Расчёт объёмного гидропривода экскаватора

 

      Гидрокинематическая схема механизма поворота показана на рисунке 2. Она включает в себя гидропривод и механическую передачу. В состав последней входят: редуктор 1 и открытая зубчатая передача 2 – 3.

      Согласно принципиальной схеме  гидропривода экскаватора (рисунок 1) гидромотор механизма поворота может питаться только от секции А насоса1.

      Исходные данные: подача насоса Q_{н. max} = 78,1 л/мин; номинальное давление насоса Р_н = 20 МПа; угол поворота платформы φ₀ = 90⁰;диапазон регулированния насоса

n' = 2.

 Момент инерции платформы

 

I = 1000·m^5/3 = 1000∙18,56^5/3 = 130105,8 Н∙м∙с².

 

 Момент сцепления ходовой части с грунтом

 

М_сц = 1850·m^4/3 = 1850∙18,56^4/3 = 90909,5 Н∙м.

 

Допустимый  тормозной момент

 

М_т = (0,7 ... 0,85)М_сц = 0,7∙90909,5 = 63636,7 Н∙м.

 

      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∙63636,7 = 38182 Н∙м.

 

 

Допустимые ускорения:

– при разгоне                        ε_р = М_р/I = 38182/130105,8 = 0,29 с^-2; 

– при торможении                |ε_т| = М_т/I = 63636,7 /130105,8 = 0,49 c^-2.

      Скорость вращения платформы  в конце разгона

 

 

     

Время разгона и торможения

 

t_p = ω_п/ε_р = 0,76/0,29 = 2,62 с;

t_т = ω_п/ε_т = 0,76/0,49 = 1,55 с.

 

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 = 2,62 + 1,55 + 0,4 = 4,57 с.

 

  Потребная мощность гидромотора

 

N_гм = (М_рω_п)/(1000η_г-пn') = (38182∙0,76)/(1000∙0,9∙2) = 16 кВт,

 

где η_г-п – КПД передач от вала гидромотора до поворотного круга.

      Мощность, забираемая от первичного двигателя

 

N_гм = (М_рω_п)/(1000·η_сn') = (38182∙0,76)/(1000∙0,78∙2) = 18,6 кВт,

 

где η_с = η_гмη_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 210.16.28,1 , имеющий следующие паспортные данные: рабочий объем q_м = 28,1 см³; давление на выходе: номинальное – 20 МПа, максимальное – 32 МПа; частоота 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

η = 0,92.

  Передаточное отношение механической передачи

 

где η_о – объемный кпд гидропередачи от насоса до гидромотора (включая насос, гид-     ромотор и трубопроводы)

 

  Частота вращения вала гидромотора

n_м = 30i_pω_п/π = 30∙344∙0,76/3,14 = 2498 об/мин.

 

Сравнивая частоту  вала гидромотора с максимальной, имеем

 

n_м = 2498 об/мин < 4000 об/мин.

Давление настройки предохранительных  клапанов

р_к = 6,28·М_р/(q_мi_pη_гмη_мп) +0,5 = 6,28∙38182/(28,1∙344∙0,965∙0,9) +0,5 = =25,6МПа.

 Проверяем выполнение условия р_к/р_max = 0,6 ... 0,8:

р_к/р_max = 25,6/32 = 0,8 – условие выполняется.

 Подача насоса при давлении настройки предохранительных клапанов

Q₀ = 60·N_гм/(Р_кη_гм) = 60∙16/(25,6∙0,965) = 38,9 л/мин.

 Скорость  вращения платформы в конце  первого этапа разгона

 

Фактические значения разгоняющего и тормозного моментов

 

М_р = 0,159·(0,95Р_к - Р_сл)q_мi_рη_гмη_{м.п =}

 

= 0,159 · (0,95 ∙  25,6 - 0,5) · 28,1 ∙ 344 ∙ 0,965 ∙ 0,9 = 31796 Н∙м;

 

М_т = М_р/(η_гмη_м.п )² = 31796 /(0,965∙0,9)² =42153,4 Н·м;

 

Отношение r = M_p/M_т = 31796/42153,4 = 0,75.

