close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Chmil Laborat prakt

код для вставкиСкачать
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ГИДРОПНЕВМОПРИВОДУ И ГИДРОПНЕВМОАВТОМАТИКЕ
162
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
ПО ГИДРОПНЕВМОПРИВОДУ
И ГИДРОПНЕВМОАВТОМАТИКЕ
163
Министерство образования и науки
Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
Автомобильно-дорожный факультет
Кафедра наземных транспортно-технологических машин
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
ПО ГИДРОПНЕВМОПРИВОДУ
И ГИДРОПНЕВМОАВТОМАТИКЕ
Методические указания
Санкт-Петербург
1
2013
УДК 556.556(075.8); 62-82(075); 621.22; 621.869.4(031); 621.879.3; 621.892;
624.132.3.002.5
Рецензент канд. техн. наук, доцент кафедры А. В. Зазыкин (СПбГАСУ)
Лабораторный практикум по гидропневмоприводу и гидропневмоавтоматике: метод. указания / сост. В. П. Чмиль; СПбГАСУ. – СПб., 2013. –
160 с.
Приведен лабораторный практикум по дисциплинам «Гидравлика
и гидропневмопривод», «Основы проектирования гидросистем» для студентов 3-го и 5-го курсов, обучающихся по специальности «Наземные
транспортно-технологические средства», по дисциплине «Гидропривод»
для студентов 4-го курса, обучающихся по специальности «Механизация
и автоматизация строительства», а также по дисциплине «Гидропневмоавтоматика транспортно-технологических машин и комплексов» для магистров, обучающихся по магистерской программе «Сервис и эксплуатация
строительной, дорожной и коммунальной техники и оборудования».
Табл. 9. Ил. 92. Библиогр.: 18.
© Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет, 2013
2
Введение
В конструкции современных наземных транспортно-технологических машин широко применяются гидравлический и пневматический приводы.
В объемном гидроприводе преобразование механической энергии
жидкости в механическую энергию твердого тела (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.
Равномерность распределения внешнего давления в жидкости
имеет большое практическое применение. На этом законе построен принцип работы силовых гидравлических цилиндров, домкратов,
тормозных систем и т. д.
Основными достоинствами объемного гидропривода машин являются:
• меньшие масса и габариты гидропривода по сравнению с массой и габаритами электрического и механического приводов при
одинаковой передаваемой мощности;
• удобство компоновки рабочего оборудования по сравнению
с механическим и электрическим приводами;
• легкость управления, которая характеризуется небольшой затратой энергии машинистом, и возможность осуществления автоматизации технологических процессов;
• надежное предохранение от перегрузок приводного двигателя,
металлоконструкции и рабочих органов благодаря установке предохранительных и переливных клапанов;
• применение минеральных масел в качестве рабочих жидкостей,
что обеспечивает смазку самих элементов гидропривода и снижает
износ узлов.
3
К недостаткам гидропривода можно отнести наличие внутренних и внешних утечек из-за недостаточной герметичности, ухудшение характеристик привода вследствие увеличения вязкости жидкости при низких температурах, чувствительность к загрязнению
жидкости, что ведет к заклиниванию насосов, распределителей,
клапанов и преждевременному их износу; необходимость достаточно высокой культуры обслуживания; высокая стоимость изготовления и сервиса.
В мобильных машинах (автогрейдеры, катки, погрузчики и другие) все чаще находят применение гидродинамические передачи,
в которых отсутствует механическая связь между ведущим (насосным) и ведомым (турбинным) валами. В гидродинамической передаче (гидротрансформаторе) происходит передача кинетической
энергии от насосного лопастного колеса к турбинному колесу за
счет круга циркуляции (тора) рабочей жидкости, в котором действует центробежная сила инерции. Таким образом, гидротрансформатор не только бесступенчато преобразует передаваемый крутящий
момент в зависимости от скорости движения машины, но также выполняет функцию гидромуфты.
Совместно с механической коробкой передач, позволяющей расширить диапазон преобразования крутящего момента в зависимости
от дорожных условий, гидротрансформатор образует гидромеханическую передачу.
Применение гидромеханических передач с электрогидравлическим управлением обеспечивает: наиболее полное использование
мощности двигателя и улучшенную тягово-скоростную характеристику; снижение напряжений в ответственных деталях трансмиссии
(например, шестернях главной передачи); долговечность подшипников; унификацию схемы трансмиссии с серийно выпускаемыми
агрегатами при модернизации мобильных машин.
Гидрофицирование трансмиссий и приводов машин позволяет
уменьшить габариты соответствующих систем, упростить кинематические схемы привода исполнительных устройств, обеспечить
высокие рабочие усилия и бесступенчатое изменение скоростей, а
также повышение показателей ремонтопригодности за счет того,
что текущий ремонт используемых компонентов гидросистем обеспечивается посредством оперативной замены неисправных гидроагрегатов. Использование ходовых систем типа «мотор-колесо»
принципиально изменило кинематические схемы силового привода
4
движителей таких машин, как экскаваторы, скреперы, автогрейдеры,
погрузчики и других.
Одно из перспективных направлений развития гидропривода –
комплектные гидростатические трансмиссии с центральным процессорным управлением всеми бортовыми системами выработки
и передачи энергии для нового поколения строительной техники на
основе использования подходов и методов мехатроники (механики,
гидравлики и электроники). То есть гидроагрегаты интегрируются
с электронными компонентами бортовых процессорных систем управления и диагностики по заданному программному обеспечению.
Таким образом, к настоящему времени произошло массовое
внедрение гидропривода в конструкцию мобильных машин и эта
тенденция не только сохраняется, но и определяет прогнозируемое
увеличение доли таких машин в общем парке и дальнейшее совершенствование гидравлических компонентов.
В пневматическом приводе рабочим телом служит воздух, нагнетаемый в ресивер источником энергии – компрессором с приводом от двигателя внутреннего сгорания или от электродвигателя.
По типу пневмодвигателя он делится на поршневой и диафрагменный приводы.
Пневмопривод применяется для управления прежде всего тормозными и некоторыми другими механизмами пневмоколесных машин, грузовых автомобилей и специальной техники, выполненной
на их базе. Его недостаток – увеличенное время срабатывания по
сравнению с гидроприводом и возможное замерзание в системе водяного конденсата, что требует принятия дополнительных мер по
его предотвращению.
В настоящих методических указаниях рассмотрены цели выполняемых работ, оборудование рабочего места, краткие теоретические
сведения и основные расчетные зависимости по изучаемой тематике, порядок выполнения работ и правила техники безопасности,
а также содержание отчета по каждой работе.
5
vшт
Занятие 1
Рис. 1. Схема однопоточного объемного
гидропривода с разомкнутой циркуляцией рабочей жидкости: 1 – привод гидронасоса; 2 – насос; 3 – предохранительный
клапан; 4 – манометр; 5 – кран манометра; 6 – гидрораспределитель Р4/2; 7 –
гидроцилиндр; 8 – дроссель (тормозное
устройство); 9 – магистральный фильтр;
10 – перепускной клапан; 11 – бак рабочей жидкости; А, Б – поршневая и штоковая полости гидроцилиндра; р1, р2 –
напорное и сливное давления в гидроцилиндре; vшт – скорость перемещения
поршня (штока) гидроцилиндра
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ОБЪЕМНОГО
ГИДРОПРИВОДА
Цель работы
Ознакомление с составом элементов структурной схемы объемного гидропривода и их назначением, изучение принципа действия,
анализ достоинств и недостатков.
Оборудование рабочего места
Стенд для изучения конструкции и работы гидропривода, препарированные гидроагрегаты и гидроаппаратура; плакаты, схемы,
учебные пособия.
Содержание работы
Работа производится в два этапа: 1) первоначальное ознакомление с общей структурой простейшей схемы объемного гидропривода; 2) изучение принципиальной схемы гидропривода бульдозерарыхлителя на базе трактора Т-130.1.Г-1.
Гидравлический привод наземных транспортно-технологических
машин предназначен для преобразования потенциальной энергии
жидкости в механическую работу для приведения в поступательное
или вращательное движение исполнительных механизмов рабочего
оборудования и рулевых механизмов.
Схема объемного гидропривода в общем случае содержит гидробак, насос, фильтр, гидрораспределитель, исполнительный
гидродвигатель (гидроцилиндр или гидромотор), клапанную и
контрольно-измерительную аппаратуру, соединенные гидролиниями (всасывающей, напорной и сливной) (рис. 1).
6
Гидронасос 2 (привод насоса 1) предназначен для преобразования механической энергии твердого тела в механическую энергию
жидкости.
Гидродвигатель служит для преобразования механической энергии жидкости в механическую энергию твердого тела. К ним относятся гидроцилиндры 7 и гидромоторы (последние часто «обратимы»).
Для изменения направления движения поршня цилиндра служит
гидрораспределитель 6. В положении гидрораспределителя, указанном на схеме, рабочая жидкость поступает в поршневую полость А
цилиндра 7, и поршень перемещается вправо (рабочий ход). При
перемещении золотника гидрораспределителя влево (для этого на
схеме надо мысленно передвинуть правый квадрат на место левого, оставляя на месте подведенные к нему линии) рабочая жидкость
от насоса поступает в штоковую полость Б цилиндра, и поршень
перемещается влево (обратный ход). Перемещение золотника гидрораспределителя осуществляется путем попеременного включения
двух электромагнитов.
7
Максимальное давление рабочей жидкости в гидросистеме ограничивается пружиной предохранительного клапана 3.
Тормозное устройство 8 при рабочем ходе включено в сливную
линию. Оно выполнено в виде регулируемого дросселя, то есть
устройства для изменения площади проходного сечения жидкости,
последовательно включенного на выходе из гидродвигателя.
При дроссельном регулировании скорости выходного звена (штока гидроцилиндра или вала гидромотора) часть подачи нерегулируемого насоса Qн отводится через клапан на слив в гидробак, минуя
гидродвигатель. Таким образом, дроссельное регулирование основано на изменении величины потерь, поэтому оно применяется при
малых мощностях гидропривода.
При полном открытии дросселя (см. рис. 1) скорость штока vшт
максимальна. При уменьшении открытия дросселя давление перед
ним повышается, клапан 3 приоткрывается и пропускает часть подачи насоса Qкл на слив. Скорость штока vшт при этом за счет сокращения расхода жидкости, подаваемой к цилиндру, уменьшается.
При полном закрытии дросселя вся подача насоса направляется через клапан 3 на слив в гидробак, а скорость штока vшт = 0.
Согласно уравнению Бернулли расход жидкости через щель дросселя Qдр (м3/с) определяется по формуле
Qдр = αS др
2( р2 − р2" )
= αS др
ρ
2∆pдр
ρ
, м3/с,
где α – коэффициент расхода, учитывающий гидравлические потери;
Sдр – площадь поперечного сечения щели дросселя; Δpдр – перепад
(разность) давления на дросселе, Па; ρ – плотность рабочей жидкости, кг/м3.
Скорость выдвижения штока vшт определяется подачей рабочей
жидкости насосом Qн с учетом возможного отвода ее части через
клапан Qкл в бак:
vА = Qн ηоб.ц /SА, м/с
где SА – эффективная (то есть воспринимающая давление рабочей
жидкости) площадь поршня, SА = πD2 / 4, м2.
Приводная (потребляемая) мощность цилиндра (Вт):
Nц = р1Qн, при условии, что Qкл = 0.
8
Недостаток схемы регулирования скорости штока гидроцилиндра: при сливе некоторого расхода рабочей жидкости Qкл через клапан 3 происходит частичная потеря мощности привода.
Фильтрацию жидкости на линии слива осуществляет магистральный фильтр 9, снабженный перепускным клапаном 10. При
засорении фильтрующих элементов перепад давления на фильтре
увеличивается, что может привести к повреждению фильтрующих
элементов. Для исключения этого служит перепускной клапан 10,
который сначала частично, а затем полностью пропускает весь поток жидкости мимо фильтрующих элементов. Увеличенное сливное
давление, контролируемое по манометру, свидетельствует о засоренности фильтра. Например, при достижении перепада давления
∆р = 0,2 МПа клапан начинает открываться, а при перепаде
0,35 МПа – полностью открыт.
Недостатком схем дроссельного регулирования скорости выходного звена гидропривода является потеря мощности из-за слива части расхода жидкости, поступающего от насоса, и снижение КПД
привода.
С учетом приведенных недостатков дроссельное регулирование
применяется при небольшой мощности насоса привода в диапазоне
3…5 кВт.
При большей потребной мощности насоса для гарантированного обеспечения работы гидродвигателей рекомендуется применять объемное или объемно-дроссельное регулирование скорости
выходного звена (штока гидроцилиндра или вала гидромотора),
то есть использовать аксиально-поршневые гидронасосы (одноили двухпоточные) с регулируемым рабочим объемом за счет изменения угла α между осью блока цилиндров и приводным валом
насоса.
В цилиндрах двустороннего действия с односторонним штоком
при рабочем ходе поршня усилие на штоке (подача давления насоса
в полость А, см. рис. 1) равно внешней силе (нагрузке) и находится
по формуле (Н):
FА = ηм [р1 πD2 / 4 – р2 π(D2 – d2) / 4],
где ηм – механический КПД гидроцилиндра, учитывающий суммарную силу трения в уплотнениях, для расчета можно принимать
0,9…0,94; р1, р2 – соответственно, давление рабочей жидкости в напорной и сливной гидролиниях, р2 ≈ 0,02р1 (Па).
9
Скорости (м/с) выдвижения VА и втягивания VБ штока цилиндра
определяются, соответственно, по следующим выражениям (при
этом VА < VБ):
VА = Qнηоб.ц / SА и VБ = Qнηоб.ц / SБ,
где ηоб.ц – объемный КПД цилиндра, учитывающий перетечки жидкости через неплотности из полости нагнетания в сливную полость;
SБ = π(D2 – d2) / 4.
Мощность на штоке гидроцилиндра (полезная мощность), Вт:
Nшт = Fшт vшт .
При обратном ходе поршня рабочая жидкость под давлением насоса поступает в полость Б (см. рис. 1), усилие на штоке (Н):
FБ = ηм [р1π(D2 – d2)/4 – р2 πD2/4] =
= 0,785 ηм [р1 (D2 – d2) – 0,02р1D2],
при этом существует следующее неравенство сил: FБ < FА.
Гидромоторы преобразуют энергию потока жидкости в механическую энергию и приводят в действие исполнительные механизмы.
В гидроприводах машин применяют нерегулируемые (с постоянным
рабочим объемом) и регулируемые (с изменяемым рабочим объемом) аксиально- и радиально-поршневые гидромоторы.
Вращающий момент, Н · м, развиваемый валом гидромотора:
Мм = 0,159V0м рмηгм ;
где V0м – рабочий объем мотора, м3; рм – перепад давлений на входе
(р1) и выходе (р2) мотора, рм = р1 – р2, Па; ηгм – гидромеханический
КПД гидромотора.
Мощность, потребляемая гидромотором (приводная), Вт:
Nм = рмQм ,
где Qм – расход рабочей жидкости, потребляемый гидромотором,
м3/с.
Мощность на выходном валу гидромотора (полезная мощность), Вт:
Nп = Ммωм = Мм · 2πnм = V0м рм nм ηгм ,
где ωм – угловая скорость выходного вала гидромотора, рад/с, ωм =
= 2πnм; nм – частота вращения выходного вала гидромотора, с–1.
10
Отношение полезной мощности к приводной дает общий КПД
гидромотора ηо, равный произведению объемного и гидромеханического КПД:
Nп/Nм = ηо = ηоб.мηгм.
Таким образом, полезная мощность гидромотора есть произведение приводной мощности на общий КПД гидромотора:
Nп = Nмηо = рмQмηо.
Гидрораспределители осуществляют реверс гидродвигателей,
а также обеспечивают нейтральное «плавающее» и нейтральное
«запертое» положение исполнительных органов машин. Предпочтительно применяются золотниковые (секционные или моноблочные) 2…4-линейные (число подсоединенных линий связи) и 2…3позиционные (число позиций – рабочие и нейтральное положения
золотника) распределители с ручным, электромагнитным или гидроуправлением и пружинным центрированием золотника в нейтральном положении.
Гидравлическое сопротивление распределителя ∆р (Па) зависит
от конструктивных особенностей и в общем случае находится по выражению
∆р = ζρQ2 / 2S2,
где ζ – коэффициент местных сопротивлений, принимается в интервале 3…5; ρ – плотность жидкости; Q – расход жидкости; S – площадь сечения кольцевой проходной щели золотника, S = Сх, С = πd –
длина окружности, d – диаметр пояска золотника, х – открытие золотника (размер щели).
Универсальная раздельно-агрегатная гидравлическая система
базового трактора Т-130.1.Г-1 (рис. 2) с передней навесной системой состоит из привода насоса, распределителя и баков, соединенных между собой трубопроводами.
Шестеренный гидронасос НШ-100 подает рабочую жидкость
по трубопроводам из гидробаков к гидрораспределителю. Затем, в
зависимости от назначения гидравлической системы, рабочая жидкость поступает от гидрораспределителя к различным силовым цилиндрам. При нейтральном положении рычага рабочая жидкость от
распределителя сливается в гидробак.
Баки гидросистемы соединены между собой стяжной трубой,
в которой установлены фильтр и перепускной клапан, полости бака
11
Рис. 2. Универсальная раздельно-агрегатная гидравлическая и навесная системы
трактора Т-130: 1 – сливная пробка; 2 – трубопровод, соединяющий баки; 3 – бак;
4 – сапун; 5 – воздушная трубка; 6 – сливная труба от гидрораспределителя в фильтр;
7 – место подсоединения манометра при проверке давления масла в гидросистеме;
8 – труба от насоса к гидрораспределителю; 9 – переливная трубка; 10 – трубопроводы к задней навеске; 11 – трубопроводы к разрывным муфтам; 12 – гидрораспределитель; 13 – трубопровод; 14 – рукав высокого давления; 15 – гидравлический
цилиндр; 16 – болт; 17 – рукоятка привода насоса; 18 – насос
сообщаются между собой через трубопроводы в верхней и нижней
частях и с атмосферой через сапун в правом баке.
Заправка рабочей жидкостью производится через заливной
фильтр в правом баке, уровень контролируется по двум ограничительным смотровым стеклам в правом гидробаке. Уменьшение
уровня жидкости ниже середины нижнего смотрового стекла недопустимо. После заправки гидросистемы необходимо включить привод насоса, пустить дизель и дать поработать ему на малых оборотах
2…3 мин, затем, увеличив обороты до средних, 5…6 раз поднять и
опустить орудие. После этого проверить уровень рабочей жидкости
и при необходимости долить его. Сливается рабочая жидкость через
сливное отверстие в трубопроводе, соединяющем гидробаки в нижней части.
12
Привод насоса смонтирован в кожухе шестерен распределения
двигателя. Вал привода вращается в двух шариковых подшипниках,
на валу привода установлена зубчатая муфта, передвижение которой
осуществляется вилкой.
