двигателей насосов чаще всего используются дизели с номинальной час тотой вращения 1500, 1600, 1700 об/мин и т.д.

Номинальные частоты вращения, установленные ГОСТ 12446-80, следующие: 480, 600, 750, 960, 1200, 1500, 1920, 2400, 3000 об/мин и другие.

Для насосов с приводом от электродвигателей принима ются значения частот вращения соответствующих электро двигателей.

Насос выбирают из технической литературы по двум па раметрам, ближайшим к расчетным: номинальному давле нию pном и рабочему объему насоса qн. В пояснительной за писке приводится техническая характеристика выбранного насоса.

При выборе насоса следует учитывать, что насосы, рас считанные на высокое давление, могут быть использованы в гидроприводах, имеющих более низкое давление.

По технической характеристике выбранного насоса про изводится уточнение действительной подачи насоса по фор муле Q нд q нд n нд об, (7.8) где Q нд – действительная подача насоса, дм3/с;

q нд – дейст вительный рабочий объем насоса, дм3 (дм3/об);

n нд – дейст вительная частота вращения вала насоса, n нд n н, с-1 (об/с);

об – объемный КПД насоса.

Действительная частота вращения вала насоса n нд в формуле (7.8) может отличаться от номинальной частоты вращения вала насоса из его технической характеристики и берется равной частоте n н, принятой в формуле (7.7).

Если значения рабочего объема насоса в результате рас четов оказываются большими, то возможно применение двух и более насосов, устанавливаемых параллельно. При этом с целью унификации целесообразно использовать один тип на сосов.

7.2.2. Определение внутреннего диаметра гидролиний, скоростей движения жидкости Расчетные значения внутренних диаметров всасывающей, напорной и сливной гидролиний определяют из уравнения неразрывности потока жидкости с учетом размерностей по формуле 4 10 3 Q нд dр, (7.9) Vж где d p – расчетное значение внутреннего диаметра гидроли нии, м;

Q нд – действительный расход жидкости (подача на соса), дм3/с;

Vж – скорость движения жидкости в гидроли нии, м/с.

Скорости движения рабочей жидкости выбирают в зави симости от назначения гидролинии таким образом, чтобы для уменьшения потерь давления на гидравлическое трение режим движения был ламинарным или близким к нему.

Рекомендуемые значения скорости движения рабочей жидкости для всасывающей, напорной и сливной гидроли ний приведены в табл. 4.6.

По расчетному значению внутреннего диаметра гидроли нии dp производят выбор трубопровода по ГОСТ 8734-75, при этом действительное значение диаметра трубопровода d должно быть больше расчетного, т.е. d dp. Значение толщи ны стенки трубопровода принимают конструктивно равным 2…4 мм.

После выбора трубопроводов производят определение действительных скоростей движения жидкости во всасы вающей, напорной и сливной гидролиниях по формуле 4 10 3 Q нд Vжд, (7.10) d где Vжд – действительное значение скорости движения жид кости, м/с;

d – действительное значение внутреннего диамет ра гидролинии, м;

Qнд – действительный расход жидкости, дм3/с.

7.2.3. Выбор гидроаппаратуры, кондиционеров рабочей жидкости Гидроаппаратуру (распределители, клапаны, дроссели и др.) выбирают по условному проходу и номинальному дав лению. Дополнительным параметром для гидроаппаратуры является номинальный расход рабочей жидкости.

Под условным проходом dу по ГОСТ 16516-80 понимает ся округленный до ближайшего значения из установленного ряда диаметр круга, площадь которого равна площади харак терного проходного сечения канала устройства или площади проходного сечения присоединяемого трубопровода.

Соотношения между условными проходами и действи тельными внутренними диаметрами по ГОСТ 16516-80 при ведены в табл. 7.2.

Табли ца 7. Соотношения между условными проходами и действительными внутренними диаметрами Диапазон действительных внутренних Условный проход dy, мм диаметров d, мм 5,0 4,5…5, 6,0 5,7…7, 8,0 7,2…9, 10,0 9,0…11, 12,0 11,0…14, 16,0 14,0…18, 20,0 18,0…22, 25,0 22,5…28, 32,0 28,5…36, 40,0 36,0…45, 50,0 45,0…57, 63,0 57,0…72, 80,0 72,0…90, Перед выбором кондиционеров рабочей жидкости уста навливаются требования к тонкости фильтрации, обуславли ваемые в основном типом выбранного насоса. Определяется место установки кондиционера в гидросистеме.

Кондиционеры рабочей жидкости в зависимости от тре бований, предъявляемых к чистоте рабочей жидкости, выби раются по следующим параметрам: условному проходу, но минальной тонкости фильтрации, номинальной пропускной способности и номинальному давлению.

Выбор рабочей жидкости производится на основе анализа режимов работы и условий эксплуатации гидропривода, а также с учетом конструктивных особенностей используемого гидрооборудования, особенно насоса.

7.2.4. Расчет потерь давления в гидролиниях Определение потерь давления при движении жидкости в гидролиниях необходимо для более точного расчета гидро двигателя, а также для определения гидравлического КПД гидропривода.

Потери давления определяют отдельно для каждой гид ролинии (всасывающей, напорной, сливной) при определен ной температуре рабочей жидкости. В соответствии с из вестным из гидравлики принципом наложения потерь потери давления в гидролинии определяют по формуле p p p м, (7.11) где р – потери давления в гидролинии, МПа;

p – по тери давления по длине гидролинии (путевые), МПа;

p м – потери давления в местных сопротивлениях, МПа.

Потери давления по длине гидролинии (путевые) опреде ляют по формуле Дарси-Вейсбаха:

Vжд 10 6, p (7.12) d где p – потери давления по длине гидролинии (путевые), МПа;

– коэффициент путевых потерь (коэффициент Дар си);

– длина гидролинии, м;

d внутренний диаметр гид ролинии, м;

Vжд действительная скорость движения жид кости в гидролинии, м/с;

плотность рабочей жидкости, кг/м3.

Коэффициент путевых потерь зависит от режима движе ния жидкости, его определяют по формулам, рекомендуемым в гидравлике:

а) для ламинарного режима (Rе 2320) ;

(7.13) Rе б) для турбулентного режима (Rе 2320) 0,, (7.14) 0, Rе где Rе – число Рейнольдса, Rе Vжд d /, здесь – кинема тический коэффициент вязкости жидкости.

