Гидравлика, гидромашины и гидропривод

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

 ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Строительные, дорожные, подъемно-транспортные машины и оборудование"

 

 

ГИДРАВЛИКА, ГИДРОМАШИНЫ И ГИДРОПРИВОД

 

Методические указания к выполнению курсовой работы

для студентов специальности I-36 11 01 – «Строительные, дорожные,

подъемно-транспортные машины и оборудование»

Могилев 2004

УДК 532:62-82

ББК 30.123:34.447

Рекомендовано к опубликованию

комиссией методического совета

Белорусско-Российского университета

 

Одобрено кафедрой СДПТМиО                          «07» сентября 2004 г.,

протокол № 1

Составители д-р техн. наук, доц. Е.И. Берестов;

                 канд. техн. наук, ст. преп. А.П. Смоляр

 

Методические указания предназначены для выполнения курсовой работы по дисциплине «Гидравлика, гидромашины и гидропривод» для студентов специальности I 36 11 01– «Строительные, дорожные, подъемно-транспортные машины и оборудование».

 

Учебное издание

ГИДРАВЛИКА, ГИДРОМАШИНЫ И ГИДРОПРИВОД

 

Технический редактор        А.А. Подошевко

Компьютерная верстка       В.Э. Ковалевский

Рецензент канд. техн. наук В.В. Береснев

Ответственный за выпуск  И.В. Лесковец

 

Подписано в печать               Формат 60 84 1/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л.   . Уч.-изд. л.          . Тираж         экз. Заказ № ___________

_________________________________________________________________________________________________________________________

Издатель и полиграфическое исполнение:

Государственное учреждение высшего профессионального образования

«Белорусско-Российский университет»

Лицензия ЛВ № 02330/375 от 29.06.2004 г.

212005, г. Могилев, пр. Мира, 43

© ГУВПО «Белорусско-Российский

                                             университет», 2004

 

Содержание

 

Введение. 4

1 Оформление курсовой работы.. 5

1.1 Пояснительная записка. 5

1.2 Графическая часть. 5

2 Общие сведения. 6

2.1 Требования к гидроприводам СДМ.. 6

2.2 Составление принципиальной гидравлической схемы.. 7

3 Пример расчета объемного гидропривода дорожной машины по..........

заданным условиям. 8

3.1 Исходные данные для расчета. 8

3.2 Описание принципиальной схемы гидропривода. 9

3.3 Выбор номинального давления. 11

3.4 Подбор гидродвигателей. 11

3.5 Определение расхода жидкости, потребляемой гидродвигателями. 13

3.6 Подбор насоса. 14

3.7 Выбор рабочей жидкости. 15

3.8 Расчет потерь давления в гидросистеме. 15

3.8.1 Расчет диаметров труб и рукавов. 15

3.8.2 Расчет потерь давления в трубопроводах. 18

3.8.3 Подбор гидроаппаратов и определение потерь давления в них. 20

3.8.4 Расчет потерь давления в магистралях гидросистемы.. 22

3.9 Проверочный расчет гидропривода. 23

3.10 Расчет мощности и КПД гидропривода. 24

3.11 Тепловой расчет гидропривода. 25

4 Защита курсовой работы.. 28

Литература. 30

Введение

 

Объемный гидропривод, благодаря своим преимуществам, стал неотъемлемой частью подавляющего большинства современных машин: экскавато­ров, бульдозеров, автокранов, автогрейдеров, погрузчиков и др. Более 80 % всех строительно-дорожных машин имеют гидропривод. Он применяется для привода рабочего оборудования, колесного или гусеничного движителя, рулевого управления, вспомогательного оборудования и т.д.

Расчет объемного гидропривода при курсовом проектировании способствует закреплению теоретических знаний студентов, развивает практические навыки самостоятельной работы при выполнении расчетов, оформлении чертежей и составлении текстовых конструкторских документов.

Объектами проектирования являются объемные гидроприводы экскава­торов, погрузчиков, скреперов, бульдозеров, автогрейдеров, самоходных стреловых кранов, самоходных катков и других машин.

