Фрагмент расчета объемного гидропривода

Тема задания: Провести расчет гидропривода рабочего хода экскаватора траншейного роторного и привода подъема и опускания рабочего органа, приняв за базу экскаватор ЭТР-207.

Исходные данные :

1. Требуемый крутящий момент мотора М_м=120 Н м.

2. Частота вращения вала мотора n_м=1570 мин^-1.

3. Частота вращения вала насоса n_н=1800 мин^-1.

4. Усилие гидроцилиндра при подаче масла в штоковую полость F=147 кН.

5. Скорость поршня при подаче масла в штоковую полость _п=0,13 м/с.

Экскаватор предназначен для отрывки траншей рабочим органом роторного типа и монтируется на базе трактора Т-130. В зависимости от особенностей разрабатываемого грунта необходимо изменять скорость движения экскаватора. Для обеспечения этого в приводе рабочего хода экскаватора предусматривается использование объемного регулирования и выбирается регулируемый гидронасос. При проектировании привода подъема и опускании рабочего органа используется гидросистема трактора. Необходимо обеспечить надежную фиксацию рабочего органа в определенном положении и ограничить скорость опускания под действием собственного веса.

Схема гидропривода хода экскаватора и подъема-опускания рабочего органа представлена на рис. 1.

Цифрами обозначены:

1. Насос переменной производительности с гидроусилителем управления.

2. Блок клапанов, обеспечивающий подпитку системы, предохранение от перегрузок, слив части нагретой жидкости в бак.

Рис.1 Гидросхема привода хода экскаватора и подъема-опускания

рабочего органа

3. Гидромотор хода экскаватора.

4. Обратный клапан.

5. Фильтр масла, подаваемого на подпитку, с предохранительным клапаном.

6. Сдвоенный насос для обеспечения подпитки и привода гидроусилителя.

7. Предохранительный клапан.

8. Гидроусилитель для регулирования производительности насоса 1.

9. Гидроцилиндр подъема и опускания рабочего органа.

10. Гидродроссель с обратным клапаном.

11. Гидрозамки.

12. Предохранительный клапан непрямого действия.

13. Гидрораспределитель.

14. Фильтр.

15. Насос гидросистемы трактора.

Размещаем гидрооборудование на машине и разрабатываем схему соединений гидрооборудования.

На рис.2 представлена схема соединений гидравлического привода хода экскаватора.

На ней обозначены:

Н 1 – насос ручной заправки гидросистемы;

Н 2 – насос сдвоенный для обеспечения подпитки привода гидроусилителя;

Н 3 – насос переменной производительности с гидроусилителем управления;

М 1 - гидромотор хода экскаватора;

КП 1 – клапан для поддержания необходимого давления в гидросистеме;

КП 2 – предохранительный клапан;

Ф 1 – фильтр масла, заправляемого в гидросистему;

Ф 2 – фильтр масла поступающего на подпитку;

Б 1 – масляный бак.

На схеме цифрами не обозначены штуцера, двойники, тройники, необходимые для соединения гидроаппаратуры.

ПОРЯДОК РАСЧЕТА

По заданному крутящему моменту, числу оборотов вала мотора, ориентировочному давлению в системе по каталогу определяем тип гидромотора и его марку.

В нашем случае подходит нерегулируемый аксильно-поршневой гидромотор 210.20.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ГИДРОМОТОРА [7]

Рабочий объем V0 = 54,8 см³/об.

Номинальное число оборотов n ном = 1800 мин^-1.

Номинальное давление Pном = 16 МПа.

Номинальный крутящий момент Mном = 139 Нм.

КПД общий η = 0,91.

КПД объемный η0 = 0,965.

Определяем потребный расход жидкости:

.

Определяем необходимый перепад давления на гидромоторе:

∆P = М*2π/V_ом*η_ммех= 120*2*3,14/54,8*10^-6*0,9 ≈ 15,3 Мпа.

Исходя из потребного давления жидкости, расхода и числа оборотов вала насоса подбираем гидронасос [7].

V_он= Q_п/n_нη_он= 0,09*10^-6/1800*0,9 ≈ 55 см³.

