1447

Министерство образования и науки РФ ФГБОУ ВПО «СибАДИ»

Кафедра «Подъемно-транспортные, тяговые машины и гидропривод»

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ОБЪЕМНОГО ГИДРОПРИВОДА

РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ

Методические указания для курсового и дипломного проектирования

Составители: Ш.К. Мукушев, А.В. Жданов

Омск

СибАДИ

2011

1

УДК 625.76.08(021) ББК 39.311-06-05

Рецензент канд. техн. наук, доцент М.А. Гольчанский (СибАДИ)

Работа одобрена научно-методическим советом факультета НСТ в качестве методических указаний для студентов специальностей 190205 «Подъемнотранспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» и 190109 «Наземные транспортно-технологические средства».

Расчет и проектирование объемного гидропривода рулевого управления: Методические указания для курсового и дипломного проектирования / Сост.: Ш.К. Мукушев, А.В. Жданов. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2011. – 36 с.

Приведены общие сведения о гидроприводах рулевого управления: основные понятия и определения, классификация и принцип действия, требования. Рассмотрены принципиальные гидравлические схемы некоторых образцов объемного гидропривода рулевого управления. Дана методика расчета.

Ил. 5. Библиогр.: 10 назв.

© Составители: Ш.К. Мукушев, А.В. Жданов, 2011

2

ВВЕДЕНИЕ

Увеличение объемов земляных работ в строительстве привело к созданию высокопроизводительных тяжелых строительных и дорожных машин (СДМ). В то же время необходимость перемещения грунта с высокой скоростью и в стесненных условиях потребовало разработки этих машин на базе колесных ходовых устройств.

Во время движения колесной машины оператор управляет сцеплением, коробкой передач, тормозами и сигнализацией (звуковой и световой) периодически, а рулевым колесом непрерывно. Оператор должен постоянно и внимательно наблюдать за условиями работы машины и приводить в действие рулевое управление, что связано с затратой физической силы. Таким образом, наиболее сложным и утомительным видом управления является рулевое. В отношении безопасности движения колесной машины рулевое управление – один из наиболее ответственных механизмов.

Система рулевого управления может быть механической, гидромеханической, гидрообъемной, электрической и комбинированной.

Внастоящее время для управления СДМ в большинстве случаев применяют объемный гидропривод рулевого управления (ОГРУ).

ВРоссии разработкой, исследованием и изготовлением ОГРУ занимаются НПО «ВНИИстройдормаш», ОАО «Омскгидропривод», ОАО

«Елецгидроагрегат» и др.

Среди зарубежных фирм ведущее место занимают такие фирмы,

как «Danfoss» (Дания), «Zahnradfabrik» (Германия), «TRW» (США), «John Deer» (США), «Char Lynn» (США), «Eaton» (США), «Lifam» (Югославия), «M+S Hydraulic» (Болгария) и др.

В настоящих методических указаниях даны общие сведения об ОГРУ: приведены основные понятия и определения, классификация и принцип действия, основные требования к ОГРУ. Приведенные описания образцов ОГРУ позволяют детально ознакомиться с их устройством и работой. Кратко изложены основные положения проектирования и расчета ОГРУ при курсовом, и дипломном проектировании.

3

1.ОБЩИЕ ВОПРОСЫ КУРСОВОГО

ИДИПЛОМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1. Этапы проектирования

При выполнении проекта рекомендуется выполнять все этапы проектирования в заданные сроки и в определенной последовательности.

Получив задание на проектирование, необходимо изучить состояние вопроса и провести патентно-информационный поиск. Для этого необходимо ознакомиться по учебной, справочной, научнотехнической и патентной литературе с отечественными и зарубежными образцами ОГРУ, аналогичными проектируемому по назначению и основным параметрам. Важной частью этого этапа является знакомство с конструкцией проектируемой машины и условиями ее работы.

На втором этапе необходимо выполнить кинематический анализ, определить нагрузки, действующие на выходное звено, скорость перемещения поршней гидроцилиндров поворота и их ход.

