688
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»
Кафедра «Подъемно-транспортные, тяговые машины и гидропривод»
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ
И ДОРОЖНЫХ МАШИН |
||||
|
|
|
|
И |
Учебно-методическое пособие |
||||
|
|
|
Д |
|
|
|
А |
|
|
Составители: И.М. Мурсеев, Ю.И. Привалова |
||||
|
б |
|
|
|
и |
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
Омск − 2016
Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей от информации, УДК 681.5 причиняющей вред их здоровью и развитию» данная продукция
маркировке не подлежит.
ББК 32.965 А22
Рецензенты:
канд. техн. наук, доц. В.Л. Кузик (ООО «Навигатор»); канд. техн. наук, доц. А.А. Руппель (СибАДИ)
Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве учебно-методического пособия.
А22 Автоматизированный расчет элементов объемного гидропривода рабочего оборудования строительных и дорожных машин [Электронный ресурс] :
зированного проектированСибАДИя для о учающихся очной формы специалитета «Наземные транспортно-технолог ческ е средства».
учебно-методическое пособие / сост. : И.М. Мурсеев, Ю. . Привалова. – Электрон. дан.
− Омск : СибАДИ, 2016. – URL: http://bek.sibadi.org/cgi-bin/irbis64r_plus/ cgiirbis_64_ft.exe. - Режим доступа: для авторизованных пользователей.
ISBN 978-5-93204-956-3
Содержит задания к лабораторным работам, примечания к ним, контрольные
вопросы, блок-схему алгоритма расчета.
Имеет интерактивное оглавление в виде закладок.
Предназначено для выполнения ла ораторных работ по системам автомати-
Текстовое (символьное) издание (700 КБ)
Системные требования : Intel, 3,4 GHz ; 150 МБ ; Windows XP/Vista/7 ; DVD-ROM ;
1 ГБ свободного места на жестком диске ; программа для чтения pdf-файлов Adobe Acrobat Reader ; Google Chrome
Редактор Н.И. Косенкова Техническая подготовка − Т.И. Кукина
Издание первое. Дата подписания к использованию 05.07.2016
Издательско-полиграфический центр СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПЦ СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1
© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2016
Введение
Проектирование – комплекс работ по исследованию, конструированию и расчету объекта, целью которого является получение комплекта конструкторской документации для дальнейшего его изготовления. Автоматизированное проектирование
– процесс, при котором все или часть проектных решений получают с использованием средств вычислительной техники.
Типовыми задачами автоматизированного проектирования являются:
1. Расчет (одновариантный анализ). Определение выходных параметров и характеристик объекта проектирования при неизменных значениях его внутренних параметров и постоянной структуре.
2. Анализ (многовариантный анализ). Определение изменения от
3. Оптимизация. Определение наилучших |
(оптимальных) |
|||
|
|
|
И |
|
значений выходных параметров и характеристик путем |
||||
целенаправленного изменения внутренних параметров объекта |
||||
|
|
Д |
|
|
(параметрическая оптимизация) или его структуры (структурная |
||||
оптимизация). |
|
Аисходного |
|
|
4. Синтез. |
Генерация |
варианта |
проектируемого |
|
объекта, включая его структуру (структурный синтез) и значение |
||||
внутренних параметров (параметрическийб |
синтез). |
|
||
В данном метод ческом пособии предлагается на примере |
||||
проектирования |
и |
элементов |
объемного |
гидропривода |
некоторых |
||||
рассмотреть Содну из типовых задач автоматизированного проектирования – расчет параметров объекта на персональном компьютере (ПК) в среде программирования Visual Basic for
Applications (VBA). VBA − это объектно ориентированный язык программирования, специально разработанный в свое время для записи макросов в приложениях, является диалектом языка Visual Basic, расширяющий его возможности и предназначенный для работы с приложениями Microsoft Office и другими приложениями от Microsoft и третьих фирм [1,2]. VBA впервые появился в Microsoft Excel 5.0, а затем и в других приложениях Microsoft Office, например, PowerPoint.
3
Таким образом, VBA фактически стал стандартом языка макропрограммирования. Преимущества такого подхода очевидны: появление стандартного языка для макропрограммирования означает, что независимо от используемого приложения достаточно знать единый набор операторов и приемов программирования. Кроме того, это также способствует более полноценному использованию возможностей различных приложений, поскольку в VBA включены команды и объекты, используемые каждым из приложений. С помощью VBA можно разрабатывать комплексные приложения, одновременно использующие те или иные компоненты нескольких приложений [1,2].