Шестеренный насос НШ-100Л-2 приводится во вращение от вала
привода, соединенного с валом насоса посредством шлицевой муфты, которая служит для компенсации радиального биения соединенных валов.
Гидрораспределитель Р150-13 (Р – распределитель; 150 – расход
рабочей жидкости, л/мин; 1 – с пружинным возвратом золотника в
нейтральную позицию; 3 – трехзолотниковый) предназначен для
ручного управления потоком рабочей жидкости в гидравлической
системе и распределения ее между различными группами силовых цилиндров. Он состоит из распределительного, перепускного
и предохранительного устройств. Гидрораспределитель имеет три
золотника, каждый из которых, независимо от других, осуществляет четыре рабочих положения соответствующей группы силовых
гидроцилиндров: «Опускание», «Заперто-нейтральное», «Подъем»
и «Плавающее». В каждом золотнике имеется устройство, фиксирующее золотник в положениях: «Плавающее», «Подъем» и «Опускание».
На тракторах с механизмом задней навески устанавливаются гидрораспределители Р150-23, у которых в каждом из трех золотников
расположено гидравлическое автоматическое устройство, возвращающее золотник в положение «Заперто-нейтральное» из положения
«Подъем» и «Принудительное опускание» при повышении давления
в системе.
Подъемное усилие обеспечивается параллельной работой двух
гидроцилиндров двухстороннего действия. Полости цилиндров соединены между собой и с гидравлической системой рукавами высокого давления. Цилиндры закреплены на цапфах баков гидросистемы.
В штоках цилиндров установлены концевые клапаны, разгружающие
систему в конце хода поршня. Для предохранения орудия от резкого
опускания под действием собственного веса в канале крышки каждого цилиндра установлен замедлительный клапан.
Фильтр гидросистемы секционный, состоит из набора легкосъемных сетчатых фильтрующих элементов, установленных на общей трубе. Сливаемая рабочая жидкость из гидрораспределителя
поступает в стяжную трубу и через фильтр переливается в левый
13
Ц3
Ц1
Ц4
Ц5
Ц2
зЗ11
зЗ22
Р
зЗ33
КП
Ф
Н
Б
Рис. 3. Гидравлическая схема бульдозера с рыхлителем на базе трактора класса 10 т:
Б – бак рабочей жидкости; Н – насос; Р – трехзолотниковый распределитель; З1, З2
и З3 – золотники распределителя; Ц1, Ц2 – цилиндры подъема и опускания отвала;
Ц3 – цилиндр перекоса отвала с гидрозамком ЗМ; Ц4, Ц5 – цилиндры подъема и
опускания зуба рыхлителя; КП – предохранительный клапан распределителя; Ф –
сливной фильтр с перепускным клапаном
бак. При засорении фильтров и повышении давления свыше 0,2 МПа
срабатывает перепускной клапан, и рабочая жидкость переливается
в левый бак через трубу, минуя фильтр.
Гидравлическая схема бульдозера с рыхлителем показана на рис. 3.
Схема включает в себя гидробак Б с рабочей жидкостью, насос
Н, трехзолотниковый гидрораспределитель Р, гидроцилиндры Ц1 и
Ц2 подъема и опускания отвала, гидроцилиндр Ц3 перекоса отвала с
гидрозамком ЗМ, гидроцилиндры Ц4 и Ц5 подъема и опускания зуба
рыхлителя.
Корпус гидрораспределителя Р содержит предохранительный
клапан КП для ограничения максимального давления, создаваемого
насосом.
14
Четырехпозиционный золотник З1 служит для управления цилиндрами Ц1 и Ц2, трехпозиционные золотники З2 и З3 управляют соответственно гидроцилиндром Ц3 и гидроцилиндрами Ц4 и Ц5.
Гидрофицированный перекос отвала расширяет область использования бульдозера, увеличивает его производительность и улучшает условия труда машиниста. Для надежного запирания полостей
цилиндра раскоса, обеспечивающего его работоспособность при
разработке грунта бульдозером, установлен гидрозамок ЗМ, удерживающий в заданном положении перекос отвала при нейтральной
позиции золотника З2, предотвращая перетечки жидкости.
Трубопроводы – металлические, соединяются с гидрораспределителем штуцерами и планками. Уплотнение достигается установкой
резиновых колец.
Рукава высокого давления (РВД) предназначены для подвода рабочей жидкости к подвижным гидроцилиндрам и состоят из двух
присоединительных (по концам рукава) устройств с гайками, при
затяжке которых обеспечивается герметичность соединения, и резинометаллического рукава. Число металлических оплеток зависит
от давления в гидросистеме. Металлическая оплетка заключена во
внутренние слои резины и является основным несущим элементом
рукавов высокого давления. Одна металлическая оплетка применяется до давления 10 МПа, две – до 16...25 МПа, три – до 35 МПа. При
правильной эксплуатации срок службы рукавов высокого давления
не менее двух лет.
Разрывные гидромуфты предохраняют рукава высокого давления от разрывов и вытекания рабочей жидкости из гидросистемы
при произвольном отсоединении прицепных орудий. Для подсоединения разрывных гидромуфт к трубопроводам, установленным на
тракторе, рекомендуется использовать рукава высокого давления
с внутренним диаметром 16 мм.
Содержание отчета
1. Назначение и область применения объемного гидропривода
машин. Достоинства и недостатки гидропривода.
2. Схема простейшего гидропривода, назначение элементов и работа схемы.
3. Принципиальная гидравлическая схема изучаемой машины.
Условное изображение и назначение ее элементов. Работа гидрав15
лической схемы (при нейтральной и рабочих позициях золотника
гидрораспределителя).
4. Основные расчетные зависимости параметров гидропривода
поступательного движения выходного звена: скорость выдвижения
и втягивания штока гидроцилиндра и способы ее регулирования;
усилие на штоке при прямом и обратном ходе; приводная и полезная
мощности гидропривода; общий КПД гидропривода.
5. Основные расчетные зависимости параметров гидропривода
вращательного движения выходного звена: угловая скорость (частота вращения) вала гидромотора и способы ее регулирования; вращающий момент на валу гидромотора; приводная и полезная мощности
и общий КПД гидропривода.
Занятие 2
РАЗРАБОТКА ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
И ИСПЫТАНИЕ ЕЕ НА СТЕНДЕ
Цель работы
Приобретение навыков разработки гидравлических схем, их монтажа и проверки работоспособности; уяснение расчетных зависимостей и получение кинематических и динамических параметров исполнительных звеньев привода.
Оборудование рабочего места
Лабораторная установка (рис. 1) представляет собой насосную
станцию с комплектом направляющей, регулирующей гидроаппаратуры и гибких соединительных рукавов. Она служит для сборки
гидросистем различного назначения и изучения принципа действия
гидроэлементов и гидросистемы в целом.
Стенд имеет раму 1 и компактную насосную станцию 2, содержащую напорный клапан со штуцером 3 для подключения собранной
гидросхемы, фильтр 4, блок электропитания 5 и электродвигатель
6, на валу которого, в баке, установлен пластинчатый гидронасос.
На панели управления 7 размещены кнопки управления насосом, гидромотором и гидрораспределителями с электроприводом, а также
тумблеры 17 для управления электросхемой. В нижней части панели
имеются разъемы Y1, Y2, Y3 для присоединения электроуправляемых
гидрораспределителей и разъемы S1, S2, S3 и S4 для присоединения
конечных выключателей. Тумблеры 17 предназначены для набора
цифрового кода при выполнении лабораторной работы с электроуправлением. Манометр 8 с переключателем позволяет контролировать давление в двух точках гидросистемы.
16
17
Су С
Р
МН
ДР
ЗМ
КП
Ф
НП
ГЗ
ФЗ
ФВ
МУ
Рис. 1. Общий вид лабораторной установки
В процессе сборки гидросистемы все гидроаппараты 9 закрепляются на стойке рамы стенда в зажимах 10. Гидроцилиндры 11 размещены на столе рамы, где также установлены коллекторы 12 для
соединения гидроаппаратов в единую систему. На штоках гидроцилиндров имеются упоры 13 для воздействия на конечные выключатели, устанавливаемые в отверстиях 15. Измерение длины хода штока
производится при помощи линеек 14. Поддон 16 предназначен для
сбора и слива в бак рабочей жидкости, которая вытекает из гидроаппаратов при демонтаже гидросистемы.
Гидравлическая схема насосной станции стенда приведена на
рис. 2.
Техническая характеристика лабораторной установки дана
в табл. 1.
Содержание работы
В начале работы студенты знакомятся с устройством и работой
стенда, а также с комплектом прилагаемого гидрооборудования.
Затем ставится задача разработать гидросистему, являющуюся отдельным участком системы привода сложной машины, или полную
гидросистему простейшей машины или оборудования. После разра18
Б
Рис. 2. Гидравлическая схема насосной станции: Б – бак; НП – насос пластинчатый;
КП – клапан предохранительный; МН – манометр; ДР – дроссель; ЗМ – золотник
включения манометра; МУ – маслоуказатель; ГЗ – горловина заливная; Ф – фильтр
тонкой очистки; ФЗ – фильтр заливной; ФВ – фильтр воздушный; Р – напорная линия; С – сливная линия; Су – линия слива утечек
Таблица 1
Техническая характеристика лабораторной установки
Параметр
Мощность электродвигателя
Единица
измерения
Числовое
значение
кВт
1,1
–1
1500
Частота вращения вала насоса
мин
Производительность насоса
л/мин
10
Максимальное давление
МПа
1,5
В
24
мин
5
л (дм3)
14
Напряжение в цепи управления
Продолжительность непрерывной работы,
не более
Вместимость гидробака
2
мм /с
20…140
Габаритные размеры: длина × ширина ×
высота
мм
810 × 1210 × 1390
Масса
кг
140
Кинематическая вязкость рабочей жидкости
19
ботки студенты, группой не более пяти человек, проверяют на стенде собранную гидросистему на работоспособность и производят по
указанию преподавателя необходимые расчеты.
Примеры вариантов схем для изучения различных гидроэлементов и регулирования скорости выходного звена гидропривода приведены на рис. 3.
Порядок работы на стенде
1. Подбирают сменные гидроаппараты и гибкие рукава в соответствии с выбранной схемой гидропривода.
2. Установленные в зажимах гидроаппараты соединяют между
собой гибкими рукавами согласно гидравлической схеме. В свобод-
ные штуцеры коллекторов устанавливают металлические резьбовые
пробки. Следует избегать чрезмерных усилий при затяжке гаек резьбовых соединений.
3. После разрешения преподавателя включают блок питания
и кнопкой «Насос-пуск» – насосную станцию. Рычагом гидрораспределителя включают в работу собранную гидросхему. При
обнаружении утечек жидкости отключают насосную станцию и
блок питания. После устранения утечек включение гидросхемы
повторяют.
4. После проверки работоспособности собранной гидросхемы ее
разбирают в такой последовательности: отключают электропитание
стенда, отсоединяют рукава и сливают из них и гидроаппаратов рабочую жидкость.
5. Аварийное отключение стенда осуществляют кнопкой «Насос–
стоп» или выключением блока питания.
Комплект оборудования к стенду для составления схем: гидромоторы с различным рабочим объемом; распределители Р4/3 с условным диаметром 6 мм и расходом 12 и 16 л/мин; распределители
Р4/2 с условным диаметром 6 мм и расходом 16 л/мин; дроссели с
условным диаметром 10 мм; клапан давления (условный диаметр
10 мм, давление до 2,5 МПа); гидроцилиндры двустороннего действия (диаметр поршня 36 мм, диаметр штока 20 мм); клапан предохранительный (условный диаметр 6 мм, максимальное давление
1,5 МПа); магистральные фильтры; манометры со шкалой до 4 МПа;
кран включения манометра.
Требования техники безопасности при работе на стенде
Рис. 3. Гидравлические схемы для изучения практического использования различных гидроэлементов: 1 – регулирование скорости штока дросселем на входе;
2 – регулирование скорости штока дросселем на сливе; 3 – медленное выдвижение
и быстрый возврат штока; 4 – управление двумя гидроцилиндрами от одного распределителя с регулированием скорости движения штока; 5 – дифференциальное
соединение гидроцилиндра в среднем положении гидрораспределителя (две скорости выдвижения штока)
20
1. Монтаж и демонтаж гидросистемы должны производиться при
отключенном блоке питания. При установке гидроаппаратов в зажимы стенда проверяют надежность их крепления, не допускают падения гидроаппаратов.
2. Перед пробным запуском гидросистемы правильность ее сборки проверяется преподавателем. Включение стенда производится в
присутствии и под наблюдением преподавателя. Не допускается нахождение посторонних предметов на рабочем столе стенда в зоне
действия гидроцилиндров.
3. Проверка работы собранной гидросистемы производится ее
кратковременным включением, в течение которого выявляют воз21
можные утечки рабочей жидкости. При выявлении утечек станция
должна быть немедленно отключена. Повторный запуск производится только после устранения утечек.
4. Запрещается подтягивать резьбовые сопряжения (штуцеры,
гайки и другие соединения) во время работы стенда.
5. Во избежание попадания капель жидкости на одежду во время монтажа, заглушки штуцеров гидроаппаратов и гибких рукавов
снимают непосредственно перед их соединением. При демонтаже
заглушки устанавливают обратно после слива жидкости из гидроаппаратов и рукавов на поддон стенда.
4. Изменяя гидравлическое сопротивление дросселя, построить
зависимость расхода Qн1 или Qн2 от величины расхода жидкости
через дроссель:
Пример последовательности проведения работы
1. Вычислить расход рабочей жидкости при выдвижении и втягивании штока цилиндра без учета перепуска части ее расхода через клапан в гидробак, то есть при полностью открытой проходной
щели дросселя:
Qн = πD2VА / 4 = π (D2 – d2) VБ / 4, л/мин,
где VА и VБ – измеряемые секундомером скорости выдвижения
и втягивания штока (ход штока контролируется по измерительной
линейке стенда), м/с; D и d – соответственно, заданные диаметры
цилиндра и штока, м.
По манометрам в напорной и сливной гидролиниях контролировать давление рабочей жидкости при рабочем и обратном ходах
штока в полостях не нагруженного силой полезного сопротивления
гидроцилиндра (р1 и р2).
2. Постепенно уменьшая размер проходной щели дросселя, добиться повышения давления в напорной гидролинии до значения
срабатывания переливного клапана ркл (появляется характерный
шум дросселирующей жидкости).
3. Определить расход жидкости через дроссель Qдр (л/мин) при
срабатывании переливного клапана. Расход может измеряться гидротестером, приближенно определяться по лимбу дросселя или
по расчету (приняв значение объемного КПД цилиндра ηоб.ц = 1,0),
как разность ранее полученного Qн и значения расходов Qн1 или Qн2,
питающих соответственно поршневую и штоковую полости цилиндра при дроссельном регулировании скорости штока, то есть:
Qдр = Qн – Qн1 или Qдр = Qн – Qн2.
22
Qн1 = f (Qдр) или Qн2 = f(Qдр).
При этом также измеряется перепад давлений Δр рабочей жидкости в поршневой р1 и штоковой р2 полостях гидроцилиндра:
Δр = р1 – р2.
Отношение расходов Qн1 / Qн2 при одинаковом расходе жидкости
через дроссель Qдр должно быть равно отношению
D 2vА
.
( D 2 –- d 2 )vБ
5. Построить зависимость расхода рабочей жидкости Qн1 или Qн2
от перепада давления Δр при различных значениях Qдр:
Qн1 = f(р1 – р2) или Qн2 = f(р1 – р2).
6. Определить гидравлическую мощность (Вт), реализуемую гидросистемой, как произведение расхода жидкости на давление в напорной гидролинии.
7. Усилия на штоке при его выдвижении и втягивании (Н):
FА = 0,785 ηм [р1D2 – 0,02р1(D2 – d2)],
FБ = 0,785 ηм [р1(D2 – d2) – 0,02р1D2].
8. Мощность на штоке гидроцилиндра (полезная мощность), Вт:
Nшт = Fшт Vшт.
9. Вращающий момент, развиваемый валом гидромотора:
Мм = 0,159V0м (р1 – р2) ηгм,
где V0м – рабочий объем; (р1 – р2) – перепад давлений в гидромоторе.
10. Мощность на выходном валу гидромотора (полезная мощность), Вт:
Nп = Ммωм,
где ωм – угловая скорость вала гидромотора (измеряется тахометром).
23
Содержание отчета
1. Гидравлическая схема насосной станции стенда, описание ее
работы.
2. Принципиальная гидравлическая схема заданного механизма,
собранная на стенде: характеристика гидроагрегатов и гидроаппаратуры, описание работы схемы.
3. Основные расчетные зависимости и таблицы полученных результатов.
4. Структурная схема объемного гидропривода, назначение механизмов.
5. Уравнение движения гидравлического механизма. Способы регулирования скорости выходного звена.
6. Основные параметры и расчетные зависимости кинематики
и динамики различных гидравлических механизмов.
7. Результаты замеров основных параметров при работе схемы:
скорость штока гидроцилиндра при выдвижении и втягивании, частота вращения вала гидромотора, давление в напорной и сливной
гидролиниях, температура рабочей жидкости.
8. По скорости движения поршня гидроцилиндра определить параметры насоса гидросистемы. Рассчитать расход жидкости (подачу), приводную и полезную мощности, вращающий момент при работе гидросхемы. Определить максимальные усилия, развиваемые
гидроцилиндром. Привести основные расчетные формулы.
9. Анализ полученных расчетных параметров гидросистемы при
различных схемах включения дросселя: последовательно (на входе
и на сливе) и параллельно гидродвигателю.
10. Построить зависимость Q = f(Δр) для анализируемых схем
дроссельного регулирования выходного звена. Графики изучаемых
зависимостей, их анализ и заключение.
24
Занятие 3
ИЗУЧЕНИЕ ГИДРОБАКОВ И ФИЛЬТРОВ
РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ
Цель работы
Ознакомиться с назначением, классификацией, устройством
и принципом работы гидробаков, фильтров, приборов контроля чистоты и методикой анализа рабочих жидкостей.
Оборудование рабочего места
Стенд для изучения конструкции и работы гидропривода; различные фильтры и фильтрующие элементы; приборы контроля чистоты
и анализа рабочих жидкостей, схемы, плакаты, учебные пособия, инструктивные карты.
Содержание работы
Гидробак (рис. 1) со встроенным фильтром служит для очистки
от механических частиц и хранения циркулирующей в гидросистеме
рабочей жидкости, частичного ее охлаждения и выделения из нее
воздуха. Сливная и всасывающая полости гидробака разделены перегородкой 7. Благодаря перегородке во всасывающую полость попадают верхние, более чистые слои жидкости.
Рабочая жидкость всасывается насосом в гидросистему через
сетчатый фильтр 6, а сливается в гидробак через вводную трубу 8
с насадком.
