2972

621.2

М749

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Н.В. Мокин, Н.А. Маслов

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ, АППАРАТЫ И ПРИВОДЫ

Методические указания к выполнению контрольной и курсовой работ

2-е издание, исправленное и дополнительнное

Новосибирск

2015

Введение

С 50-х годов прошлого века в строительных, дорожных, грузоподъемных и многих других технологических и транспортных машинах начали широко использовать гидравлические передачи (приводы), в которых механическую энергию переносит жидкость. В настоящее время гидравлический привод имеют практически все строительные экскаваторы, скреперы, бульдозеры, автогрейдеры, стреловые самоходные краны, автобетоносмесители, многие машины для строительства, ремонта и содержания железнодорожного пути и др. Существует также множество гидрофицированных инструментов: домкраты, рихтовщики, ножницы и др.

Широкое применение гидропривода объясняется наличием у него ряда существенных преимуществ:

–малые габариты и относительно небольшая масса гидродвигателей дает возможность использования высокого давления жидкости (до 32 МПа и более);

–возможность регулирования скорости выходного звена гидродвигателя (вала, штока) в широких пределах;

–простота контроля нагрузки гидропередачи и надежность защиты от перегрузок;

–малая инерционность, обеспечивающая быстрый разгон и торможение гидродвигателей.

Однако гидроприводы имеют ряд существенных недостатков:

–значительные потери передаваемой энергии – коэффициент полезного действия (КПД) новой гидростатической передачи, работающей при оптимальной вязкости и номинальном давлении жидкости, равен примерно 0,75 и уменьшается по мере износа насосов, гидродвигателей и аппаратов;

–высокие требования к качеству рабочей жидкости и существенная зависимость характеристик гидропередачи от ее температуры: отклонение температуры жидкости в обе стороны от оптимального значения снижает КПД; при больших отклонениях гидропередача становится неработоспособной.

Гидравлический привод успешно конкурирует с электромеханическими приводами. Выбор того или иного вида привода определяется условиями его применения, требуемыми габаритами, массой, быстродействием, стоимостью и другими свойствами.

3

Общепрофессиональные дисциплины «Гидравлические машины и аппараты», «Гидравлика и гидропневмопривод» входят в Федеральный компонент государственного образовательного стандарта по специальности «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные средства и оборудование». В методических указаниях изложены программные вопросы по гидравлическим приводам.

Рассмотрение вопросов проектирования гидроприводов машин ограничено случаями установившегося движения выходных звеньев гидродвигателей. Динамика приводов по содержанию дисциплины и отведенному на ее изучение времени выходит за пределы образовательного стандарта данной специальности. В связи

сэтим некоторые вопросы изложены на уровне представлений.

1.Общие указания

1.1. Цели выполнения контрольной и курсовой работ

Студенты дневной формы обучения выполняют курсовую работу, заочной – контрольную и курсовую работы. Самостоятельное и тщательное выполнение этих работ – эффективный способ освоения учебной дисциплины и подготовки к зачету и экзамену.

Цели выполнения контрольной работы – изучение устройства,

функционирования, свойств и характеристик насосов, гидродвигателей, распределителей, предохранительных и редукционных клапанов, фильтров и других элементов гидравлических приводов и систем управления.

Цели выполнения курсовой работы – формирование навыков разработки, чтения и описания функционирования гидравлических схем, освоение методики выбора насосов, гидродвигателей, клапанов и других элементов гидропривода.

Студент, выполнивший курсовую работу, должен знать:

–основные параметры насосов, гидромоторов, гидроцилиндров, распределителей, предохранительных и редукционных клапанов;

–марки, правила выбора и эксплуатации гидравлических масел, средства поддержания их чистоты и необходимой температуры;

–давление настройки предохранительных клапанов.

4

Должен уметь:

–читать, разрабатывать и оформлять принципиальные гидравлические схемы приводов;

–рассчитывать главные параметры и выбирать насосы, гидродвигатели, клапаны, распределители, трубопроводы, фильтры и гидравлические масла;

–рассчитывать потери давления и мощности в гидропередачах, силы и скорости выходных звеньев гидродвигателей.