Главными задачами при курсовом проектировании являются расчет основных параметров объемного гидропривода по заданным условиям и на его основе разработка принципиальной гидравлической схемы, обеспечивающей выполнение машиной технологических операций.

Применение ЭВМ в учебном процессе позволяет в значительной степени облегчить расчеты при проектировании, сократить время на выполнение и повысить их качественный уровень.

 

Оформление курсовой работы

Пояснительная записка

Пояснительная записка составляется в следующем порядке: титульный лист; задание на курсовую работу; содержание; введение; расчетно-пояснительная часть; заключение; список используемой литературы; приложения (при необходимости).

Пояснительная записка выполняется на писчей бумаге с размерами сторон 210х297 мм (формат А4) с основными надписями, соответствующими ГОСТ 2.104–68.

Все расчеты должны быть выполнены в системе СИ, оформление записки должно соответствовать требованиям к текстовым конструкторским документам. Величины коэффициентов и другие справочные данные должны быть обоснованы и подтверждены ссылками на литературные источники.

В заключении рекомендуется сформулировать основные результаты и выводы по выполненной работе, сделать критические замечания о спроектированном гидроприводе, указать возможность использования других решений.

В список использованной литературы заносятся полные наименования только тех книг, которые были использованы при выполнении работы и на которые в тексте записки имеются ссылки.

Примерный объем пояснительной записки 20-25листов.

 

Графическая часть

Графическая часть представляет собой чертеж принципиальной гидравлической схемы привода дорожной машины, выполненный на листе с размерами сторон 594х841 мм (формат А1) с перечнем элементов схемы и технической характеристикой гидропривода.

Принципиальная гидравлическая схема определяет полный состав привода и связей между составляющими элементами и дает детальное представление о принципах его работы. Элементы и устройства на схеме изображают в положении «на складе» в виде условных стандартных графических обозначений, устанавливаемых ГОСТами.

Графические обозначения элементов на схеме следует располагать таким образом, чтобы линии связи были наименьшей длины, а число их изломов и взаимных пересечений было минимальным. На поле схемы до­пускается помещать спецификации, различные технические данные, напри­мер, технические требования, таблицы, диаграммы и т.п.

 

 

Общие сведения

Требования к гидроприводам СДМ

Одним из основных параметров гидропривода является номинальное давление. С увеличением давления уменьшаются габаритные размеры, масса, подача насосных установок, вместимость гидросистемы, баков и т.д. Для силового оборудования СДМ номинальное давление рекомендуется принимать из ряда 10, 16, 25 и 32 МПа, исходя из технических параметров серийно выпускаемого гидрооборудования [1].

При этом необходимо иметь ввиду, что для машин, агрегатируемых с гусеничными и колесными тягачами, оснащенными собственным встроенным гидроприводом, номинальное давление определяется гидроприводом тягача.

При разработке гидросистемы мобильной дорожной машины необходимо предусмотреть выполнение следующих основных требований:

- для уменьшения потерь давления трубопроводы должны иметь наименьшую протяженность, а скорость потока жидкости для всасывающих, сливных и напорных трубопроводов не должна превышать значений (в м/c), приведенных в таблице 2.1;

 

Таблица 2.1 - Допускаемая скорость потока жидкости

Климат	Назначение трубопровода
	всасыва- ющий	сливной	напорный, рассчитанный на Рном, МПа
			10	16	25	32
Умеренный (У)	1,4	2,25	4,25	5,35	6,8	8,5
Холодный (ХЛ)	0,85	1,4	2,7	3,5	4,25	5,35

 

- для защиты гидросистемы от перегрузок необходима установка предохранительных клапанов, ограничивающих давление в гидросистеме. При этом не должно быть перетечки рабочей жидкости через предохранительный клапан при выполнении рабочих операций;

- при необходимости следует предусмотреть установку вторичных предохранительных клапанов, защищающих гидродвигатели и другие элементы гидросистемы от инерционных и реактивных перегрузок;

