Цель и задачи работы по расчету параметров

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………....		4
1.	ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ ПО РАСЧЕТУ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОПРИВОДА И ПОДБОРУ ГИДРОАГРЕГАТОВ.....	7
1.1.	Цель работы……………………………………………………………….......	7
1.2.	Задачи работы…………………………………………………………….......	8
2.	ПОДБОР И РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОПРИВОДА ДОРОЖНОЙ МАШИНЫ….…………………………….......................................................	8
2.1.	Графическое обозначение гидроэлементов в гидросхемах……….	8
2.2.	Выбор насосов, расчет мощности и производительности насосов......................................................................................................	13
2.3.	Выбор гидрораспределителей…………………………………………....	15
2.4.	Расчет трубопроводов……………………………………………………....	16
2.5.	Расчет и выбор фильтров……………………………………………….....	17
2.6.	Расчет потерь давления в гидросистеме…………………………….....	17
2.7.	Расчет КПД гидропривода машин………………………………………...	18
2.8.	Расчет и выбор силовых гидроцилиндров…………………………….	19
2.9	Расчет и выбор гидромотора………………………………………...........	19
3.	РАСЧЕТНАЯ ГИДРОСХЕМА ДОРОЖНОЙ МАШИНЫ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА И ВЫБОР ГИДРОАГРЕГАТОВ.……….…....	21
3.1.	Исходные данные для расчета параметров гидропривода передвижения катка……………………………………………….............…	21
3.2.	Исходные данные для расчета параметров гидропривода рулевого управления и системы подпитки катка…………………………..	22
3.3.	Гидравлическая расчетная схема гидропривода катка………….…	22
4.	МЕТОДИКА И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ…………………………………………………………………….......	28
4.1.	Предварительный расчет гидросистемы катка……………………....	28
4.2.	Определение параметров и выбор гидрооборудования……….....	34
4.3.	Поверочный расчет гидросистемы катка……………………………….	37
5.	Подбор гидрооборудования гидросистемы катка.............................	43
5.1.	Подбор направляющей гидроаппаратуры..........................................	43
5.1.1	Подборгидрораспределителя...............................................................	44
5.1.2	Подбор предохранительных клапанов................................................	46
5.1.3	Подбор обратных клапанов...................................................................	47
5.1.4	Подбор делителя потока........................................................................	48
5.1.5	Подбор гидроруля...................................................................................	49
5.2.	Подбор фильтра......................................................................................	49
5.3.	Подбор трубопровода.............................................................................	51
5.4.	Подбор теплообменника........................................................................	53
5.5.	Подбор баков для рабочей жидкости..................................................	54
6.	УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА…………………………….......	55
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ………………………………………………....		59
ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………………........		60

ВВЕДЕНИЕ

 

В соответствии с положениями Технического регламента таможенного союза «О безопасности машин и оборудования» гид­ропривод и его элементы не вошли в перечень продукции, подле­жащей обязательному сертифицированию или декларированию. Из этого следует, что вся номенклатура элементов гидропривода подлежит добровольной сертификации. Кроме этого Решением Комиссии Таможенного союза от 18.10.2011 № 823 утвержден Перечень стандартов, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований технического регламента Таможенного союза «О безопасности машин и оборудования» (ТР ТС 010/2011). Этот перечень включает следующие основные документы:

ГОСТ 17411-91	Гидроприводы объемные. Общие технические требования.
ГОСТ 31177-2003 (ЕН 982:1996)	Безопасность оборудования. Требования безопасности к гидравлическим и пневматическим системам и их компонентам. Гидравлика.
ГОСТ 16514-96	Гидроприводы объемные. Гидроцилиндры. Общие технические требования.
ГОСТ 16517-93	Гидроприводы объемные. Гидроаппараты. Общие технические требования.
ГОСТ 16769-84	Гидроаккумуляторы. Общие технические требования.
ГОСТ 28761-90	Гидроприводы объемные. Гидродвигатели поворотные. Общие технические требования.

 

На основании этих стандартов к  параметрам сертификации могут быть отнесены следующие показатели качества гидравлических насосов и моторов:

- внешний вид;

- герметичность стыков корпуса гидромашин;

- наличие утечек по валу гидромашин;

- шумовые и вибрационные характеристики;

- номинальное и максимальное давление (перепад давлений), МПа;

- рабочий объем, см³/об;

- номинальное и максимальное число оборотов вала, с^-1;

- расход рабочей жидкости, м³/с (л/мин), как производной (расчетной) величины.