1.2. Выполнение, оформление и защита контрольной работы

В индивидуальном задании на выполнение контрольной работы указаны типы насосов, гидродвигателей, клапанов и других элементов. Необходимо:

–изобразить принципиальную схему каждого элемента, выполнить рисунок или чертеж его устройства;

–описать устройство и функционирование каждого элемента;

–привести определения понятий, а также зависимости для вычисления характеристик каждого элемента: геометрических (диаметр, ход, объем и т.д.), силовых (номинальное и максимальное давление, сила на штоке, вращающий момент на валу), скоростных (частота вращения вала, скорость штока) и энергетических (мощность, КПД полный, объемный, гидромеханический).

Выполняя работу, необходимо изучить соответствующие параграфы учебника [3] или учебного пособия [4]. Рекомендуется использовать также дополнительные источники – справочники и сайты фирм-производителей [1, 5–9, 12]. Тексты из учебной литературы и других источников не следует переписывать дословно, необходимо понять их и дать ответы на поставленные вопросы.

Объем контрольной работы – примерно 15 страниц текста с рисунками. Графические и текстовые документы необходимо оформить с использованием компьютера, соблюдая требования организации [11].

Работа считается зачтенной после успешной защиты, в ходе которой преподаватель проверяет знания студента и понимание сути изложенного материала.

5

1.3.Выполнение, оформление и защита курсовой работы

Взадании приводятся исходные данные для проектирования гидропривода абстрактной машины: циклограмма работы, нагрузки, скорости и перемещения рабочих органов, температура воздуха, тип схемы (с открытым или закрытым центром, с разомкнутым или замкнутым потоком), тип управления насосом, гидромотором, распределителем и др.

Расчеты необходимо выполнять с использованием Международной системы единиц физических величин (СИ). Результаты следует округлять до трех значащих цифр, например: 3,45·10–2

(вместо 0,0345); 5,67·105 (вместо 567 000).

Последовательность расположения разделов в расчетно-пояс- нительной записке указана в задании на выполнение работы. Например:

– определение основных параметров и выбор комплектующих (первичного двигателя, насоса, гидродвигателя, клапанов и др.);

– определение потерь давления и проверка правильности выбора комплектующих;

– определение параметров тепловой защиты гидропередачи;

– описание принципиальной гидравлической схемы. Объем курсовой работы:

– схема гидравлическая принципиальная (один лист формата А3, оформляется как самостоятельный графический документ);

– расчетно-пояснительная записка (20–25 с.).

Графические и текстовые документы работы оформить с использованием компьютера, соблюдая стандарт организации [11].

При защите курсовой работы студент делает доклад (при-

мерно 8 мин), в котором излагает:

– общую характеристику привода;

– работу гидропередачи в соответствии с разработанной принципиальной гидравлической схемой;

– алгоритмы и результаты выбора насоса, гидродвигателя и клапанов;

– результаты проверки обеспечения требуемой силы, скорости

иперемещения рабочего органа;

– результаты проектирования тепловой защиты.

6

После этого студенту будут заданы вопросы по существу работы. Примерный перечень вопросов:

1.Действия оператора при включении и выключении гидродвигателя.

2.Работа и свойства системы управления распределителем, движение управляющего потока масла.

3.Движение силового потока масла во время разгона, установившейся работы и при чрезмерной перегрузке рабочего органа.

4.Работа первичной и вторичной защит от чрезмерных перегрузок.

5.Работа управляемого предохранительного клапана непрямого действия в режиме защиты от перегрузок и в режиме разгрузки насоса при выключении гидродвигателя.

6.Назначение гидроаккумулятора в системе управления распределителем.

7.Определение мощности, необходимой на привод рабочего органа.

8.Выбор дизельного или электрического двигателя привода насоса и определение необходимой мощности;

9Процедура выбора насоса, гидромотора, гидроцилиндра, трубопроводов, распределителей, предохранительных клапанов, фильтров.

10.Контроль степени засорения фильтров.

11.Автоматическое включение и выключение охладителя масла.

12.Определение потерь давления на участках гидропередачи

ивлияние этих потерь на движущую силу или вращающий момент на выходном звене гидродвигателя.

13.При соблюдении какого условия можно переходить к определению передаточного отношения передачи между гидродвигателем и рабочим органом?

14.Процедура корректировки передаточного отношения привода насоса в случае существенного отклонения расчетной скорости рабочего органа от требуемой.

15.С какой целью между дизелем и насосом может быть поставлена механическая передача?

16.Почему при работе гидропередачи повышается температура масла?

7

17.Условия, при которых установка охладителя необходима.

18.Из какого условия определяется необходимая площадь охладителя?

19.Из какого условия определяется производительность вентилятора для охладителя?

