Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование объемного гидропривода землеройно-транспортной машины



Введение

Гидроприводом называется совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости, находящейся под давлением, с одновременным выполнением функций регулирования и реверсирования скорости движения выходного звена гидродвигателя.

В объемном гидроприводе преобразование гидравлической энергии жидкости в механическую работу выходного звена привода - штока гидроцилиндра или вала гидромотора - происходит при периодическом изменении объема его рабочих полостей.

Принцип действия объемного гидропривода основан на малой сжимаемости жидкости и передаче приложенного в его гидролиниях давления (по закону Паскаля) всем точкам жидкости и по всем направлениям одинаково.

Гидроприводы работают с высоким КПД, компактны, надежны в работе, легко оборудуются системами автоматизации управления, могут работать с высокой частотой реверсирования и обеспечивают бесступенчатое регулирование скорости выходного звена в широком диапазоне.

К достоинствам также можно отнести легкость управления и удобство компоновки рабочего оборудования по сравнению с механическим и электрическим приводами. Применение минеральных масел в качестве рабочих жидкостей также обеспечивает смазку самих элементов гидропривода и снижает износ его узлов.

К недостаткам гидропривода можно отнести наличие внутренних и внешних течек из-за недостаточной герметичности, ухудшение характеристик привода вследствие увеличения вязкости жидкости при низких температурах, чувствительность к загрязнению жидкости, что ведет к преждевременному износу; высокую стоимость изготовления и сервиса.

Задачей данного курсового проекта является спроектировать объёмный гидропривод землеройно-транспортной машины, выполнить расчет основных характеристик, узлов и деталей необходимых для изготовления и применения данного гидропривода.



1.Выбор насоса и его характеристика

давление машина гидропривод

Потребная мощность привода насоса вращательного движения для обеспечения одновременной работы двух гидроцилиндров отвала бульдозера под заданной нагрузкой:

Значение гидромеханического КПД насоса принимается максимальным по выражению:

Гидромеханический КПД цилиндров выбирается в зависимости от максимального давления в системе. Для заданного давления в гидросистеме принимается значение коэффициента , при одновременно работающих двух цилиндрах подъема отвала бульдозера Полезная мощность насоса отличается от приводной мощности на величину потерь, характеризуемых общим КПД насоса Для используемых в базовых тракторах шестеренных насосов его можно предварительно принять равным 0,85. Тогда полезная мощность насоса при заданной нагрузке цилиндров составит:



Частота вращения вала насоса при передаточном числе и номинальной частоте вращения вала двигателя:

.

Потребная подача насоса , соответствующая заданному рабочему давлению жидкости в гидросистеме :

Из находим потребный рабочий объем насоса:

Предварительно принимаем объемны КПД насоса с максимальным значением 0,92 и выбираем насос НШ-71 А-3 с рабочим объемом . В этом случае действительная подача насоса составит:

Для дальнейшего расчета гидросистемы принимаем:

.

Развиваемое насосом рабочее давление в поршневых полостях одновременно работающих цилиндров, необходимое для преодоления заданной нагрузки на их штоках при заглублении отвала с заданной скоростью штоков, без учета гидросопротивления всасывающей, напорной и сливной гидролиний:



Действительное давление, развиваемое выбранным насосом НШ-71 А-3, при номинальной частоте вращения приводного вала:

2. Диаметры трубопроводов и скорость жидкости в них

Предварительно принимаем следующие скорости рабочей жидкости: для всасывающего трубопровода , нагнетательного и сливного .

Диаметры d условного прохода трубопроводов находим из выражения расход жидкости:

Для всасывающего трубопровода (питание двух силовых гидроцилиндров):

Для напорного трубопровода (от насоса до разделения расхода на

Для общего сливного трубопровода при втягивании штока (на участке от места соединения сливных расходов двух гидроцилиндров до гидробака):



Расчетные значения диаметров округляем до ближайшего значения из стандартного ряда согласно ГОСТ 16216-80. Окончательно принимаем следующие диаметры трубопроводов:

Действительные скорости потока жидкости по принятым диаметрам находим по формуле:

Значения скоростей соответственно составят:

3. Определение потерь давления жидкости в гидролиниях

На основании сведений из руководства по эксплуатации трактора принимаем для рассматриваемой гидросистемы масло М10-В2 ГОСТ 8581-78 при эксплуатации в весенне-летний период и М-8В2 в осенне-зимний период эксплуатации. Кинематическая вязкость при температуре составляет , плотность при .



Коэффициент динамической вязкости масла при названных условиях:

.

Плотность масла при температуре :

.

Коэффициент динамической вязкости масла при :

.

Расчетная кинематическая вязкость при температуре составит:

.