Потери давления в местных сопротивлениях определяют ся по формуле Вейсбаха:

Vжд 10 6, p м (7.15) где p м – потери давления, МПа;

– коэффициент местного сопротивления;

Vжд – средняя скорость движения жидкости, м/с;

– плотность рабочей жидкости, кг/м3.

Значения коэффициентов для различных видов местного сопротивления (поворот гидролинии, внезапное расширение потока при входе в гидроцилиндр и т.д.) приводятся в техни ческой литературе.

При подсчете суммарных потерь давления в местных со противлениях необходимо учитывать потери давления в ги роаппарате, сведения о которых приводятся в технической характеристике выбранных гидроаппаратов. При предвари тельном расчете гидропривода определение потерь давления не производится.

7.2.5. Расчет и выбор гидроцилиндров Поршневые гидроцилиндры двустороннего действия с односторонним штоком являются самыми распространенны ми гидродвигателями поступательного движения выходного звена.

Основными параметрами гидроцилиндров являются: уси лие на штоке F, скорость штока V, диаметр поршня D, диа метр штока d и ход штока L. Усилие на штоке, скорость штока и ход штока заданы, а диаметры поршня и штока рас считываются. Расчетные схемы гидроцилиндров приведены на рис. 7.1.

Диаметр поршня гидроцилиндра с поршневой рабочей полостью А (шток выталкивается, см. рис. 7.1, а) определяют из уравнения равновесия сил, действующих на шток:

D 2 p 2 D 2 d 2, F1 p1 (7.16) 4 где F1 – усилие на штоке, Н;

p1 – давление в поршневой по лости, Па, p1= pном – p н, здесь pном – номинальное давление, pн – потери давления в напорной гидролинии;

D – диаметр поршня, м;

p2 – давление в штоковой полости, Па, p2= pc здесь pc – потери давления в сливной гидролинии;

d – диаметр штока, м.

Потери давления в напорной и сливной гидролиниях оп ределяются по формуле (7.11).

Рис. 7.1. Расчетные схемы гидроцилиндров:

а – с поршневой рабочей полостью;

б – со штоковой рабочей полостью Задавшись значением коэффициента d / D 0,3...0, и решив уравнение (7.16) относительно диаметра поршня, получим следующее выражение:

4F D D1. (7.17) pном pн 1 2 pc После нахождения диаметра поршня определяют диаметр штока: d = D.

Для гидроцилиндра со штоковой рабочей полостью Б (шток втягивается, см. рис. 7.1, б) диаметр поршня опреде ляют из формулы D F2 p 2 D d p, (7.18) 4 где F2 – усилие на штоке, Н;

p2 – давление в штоковой по лости, Па, p2 = pном – pн, здесь pном – номинальное давле ние, p н – потери давления в напорной гидролинии;

D – диаметр поршня, м;

d – диаметр штока, м;

p1 – давление в поршневой полости, Па, p1= p c, здесь p c – потери давле ния в сливной гидролинии.

Решив уравнение (7.18) относительно диаметра поршня при выбранном значении d / D, получим 4F D D1. (7.19) p ном p н 1 2 pc Кроме определения диаметра поршня из условия обеспе чения заданного усилия F необходимо произвести еще рас чет гидроцилиндра по обеспечению заданной скорости дви жения штока V.

В этом случае диаметр поршня вторично определяется из уравнения неразрывности потока жидкости ( Q нд VSэф, здесь S эф – эффективная площадь поршня) по формулам:

а) для гидроцилиндра с поршневой рабочей полостью 4Qнд D D2 ;

(7.20) V б) для гидроцилиндра со штоковой рабочей полостью 4Qнд D D2, (7.21) 1 2 V где D – диаметр поршня, м;

Qнд – расход жидкости, м3/с;

V – скорость движения штока, м/с;

– коэффициент, d / D.

По известным значениям диаметров поршня, полученным по уравнениям (7.17) и (7.20) или (7.19) и (7.21), находим его среднее значение D ср D1 D 2 / 2 и среднее значение диаметра штока гидроцилиндра.

Основные параметры гидроцилиндров, в том числе диа метры поршня и штока, регламентируются ГОСТ 6540- “Гидроцилиндры и пневмоцилиндры. Ряды основных пара метров” и другими нормативно-техническими документами, по которым и выбираются ближайшие к средним расчетным значениям диаметры поршня D и штока d.

Можно также воспользоваться сведениями по гидроци линдрам, приведенным в технической литературе. Общие технические требования к гидроцилиндрам определяются ГОСТ 16514-87.

По выбранным стандартным значениям диаметров порш ня D и штока d определяют действительное усилие Fд, разви ваемое гидроцилиндром, по формуле (7.16) или (7.18).

Действительную скорость движения штока определяют из уравнения неразрывности потока жидкости по формуле Q нд Vд, (7.22) Sэф где Vд – действительная скорость штока, м/с;

Qнд – расход жидкости, м3/с;

Sэф – эффективная площадь поршня, м2, Sэф= D 2 / 4 – для поршневой рабочей полости, Sэф= 4 D 2 d 2 – для штоковой рабочей полости, здесь D и d – стандартные значения диаметров поршня и штока соот ветственно.

Затем производят сравнение действительных и заданных параметров по относительным величинам:

V Vд V v 100 % 100 %;

(7.23) V V F Fд F F 100% 100 %. (7.24) F F Допускаемая величина отклонения действительных зна чений выходных параметров гидроцилиндра от заданных не должна превышать 10 %.

Ход штока определяется по кинематической схеме маши ны, но он должен соответствовать значению, рекомендован ному для выбранных значений диаметров поршня и штока.

7.2.6. Расчет и выбор гидромоторов Основными параметрами гидромотора являются рабочий объем qм, номинальное давление рном, крутящий момент на валу гидромотора М, частота вращения вала nм, расход ра бочей жидкости Qм.

Мощность, потребляемую гидромотором, определяют по его основным параметрам:

N м p м Q м p м q м n м, (7.25) где Nм – мощность гидромотора, кВт;

pм – перепад давле ния на гидромоторе, МПа, pм = (pном – pн ) pc, здесь pном – номинальное давление, pн, pc потери давления в напорной и сливной гидролиниях;

Qм – расход жидкости че рез гидромотор, дм3/с;

qм – рабочий объем гидромотора, дм (дм3/об);

nм – частота вращения вала гидромотора, с-1 (об/с).