С учетом общей схемы гидропривода проектируемой машины необходимо разработать принципиальную схему ОГРУ. На стадии разработки технического предложения и эскизного проекта разрабатываются принципиальные конструктивно-компоновочные решения элементов ОГРУ, определяются габариты и осуществляется его согласование с гидроприводом базовой машины.

Следующим этапом является расчет отдельных элементов и узлов ОГРУ. При выполнении расчетов определяются гидравлические, энергетические и прочностные параметры и характеристики. Исследуется влияние различных параметров и геометрических характеристик на выходные параметры элементов ОГРУ и выбираются их рациональные значения. На основании расчетов выбирается окончательный вариант.

Разработанные узлы и элементы ОГРУ собираются в общую гидросхему, производится расчет всей гидросистемы при номинальных и неблагоприятных условиях. На основании расчета производится анализ выходных параметров ОГРУ.

Пояснительная записка окончательно оформляется в конце проектирования и должна содержать все необходимые сведения для разработки чертежно-технической документации.

4

Выполнение графической части проекта и пояснительной записки необходимо осуществлять на основе требований единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

1.2. Требования к пояснительной записке

Пояснительная записка составляется по частям в процессе выполнения расчетов и конструирования, окончательно оформляется в конце выполнения работы.

Пояснительная записка содержит: титульный лист, задание на курсовое или дипломное проектирование, оглавление, введение, основную часть, заключение, список использованных источников и приложения.

Титульный лист оформляют на бумаге формата А4. Вся остальная часть пояснительной записки выполняется на одной стороне листа писчей бумаги формата А4. Пояснительная записка должна содержать необходимые пояснения, иллюстрации, формулы с расшифровкой входящих параметров и указанием их размерности, ссылки на использованные источники.

На иллюстрациях изображаются принципиальные гидравлические схемы, эскизы наиболее сложных узлов и элементов с указанием необходимых размеров. Иллюстрации нумеруют и снабжают подрисуночными надписями. Например: «Рисунок 3.2 – Схема гидравлическая принципиальная рулевого управления». Такая надпись обозначает, что указанная гидравлическая схема является вторым рисунком в третьей главе.

Формулы, приведенные в пояснительной записке, нумеруют. Например: (1.5) – пятая формула в первой главе.

Ссылки на использованные источники нумеруют в порядке упоминания в косых скобках. Например: /17/.

Страницы пояснительной записки должны иметь стандартную рамку и штамп в нижней части высотой 15 мм.

Основной целью пояснительной записки является обоснование спроектированной конструкции объемного гидропривода рулевого управления. Основной формой обоснования является расчет. Узлы и элементы, которые не рассчитываются, должны быть обоснованы конкретными конструктивными или технологическими соображениями. Обоснованием может являться аналогия с известными конструкциями.

5

1.3. Требование к чертежам

Графическая часть курсового проекта включает в себя гидравлическую схему и сборочный чертеж, выполняемые на листах формата A1.

Для дипломного проекта возможно увеличение количества сборочных чертежей отдельных сборочных единиц.

Гидравлическая схема включает в себя не только ОГРУ, но и гидравлическую схему всей машины. На листе должны быть показаны все связи, общие элементы гидропривода колесной машины и рулевого управления.

Графическая часть курсового проекта должна содержать изображения узлов и элементов ОГРУ, гидроцилиндра, гидронасоса или других элементов, указанных преподавателем, обязательно в двух проекциях. Если возникает необходимость, то показывается третья проекция, разрезы и сечения.

На сборочных чертежах указывают габаритные, присоединительные и установочные размеры.

Сборочный чертеж и гидросхема должны содержать основную надпись, графическую и текстовую части.