В нижней части гидробака установлен магнитный улавливатель,
предназначенный для улавливания ферромагнитных частиц из рабочей жидкости.
25
Обычная форма гидробака – параллелепипед, материал – конструкционная сталь. Площадь теплоотдачи гидробака, м2:
Рис. 1. Схема гидробака открытого типа: 1 – заливная горловина с крышкой и заправочным фильтром; 2 – труба; 3 – сапун; 4 – указатель уровня жидкости (или смотровое стекло); 5 – сливная пробка; 6 – питающий насадок с сетчатым фильтром;
7 – перегородка; 8 – вводная (сливная) труба с насадком; 9 – магистральный фильтр
с перепускным клапаном
Для контроля уровня рабочей жидкости в гидробаке имеется маслоуказатель (смотровое окно) 4. Уровень жидкости в гидробаке в
транспортном положении самоходной машины должен находиться
в пределах отметок «max» и «min» маслоуказателя. Слив жидкости
из бака осуществляется через отверстие 5, расположенное в нижней
его части.
Вместимость гидробака рабочей жидкости, л, при проектировании обычно выбирают равной 1…2-минутной подаче основного
гидронасоса:
Vб = (1…2)Qн = (1…2)Vнnнηоб.н,
где Vн – рабочий объем (литраж) насоса в литрах (1 л = 1 дм3), в технической характеристике гидронасоса он приводится в см3, например, насос шестеренный НШ-10 имеет рабочий объем Vн =10 см3;
nн – частота вращения (номинальная) приводного вала насоса, мин–1;
ηоб.н – объемный КПД насоса (учитывает перетечки жидкости в насосе).
Окончательно вместимость гидробака выбирают по ГОСТ 12448–
80 (в литрах) из следующего ряда: 40, 63, 100, 125, 160, 200, 250, 320,
400 и т. д.
26
S б = 6,53 vб2 .
Для исключения барботажа (интенсивного перемешивания)
и вспенивания жидкости на вводной трубе 8 устанавливают сетчатое
устройство (насадок) для дробления струи или перфорированный колпак для гашения скорости жидкости, поступающей из сливного трубопровода. Ввод (слив) жидкости в бак не должен вызывать вспенивания, для этого он располагается ниже уровня жидкости в гидробаке.
При образовании пены (соединение пузырьков воздуха) происходит
понижение смазывающих свойств масел, а также повышается коррозия металлических деталей гидроагрегатов и окисление самого масла.
Для улучшения условий всасывания жидкости из бака и предотвращения кавитации в насосе при его запуске в условиях низких
температур применяется бак с наддувом воздухом под избыточным
давлением 0,05 МПа.
Бак сообщается с атмосферой через сапун 3 с воздушным фильтром, ввернутым в трубу 2, предназначенную для предотвращения
выплеска жидкости из бака при работе машины. При понижении
уровня жидкости в бак поступает атмосферный воздух, сапун отделяет от него пыль и частично влагу. Пылеулавливатель сапуна содержит две латунные сетки и капроновую набивку между ними, пропитанную рабочей жидкостью, залитой в корпус сапуна.
Заправка жидкости в гидробак производится через заливную
горловину 1 с резьбовой крышкой, снабженную заправочным фильтром (обычно с тонкостью фильтрации не менее 25 мкм).
Гидравлический бак экскаватора ЕТ-20 (рис. 2) предназначен для
хранения рабочей жидкости гидросистемы. На боковой (внутренней) стенке гидробака находится технологическое отверстие, которое обеспечивает доступ во внутреннюю полость гидробака для его
очистки от загрязнений. В днище гидробака располагается пробка,
которая служит для слива рабочей жидкости.
Верхняя и нижняя отметки на смотровом окне показывают максимально и минимально допустимый уровень рабочей жидкости
в гидробаке.
Для очистки рабочей жидкости, поступающей в гидробак из гидросистемы, в него встроены линейные фильтры, которые по параллельной схеме соединены со сливной магистралью экскаватора.
27
Бак гидравлический экскаватора ЕТ-26 (рис. 3) сварной конструкции. На крышке установлен клапан-сапун 12. Внутри бака расположены сливной фильтр 11 и датчик сигнализатора аварийного уровня
рабочей жидкости. Бак снабжен указателем уровня рабочей жидкости.
На днище бака имеется штуцер 5 для слива и отбора рабочей
жидкости.
Перед снятием крышек бака гидравлического или разъединением трубопроводов, соединенных с баком, осторожно, медленно отверните клапан-сапун 12 для снятия избыточного давления воздуха
в баке.
Клапан-сапун (рис. 4) служит для соединения внутренней полости бака гидравлического с атмосферой и для поддержания в
гидробаке небольшого избыточного давления, равного 0,075 МПа
(0,75 кгс/см²).
Если давление воздуха в гидробаке становится ниже атмосферного (при понижении уровня жидкости или остывании воздуха в баке
после окончания работы), открывается впускной клапан и наружный
воздух через фильтр поступает в гидробак.
Рис. 3. Бак гидравлический: 1 – бак сварной; 2, 3 – крышки сварные; 4 – крышка;
5 – штуцер; 6 – болт; 7 – винт; 8 – шайба; 9, 10 – кольца; 11 – магистральный фильтр;
12 – сапун; 13 – указатель уровня рабочей жидкости
Н1
54
∅ 80
Рис. 2. Гидробак с фильтрами: 1 – технологическая крышка; 2 – смотровое окно;
3 – фильтры магистральные с фильтроэлементами 55P-661А-1-06 ТУ55.11224.00
или Реготмас 661-1-05; 4 – всасывающие фильтры SF0180S125W/-B0.2 или MSZ303; 5 – пробка сливная
28
SW
G 3/4
Рис. 4. Клапан-сапун
29
Если давление воздуха в гидробаке превысит давление, установленное пружиной, откроется выпускной клапан и воздух из бака
выйдет наружу.
Должна быть обеспечена возможность контроля температуры
жидкости в гидробаке. Установившуюся температуру жидкости в
баке рекомендуется принимать не более 70 ºС. Приемлемая температура рабочей жидкости в гидросистеме 50…60 ºС. Теплообменники (маслоохладители) устанавливают, как правило, в сливной магистрали.
Для охлаждения рабочей жидкости на экскаваторах предусмотрена маслоохладительная установка, смонтированная в сливной магистрали гидропривода (рис. 5). В состав маслоохладительной установки входят калорифер 8 с пристыкованным к нему диффузором 7,
на котором смонтированы крыльчатка 6 и приводной мотор 5.
Условное графическое обозначение
Обозначения на схеме и чертеже:
П1, П2 – подвод
С1, С2 – слив
Д – дренаж
Техническая характеристика:
1. Расход рабочей жидкости номинальный – 320 л/мин
максимальный – 450 л/мин
2. Максимальное давление рабочей жидкости 1,2 МПа
3. Частота вращения крыльчатки 2400 об/мин
Рис. 5. Маслоохладительная установка: 1 – кольцо; 2, 4 – штуцеры; 3 – прокладка;
5 – гидромотор 310.12.01.03; 6 – крыльчатка; 7 – диффузор; 8 – калорифер; 9, 10 –
шайбы
30
Магистральный фильтр установлен в гидробаке и предназначен
для очистки рабочей жидкости от механических примесей. Рабочая
жидкость из сливного трубопровода поступает в корпус магистрального фильтра, проходит через его фильтрующий материал и очищенной поступает в гидробак.
Для определения степени загрязнения фильтрующих элементов
в фильтре установлен индикатор загрязнения с электрической сигнализацией. При повышении давления (загрязнение фильтрующих
элементов) на приборном щитке загорается лампа-сигнализатор.
При полном загрязнении фильтрующих элементов срабатывает
перепускной клапан, и рабочая жидкость из сливного патрубка без
очистки поступает в гидробак.
При полном загрязнении фильтроэлемента открывается перепускной клапан, настроенный на 0,15 МПа, и рабочая жидкость через отверстия в корпусе клапана поступает в бак без очистки (чего не
следует допускать). Первую замену фильтроэлемента делают через
125 моточасов. Замену фильтроэлемента осуществляют сразу, как
только на пульте управления появится надпись «Засоренность магистральных фильтров», но не реже чем каждые 500 моточасов.
На экскаваторах установлены линейные фильтры с бумажными
фильтрующими элементами. Два фильтра, встроенные в бак, очищают рабочую жидкость, поступающую по сливной магистрали
в процессе работы экскаватора.
Фильтр обычно содержит два фильтрующих элемента в форме
цилиндра с наружной перфорированной картонной обечайкой и внутренней перфорированной металлической трубкой, между которыми расположена гофрированная штора из фильтровальной бумаги.
Фильтрующие элементы уплотнены по торцам резиновыми манжетами. Фильтры рекомендуется снабжать указателями и сигнализаторами загрязненности.
Магистральный фильтр с бумажными фильтроэлементами (рис. 6)
с тонкостью фильтрации 25 мкм состоит из крышки 2, отстойника 13, предохранительного клапана 12, фильтрующих элементов 7,
стержня 6, уплотнительных колец 3 и 4, болта 9 для затяжки фильтропакета.
Рабочая жидкость поступает в канал А и через фильтрующие элементы 7 проходит в канал В. В случае засорения фильтрующих элементов давление в канале А повышается, открывается предохранительный клапан 12 и жидкость, минуя фильтр, проходит в канал В.
31
Рис. 6. Магистральный фильтр: 1 – пробка; 2 – крышка; 3, 4, 11 – уплотнительные
кольца; 5 – прокладка; 6 – стержень; 7 – фильтрующий элемент; 8 – чашка; 9 – болт
специальный; 10 – клапан вентиля; 12 – клапан в сборе; 13 – отстойник
При давлении жидкости перед фильтрами (в канале А) свыше
0,35 МПа фильтроэлементы 7 необходимо заменить. Работа гидросистемы с загрязненными фильтроэлементами категорически запрещается, так как в этом случае резко повышается износ и может
произойти заклинивание гидроаппаратов. До монтажа входные отверстия трубопроводов должны закрываться технологическими
пробками. Для очистки жидкости от взвешенных ферромагнитных
частиц предусматривают сепараторы, которые выполняют в виде постоянных магнитов, установленных в пробках, завинченных в днище гидробака.
В гидроприводах рассматриваемых машин наиболее распространен способ установки магистральных фильтров на линии слива. При
этом фильтры имеют сравнительно небольшие размеры и массу.
В крышке фильтра экскаватора ЕТ-20 (см. рис. 2) также устанавливается перепускной клапан 7. При увеличении перепада давления
32
в фильтре до 0,25 МПа клапан начинает срабатывать, а при возрастании до 0,35 МПа – перепускает всю рабочую жидкость, минуя фильтрующие элементы, на слив.
В гидробак могут быть встроены всасывающие фильтры, защищающие насосный агрегат от попадания загрязнений. Они установлены на всасывающем патрубке внутри гидробака (см. рис. 2). Пропускная способность одного фильтроэлемента – 180 л/мин. Внутрь
фильтра встроен перепускной клапан, настроенный на 0,02 МПа.
При засорении всасывающих фильтров срабатывает перепускной
клапан, при этом работа гидросистемы начинает сопровождаться
повышенным уровнем шума, что свидетельствует о необходимости
промывки всасывающих фильтров. Промывку всасывающих фильтров производить при помощи щетки с жесткой щетиной при каждой сезонной смене рабочей жидкости, но не реже чем через 500
часов эксплуатации.
Рекомендуется использовать механизированные системы заправки гидробака рабочей жидкостью с подачей до 100 л/мин, для чего
обычно служит шестеренный насос, установленный на дизеле.
Применяемые для отечественных экскаваторов марки рабочей
жидкости гидросистем и рекомендуемые интервалы температур
окружающей среды приведены в табл. 1.
Основными марками рабочей жидкости названных машин являются: при низких температурах – ВМГЗ, ν50 = 10 сСт, ν–40 = 1500…
1600 сСт, температура застывания минус 60 °С; при положительных
температурах – МГ-30, ν50 = 27…33 сСт, ν–15 = 4000 сСт, температура
застывания минус 35 °С. Заменители: зимой – веретенное масло АУ,
Таблица 1
Рекомендуемые интервалы температур
Рабочая
жидкость
ВМГЗ
МГЕ-46В, МГ-30
АУ
И-30А
Пределы температур, ºС
при длительной работе
нижний
–35
верхний
+45
при кратковременной работе
нижний
–40
верхний
+65
0
+70
–5
+75
–15
+50
–20
+65
0
+70
–5
+75
33
ν50 = 12…14 сСт, ν20 = 49 сСт, температура застывания минус 45 °С,
и масло АМГ-10, ν50 = 10 сСт; при положительных температурах –
И-30А, вязкость ν50 = 27…33 сСт.
В гидросистемах автокранов применяются всесезонные жидкости ВМГЗ для эксплуатации при температуре окружающей среды от
минус 40 до плюс 60 °С и МГЕ-10А (ν50 = 10 сСт, ν–50 = 1500 сСт,
температура застывания минус 70 °С) для эксплуатации при температуре от минус 50 до плюс 75 °С, а также летняя жидкость МГЕ-46В
(ν100 = 60 сСт, ν40 = 41,4…50,6 сСт, ν0 = 1000 сСт, температура застывания минус 30 °С) для эксплуатации при температуре от минус 5 до
плюс 70 °С. В качестве заменителей этих жидкостей допускается соответственно применять веретенное масло АУ, АУП (с антиокислительными и защитными присадками, кинематическая вязкость при
40 °С равна 16…22 сСт) и летнее масло И-30А.
Масло ВМГЗ в условиях Севера применяется как всесезонное,
а в умеренных климатических условиях – как зимнее.
Масло гидравлическое МГ-20 применяют в гидросистемах машин (прежде всего для стационарных установок, работающих в закрытых помещениях) при рабочей температуре в объеме масла до
75 °С. Его кинематическая вязкость ν50 = 17…23 сСт, ν–15 = 1500 сСт,
температура застывания минус 40 °С.
В гидроприводах с шестеренными насосами бульдозеров, корчевателей, машин для лесозаготовительных работ и других используются моторные масла М-8В2, М-8Г2 (зимнее, ν50 = 52 сСт, температура застывания минус 25 °С) и М-10В2, М-10Г2 (летнее, ν50 = 82 сСт,
температура застывания минус 15 °С).
В гидравлических системах навесного оборудования и рулевого управления тракторов также применяется масло гидравлическое
МГ-8А (ТУ 38.1011135–87): ν40 = 57…74,8 сСт, ν100 = 7,5…8,5 сСт;
плотность при 20 °С не более 900 кг/м3, температура застывания не
выше минус 25 °С.
Магистральный фильтр рабочей жидкости выбирается по параметрам технической характеристики, приведенным в табл. 2 и 3.
Основными параметрами являются номинальное давление, заданная тонкость фильтрации (не менее 25 мкм) и максимальный расход
жидкости в гидросистеме.
Примеры условного обозначения фильтроэлементов гидропривода.
Фильтрующий элемент типа I габарита 2 с номинальной тонкостью фильтрации 40 мкм – фильтроэлемент I.2.40 (ОСТ 22–786–74).
34
Таблица 2
Техническая характеристика линейных фильтров
Типоразмер
Параметр
1.1.32-25ИЗ 1.1.50-25ИЗ
1.1.2010/200
1.1.2510/200
1.1.25-25
Условный
проход, мм
32
50
20
25
25
Расход, л/мин
100
250
63
100
63
Тонкость
фильтрации,
мкм
25
25
10
10
25
Номинальное
давление, МПа
0,63
0,63
20
20
1,6
Гидролиния
установки
Сливная
Сливная
Напорная
Напорная
Подпитка
Масса, кг
10
20
16
16
7,5
Таблица 3
Номинальная способность фильтрующих элементов гидропривода
Тип фильтроэлемента
обозначение
наименование
Обозначение
габарита фильтроэлемента
1
I
Дисковый
2
II
Цилиндрический
1
2
35
Номинальная Номинальная пропускная способность
тонкость
фильтрации,
дм3/мин
дм3/с
мкм
40
63
80
1,0
1,8
2,3
0,017
0,03
0,038
40
63
80
2,2
4,0
5,1
0,037
0,067
0,085
10
25
40
20
50
80
0,333
0,833
1,333
10
25
40
25
63
100
0,416
1,05
1,67
Фильтрующий элемент типа II габарита 1 с номинальной тонкостью фильтрации 25 мкм – фильтроэлемент II.1.25 (ОСТ 22–786–74).
Характеристика фильтрующих элементов приведена в табл. 4.
Таблица 4
Характеристика фильтрующих элементов
Обозначение
фильтра
Обозначение
фильтроэлемента
Размер
D × d × L, мм
Фильтрующий
элемент
1.1.25-25
II.2.25
90 × 42 × 200
Бумага БФМ
1.1.25-25
I.1.40
60 × 24 × 5,5
Сетка 0,04
1.2.25-63
I.1.63
60 × 24 × 5,5
Сетка 0,063
2.1.40-25
II.2.25
90 × 42 × 200
Бумага БФМ
2.2.63-40
I.2.40
95 × 43 × 5,5
Сетка 0,04
4. Требования к конструкции и область применения гидробаков
открытого и закрытого типов гидроприводов строительных машин.
5. Схема и принцип действия фильтрующих элементов (магистральный фильтр), в том числе центробежные фильтры-очистители
(центрифуги), частичная и полная фильтрация потока рабочей жидкости. Требования к конструкции.
6. Привести основные параметры, их значения и формулы, определяющие характеристику и работу рассматриваемых аппаратов и
приборов (вместимость гидробака, площадь теплоотдачи гидробака,
техническая характеристика линейных фильтров, номинальная способность и характеристика фильтрующих элементов гидропривода
и т. д.).
7. Пример условного обозначения фильтра рабочей жидкости.
Обозначение фильтра рабочей жидкости: первая цифра – тип
фильтра (одинарный или сдвоенный); вторая – исполнение фильтрующего элемента (цилиндрический или дисковый); третья и четвертая цифры – условный проход, мм; пятая и шестая – номинальная
тонкость фильтрации, мкм.
Например: фильтр типа I, исполнения 1, с условным проходом
32 мм и тонкостью фильтрации 25 мкм обозначается – фильтр 1.1.32-25.
В случае привода гидромотора для его нормальной работы необходимо поддержание определенного давления в сливной магистрали. Для этого на линии слива дополнительно устанавливается обратный (подпорный) клапан.
Содержание отчета
1. Схематичное изображение и описание работы изучаемых аппаратов и приборов.
2. Основные параметры характеристики рабочей жидкости (плотность, удельный вес, кинематическая и динамическая вязкость) и их
зависимость от температуры и давления.
3. Приборы контроля чистоты и анализ рабочих жидкостей. Требования к чистоте рабочей жидкости гидропривода.