     

Фактические ускорения:

• при разгоне ε_р = М_р/J = 31796/130105,8 = 0,24 c^-2,
• при торможении ε_т = М_т/J = 42153,4 /130105,8 = 0,32 c^-2

     

Фактическая максимальная скорость вращения платформы

 

Фактические значения времени разгона и торможения

t_p = ω_п/ε_р = 0,66/0,24 = 2,75 с;

t_т = ω_п/ε_т = 0,66/0,32 = 2,06 с.

Фактическое время  поворота

t_т = t_р + t_т + t_вв = 2,75 + 2,06 + 0,4 = 5,21 с.

Общие затраты  энергии:

А_о = N_пt_п = 18,6∙10³∙5,21 = 96906 Дж.

Полезные затраты:

А_пол = (Iω_п²)/2 + М_сφ_о ≈ (Iω_п²)/2 = (130 105,8∙0,66²)/2 = 28337 Н∙м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   8. Индивидуальное задание

 

   Задание:  составить гидравлическую схему  объёмного гидропривода вращательного движения с объёмным регулированием скорости выходного звена. В схеме предусмотрено 3 гидромотора, которые могут работать последовательно и параллельно.

 

   Отказы  привода:

   - по характеру  проявления во времени – возможны  постепенные отказы.

   В нашем случае вероятен отказ в гидродвигателе, связанный с уплотнениями, отказы связанные с клапанами и фильтрами и др. Повышенное усилие страгивания входного звена золотникового распределителя, утечки по уплотнениям в золотнике и заклинивание золотников.

   - по возможности  контроля – неконтролируемые.

   - по степени  влияния на выходные параметры  – параметрические отказы.

   Параметрические  отказы характеризуются частичной потерей работоспособности привода.

   - по причине  возникновения – производственные.

   Вероятность  порядка 30%.

   - по степени  повторяемости – единичные. 

   - по степени  влияния – опасные.

Надежность  гидропривода зависит от:

   - условий  работы;

   - конструктивных  и эксплуатационных разбросов,  физических, геометрических и прочностных свойств материалов и узлов привода;

   - от случайных факторов.

   В данном  гидроприводе учтены следующие  факторы надежности: конструктивные, производственные, эксплуатационные. Технология изготовления и техническая документация соответствует стандартам. Условия хранения, техническое обслуживание также соответствуют стандартам. Обслуживающий персонал имеет необходимую квалификацию.

  Негативное  влияние на гидропривод оказывают климатические факторы, что приводит к уменьшению надежности привода.

   Так как  привод эксплуатируется в средней  полосе, то принимаем гидравлическое масло МГ-22-В. Данное масло получают из малосернистых и сернистых парафинистых нефтей с использованием процессов глубокой селективной очистки фенолом и глубокой депарафинизации. Содержит антиокислительную присадку. Масло обеспечивает работу гидроприводов в диапазоне температур от -(30-35) до +(90-100) °С, что подходит для данной гидравлической схемы, условий работы и климатического исполнения, также примениется при давлении в механизм

p > 25 Мпа.

   Масло  обладает всеми необходимыми  характеристиками для работы  заданного гидропривода.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. РАБОЧЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ.

ОБРАТНАЯ ЛОПАТА.

 

   На гидравлических экскаваторах 2...4-й размерных групп обратная лопата –основной вид сменного рабочего оборудования. По конструктивной схеме обратную лопату выпускают нескольких разновидностей, но основными ее сборочными единицами всегда являются: стрела, состоящая из основной 3 (рис. 1, а) и удлиняющей 4 частей; рукоять 7, ковш 9 и гидроцилиндры 11, 5 к 6 подъема стрелы, поворота рукояти и ковша.

   Основную часть стрелы, как правило, используют при установке различных видов сменного рабочего оборудования, например обратной и прямой лопат, грейфера, погрузчика. Удлиняющую часть стрелы при переходе с одного вида оборудования на другой или сохраняют (например, при переоборудовании обратной лопаты на грейфер), или демонтируют.

   Наряду с составной стрелой на всех моделях экскаваторов применяют неразъемную стрелу Г-образной формы.

 

 

Рис.1. Обратная лопата (а) и схема расположения гидроцилиндров ее рабочего оборудования (б) для привода стрелы (I – III), рукояти (IV) и ковша (V и VI).

