Расчет гидропривода механизмов одноковшового экскаватора

метки: Экскаватор, Расчет, Секция, Гидроцилиндр, Поток, Вращение, Действие, Полезный

Выбор гидравлической схемы и ее описание

Применяемые схемы подразделяются на одно — и многопоточные. Однопоточные схемы находят применение только на неполноповоротных экскаваторах вместимостью ковша до 0,3 м ^3.

С целью сокращения продолжительности цикла путём совмещения рабочих операций принимаем двухпоточную систему.

Схемой предусматривается возможность работы с обратной лопатой, погрузчиком и грейфером. В состав её входят два насоса, два гидрораспределительных блока, гидрораспределители поворота грейфера и следящей системы поворота колес, гидромоторы поворота платформы и передвижения экскаватора, а также гидроцилиндры: рукояти, стрелы, ковша обратной лопаты, поворота грейфера и поворота колес.

Основные механизмы приводятся в движение от двухсекционного автоматически совместно регулируемого аксиально-поршневого насоса. Второй насос (шестеренный, нерегулируемый) используется для питания гидроцилиндров поворота грейфера и поворота колес.

От секций А и Б насоса рабочая жидкость параллельными потоками подается в гидрораспределительные блоки соответственно и от них на питание гидродвигателей. Исключение составляет рабочая секция Р7, имеющая раздельное от всех остальных секций питания за счет использования промежуточной секции.

Включение в действие того или иного механизма экскаватора производится с помощью соответствующих трехпозиционных золотников. В положении, показанном на рисунке, все золотники находятся в нейтральном положении. В этом случае обе секции насоса подают полный поток к гидрораспределительному блоку. При включении любого из золотников гидрораспределительного блока потоки жидкостей от секций А и Б разъединяются и питание блока производится только от насоса Б.

гидравлический привод одноковшовый экскаватор

Полный поток может подаваться также и в гидроцилиндр рукояти при приведении его в действие от гидрораспределительной секции Р7. Но при необходимости совмещения операций он может быть включен и через золотник секции РЗ. В этом случае потоки разъединяются и это дает возможность совмещать движение рукояти с движением стрелы или же ковша обратной лопаты.

При работе с грейфером рабочие гидролинии резервной секции Р2 используются для управления гидроцилиндром подъема (опускания) верхней части составной стрелы, секция Р6 — для управления гидроцилиндром челюстей грейфера, а гидрораспределитель поворота грейфера — для управления гидроцилиндром поворота грейфера.

Установки погружных центробежных насосов (УЭЦН)

... устанавливаются между входным модулем и модулем-секцией погружного насоса. Погружной насос, электродвигатель, и гидрозащита соединяются между собой фланцами и ... ухода. Монтаж оборудования ЭЦН прост, так как станция управления и трансформатор не нуждаются в устройстве фундаментов. ... от поворота в корпусе ниппеля, расположенным в верхней части насоса. Снизу в корпус ввинчивают основание насоса с ...

Слив рабочей жидкости в бак от всех гидродвигателей производится через золотник. С помощью этого золотника поток может направляться либо в охладитель, если в этом имеется надобность, либо минуя его на параллельно установленные фильтры.

При их засорении поток может перепускаться через предохранительные клапаны в бак мимо фильтров.

Число фильтров, установленных в сливной линии, определяется необходимостью обеспечить минимальное сопротивление движению жидкости.

Напорные гидролинии обеих секций насоса 1 и насоса 13 защищены от давлений, превышающих допускаемые, с помощью предохранительных клапанов. Кроме того, в напорных гидролиниях секций А и Б насоса 1 установлены еще и обратные клапаны.

В рабочих гидролиниях моторов, а также гидроцилиндров установлены предохранительные и обратные клапаны. Первые из них служат для защиты по допускаемому давлению. Через вторые может осуществляться подпитка или же перепуск рабочей жидкости из одной гидролинии в другую при срабатывании предохранительного клапана.