Размеры основной надписи для гидросхем и чертежей выполняются по ГОСТ 2.104 – 2006. Зону чертежа над основной надписью отводят для текстовой части, слева располагают графическую часть. Текстовая часть содержит техническую характеристику и технические требования. Техническую характеристику оформляют в виде пронумерованных пунктов. Каждый пункт содержит какой-либо параметр. В технические требования помещаются показатели, которые не могут быть выражены графически (размеры для справок, зазоры, требования к испытаниям и обкатке и т.д.). Техническую характеристику и технические требования предваряют соответствующим заголовком. Если на чертеже помещают только технические требования, заголовки не пишут. Текстовая часть выполняется седьмым номером шрифта. Выделять заголовки увеличенным размером шрифта, подчеркиванием не допускается.

Для сборочного чертежа оформляют спецификацию по ГОСТу 2.108 – 68, а для гидросхемы перечень элементов по ГОСТу 2.704 – 76. Они могут быть оформлены на листе формата А4, где выполнен сам чертеж (если остается достаточно места), или на

6

стандартных бланках.

Спецификация содержит разделы: документация, сборочные единицы, детали, стандартные изделия, материалы, прочие изделия. Заголовки разделов спецификации пишут в графе «Наименование» и подчеркивают. Детали раздела «Стандартные изделия» записывают в алфавитном порядке. В раздел «Документация» кроме сборочного чертежа записывают пояснительную записку.

При оформлений перечня элементов в графе «Поз. обозначение» указывается позиционное обозначение элемента, устройства или обозначение функциональной группы. В графе «Наименование» указывается наименование элемента (устройства) в соответствии с документом, на основании которого этот элемент (устройство) применен, и обозначение этого документа (основной конструкторский документ, государственный стандарт, отраслевой стандарт, технические условия и т.д.). При необходимости указания технических данных элемента, не содержащихся в его наименовании, эти данные рекомендуется указывать в графе «Примечание». Элементы в перечень записывают группами в алфавитном порядке буквенных позиционных обозначений. В пределах каждой группы, имеющей одинаковые буквенные обозначения, элементы располагают по возрастанию порядковых номеров. Всем документам выполняемой работы присваивают буквенно-цифровой индекс. Например, для проекта «ОГРУ 02 – 015.100.001 СБ»: ОГРУ – сокращенное название проектируемого узла (устройства): 02 – номер задания; 015 – вариант; 100 – обозначение сборочных

К обозначению пояснительной записки и сборочных чертежей добавляют соответствующий шифр: ПЗ или СБ. Основной конструкторский документ: спецификация – шифра не имеет.

7

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБЪЕМНЫХ ГИДРОПРИВОДАХ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ

2.1. Основные понятия и определения

Для успешного выполнения работы необходимо ознакомиться со следующими основными понятиями и определениями.

Система рулевого управления – система, включающая все элементы машины, расположенные между оператором и соприкасающимися с опорной поверхностью колесами и участвующие в управлении поворотом машины. Система рулевого управления предназначена для поддержания движения машины по заданному оператором направлению.

Рулевое управление с поворотными кулаками и трапецией – система, использующая обычную автомобильную кинематическую схему с двумя управляемыми колесами, установленными на одном мосту и соединенными с машиной посредством вертикальных поворотных шкворней, находящихся в непосредственной близости от каждого из колес; углы, под которыми установлены колеса относительно вертикальных шкворней, выбраны так, что при любом угле поворота продолжения горизонтальных осей колес пересекаются в одной точке.

Рулевое управление с шарнирно-сочлененной рамой – система, содержащая вертикальную ось поворота, соединяющую две секции машины, например, переднюю и заднюю секции шасси или рамы. Управление поворотом осуществляется посредством складывания секции машины вокруг оси поворота.

Рулевое управление с поворотом одноосного тягача – разновидность рулевого управления с шарнирно-сочлененной рамой, при которой вертикальная ось поворота расположена в районе колесной оси тягача.

Рулевое управление с бортовым поворотом – система, использующая изменение скорости и (или) направления вращения колес правого и левого бортов машины в качестве средства для изменения или поддержания направления ее движения.