Учитывая, что по условиям работы экскаватора траншейного ротор-ного необходимо изменять скорость движения, выбираем регулируемый гидронасос. По рабочему объёму и потребному давлению подходит регулируемый аксиально-поршневой насос 207.20.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ НАСОСА [7]

Рабочий объём V_он= 54,8 см³.

Номинальное давление P_ном= 16 МПа.

Максимальное давление P_мах=20 МПа.

Номинальная частота вращения n_ном= 1800 мин^-1.

Давление на входе в насос P_вс= 0,08 МПа.

Определяем действительный наибольший расход жидкости:

Q_д=V_онn_нη_он= 54,8*10^-6*1800*0,965≈ 0,0952 м³/ мин,

где V_он- рабочий объём насоса, см³;

n_н-частота вращения вала насоса, мин^-1;

η_он-объёмный КПД насоса.

Определяем действительную наибольшую частоту вращения вала мотора:

n_м.д= Q_д*η_ом/V_ом = 0,0952*0,965/54,8*10^-6= 1676 мин^-1.

Определяем отличие действительной частоты вращения вала мотора от требуемой (заданной):

(n_м.д –n_м)/n_м=(1676-1570)/1570 ≈ 0,067

При максимальной подаче насоса возможно превышение частоты вращения вала мотора на 6,7%. С учётом грунтовых условий и технологии производства работ, частоту вращения вала мотора можно изменить регулировкой насоса.

Подбираем жидкость для гидросистемы.

Машина используется только летом. Выбираем масло МГ-20. При рабочей температуре +50^оС вязкость маслаν= 12*10^-6м²/с , что вполне допустимо для принятых гидромашин.

РАСЧЁТ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ

Проводим расчет для гидропровода экскаватора. Разбиваем гидросхему (рис. 2) на участки:

Основное кольцо циркуляции жидкости 1-2, 3-4.

Линия подпитки системы 5-6.

Линия подачи масла к гидроусилителю 7-8.

Всасывающая линия насоса Н2 9-10.

Длины трубопроводов берутся с учётом их прокладки на машине. Их необходимо принять, учитывая габариты машины и расположение оборудования на ней. В данной курсовой работе длины трубопроводов принимаются из задания.

В качестве подпиточного насоса использован насос ЗБГ12-41. Его подача составляет 10,4 л/мин на каждую секцию. (Данные из паспорта машины).

Определяем внутренний диаметр трубопровода на участках 1-2 и 3-4, где Q≈0,0952 м³/мин, принимая скорость движения жидкостиV=4 м/с.

,.

По ГОСТ 8734-75 выбираем стальные бесшовные холодно - деформируемые трубы [7].

По условиям прочности подходит труба наружным диаметром d_н=42 мм, толщиной стенки δ=7 мм и внутренним диаметром d_вн=28 мм.

Определяем действительную скорость движения жидкости.

На участках 1-2 и 3-4:

=4*0,0952/60*3,14*(0,028)²≈ 2,6 м/c.

На участках 5-6 и 7-8 Q=10,4 л/мин, V=2 м/с

d= .

Принимаем трубопровод d_н=25мм, d_вн=15мм, δ=5мм.

V_д=

Для всасывающего трубопровода на участке 9-10 1м/с.

d=

Принимаем трубопровод d_н=25мм,=1.2 мм, d_вн=22,6 мм.

V_д=.

Определим числа Рейнольдса для всех участков .

Re_1-2=.

Re_5-6=.

Re_9-10=.

Для новых бесшовных труб принимаем эквивалентную шерохова-тость стенок К_э=0,03 мм.

.

Для участков 1-2 и 3-4 можно считать трубы гидравлически гладкими [2]. Расчет коэффициента гидравлического трения ведем по формуле Блазиуса.

=.

Для участков 5-6, 7-8, 8-9 режим движения масла ламинарный, поэтому

=_5-6=_9-10=.

Определяем потери на трение по формуле Дарси- Вейсбаха

Р_т=890 кг/м³.

Например для участка 1-2

Р_т=.