При этом одним из самых существенных преимуществ VBA
является простота |
его использования. На первых порах удается |
обойтись вообще |
И |
без всякого программирования: достаточно |
включить автоматическую запись выполняемых пользователем
собственные диалоговые окна, простоДразмещая с помощью мыши соответствующие элементы управления (кнопки, поля ввода,
действий и в результате получить готовый макрос, а затем
сопоставить ему кнопку на панели инструментов или новую команду
меню, которые будут служить для вызова этого макроса. Не даром
раскрывающиеся списки, флажкиАили переключатели) в диалоговом окне. Точно так же можно дополнять такими элементами управления
этот язык носит титул "Visual" − с его помощью можно создавать
документы Word, рабоч е л сты Excel, формы Access, презентации |
||
PowerPoint. |
|
б |
|
|
|
VBA является |
полноценным языком программирования, |
|
|
и |
|
позволяющим записать |
не только последовательно выполняемые |
|
конструкции Сязыка программирования высокого уровня, включая разнообразные средства организации ветвлений, циклов и ведения диалога с пользователем. Весьма удобный редактор VBA позволяет
пользователем действия, но и содержащим все необходимые
не только писать и редактировать программы, но и вести их отладку. Таким образом, в Microsoft Office имеется все необходимое для создания профессиональных приложений.
Предполагается, что основные знания и навыки программирования на VBA студенты приобрели, изучая курс «Информатика». Кроме того, желательно знание основ гидравлики и гидропривода. В процессе выполнения лабораторных работ у студентов могут появиться вопросы, причем для поиска ответов на
4
них с целью расширения кругозора иногда придется привлекать дополнительные источники информации [3,4,5]. Это позволит глубже понять рассматриваемый материал как с точки зрения нюансов программирования, так и с позиции логической взаимосвязи рассматриваемых параметров гидропривода между собой.
Объемный гидропривод – совокупность гидравлических устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов при помощи рабочей жидкости (РЖ). Передача движения от источника энергии (насоса) к гидродвигателю осуществляется за счет перемещающихся внутри системы замкнутых несжимаемых объёмов жидкости, т.е. РЖ обеспечивает геометрические и кинематические связи в системе.
Принцип работы объемного ГП основан на законе Паскаля, |
||
|
|
И |
уравнении Бернулли и практической несжимаемости РЖ. |
||
Объёмный ГП включает в себя один или несколько насосов, |
||
|
Д |
|
гидродвигатели, гидроаппараты и вспомогательные устройства: |
||
кондиционеры РЖ, гидроемкости, гидролинии и т.д. (рис. 1) [3,4]. |
||
Насосы |
А |
|
преобразуют механическую энергию приводных |
||
двигателей в энергию потока рабочей жидкости. В качестве приводных двигателей гидроприводовб строительных и дорожных машин применяют ив основном дизельные двигатели внутреннего сгорания, а для стац онарных гидроприводов обычно используют трехфазные асинхронныеС электродвигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором.
Гидродвигатели (гидроцилиндры и гидромоторы) преобразуют энергию потока жидкости, поступающей от насоса, в механическую энергию и приводят в движение соответствующие исполнительные механизмы (например, отвал бульдозера или автогрейдера, ковш экскаватора или фронтального погрузчика, лебедку автомобильного крана или трубоукладчика, кузов автосамосвала и т.д.).
Насосы и гидродвигатели (гидроцилиндры и гидромоторы) представляют собой преобразователи энергии и называются объемными гидромашинами, основными параметрами которых являются рабочий объем и номинальное давление.
5
Механическая |
|
|
|
Энергия |
|
Механическая |
||
энергия |
|
|
|
потока РЖ |
|
энергия |
||
|
Насос |
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
двигатель |
|
механизм |
|||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Гидроап- |
И |
|
|||
|
|
|
|
параты |
|
|||
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
|
Кондиционеры РЖ |
|
|
|
|||
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
||
|
|
Г дроемкости |
|
|
|
|||
|
и |
|
|
|
|
|
||
С |
|
Гидролинии |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
Рис. 1. Структурная схема объёмного гидропривода |
|
|||||||
6
Гидроаппараты (клапаны, дроссели, распределители, гидрозамки, делители, сумматоры и регуляторы потока) предназначены для управления параметрами потока рабочей жидкости (давлением и расходом РЖ).
Кондиционеры РЖ поддерживают ее качественные показатели. К ним относятся фильтры, теплообменники (охладители и нагреватели), влагоотделители, воздухоспускные устройства.
Гидроемкости – баки, резервуары, гидроаккумуляторы (обычно
– пневматические, реже – пружинные) необходимы для размещения запаса рабочей жидкости в процессе функционирования гидропривода. Кроме того, гидроемкости служат для охлаждения и
трубы, каналы, рукава высокого и низкого давленийИ.
отстаивания РЖ.