Наряду с лабораторными методами (стендовые экспериментальные исследования в специализированных испытательных сертификационных лабораториях) определения этих параметров существует расчетный метод по известным нагрузкам на приводных валах и параметрам дорожной машины. Кроме этого, все расчеты проводятся в соответствии с требованиями нормативной документации (ГОСТ), технических условий и рекомендаций, которые проверяются при проведении сертификационных испытаний элементов гидросистем.

Аналитический метод позволяет произвести расчет элементов гидросистемы дорожной машины и с большой степенью точности определить основные параметры гидроэлементов и произвести их выбор для конкретной гидросхемы. Актуальность расчетного метода определения параметров гидросистемы обусловлена почти 100%- ным применением гидропривода на дорожных машинах и необходимостью оперативного достендового определения параметров гидроэлементов и проведения экспресс-анализа их состояния и соответствия требованиям безопасности в соответствии с ГОСТ Р 52543-2006. Гидроприводы объемные. Требования безопасности, являющимся основным документом регламентирующим требования безопасности к гидравлическим приводам, гидросистемам и входящим в их состав гидроагрегатов, устанавливаемых на дорожно-строительных машинах. 

Стандарт дает следующие термины и определения, знание которых необходимо при выполнении расчетной работы:

Объемный гидропривод (гидропривод) – привод в состав которого входит гидравлический механизм, где рабочая среда находится под давлением, с одним или более объемными гидродвигателями.

Гидросистема - совокупность гидросистем, входящих в состав объемного гидропривода.

Гидроустройство – техническое устройство, предназначенное для выполнения определенной самостоятельной функуции в объемном гидроприводе посредством взаимодействия с рабочей средой.

Гидроаппарат – гидроустройство, предназначенное для управления потоком рабочей среды.

Гидролиния – гидроустройство, предназначенное для движения рабочей среды или передачи давления от одного гидроустройства к другому.

Объемный насос – насос, в котором жидкая среда перемещается путем периодического изменения объема занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса.

Объемный гидродвигатель – объемная гидромашина, предназначенная для преобразования энергии потока рабочей среды в энергию выходного звена.

Гидроцилиндр – объемный гидродвигатель с возвратно-поступательным движением выходного звена.

Гидромотор – объемный гидродвигатель с неограниченным вращательным движением выходного звена.

Гидроклапан – гидроаппарат, в котором размеры рабочего проходного сечения изменяются при взаимодействии с потоком рабочей среды, проходящей через гидроаппарат.

Гидроаккумулятор – гидроемкость, предназначенная для аккумулирования и возврата энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением.

Предохранительный клапан – напорный гидроклапан, предназначенный для предохранения объемного гидропривода от давления, превышающего установленное.

Напорная гидролиния - гидролиния, по которой рабочая среда под давлением движется от насоса, гидроаккумулятора или гидромагистрали к объемному гидродвигателю и другим гидроустройствам.

Сливная гидролиния – гидролиния, по которой рабочая жидкость движется в гидробак от объемного гидродвигателя или гидроаппарата.

Дренажная линия – гидролиния, по которой отводятся утечки рабочей жидкости.

Рабочая жидкость – рабочая среда, при помощи которой гидравлическая энергия передается от ее источника к потребителю.

Утечки – непроизводительные потери расхода рабочей жидкости в гидроустройстве.

Номинальное давление – наибольшее установленное значение давления рабочей жидкости, при котором гидроустройство должно работать в течение установленного срока с сохранением параметров в пределах заданных норм.

Максимальное давление - наибольшее допустимое давление рабочей жидкости во внутренних полостях гидроустройства, при котором производится работа в течение определенного отрезка времени.

 

ГИДРОАГРЕГАТОВ

 

Цель работы

 

Изучить методы расчета и определения основных параметров элементов гидропривода расчетным методом, подлежащих проверке при обязательной сертификации. Приобретение навыков подбора основных гидроагрегатов гидросистем. Оценить работоспособность гидросистемы по характеристикам и рассчитанным параметрам выбранных гидроагрегатов дорожного машины.  Изучить правила составления гидравлических схем. Изучить порядок определения мощностных, силовых и скоростных характеристик гидроагрегатов. Определение зависимости основных параметров гидросистемы от давления и вязкости рабочей жидкости.

Закрепить знания конструкции элементов гидропривода и их основных характеристик.

 

Задачи работы

1. Изучение терминов и определений в соответствии с ГОСТ Р 52543-2006. Гидроприводы объемные. Требования безопасности.

2. Закрепление знаний по условным графическим изображениям гидроагрегатов.

3. Приобретение навыков по чтению гидравлических схем.

4. Приобретение знаний по основным методам сертификации элементов гидросистем.