Для каждого участка гидролинии (всасывающего, нагнетательного и сливного) определяются значения чисел Рейнольдса и соответствующие им поправочные коэффициенты, учитывающие влияние вязкости жидкости на местные потери от чисел Рейнольдса и коэффициенты трения жидкости о стенки трубопроводов.

1. Всасывающий участок.

Число Рейнольдса всасывающей линии при температуре :

.



> ламинарный режим. Поправочный коэффициент .

Коэффициент трения жидкости о стенки всасывающего трубопровода:

.

Суммарные потери во всасывающей гидролинии при температуре рабочей жидкости :

.

2. Напорный участок.

Число Рейнольдса напорной линии при температуре :

> турбулентный режим. Поправочный коэффициент .

Коэффициент трения жидкости о стенки напорного трубопровода:

Суммарные гидравлические потери на напорном участке:

.



3. Сливной участок.

Число Рейнольдса сливной линии при температуре :

> ламинарный режим. Поправочный коэффициент .

Коэффициент трения жидкости о стенки сливного трубопровода:

Суммарные гидравлические потери на сливном участке:

.

Общие потери давления в гидросети:

МПа

4. Коэффициент полезного действия гидропривода

Общий КПД гидропривода при :



Гидравлический КПД привода:

Механический КПД привода:

- механический КПД насоса (по справочным данным для шестеренных насосов можно принимать 0,91)

- механический КПД гидрораспределителя (принимается равным 0,1)

- механический КПД гидроцилиндра (в зависимости от давления в гидросистеме принимается в диапазоне 0,94...0,98)

Объемный КПД привода:

- объемный КПД насоса (для шестеренных насосов принимается 0,92...0,94)

- объемный КПД гидрораспределителя (принимается равным 0,1)

- объемный КПД гидроцилиндра (принимают в диапазоне 0,98...0,99)

Таким образом, предварительный проектировочный расчет показывает, что механический и объемный КПД не зависят от температуры эксплуатации гидропривода.

5. Тепловой расчет гидропривода

С повышением температуры жидкости уменьшается ее вязкость, и увеличиваются объемные потери вследствие внутренних перетечек и наружных утечек в компонентах привода. При нагреве до высокой температуры нарушаются условия смазывания поверхностей подвижно-сопряженных деталей, что приводит к интенсивному их изнашиванию. Активизируется окисление жидкости и выделение из нее смолистых осадков, ускоряющих облитерацию проходных каналов и щелей.

Таким образом, для эффективной эксплуатации гидропривода необходимо создать условия оптимального теплового состояния, обеспечивающего стабильность рабочих характеристик его компонентов. Нормальной температурой жидкости в гидробаке при эксплуатации летом является , допустимой температурой - .

Предварительно принимают вместимость равной одноминутной подаче насоса при номинальной частоте вращения приводного вала, после чего ее значение выбирают по ГОСТ 12448-80.

Площадь теплоотдачи бака (форма параллелепипед):

.

Площадь теплоизлучающей поверхности гидропривода:

- поправочный коэффициент для бульдозера равный 1,8.

Для упрощения расчетов тепловой режим считается стационарным со средним за цикл уровнем теплового потока. Среднее значение мощности тепловой энергии, выделяемой гидроприводом в рабочем режиме за технологический цикл при заданной нагрузке с учетом режима работы машины:

- коэффициент продолжительности работы под нагрузкой и использования номинального давления равные 0,7 и 0,6 соответственно.

Установившаяся температура летней рабочей жидкости в гидроприводе при заданной температуре окружающей среды :

Полученная по расчету установившаяся температура гидропривода превышает максимальную допустимую, значит в гидросистеме предусматривается ребрение гидробака

6. Расчет и выбор гидроцилиндров

Диаметр цилиндров подъема-опускания отвала бульдозера находим по заданной нагрузке при выдвижении штока из формулы:



перепад давления в цилиндре при работе под нагрузкой при установившейся температуре жидкости в системе

- гидромеханический КПД цилиндра, выбирается в зависимости от давления жидкости на входе в цилиндр (полость А).

Корректируем диаметры цилиндра и штока с учетом рекомендуемых значений. Получаем .

Диаметр гидроцилиндра прекоса отвала бульдозера:

Корректируем диаметры цилиндра и штока с учетом рекомендуемых значений. Получаем .

Ход штока обычно не превышает 10D. По ГОСТ 6540-68 принимаем величину хода штока для цилиндров подъема-опускания отвала Х-_1,2=1000 мм, для цилиндра перекоса отвала бульдозера Х-₃=800 мм.