36
37
b
Занятие 4
НАСОСЫ И ГИДРОМОТОРЫ
Цель работы
Ознакомиться с назначением, классификацией, устройством
и принципом работы насосов и гидромоторов, рассмотреть взаимодействие их деталей, получить общие сведения о технологии их разборки, сборки и регулировке. Рассмотреть основные параметры, их
значения и формулы, определяющие характеристику и работу насосов и гидромоторов (рабочий объем, подача, приводная и полезная
мощности, вращающий момент, давление в напорной и сливной гидролиниях), объяснить их классификационные признаки.
Оборудование рабочего места
Препарированные шестеренные насосы, аксиально-поршневой
однопоточный нерегулируемый и регулируемый гидронасосы, двухпоточный регулируемый насос исполнения, строенный насос; плакаты, пособия, инструктивные карты, рабочий стол, набор инструментов.
Содержание работы
Насосы, применяемые в гидроприводе ТТМ, подразделяются на
шестеренные, лопастные и поршневые и предназначены для преобразования механической работы приводного двигателя в потенциальную энергию жидкости.
В объемном гидроприводе рассматриваемых машин предпочтительно применяются шестеренные и аксиально-поршневые насосы.
1. Шестеренные насосы (рис. 1) благодаря простоте конструкции
получили широкое распространение в качестве насосов постоян38
Рис. 1. Принцип действия шестеренного насоса внешнего зацепления: p1, p2 – абсолютное давление всасывания и нагнетания; О1, О2 – оси вращения шестерни и
ведомого зубчатого колеса; S – площадь впадины между зубьями; b – ширина зуба
шестерни (зубчатого колеса)
ной производительности, применяемых для питания гидропередач
небольшой мощности с дроссельным управлением, подачи смазки,
питания гидросистемы рулевого управления и механизированной
заправки гидробаков.
При вращении шестерни и зубчатого колеса жидкость, заключенная во впадинах между зубьями, переносится по стенкам корпуса из
камеры всасывания в камеру нагнетания и затем вытесняется в напорную линию зубьями шестерен, вступающими в зацепление. Таким образом, перенос жидкости при работе насоса осуществляется
впадиной, объем каждой из которых, принадлежащих шестерне (или
зубчатому колесу), составит:
Vвп′ = Sb,
где S – площадь впадины между зубьями; b – ширина зуба шестерни
(колеса).
Всасывание жидкости происходит, когда зуб выходит из впадины,
а нагнетание – при входе зуба во впадину. За один оборот каждый
зуб шестерни входит один раз во впадину и выходит из нее. Так как
то же происходит и с зубьями ведомого зубчатого колеса, то общий
объем одной вытесняемой впадины шестерни и ведомого зубчатого колеса равен 2Vвп′ = 2Sb. Таким образом, действительная подача
«двухшестеренного» насоса определится по формуле
Qн = 2Vвп′znнηоб.н, л/мин,
где 2Vвп′z – рабочий объем насоса (Vн), л; z – число зубьев шестерни (равно числу зубьев колеса); nн – частота вращения шестерни
(зубчатого колеса), об/мин; ηоб.н – объемный КПД насоса, равный
39
0,90...0,94 при t = 50 °С (учитывает внутренние перетечки рабочей
жидкости из камеры высокого давления в камеру низкого давления
насоса).
Основным параметром характеристики насоса является его рабочий объем V0 – объем вытесняемой жидкости за один полный
оборот его вала, см3/об.
В гидроприводе ТТМ применяются шестеренные насосы с рабочим объемом 10, 32, 46, 50, 67, 98, 250, 400 и 650 см3/об.
Корпуса насосов изготовлены из дюралюминиевых сплавов
АЛ9...АЛ25, а шестерни – из сталей 20Х, 40Х, 18ХН3А.
Число зубьев шестерни и колеса одинаковое и принимается обычно 6…12, а в насосах систем смазки – 9, 11 и 14, то есть применяют
корригированные зубья. В строительных машинах предпочтительно
применяют шестеренные насосы внешнего зацепления с номинальным давлением 10…15 МПа. Насосы выпускают как правого, так
и левого вращения. Например, приводимый от дизеля насос НШ10Е-Л (рабочий объем 10 см3/об, номинальное давление 10 МПа,
левое направление вращения) вспомогательной гидросистемы гусеничного экскаватора 4-й размерной группы служит для управления
тормозами механизма передвижения и механизма поворота, а также
откачки рабочей жидкости из системы при ремонтах и технических
обслуживаниях экскаватора.
Подобный гидронасос пневмоколесного экскаватора служит для
привода гидроусилителя рулевого управления, цилиндра управления
грейфером, а также для гидроуправления золотниками моноблочных
гидрораспределителей.
Установленный на дизеле шестеренный насос НШ-46У-Л (рабочий объем 46,5 см3/об, номинальное давление 10 МПа, левое направление вращения) вспомогательной гидросистемы гусеничного
экскаватора предназначен для механизированной заправки бака гидросистемы рабочей жидкостью.
Шестеренные насосы с внутренним зацеплением в изучаемых
машинах применяются реже. Они компактны, но сложнее по конструкции.
Насос типа НШ-У (рис. 2) состоит из корпуса 1, крышки 5, шестерни 14 и ведомого колеса 15, двух пар опорных втулок 10 и 11,
уплотнений и деталей крепления. От проворачивания в корпусе
втулки удерживаются соприкасающимися стыковыми плоскостями.
Шестерня 14, изготовленная заодно с приводным валом, и ведомое
40
зубчатое колесо 15 установлены в опорных втулках. На внешнем
конце приводного вала сделаны шлицы, на которые посажена муфта
включения привода насоса. Выходной конец вала уплотнен самоподжимным сальником. Для уменьшения давления жидкости на сальник полость между ним и торцом втулки соединена через отверстие
в крышке со всасывающей полостью насоса.
Между корпусом насоса 1 и крышкой 5 расположена сплошная
резиновая пластина (манжета) 3. В цилиндрические отверстия манжеты вставлены резиновые кольца для уплотнения втулок. Сверху
в манжете заложено два стальных кольца 4. На всасывающей стороне корпуса в расточку установлены алюминиевый вкладыш 13
и резиновое уплотнение 12. К боковым плоскостям корпуса насоса присоединены всасывающий и нагнетательный патрубки, также
Рис. 2. Насос типа НШ-У: 1 – корпус насоса; 2 – полость для масла; 3 – манжета
уплотнения крышки насоса и втулок; 4 – кольцо; 5 – крышка; 6 – отверстие для отвода утечек масла; 7 – манжета уплотнения вала (сальник); 8 – стопорное кольцо;
9 – опорное кольцо манжеты; 10 – цапфа ведущей шестерни; 11 – втулка ведомого
зубчатого колеса; 12 – резиновое уплотнение; 13 – опорный металлический вкладыш; 14 – шестерня; 15 – ведомое зубчатое колесо; 16 – смазочные канавки; 17 –
разгрузочная канавка
41
уплотненные в местах стыка. При вращении шестерни и ведомого
колеса создается разрежение, под действием которого рабочая жидкость поступает из бака в камеру всасывания насоса, захватывается
зубьями и подается под давлением в нагнетательную полость, а оттуда к распределителю.
Особенностью данного насоса является то, что торцевой зазор
между втулками и шестерней, а также ведомым зубчатым колесом
автоматически регулируется, что уменьшает утечки рабочей жидкости из нагнетательной полости во всасывающую. Сущность автоматического регулирования такова. Масло из камеры нагнетания поступает в полость 2 над передними втулками и стремится поджать их
к торцам шестерни и колеса, в результате чего торцевой зазор между
ними уменьшается. Одновременно со стороны зубьев на втулки направлено несколько меньшее усилие рабочей жидкости, поступающей в дугообразные канавки. В результате разница этих давлений и
обеспечивает необходимый торцевой зазор. Благодаря этому значительно уменьшается износ втулок, шестерни и ведомого зубчатого
колеса. Иногда давление жидкости, остающейся во впадинах шестерни и колеса, может повышаться, поэтому во втулках выполнены
пазы 17, через которые жидкость из «запертого» объема выводится
во всасывающую полость насоса, предотвращая тем самым усиленный износ насоса.
Насосы типа НШ-У выпускаются правого и левого вращения.
При необходимости насос левого вращения можно переоборудовать
в насос правого вращения и наоборот. Обезличивание втулок, шестерен и зубчатых колес не допускается. Маслосъемная кромка сальника должна быть обращена к внутренней стороне крышки.
Насос НШ-10Е отличается от насосов НШ-У тем, что он нереверсивный, то есть может быть использован только для левого или
правого вращения; вместо четырех опорных втулок на нем установлены две, а крышка фиксируется относительно корпуса штифтами.
Общий КПД ηо большинства шестеренных насосов в рабочей
зоне не превышает 0,6…0,75 и является наименьшим по сравнению
с ηо насосов других типов. Кроме того, шестеренные насосы имеют
небольшой срок службы при работе с высоким давлением. Поэтому их рекомендуется применять в тех гидропередачах, где величина
КПД не имеет существенного значения.
2. Однопоточные аксиально-поршневые обратимые гидромашины. В качестве узлов объемного гидропривода экскаваторов, ав42
томобильных кранов, погрузчиков и других машин применяются
обратимые реверсивные аксиально-поршневые гидромашины (регулируемые и нерегулируемые). Насосы и гидромоторы выпускаются
для умеренного и холодного климата (последние в обозначении дополнительно имеют буквы ХЛ).
Нормальное направление вращения вала насоса – правое при наблюдении со стороны вала; левое вращение – по заказу. Основной
рабочий элемент аксиально-поршневой гидромашины – унифицированный качающий узел. Схема работы аксиально-поршневого нерегулируемого гидронасоса типа 210…А приведена на рис. 3.
Вал 5 соединен через карданный вал 6 и пространственный
кривошипно-шатунный механизм 4 (включающий семь шатунов 3,
связанных с поршнями 2) с блоком цилиндров 1. Блок цилиндров
представляет собой монолитный цилиндр, выполненный из бронзы,
имеющий поршневые (7 шт.) и одно центральное отверстия. С одного торца блок цилиндров имеет сферическую поверхность, притертую со сферой распределителя 7.
Работа насоса
При вращении вала 5 поршни 2 (7 шт.), установленные в блоке
цилиндров 1, вращаются относительно оси блока и одновременно
совершают возвратно-поступательное движение. За один оборот
Рис. 3. Схема работы аксиально-поршневого нерегулируемого гидронасоса типа
210…А (правое направление вращения): 1 – ротор (блок цилиндров); 2 – поршень
(7 шт.); 3 – шатун; 4 – пространственный кривошипно-шатунный механизм (наклонная шайба); 5 – приводной вал; 6 – двойной шарнир Гука (карданный вал); 7 – распределительный диск (распределитель); Б, Н – каналы «бак» и «напор»; С – сливной
(дренажный) канал; D – диаметр окружности, на которой располагаются центры
отверстий над поршнем; d – диаметр цилиндра; l – ход поршня; α – угол между осью
блока цилиндров и приводным валом
43
вала 5 каждый поршень совершает один двойной ход. При этом за
одну половину оборота вала поршень всасывает рабочую жидкость
по каналу Б, а за другую – вытесняет ее в гидросистему по каналу Н.
Синхронизация вращения вала 5 и блока цилиндров 1 обеспечивается шатунами 3. Давление на выходе насоса ограничивается предохранительным клапаном системы.
Подача аксиально-поршневого насоса Qн, м3/с, находится по формуле
Qн = (πd2/4) lznнηоб.н = (πd2/4)D tg α znнηоб.н.
Здесь ход поршня l = D tg α (см. рис. 3); z – число цилиндров
(7 шт.).
Таким образом, рабочий объем аксиально-поршневого насоса Vн,
а следовательно, и подачу Qн можно регулировать за счет изменения
угла α.
Работа гидромотора
Рабочая жидкость, нагнетаемая из гидросистемы, через отверстия Н или Б (реверс) поступает в блок цилиндров 1 и приводит в
движение поршни 2, которые через шатуны 3 передают валу 5 крутящий момент. При этом за одну половину оборота вала происходит
заполнение надпоршневого пространства рабочей жидкостью, а за
вторую – вытеснение жидкости в полость слива.
3. Двухпоточные аксиально-поршневые гидронасосы. Схематичное изображение двухпоточного аксиально-поршневого гидронасоса
переменной подачи с регулятором мощности приведено на рис. 4.
Насос сдвоенный модели 223.25 переменной подачи с регулятором мощности состоит из двух регулируемых аксиально-поршневых
насосов, заключенных в общем корпусе и включающих в себя два
унифицированных качающих узла. Валы качающих узлов приводятся во вращение через встроенный в насос редуктор, состоящий из
зубчатых колес и приводного вала-шестерни. Через вал качающего
узла вращение передается шатунам, вращающим блок цилиндров
относительно неподвижного распределителя.
При так называемом «нулевом положении» ось вала качающего узла составляет одну прямую с осью блока цилиндров, при этом
расход жидкости равен нулю. При отклонении поворотного корпуса от нулевого положения ось блока цилиндров располагается под
углом к оси вала; поршни, вращаясь одновременно, будут совершать
возвратно-поступательное движение. За один оборот вала каждый
44
ГР-1
ГР-2
QН1
ВР
Н1
р2
QН2
Н2
р1 РМ
Рис. 4. Схема двухпоточного аксиально-поршневого гидронасоса переменной подачи с регулятором мощности: ВР – встроенный редуктор; Н1, Н2 – качающие узлы
(насосы); Qн1, Qн2 – подача рабочей жидкости первым и вторым насосами; p1, p2 –
давления рабочей жидкости, развиваемые насосами; РМ – регулятор мощности;
ГР-1, ГР-2 – отвод рабочей жидкости под давлением от качающих узлов к гидрораспределителям
поршень совершает один двойной ход, за первую половину оборота
всасывает рабочую жидкость, за вторую – нагнетает ее в гидросистему.
Оба поворотных корпуса жестко связаны пластиной регулятора
и могут синхронно поворачиваться на одинаковый угол под действием регулятора мощности, состоящего из двухступенчатого поршня
и комплекта пружин с упорными шайбами. Ступени поршня регулятора мощности имеют равные площади, и под каждую из них подводится давление нагнетания от качающих узлов. При работе на малых
давлениях пружины регулятора удерживают поворотные корпуса на
наибольшем угле поворота, равном 25°.
При увеличении давления двухступенчатый поршень сжимает
пружины, уменьшая подачу насоса. Пружины регулятора и упорные
шайбы подобраны таким образом, чтобы при изменении нагрузки
обеспечить постоянную заданную мощность привода. Максимальная и минимальная подача насоса зафиксирована ограничителями.
Направление вращения приводного вала насоса – правое, если смотреть в торец вала. В этом случае один из насосов, расположенный
слева (если смотреть со стороны приводного вала сдвоенного насоса), допускает более высокие по сравнению с другим нагрузки.
Пуск насоса производится только на холостом ходу при полностью заполненной рабочей жидкостью гидросистеме. В полость редуктора (через пробку) заливается 80 г рабочей жидкости для смазки
45
трущихся поверхностей, уровень смазки перед пуском контролируют щупом. Категорически запрещается эксплуатация без рабочей жидкости в корпусе насоса и редуктора.
При температуре окружающего воздуха до –25 °С гидросистему
необходимо прогреть, для чего запускать двигатель необходимо при
минимальных оборотах на холостом ходу. После работы в течение
5…10 минут, постепенно увеличивая обороты, прогреть рабочую
жидкость до оптимальных температур для данной рабочей жидкости, после чего можно приступить к нормальной работе. При работе в диапазоне температур от –40 до –25 °С необходимо устанавливать специальные подогреватели. При температурах воздуха ниже
–40 °С и загустевшей рабочей жидкости, во всасывающей камере
аксиально-поршневого насоса возникает такое разрежение, которое
может привести к разрушению его качающего узла. При эксплуатации насоса следует постоянно поддерживать необходимый уровень
жидкости в баке. Наружные утечки не допускаются.
В гидросистему должны быть включены термометры для обеспечения постоянного контроля за температурой жидкости.
Насосный агрегат экскаватора ЕТ-20 – это трехпоточный узел
гидропривода, преобразующий энергию вращения приводного вала
в энергию потока рабочей жидкости (рис. 5).
Агрегат имеет редуктор, два регулируемых насоса и один нерегулируемый.
Регулируемый насос (рис. 6) представляет собой корпус, в котором
находится качающий узел. Качающий узел включает вал 1, установленный в корпусе 5 на подшипниках 6 и 7. Со стороны конца вала 1
насос закрывается крышкой 4 с манжетой 2. Фланец вала через сферические головки шатунов 9 соединен с поршнями 10 и шипом 27.
Поршни 10 перемещаются в цилиндрах блока 11, всасывая и нагнетая рабочую жидкость через пазы распределителя 12 в каналы
корпуса регулятора 23. Величина хода поршней определяется углом,
образованным осями вращения, блока 11 и вала 1. Блок по сферической поверхности контактирует с распределителем 12, который противоположной стороной прилегает к опорной поверхности корпуса
регулятора 24.
Блок регулятора состоит из установленных в корпусе 24 ступенчатого поршня 21, пальца 22, фиксирующего винта 25, золотника 23
с башмаком 29 и подпятником 28, рычага 20 и крышки 15, включающей, в зависимости от исполнения насоса, разную комплектацию.
46
Рис. 5. Строенный насос: 1 – насос регулируемый; 2, 15 – гайки; 3, 9, 11, 13, 25, 27 –
шайбы; 4, 14, 34, 36 – шпильки; 5, 24, 31, 33 – прокладки; 6 – корпус; 7, 30 – шестерни; 8 – штифт; 10, 26 – болты; 15, 16, 19, 23, 29, 39, 40 – кольца; 17 – крышка;
18 – вал торсионный; 20 – манжета; 21 – стакан; 22, 37 – подшипники; 28 – пробка;
32 – втулка; 35 – насос нерегулируемый; 38 – шестерня ведущая
Рис. 6. Насос регулируемый: 1 – вал; 2 – манжета; 3, 8, 14, 19, 26 – кольца; 4, 15 –
крышки; 5, 24 – корпуса; 6, 7 – подшипники; 9 – шатун; 10, 21 – поршни; 11 – блок;
12 – распределитель; 13 – винт-поршень; 16 – пружина; 17 – плунжер; 20 – рычаг;
22 – палец; 23 – золотник; 25 – винт; 27 – шип; 28 – подпятник; 29 – башмак
47
Полость меньшего диаметра поршня 21 постоянно соединена
с каналом нагнетания насоса, а давление в полости большего диаметра поршня 21 регулируется дросселирующим пояском золотника
23. Через отверстия в поршне 21 и пальце 22 жидкость поступает
под дросселирующий поясок золотника 23.
Двухкромочный ступенчатый золотник является измерителем давления и через башмак 29 и подпятник 28 воздействует на рычаг 20, на
другое плечо которого действуют детали крышки 15 пружины и (или)
плунжера, определяющие момент и подачу. В различных исполнениях
насоса настройка и поднастройка насоса могут осуществляться различными способами. В крышке находится пружина 16 (см. рис. 6),
предназначенная для механической настройки регулятора. Увеличение момента настройки (увеличением силы пружины) вызывает увеличение рабочего объема, подачи и потребляемого момента насоса.
