Расчет гидросистемы роторного экскаватора

 

       Выпускаемые  отечественной промышленностью траншейные роторные экскаваторы непрерывного действия различаются типом тягача, отвального конвейера и привода, а также способом соединения рабочего Оборудования с тягачом и реализующими эти способы механизмами. По типу привод различают экскаваторы с групповым (с механическими и гидромеханическими передачами) и индивидуальным (дизель-электрическим) приводом. По способу соединения рабочего оборудования с тягачом различают экскаваторы с навесным, полуприцепным и прицепным рабочим оборудованием. У первых все действующие на рабочее оборудование нагрузки воспринимает тягач, а у вторых — также задняя опора. Некоторые экскаваторы в рабочем режиме могут быть отнесены к полуприцепным, а в транспортном — к навесным.

       Рабочее оборудование обеспечивает отрыв от массива грунта в траншее проектной ширины с откосами или без них при заданной глубине, полный вынос его из траншеи и отсыпку в бруствер. Оно включает в себя ротор 11, установленный на верхней раме 9 закрепленную на опоре ротора 13, , зачистное устройство 10.

       Беговые дорожки колец ротора образованы отдельными сегментами, отлитыми обычно из высокомарганцовистой стали как одно целое с зубьями 12 зубчатых венцов ротора, через которые последнему передается вращение.

Экскаватор траншейный роторный: 1 – тягач, 2, 8 – редукторы раздаточный и привода ротора, 3 – механизм подъема рабочего оборудования, 4 – охладители, 5, 9 – рама основания и рабочего оборудования, 6 – штанга, 7 – гидромотор привода ротора, 10 – зачистное устройство, 11 – ротор, 12 – зуб, 13 – опора ротора.

 

       Установленное в задней части рамы 9 зачистное устройство 10 служит для профилирования дна траншеи путем срезания гребней, образованных  смежными зубьями,  и зачистки траншей от осыпающегося грунта. Рабочее оборудование с задней опорой в виде лыжи переводится в транспортное положение по навесной схеме, в связи с чем в этом положение задняя опора исключается из работы.

       Сценное устройство для соединения рабочего оборудования с тягачом должно: обеспечивать передачу тягового усилия оборудования; воспринимать от него вертикальную составляющую реактивного усилия при любых положениях рабочего оборудования, определяемых глубиной отрываемой траншеи, а также в транспортном положении для полуприцепного рабочего оборудования; удерживать оборудование на весу при навесной схеме соединения.

       Изменение глубины отрываемой траншеи, а также перевод рабочего оборудования, соединенного с тягачом по полупрецепной схеме, из транспортного положения в рабочее, и наоборот, обеспечивается гидроцилиндрами 3 и 6.

       Как отмечалось, траншейные роторные экскаваторы оборудованы автономной силовой установкой 1 с дизелем. Потребителями энергии служат ходовое устройство, ротор 11, и вспомогательные устройства для подъема рабочего оборудования. Для передачи движения исполнительным механизмам применяют механические, гидромеханические и электромеханические трансмиссии.

       Как правило, для передвижения на транспортных скоростях используют многоскоростную реверсивную коробку передач базового трактора, а для передвижения на рабочих скоростях к коробке передач подключают ходоуменьшитель, работающий в этом режиме как понижающий редуктор. Для повышения избирательной способности привода ходового устройства рабочем режиме экскаватора применяют многоскоростные ходоуменьшители, которые в сочетании с многоскоростной коробкой передач увеличивают число возможных рабочих скоростей. Управляют скоростными режимами из кабины.

       В гидромеханическом варианте привод ходового устройства в рабочем режиме обеспечивается гидромотором, питаемым рабочей жидкостью от регулируемого насоса. Эта схема обеспечивает бесступенчатое регулирование скоростей в нескольких диапазонах при совместной работе колобки передач с ходоуменьшителем и позволяет выбирать рациональные скоростные режимы в зависимости от загрузки исполнительных механизмов экскаватора.

       Рассмотренные схемы привода ходового механизма отличаются от тракторных лишь наличием ходоуменьшителя для передвижения на пониженных рабочих скоростях, устанавливаемого или между коробкой передач и задним мостом, или перед коробкой передач.