5. Ознакомление с основными теоретическими методами определения параметров гидросистем.

6. Изучение методов расчета гидросистем.

7. Расчет и подбор гидроагрегатов.

8. Оценка работоспособности гидросистемы с выбранными гидроагрегатами.

 

ДОРОЖНОЙ МАШИНЫ

Гидросхемах

 

С целью однозначного трактования гидравлических схем рядом стандартов Госстандарта России даются правила изображения элементов гидропривода в гидросхемах. В табл.2.1 приведены условные графические изображения основных гидроэлементов на основании ГОСТ 2.782-68 ЕСКД. Обозначения условные графические. Насосы и двигатели гидравлические и пневматические., ГОСТ 2.780-68 ЕСКД. Обозначения условные графические. Элементы гидравлических и пневматических сетей., ГОСТ2.701-84 ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие технические требования к выполнению., ГОСТ 2.781-68 ЕСКД. Обозначения условные графические. Аппаратура распределительная и регулирующая гидравлическая и пневматическая.

 

    Таблица 2.1

 

Условные графические изображения гидроэлементов

 

№ п/п	Наименование	Условное обозначение
1	2	3
1	Насос с постоянной производительностью:   а) с постоянным направлением потока;   б) с реверсивным потоком
2	Насос с регулируемой производительностью: а) с постоянным направлением потока;   б) с реверсивным потоком
3	Гидромотор нерегулируемый:   а) с постоянным направлением потока;   б) с реверсивным потоком
4	Гидромотор регулируемый:   а) с постоянным направлением потока;   б) с реверсивным потоком
5	Гидромотор неполноповоротный (моментный гидроцилиндр)
Продолжение табл.2.1
1	2	3
6	Цилиндр одностороннего действия:   а) без указания способа возврата штока;   б) с возвратом штока пружиной;     в) плунжерный;   г) телескопический	г
7	Цилиндр двухстороннего действия:   а) с односторонним штоком;   б) с двухсторонним штоком;     в) телескопический
8	Бак:   а) под атмосферным давлением;   б) с внутренним давлением выше атмосферного
Продолжение табл.2.1
1	2	3
9	Аккумулятор гидравлический или пневматический:   а) гидравлический (без указания принципа действия;   б) грузовой гидравлический;   в) пружинный гидравлический;   г) пневмогидравлический
10	Фильтр жидкостной или воздушный
11	Охладитель жидкости (воздуха) или теплообменник
12	Гидролинии: а) всасывания, напора, слива; б) управления; в) дренажная (утечек)
13	Соединение гидролиний а – крестовина б - тройник	а      б
14	Перекрещивание гидролиний (без соединения)
Продолжение табл.2.1
1	2	3
15	Соединение элементов трубопроводов разъемное: а) шарнирное однолинейное;   б) шарнирное трехлинейное
16	Клапан обратный
17	Вентиль
18	Регулирующий гидроаппарат: а) нормально закрытый; б) нормально открытый
19	Клапан предохранительный
20	Золотник напорный
21	Клапан редукционный
22	Дроссель регулируемый
23	Дроссель с обратным клапаном
Окончание табл.2.1
1	2		3
24	Гидрораспределитель (секция)
25	Быстроразъемное соединение (БРС) без обратного клапана
26	Быстроразъемное соединение (БРС) с обратным клапаном
27	Рукав высокого давления РВД
28	Манометр
29	Датчик температуры

 

Производительности насосов

 

Расчет гидросистемы выполняют в два этапа. В предварительном (упрощенном) этапе расчета определяют мощность привода, производительность насосов, основные параметры гидродвигателей. Цель первого этапа заключается в проверке и уточнении выбранных параметров гидропривода. Предварительный расчет показывает, есть ли необходимость в изменении первоначально выбранных параметров: номинального давления и скорости гидродвигателей.

Полный расчет гидросистемы включает в себя расчет и выбор насосов, распределителей, гидродвигателей, фильтров, трубопроводов, а также расчет потерь давления в гидросистеме, КПД гидропривода, объема масляного бака и тепловой расчет гидросистемы.

 

Мощность привода насоса определяется исходя из следующих условий.

Полезная мощность на штоке гидроцилиндра равна:

			, кВт,	(2.1)
	где Т	- усилие на штоке гидроцилиндра, кгс;
	V	- скорость перемещения штока, м/с;
		- общий КПД гидроцилиндра.

Полезная мощность на валу гидромотора или моментного гидроцилиндра определяется по формуле

		, кВт,	(2.2)
где М		- крутящий момент на валу гидромотора, кгс м
		- угловая скорость вала, рад./с;
		- общий КПД гидромотора;
n		- число оборотов вала, об/мин.