Регулятор предназначен для поддержания или изменения потребляемого момента и подачи насоса посредством изменения рабочего
объема и может работать как в автоматическом режиме от рабочего
давления, так и от системы управления, обеспечивая требуемые характеристики. Работает регулятор следующим образом:
• пока момент настройки превышает момент от золотника, золотник 23 закрывает дросселирующее отверстие в пальце 22 и через продольные канавки соединяет полость большого цилиндра поршня 21
регулятора со входом в насос – рабочий объем соответствует номинальному (максимальному);
• как только момент от золотника 23 превысит момент настройки, золотник смещается, соединяет одной кромкой полость большего цилиндра поршня 21 с рабочим давлением, а другой кромкой
разъединяет полость большего цилиндра поршня 21 и вход насоса,
в результате чего происходит регулирование давления в полости
большего цилиндра и уменьшение рабочего объема;
• объем уменьшается до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие моментов на рычаге 20 за счет уменьшения плеча со стороны
золотника 23;
• при уменьшении рабочего давления равновесие на рычаге 20
достигается за счет увеличения плеча со стороны золотника 23;
• изменение рабочего объема насоса вызывает изменение приводного момента и регулирование потребляемой мощности.
Уровень масла, заливаемого в редуктор насосного агрегата, должен находиться на уровне риски на щупе, установленном в корпусе,
48
или на уровне контрольного отверстия сбоку редуктора, закрываемого пробкой.
Классификация отечественных аксиально-поршневых гидромашин
Пример: 210.12.11.00А, 223.25.01.00Б.
1. Исполнение: 210 – нерегулируемые однопоточные; 207 – регулируемые однопоточные; 223, 224 – регулируемые двухпоточные.
2. Диаметр поршня, мм: 12, 16, 20, 25, 32.
3. Тип: 01, 02, 03, 04 – насос сдвоенный с регулятором мощности;
11 – реверсивный с резьбовым присоединением трубопроводов; 12 –
самовсасывающий с резьбовым присоединением трубопроводов; 13
и 15 – с фланцевым присоединением трубопроводов; 16 – самовсасывающий с фланцевым присоединением трубопроводов; 18 – однопоточный самовсасывающий с регулятором мощности.
4. Исполнение вала: 20 или 00 – со шпонкой; 21 или 01 – со шлицами.
5. Модификация корпуса из алюминиевого сплава: А, Б, В, Л.
Наименования и обозначения насосного агрегата и гидромоторов
гусеничного экскаватора ЭТ-20 приведены в табл. 1.
Таблица 1
Наименование
Кол-во
Гидромотор аксиально-поршневой регулируемый 303.3.112
2
Гидромотор аксиально-поршневой 310.3.112
1
Гидромотор аксиально-поршневой 310.12.01.03
2
Насосный агрегат A8VO107LAOH2/63R1-NZG05F011+ZP16-К
1
Содержание отчета
1. Схематичное изображение и описание работы изучаемых гидроагрегатов.
2. Привести основные параметры, их значения и формулы, определяющие характеристику и работу насосов и гидромоторов (рабочий объем, подача, приводная и полезная мощности, вращающий
момент, давление в напорной и сливной гидролиниях).
3. На примере изучаемых гидромашин объяснить их классификационные признаки.
49
Занятие 5
ГИДРОЦИЛИНДРЫ И УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ
УСТРОЙСТВА
Цель работы
Ознакомиться с назначением, классификацией, условным обозначением, устройством и принципом работы силовых цилиндров гидросистем, рассмотреть взаимодействие их деталей, способы уплотнения зазоров, получить общие сведения о технологии их разборки и
сборки. Рассмотреть основные параметры, их значения и формулы,
определяющие характеристику и работу цилиндров (давление в напорной и сливной гидролиниях, усилие на штоке и скорость штока
при выдвижении и втягивании).
Оборудование рабочего места
Препарированные гидроцилиндры и уплотнительные устройства
различных моделей; плакаты, пособия, инструктивные карты, набор
инструментов, тиски, монтажный стол.
Содержание работы
В ходе занятия необходимо ознакомиться с конструкцией и основными параметрами гидроцилиндров изучаемых машин, углубить теоретические знания относительно особенностей устройства
и принципа действия их элементов.
Гидроцилиндры – это объемные гидромашины, преобразующие
энергию потока рабочей жидкости в механическую работу возвратнопоступательного движения выходного звена, которым может быть
как шток или плунжер, так и собственно корпус самого гидроцилиндра. Гидроцилиндры большинства изучаемых машин двусторонне50
го действия устроены сходным образом и различаются размерами,
развиваемым усилием на штоке, скоростью и величиной хода штока
и особенностями конструкции узлов.
Гидроцилиндр имеет две рабочие полости и содержит: корпус,
поршень, шток, штуцеры подвода и отвода жидкости, уплотнения
поршня и штока, а также демпфирующее (дроссельное) устройство,
смягчающее удар поршня в переднюю крышку в конце его полного
хода (поршень затормаживается за счет дросселирования рабочей
жидкости через уменьшающуюся щель).
Уплотнению обычно подлежат следующие кинематические
пары:
• «наружная поверхность поршня – зеркало гильзы корпуса» (две
симметричных, самоподжимных давлением рабочей жидкости, манжеты);
• соединение поршня со штоком (уплотнительное резиновое
кольцо);
• «шток – корпус цилиндра» (защитное кольцо-грязесъемник,
пластиковое упорное кольцо и резиновое кольцо).
Основные параметры гидроцилиндров:
• внутренний диаметр зеркала цилиндра (или диаметр поршня) D, м;
• диаметр штока d, м;
• ход поршня (штока) Х, м;
• перепад давлений ∆р (Па) на входе и выходе гидроцилиндра:
при выдвижении штока ∆р = р1 – р2, а при втягивании ∆р = р2 – р1;
• мощность, необходимая для привода гидроцилиндра, Nц, Вт.
Отношение диаметра штока к диаметру цилиндра d/D = 0,3…0,7,
причем большее значение обычно выбирается для более нагруженных установок; у нормализованных цилиндров диаметр штока составляет в среднем 0,5D, ход поршня в зависимости от прочности
штока не превышает 10D.
При большей величине хода поршня и давлениях, превышающих
20 МПа, шток проверяют на устойчивость от действия продольной
силы.
Для уменьшения потерь давления диаметры проходных отверстий в крышках цилиндра для подвода жидкости рассчитывают так,
чтобы скорость жидкости составляла от 5 до 8 м/с.
Рабочие скорости выдвижения штока обычно находятся в диапазоне 0,05…1,0 м/с. Длина корпуса цилиндра L выбирается из отношения L/D < 20.
51
В гидроцилиндрах двустороннего действия с односторонним
штоком (рис. 1, а) усилие на штоке (Н) находится по формулам:
FА = 0,785 ηм [р1D2 – 0,02р1(D2 – d2)],
FБ = 0,785 ηм [р1(D2 – d2) – 0,02р1D2],
при этом существует следующее неравенство сил: FБ < FА.
Скорости выдвижения VА и втягивания VБ штока цилиндра определяются, соответственно, по следующим выражениям (при этом
VА < VБ):
VА = Qнηоб.ц / SА и VБ = Qнηоб.ц / SБ,
где ηоб.ц – объемный КПД цилиндра, учитывающий перетечки жидкости через неплотности в цилиндре из полости нагнетания в сливную полость.
В цилиндрах с двусторонним штоком (см. рис. 1, б) усилие на
штоках и скорость их перемещения в обоих направлениях приблизительно одинаковы.
Х
X
б)
d
vшт
vшт
D
а)
A
А
p1
Б
B
Q2
Q1
p2
p1
в)
S2
p1
Q1
p 2 Q2
Первая ступень
Вторая ступень
S3
S1
Q1
S4
Q3
Q2
p3
p2
Рис. 1. Схема сил, действующих в гидроцилиндрах: а – с односторонним штоком;
б – с двусторонним штоком; в – телескопических; А, Б – поршневая и штоковая полости цилиндра; Х – ход поршня; D, d – диаметры цилиндра и штока; vшт – скорость
перемещения штока; Q1, Q2, Q3 – расход рабочей жидкости; р1, р2, p3 – давление
рабочей жидкости; S1…S4 – площадь поршня, воспринимающая давление рабочей
жидкости
52
Телескопические гидроцилиндры обеспечивают большой ход при
малой длине в собранном виде. В большинстве случаев они одностороннего действия.
Выдвижение секций телескопического цилиндра, питаемых от
объемного насоса постоянного расхода Q, будет происходить с разными скоростями и, если преодолеваемая сила F постоянна, при разных давлениях (см. рис. 1, в).
При выдвижении первым смещается до упора поршень 1 с малой скоростью V1 = Qηоб.ц /S1 при меньшем давлении р1 = Fηм /S1.
После полного выдвижения поршня 1 начинает перемещаться до
полного выдвижения поршень 2, площадь которого S2. При этом
скорость увеличивается до V2 = Qηоб.ц/S2, а давление возрастает до
р2 = Fηм/S2 и т. д. Возврат секций производится либо под действием преодолеваемой силы (веса), либо путем подачи расхода рабочей
жидкости в полости гидроцилиндра через отдельный рукав.
Мощность Nц (Вт), развиваемую поршнем гидроцилиндра, определяют в зависимости от усилия (Н) на штоке Fшт (поршне) гидроцилиндра и скорости vшт движения штока (м/с) и поршня: Nц = Fштvшт.
Для предохранения орудий (отвал бульдозера и др.) от резкого
опускания под действием собственного веса в канале крышки цилиндра устанавливают замедляющий клапан. В штоках гидроцилиндров
устанавливаются демпферы, или концевые клапаны, разгружающие
систему в конце хода поршня. Принцип действия демпфера основан
на запирании небольшого объема жидкости и преобразовании энергии движущихся масс в механическую энергию жидкости. Из запертого объема жидкость вытесняется через каналы малого сечения.
Требования к гидроцилиндрам: отсутствие остаточных деформаций и течи после испытаний; давление холостого хода при втягивании штока не должно превышать 0,5 МПа, а при выдвижении –
0,3 МПа.
Гидроцилиндр двустороннего действия, рассчитанный на давление 16 МПа и используемый для рабочего оборудования пневмоколесного экскаватора третьей размерной группы ЭО-3323, изображен на рис. 2.
Гидроцилиндр состоит из следующих основных частей: собственно гидроцилиндра (гильзы с приваренной к ней задней крышкой),
навинченного на гильзу передней крышки 11 с отверстием под шток,
штока с проушиной и поршня 7. В проушине, ввинченной в наружный торец штока, и в проушине задней крышки гидроцилиндра уста53
новлены с помощью пружинных колец сферические подшипники 18
типа ШС.
Во время движения штока одна полость цилиндра (штоковая или
поршневая) соединяется с напорной, а другая – со сливной магистралью. Направление движения штока задается перемещением рукоятки блоков управления.
Герметичное разделение поршневой и штоковой полостей создается манжетами 5 и уплотнительным кольцом 8.
Поршень 7 крепят на штоке гайкой 4, фиксируемой шплинтом 3.
Утечкам из штоковой полости гидроцилиндра препятствуют
установленное в проточке крышки 11 уплотнительное кольцо 12,
а также манжета 14 и уплотнительные кольца 16 во втулке 20.
От осевого перемещения при движении штока манжета 5 удерживается манжетодержателем 6. Со стороны наружного торца установлен грязесъемник 17, который удерживается гайкой, ввернутой во
внутреннюю резьбу крышки.
На штоке рядом с поршнем установлен демпфер 9, смягчающий
удар поршня в переднюю крышку в конце его полного хода. В конце
хода штока налево щель между кромкой крышки 11 и конической
поверхностью демпфера, через которую рабочая жидкость выжимается поршнем из штоковой полости в сливной канал, уменьшается.
При этом поршень затормаживается за счет дросселирования рабочей жидкости через уменьшающуюся щель.
На экскаваторе ЕТ-20 используются гидроцилиндры, различающиеся по конструкции, номинальному и максимально допустимо-
му рабочему давлению, диаметрам штока и поршня, ходу поршня
(рис. 3).
Все гидроцилиндры (табл. 1) состоят из следующих основных
частей: сварного корпуса, штока, поршня, передней крышки, уплотнительных устройств. Подвод рабочей жидкости осуществляется по
трубопроводам, присоединяемым к корпусу цилиндров с помощью
фланцевых или резьбовых соединений. Поршень делит внутреннее
пространство цилиндра на две не сообщающиеся между собой полости: поршневую и штоковую.
В процессе работы одна полость гидроцилиндра соединяется с
напорной, а другая – со сливной магистралью гидросистемы экскаватора.
Под действием разницы давления рабочей жидкости в этих магистралях происходит движение штока.
Для установки гидроцилиндров на экскаватор в проушинах штока и кор-пуса устанавливаются шарнирные (сферические) подшипники.
Таблица 1
Наименование и обозначение гидроцилиндров экскаватора ЕТ-16
Наименование
Гидроцилиндр стрелы (110×70×1100) 313-00-23.95.000-10
2
Гидроцилиндр рукояти (125×90×1100) 125-90-11.01.000
1
Гидроцилиндр ковша (110×70×900) 313-00-23.94.000
1
1
Рис. 2. Схема гидроцилиндра пневмоколесного экскаватора ЭО-3323: 1 – корпус цилиндра; 2 – канал; 3 – шплинт; 4 – гайка; 5, 14 – манжеты; 6, 13 – манжетодержатели;
7 – поршень; 8, 12, 15, 16 – уплотнительные кольца; 9 – демпфер; 10 – контргайка;
11 – передняя крышка; 17 – грязесъемник; 18 – сферический (шарнирный) подшипник; 19 – проушина; 20 – втулка
54
Количество
2
3
4
5
6
4
2
7
8
9
10
11
12 13
14
15
16
17
18 2
19
Рис. 3. Гидроцилиндр рабочего оборудования гусеничного экскаватора ЕТ-20: 1 –
проушина; 2 – винт; 3 – грязесъемник; 4, 6, 8, 9, 12, 13, 14, 16 – кольца; 5 – гайка
наружная; 7, 15 – кольца защитные; 10 – букса; 11 – шток; 17 – поршень; 18 – гайка;
19 – цилиндр
55
Техническая характеристика и условное обозначение гидроцилиндров конструктивного исполнения 11 (проушины с шарнирным
подшипником на корпусе и штоке) для районов с умеренным климатом приведена в табл. 2.
Техническая характеристика гидроцилиндров приведена в табл. 2.
Таблица 2
Гидроцилиндры поршневые двустороннего действия
ЦГ 50.32 ×180.11
32
Номинальное (максим.) давление,
МПа
16 (20)
ЦГ 60.40×200.11
40
16 (20)
60
200
ЦГ 80.40×200.11
50
16 (20)
80
160
ЦГ 80.50×320.11
50
16 (20)
80
320
ЦГ 100.60×200.11
60
16 (20)
100
200
ЦГ 100.70×800.11
60
16 (20)
100
800
ЦГ 125.80×250.11
80
16 (20)
125
250
ЦГ 140.80×630.11
80
25 (32)
140
630
ЦГ 140.80×1250.11
90
25 (32)
140
1250
Тип
Диаметр
штока, мм
Диаметр
цилиндра,
мм
50
Ход штока,
мм
180
Пример условного обозначения гидроцилиндра одностороннего действия для районов с умеренно-холодным климатом: ЦГ180.40×200.11-УХЛ, где 1 – цилиндр одностороннего действия (для
цилиндров двустороннего действия цифра 2 в обозначении не указывается).
Содержание отчета
1. Схематичное изображение и описание работы гидроцилиндров.
2. Основные параметры, их значения и формулы, определяющие
характеристику и работу гидроцилиндров (давление в напорной и
сливной гидролиниях, усилие на штоке и скорость штока при выдвижении и втягивании).
3. Пример условного обозначения цилиндра, его классификационные признаки.
56
Занятие 6
ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛИ
Цель работы
Ознакомиться с устройством и принципом работы распределителей, рассмотреть основные параметры, определяющие характеристику и работу изучаемых аппаратов (расход жидкости, сопротивление,
рабочее давление, ход золотника и др.), объяснить их классификационные признаки.
Оборудование рабочего места
Препарированные золотниковые и крановые распределители гидросистем машин, плакаты, учебные пособия, инструктивные карты, набор инструментов, тиски, монтажный стол.
Содержание работы
Гидрораспределители предназначены для направления потока
рабочей жидкости от насосов к исполнительным устройствам, для
регулирования величины потока рабочей жидкости и запирания ее
в исполнительных устройствах.
Трехпозиционный золотниковый гидрораспределитель автокрана
КС-45717 (рис. 1) – секционный с ручным управлением, предназначен для управления гидроцилиндрами механизмов выдвижения
опор, вывешивания крана и блокировки задней подвески. Он установлен на задней балке рамы.
Гидрораспределитель состоит из напорной секции I, пяти рабочих
секций II–VI и сливной секции VII. Секции скреплены между собой
шпильками, а каналы в стыках секций уплотнены резиновыми кольцами. Все рабочие секции имеют одинаковое устройство, каждая из
57
I
II
III
IV
V
VI
VII
Рис. 1. Нижний секционный гидрораспределитель автокрана КС-45717: 1 – основной клапан; 2, 5, 13 – пружины; 3 – вспомогательный клапан; 4 – стопорное кольцо;
6 – регулировочный винт; 7, 10 – пробки; 8 – штуцер; 9, 12 – крышки; 11 – кронштейн; 14 – золотник; I – напорная секция; II…VI – рабочие секции; VII – сливная
секция; Н – напорный канал; С – сливной канал; П – переливной канал; М – к манометру; А, А1...А5, В, В1…В5 – рабочие отводы
них имеет золотник 14, удерживаемый в нейтральном (среднем) положении пружиной 13.
Принцип действия распределителя основан на изменении направления рабочей жидкости при перемещении золотника. В нейтральном положении центр золотника закрыт, напорный канал Н открыт и жидкость перетекает через переливные каналы П и поступает
в сливной канал С и далее в бак.
При перемещении золотника из нейтрального положения в рабочее положение одна из отходящих магистралей соединяется с напорным каналом, другая – со сливным.
58
Предохранительный клапан в напорной секции служит для защиты насоса от перегрузки при включении механизмов неповоротной
части.
В золотниковых распределителях с гидравлическим управлением
переключение золотника происходит при помощи давления рабочей
жидкости. Для регулирования скорости перемещения золотника, а
следовательно, и времени его переключения в конструкцию золотниковых распределителей с гидроуправлением могут быть включены
дроссели и обратные клапаны. В этом случае управляющий поток
через обратные клапаны свободно поступает под торцы золотника, а
выходит через дроссель. Изменяя проходное сечение дросселя, можно получить требуемое время переключения золотника.