Результаты расчетов заносим в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Исходые данные для расчета гидравлических потерь

Номер уч-ка	Назначение уч-ка	Скорость V, м/с		Расход Q, л/мин	Диаметр d, мм		Длина участка l, м
		принятая	действитель-ная		вычис-ленный	принят по ГОСТу
1-2	напорный	4	2,6	95,2	23	28	7,6
3-4	напорный	4	2,6	95,2	23	28	8
5-6	подпиточный	2	0,98	10,4	10,5	15	3,2
7-8	напорный	2	0,98	10,4	10,5	15	3,4
9-10	всасывающий	1	0,87	20,8	21	22,6	1,8

Таблица 2

Расчет потерь на трение

Номер уч-ка	L, м	D, мм	Q, л/мин	V, м/с	Re		PT, МПа
1-2	7,6	28	95,2	2,6	6066	0,036	0,029
3-4	8	28	95,2	2,6	6066	0,036	0,031
5-6	3,2	15	10,4	0,98	1225	0,061	0,006
7-8	3,4	15	10,4	0,98	1225	0,061	0,006
9-10	1,8	22,6	20,8	0,87	1631	0,046	0,0012

РАСЧЕТ ПОТЕРЬ В ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЯХ

Определяем, какие гидросопротивления имеются на каждом из участков, заполняем табл.3, приняв коэффициент гидравлических сопротивлений из справочников и учебных пособий [2,4,7].

Рассчитываем потери на местных сопротивлениях по формуле Вейс-баха и результаты заносим в табл. 3.

Р_М=.

Так, для присоединительного штуцера на участке 1-2

Р_М=

Определим суммарные потери на участке 9-10 линии всасывания.

Р_ВС=Р_Т+Р_М=1200+80+330+120+198+280=2208 Па.

Ориентировочная величина расстояния от входа в насос Н2 до уровня масла в баке Z=0,8 м. Атмосферное давление Р_а=10⁵ Па.

Давление масла на входе в насос

Р_вх.н=Р_а-Zg-Р_вс=10⁵-0,38909,8-2208=95175 Па. Р_вх.н=0,095 МПа

По технической характеристике насоса на всасывании допустимо разряжение в 0,02 МПа, т.е. допускается снижение абсолютного давления на входе в насос до [Р]_вх.н=0,1-0,02=0,08 МПа. Р_вх.н>[Р]_вх.н

Таблица 3

Расчет потерь в гидравлических сопротивлениях

Номер уч-ка	Вид сопротивления	Кол-во		V, м/с	Рм,Па	 Рм Па
1-2	Штуцер присоединительный	2	0,12	2,6	400	800
1-2	Внезапное сужение (выход из гидромотора)	1	0,6	2,6	2000	2000
1-2	Внезапное расширение (вход в гидронасос)	1	0,85	2,6	2600	2600
1-2	Закругленное колено	5	0,13	2,6	400	2000
3-4	Штуцер присоединительный	1	0,12	2,6	400	400
3-4	Тройник прямой с транзитным потоком	1	0,02	2,6	600	1600
3-4	Внезапное сужение (выход из гидронасоса)	1	0,6	2,6	1800	1800
3-4	Внезапное расширение (вход в гидромотор)	1	0,85	2,6	2600	2600
3-4	Закругленное колено	3	0,13	2,6	400	1200
5-6	Штуцер присоединительный	4	0,12	0,98	51	240
5-6	Тройник прямой с транзитным потоком	1	0,2	0,98	85	85
5-6	Закругленное колено	6	0,13	0,98	56	333
5-6	Внезапное сужение (выход из подпиточного насоса)	1	0,6	0,98	256	256
5-6	Внезапное расширение (вход в основной насос)	1	0,85	0,98	363	363
9-10	Штуцер присоединительный	2	0.12	0.87	40	80
9-10	Тройник прямой с разделением потоков	1	1	0,87	330	330
9-10	Закругленное колено	3	0,13	0,87	40	80
9-10	Внезапное сужение (выход из бака)	1	0,6	0,87	198	198
9-10	Внезапное расширение (вход в подпиточный насос)	1	0,85	0,87	280	280

При расчетной температуре рабочей жидкости насос будет работать нормально, без квитанции.

Определим, какой % от давления, развиваемого насосом Н3, состав-ляют потери в основном кольце циркуляции жидкости на участках 1-2 и3-4

Р=Р_{Т 1-2} +Р_{Т 3-4} +Р_М1-2+Р_М3-4=29000+31000+800+2000+2600+

+2000+400+600+1800+2600+1200=74000 Па

Обычно допускаются потери до 3%.