Для контроля настройки предохранительных клапанов в напорных гидролиниях установлен манометр, который поочередно может подключаться к напорным линиям секций А и Б насосов. В сливной гидролинии давление может контролироваться с помощью манометра.

2. Определение мощности первичного двигателя

Мощность первичного двигателя определяется из условия обеспечения процесса копания с заданной скоростью.

Максимальную продолжительность копания определяем по формуле:

(2.1)

= 5,16 с, (2.2)

где

q — вместимость ковша м ³ .

Принимаем = 5,2с.

Параметры, определяющие энергоемкость копания, принимаем следующими:

А _уд = 2,2 = 1,0; η_сум = 0,56; к_вых = 0,9; к_н = 0,85.

где

А _{уд —} удельная энергоемкость, А_уд = (2,2-2,5) ∙10³ Н∙м/м³ ; к_н /к_р — отношение коэффициента наполнения к коэффициенту разрыхления; η_сум — расчетный суммарный коэффициент полезного действия привода и рабочего оборудования (η_сум = 0,52-0,64 — при использовании насосов с регуляторами мощности); к_{вых —} коэффициент снижения выходной мощности двигателя; к_{н —} коэффициент использования мощности насосной установки.

Мощность двигателя из условия заполнения ковша за заданное время

N _e = (A_уд qк_н 10^-3 ) / (t_k η_сум к_вых к_р к_н );

N _e = (2,2∙10⁵ ·0,55∙10^-3 ) / (5,2∙0,55∙0,9∙0,85) = 55,3 кВт.

Радиус ковша определяем по формуле:

или

= 1,17 м;

b _к = 1,5q^{1/3 —} 0,26 = 1,50,26 = 0,97 м. (2.5)

принимаем b _к = 1м, = 1,2 м.

где

R _k — радиус окружности, описываемой лезвием среднего зуба, м;

b _k — ширина режущей кромки ковша.

Максимальная сила копания

Масса экскаватора:

m = Р _{m ах} /μg = 95,79/0,7∙9,81 = 13,9 т.

Р _max — максимальное горизонтальное усилие, возникающее при работе экскаватора;

Передача электроэнергии на расстояния

... нашего реферата мы решили поставить вопрос о передаче электроэнергии не только на расстоянии, но и ... событие 2007 года - ввод нового, второго трансформатора на подстанции «Гальянка». Началом строительства ЛЭП Черноисточинск ... 4 В. В квартиры домов электрическая энергия подводится под напряжением 127 или 220 ... насос, создающий напор. Чем больше напор, тем больше поток жидкости. Батарейка в электрической ...

• μ — коэффициент сцепления ходового устройства с грунтом, μ = 0,7.

Принимаем двигатель СМД — 14Н, для него: N _е = 59 кВт и n = 1800 об/мин.

Удельный эффективный расход топлива q = 0,252 кг/кВт∙ч

Масса m = 675 кг

3. Определение параметров насосной установки

Принимаем: Р _н = 20 МПа; насоса η_н = 0,85; η_{п. н} = 0,9; Р_{m ах} = 32 МПа; Р_{max p} = 0,9∙32 = 29 МПа; диапазон регулирования n = 2,0.

Подача насосной установки:

при насосах постоянной подачи:

Qн = (60N _e η_{п. н.} η_н ) /р_н = (60∙59∙0,9∙0,85) /20 = 135,4 л/мин; (3.1)

при насосах переменной подачи:

Qн = (60nN _e η_{п. н.} η_н ) /Р_{m ах р} = (60∙2∙59∙0,9∙0,85) /29 = 187 л/мин (3.2)

Принимаем регулируемый сдвоенный аксиально — поршневой насос типа 223.20.156. Для него Q =156,2 л/мин; р _н = 20 МПа; р_{m ах} = 32 МПа; n_н =1500 об/мин.

Присоединение насоса к двигателю предусматривается через редуктор с передаточным отношением

i=n _д /n_н =1800/1500=1,2. (3.3)

4. Определение геометрических размеров рабочего оборудования

Полубаза экскаватора:

= 1,3 м. (4.1)

где m — масса экскаватора, т.