В гидросистеме одноковшового гусеничного экскаватора ЕТ 26-20
применены два распределителя с гидроуправлением: трехсекционный 262.56.00.000 и четырехсекционный 262.57.00.000, смонтированные на поворотной платформе. Оба гидрораспределителя собраны из отдельных секций.
Гидрораспределитель 262.56.00.000 (рис. 2) состоит из напорной
секции 2, трех рабочих секций 3, 4, 5 и сливной секции 6. Стыки
между секциями уплотнены резиновыми уплотнительными кольцами 12.
Напорная секция 2 служит для подачи жидкости от насоса к рабочим секциям и для размещения в ней обратного и предохранительного клапанов.
Рабочая секция 3 управляет правым гидромотором механизма
передвижения экскаватора. Секция 4 управляет вторым потоком
рабочей жидкости, который подается в напорную секцию гидрораспределителя 262.57.00.000 для увеличения скорости перемещения
штоков гидроцилиндров стрелы, рукояти или ковша; секция 5 управляет гидромотором механизма поворота; секция 6 объединяет переливной и сливные каналы и соединена с баком рабочей жидкости
через маслоохладитель.
Все секции гидрораспределителя стянуты шестью шпильками 8.
Момент затяжки шпилек должен быть не менее 230 Н · м в порядке,
указанном римскими цифрами на рисунке. Для обеспечения соосности каналов все секции между собой штифтуются штифтами 13. На
рис. 2 стрелками указан путь движения рабочей жидкости по переливному каналу Д, когда золотники рабочих секций гидрораспределителя находятся в нейтральном положении.
59
2
3
4
5
6
7
8
1
1
9
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
8
9
9
10
10
1
I
V
VI
VI
VIIV
II
10
14
14
IV
III
III
IV
III
11
11
11
13
13
13
I
V II
I
V II
12
12
12
Рис. 3. Гидрораспределитель 262.57.00.000: 1, 9 – кронштейны крепления; 2 и 4 –
секции напорная и промежуточная; 3, 5, 6, 7 – секции рабочие; 8 – секция сливная;
10 – шпилька; 11 – штуцер сливной; 12 – штифт; 13 – кольцо уплотнительное; 14 –
переходник манометра; I…VI – порядок затяжки шпилек; А, Д – каналы
Рис. 2. Гидрораспределитель 262.56.00.000: 1, 9 – кронштейны крепления; 2 – секция напорная; 3, 4, 5 – секции рабочие; 6 – секция сливная; 7 – штуцер сливной;
8 – шпилька; 10 – переходник манометра; 11 – блокировочный золотник; 12 – кольцо
уплотнительное; 13 – штифт; I…VI – порядок затяжки шпилек; А, Д – каналы
Гидрораспределитель 262.57.00.000 (рис. 3) состоит из напорной
секции 2, рабочих секций 3, 5, 6 и 7, промежуточной секции 4, а
также сливной секции 8. Стыки между секциями уплотнены резиновыми кольцами 14.
По конструкции напорная 2, рабочая 6 и сливная 8 секции
аналогичны соответствующим секциям гидрораспределителя
262.56.00.000.
Рабочая секция 3 служит для управления гидроцилиндрами стрелы и обеспечивает опускание стрелы в безнасосном режиме под собственным весом и принудительно в насосном режиме, поэтому отличается от остальных рабочих секций конструкцией золотника.
Промежуточная секция 4 предназначена для обеспечения возможности последовательного включения гидроцилиндров рабоче60
Рис. 4. Гидрораспределитель ГР-520: 1 – плита; 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 – рабочие секции;
9, 10 – секции напорно-сливные; 11 – блок клапанов «ИЛИ»; 12 – трубопровод; 15,
16 – штуцеры
61
го оборудования при совмещении подъема или опускания стрелы
с движением ковша или рукояти.
Рабочие секции 5 (рукоять) и 7 (ковш) отличаются наличием
в напорном канале этих секций противопросадочных клапанов для
предотвращения просадки рукояти или ковша при совмещении этих
операций.
Рабочая секция 6 управляет левым гидромотором механизма передвижения гусеничного экскаватора. Для обеспечения соосности
каналов все секции между собой штифтуются штифтами 12.
Моноблочные распределители с гидроуправлением, например
ГГ432 (4 – количество золотников, 32 – условный проход, мм) выполняют в литом корпусе. Их габариты и масса меньше, чем секционных. Число золотников и клапанов ограничивает их применение
только конкретным типом машин.
На гусеничном экскаваторе ЕТ-20 установлен моноблочный гидрораспределитель ГР-520 (pис. 4), имеющий общую плиту 1.
Два центральных золотника напорно-сливные. Остальные управляют потоками рабочей жидкости, связанными с одним (ковш, стрела, поворот платформы) или несколькими (ход, рукоять) исполнительными органами, работающими на двух потоках.
Золотники хода, стрелы, ковша и рукояти снабжены предохранительными клапанами со встроенными в них обратными (подпиточными) клапанами.
Гидромотор поворота защищен блоком переливных клапанов,
установленным непосредственно на гидромоторе.
Гидронасос экскаватора защищен предохранительными клапанами КП1 и КП2, установленными на напорно-сливной секции.
Конструкция распределителя позволяет осуществлять одновременно два любых движения. При отсутствии сигнала гидроуправления потоки рабочей жидкости от строенного насоса
направляются непосредственно в слив. При подаче сигнала гидроуправления происходит переключение напорно-сливного золотника, и сливной поток направляется к золотнику, сигнал управления которого был подан на напорно-сливной золотник. Для
обеспечения всех этих переключений в распределителе встроены
14 клапанов «ИЛИ».
Конструкция обеспечивает совмещение движения рукояти с любым другим движением посредством подключения двухпозиционного гидрораспределителя в линии управления золотниками рукоя62
ти. При включении рукояти без совмещения с другими органами она
работает на двух потоках.
Возврат золотников в нейтральную позицию осуществляется двумя пружинами, размещенными в длинной крышке. Внешняя пружина служит для установки золотника точно в нейтральную позицию,
внутренняя – пропорциональная и при нейтральной позиции золотников имеет осевой зазор 3 мм.
Рабочая жидкость от двух насосов (рис. 5) подводится к напорному золотнику. При нейтральной позиции всех золотников рабочая
жидкость от подвода Р1 проходит через корпус напорного золотника, плиту, напорный золотник на слив Т1, а от подвода Р2 – через
напорный золотник, плиту – на слив Т2.
При включении рабочих золотников: «ход, добавка стрелы, ковш/
гидромолот, поворот платформы, рукоять» – включается напорный
золотник и закрывает слив Т1, таким образом работает только один
поток Р1.
При включении рабочих золотников: «ход, стрела, рукоять, ковш» –
включается напорный золотник и закрывается слив Т2, таким обраX1 A1 B1 Y1
X2 A2 B2 Y2 P1
X
P2 X5 A5 B5 Y5
X6 A6 B6 Y6
T1
T2
X3 A3 B3 Y3
X4 A4 B4 Y4
X7 A7 B7 Y7
X8 A8 B8 Y8
Y
Рис. 5. Гидравлическая схема гидрораспределителя ГР-520: Р – подвод; А и В – отводы; X и Y – линии управления; Т – слив; Др – дренаж
63
зом работает один поток Р2. При совмещении движений два потока
работают отдельно.
В золотниковых распределителях с электромагнитным управлением переключение золотника производится одним или двумя электромагнитами толкающего типа.
На рис. 6 представлена схема четырехлинейного, трехпозиционного распределителя типа МГ73-1 с управлением от двух электромагнитов 4, закрытых защитным кожухом и прикрепленных к корпусу 7
распределителя фланцами 9. Внутри корпуса размещена гильза 5
с канавками, совпадающими с отверстиями, к которым подводится
и от которых отводится рабочая жидкость.
При выключенных электромагнитах золотник 6 занимает под действием пружин 3, упирающихся в шайбы 2, исходное положение.
Утечки по толкателю 10 исключаются благодаря уплотнению
и отводятся через дренажное отверстие 8. Питание электромагнитов
может быть от сети переменного тока напряжением 110, 220 и 380 В
или постоянного тока напряжением 12, 24 и 48 В.
Гидрораспределители с электромагнитным управлением автокрана предназначены для отключения рабочих операций при срабатывании приборов безопасности и для управления изменением угла
наклона блока цилиндров регулируемого гидромотора механизма
подъема груза (лебедки).
Гидроклапан-регулятор автокрана КС-45717 (рис. 7) установлен
на входе рабочей жидкости в верхний гидрораспределитель и служит для защиты гидросистемы от перегрузки, а также для останова
Рис. 6. Гидрораспределитель 4/3 с электромагнитным управлением типа МГ73-1:
1 – штепсельный разъем; 2 – шайба; 3 – пружина; 4 – электромагнит; 5 – гильза; 6 –
золотник; 7 – корпус; 8 – дренажное отверстие; 9 – фланец; 10 – толкатель
64
исполнительного механизма при срабатывании приборов безопасности.
Он состоит из гидрораспределителя 2 с электрическим управлением, предохранительного клапана 22 (включающего в себя вспомогательный 24 и основной 3 клапаны) и регулятора давления 13. От
насоса рабочая жидкость подводится в полость Н и через дроссельное отверстие Т и полость Е поступает в полость В к регулятору давления. Если давление, действующее на вспомогательный клапан 24,
не превышает усилие пружины 23, основной клапан 3, удерживае-
Рис. 7. Гидроклапан-регулятор: 1 – кнопка переключения; 2 – распределитель
с электрическим управлением; 3 – основной клапан; 4, 12 – стаканы; 5, 11, 23 – пружины; 6, 17 – пробки; 7 – дроссель; 8 – пластина; 9 – манжета; 10, 25 – втулки; 13 –
регулятор давления; 14 – крышка; 15, 18 – корпуса; 16 – седло; 19 – запорное кольцо; 20 – контргайка; 21 – регулировочный винт; 22 – предохранительный клапан;
24 – вспомогательный клапан; Н – напор; С – слив; У – управление; Т – дроссельное
отверстие; М, Е, В, К, А, Л – рабочие полости
65
мый пружиной 11, перекрывает выход рабочей жидкости на слив.
Полость К заперта гидрораспределителем.
При давлении в гидросистеме, превышающем давление настройки предохранительного клапана 22, клапан 24 открывается и рабочая
жидкость из полости А поступает на слив. Давление в полости А
понижается, при этом равенство сил, действующих на клапан 3, нарушается, клапан под действием давления в полости Н соединяет
линию напора со сливом, и давление в гидросистеме уменьшается
до величины настройки клапана 22.
При понижении давления в системе ниже давления настройки клапан 24 перекрывает сливной канал, давление в полостях Н и А выравнивается, и клапан 3 перекрывает поток рабочей жидкости на слив.
Предохранительный клапан настраивается винтом 21. Регулятор
давления 13 срабатывает при возникновении в гидролиниях скорости нарастания давления выше допустимого уровня. Пока скорость
нарастания давления ниже скорости настройки, манжета 9 уравновешена действующими на нее давлениями со стороны полостей В
и Л и перекрывает выход рабочей жидкости на слив.
Если скорость нарастания давления превышает допустимую, то
давление со стороны полости В превышает давление со стороны полости Л. Пластина 8 и манжета 9 прогибаются, полость В соединяется с полостью М и далее с каналом управления У. Давление в полости А снижается, клапан 3 открывается, и часть рабочей жидкости
идет на слив. При стабилизации давления в полости Н давления в
полостях В и Л выравниваются, вызывая закрытие пластиной 8 отверстия в седле 16. При срабатывании приборов безопасности снимается напряжение с электромагнита гидрораспределителя 2. При
этом полость А через полости Е и К соединяется с каналом управления У, вследствие чего основной клапан 3 открывается и жидкость
под малым давлением идет на слив.
На рис. 8 приведена схема направляющего двухступенчатого
распределителя 4/3 с пропорциональным электрогидравлическим
управлением.
Золотник 3 основного гидрораспределителя перемещается под
действием потока рабочей жидкости, направляемой к нему золотником 1 вспомогательного гидрораспределителя, управляемого электромагнитами 2.
Распределители с электрогидравлическим управлением применяются в приводах с дистанционным и автоматическим управлением
66
а)
б)
управления
Рис. 8. Гидрораспределитель с электрогидравлическим управлением: а – конструкция; б – условное обозначение; 1 – золотник вспомогательного гидрораспределителя; 2 – электромагниты; 3 – золотник основного гидрораспределителя
технологическими процессами при больших расходах и давлениях
жидкости в системе.
Благодаря малому расходу рабочей жидкости (5…8 л/мин) диаметр
золотника вспомогательного распределителя может быть уменьшен
до 6 мм, что практически исключает вероятность его защемления.
Это в совокупности с использованием в линии управления потока
жидкости с высоким давлением обеспечивает надежность срабатывания основного распределителя.
Время срабатывания золотникового распределителя с электрогидравлическим управлением колеблется в пределах 0,1…1 с и равно
суммарному времени срабатывания вспомогательного и основного
распределителей.
Условные обозначения гидрораспределителя 4/3 с электрогидравлическим управлением приведены на рис. 9 и 10.
Пробковые краны (рис. 11) находят применение в качестве гидрораспределителей при относительно небольшом расходе и давлении.
Рабочий элемент (пробка) цилиндрического или конусного типа совершает поворотные движения относительно своей оси. В кранах с
цилиндрической пробкой герметизирующий контакт обеспечивается притиркой, а в кранах с конусной пробкой – обычно с помощью
пружины.
Двухпозиционный кран (рис. 12) автокрана предназначен для изменения направления потока рабочей жидкости от гидронасоса либо
67
А
А–А
Рис. 9. Гидрораспределитель 4/3 с соединением нагнетательной линии и обоих
отводов на бак при среднем положении
золотника, с электрогидравлическим управлением от двух вспомогательных распределителей
А
Рис. 10. Гидрораспределитель 4/3 (золотниковый) с электрогидравлическим управлением (упрощенное обозначение)
Насос
Слив
От цилиндра
К цилиндру
А
Рис. 11. Крановый распределитель: 1 – крышка корпуса; 2 – рабочий элемент (пробка); 3 – цилиндрический корпус (гильза); 4 – уплотнение (манжета); 5 – корпус;
6 – шариковый фиксатор; 7 – резьбовой участок; 8 – рукоятка управления; 9 – отвод
жидкости от гидроцилиндра; 10, 12, 14 и 16 – секторные полости распределителя;
11 – подвод жидкости к цилиндру; 13 – первый канал в рабочем элементе (пробке); 15 – сливной канал; 17 – канал подвода жидкости от насоса; 18 – второй канал
в рабочем элементе
68
Рис. 12. Двухпозиционный кран автокрана КС-45717: 1 – пробка; 2 – болт; 3 – ручка;
4 – обойма (корпус); 5 – защитная шайба; 6 – уплотнительное кольцо; 7, 8 – шайбы;
9 – стопорное кольцо; 10 – упор; Н – к насосу; Р1 – к верхнему гидрораспределителю; Р2 – к нижнему гидрораспределителю
к нижнему распределителю на неповоротной раме (гидропривод выносными опорами – аутригерами), либо к верхнему распределителю –
для гидропривода крановых механизмов на поворотной платформе
автокрана (стрела, грузовая лебедка, поворот платформы).
Кран включения калорифера (рис. 13) экскаватора служит для подачи сливаемой в гидробак жидкости через маслоохладитель. Слив
жидкости в гидробак происходит через кран с подпорным клапаном,
калорифер и магистральные фильтры. Кран пропускает рабочую
жидкость через калорифер в летнее время года или закрывает доступ
в холодное время года.
Подпорный клапан 3, встроенный в золотник 2 крана, увеличивает давление слива до необходимого для нормальной работы значения
0,6 МПа, улучшая подпитку исполнительных механизмов.
Рабочая жидкость поступает по сливной гидролинии к золотнику 2
крана включения калорифера и в зависимости от положения ручки 7
подается в калорифер, или, минуя его, – на слив в гидробак. Если
69
Рис. 13. Кран включения калорифера: 1 – корпус; 2 – пробка; 3 – подпорный клапан;
4 – пружина; 5 – табличка-указатель; 6 – ограждение; 7 – ручка; 8 – заглушка
ручка 7 крана находится в вертикальном положении – калорифер выключен, в горизонтальном (по ходу магистрального маслопровода) –
включен.
Расход рабочей жидкости через гидрораспределитель:
Q = μS
2Δp
2Δp
= μπdx
,
ρ
ρ
где S – площадь сечения кольцевой проходной щели золотника,
S = Сх, С = πd – длина окружности; d – диаметр пояска золотника;
х – открытие золотника (размер щели); μ – коэффициент расхода золотника (при Rе = 2хv/ν ≥ 200 принимается 0,62…0,65, при Rе < 200
коэффициент μ ≈ 0,5, здесь v – заданная скорость движения рабочей жидкости в канале, ν – кинематическая вязкость жидкости);
ρ – плотность жидкости; ∆р – гидравлическое сопротивление распределителя; ∆р = pн′ – рс, pн′ и рс – давление жидкости на входе (от
напорной секции, ограниченное ее предохранительным клапаном) и
выходе (сливное).
Гидравлическое сопротивление распределителя ∆р зависит от
конструктивных особенностей и в общем случае находится по выражению
Δp =
Рабочее давление на входе в гидрораспределитель ограничено предохранительным клапаном напорной секции (например, 22,0 МПа).
При проектировании гидроприводов регулирующая аппаратура
обычно не рассчитывается, а выбирается по номинальному давлению, расходу жидкости и условному проходу. Варианты и техническая характеристика наиболее применимых типов гидрораспределителей машин приведены в табл. 1.
Распределители мобильных машин могут содержать до 12 золотников с условным проходом от 6 до 100 мм, расход жидкости составляет от 15 до 750 л/мин, давление – от 15 до 45 МПа. Их корпус
содержит необходимые клапаны, компенсаторы давления, регуляторы потока, дроссели. Применяется нанесение защитных покрытий
от окисления (фосфатирование), что улучшает износостойкость внутренних рабочих поверхностей распределителей.
Таблица 1
Краткая техническая характеристика гидрораспределителей строительных машин
Позиция
1
2
3
4
5
6
ζρQ 2
,
2S 2
где ζ – коэффициент местных сопротивлений, в зависимости от числа поворотов потока принимаемый в интервале 3…5.
70
7
Параметры
Способы управления гидрораспределителем:
ручной
гидравлический
электрогидравлический
Количество золотников в корпусе
Условный проход, мм
Давление настройки предохранительных клапанов,
МПа
Схема включения потребителей:
параллельная
комбинированная
Способ фиксации и расфиксации золотника:
пружинный захват в нейтральную позицию
фиксация в рабочей позиции
фиксация в плавающей позиции
гидравлическая расфиксация
электрогидравлическая расфиксация
Вид слива:
общий из главного канала
раздельный
71
Условное
обозначение
ГР
ГГ
ГЭ
3, 4 и более
6…32
16, 20, 32, 40
П
К
1
2
3
4
5
1
2
Содержание отчета
1. Схематичное изображение и описание работы изучаемых гидроаппаратов.