Рабочий объем гидромотора находят из равенства полез ной мощности гидромотора, определяемой по формуле (7.2), и потребляемой мощности (7.25) по формуле 2 M qм, (7.26) p ном p н p c где qм – рабочий объем, дм3 (дм3/об);

М – крутящий момент на валу гидромотора, кНм;

pном – номинальное давление, МПа;

pн – потери давления в напорной гидролинии, МПа;

pc потери давления в сливной гидролинии, МПа.

Но значение рабочего объема гидромотора должно еще удовлетворять следующему соотношению:

Q нд Q м q м n м. (7.27) Из формулы (7.27) вторично определяют рабочий объем гидромотора:

Q нд qм, (7.28) nм где qм – рабочий объем, дм3 (дм3/об);

Qнд – расход жидкости, дм3/с;

nм – частота вращения вала гидромотора, с-1 (об/с).

По среднему значению рабочего объема и остальным па раметрам производят выбор гидромотора.

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

Действительные значения крутящего момента и частоты вращения вала гидромотора вычисляют по формулам q мд p ном p н p с Mд= гм ;

(7.29) Q нд nмд= об, (7.30) q мд где qмд – действительный рабочий объем гидромотора, дм (дм3/об);

гм, об – гидромеханический и объемный КПД гидромотора из его технической характеристики.

Далее приводят сравнение действительных и заданных параметров по относительным величинам:

M Mд M m 100 % 100 % ;

(7.31) M M n n мд n м 100 % м 100 %.

nm = (7.32) nм nм Допускаемая величина отклонения должна не превышать 10 %.

7.2.7. Определение КПД гидропривода Коэффициент полезного действия гидропривода позволя ет установить эффективность спроектированной машины.

Полный КПД гидропривода определяется произведением гидравлического, механического и объемного (или гидроме ханического и объемного) КПД:

г м об гм об. (7.33) Гидравлический КПД гидропривода, учитывающий поте ри давления в гидролиниях, определяется по формуле p ном p н p с p в г, (7.34) p ном где pном – номинальное давление гидропривода, МПа;

p н, p c, p в – потери давления в напорной, сливной и всасы вающей гидролиниях, МПа.

Механический м (гидромеханический гм) КПД гидро привода определяется произведением механических (гидро механических) КПД всех последовательно соединенных эле ментов гидропривода:

м мн мр... мгдв ;

(7.35) гм гмн гмр...гмгдв, где мн, мр,..., мгдв – механические КПД насоса, распреде лителя,…, гидродвигателя;

гмн, гмр,..., гмгдв – гидромеха нические КПД насоса, распределителя, …, гидродвигателя.

Значения механических (гидромеханических) КПД гид рооборудования выбираются из технических характеристик.

Объемный КПД гидропривода об находится по выра жению об обн обр... обгдв, (7.36) где обн, обр,..., обгдв – объемный КПД насоса, распредели теля,…, гидродвигателя.

Объемные КПД элементов гидропривода берутся из их технических характеристик.

7.3. Тепловой расчет гидропривода Тепловой расчет проводится с целью определения темпе ратуры рабочей жидкости, объема гидробака и выяснения необходимости применения специальных теплообменных устройств.

Основной причиной нагрева рабочей жидкости является наличие гидравлических сопротивлений и дросселирование ее при прохождении различных элементов гидропривода.

Минимальная температура рабочей жидкости соответст вует температуре воздуха той климатической зоны, в кото рой эксплуатируется машина с гидроприводом. Максималь ная температура зависит от режима эксплуатации гидропри вода, особенностей гидропривода, температуры окружающе го воздуха и определяется в результате теплового расчета.

Тепловой расчет гидропривода ведется на основе уравне ния теплового баланса:

Q выд Q отв, (7.37) где Qвыд – количество теплоты, выделяемой гидросистемой в единицу времени (тепловой поток), Вт;

Qотв – количество те пла, отводимого в единицу времени, Вт.

Количество выделяемого тепла в единицу времени соот ветствует величине потерянной в гидроприводе мощности и может быть определено по формуле p ном Q нд Q выд N н (1 гм )k в k д (1 гм )k в k д, (7.38) н где Qвыд – количество тепла, выделяемого в единицу време ни, Вт;

Nн – мощность привода насоса (потребляемая), Вт;

гм – гидромеханический КПД гидропривода, гм гмн гмгдв г, здесь гм, гмгдв – гидромеханические КПД насоса и гидродвигателя соответственно, г – гидрав лический КПД гидропривода (см. формулу (7.34));

kв – ко эффициент продолжительности работы гидропривода (см.

табл. 7.1);

kд – коэффициент использования номинального давления (см. табл. 7.1);

pном – номинальное давление, Па;

Qнд – действительная подача насоса, м3/с;

н – полный КПД на соса из его технической характеристики.

Значения гидромеханического КПД гидроцилиндров принимают при предварительных расчетах равными 0,92…0,98.

Количество тепла, отводимого в единицу времени от по верхностей гидроагрегатов, металлических трубопроводов, гидробаков, рассчитывается по формуле Q отв k тпSt ж t 0, (7.39) где Qотв – количество отводимого в единицу времени тепла, Вт;

kтп – коэффициент теплопередачи поверхностей гидроаг регатов в окружающую среду, Вт/(м2град);

S – суммарная площадь теплоотводящей поверхности, м2;

tж – установив шаяся температура рабочей жидкости, оС, tж 70…80оС;

t0 – температура окружающего воздуха, оС.

Коэффициент теплопередачи поверхностей гидроагрега тов определяется по формуле k тп, (7.40) 1 1 т где 1 – коэффициент теплоотдачи от рабочей жидкости к стенке гидроагрегата, Вт/(м2град);

– толщина стенки гид роагрегата, м;

т – коэффициент теплопроводности материа ла стенки гидроагрегата, Вт/(м2град);

2 – коэффициент теп лоотдачи от стенки к воздуху, Вт/(м2град).

Из формулы (7.40) видно, что коэффициент теплопереда чи зависит от многих факторов. Для практических расчетов рекомендуется принимать значения kтп = 10…15 Вт/(м2град), причем минимальные значения коэффициента kтп берутся при затрудненной циркуляции воздуха, максимальные – при свободной циркуляции. При расчете теплообменников зна чения kтп принимаются равными 110… Вт/(м град).

В качестве теплоотводящей поверхности главным обра зом учитывается поверхность гидробака, в меньшей степени – поверхности гидролиний из металлических трубопроводов, гидрораспределителей и других элементов гидропривода.