Конструктивные размеры:

l _i = k_i B (1 ± k_в ) (4.2)

где l — искомый размер;

к _i — относительный коэффициент;

• В — полубаза, м;

k _в — коэффициент вариации.

Длина рукояти 1 _р = 1,5.1,3 = 1,95 м;

Длина стрелы 1 _с = 1,64.1,3 = 2,13 м;

Радиус ковша R _k = 0,89.1,3 = 1,16 м;

Высота пяты стрелы у _о = 1,22.1,3 = 1,59 м;

Расстояние от пяты стрелы

до оси поворота платформы х _о = 0,32.1,3 = 0,42 м;

Высота шарнира поворота стрелы y _с = 0,93.1,3 = 1,21 м;

Расстояние от шарнира поворота стрелы

до оси поворота платформы x _с = 0,67.1,3 = 0,87 м;

Расстояние от пяты стрелы до

шарнира штока цилиндра стрелы l ₁ = 1,5.1,3 = 1,95 м;

Расстояние от шарнира штока цилиндра

стрелы до оси поворота рукояти l ₂ = 2,32.1,3 = 3,01 м;

Длина консоли рукояти l _к = 0,49.1,3 = 0,64 м;

Расстояние между шарнирами l ₃ = 0,24.1,3 = 0,31 м;

l ₄ = 0,35.1,3 = 0,46 м;

l ₅ = 0,35.1,3 = 0,46 м;

l ₆ = 0,27.1,3 = 0,35 м;

Расстояние от пяты стрелы до

шарнира цилиндра поворота рукояти l ₇ = 2,34.1,3 = 3,04 м

Угол излома стрелы Δ = 23∙1,3= 30 ⁰ .

5. Определение энергоёмкости операций и подбор силовых гидроцилиндров

5.1 Копание поворотом рукояти

Длина рабочего хода поршня гидроцилиндра рукояти:

x _р = 1_k = 0,82 м; (5.1)

Принимаем: v _шт = 0,25 м/с; ψ = 1,65.

Минимальное время копания:

Насосы для трубопроводного транспорта нефтепродуктов

... для перекачки нефтепродуктов используют центробежные горизонтальные насосы, в однокорпусном секционном исполнении, с рабочими колесами одностороннего входа. Рабочие колеса выполняются с лопатками двоякой кривизны, так как насосы имеют коэффициент ... колеса n1 = 2950 об/мин, принимаем тип насоса - многоступенчатый с колесами одностороннего входа. Коэффициент быстроходности колеса об/мин. Расчетная ...

t _min = (ψ·x_р ) /v_шт = (1,65 ∙ 0,82) /0,25 = 5,4 с. (5.2)

где ψ — отношение площади и полости цилиндра F ₁ к площади штоковой полости F₂ .

Работа копания поворотом рукояти:

А _р = А_уд ·q

• (к_н /к_p ) = 260∙0,55 = 143 кН∙м. (5.3)

где А _уд — удельная работа копания, Ауд = 200.280 кН∙м/м³ ;

q — ёмкость ковша, м ³ ;

k _н и k_р — коэффициенты наполнения и разрыхления, k_н /k_р = 1,0;

Расчётное давление в гидросистеме при насосах переменной подачи:

Р _расч = Р_{m ах р} /n = 3/2 = 16 МПа. (5.4)

где

р _{m ах} — давление настройки предохранительного клапана;

• n — диапазон регулирования насоса.

Площадь поршневой полости гидроцилиндра:

F ₁ = A_p / (P_расч ·x_p ·η_{р. о} ) = 143∙10³ / (16∙10⁶ ∙0,82∙0,85) = 0,0128 м² . (5.5)

Диаметр цилиндра:

(5.6)

d _ц

Полный ход поршня:

x _{р. п} = 2·l_k ·sin (φ_p /2) = 2∙0,82∙sin (100/2) = 1,25 м. (5.7)

Принимаем по ГОСТ 6540-68 гидроцилиндр второго исполнения 1.2 — 140×1250.