2. Привести основные параметры, их значения и формулы, определяющие характеристику и работу гидроаппаратов (расход рабочей
жидкости, гидравлическое сопротивление).
3. На примере изучаемых гидроаппаратов объяснить их классификационные признаки.
4. Краткая техническая характеристика гидрораспределителей
строительных машин и методика их выбора.
Занятие 7
ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ГИДРОСИСТЕМ
Цель работы
Ознакомиться с устройством, принципом работы и особенностями применения вспомогательного оборудования гидросистем
строительной техники, рассмотреть взаимодействие их деталей, получить сведения о технологии их разборки, сборки и регулировки.
Рассмотреть основные параметры характеристики и работу вспомогательного оборудования (гидроаппаратов управления), объяснить
их классификационные признаки.
Оборудование рабочего места
Вспомогательное оборудование гидросистем, плакаты, учебные
пособия, инструктивные карты, набор инструментов, тиски, монтажный стол.
Содержание работы
Реле давления применяется для последовательного включения
или выключения отдельных исполнительных органов машины в
процессе осуществления автоматического электрогидравлического
управления (рис. 1).
Импульсом для срабатывания реле служит повышение давления в его гидролинии, соединенной с подводящим отверстием 9
(рис. 2).
Это давление преобразуется в соответствующее перемещение
(прогиб) нагруженной пружиной 3 диафрагмы (мембраны) 2, в результате чего посредством рычажной системы (4, 5) замыкаются
72
73
а)
б)
РД
Рис. 1. Реле давления Г62-2: а – конструкция; б – условное обозначение; 1 – корпус; 2 – диафрагма (гибкая мембрана); 3 – пружина; 4 – рычаг; 5 – ось рычага; 6,
8 – винты; 7 – электропереключатель цепи управления; 9 – подводящее жидкость
отверстие
vр
б)
vх
Х
Хн
а)
Рис. 2. Реле выдержки времени дроссельного типа: а – принципиальная схема: 1 –
полость цилиндра реле; 2 – регулируемый дроссель; 3 – поршень; 4 – пружина; 5 и
6 – подвижный и неподвижный контакты реле; 7 – обратный клапан; Х и Хн – исходный и конечный ходы поршня; б – вариант схемы включения: 1 – основной распределитель гидропривода с электромагнитным управлением Р4/2; 2 – распределитель реле с электромагнитным управлением Р3/2; 3 – обратный клапан; 4 – концевой
выключатель управления основным распределителем; 5 – регулируемый дроссель;
vр и vх – скорость рабочего и холостого хода
74
(или размыкаются) контакты электропереключателя 7 цепи управления исполнительным органом.
Регулировка реле (давление до 20 МПа и выше) осуществляется
винтами 6 и 8. Нечувствительность реле (перепад давлений включения и выключения) зависит от рабочего давления и при давлении
20 МПа не превышает 1,0 МПа.
Реле выдержки времени – распределительный аппарат, предназначенный для включения потока жидкости через определенный
промежуток времени после достижения в подводящей гидролинии
установленного давления.
Принципиальная схема реле времени, в которой время выдержки
определяется регулировкой дросселя 2 при постоянном ходе (Хн – Х)
подпружиненного поршня 3, связанного с подвижным контактом 5,
дана на рис. 2, а.
Вариант схемы подключения реле времени в гидросистему привода цилиндра изображен на рис. 2, б. При выдвижении штока цилиндра и открытом включателе реле 2 жидкость от насоса под рабочим давлением поступает через обратный клапан 3 и регулируемый
дроссель 5 в полость цилиндра реле и, воздействуя на поршень (золотник), стремится перемесить его вверх, чему препятствует усилие
сжатой пружины.
Для заданной величины рабочего давления, подбирая характеристику пружины и регулируемого дросселя, определяют величину
начального хода поршня Х, при котором контакты реле будут замкнуты и распределитель 2 реле с электромагнитным (соленоидным)
управлением запитан напряжением и при этом включен на подачу
жидкости к подводящему отверстию реле.
По окончании рабочей операции (например, по окончании выдвижения штока и упоре поршня в торец цилиндра) давление в рабочей линии гидросистемы повышается, в результате поршень под
действием давления жидкости, преодолев усилие пружины, переместится вверх, размыкая контакты и снимая напряжение с распределителя 2 реле.
Под действием возвратной пружины золотник этого распределителя занимает следующую рабочую позицию, и находящаяся под
давлением жидкость из корпуса цилиндра реле через дроссель 5
сливается в гидробак. При этом скорость опускания поршня и, соответственно, момент следующего замыкания контактов реле зависят от характеристики регулируемого дросселя 5. Периодическое
75
включение основного распределителя Р4/2 гидропривода наступает
через определенный промежуток времени посредством отдельной
электрической схемы, управляемой по сигналу, поступающему от
замкнутых контактов реле на электромагнит управления золотником
этого распределителя. Реверсирование движения штока цилиндра
обеспечивается концевым выключателем 4, также включенным в
названную электрическую схему управления золотником основного
распределителя Р4/2 гидропривода.
Обратные клапаны предназначены для пропускания рабочей
жидкости только в одном направлении. Они имеют различные запорные элементы (затворы): шариковый, конусный, тарельчатый
или плунжерный. Применяемые в обратных клапанах пружины имеют меньшие усилия по сравнению с предохранительными клапанами и, в отличие от них – нерегулируемые. Обратный клапан типа Г51
с конусным затвором показан на рис. 3.
При подаче рабочего давления жидкости через подводящее отверстие 1 на конусный затвор 5 он отрывается от седла 2, сжимая
пружину 4, и открывает путь жидкости к отводящему отверстию 3.
В конусном затворе имеются сверления для подвода жидкости в пару
трения «корпус – затвор», выполняющей функцию смазки. При увеличении давления жидкости на выходе клапана его конусный затвор 5
плотно садится в седло 2, перекрывая обратный ход жидкости. Таким
образом, при движении потока жидкости в обратном направлении
проходное сечение клапана закрывается. Направление потока помечается на корпусе клапана стрелкой. Время срабатывания обратных
клапанов колеблется в зависимости от размеров и конструкции от
а)
0,1 до 10 мс, при этом клапаны с конусным затвором более быстродействующие, чем шариковые.
Гидрозамок (одно- или двусторонний) – распределительный гидроаппарат, предназначенный для автоматического запирания жидкости в полостях цилиндра для фиксирования его поршня в заданных положениях.
Для удержания перекоса отвала бульдозера в заданном положении применяется односторонний гидрозамок, установленный на цилиндре управления перекосом отвала, рис. 4.
Рабочая жидкость, поступающая под давлением от соответствующей секции распределителя (положение «Вперед»), воздействуя на
клапан 1, открывает его, сжимая пружину клапана. По открывшемуся каналу жидкость подается в поршневую полость А цилиндра
перекоса отвала Ц3, шток которого выдвигается и занимает заданное
машинистом рабочее положение.
При переводе рычага секции распределителя ГР, управляющей
перекосом отвала, в нейтральное положение давление перед клапаном 1 снижается и он под действием своей пружины отсекает поршневую полость А цилиндра Ц3 от гидролинии, удерживая его шток
в заданном положении.
Для втягивания штока цилиндра Ц3 рычаг управления соответствующей секцией ГР переводится в положение «Назад», при этом
жидкость поступает в штоковую полость Б цилиндра и в магистраль У
управления клапаном 1. Под действием давления жидкости поршень
2 вместе с толкателем 3 перемещается и соединяет поршневую полость цилиндра Ц3 со сливом.
б)
Рис. 3. Обратный клапан типа Г51: а – конструкция; б – условное обозначение;
1 – подводящее отверстие; 2 – седло; 3 – отводящее отверстие; 4 – пружина; 5 – конусный затвор
76
Рис. 4. Схема работы одностороннего гидрозамка цилиндра перекоса отвала: 1 –
клапан; 2 – поршень; 3 – толкатель; ГР – распределитель; А, Б – поршневая и штоковая полости цилиндра перекоса отвала; Ц3 – цилиндр перекоса отвала; У – магистраль управления клапаном
77
В гидролиниях управления машин, например автокранов, для подачи жидкости от напорной линии гидромотора механизма поворота
к размыкателю тормоза этого механизма и обратно применяется клапан с логической функцией «ИЛИ», изображенный на рис. 5.
Перемещение давлением шарикового клапана открывает путь
жидкости к гидроразмыкателю тормоза только от одной из двух магистралей, вторая магистраль при этом закрыта шариком.
В гидроаппаратах, подвергающихся частому демонтажу, применяются устройства, предотвращающие при этом выливание жидкости. Такими устройствами служат специальные разъемные муфты
(БРС – быстроразъемные соединения), в которых при разъединении
трубопровода запорные клапаны автоматически перекрывают проходные сечения.
Схема работы простейшей разъемной муфты с шариковыми затворами приведена на рис. 6.
В смонтированном виде (рис. 6, а) детали 1 и 4, соединенные
с концами разъединяемых трубопроводов, стянуты накидной гайкой 3.
При этом шариковые затворы 2 и 5 приходят в контакт друг с другом
и, отжимаясь от своих седел, образуют проход для жидкости. При
свинчивании накидной гайки детали 1 и 4 отходят друг от друга, и
шарики садятся под усилием пружин 6 и 7 в свои седла, герметично
перекрывая трубопроводы (рис. 6, б).
Гидравлический аккумулятор – гидроемкость, служащая для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, с целью последующего использования этой энергии в гидроприводе. В аккумуляторе используется свойство газа значительно
сжиматься и воздействовать на практически несжимаемую жидкость
(сжатый газ, воздействуя на жидкость, находящуюся под давлением,
работает как «пружина»).
Газогидравлический аккумулятор системы сервоуправления экскаватора ЭТ-20 (рис. 7) предназначен для питания системы дистан1
22
3
4
55
6
77
А
Р1
88
Т
Рис. 5. Клапан «ИЛИ»: 1 – кольцо уплотнительное; 2 – штуцер; 3 – шарик; 4 – корпус; А – от рабочих магистралей;
Б – к гидроразмыкателю тормоза
а)
б)
115
5
14
1 4 13
1 3 12
1 2 11
1 110
10
Ус л ов ное г ра фиче с к ое из обра же ние
9
Р1
А
Р1 – подвод
- подв од
Р1
- от в од
АА – отвод
Т
- с лив
Т – слив
Т
Рис. 6. Простейшая разъемная муфта: а – в смонтированном (включенном) виде;
б – в выключенном состоянии (при разъединении трубопровода); 1, 4 – соединяемые детали; 2, 5 – шариковые затворы; 3 – накидная гайка; 6, 7 – пружины
78
Рис. 7. Пневмогидроаккумулятор: 1 – блок клапанов; 2 – заглушка; 3, 5, 6, 10,
12 – уплотнительные кольца; 4 – баллон; 7 – редукционный клапан; 8 – обратный
клапан; 9 – регулировочные прокладки; 11 – предохранительный клапан; 13 – седло
клапана; 14, 15 – штуцеры
79
ционного гидроуправления моноблочным распределителем машины
от напорных линий насосов. Пневмогидроаккумулятор (ПГАК) состоит из баллона 4 и блока 1 гидроклапанов. Баллон 4 заправляют
газом под давлением 0,7+0,05 МПа через приспособление, присоединяемое к штуцеру 15. Используемый газ – технический азот с точкой
росы не выше минус 30 °С.
Давление в системе дистанционного управления золотниками
распределителя поддерживается автоматически встроенными в клапанный блок ПГАК редукционным и пpедохpанительным клапанами. Для эффективной pаботы системы управления необходимо, чтобы величина подводимого к ПГАК давления составляла 3+0,5 МПа.
Указанная величина достигается при номинальной частоте вращения вала двигателя 1700 об/мин и обеспечивается предохранительным клапаном КП18, встроенным в насосный агрегат.
Зарядка ПГАК и питание напорной линии системы гидроуправления (отверстие А) осуществляются через редукционный клапан 7 от
гидролиний высокого давления через отверстие Р1. На случай отказа
редукционного клапана предусмотрен предохранительный клапан 11,
который при повышении давления выше значения настройки перепускает жидкость через отверстие Т на слив. Регулировка редукционного и предохранительного клапанов производится при помощи
регулировочных прокладок 9. Обратный клапан 8 предотвращает
самопроизвольную разрядку ПГАК при выключенном двигателе.
Благодаря этому система гидроуправления обеспечивает после отключения двигателя еще пять-десять включений гидролиний.
Блок питания системы сервоуправления экскаватора ЕТ-26
(рис. 8) поддерживает давление в гидросистеме управления при совмещении двух или трех операций с помощью ПГАК, очищает жидкость напорным фильтром, переключает золотники распределителя
в случае аварийной остановки двигателя (опускание рабочего оборудования), предотвращает разрядку ПГАК после останова дизеля
(посредством обратного клапана 8), а также позволяет измерить давление в гидросистеме управления с помощью электродатчика, подсоединяемого к линии М. Отводы Х1 и Х2 служат для подключения
насосного агрегата.
На корпусе 13 блока питания с входной стороны последовательно
установлены фильтр 2 и обратный клапан 8, ПГАК 15 и предохранительный клапан 16. Напорный фильтр 2 состоит из корпуса, в котором
установлен сетчатый фильтроэлемент и крышки с перепускным и от80
Рис. 8. Блок питания: 1, 3, 12 – штуцеры; 2 – фильтр; 4 – кольцо уплотнительное; 5,
10, 14 – кольца; 6 – кольцо защитное; 7 – гайка; 8 – клапан; 9 – корпус клапана; 11 –
пружина; 13 – корпус; 15 – пневмогидроаккумулятор (ПГАК)
сечным клапанами. Перепускной клапан пропускает рабочую жидкость мимо фильтроэлемента при перепаде давления (7 ± 1) кгс/см2
вследствие его загрязнения; отсечной клапан предотвращает утечку
жидкости из системы при снятии корпуса.
Предохранительные клапаны предназначены для защиты агрегатов, механизмов и магистралей от перегрузки. Они ограничивают
повышение давления рабочей жидкости в системе сверх заданного
путем периодического и однократного отвода жидкости на слив в
гидробак. Клапан (рис. 9) работает следующим образом: рабочая
жидкость подводится в полость Н, при превышении давления в линии выше давления настройки клапана плунжер 8 сжимает пружину 5, открывая проход рабочей жидкости через полость С в сливную
линию. Настройка клапана осуществляется пробкой 4.
Считается, что при высоком давлении в напорной линии диаметр
затвора таких клапанов ограничен размером до 25 мм, так как при
бóльших размерах недопустимо растут усилия пружин этих предо81
Обозначение
на ПГС
Рис. 9. Предохранительный клапан: 1, 4 – пробки; 2 – шайба; 3 – стакан; 5 – пружина; 6 – уплотнитель; 7 – тарелка; 8 – плунжер; 9 – втулка; 10 – корпус; Н – напор;
С – слив
хранительных клапанов. Клапаны регулируют на давление, превышающее номинальное на 10…20 %. При давлении в системе, превышающем допустимую величину, клапан открывается и перепускает
жидкость в полость низкого давления; при давлении ниже заданного
клапан надежно запирает проход жидкости в полость низкого давления.
Переливные клапаны поддерживают постоянное давление в гидросистеме непрерывным отводом части рабочей жидкости на слив
в гидробак, например при дроссельном регулировании ее расхода,
т. е. скорости выходного звена гидродвигателя. Их также называют
клапаном перепада давления, предназначенного для поддержания
заданного перепада давления на отдельных участках в напорной и
сливной гидролиниях. Они подобны предохранительным, но в отличие от них имеют большие размеры рабочих окон, так как работают
непрерывно, а их запорный элемент обычно выполняется плунжерным.
Редукционный гидравлический клапан предназначен для поддержания постоянного давления рабочей жидкости на выходе
р2 ≈ const независимо от ее давления на входе р1 при условии, что
р2 < р1. Условное обозначение редукционного клапана прямого действия, в котором давление на выходе р2 зависит от усилия сжатия
пружины, приведено на рис. 10.
82
Клапан редуцирует (понижает) давление жидкости, при этом давление на входе в клапан превышает давление на его выходе обычно
на 0,2…0,3 МПа.
Линейные дроссели (вязкостного сопротивления). Потери давления в них преимущественно определяются трением жидкости в
дроссельном канале сравнительно большой длины и малого сечения
при ламинарном течении, т. е. потеря давления является практически линейной функцией скорости течения жидкости и зависит от
температуры (рис. 11).
Подобные дроссели обладают высокой стабильностью характеристики. Регулирование их сопротивления осуществляется изменением длины дроссельного канала путем ввинчивания или вывинчивания винта.
Нелинейные дроссели (квадратичные или дроссели вихревого
сопротивления). Потери давления в них в основном определяются
деформацией потока жидкости и вихреобразованием в канале малой длины. В дросселях этого типа изменение давления происходит
практически пропорционально квадрату скорости потока жидкости.
поэтому такие дроссели называют квадратичными. Диаметр дросселирующего отверстия должен быть не менее 0,3 мм, так как иначе
возможно их засорение загрязнениями жидкости.
Центральный коллектор автокрана КС-45717 (рис. 12) служит
для передачи рабочей жидкости от насоса, установленного на неповоротной раме, к гидроагрегатам на поворотной раме крана и в обратном направлении. Вращающееся соединение имеет три канала:
сливной, напорный и дренажный. Каналы в корпусе 5 и в обойме 2
разделены уплотнительными кольцами 3. Для уплотнения напорного канала кроме резиновых колец устанавливаются фторопластовые
шайбы 4.
р1
р2
Рис. 10. Условное обозначение редукционного клапана прямого действия
83
Рис. 11. Линейный дроссель: 1 – корпус;
2 – винт
Содержание отчета
Рис. 12. Центральный коллектор: 1 – поводки; 2 – обойма в сборе; 3 – уплотнительное кольцо; 4 – шайба; 5 – корпус; 6 – шайба; 7 – болт; Н (н) – напор; С (с) – слив;
Д (д) – дренаж
1. Схематичное изображение и описание работы вспомогательного оборудования (гидроаппаратов управления и др.) гидросистем
строительной техники.
2. Основные параметры, их значения и формулы, определяющие
характеристику и работу вспомогательного оборудования гидросистем (расход рабочей жидкости, гидравлическое сопротивление,
коэффициент местных сопротивлений, рабочее давление и его регулировка, определение рабочего объема газогидравлического аккумулятора и др.).
3. Пример условного обозначения вспомогательного оборудования гидросистем, его классификационные признаки.