 

Если в гидросистеме машины несколько гидроцилиндров и гидромоторов, то полезную мощность находят по сумме мощностей наибольшего количества одновременно работающих гидродвигателей. В этом случае полезная мощность может быть определена по формуле

кВт.

(2.3)

 

При расчете мощности насоса, приводящего эти гидродвигатели в действие, необходимо учитывать потери давления и расхода рабочей жидкости в гидросистеме через коэффициенты запаса по скорости и усилию:

кВт,

(2.4)

 

где К	- коэффициент запаса по усилию, равен 1,1-1,2;
К	- коэффициент запаса по скорости, равен 1,1-1,3.

 

По определенной мощности вычисляется расход насоса

через Р_ном:

			, л/мин,	(2.5)
	где Рном	-номинальное давление в гидросистеме, кгс/см .

или

Расход насоса можно также определить через параметры гидромотора следующим соотношением:

, л/мин

(2.6)

 

где	- частота вращения вала гидромотора, об/мин;
	- рабочий объем гидромотора, равен 0,5 , см ;
	- объемный КПД соответственно гидромотора и насоса.

Далее определяется номинальное число оборотов вала

насоса:

, об/мин,

(2.7)

 

где Z	- число насосов;
	- рабочий объем насоса, см /об;
	- объемный КПД насоса.

 

Выбор гидрораспределителей

 

Выбор типа и марки распределителя осуществляется по номинальному давлению, производительности насосов и количеству гидродвигателей. Общей рекомендацией является следующее: для гидроприводов, работающих в легком и среднем режимах, обычно выбирают моноблочные распределители, а для тежелого и весьма тяжелого режимов эксплуатации с аксиально-поршневыми насосами – секционные распределители.

 

Расчет трубопроводов

 

Внутренний диаметр трубы и площадь ее поперечного сечения определяются по формулам:

 

, мм;

(2.8)

 

			, мм ,	(2.9)
	где	- скорость потока жидкости, м/сек;
		- расход насоса, л/мин.

 

Далее значения скоростей потока рабочей жидкости приведены в табл. 2.2.

 

Таблица 2.2

Значения скоростей потока рабочей жидкости

 

№ п/п	Тип трубопровода	Значение скорости потока рабочей жидкости
1	Всасывающий трубопровод	0,6 – 1,4 м/с;
2	Сливной трубопровод	1,4 – 2 м/с;
3	Напорный трубопровод	3 – 5 м/с

 

Кроме того при расчете диаметра напорного трубопровода скорость потока рабочей жидкости выбирается с учетом давления в гидросистеме:

 

Давление в гидросистеме, кгс/см	10	25	50	100	150	200
Скорость потока жидкости, м/с	1,3	2,0	3,0	4,5	5,5	6,0

 

Расчет и выбор фильтров

 

В целом расчет фильтра сводится к определению площади поверхности фильтрующего элемента:

				, см^2,	(2.10)
	где		- коэффициент динамической вязкости, н /м ;
		- расход насоса, л/мин;
		- коэффициент пропорциональности (пропускной способности), л/см ;
			- перепад давления на фильтре, кгс/см .

 

Расчет и выбор гидромотора

 

В гидроприводах строительных и дорожных машин наибольшее распространение получили низкомоментные гидромоторы, которые при использовании редуктора на выходном валу позволяют получать значительные крутящие моменты и во многих случаях заменять высокомоментные гидромоторы.

В качестве низкомоментных гидромоторов применяются шестеренные и аксиально-поршневые моторы.

Крутящий момент на валу гидромотора равен:

 

		, кгс м,		(2.18)
	где		- рабочий объем гидромотора, см ;
	Р		- номинальное давление в гидросистеме, кгс/см ;
			- потери давления в гидросистеме, кгс/см ;
			- механический КПД гидромотора.

 

Число оборотов гидромотора рассчитывается по формуле

 

			, об/мин,	(2.19)
	где Qн		- расход насоса, л/мин;
		- объемный КПД гидромотора.

 

В практических расчетах чаще всего требуется по известным крутящему моменту и числу оборотов вала гидромотора определить его рабочий объем и расход. Эти параметры определяются по формулам:

, см ,

(2.20)

 

, л/мин.

(2.21)

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА И ВЫБОРА

ГИДРОАГРЕГАТОВ

В качестве расчетной выбрана гидросхема дорожного катка с регулируемыми насосами и нерегулируемыми гидромоторами. Гидросистема включает привод вибратора, контур подпитки и систему рулевого управления. Кроме этого гидросистема включает систему питания гидроусилителей управления насосами и систему охлаждения, которые в расчет не включены. Значения параметров исходных данных приведены в табл.3.1.