5.2 Копание поворотом ковша

Работа копания:

А _к = kА_уд (к_н /к_р ) q = 1,2^.2 60∙1^.0 ,55 = 171,6 кН∙м. (5.8)

Максимальное усилие копания:

P _max = (0,95A_уд q) /R (5.9)

Р _max = (0,95∙ 260∙0,55) /1,2 = 113,2 кН,

где R _k — радиус окружности, описываемой лезвием среднего зуба, м.

Расчетное давление в гидроцилиндре:

р _расч = p_max /n, (5.10)

Р _расч. = 32/2=16 МПа.

где р _{m ах} — давление настройки предохранительного клапана

n — диапазон регулирования насоса.

Необходимый рабочий объем гидроцилиндра:

W = A _k / (P_расч η_{п. к} ) = 171,6∙10³ / (16 ∙10⁶ ∙0,88) = 0,0122 м³ . (5.11)

где η _{п. к. —} коэффициент полезного действия механизма поворота ковша, включая коэффициент полезного действия гидроцилиндра.

Полный угол поворота ковша:

α _к = 155°.

Угол поворота звена l ₄ :

α ₄ = α_{к (} l₆ /l₄ ) = 155 (0,35/0,46) = 117,9°. (5.12)

Ход поршня:

х _п = 2l₄ sin (α₄ /2) = 2∙0,46∙sin (117,9/2) = 0,8 м. (5.13)

Принимаем по ГОСТ 6540-68 гидроцилиндр поворота ковша с диаметром, равным диаметру гидроцилиндра рукояти 1.1-140х800.

Рабочий объем цилиндра при принятых значениях d _ц и x_п :

Использование поршневых насосов в пожарной службе

... развиваемое давление (40-50 МПа) и КПД (з) = 0,85-0,9. В системах управления автолестниц и подъемников насосы используются и как гидромоторы и как гидронасосы. Поршневые насосы ... воду - это его существенный недостаток. 3. Струйные насосы Струйные насосы широко используются в пожарной технике. Водоструйный насос Пожарный гидроэлеватор (рис. 2.9) представляет собой устройство эжекторного типа. ...

W’ = π·d _ц ² ·x_п /4 = 0,785∙0,14² ∙0,8= 0,0123 м; (5.14)

W’ ≥ W.

,0123>0,0122

Скорость движения штока при номинальной подаче обеими секциями насоса:

v _шт = (4Q η₀ ) / (π·d_ц ² ) = (4∙156,2∙10^-3.0 ,96) / (60∙3,14∙0,125² ) = 0,2 м/с (5.15)

где Q _н — номинальная подача насоса;

η ₀ — объёмный коэффициент полезного действия системы от насоса до гидроцилиндра, η₀ = 0,96.

Угол поворота ковша в рад:

α _к = 155/57,3 = 2,7 рад.

Время перемещения штока:

t _шт = x_п /v_шт = 0,8/0,2 = 4 с. (5.16)

Угловая скорость:

ω = α _к /t_шт = 2,7/4 = 0,68 с^-1 . (5.17)

5.3 Подъём рабочего оборудования

Работа, затрачиваемая на подъём рабочего оборудования.

А _с = 380∙10³ Н∙м. Принимаем z=2, Р_расч ⁼ 32/2 = 16 МПа, η_{с. м} = 0,8.

Рабочий объем гидроцилиндров подъема стрелы:

W =А _с /Р_рас Z η_{с. м} =380^.1 0³ / (16∙10^6.2 ∙0,8) = 0,0148 м³ . (5.18)

где Р _расч — расчётное давление рабочей жидкости;

η _{с. м} -коэффициент полезного действия стрелоподъёмного механизма, η_{с. м} =0,8;

• z — число цилиндров (обычно z = 2).

Из расчета геометрических размеров рабочего оборудования имеем: х _с =0,87 м; у_с =1,21 м; х_о =0,42 м; у_о =1,59 м; ОА=l₁ =1,95м; α_c ^’ = 50⁰ , α_c ^’’ = 45⁰ .