Действительные скорости прямого и обратного хода штока цилиндров подъема-опускания отвала бульдозера:

Действительные скорости прямого и обратного хода штока цилиндра перекоса отвала бульдозера:



Усилие на штоке (подача давления насоса в полость А) находим по формуле:

- механический КПД гидроцилиндра, учитывающий суммарную силу трения в его уплотнениях;

- рабочее давление жидкости в напорной и сливной гидролиниях.

Бульдозер с отвалом можно считать работоспособным, так как он прошёл проверочный расчёт.

7. Выбор элементов гидравлической схемы

Фильтр выбираем 1.1.50-25ИЗ [магистральный фильтр типа 1, исполнения 1, условный проход 50 мм, расход 250 л/мин, тонкость фильтрации 25 мкм, номинальное давление 0,63 МПа, устанавливается на сливную гидролинию].

Распределитель выбираем Р-150-В3 моноблочный, клапанно-золотниковый с ручным управлением [расход жидкости номинальный 100 дм³/мин, максимальный 150 дм³/мин; давление жидкости номинальное 10 МПа, максимальное 13 МПа; 3 золотника; 4 позиции золотника; внутренние перетечки по зазорам из рабочих полостей при его нейтральном положении не более 60 см³/мин; потери давления при нейтральном положении золотника 0,35 МПа, рабочем 0,4 Мпа].

Обратный клапан выбираем 61200 [условный проход 20 мм; номинальный расход рабочей жидкости 100 л/мин; давление рабочей жидкости номинальное 31,5 МПа, максимальное 35 МПа; присоединительные резьбовые отверстия (2 шт.) М33х2; габаритная длина 106 мм; масса 0,92 кг].

Гидрозамок выбираем ГЗМ16/3М [Условный проход 16 мм; номиналь-ное давление на входе 32 МПа, максимальное 35 МПа; номинальный расход рабочей жидкости 125 л/мин, максимальный 180 л/мин].

Предохранительный клапан выбираем непрямого действия МКПВ20/3С2Р2 [условный проход 20 мм; давление настройки 20 МПа; диапазон регулирования 2…25 МПа; номинальный расход 160 л/мин; 4,15 кг].

8. Прочностные расчеты

давление машина гидропривод

Минимальная толщина стенки цилиндра подъема-опускания отвала:

Минимальная толщина стенки цилиндра перекоса отвала:



- допускаемое напряжение материала цилиндра при растяжении по окружности под действием внутреннего давления, для Ст45 равен 208

м - коэффициент Пуассона для стали 0,29;

- давление срабатывания предохранительного клапана в гидросистеме равное .

К найденным по формуле значениям минимальной толщины стенки прибавим припуск на обработку (для внутренних диаметров D=30…180 мм он принимается равным 0,5…1,0 мм):

Минимальная толщина стенки напорного трубопровода:

- наружный диаметр напорного трубопровода, м (принимается по таблице).



9. Пусковой расчет

Рассчитаем число Рейнольдса при t= -15

(ламинарный режим)

Коэффициент трения масла о стенки трубопровода

Находим плотность масла М8Г₂ при температуре

Находим коэффициент динамической вязкости масла при температуре

Расчетная кинематическая вязкость при температуре

Для обеспечения работоспособности шестеренного насоса с внешним зацеплением минимальное абсолютное давление на его входе должно быть 0,07 Мпа.

Величина абсолютного давления на входе в насос:

b+

1.7*20+

Вывод: работоспособность насоса температуре обеспечивается.

Таблица 1. Принципиальная схема гидросистемы управления бульдозерным и рыхлительным оборудованием

Поз	Наименование	Кол	Примечание
А	Линия к насосу НШ-32 гидросистемы	1
Б	Гидробак	1	V0=160 л
ВН	Вентиль	1
ЗГ	Заливная горловина	1
ЗМ	Гидрозамок ГЗМ16/3М	1	pном=32 МПа, Qном=125 л/мин
ИХ	Индикатор загрязнений фильтра	1
КО	Клапан обратный 61200	1	pном=31,5 МПа, Qном=160 л/мин
КП	Клапан предохранительный МКПВ20/3С2Р2	1	p=20 МПа, Qном=160 л/мин
КС	Клапан сливной	1
Н	Насос шестеренный НШ-32	1	pном=17,6 МПа, Q=123 л/мин
Р	Гидрораспределитель Р-150-В3	1	pmax=20 МПа, Qном=140 л/мин
С	Сапун с механизмом клапанов	1
СФ	Сифон	1
УЖ	Уровень жидкости виз. с термометром	1
Ф1	Фильтр сливной с пер. клапаном 1.1.50-25ИЗ	1	Q=250 л/мин
Ф2	Фильтр заливной	1
Ц1, Ц2	Гидроцилиндры подъема-опускания отвала	2	D1,2=125 мм, d1,2=63 мм
Ц3	Гидроцилиндр перекоса отвала	1	D3=80 мм, d3=50 мм
Ц4	Гидроц. подъема - опускания рыхлителя	1	D4 =100 мм, d4=63 мм

давление машина гидропривод

Гидробак бульдозера на базе трактора Т-10М с визуальным уровнем жидкости установлен слева на кронштейне платформы кабины.

