Описание

Задача № 1 

Рассчитать регулируемый объемный гидропривод лебедки крана, имеющий замкнутую систему циркуляции рабочей жидкости.

Гидропривод состоит из регулируемого насоса 7, работающего от первичного двигателя 8, гидромотора 11, соединенного с валом лебедки, тормозного блока 17, управляемого через гидрораспределители 16, системы предохранительных 10 и обратных клапанов 15 и гидростанции подпитки системы, состоящей из подпиточного насоса 2, гидробака 1, фильтра 3 с перепускным клапаном 4 и редукционного клапана 5.

Включением подпиточного насоса 2 осуществляется подача рабочей жидкости из гидробака 1 через фильтр 3 и редукционный клапан 5 в напорный трубопровод 6.

Из трубопровода 6 производится подпитка (восполнение утечек жидкости поддержание заданного давления) в трубопроводе 9 или 14, (основной системы гидропривода), соединяющий насос 7 с гидромотором 11, а также подача рабочей жидкости в тормозной гидроцилиндр 17.1 через управляющий гидрораспределитель 16.

В системе подпитки поддерживается редукционным клапаном 5 постоянное давление.

Рис. 11. Схема гидропривода лебедки крана

Пуск лебедки для перемещения груза производится одновременно включением насоса 7 при минимальной подаче и растормаживанием лебедки гидроцилиндром 17.1 путем включения электромагнитов, управляющих, работой гидрораспределителя 16 и установки его в позицию II.

Согласование по времени обеих операций выполняется настройкой гидродросселя 17.3.

Регулированием подачи насоса устанавливается определенная частота вращения гидромотора 11 и заданная скорость перемещения груза.

При торможении лебедки производится уменьшение подачи насоса и накладывание с заданной скоростью v тормоза.

При этом гидрораспределитель переставляется в позицию I и поршень гидроцилиндра 17.1 под действием возвратной пружины перемещается влево, вытесняя жидкость из поршневой полости через обратный клапан 17.2 на слив. В это время подпиточный насос направляет жидкость через редукционный клапан 5 по трубопроводу 19 в бак 1.

При изменении знака исходного положения регулирующего органа насоса осуществляется реверс гидромотора и обратное вращение вала лебедки. Манометры 13 и 18 контролируют давление в гидросистеме, причем манометр 13, благодаря наличию обратных клапанов 12, позволяет измерять давление в напорной гидролинии 9 или 14, независимо от реверса гидромотора.

Заданы:

— номинальное давление Р₀, определяющее тип гидрооборудования,

— номинальная n и минимальная n_min = 0,2n частоты вращения

— крутящий момент М на валу гидромотора,

— скорость торможения v, ход штока l и

— тормозное усилие F, приложенное к штоку тормозного гидроцилиндра.

Требуется рассчитать рабочие параметры гидропривода, необходимые для выбора типоразмеров гидрооборудования.

Таблица 1

Методические указания к выполнению задачи 

Расчет гидропривода начинается с определения параметров, по которым производится выбор основного гидрооборудования: насоса 7 и гидромотора 11.

Гидромотор выбирается по величине расчетного рабочего объема V₀ по формуле:

………………, м³, (1)

где η_гм— гидромеханический КПД гидромотора (по паспорту η_гм = 0,85).

Полезная мощность гидромотора определяется по формуле:

N = M∙ω, Вт  (2)

где ω — угловая скорость вращения вала при номинальной частоте вращения n.

Выбор насоса производится по расчетной величине давления P_н, подаче Q_н, ее минимального значения Q_{н min} и мощности N_н.

Давление Р_н определяется по номинальному значению Р₀ с учетом гидравлических и механических потерь в системе, характеризуемых гидромеханическим КПД (η_гм = 0,80)

……….., МПа. (3)

Расчетная подача насоса Q_н с учетом объемных потерь в системе, характеризуемых объемным КПД (η_об = 0,95) составляет:

………. , м³/с.  (4)

Минимальная регулируемая подача насоса Q_{н min}

……….. , м³/с. (5)

Мощность насоса N_н, по величине которой рассчитывается мощность приводного двигателя 8, составляет:

………….. , Вт.  (6)

Коэффициент полезного действия гидропривода (без учета КПД приводного двигателя)

При расчете тормозного гидроцилиндра определяется внутренний диаметр гильзы D₁ (диаметр поршня). Диаметр штока D₂, толщина стенки δ, жесткость возвратной пружины с.