- при необходимости следует предусмотреть установку гидроаппаратуры для регулирования скорости гидродвигателей, а также для синхронизации их работы;

- при скоростях движения штока гидроцилиндра свыше 0,3 м/с и при перемещении больших масс на всю длину штока обязательно применение гидроцилиндров с торможением поршня в конце хода;

- при установке гидромотора необходимо обеспечить реверсивность его работы, даже если это не требуется для выполнения рабочих операций. Реверсивность необходима для проведения монтажных и демонтажных работ при ремонте машин;

- для повышения надежности и долговечности гидропривода необходимо предусмотреть очистку рабочей жидкости от загрязнений;

- при необходимости гидросистема должна быть оборудована устройствами для стабилизации температуры рабочей жидкости;

- для контроля технического состояния гидросистемы должны быть установлены датчики давления и температуры.

 

Пример расчета объемного гидропривода дорожной машины по заданным условиям

Исходные данные для расчета

Спроектировать и рассчитать систему объемного гидропривода одноковшового экскаватора, состоящего из гидромотора поворота платформы, двух гидроцилиндров управления стрелы, работающих совместно, гидроцилиндров управления ковшом и рукоятью по следующим исходным данным:

– максимальный момент на валу гидромотора М=140 Н×м, частота вращения гидромотора максимальная n_м=13 с^-1;

– максимальные усилия, развиваемые гидроцилиндрами стрелы при выталкивании штоков – по Р_с=90 кН на каждый, при втягивании – по Р¢_с=80 кН на каждый, максимальная скорость перемещения штоков  м/с;

–максимальное усилие, развиваемое гидроцилиндром рукояти Р_р=70 кН, максимальная скорость перемещения штока  м/с;

– максимальное усилие, развиваемое гидроцилиндром ковша Р_к=100 кН, максимальная скорость перемещения штока  м/с;

– условия эксплуатации– умеренный климат (среднемаксимальная температура воздуха +40°С).

Выбор номинального давления

Повышение давления жидкости в гидросистеме позволяет повысить производительность и снизить металлоемкость машины.

Для разрабатываемой гидросистемы привода экскаватора можно принять номинальное давление Р_ном=20 МПа, учитывая, что промышленность в достаточной степени освоила гидрооборудование, работающее при таком давлении.

 

Подбор гидродвигателей

Диаметр гидроцилиндра D с односторонним выходом штока определяется в зависимости от схемы его включения. Для предварительных расчетов, когда не известны потери давления в трубопроводах, можно использовать формулы:

– при выдвижении штока, когда рабочая жидкость подается в поршневую полость гидроцилиндра

D ;                                   (3.1)

– при втягивании штока, когда рабочая жидкость подается в штоковую полость гидроцилиндра

D ,                                   (3.2)

где Р - заданное усилие;

P_ц - перепад давления на гидроцилиндре;

_мц - механический КПД гидроцилиндра, _МЦ=0,95;

ψ - коэффициент мультипликации, принимаемый по технической документации [1]

,

где d– диаметр штока.

Длина хода штока гидроцилиндра выбирается исходя из кинематических особенностей рабочего оборудования. При выполнении курсовой работы длина хода штока выбирается по анализу машины.

Рабочий объем гидромотора q_м определяется по формуле

,                                        (3.3)

где М - заданный крутящий момент на валу гидромотора;

P_м - перепад давления на гидромоторе;

_мм - механический КПД гидромотора.

Перепад давления на гидроцилиндре P_ц и гидромоторе P_м для предварительных расчетов принимают на 10-20 % меньше выбранного номинального давления [1], т.е.

 

ΔP_ц(м)=(0,8…0,9)∙Р_ном

Для расчета гидроцилиндров подъема стрелы используем формулы (3.1) и (3.2). Для наших условий имеем ΔP_ц=0,9∙20=18 МПа и _мц=0,95 [1].

При Р=Р_с=90 кН по формуле (3.1) получим

 

D  м.