Исходные данные для расчета параметров гидропривода

Передвижения катка

Для расчета параметров гидропривода передвижения катка приняты следующие параметры и их обозначения, представленные в табл.3.1.

Таблица 3.1

Перечень исходных данных

 

№пп	Параметр	Обозначение параметра
1	2	3
1	Нагрузка на приводную ось, мм	G
2	Радиус колес ведущего вальца, мм	r
3	Коэффициент сцепления пневмоколес максимальный
4	Коэффициент сцепления пневмоколес при максимальной скорости
5	Передаточное отношение колесного редуктора
6	Максимальная транспортная скорость, м/с
7	Максимальная рабочая скорость (с включенным вибратором и при минимальной нагрузке, м/с

 

Продолжение табл. 3.1
1	2	3
8	Рабочая скорость при максимальной нагрузке, м/с
9	Частота вращения приводного вала насоса (вала двигателя), с^-1

 

  3.2. Исходные данные для расчета параметров гидропривода рулевого управления и системы подпитки катка

Для расчета параметров гидропривода рулевого управления требуются исходные данные, представленные в табл.3.2.

Таблица 3.2

Перечень исходных данных и их обозначения для

расчета параметров гидропривода рулевого управления

№пп	Параметр	Обозначение параметра
1	2	3
1	Момент, необходимый для поворота рамы, Нм
2	Размер плеча, к которому прикладывается усилие, поворачивающее раму, м	Lр
3	Число гидроцилиндров	n
4	Скорость движения поршня гидроцилиндра управления, м/с

Численные значения параметров приведены в табл. 3.3.

Предварительный расчет гидросистемы катка

 

При расчете внешние нагрузки и скорости рабочих органов отнесены к гидродвигателям.

Нагрузка на ведущем колесе (пневмоколесо), приводимым в движение одним гидромотором, будет равна

G , Н.

(4.1)

Далее определяем крутящий момент на гидромоторе:

  максимальный

, Н м;

(4.2)

 при максимальной скорости

, Н м.

(4.3)

Частота вращения вала гидромотора определяется:

 при максимальной транспортной скорости

, с ;

(4.4)

при максимальной рабочей скорости

, с ;

(4.5)

при максимальной нагрузке для рабочей скорости

, с .

(4.6)

Усилие на штоке гидроцилиндра рулевого управления определяется из выражения

, Н.

(4.7)

 

Далее выбираем номинальное давление в механизмах привода передвижения по данным технической документации на аксиально-поршневые насосы и гидромоторы давление, Р_ном  = 19,6 МПа; давление рулевого управления и подпитки по данным технической документации на шестеренные насосы Р_ном  = 9,8 МПа. Для привода рулевого управления достаточно давления Р_п.р.у. = 6,87 МПа, для преодоления сопротивлений в гидролиниях подпитки Р_п = 2,94 МПа, суммарное давление при последовательном соединении составляет 10 МПа.

Определяем параметры гидродвигателей. Перепад давлений на гидромоторе

, МПа.

(4.8)

 

Рабочий объем гидромотора

, м ,

(4.9)

где

По данным табл. 4.1. выбираем марку гидромотора одного из типоразмеров, выписываем его характеристики: рабочий объем , номинальное давление Р_ном, максимальное давление Р_мах, номинальное число оборотов , максимальное число оборотов  . Сравниваем характеристики по оборотам вала с полученными ранее по формулам(4.4), (4.5), (4.6), а именно: значение номинальной скорости вращения вала выбранного гидромотора с частотой вращения вала гидромотора при максимальной рабочей скоро3.1.сти, максимально допустимую скорость вращения вала выбранного гидромотора со скоростью вращения вала гидромотора при максимальной транспортной скорости и делаем заключение о правильности выбора мотора.

Перепад давления на гидроцилиндрах рулевого управления

, МПа.

(4.10)

 

                                                                                                                                                Таблица 4.1

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИДРОМОТОРОВ

 

Наименование параметра	Марка гидромотора и значение рабочего объема, см^3
	310.12 210.12	310.2.28				310….56	310.3.80		310….112		310.3.160	310.3.250
	11,6	28				56	80		112		160	250
Частота вращения n, мин^-1: -минимальная -номинальная -максимальная при Р=0,2 МПа	50
	2400 6000		1920 4750		1800 3750			1500 3350		1200 3000	1200 2650	960 2100
Давление на выходе, МПа: максимальное	20
Давление на входе, МПа: -номинальное -максимальное	20
	32