20.Записать по памяти формулы для определения: производительности насоса; внутреннего диаметра трубопровода; необходимой мощности привода насоса; вращающего момента на валу гидромотора; частоты вращения вала гидромотора; силы и скорости при выдвижении и втягивании штока гидроцилиндра (в предварительном и проверочном расчетах); передаточного отношения передачи между гидродвигателем и рабочим органом (из условия получения требуемого вращающего момента и требуемой скорости рабочего органа).

2. Разработка и описание принципиальной гидравлической схемы

В гидравлической схеме необходимо предусмотреть все элементы, участвующие в передаче энергии от первичного дизельного или электрического двигателя до рабочего органа, в управлении элементами гидропередачи, в контроле за давлением и температурой масла. Необходимо обеспечить следующие свойства гидропередачи (в соответствии с заданием):

–включение, выключение и реверсирование гидродвигателя;

–регулирование скорости гидродвигателя;

–отвод дренажных утечек из насоса и гидромотора;

–защита элементов привода от недопустимо больших перегрузок;

–разгрузка насоса при выключении гидродвигателя;

–легкость и чувствительность управления распределителем;

–контроль давления в напорной линии;

–фильтрация масла и индикация засоренности фильтров;

–охлаждение масла и контроль его температуры;

–заправка бака с использованием заправочного насоса и филь-

тра;

–слив масла из бака.

8

Принципиальную гидравлическую схему вычертить, используя стандартные условные графические обозначения элементов. На поле листа изобразить таблицу перечня элементов и таблицу настройки предохранительных клапанов.

Описание работы и свойств гидропередачи выполнить по принципиальной схеме со ссылками на буквенно-цифровые позиционные обозначения элементов. Описание должно содержать:

–общую характеристику гидропередачи (тип схемы, тип управления и др.);

–указания о действиях машиниста по включению, выключению и реверсированию гидродвигателя;

–перечисление элементов, через которые текут управляющий

исиловой потоки масла при включении, реверсировании и выключении гидродвигателя;

–направление движения потоков масла при работе первичной

ивторичной защит;

–перечисление основных свойств гидропередачи с указанием элементов, обеспечивающих эти свойства (защита от перегрузок, регулирование скорости, легкость и чувствительность управления, охлаждение и фильтрация масла, контроль давления и температуры, контроль засоренности фильтров и др.).

Ниже в качестве примера приведена гидравлическая схема и фрагмент ее описания:

«При постановке распределителя Р в нейтральную позицию подводящие к гидромотору М линии будут перекрыты, и он, продолжая движение по инерции, перейдет в режим насоса. Сливная линия мотора М становится напорной, в ней резко повышается давление. Открывается предохранительный клапан КП1, масло течет через обратный клапан КО1.

Энергия теряется на преодоление сопротивлений в предохранительном клапане. Гидродвигатель и рабочий орган за некоторое

9

время останавливаются. В контуре М – КП1 – КО1 – М повышается температура масла».

3. Предварительный расчет и выбор элементов

Алгоритм расчета и выбор элементов зависят от заданных характеристик привода. Если насос и гидромотор регулируемые, их мощность при номинальном давлении, максимальном рабочем объеме и принятой или вычисленной частоте вращения вала должна обеспечить заданные скорость и силу на рабочем органе. При необходимости можно на 5…10 % уменьшить максимальный рабочий объем насоса и на 5…20 % уменьшить или увеличить частоту вращения его вала. Комплектующие для расчета следует выбирать в прил. А–К.

Цели расчета – определение параметров и предварительный выбор силовых элементов привода: дизеля, насоса, гидродвигателя, распределителя, предохранительных клапанов, фильтра, трубопроводов, гидравлического масла.

Для предварительного выбора любого элемента необходимо расчетом определить его требуемые параметры. В зависимости от назначения элемента это может быть мощность на входе или выходе, расход масла и др.

При выполнении и оформлении расчетов необходимо соблюдать стандартизованную последовательность, установленную Единой системой конструкторской документации (ЕСКД) и стандартом СГУПСа [11]:

–цели расчета с указанием величин, подлежащих определению, и элементов, подлежащих выбору;

–условия расчета (например, характер движения, вязкость масла);

–исходные данные (нагрузки, скорости, перемещения рабочих органов и другие факторы, учитываемые при выполнении данного расчета);

–расчетная схема (условными графическими символами изобразить основные элементы рассчитываемой системы и связи между ними, около них буквенными символами записать заданные

иискомые параметры);

10