Коэффициент мультипликации принимаем равным 1,6 [1].

По формуле (3.2) определим требуемый диаметр гидроцилиндра при втягивании штоков, когда Р= Р¢_с=80 кН

 

D  м.

Этот режим работы гидроцилиндра является наиболее нагруженным.

Принимаем гидроцилиндр 1.20.1.У–100х63х800, обеспечивающий управление стрелой при наихудшем режиме нагружения– втягивании штоков. Поскольку гидроцилиндрами перемещается большая масса, принимаем гидроцилиндры с нерегулируемыми тормозящими устройствами в конце хода поршня.

Для гидроцилиндра рукояти расчетное рабочее движение осуществляется при выталкивании штоков. С учетом того, что Р=Р_р=70 кН, имеем

 

D  м.

Аналогично предыдущему, принимаем гидроцилиндр 1.20.1.У–80х50х710.

Для гидроцилиндра ковша при Р=Р_к=100 кН, получим

 

D  м.

Поскольку скорость перемещения штока низкая, принимаем гидроцилиндр без тормозящих устройств. Округляя значение диаметра в большую сторону, выберем гидроцилиндр 1.20.1.У–100х63х630.

Требуемый рабочий объем для гидромотора поворота платформы равен

 

 м³.

Значение механического КПД гидромотора _мм=0,958, используемого при вычислениях, определим из выражения:

 

,

где  и  – соответственно общий и объемный КПД гидромотора.

При =0,91 и =0,95 [1] имеем .

Принимаем гидромотор с ближайшим большим рабочим объемом, рассчитанный на принятое номинальное давление. Подходит гидромотор 310.20 с рабочим объемом 56 см³. В случае невозможности подбора гидромотора по крутящему моменту или по заданной частоте вращения, необходимо использовать промежуточные редукторы или другие механические передачи.

 

Подбор насоса

Определим требуемую подачу насоса исходя из максимального расхода жидкости в контуре. Из расчетов видно, что максимальный расход Q_max=0,785 10^-3 м³/с требуется при подаче рабочей жидкости в поршневые полости гидроцилиндров стрелы.

Для выбора насоса используем формулу

,                              (3.6)

где – требуемый рабочий объем насоса;

         – частота вращения насоса;

    – объемный КПД насоса.

Принимая =16 с^-1 и с учетом того, что =0,96 [1], получим

 м³.

Учитывая, что для управления распределителями используются блоки дистанционного гидравлического управления, выбираем насос 333.20. Этот насос работает при Р_ном=20 МПа и содержит два насоса для запитки контуров с рабочими объемами 56 см³ каждый и вспомогательный насос для запитки блоков дистанционного управления с рабочим объемом 28 см³.

Проверяем действительную подачу насоса, идущую на запитку одного контура.

,                                    (3.7)

где – рабочий объем выбранного насоса;

  – объемный КПД насоса.

При =56 см³ имеем

 м³/с.

Действительная подача насоса превышает требуемую на 10 %. В данном случае выбирать другой насос нецелесообразно, т.к. расхождение небольшое и вследствие того, что используются блоки дистанционного гидравлического управления, позволяющие уменьшать скорость гидродвигателей.

 

Выбор рабочей жидкости

При использовании аксиально-поршневых гидромашин оптимальная вязкость рабочей жидкости при тонкости фильтрации 25 мкм должна быть равной (0,27–0,33) 10^-4 м²/с [1]. В качестве рабочей жидкости выбираем гидравлическое масло МГ-30, предназначенное для использования в качестве летнего сорта в районах умеренного климата для гидроприводов дорожных машин [1], [3], [5]. Температурный перепад его применения с аксиально-поршневыми машинами при кратковременном режиме эксплуатации от минус 15 до плюс 75 ⁰С, при длительном от минус 5 до плюс 70 ⁰С. Кинематическая вязкость масла при плюс 50 ⁰С равна 0,28 10^-4 м²/с, плотность при той же температуре и давлении 20 МПа – 870 кг/м³ [1].

 

Наименование