Из формулы (7.39) с учетом формул (7.37) и (7.38) опре деляется требуемая поверхность гидробака, задавшись при этом температурой рабочей жидкости, по формуле Q отв Sб, (7.41) k тп t ж t где Sб – площадь теплоотводящей поверхности бака, м2;

Qотв – количество отводимого тепла в единицу времени, Вт.

Расчетная площадь поверхности бака связана с его объе мом формулой (4.2), из которой можно найти объем бака S V б, (7.42) 0, где V – объем бака, дм3;

Sб – площадь поверхности бака, м2.

Формула (7.39) позволяет определить установившуюся температуру рабочей жидкости, которая достигается гидро приводом и не зависит от времени:

Q отв tж t0. (7.43) k тп S Для определения установившейся температуры рабочей жидкости по формуле (7.43) необходимо знать площадь теп лоотводящей поверхности S.

Для металлических трубопроводов расчетная теплоотво дящая поверхность определяется по формуле Sт d 2т т, (7.44) где Sт – площадь, м ;

d – внутренний диаметр трубы, м;

т – толщина стенки трубы, м;

т – длина трубопровода, м.

Расчетная теплоотводящая поверхность гидробака опре деляется следующим образом: вся смачиваемая поверхность гидробака S1 принимается в расчет с коэффициентом, рав ным 1, остальная поверхность гидробака S2, не соприкасаю щаяся с рабочей жидкостью, – с коэффициентом 0,5, т.е.

S б S1 0,5S 2. (7.45) При этом принимается, что уровень жидкости составляет 0,8 высоты гидробака.

Если в результате расчета окажется, что максимальная установившаяся температура рабочей жидкости превышает + 70оС, то необходимо увеличивать объем гидробака, площадь теплоотводящей поверхности или предусматривать в гидро системе теплообменный аппарат.

7.4. Расчет объемного гидропривода на ЭВМ При расчете объемного гидропривода на ЭВМ рассмат риваются две основные схемы объемного гидропривода: с поступательным и вращательным движением выходного зве на.

Для расчета гидропривода задаются следующие основные исходные данные:

– усилие на штоке гидроцилиндра F (или крутящий мо мент на валу гидромотора М);

– скорость движения штока V (или частота вращения вала гидромотора n м );

– номинальное давление гидропривода р ном ;

– длины гидролиний (всасывающей, напорной, исполни тельной и сливной);

– вид и количество местных сопротивлений в гидролини ях;

– температура окружающей среды.

Расчет гидропривода производят в следующей последо вательности:

– определяют полезную мощность гидродвигателя;

– определяют полезную мощность насоса;

– выбирают насос по технической литературе, вычисляют действительную подачу насоса;

– определяют внутренние диаметры гидролиний (всасы вающей, напорной, сливной);

– выбирают трубопроводы, уточняют скорости движения жидкости в них;

– выбирают гидроаппаратуру, кондиционеры рабочей жидкости;

– выбирают рабочую жидкость;

– производят гидравлический расчет трубопроводов (оп ределяют режимы движения жидкости;

определяют потери давления по длине трубопроводов, в местных сопротивлени ях, суммарные потери давления);

– производят расчет гидродвигателей (гидроцилиндров или гидромоторов);

– выполняют тепловой расчет гидропривода.

Расчет объемного гидропривода ведется с помощью про граммы «raschet-gp.exe», разработанной на кафедре «ПТТМ и гидропривод» ГОУ ВПО «СибАДИ».

Расчет объемного гидропривода по программе «raschet gp.exe» ведется в диалоговом режиме с ЭВМ, при котором пользователь и ЭВМ обмениваются данными.

Результаты расчета заносятся в файл, который имеет имя, например, rezultat.

На дисплее появляются указания типа: «ВВЕДИТЕ НОМИНАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ Р, МПа». Пользователь вво дит значение давления в указанных единицах измерения – МПа, (например, набирает значение 25 и нажимает клавишу «Enter»).

Тип гидродвигателя указывается цифрой 1 (для гидроци линдра) или 2 (для гидромотора).

Вид работы гидроцилиндра указывается цифрой 3 (если гидроцилиндр работает на втягивание) или 4 (если гидроци линдр работает на выталкивание).

Выбор насоса производят по расчетным данным, которые появляются на экране дисплея в виде таблицы, где указыва ются частота вращения вала насоса и его рабочий объем.

По расчетному значению рабочего объема q н (и номи нальному давлению р ном ) выбирается насос из справочников с действительным рабочим объемом q нд, ближайшим к рас четному. Частота вращения вала насоса n н берется из табли цы для расчетного значения рабочего объема q н.

При работе в диалоговом режиме с ЭВМ необходимо об ращать внимание на размерности величин, которые необхо димо вводить в ЭВМ.

Пример расчета гидропривода поступательного движения на ЭВМ приведен на рис. 7.2.

****************************************************************** ******* HOMИHAЛЬHOE ДABЛEHИE P= 25.00 MПA ГИДPOЦИЛИHДP УCИЛИE HA ШTOKE F = 150.00 KH, CKOPOCTЬ ШTOKA V =. M/C ПOЛEЗHAЯ MOЩHOCTЬ ГИДPOЦИЛИHДPA NГЦ = 30.000 KBT KOЭФФИЦИEHT KЗУ = 1.20, KЗC = 1. MOЩHOCTЬ HACOCA NH = 46.800 KBT ======================================================= ЧACTOTA BPAЩEHИЯ BAЛA N, ! PAБOЧИЙ OБЬEM HACOCA G, OБ/C (OБ/MИH) ! ДM. KУБ (CM. KУБ) ======================================================= 11.667 ( 700 ).1605 ( 160.5 ) 13.333 ( 800 ).1404 ( 140.4 ) 15.000 ( 900 ).1248 ( 124.8 ) 16.667 ( 1000 ).1123 ( 112.3 ) 18.333 ( 1100 ).1021 ( 102.1 ) 20.000 ( 1200 ).0936 ( 93.6 ) 21.667 ( 1300 ).0864 ( 86.4 ) 23.333 ( 1400 ).0802 ( 80.2 ) 25.000 ( 1500 ).0749 ( 74.9 ) 26.667 ( 1600 ).0702 ( 70.2 ) 28.333 ( 1700 ).0661 ( 66.1 ) 30.000 ( 1800 ).0624 ( 62.4 ) ======================================================= PAБOЧИЙ OБЬEM HACOCA GH =.1070 ДM.KУБ ЧACTOTA BPAЩEHИЯ BAЛA NHД = 20.000 OБ/C OБЬEMHЫЙ KПД HACOCA NOБ =. ДEЙCTBИTEЛЬHAЯ ПOДAЧA HACOCA QHД = 2.033 ДM.KУБ/C ДИAMETPЫ ЗHAЧEHИЯ CKOPOCTEЙ ЖИДKOCTИ:

ГИДPOЛИHИЙ:

BO BCACЫBAЮЩEЙ ЛИНИИ VBC= 1.20 M/C BCACЫBAЮЩEЙ DBC= 46.4 MM B HAПOPHOЙ ЛИHИИ VHП= 6.20 M/C HAПOPHOЙ DHП= 20.4 MM B CЛИBHOЙ ЛИHИИ VCЛ= 2.00 M/C CЛИBHOЙ DCЛ= 36.0 MM ДEЙCTBИTEЛЬHЫE ДИAMETPЫ ГИДPOЛИHИЙ ЗHAЧEHИЯ CKOPOCTEЙ ПO ГOCTУ 8734-75:

ЖИДKOCTИ:

BO BCACЫBAЮЩEЙ ЛИHИИ V BCACЫBAЮЩEЙ D1 = 46.0 MM = 1.22 M/C B HAПOPHOЙ ЛИHИИ V2 = HAПOPHOЙ D2 = 20.0 MM 6.47 M/C B CЛИBHOЙ ЛИHИИ V CЛИBHOЙ D3 = 36.0 MM = 2.00 M/C Рис. 7.2. Пример расчета объемного гидропривода на ЭВМ (начало) ПЛOTHOCTЬ PAБOЧEЙ ЖИДKOCTИ RG = 885.0 KГ/M.KУБ KИHEMATИЧECKИЙ KOЭФ-T BЯЗKOCTИ NЮ = 30.0 CCT ЧИCЛO PEЙHOЛЬДCA RE1 = 1875.7 KOЭФ-T ДAPCИ L1 =. RE2 = 4314.1 L2 =. RE3 = 2396.7 L3 =. ДЛИHЫ ГИДPOЛИHИЙ :

BCACЫBAЮЩEЙ LBC =.90 M HAПOPHOЙ LHП = 5.60 M CЛИBHOЙ LCЛ = 6.50 M ПOTEPИ ПO ДЛИHE ГИДPOЛИHИЙ:

ВО BCACЫBAЮЩEЙ PLBC = 518.0 ПA В HAПOPHOЙ PLHП = 202561.5 ПA В CЛИBHOЙ PLCЛ = 14412.4 ПA KOЭФФИЦИEHTЫ MECTHЫX COПPOTИBЛEHИЙ :

HAПOPHOЙ ГИДPOЛИHИИ - 9. CЛИBHOЙ ГИДPOЛИHИИ - 9. ПOTEPИ B MECTHЫX COПPOTИBЛEHИЯX :

В HAПOPHOЙ ГИДPOЛИHИИ PMHП = 181598.5 ПA В CЛИBHOЙ ГИДPOЛИHИИ PMCЛ = 17299.0 ПA CУMMAPHЫE ПOTEPИ ДABЛEHИЯ B HAПOPHOЙ ЛИHИИ PHП= 384160.1 ПA CУMMAPHЫE ПOTEPИ ДABЛEHИЯ B CЛИBHOЙ ЛИHИИ PCЛ= 31711.5 ПA ШTOK PAБOTAET HA BЫTAЛKИBAHИE ========================================================== ======= MM FI=DШT/DП DП1 DШT1 DП2 DШT2 DПCP ========================================================== =======.20 88.14 17.63 113.76 22.75 100..30 88.13 26.44 113.76 34.13 100..40 88.13 35.25 113.76 45.51 100..50 88.13 44.06 113.76 56.88 100..60 88.12 52.87 113.76 68.26 100..70 88.11 61.68 113.76 79.64 100..80 88.10 70.48 113.76 91.01 100. ========================================================== ======= ПPИMEЧAHИE :

DП1 - ЗHAЧEHИE ДИAMETPA ПOPШHЯ, OПPEДEЛEHHOE ИЗ УCЛOBИЯ OБECПEЧEHИЯ ЗAДAHHOГO УCИЛИЯ F;

DП2 - ЗHAЧEHИE ДИAMETPA ПOPШHЯ, OПPEДEЛEHHOE ИЗ УCЛOBИЯ OБECПEЧEHИЯ ЗAДAHHOЙ CKOPOCTИ ШTOKA V;

DПCP - CPEДHEE ЗHAЧEHИE ДИAMETPA ПOPШHЯ, ПO KOTOPOMУ BЫБИPAETCЯ БЛИЖAЙШEE ЗHAЧEHИE ИЗ CTAHДAPTOB;

DШT1, DШT2 - ЗHAЧEHИЯ ДИAMETPOB ШTOKA ГИДPOЦИЛИHДPA.

****************************************************************** ******* Рис. 7.2. Пример расчета объемного гидропривода на ЭВМ (окончание) 8. СЛЕДЯЩИЙ ГИДРОПРИВОД 8.1. Назначение Гидравлические следящие гидроприводы нашли приме нение в различных отраслях техники, и особенно в рулевых системах управления современных мобильных машин.

Они являются эффективным средством автоматизации производства в машиностроении, в станкостроении, успешно используются для копирования обрабатываемых деталей и перемещений, в агрегатных станках и автоматических лини ях применяются для выполнения точных делительных и ус тановочных операций, составляют основу большинства сис тем числового программного управления.

В авиации, ракетной технике следящие гидроприводы получили большое распространение в системах ручного и автоматического управления в форме бустеров, гидроусили телей, автопилотов, систем наведения и др.

Следящий гидропривод предназначен для обеспечения движения выходного звена (исполнительного механизма) по определенному закону в зависимости от задающего воздей ствия управляющего элемента системы (входа).

Выходное звено – это обычно шток гидроцилиндра или вал гидромотора, связанный с рабочим органом машины, а входное звено – управляющий элемент, на который подается входной сигнал. Управляющий элемент может быть в виде дросселирующего гидрораспределителя золотникового типа, либо в виде гидрораспределителя типа сопло–заслонка и др.

В большинстве случаев использования следящего гидро привода к функциям сложения добавляются также функции усиления управляющего сигнала по мощности, поэтому сле дящий привод часто называют гидроусилителем. Степень усиления выходной мощности (коэффициент усиления по мощности) практически неограничена.