       Кроме описанных особенностей работы привод ротора должен обеспечивать отключение трансмиссии при встрече ротора с непреодолимым препятствием, а также реверс его движения  для освобождения от этого препятствия. Последняя задача при индивидуальном электрическом приводе решается реверсированием электродвигателя, а при механической передаче посредством переключения передач в реверсивном редукторе, в котором также установлен орган подключения роторной транс миссии к коленчатому валу двигателя и отключения от него.

       При встрече с непреодолимым препятствием срабатывает предохрани-тельная муфта. Следует заметить, что эта мера, полезная для привода ротора, оказывается вредной для сцепного устройства, поскольку при срабатывании муфты предельного момента ротор останавливается, а гусеничные тележки продолжают движение, перегружая сцепное устройство. Если во время не отключить ходовой механизм, то нагрузки на сцепном устройстве будут возрастать до наступления буксования гусениц. Учитывая подобные ситуации, за расчетный для сцепного устройства принимают режим буксования при упоре ротора в препятствие.

      

 

 

 

 

3.Гидравлическая  система и ее описание

 

Принципиальная схема  гидропривода:

1-гидробак;

2-сетчатый  фильтр;

3-блок фильтра;

4,12-перепускные  клапаны;

5,7-золотники;

8,10-дросель  с обратными клапанами;

9,11-гидравлические  цилиндры;

13-предохрани-тельный  клапан;

14-гидравлический  насос  

       Гидравлическая система подъема и опускания рабочего органа, а также откидной части транспортера состоит из бака 1 блока фильтра 3 с сетчатым фильтром 2 и перепускным клапаном 4, распределителя 6,  двух гидравлических цилиндров транспортеров 9, двух гидравлических цилиндров 11 рабочего органа, двух дросселей 8 и 10, гидравлического насоса 14 типа.

       Насос засасывает масло из бака и подает его в распределитель 6. Рабочий орган поднимается и опускается одновременно двумя гидравлическими цилиндрами которые управляются одним золотником 5. Откидная часть транспортера поднимается и опускается двумя гидравлическими цилиндрами, которые управляются золотником 7.  Дроссели с обратными клапанами 8 и 10

 

 

 

 

 

служат для более  плавного опускания рабочего органа или откидной части транспортёра. Если происходит подъем рабочего органа или транспортера, то масло от распределителя, при нажатии на рычаг золотника 5 вниз, поступает в штоковую полость гидравлического цилиндра. При этом масло, проходя через дроссель, отжимает шарик и освобождает проход. Масло, из поршневой полости гидравлического цилиндра свободно сливается через распределитель в бак. При опускании рабочего органа или транспортера (рычаг золотника 5 вверх) масло из распределителя поступает в поршневую полость гидравлического цилиндра, а масло из штоковой полости уходит в бак через дроссель. При этом под давлением масла шарик прижимается к седлу, закрывая проход, и масло должно пройти через дроссель, в котором установлены шайбы с калиброванными отверстиями. Поскольку вытекание масла из штоковой полости задерживается, то как следствие задерживается перемещение поршня в цилиндре, выход штока и опускание рабочего органа или откидной части транспортера.

       Перепускной 12 и предохранительный 13 клапаны, помещенные в распределителе, предохраняют всю систему от перегрузки, когда золотники 5 и 7 находятся в нейтральном положение. Блок фильтра 3 на сливной линии, по которой масло стекает из распределителя в бак, состоит из сетчатого элемента 2 и перепускного клапана 4. Установка фильтра на сливной линии обеспечивает  лучшую очистку масла, так как он улавливает все продукты износа деталей;

насоса, распределителя и гидравлических цилиндров. При  засорении сетки или загустений масла, чтобы избежать ее разрыва, в  фильтр помещают перепускной клапан, который позволяет маслу пройти в обход сетчатого элемента, если противодавление, в нем будет больше, чем давление, на котором отрегулирован клапан.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет гидравлической системы

Вариант	Экскаватор траншейный роторный	Давление гидросистемы, МПа	Параметры гидроцилиндров						Населенный пункт	Средняя скорость ветра, м/с	Температура воздуха  в течение 120 дней
			Усилие на штоке кН, (момент на валу кНм)			Скорость выдвижения штока м/с, (частота вращения гидромотора  об/мин)					Максимальная tBmax,°C	Минимальная tBmin,°C
			1	2	3	1	2	3
12		20	100	40	-	0,15	0,1	-	Новосибирск	3,1	24,6	-39

 

4.1. Выбор гидроцилиндра.