Механическое рулевое управление – система, использующая для поворота машины в нормальных условиях исключительно мускульную энергию оператора.

Рулевое управление с усилителем – система, использующая для

8

поворота машины мускульную энергию оператора и вспомогательный энергетический источник (источники). При отсутствии вспомогательного источника (источников) поворот машины может быть осуществлен только за счет мускульной энергии оператора.

Рулевое управление с силовым приводом – система, в которой поворот машины осуществляется за счет энергетического источника (источников), при его отсутствии поворот машины не может быть осуществлен за счет мускульной энергии оператора.

Аварийная система рулевого управления – резервная система, используемая для поворота машины в случае отказа рабочего энергетического источника (источников) системы рулевого управления или в случае остановки двигателя.

Рабочий энергетический источник системы рулевого управления

– средство обеспечения энергией для выполнения поворота в системах с усилителем и в системах с силовым приводом, например, гидравлический насос, воздушный компрессор, аккумулятор, электрогенератор.

Аварийный энергетический источник системы рулевого управления – средство обеспечения энергией аварийной системы рулевого управления, например, гидравлический насос, воздушный компрессор, аккумулятор, батарея электропитания.

Отказ рабочего энергетического источника системы рулевого управления – полная и мгновенная потеря мощности рабочим энергетическим источником системы рулевого управления.

Командный орган рулевого управления – средство рулевого управления, с помощью которого оператор передает свою мускульную энергию системе рулевого управления, чтобы вызвать желаемый поворот машины. Это обычное рулевое колесо и другие эквивалентные средства ручного управления.

Угол поворота – общий угол отклонения, измеряемый между передними и задними колесами при их перемещении относительно одной или более вертикальных осей из положения обычного прямолинейного движения в положении поворота.

Угол поворота для многоосных машин определяют между колесами первого переднего и последнего заднего мостов.

Для ручного управления с поворотными кулаками и трапецией характерно, что угол поворота колес, расположенных с внутренней стороны поворота, превышает угол поворота колес, расположенных с внешней стороны поворота. Следовательно, для этой системы должно

9

быть также указано место измерения угла поворота.

Угол поворота, полученный в случае комбинированного применения кинематических схем, включая систему управления с поворотными кулаками и трапецией, определяют с указанием места измерения.

Окружность поворота по следу колес – габаритный диаметр поворота по следу внешней шины.

В современных СДМ для привода рулевого управления широкое распространение получил ОГРУ, что объясняется сравнительно простой конструкцией, высокими параметрами и хорошей надежностью.

ОГРУ должен содержать: насос; гидробак; фильтр; гидромотор обратной связи с распределителем (насос-дозатор); исполнительный гидроцилиндр (гидроцилиндры); предохранительный клапан; трубопроводы. Дополнительно в зависимости от тягового класса машины и ее компоновки в состав объемного гидропривода рулевого управления включают: распределительное устройство (усилитель потока), предохранительные и противоударные клапаны, обратные клапаны, регулятор потока, аварийный насос, гидроаккумулятор, гидроуправляемые клапаны, устройство для дублирующего управления.

Основными параметрами объемного гидропривода рулевого управления являются: подача за оборот, давление, передаточное число, усилие управления, быстродействие, коэффициент усиления объемного гидропривода рулевого управления.

Подача за оборот – объем жидкости, подаваемый в гидролинию исполнительного цилиндра за один оборот командного органа. Подачей за оборот определяется в основном выбор рулевого механизма для колесной машины, т.к. от этого параметра зависит поток, поступающий в исполнительные цилиндры, и полное число оборотов командного органа, необходимое для поворота управляемых колес из одного крайнего положения в другое.

Передаточное число – отношение угла поворота командного органа к ходу штока исполнительного цилиндра. Согласно техническим требованиям ОГРУ должен обеспечивать прямую пропорциональность между углом поворота командного органа и ходом штока исполнительного цилиндра.

Усилие управления – необходимое усилие, прикладываемое оператором к командному органу рулевого управления для

10