ВЫБОР ГИДРОАППАРАТУРЫ

Предохранительные клапана выбирают исходя из пропускаемого расхода и давления.

Клапан КП3, при необходимости, должен пропустить расход жидкости Q=95.2 л/мин и срабатывать при давлении 160 МПа. Для этих целей подходит клапан БГ 52-15 А с номинальным расходом 100 л/мин и пределом регулировки давления срабатывания 5-20 МПа [7].

В качестве клапана КП1 на ЭТР-206 принят клапан Г-54-32-М, а клапана КП2 –клапан 521.20.06.00.

Фильтр Ф2 должен обеспечить пропуск потока жидкости с расходом 10,4 л.мин и тонкость фильтрации 25 мкм. Этим требованиям отвечает фильтр 1.1.20-25 7 тонкостью фильтрации 25 мкм и номинальным расхо-дом 40 л/мин.

Объем гидробака обычно соответствует подаче насоса за 1,2-2 минуты его работы. Q=20,8 л/мин. Ориентировочный объем бака при наполнении 0,8 составит 20,81,2/0,8=31 л. По ГОСТ 16770-71 принимаем бак вместимостью 40 л.

Данные по выбранной гидроаппаратуре заносим в таблицу 4.

Таблица 4

Перечень установленных гидроаппаратов, их

технические данные и гидравлические потери

№ участкаа	Буквенное позиционное обозначение	Наименование гидроаппарата	Марка и типоразмер	Параметры				Рга Мпа
				табличные		в гидросхемах
				Q л/мин	Р Мпа	Q л/мин	Р Мпа
5-6	Ф2	Фильтр	1.1.20-25 7	40	0,63	10,4	0,4	0,1

РАСЧЕТ ПРИВОДА ПОДЪЕМА И ОПУСКАНИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА

Привод подъема и опускания рабочего органа осуществляется от гидросистемы трактора с насосом НШ-98.

Технические данные насоса НШ-98 [7]

1. Рабочий объем V_о=98 см³.

2. Номинальное давление Р_ном=10 МПа.

3. Номинальная частота вращения n_нном=1100 мин^-1 .

4. Объемный КПД нового насоса _о=0,94

Насос обеспечивает подачу

Q_H=V_OHn_нном_OH=9810^-311000.94=11510^-3 м³/мин.

Цилиндр работает на выталкивании корпуса при подаче в штоковую полость. Механический КПД для манжетных уплотнений _мех=0,97.

Эффективная площадь поршня S_Э=

S_Э=.

Исходя из параметров гидроцилиндров, работающих на аналогичных машинах, принимаем .

,

.

По ГОСТ 6540-68 принимаем D=160мм, d=80 мм.

.

По нормам ОН 22-176-69 гидроцилиндры работают при номинальном давлении 16 Мпа. Давление в гидросистеме 10 Мпа. Расчет на прочность не проводится. Необходим лишь расчет штока на устойчивость, если длина превышает 10 диаметров.

Определяется скорость движения поршня при работе цилиндра с подачей масла в штоковую полость:

=

Полученная скорость отличается от заданной на 0.003 м/с или на 2,3%

ЛИТЕРАТУРА

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя: В 3-х т.Т3.-М.: Машиностроение, 1979. - 557 с.

2. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие.-М.: Машгиз, 1971.-570 с.

3. Васильченко В.А., Беркович Ф.М. Гидравлический привод строительных и дорожных машин. – М. : Стройиздат, 1978.-166с.

4. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностро-ительных вузов /Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. –2-е изд., перераб.-М.: Машиностроение, 1982.-423 с.

5. Каталоги на гидравлическое оборудование. Насосы, гидроцилиндры, фильтры, гидромоторы, гидроаппаратура.-М.: НИИИМ, 1973.

6. Мирзоян Г.С., Мануйлов В.Ю. Объемный гидропривод строительных и дорожных машин.- М.: Московский автомобильно – дорожный инсти-тут, 1980.- 56 с.

7. Юшкин В.В. Основы расчета объемного гидропривода. – Минск: Выс-шая шк.,1982.-93 с.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОБЪЕМНОГО

ГИДРОПРИВОДА

Методические указания

к выполнению курсовой работы по курсу

«Гидравлика и гидропривод» для студентов специальности