      

       4.1.1. Исходными данными при выборе гидроцилиндра являются: усилие на штоке (F^max), скорость перемещения штока (V_i) ход штока (l) и тип строительно-дорожной машины. По условию выбираем гидроцилиндр, имеющий номинальное давление P_н=20 МПа. Определяем диаметр поршня гидроцилиндра. Рабочий ход гидроцилиндра осуществляется при подаче жидкости в штоковую полость, поэтому диаметр можно определить из выражения:

 

 

где, η_мц - механический к.п.д. гидроцилиндра, (принимается равным 0,92-0,96);

ψ - коэффициент мультипликации, ψ =D²/(D²-d_ш²), для СДМ ψ принимается равным 1,33 или 1,65;

     

 

 

 P_c - потери давления в сливной магистрали, принимаем P_c=0,3÷0,5 МПа.

      4.1.2. Выбираем гидроцилиндр по расчетному диаметру поршня и коэффициенту мультипликации. Принимаем D₁=110 мм, d_ш1=70 мм,

D₂=70 мм, d_ш2=40 мм.

       Максимальный  расход рабочей жидкости определяется по формулам 

    в штоковой полости:

 

 

 

 

 

 

где, - объемный к.п.д. гидроцилиндра принимается равным 0,98÷0,99.

 

4.2. Выбор гидравлической аппаратуры

    

        Гидравлическая аппаратура (распределители, фильтры, обратные клапаны, делители потоков, дроссели, предохранительные, переливные, редукционные клапаны и прочие устройства) выбирается по расчетному рабочему давлению и максимальному расходу жидкости гидроцилиндра. Максимальное рабочее давление определяется по формуле:

 МПа

где, - рабочее давление гидроцилиндра, МПа.

        Выбираем: Золотниковый распределитель с электро-гидравлическим управлением Г 63-I3 (номинальный расход масла м³/с; номинальное давление 20 МПа; давление управления 1,4 МПа; потеря давления при номинальном расходе не более 0,3 МПа). Сечатый фильтр ФС-7 (тонкость фильтрации 80 мкм; номинальное давление 20 МПа; потеря давления 0,63 МПа)

 

4.3. Выбор насоса

       Выбор насоса осуществляется по максимальному рабочему расходу гидропривода, рабочему давлению, типу строительно-дорожной машины, методу регулирования и т.д.

       Максимальный  рабочий расход определяется  по формуле:

 

где, - сумма   максимальных   расходов   параллельно установленных гидродвигателей, работающих одновременно, м³ /с;

- сумма расходов утечек на  участке гидросети от насоса, до гидродвигателя.

       

        Утечка наблюдается при работе гидроаппаратуры, и ее величина определяется по формуле:

, м³/с

 

где, - величина утечки при нормальном давлении (принимается по технической характеристике), м³/с

 

 см³/мин           см³/мин

      Выбор типа насоса осуществляется на основе опыта проектирования и эксплуатации аналогичных машин и зависит от режима работы гидропривода. В гидросистемах для тяжелого и весьма тяжелого применять аксиально-поршневые насосы.

       Принимаем аксиально-поршневой насос НА-0,032 (Рабочий объем ; Номинальное давление 32 МПа; Номинальная подача при нормальном давление ; число оборотов 25 в секунду; приводная мощность 27,6 кВт; объемный к.п.д. при нормальном давление 0,88; общий к.п.д. 0,79). 

 

4.4. Выбор емкости масляного бака

      

Выбор емкости масляного  бака осуществляется конструктивно  в зависимости от назначения и  режима работы гидропривода или по следующим рекомендациям: гидроприводы экскаваторов, погрузчиков, кранов

 

 

      После  предварительного выбора объема  бака необходимо подобрать его  ближайшее нормализованное значение по ГОСТ 16770-71 табл.2.

 

 

 

 

 

Таблица 2.

Ряд номинальных  емкостей масляных баков