Гидроусилитель следящего типа представляет собой со вокупность гидроаппаратов и объемных гидродвигателей, в которой движение управляющего элемента (входа) преобра зуется в движение управляемого элемента (выхода) большей мощности, согласованное с движением управляющего эле мента по скорости, направлению и перемещению.


Важной характеристикой гидроусилителя является коэф фициент усиления по мощности kN :

N вых kN, (8.1) N вх где Nвых, Nвх – мощность на ведомом звене исполнительного элемента гидроусилителя и мощность, затрачиваемая на его управление.

В усилительном звене следящего гидропривода благодаря постороннему источнику энергии входной сигнал претерпе вает многократное усиление, а между входом и выходом обеспечивается с определенной точностью следящее движе ние, при котором выход следит за перемещением входа.

Для обеспечения слежения выхода за входом в гидроуси лителях обычно применяют отрицательную обратную связь, передающую выходной сигнал на вход (к управляющему элементу). Обратной связью выхода со входом называют элемент системы, соединяющий какое-либо ее звено с одним из предыдущих звеньев и замыкающий тем самым всю сис тему или часть ее. В результате выход (гидродвигатель) по средством обратной связи сообщает входу (золотнику) дви жение, обратное тому, которое он получил от задающего устройства (ручки управления и т.п.).

Связь называется отрицательной потому, что воздейст вие, поступающее от нее на вход гидроусилителя, противо положно по знаку основному входному воздействию от за дающего устройства.

Существуют различные виды обратных связей, из кото рых наиболее широко применяется жесткая обратная связь выхода со входом по положению.

Благодаря обратной связи, следящий гидропривод обес печивает с определенной точностью соответствие входа и выхода.

Следящие гидроприводы должны обладать определенной точностью, чувствительностью, быстротой действия и устой чивостью.

Точность характеризуется ошибкой (погрешностью), с которой гидродвигатель (выход) воспроизводит перемеще ние управляющего элемента.

Чувствительность определяется способностью гидродви гателя реагировать на перемещение управляющего элемента.

Быстрота действия характеризуется временем, в течение ко торого выходное звено реагирует на перемещение входного звена.

Под устойчивостью системы понимают ее способность возвращаться в первоначальное состояние после прекраще ния действия источника возмущения. Если после прекраще ния действия возмущающих сил система не возвращается к прежнему состоянию, она называется неустойчивой.

8.2. Принцип действия Принципиальная схема простейшего однокаскадного следящего гидропривода с жесткой кинематической обрат ной связью показана на рис. 8.1.

Следящий гидропривод состоит из задающего устройства (ручки управления) 1, рычага 2, дросселирующего гидрорас пределителя 3 с нулевым перекрытием, гидроцилиндра 4 с поршнем 5 и штоком 6.

Рис. 8.1. Принципиальная схема следящего привода К гидрораспределителю, соединенному гидролиниями с полостями гидроцилиндра, подключены гидролинии нагне тания и слива. Рычаг 2 связывает шток гидроцилиндра с зо лотником гидрораспределителя. Шток 6 гидроцилиндра свя зан также с исполнительным механизмом.

При повороте ручки управления 1 вправо повернется от носительно точки Б рычаг 2, который сместит вправо золот ник гидрораспределителя 3, и рабочая жидкость начнет от насоса поступать в правую полость гидроцилиндра 4, а из левой полости гидроцилиндра будет вытесняться в сливную гидролинию.

Поршень 5 гидроцилиндра под действием сил давления жидкости сместится влево и повернет рычаг 2 относительно точки А, при этом золотник гидрораспределителя 3 также сместится влево, перекроет гидролинии и поршень 5 со што ком остановятся. Здесь поршень 5 гидродвигателя «следит»

за движением золотника, а обратная связь между ними осу ществляется рычагом 2.

При повороте ручки управления и смещения золотника в противоположную сторону движение всех элементов будет происходить в обратном направлении.

Информацию о положении исполнительного органа вы дает золотнику в рассматриваемой схеме рычаг 2 обратной связи, который и устанавливает золотник в процессе слеже ния в нейтральное положение. В результате такой отрица тельной обратной связи исполнительный механизм (выход) воспроизводит в заданном масштабе движение органа управ ления (входа).

Выше было приведено упрошенное объяснение работы простейшего гидравлического следящего привода, при кото ром не учитывалась инерция подвижных элементов привода, а также упругость передающих движение звеньев, например, рабочей жидкости, которые существенно влияют на движе ние привода в процессе восстановления равновесия.

Связь между задающим воздействием (перемещением) х(t) золотника и перемещением y(t) штока гидроцилиндра определяется уравнением обратной связи:

( t ) x ( t ) k ос y( t), (8.2) где ( t ) – рассогласование;

kос – коэффициент обратной свя 1 и зи, k ос 1 / 1 2, здесь – длины плеч рычага.

Рассмотренный пример показывает, что в общем случае гидравлический следящий привод с усилителем (в котором производится усиление мощности входного сигнала за счет энергии внешнего источника питания) имеет звенья, связан ные в структурную схему, показанную на рис. 8.2.

Одним из основных требований, предъявляемых к гид равлическому следящему приводу, является обеспечение точности и чувствительности, под которыми понимают ком плекс качеств, характеризующих способность привода вос производить с минимальной ошибкой (по времени и пути) перемещения выхода в соответствии с заданным перемеще нием входа, причем ошибка по времени характеризует быст родействие, а по пути – точность системы.

На рис. 8.3 приведены графики, характеризующие рас сматриваемые качества следящего гидропривода. График за висимости х = х(t) показывает, что перемещение входа (зо лотника распределителя) на пути х1 от нейтрального поло жения (соответствует времени t1 от начала движения входа) не сопровождается движением выхода (штока гидроцилинд ра). Этот путь характеризует зону нечувствительности сис темы.

Рис. 8.2. Структурная схема следящего гидропривода При дальнейшем перемещении входа приходит в движе ние выход, однако скорость его устанавливается лишь после прохождения входом некоторого пути х2 (соответствует вре мени t2). В равной мере движение выхода в конце рабочего хода прекратится лишь по истечении некоторого времени после остановки входа, характеризуемого отрезком t3.

Рис. 8.3. Зависимости перемещения входа и выхода следящего гидропривода от времени Рассмотренное рассогласование в перемещениях входа и выхода (путевая ошибка) определяет ошибку (погрешность) слежения. Погрешность слежения обусловлена рядом факто ров и в первую очередь коэффициентом обратной связи, ха рактеризующим передаточное число кинематической цепи обратной связи. Кроме этого, на погрешность слежения влияют герметичность системы, люфты в ее механических узлах, нагрузки и скорости выхода и ряд прочих факторов.

