Задача № 1.

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 гидрово-

 

Рис. 11. Схема гидропривода лебедки крана

 

да), 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.

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 Р ₀, определяющее тип гидрооборудования,

- номинальная n и минимальная n _min = 0,2 n частоты вращения и

- 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 8

Параметры	Варианты и исходные данные
Последняя цифра шифра
P 0, МПа	5,5	6,0	5,8	6,1	5,7	5,5	6,1	6,0	5,8	5,6
n, об/с	0,4	0,3	0,4	0,5	0,6	0,3	0,4	0,5	0,3	0,4
М, Н∙м
Предпоследняя цифра шифра
F, кН	1,0	1,2	1,4	1,1	1,3	1,1	1,0	1,2	1,4	1,3
v, м/с	0,1	0,15	0,12	0,14	0,10	0,11	0,13	0,15	0,12	0,10
l, мм

 

Решение:

 

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

Гидромотор выбирается по величине расчетного рабочего объема V ₀ по формуле:

 

, м³, (14)

где η;_гм — гидромеханический КПД гидромотора (по паспорту η;_гм = 0,85).

Полезная мощность гидромотора определяется по формуле:

 

N = M ∙ ω;, Вт (15)

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. (16)

 

Расчетная подача насоса Q _н с учетом объемных потерь в системе, характеризуемых объемным КПД (η;_об = 0,95) составляет:

 

, м³/с. (17)

 

Минимальная регулируемая подача насоса Q _{н min}

 

, м³/с. (18)

 

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

, Вт. (19)

 

Коэффициент полезного действия гидропривода (без учета КПД приводного двигателя)

(20)

При расчете тормозного гидроцилиндра определяется внутренний диаметр гильзы D ₁ (диаметр поршня). Диаметр штока D ₂, толщина стенки δ;, жесткость возвратной пружины с.

Диаметр гильзы определяется исходя из площади поршня с учетом КПД:

, м (21)

 

где η;_гм— гидромеханический КПД гидроцилиндра, среднее значение которого составляет η;_гм = 0,90

Диаметр штока D ₂ принимается равным 0,45∙ D ₁.

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:

(22)

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

 

 

, (23)

 

где S ₁ — площадь поршня, F _пр — усилие, создаваемое возвратной пружиной,

, Н, (24)

где c — жесткость пружины, Н/мм;

h = l — ход пружины.

Принимая значение F _пр = F, определяется жесткость c.

По величинам давления Р и диаметра D ₁рассчитывается толщина стенки гильзы:

 

, м, (25)

 

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 P ₁ в гидролинии 6 за редукционным клапаном. Без учета потерь давления в самой гидролинии давление P ₁ составляет:

 

, (26)

 

где Δ P _ри Δ P _кл — потери давления в гидрораспределителе 16 и обратном клапане 17.2 (Δ P _р = Δ P _Кл = 0,2 МПа).

Давление P ₁ настраиваемое редукционным клапаном 5, меньше давления перед клапаном в среднем на 20%. Учитывая потери давления в фильтре (Δ P _ф = 0,1 МПа), давление P _нп составляет:

 

, МПа. (27)

 

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. (28)

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. (29)

Толщина стенки труб определяется по наибольшей величине давления

, м, (30)