Параметры, определяющие величину хода поршня подъема стрелы:

Диаметр цилиндра подъема стрелы

(5.25)

Принимаем цилиндр и гидроцилиндр d ^x S=160 ^x 900 по ГОСТ6540-68.

6. Расчёт механизма поворота

6.1 Расчёт параметров механизма поворота

Выбираем открытую схему с насосами, автоматически регулируемыми по суммарному давлению. Во время поворота платформы поток от одного насоса используется для питания гидромотора поворота, другой насос в это время может питать один из гидроцилиндров рабочего оборудования.

Исходные данные: подача насоса Q _{н. max} = 78,1 л/мин; номинальное давление насоса Р_н = 20 МПа; угол поворота платформы φ₀ = 90⁰ ; диапазон регулирования насоса n’ = 2. Момент инерции платформы:

I = 1000m ^5/3 = 1000∙13,9^5/3 = 81 кН^. м∙с² . (6.1)

Момент сцепления ходовой части с грунтом:

М _сц = 1850m^4/3 = 1850∙13,9 ^4/3 = 61,77 кН^. м. (6.2)

Допускаемый тормозной момент:

М _т = (0,7.0,85) М_сц = 0,7∙61,77 = 43,24 к Н^. м. (6.3)

Регулирование скорости вращения асинхронных двигателей

... и зависимость диапазона регулирования от величины нагрузки. В частности, регулирование скорости на холостом ходу практически невозможно. Регулирование скорости вращения посредством введения добавочной э. д. с. во вторичную цепь двигателя. Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя путем увеличения ...

Принимаем коэффициент снижения разгоняющего момента по отношению к тормозному r = М _р /М_т = 0,6 и находим значение разгоняющего момента:

М _р = r·М_т = 0,6∙43,24 = 25,94 кН^. м. (6.4)

Допускаемые угловые ускорения:

при разгоне — ε _р = М_р /I = 25,94/81 = 0,32 с^-2 ; (6.5)

при торможении — |ε _т | = М_т /I = 43,24/81 = 0,53 c^-2 . (6.6)

Угловая скорость вращения платформы в конце разгона:

(6.7)

где φ ₀ — угол поворота платформы, принимаемый 1,57 рад (90⁰ ).

Время разгона и торможения:

t _p = ω_п /ε_р = 0,774/0,32 = 2,42 с; (6.8)

t _т = ω_п /ε_т = 0,774/0,53 = 1,46 с. (6.9)

Время включения и выключения t _вв = 0,35.0,4 с. Принимаем t_вв = 0,4 с.

Время поворота:

t _п = t_p + t_т + t_вв = 2,42 + 1,46 + 0,4 = 4,28 с. (6.10)

Потребная мощность гидромотора:

N _гм = (М_р ω_п ) / (1000η_г-п n’) = (25940∙0,774) / (1000∙0,9∙2) = 11 кВт, (6.11)

где η _г-п = КПД передач от вала гидромотора до поворотного круга.

Мощность, забираемая от первичного двигателя:

где η _с = η_гм ·η_мп — суммарный КПД механизма поворота, включающий гидромеханический КПД гидромотора η_гм и КПД механических передач от вала гидромотора до поворотного круга η_г-п .

По величине потребной мощности выбираем гидромотор аксиально-поршневой нерегулируемый типа 210.16.28, имеющий следующие паспортные данные: рабочий объем q _m = 28,1 см³ ; давление на выходе: номинальное — 20 МПа, максимальное — 32 МПа; частота вращения: номинальная — 1920 об/мин; максимальная — 4000 об/мин; номинальный расход — 56,8 л/мин; номинальная эффективная мощность — 16,2 кВт; гидромеханический КПД — η_гм = 0,965; полный КПД — 0,92.

Передаточное отношение механической передачи:

(6.13)

где η _о — объемный КПД гидропередачи от насоса до гидромотора (включая насос, гидромотор и трубопроводы).