   Стрела обратной лопаты – прочная, пустотелая, сваренная из легированного металлопроката конструкция. Пяту стрелы шарнирно укрепляют в проушинах поворотной рамы 1, к которой присоединены также и гидроцилиндры 11 подъема стрелы. Штоки гидроцилиндров 11 шарнирно соединены со стрелой, при выдвижении штоков изменяется угол наклона стрелы по отношению к поворотной раме

   Рукоять подвешена на стреле и может поворачиваться по часовой стрелке или против нее при выдвижении или втягивании штока гидроцилиндра 5. Ковш 9 закреплен на рукояти в одной точке, поэтому также может свободно поворачиваться с помощью гидроцилиндра 6.

   Основная и удлиняющая части стрелы соединены между собой пальцем. Чтобы во время работы не было поворота одной части стрелы по отношению к другой, между ними дополнительно устанавливают тягу 10.

Расположение  гидроцилиндров рабочего оборудования бывает различным (рис. 1, б).

   Для привода стрелы 12 обычно применяют три схемы расположения гидроцилиндра 11: под стрелой впереди ее пяты (рис. 1, I), этот вариант наиболее распространен на полноповоротных экскаваторах; над стрелой (рис. 1, II), что характерно для навесных неполноповоротных экскаваторов; за пятой стрелы, обычно горизонтально (рис. 1, III).

   Для подъема стрелы 12 часто устанавливают два гидроцилиндра 11. Такое конструктивное решение используют иногда и для поворота рукояти, например на навесных экскаваторах.

   Для привода рукояти гидроцилиндр 5 располагают над стрелой (рис. 1, IV). Для привода ковша гидроцилиндр 6 размещают над рукоятью, причем его шток крепят или непосредственно к проушинам на ковше (рис, 1, V), или через дополнительные рычаги и тяги (рис. 1, VI).

   Обратной лопатой работают следующим образом (рис 2). Втягивая шток гидроцилиндра 4, поворачивают рукоять по часовой стрелке. Стрела с рукоятью и вынесенным вперед ковшом опускается вниз как под действием веса рабочего оборудования, так и под давлением жидкости, подаваемой в гидроцилиндр стрелы. Копание осуществляют поворотом ковша и поворотом рукояти (положение 1)

 

 

Рис.2. рабочие положение оборудования обратной лопаты.

   Размер стружки в процессе копания регулируют с помощью гидроцилиндра стрелы путем подъема или опускания стрелы. После того как наполненный грунтом ковш будет подтянут к стреле или повернут по отношению к рукояти настолько, чтобы грунт не высыпался, рабочее оборудование поднимают из забоя с помощью гидроцилиндра стрелы (положение II), а затем вместе с платформой поворачивают к месту разгрузки

   Чтобы разгрузить ковш, поворачивают рукоять и ковш по часовой стрелке, используя для этого гидроцилиндры 2 и 4 (положение III). Затем производят обратный поворот платформы к забою и рабочий цикл повторяют.

   Для повышения производительности машины совмещают подъем, рабочего оборудования и поворот платформы к месту разгрузки, а также опускание стрелы с обратным поворотом к забою.

   Главный несущий элемент основной части стрелы (см. рис. 1) – полая балка коробчатого сечения. Короб закрыт сверху листом. В наиболее нагруженных сечениях балка дополнительно  усилена боковыми листами.

   Тягу 10, которая соединяет основную и удлиняющую части стрелы, крепят к кронштейну, который необходим для крепления гидроцилиндра рукояти при установке рабочего оборудования погрузчика. Нижний конец стрелы – пяту – пальцами шарнирно укрепляют в проушинах поворотной рамы. На этих пальцах стрела поворачивается при изменении угла ее наклона.

   На экскаваторах ЭО-3322Д и ЭО-4121Б поднимают и опускают стрелу обратной лопаты с помощью двух гидроцилиндров.

   Кроме составной стрелы для оборудования обратной лопаты, грейфера, гидромолота и рыхлителя в качестве сменного рабочего оборудования устанавливают моноблочную стрелу (рис. 3), которая заменяет основную и удлиняющую части составной стрелы и соединяющую их тягу.

         Рис. 3. Рабочее оборудование лопаты экскаватора ЭО-4124 с