Вопросы для самоконтроля 1. Назначение следящего гидропривода.

2. Из каких элементов состоит следящий гидропривод?

3. Что такое гидроусилитель?

4. Что такое коэффициент усиления по мощности гидро усилителя?

5. Что такое обратная связь выхода со входом в гидро усилителе?

6. Принцип действия следящего гидропривода.

7. Структурная схема следящего гидропривода.

9. ГИДРОУДАРНЫЕ УСТРОЙСТВА 9.1. Области применения гидроударных устройств Наибольшее распространение среди существующих спо собов разработки грунтов получил механический. В зависи мости от характера силового взаимодействия рабочего орга на с разрабатываемым грунтом различают следующие его виды: разработка при малой скорости силового воздействия, ударное, вибрационное, высокоскоростное или их сочетание.

Активизация рабочих органов путем приложения различ ного рода импульсных нагрузок обеспечивает создание вы соких динамических усилий, достаточных для эффективной разработки среды (мерзлого грунта, разрушения негабаритов, асфальтобетонных покрытий), уплотнения грунта /13, 14, – 20, 30/.

В настоящее время благодаря простой и надежной конс трукции большую известность получили гидромолоты, пне вмомолоты, электромолоты различных типов, используемые для работы с грунтами (уплотнение, разрушение), асфальто бетонными, железобетонными покрытиями и выполнения других видов работ. Основными параметрами гидромолотов, выполняющих указанные работы, являются: величина необ ходимой для разработки грунта энергии удара, частота уда ров, ударная мощность.

В современных условиях для интенсификации произ водственных процессов в различных отраслях промышлен ности широко используются гидравлические ударные уст ройства, под которыми понимается механизм, в котором эне ргия жидкости генерируется в импульсы силы определенной частоты и интенсивности, воздействующие на некоторую об рабатываемую среду. Наибольшее применение они находят в качестве активных рабочих органов дорожно-строительных, горных и других машин /2, 8, 30/.

Машины с активными рабочими органами (рис. 9.1…9.3) находят все большее применение в различных областях строительства и производства.

Для разрушения небольших объемов прочных грунтов и асфальтобетонных дорожных покрытий, в том числе в стес ненных местах и при реконструкции различных объектов, рекомендуется применять навесные гидравлические и гид ропневматические молоты к экскаваторам II…V размерных групп.

Рис. 9.1. Экскаватор ЭО-2621 с гидромолотом ГПМ- Рис. 9.2. Экскаватор ЭО-3322 с гидромолотом СП- Монтаж и демонтаж гидромолота на экскаваторе практи ческих трудностей не представляют и не требуют специа льных приспособлений.

Гидромолот в общем виде состоит из корпуса, ударника (бойка), движущегося по направляющим корпуса, пневмати ческого или гидравлического аккумулятора и сменного рабо чего инструмента. Жидкость у существующих гидромолотов распределяется системой каналов в бойке и проточек в кор пусе или золотниковым распределительным устройством.

Рис. 9.3. Рыхлитель активного действия на базе трактора Все типоразмеры гидромолотов, навешиваемых на экска ваторы II…V размерных групп, снабжаются съемным инст рументом в виде трамбующих плит для уплотнения грунтов.

Ковши активного действия экскаваторов предназначены для разработки массивов повышенной прочности до VI кате гории по прочности включительно.

Ковш активного действия включает несколько гидроударных устройств, состоящих из энергетического блока, блока управле ния рабочим циклом, инструмента, делителя потока и источника питания базовой машины – экскаватора.

Гидромолот ручной (рис. 9.4) предназначен для ведения строительно-дорожных и аварийно-спасательных работ и пред ставляет собой гидроударный механизм, приводимый в действие гидравлической жидкостью, подаваемой от автономной насосной станции мощностью 5,5 кВт.

Рис. 9.4. Ручной гидромолот Гидромолот комплектуется рукавами высокого давления длиной от 5 до 10 м (по заказу) и набором переходных шту церов, позволяющих подключать его ко всем видам техники, имеющей гидравлический привод.

9.2. Классификация, структура гидроударных уст ройств Гидроударник включает следующие основные элементы:

энергетический блок, орган (блок) управления рабочим цик лом и инструмент.

Энергетический блок гидроударника преобразует непре рывно подводимую энергию от насоса базовой машины в дискретную энергию с большим значением ударной мощно сти. Энергетический блок включает корпусные детали, под вижные детали (боек) и рабочие камеры (полости). Орган управления предназначен для управления рабочим циклом гидроударника, осуществляя преобразование непрерывно подводимой энергии в периодические импульсы.

Гидравлические ударные устройства условно можно раз делить на три группы:

гидромеханические – привод ударной части (бойка) осуществляется от гидродвигателя (гидроцилиндра или гид ромотора) через промежуточную механическую передачу;

гидравлические (гидромолоты двойного действия) – движение ударной части происходит за счет рабочей жидко сти, подаваемой насосом базовой машины;

гидропневматические – взвод ударной части осущес твляется рабочей жидкостью, а рабочий ход происходит за счет энергии сжатого газа пневмоаккумулятора.

На рис. 9.5 – 9.8 представлены обобщенные гидрокине матические схемы гидроударных устройств: на рис. 9.5, рис.

9.7 показаны схемы гидропневматических ударных уст ройств, а на рис. 9.6, рис. 9.8 – гидравлических ударных уст ройств двойного действия.

Органы управления рабочим циклом, осуществляющие распределение потоков жидкости в гидроударнике, предста влены в виде гидрораспределителя, позиции которого соот ветствуют: В – взводу бойка, Т – торможению, Р – рабочему ходу бойка.

Опыт создания отечественных гидромеханических удар ных устройств весьма ограничен. Один из основных их не достатков – наличие сложной механической трансмиссии.

Попытки повысить энергию удара влекут за собой резкое увеличение массы и габаритных размеров ударных уст ройств, что усложняет эксплуатацию оснащенных ими ма шин и ограничивает возможности их использования.

Недостатком гидравлических ударных устройств (вторая группа) является сложность конструкции, вызванная наличи ем большого количества гидроаппаратов (золотников, обрат ных клапанов и др.) в конструкции самого ударного устройс тва, что уменьшает их надежность в эксплуатации.

Достоинством гидромолотов двойного действия является наличие одного энергоносителя. К этим гидромолотам отно сятся гидромолоты СП-70, СП-62, СО1-136 и другие разра ботки НПО “ВНИИстройдормаш”.