Частота вращения вала гидромотора:

n _м = 30i_p ω_п /π = 30∙341∙0,774/3,14 = 2522 об/мин. (6.14)

Сравнивая частоту вала гидромотора с максимальной, имеем:

n _м = 2522 об/мин < 4000 об/мин.

Давление настройки предохранительных клапанов:

Р _к = 6,28М_р / (q_м i_p η_гм η_мп ) +р_сл (6.15)

Р _к = 6,28∙25,94∙10³ / (28,1∙341∙0,965∙0,9) +0,5 = 19,6 МПа.

где η _{гм —} гидромеханический кпд гидромотора;

η _мп — кпд механической передачи от гидромотора до поворотного круга;

р _сл — давление в сливной магистрали за гидромотором, р_сл = 0,5-1,5 МПа. Проверяем выполнение условия Р_к /Р_max = 0,6.0,8:

Планетарный механизм поворота трактора ДТ-75М

... шкива вала (водила); 13 — рычаг; 14 — тяга; 15 — пружина тормозной ленты; 16 — рычаг тормоза солнечной шестерни; 17 — педаль тормоза водила. Устройство и работа планетарного механизма Планетарный механизм поворота трактора ДТ-75М ... обкатываться по неподвижным шестерням 10. Оси 8 сателлитов 9 водила 7 передают вращение валам 2 и далее на конечные передачи. Рис. 1. Схема многодисковой муфты управления ...

Р _к /Р_max = 20/32 = 0,63 — условие выполняется.

Подача насоса при давлении настройки предохранительных клапанов:

Q ₀ = 60N_гм / (Р_к η_гм ) = 60∙11/ (20∙0,965) = 34,19 л/мин. (6.16)

Угловая скорость вращения платформы в конце первого этапа разгона:

(6.17)

Фактические значения разгоняющего и тормозного моментов:

М _р = 0,159 (0,95Р_к — Р_сл ) q_м i_р η_гм η_{м. п;} (6.18)

М _р = 0,159

• (0,95∙20 — 0,5) ·28,1∙341∙0,965∙0,9 = 24,479 кН^. м;

М _т = М_р / (η_гм ·η_{м. п)} ² = 24,479/ (0,965∙0,9) ² = 32,638 кН^. м; (6.19)

Отношение r =M _р /M_т = 24,479/32,638 = 0,75. (6.20)

Фактические угловые ускорения:

при разгоне ε _р = М_р /I = 24,479 /81 = 0,302 с^-2 ; (6.21)

при торможении │ε _т │=М_т /I = 32,638 /81 = 0,402 c^-2 ; (6.22)

Фактическая максимальная угловая скорость вращения платформы:

(6.23)

Фактические значения времени разгона и торможения:

t _p = ω_п /ε_р = 0,74/0,302 = 2,45 с; (6.24)

t _т = ω_п /ε_т = 0,74/0,402 = 1,86 с. (6.25)

Фактическое время поворота:

t _п = t_р + t_т + t_вв = 2,45 + 1,86 + 0,4 = 4,71 с. (6.26)

Общие затраты энергии:

А _о = N_п ·t_п = 7,7∙10³ ∙4,71 = 36,3 кДж. (6.27)

Полезные затраты:

А _пол = (Iω_п ² ) /2 + М_с φ_о ≈ (Iω_п ² ) /2 = (81∙0,74² ) /2 = 22,2 кН^. м. (6.28)

1. Беркман И.Л. Одноковшовые строительные экскаваторы. — М., 1986.

• Щемелев А.М. Проектирование гидропривода машин для земляных работ. — Могилёв, 1995.
• Проектирование машин для земляных работ, под ред.А.М.

Холодова. — Харьков, 1986.

• Смоляницкий Э.А., Перлов А.С., Королёв А.В. Рабочее оборудование одноковшовых полноповоротных гидравлических экскаваторов. Обзор. — М.;
• ЦНИИТЭСтроймаш, 1971.

• В.А. Абрамович, В.А. Довгяло. Расчет гидропривода механизмов одноковшового экскаватора. Пособие к курсовой работе по дисциплине «Гидравлика и гидравлические машины». — Г., 2003.