Гидролинии соединяют элементы ГП и предназначены для движения РЖ или передачи давления. К гидролиниям относятся
элементами (кольцами, манжетами) Ддля герметизации подвижных и неподвижных соединенийб, например, вала насоса или гидромотора,
штока гидроцилиндра, золотникаАраспределителя. Для утилизации утечек РЖ из гидроэлементов (например, насосов и гидромоторов) в
Все гидравлические устройства оснащены уплотнительными
гидробак иногда пр именяют дренажные гидролинии. ОтдельныеСг дравл ческие устройства конструктивно могут
быть объединены в агрегаты, блоки и установки, например, насосный агрегат, аксиально-поршневой насос с регулятором мощности, рулевая машина, механизм управления, блок клапанов, фильтр со встроенным предохранительным клапаном и т.д.
На рис. 2 приведен вариант принципиальной схемы гидропривода возвратно-поступательного действия, состоящий из гидробака, насоса, клапана предохранительного, фильтра, распределителя, гидроцилиндра. Гидролиния между баком и насосом называется всасывающей 1, между насосом и распределителем – напорной 2, между распределителем и гидродвигателем – исполнительной 3, а между распределителем и баком – сливной 4. Обычно в сливной гидролинии устанавливается фильтр.
7
|
Р |
Ц |
|
2 |
3 |
КП |
Ф |
|
Н |
|
3 |
|
|
1 |
4 |
|
Б– гидробак; Н – насос нерегулируемыйАД; КП – клапанИпредохранительный;
Ф– фильтр; Р – распределитель четырехлинейный (с открытым центром),
трехпозиционный, с ручным управлением (с самовозвратом золотника в среднюю позицию); бЦ – гидроцилиндр двустороннего действия
содносторонним штоком; 1 – всасывающая гидролиния; 2 – напорная гидролиния; 3 – исполнительныеи гидролинии; 4 – сливная гидролинияБ гидроприводС
вращательного действия (рис. 11).
Кроме того, в состав объемного гидропривода могут входить манометры, термометры, расходомеры, уровнемеры и другие контрольно-измерительные приборы и гидрооборудование, а также электротехнические изделия (стационарные и выносные блоки управления, блоки питания, концевые выключатели, реле, переключатели и т.д.) [3,4,5].
8
Лабораторная работа № 1 СОЗДАНИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ
НАСОСА ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА» В СРЕДЕ ПРОГРАММИРОВАНИЯ VBA
Цель работы. Изучение основных расчетных зависимостей и получение навыков определения параметров насоса объемного гидропривода на ПК в среде программирования VBA.
Задание. Создать приложение «Определение параметров насоса объемного гидропривода».
Исходные данные. |
|
|
И |
|
pном – номинальное давление гидропривода, МПа; |
||||
nн |
– предварительная частота вращения вала насоса, об/c; |
|||
|
|
|
Д |
|
а) Выходные параметры гидромотора: |
||||
М – крутящий момент на валу гидромотора, кН м; |
||||
|
|
А |
|
|
nM – частота вращения вала гидромотора, об/c; |
||||
б) Выходные параметры гидроцилиндра: |
||||
F |
б |
|
|
|
– усилие на штоке гидроцилиндра, кН; |
||||
V |
и |
|
|
|
– скорость движения штока, м/c. |
|
|||
Результаты расчета.
РезультатомСрасчета является выбор марки насоса (с его технической характеристикой), определение частоты вращения вала насоса и действительной подачи насоса (секундной и минутной).
Расчетные зависимости.
1. Мощность на выходе гидродвигателя (полезная).
a) Мощность на выходе гидродвигателя вращательного действия (гидромотора)
Nгдв = М2πnM , |
(1а) |
где Nгдв – мощность гидродвигателя (гидромотора), кВт; М – крутящий момент на валу гидромотора, кН м; nM – частота вращения вала гидромотора, об/c.
9
б) Мощность на выходе гидродвигателя поступательного действия (гидроцилиндра)
Nгдв = F V ,
где Nгдв – мощность гидродвигателя (гидроцилиндра), кВт; F – усилие на штоке гидроцилиндра, кН;
V – скорость движения штока, м/c.
возвратно-
(1б)
2. Полезная мощность насоса.
Nнп = kзуkзсNгдв , |
(2) |
где Nнп – полезная мощность насоса, кВт;
–потери давления по длинеДгидролинийИ и в местных сопротивлениях; А
–потери мощности на преодоление сил инерции и механического трения в подвижных соединениях;
–утечки рабочей жидкостиб;
–уменьшениеиподачи насоса с увеличением давления на его
выходе.
При выборе коэфф ц ентов запаса по усилию и скорости необходимо Сучитывать то обстоятельство, что полный КПД гидроцилиндра составляет 0,90 … 0,98, а полный КПД гидромотора –
0,75…0,85, что отражено в табл. 3.k3. Теоретическая подача насоса.
Qн = |
Nнп |
, |
(3) |
|
|||
|
pном |
|
|
где Qн – подача насоса (теоретическая), дм3/с; Nнп – полезная мощность насоса, кВт;
pном – номинальное давление гидропривода, МПа.
10