Подъемное усилие обеспечивается параллельной работой двух цилиндров Ц₁ и Ц₂ двустороннего действия. Полости цилиндров соединены между собой и с гидросистемой.

Для надежного запирания полостей цилиндра Ц₃ перекоса отвала, обеспечивающего его работоспособность при разработке грунта бульдозером, установлен двусторонний гидрозамок ЗМ, удерживающий в заданном положении перекос отвала.

Металлические трубопроводы, соединяются с гидрораспределителем штуцерами и планками. Гибкие рукава служат для подвода и отвода рабочей жидкости к подвижно установленным гидроцилиндрам.

Полнопоточный фильтр с фильтроэлементами 1.1.50-25ИЗ имеет тонкость очистки 25 мкм и установлен в сливной гидролинии. Фильтр секционный, состоит из набора сетчатых фильтроэлементов, установленных на общей трубе. При засорении фильтра и повышении давления свыше срабатывает перепускной клапан, и жидкость перетекает в гидробак, минуя фильтр.

Таблиц 2. Двусторонний гидрозамок ГЗМ16/3М

Поз	Наименование	Кол	Примечание
А	Канал от распределителя в гидрозамок	1
Б	Канал от распределителя в гидрозамок	1
В	Канал от гидроцилиндра в гидрозамок	1
Г	Канал от гидроцилиндра в гидрозамок	1
КО	Обратный клапан	2	Шариковый
П	Поршневая полость	1
ПП	Плавающий поршень - толкатель	1
ПР	Пружина	2
Р	Гидрораспределитель Р-150 - В3	1	Q=100 л/мин
Ш	Штоковая полость	1

В корпусе размещены два запорно-регулирующие элементы (шариковые обратные клапаны) КО, между которыми помещен плавающий поршень - толкатель ПП. Клапаны КО в нейтральном положении закрыты под действием пружин ПР. Рабочая жидкость под давлением от распределителя поступает к гидрозамку через каналы А и Б, а от него к полостям гидроцилинда - через открытые каналы В и Г.

При подводе рабочей жидкости под давлением к каналу А открывается правый обратный клапан КО, и жидкость через канал В, проходит в правую (поршневую) полость гидроцилиндра. Под давлением поршень - толкатель ПП смещается в лево и открывает левый обратный клапан КО, обеспечивая проход жидкости, отводимой из канала Г, связанного с левой (штоковой) полостью гидроцилиндра, в канал Б и далее через распределитель на слив в гидробак.

При подаче рабочей жидкости от распределителя в канал Б гидрозамок срабатывает аналогично, но в обратном направлении.



Заключение

давление машина гидропривод

В данной курсовой работе был изучен принцип действия гидропривода землеройно-транспортной машины, так же выполнен расчет основных характеристик, узлов и деталей, необходимых для изготовления и применения данного привода.

По предлагаемой методике был произведен расчет гидросистемы бульдозера - рыхлителя с отвалом на базе трактора Т-10М. Был выбран насос, рабочая жидкость, так же были выбраны пусковые параметры гидролиний и проведен расчет гидроцилиндров. Анализируя полученные при расчете данные, можно прийти к выводу, что они практически полностью соответствуют реальным параметрам гидропривода рассматриваемой землеройно-транспортной машины. Бульдозер с отвалом можно считать работоспособным, так как он прошёл проверочный расчёт.

Бульдозер с отвалом можно считать работоспособным, так как , все скорости удовлетворяют условию, условие прочности выполнено, температура рабочей жидкости установившаяся в гидроприводе не превышает максимально-разрешенную, при температуре -15^_С работоспособность насоса НШ-32 обеспечивается.



Список использованной литературы

давление машина гидропривод

1. Гидропневмопривод: монография / В. П Чмиль; СПбГАСУ. - СПб., 2010. - 176 с.

2. Гидропневмопривод транспортно-технологических машин: учеб. пособие / В.П. Чмиль; СПбГАСУ. - Спб., 2016. - 220 с.

3. Чмиль В.П. Гидропневмопривод строительной техники. Конструкция, принцип действия, расчет: учебное пособие. - СПб.: Издательство «Лань», 2011. - 320 с.

Размещено на Allbest.ru