Рис. 9.5. Схема гидропневматического ударного устройства:

1 – инструмент;

2 – камера высокого давления;

3 – корпус;

4 – боек;

5 – пневмоаккумуляторная камера;

6 – орган управления рабочим циклом;

7 – гидробак;

8 – напорная гидролиния;

В – взвод бойка;

Т – торможение;

Р – разгон (рабочий ход) Преимущества гидропневматических ударных устройств заключаются в компактности, низкой металлоемкости на единицу энергии удара, простоте регулирования энергии удара изменением давления зарядки газа в пневмоаккумуля торе. Гидропневматические ударные устройства получили наибольшее распространение.

К классу гидропневматических относятся гидромолоты ГПМ-120, ГПМ-120А, ГПМ-200, ГПМ-300, ГПМ-600, ГПМ 900, СП-71 и другие ФГУП «СибНИИстройдормаш» (КФ ВНИИСДМ), а также гидромолоты НМ-120, НМ-230, НМ 330, НМ-440 ОАО “Тверьтехоснастка” и другие.

Гидропневматическое ударное устройство, как и гидроу дарники других типов, характеризуется цикличностью функ ционирования – холостым ходом подвижной части (взводом бойка ударника), заканчивающимся фазой торможения и ра бочим ходом бойка (нанесением удара по обрабатываемой среде).

Рис. 9.6. Схема гидравлического ударного устройства двойного действия:

1 – инструмент;

2 – камера высокого давления;

3 – корпус;

4 – боек;

5 – рабочая камера;

6 – орган управления рабочим циклом;

7 – гидробак;

8 – напорная гидролиния;

В – взвод бойка;

Т – торможение;

Р – разгон (рабочий ход) Гидропневмоударное устройство имеет, как правило, три полости: газовую (пневмоаккумуляторную), взводящую и сливную. После окончания холостого хода взводящая по лость соединяется со сливной и под действием энергии сжа того газа пневмоаккумулятора подвижные части (боек) гид ропневмоударника совершают рабочий ход – нанесение уда ра.

Полость взвода соединяется со сливной полостью при помощи распределительных устройств (блоков управления рабочим циклом): золотника, трубчатого клапана, втулки управления и др.

Полости взвода и пневмоаккумуляторная являются осно вными, обеспечивающими рабочий процесс гидроударника.

По способу освобождения взводящей полости от рабочей жидкости гидропневматические ударные устройства разде ляют на два основных типа: с вытеснением рабочей жидкос ти в период рабочего хода непосредственно в сливную ли нию, с вытеснением рабочей жидкости в период рабочего хода в освобождающуюся сливную полость.

Рис. 9.7. Схема гидропневматического ударного устройства:

1 – инструмент;

2 – корпус;

3 – боек;

4 – камера низкого давления;

5 – камера высокого давления;

6 – пневмоаккумуляторная камера;

7 – орган управления рабочим циклом;

8 – напорная гидролиния;

9 – гидробак;

В – взвод бойка;

Т – торможение;

Р – разгон (рабочий ход) Первый тип гидроударных устройств конструктивно проще, так как включает только две основные полости. Гид роударные механизмы подобного типа применяют при не значительной энергии удара. При повышении энергии удара возрастают скорость жидкости в сливной гидролинии, поте ри давления, что приводит к снижению КПД ударного уст ройства.

Гидроударные устройства второго типа позволяют значи тельно снизить скорость жидкости в сливной гидролинии, тем самым улучшая энергетические параметры гидропнев моударников.

В настоящее время известно большое число конструкций гидроударных устройств, в частности гидромолотов. Только в патентной литературе их насчитывается несколько сотен, и на этой базе могут быть разработаны разнообразные конс труктивные решения /2, 14, 17 – 20, 30/.

Анализ рабочих процессов в гидравлических ударных устройствах, многочисленных даже на уровне схем, требует больших затрат труда и времени. Поэтому отыскание общих признаков, отражающих особенности структурообразования и функционирования механизмов, по которым они могут быть объединены в группы, значительно упрощает их разра ботку.

Рис. 9.8. Схема гидравлического ударного устройства двойного действия:

1 – инструмент;

2 – корпус;

3 – боек;

4 – камера низкого давления;

5 камера высокого давления;

6 –камера рабочего хода;

7 – орган управления рабочим циклом;

8 – напорная гидролиния;

9 – гидробак;

В – взвод бойка;

Т – торможение;

Р – разгон (рабочий ход) 9.3. Технические характеристики гидроударных уст ройств В настоящее время как отечественная промышленность, так и зарубежные фирмы выпускают большое количество гидроударных импульсных систем различных типов, моде лей и назначения, в особенности гидромолотов.

Отечественная промышленность выпускает гидравличе ские молоты с энергией удара от 1200 до 9000 Дж, предна значенные для навешивания на гидравлические экскаваторы II…IV размерных групп в качестве сменного рабочего обо рудования активного действия.

Гидропневматический молот НМ-330 (рис. 9.9) повы шенной мощности (энергия удара 2000 Дж) разработан спе циально для экскаваторов типа ЭО-3323А, ЕК-14 и их анало гов. Применяется для разрушения бетонных и железобетон ных конструкций, асфальтобетонных покрытий и других аналогичных работ.

Рис. 9.9. Гидромолоты НМ-330 и НМ- Гидропневматический молот НМ-120 (энергия удара Дж) навешивается на экскаватор ЭО-2621, погрузчики ПУМ 500, МКСМ-800 и другие машины. Применяется для разру шения бетонных и железобетонных конструкций, асфальто бетонных покрытий и других аналогичных работ /33/.

Гидропневматический молот НМ-440 (энергия удара Дж) предназначен для выполнения больших объемов работ на прочных материалах. Навешивается на экскаваторы типа ЭО-4225, ЭО-4121, ЭО-4321В, ЕК-18, ЕТ-25 и другие. Эффе ктивно работают на рыхлении мерзлых грунтов.

За рубежом ряд фирм ведущих промышленных стран – Финляндии, Германии, Японии, Франции, США – серийно выпускают гидравлические молоты различных типоразме ров.

Ниже приводится анализ некоторых современных конст рукций и основных параметров гидромолотов ведущих за рубежных фирм в области гидроимпульсных средств меха низации: “Rammer”, “Krupp”, “Kone”, “Nippon Pneimatik KO LTD” /17 – 20/.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.