Диаметр гильзы определяется исходя из площади поршня с учетом КПД:

……………., м . (8)

где η_гм — гидромеханический КПД гидроцилиндра, среднее значение которого составляет η_гм = 0,90

Диаметр штока D₂ принимается равным 0,45∙D₁.

В качестве уплотнителей поршня и штока рекомендуются резино-тканевые шевронные манжеты, количество которых назначается в зависимости от размера уплотняемого диаметра и давления.

Сила трения Т в манжетных уплотнениях поршня и штока составляет:

где n — количество манжет (n = 4); h — высота манжеты (h = 5 мм); τ — напряжение силы трения (τ = 0,22 МПа).

Давление жидкости в гидроцилиндре при растормаживании лебедки определяется из условия статического равновесия поршня

………., (10)

где S₁ — площадь поршня, F_пр — усилие, создаваемое возвратной пружиной,

… , Н,  (11)

где c — жесткость пружины, Н/мм;

h = l — ход пружины.

Принимая значение F_пр = F, определяется жесткость c.

По величинам давления Р и диаметра D₁ рассчитывается толщина стенки гильзы:

….. , м,  (12)

где [σ] — допускаемое напряжение (для стали [σ] = 90 МПа).

Выбор подпиточного насоса 2 производится по расчетным параметрам давления P_нп, подачи Q_нп и мощности N_нп.

Для определения давления P_нп находится давление P₁ в гидролинии 6 за редукционным клапаном. Без учета потерь давления в самой гидролинии давление P₁ составляет:

…… , (13)

где ΔP_р и ΔP_кл — потери давления в гидрораспределителе 16 и обратном клапане 17.2 (ΔP_р = ΔP_Кл = 0,2 МПа).

Давление P₁ настраиваемое редукционным клапаном 5, меньше давления перед клапаном в среднем на 20%. Учитывая потери давления в фильтре (ΔP_ф = 0,1 МПа), давление P_нп составляет:

….., МПа.  (14)

При определении подачи Q_нп следует исходить из величины расхода жидкости, направляемой в тормозной гидроцилиндр с учетом общих объемных потерь в системе, характеризуемых объемным КПД (η_об = 0,90):

……, м³/с. (15)

По каталогам гидроаппаратуры управления, приведенным в приложении (гидрораспределитель 16, гидродроссель 17.3, гидроклапаны предохранительные 4 и 10, обратные 12, 13, 17.2, редукционный 5) выбирается, исходя из расчетных значений расхода Q и давления Р, типоразмер фильтра 3 по требуемой тонкости фильтрации соответствующего класса чистоты.

Для аксиально-поршневых регулируемых насосов с гидроусилителем типа 456 тонкость фильтрации жидкости не должна превышать 40 мкм.

Внутренний диаметр гидролиний 6, 9, 14 рассчитывается по расходу Q (можно принять Q = Q_н) и допустимой средней скорости v, значение которой составляет ~ 4,5 м/с:

…….. , м. (16)

Толщина стенки труб определяется по наибольшей величине давления

….. , м.  (17)

Приложение 1 

Основные технические характеристики элементов гидросистемы 

Элементы гидросистемы в позиции, представленной на рисунке задачи №1

1) Гидромотор  11

2) Аксиально-поршневой регулируемый насос  7

3) Пластинчатый насос подпитки 2

4) Тормозной гидроцилиндр 17.1

5) Гидрораспределитель 16

6) Редукционный гидроклапан  5

7) Предохранительные клапаны  4,10

8) Обратные клапаны  12, 15, 17.2

9) Гидродроссель  17.3

10) Линейный фильтр 3

11) Трубы гидролиний 6,9,14

Наружный диаметр (D_h) и толщина стенок (δ) стальных

бесшовных труб, рекомендуемых в качестве

гидролиний (ГОСТ 873458), мм.

А. Сортамент труб.

Таблица 10

Б. Толщина стенок труб.

0,1; 0,16; /0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 8; 1,0; /1,5/; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5; 7,08,0; 9,0; 10,0; 11,0; 12,0.

Техническая характеристика пластичных насосов типа Г 12-2

Таблица 11

Техническая характеристика высокомоментных

гидромоторов типа МР

Таблица 12

Техническая характеристика аксиально-поршневых регулируемых реверсивных насосов типа 20… с гидроусилителем типа 456…

Таблица 13

Техническая характеристика редукционных

гидроклапанов типа Г57-2

Таблица 14

Техническая характеристика гидрораспределителей

типа PI02… -P322…

Таблица 15

13 стр.