Рис. 13. Схемы конструкции рукавов с одной (тип I) и двумя (тип II) оплетками:
1 – внутренний резиновый слой; 2 – металлическая оплётка; 3 – промежуточный
резиновый слой; 4 – наружный резиновый слой
Гибкие рукава высокого давления, рассчитанные на давления
16 МПа и выше, специально армируются металлической проволокой. Рукав высокого давления (РВД) состоит из внутреннего резинового слоя 1, металлической оплетки 2, поверх которой опять накладываются промежуточные резиновые слои 3, а также металлическая
оплетка 2 и, наконец, наружного резинового слоя 4. Число металлических оплеток определяет тип рукава высокого давления: I –
с одной оплеткой; II – с двумя; III – с тремя оплётками (рис. 13).
Для предохранения от повреждений наружная поверхность рукава
покрыта толстым резиновым слоем 4, а иногда еще и металлической
лентой. Число всех слоев и прочность материала оплетки увеличивают в зависимости от давления в системе, для которой предназначен
рукав высокого давления.
84
85
Занятие № 8
Гидрообъемные трансмиссии
Цель работы
Ознакомиться с назначением, классификацией, устройством
и принципом работы гидрообъемных трансмиссий строительных
машин. Рассмотреть основные параметры, определяющие характеристику и работу изучаемых трансмиссий (рабочий объем гидромашины, крутящий момент и частота вращения приводных валов,
приводная и полезная мощность, вместимость пневмогидроаккумулятора и др.), объяснить их классификационные признаки (однопоточные, двухпоточные, дифференциальные трансмиссии).
в поступательный силовой поток гидравлической энергии, и гидромотор, преобразующий гидравлический поток в механический вращающий момент.
Применяемые в трансмиссиях изучаемых машин объемные гидропередачи разделяются на однопоточные, рис. 1, 2, 3 и двухпоточные.
Используемые в названных передачах аксиально-поршневые машины (регулируемые и нерегулируемые) обладают свойствами реверсивности и обратимости. Свойство обратимости используется
при создании гидромотора на базе насоса. Регулирование подачи насоса осуществляется изменением угла α между осями его приводного вала и вращающегося блока цилиндров (ротора). При изменении
угла α от 0 до αmax подача насоса изменяется от 0 до Qmax.
Таким образом, гидрообъемная трансмиссия представляет собой
бесступенчатую передачу, в которой двигатель приводит в действие
насос, соединенный трубопроводами с гидромоторами, валы которых связаны с ведущими колесами машины. Гидростатический напор жидкости, создаваемый насосом, реализуется в виде вращающего момента на валах гидромоторов хода машины.
Оборудование рабочего места
Аксиально-поршневой регулируемый насос, радиально-поршневой гидромотор; элементы гидрообъемной трансмиссии (гидрозамыкатель, дроссель, регулятор мощности, предохранительный клапан, распределитель, перепускной клапан, магистральный фильтр,
пневмогидроаккумулятор и др.); схемы и плакаты гидрообъемных
трансмиссий машин, учебные пособия, монтажный стол, набор инструментов.
Содержание работы
В настоящее время в экскаваторах, асфальтоукладчиках, дорожных катках и других машинах широкое применение находят объемные гидропередачи, которые основаны на принципе передачи
энергии рабочей жидкости под давлением. В такой гидропередаче
как минимум должны быть две основные гидравлические машины,
соединенные между собой трубопроводами: объемный гидронасос,
преобразующий поток механической энергии (вращающий момент)
86
Рис. 1. Схема однопоточной объемной гидропередачи колесного трактора с
регулируемым гидромотором и ведущим задним
мостом: 1 – двигатель; 2,
3 – регулируемые насос
и гидромотор; 4 – гидролиния; 5 – ведущий мост;
6 – ведущие колеса
Рис. 2. Схема однопоточной объемной гидропередачи для колесной машины с нерегулируемыми
гидромоторами на каждое
ведущее колесо: 1 – двигатель; 2 – регулируемый
гидронасос; 3 – нерегулируемый гидромотор
87
Рис. 3. Схема однопоточной объемной гидропередачи для гусеничной
машины с регулируемым
гидромотором на каждое
ведущее колесо: 1 – двигатель; 2, 3 – регулируемые
гидронасос и гидромотор;
4 – ведущие колеса
Бесступенчатое изменение передаточного числа обеспечивается
плавным изменением рабочего объема аксиально-поршневого насоса, приводной вал которого соединен с коленчатым валом дизеля.
Радиально-поршневые гидромашины используются для передачи
больших крутящих моментов при невысокой частоте вращения вала,
поэтому в объемных гидропередачах строительных и дорожных
машин радиально-поршневые гидромоторы устанавливаются непосредственно в ведущих колесах. Ограниченное использование таких
гидромоторов объясняется их недостаточной надежностью, малой
универсальностью и высокой стоимостью.
Применение объемных гидропередач в приводе ведущих колес
машин сдерживается их более низким (0,75…0,85), по сравнению
с механическими ступенчатыми передачами, коэффициентом полезного действия [12].
В двухпоточных объемных гидропередачах происходит разделение потока мощности на две параллельные ветви – гидравлическую и механическую, которые затем объединяются в единый поток
(рис. 4).
Применение двухпоточной объемной гидропередачи позволяет
получить прирост производительности при сохранении КПД передачи на уровне механической ступенчатой коробки передач. В настоящее время двухпоточные передачи широко применяются в различных гусеничных тягачах, транспортерах.
Недостатком двухпоточных объемных гидропередач является
усложнение конструкции и повышение стоимости.
Рассмотрим принципиальную схему гидропривода ходового механизма пневмоколесных и гусеничных машин с замкнутым потоком рабочей жидкости, пример которой изображен на рис. 5. Такая
гидропередача дополнительно включает систему подпитки, состоящую из насоса Н1 с напорным клапаном КН1 и двумя обратными
клапанами КО1 и КО2.
Гидромотор М содержит напорные клапаны КН2 и КН3, предохраняющие от перегрузки гидросистему, собственно гидромотор и
насос Н. В системе также имеется гидравлически управляемый распределитель Р с напорным клапаном КН4, который выпускает избыточную рабочую жидкость из гидролинии с низким давлением,
поступающую от дополнительного насоса Н1.
Изменение направления вращения ведущих колес машины осуществляется переключением фаз распределения в регулируемом гидронасосе Н.
В закрытых гидросистемах необходимо непрерывно восстанавливать объем жидкости, циркулирующей между насосом и гидромотором, так как имеют место ее утечки. Утечки рабочей жидкости
сливаются по дренажной магистрали в гидробак. Из гидробака рабочая жидкость вспомогательным подпиточным шестеренным насосом Н1 подается в магистраль низкого давления.
Рис. 4. Схема двухпоточной трансмиссии гусеничной машины: 1 – двигатель; 2 – ведущий вал; 3 – дифференциально-планетарный редуктор; 4, 7 – зубчатые передачи;
5 – регулируемый гидронасос; 6 – регулируемый гидромотор; 8 – главная передача;
9 – бортовые фрикционы (механизм поворота)
Рис. 5. Схема гидропередачи привода ведущих колес машины: Н – регулируемый
насос; Н1 – дополнительный насос подпитки (линии низкого давления); КН1 – напорный клапан подпитки; КО1, КО2 – обратные клапаны подпитки; КН2, КН3 – напорные клапаны линии высокого давления; КН4 – напорный клапан распределителя; Р – трехпозиционный распределитель с гидроуправлением; М – регулируемый
реверсивный гидромотор (гидромотор-колесо)
88
89
При объемном регулировании угловой скорости вращения валов
гидромоторов хода бесступенчатое изменение передаточного числа
коробки передач обеспечивается, например, путем плавного изменения рабочего объема аксиально-поршневого насоса и соответственно его производительности.
Подача гидронасоса также регулируется за счет изменения частоты вращения приводного вала насоса и применения регулирующих
дросселей.
Гидравлический объемный вспомогательный привод колес на
неведущих осях грузовых автомобилей, включает бак с рабочей
жидкостью, насос с возможностью отключения, гидромагистрали,
гидродвигатели в ступицах колес и электроуправление включением
и отключением вспомогательного привода.
В гидробъемной системе рекуперации кинетической энергии
(KERS) энергия торможения используется для накопления гидравлического давления рабочей жидкости в пневмогидроаккумуляторе, которое передается на ведущие колеса машины, когда это требуется.
Преимуществом гидрообъемной трансмиссии является бесступенчатое изменение ее передаточного числа и передаваемого момента. Это обеспечивает плавность трогания, облегчает управление, а
также повышает проходимость машины в результате подвода непрерывного потока мощности к ведущим колесам и плавного изменения передаваемого вращающего момента. Минимальная устойчивая
угловая скорость вращения вала мотора может составлять 2…3 об/
мин. В тоже время такая трансмиссия, по сравнению с механической, имеет бóльшие габаритные размеры и массу, меньшие КПД
и долговечность, более высокую стоимость и требует надежных
уплотнителей.
3. На примере изучаемых схем гидрообъемных трансмиссий объяснить их классификационные признаки (однопоточные и двухпоточные схемы), достоинства и недостатки.
Содержание отчета
1. Схематичное изображение и описание работы гидрообъемных
трансмиссий.
2. Основные параметры, их значения и формулы, определяющие характеристику и работу гидрообъемных трансмиссий машин
(рабочий объем и его регулирование, подача, приводная и полезная
мощности, крутящий момент и частота вращения приводных валов,
давление в напорной и сливной гидролиниях, вместимость пневмогидроаккумулятора).
90
91
Занятие 9
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ
(ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ) ПЕРЕДАЧИ
Цель работы
Изучить назначение, классификацию, устройство и принцип работы гидродинамических (гидромеханических) передач. Рассмотреть
основные параметры передачи и их значения (момент на насосном
Мн и турбинном Мт лопастных колесах; коэффициент трансформации гидротрансформатора kтр; мощность на турбинном валу Nт; nт –
частота вращения турбинного вала; nN – частота вращения турбинного вала, соответствующая максимальной мощности, развиваемой
на нем, то есть Nт max; МN – крутящий момент на турбинном вале,
соответствующий частоте вращения nN и мощности Nт max; Мт max –
максимальное значение крутящего момента на турбинном валу при
начале движения машины).
дачи (гидротрансформаторы), установленные между двигателем
и механической коробкой передач. Гидродинамические передачи
также применяются в трансмиссии автомобилей с гидромеханической передачей.
Гидромеханическая передача (ГМП) состоит из гидротрансформатора (бесступенчатой гидродинамической коробки передач), механической (вальной или планетарной) коробки передач, системы
маслопитания гидротрансформатора и гидроэлектрической (пневмогидроэлектрической) системы управления.
Рассмотрим принцип действия гидродинамической передачи на
примере схемы трансмиссии трехвальцового дорожного катка с
двумя ведущими задними вальцами и одним разрезным передним
управляемым вальцом (рис. 1).
Трансмиссия катка содержит ГМП 3, представляющую собой
гидротрансформатор, работающий совместно с последовательно
установленной механической трехвальной коробкой передач, главную передачу 5, дифференциал 6 и бортовые передачи (редукторы),
приводящие ведущие вальцы. Дифференциал снабжен блокировкой,
Оборудование рабочего места
Препарированный макет гидротрансформатора (гидродинамической передачи) мобильной машины, элементы гидромеханической
передачи (насосное, турбинное и реакторное лопастные колеса,
многодисковые фрикционы с гидроуправлением, роликовая муфта
свободного хода, насосный, реакторный и турбинный валы и др.),
схемы, плакаты, учебные пособия, монтажный стол, набор инструментов.
Содержание работы
В автогрейдерах, погрузчиках, дорожных катках, колесных бульдозерах и других машинах применяются гидродинамические пере92
Рис. 1. Кинематическая схема дорожного катка с гидродинамической передачей:
1 – двигатель; 2 – компенсационная муфта; 3 – гидромеханическая передача; 4 – карданная передача; 5 – главная передача (редуктор); 6 – дифференциал; 7 – шестерня
бортовой передачи
93
исключающей раздельное движение ведущих вальцов. Вращение от
механической коробки передач к главной передаче осуществляется через карданную передачу 4. На входном валу главной передачи
смонтирован ленточный трансмиссионный тормоз. Между двигателем 1 и гидромеханической передачей 3 установлена компенсационная (цепная) муфта 2.
Гидротрансформатор (рис. 2) – гидравлический механизм, состоящий из трех лопастных колес: насосного (ведущего), турбинного (ведомого) и реакторного. Насосное колесо 3 закреплено на маховике 1 двигателя и образует корпус гидротрансформатора, внутри
которого размещены турбинное колесо 2, соединенное с первичным
(турбинным) валом 5 механической коробки передач, и реакторное
колесо 4, установленное на роликовой муфте 6 свободного хода.
Внутренняя полость гидротрансформатора на 3/4 своего объема
заполнена специальной рабочей жидкостью малой вязкости (марки А). При работающем двигателе насосное колесо вращается вместе
с маховиком двигателя.
В гидродинамической передаче нет жесткой связи между ведущим (насосным) и ведомым (турбинным) валами с лопастными колесами.
При работе двигателя внутреннего сгорания вращается насосное
колесо и жидкость, заполняющая внутреннюю полость гидротрансформатора. Лопатки насосного колеса передают жидкости кинетическую энергию, полученную от двигателя. Рабочая жидкость под
действием центробежной силы начинает перемещаться от меньшего
радиуса насосного колеса к большему, поступает к наружной части
насосного колеса, воздействует на лопатки турбинного колеса и приводит его во вращение, отдавая полученную кинетическую энергию.
В круге циркуляции (торе) жидкости действует центробежная сила.
Энергия от турбинного колеса передается механическим путем на
вал коробки передач.
Гидротрансформатор рассматриваемого катка имеет два реакторных лопастных колеса, посаженных на неподвижный реактор при
помощи роликовой муфты свободного хода. Муфта позволяет колесам вращаться только в одном направлении, в другом ее ролики заклинивают колеса на скошенных поверхностях вырезов неподвижной ступицы, установленной на шлицах реактора.
После выхода с лопаток турбинного колеса жидкость попадает
на лопатки неподвижных (заклиненных) в обычном режиме трансформации реакторных лопастных колес. Последние обеспечивают
плавный и безударный вход жидкости из турбинного вновь на насосное колесо и существенное увеличение передаваемого крутящего
момента (как бы «подкручивает» ведущее насосное колесо, помогая
двигателю), при этом жидкость перемещается в торе от меньшего
радиуса колеса к большему. Таким образом, рабочая жидкость циркулирует по замкнутому кругу, обеспечивая увеличение и передачу
крутящего момента в гидротрансформаторе. Отношение крутящего
момента на турбинном колесе к моменту на насосном колесе гидротрансформатора называется коэффициентом трансформации (или
динамическим передаточным числом), характеризующим степень
увеличения крутящего момента:
Рис. 2. Гидротрансформатор: а – общий вид; б – схема; 1 – маховик; 2 – турбинное
лопастное колесо; 3 – насосное лопастное колесо; 4 – реакторное лопастное колесо;
5 – турбинный (ведомый) вал; 6 – роликовая муфта свободного хода
94
kтр = Мт / Мн = (Мн + Мр) / Мн.
Таким образом, реакторные колеса изменяют направление потока
жидкости, выходящего из турбинного колеса, что дает внешнюю точку опоры для системы, позволяя существенно увеличить момент.
При неподвижном турбинном колесе в момент трогания машины
на него действует максимальное давление жидкости и происходит
наибольшее увеличение крутящего момента до Мт max. Роликовая
муфта свободного хода находится в блокированном состоянии под
действием момента, направленного против направления вращения
насосного колеса.
При увеличении скорости автоматически бесступенчато уменьшается коэффициент трансформации (в зависимости от частоты вра95
щения турбинного вала nт) – если момент Мт уменьшается, то частота вращения nт возрастает, и наоборот. Это позволяет автоматически,
без переключений, наиболее полно использовать возможности двигателя, приспосабливая их к меняющейся нагрузке.
Таким образом, по мере разгона и увеличения nт момент на турбинном колесе Мт уменьшается и при kтр = 1,0 становится равным
Мн. При этом гидротрансформатор переходит в режим работы гидромуфты (передачи крутящего момента без преобразования).
В этом случае происходит изменение знака момента на лопастях реакторных колес Мр на противоположное и муфта свободного хода
разблокируется, позволяя реакторному колесу свободно вращаться в
одном направлении с насосным и турбинным колесами в общем потоке рабочей жидкости. Так как в гидротрансформаторе отсутствует жесткая связь, то коэффициент полезного действия η передачи в
режиме гидромуфты за счет проскальзывания лопастных колес несколько снижает Мт в сравнении с Мн:
Мт ≈ Мн, η = Nт / Nн = Мтωт / Мн ωн ≈ 0,98.
Для того чтобы снизить потери и повысить η, насосное и турбинное колеса блокируются передним фрикционом, тогда Мт = Мн –
прямая передача.
Таким образом, происходит плавный разгон машины и бесступенчатое изменение крутящего момента.
При снижении частоты вращения коленчатого вала двигателя
(и соответственно скорости движения) гидротрансформатор вновь
возвращается в основной режим трансформации, то есть преобразования крутящего момента. При увеличении сопротивления движению
машины, с уменьшением скорости вращения ведущих колес возрастает динамический напор жидкости от насосного на турбинное колеса, что приводит к росту крутящего момента на турбинном колесе и,
следовательно, на ведущих колесах машины. Из-за возможности работы гидротрансформатора как в режиме преобразования крутящего
момента, так и в режиме гидромуфты его называют комплексным.
Для увеличения диапазона изменения момента и увеличения общего передаточного числа трансмиссии гидротрансформатор работает совместно с механической ступенчатой коробкой передач (планетарной или вальной).
Передаточным числом гидромеханической передачи (ГМП) является произведение коэффициента трансформации гидротрансфор96
матора (изменяется бесступенчато) на передаточное число механической ступенчатой коробки передач. Общее передаточное число
трансмиссии учитывает также передаточное число главной передачи.
Таким образом, гидродинамическая передача позволяет получить
режимы трансформации момента и гидромуфты, то есть режим передачи момента от двигателя без преобразования, осуществляемый
автоматическим отключением реактора при изменении направления
момента на нем с помощью муфты свободного хода. Использование
режима гидромуфты позволяет значительно уменьшить расход топлива при малых нагрузках и холостых оборотах привода вследствие
увеличения КПД в диапазоне малых скольжений.
От выходного вала гидротрансформатора осуществляется привод
центробежного регулятора, связанного с системой подачи топлива в
двигатель. Он предназначен для стабилизации скорости катка независимо от сопротивления движению и величины продольного угла
наклона укатываемого участка дороги. Применение ГМП позволяет
улучшить плавность реверсирования, что предотвращает сдвиг слоев дорожной одежды и повышает качество покрытия.
Следовательно, гидротрансформатор не позволяет двигателю
остановиться при любой нагрузке. Он предотвращает возникновение больших динамических нагрузок и предохраняет двигатель и
трансмиссию от перегрузок. Даже если каток начнет скатываться
на уклоне назад, двигатель при этом будет работать устойчиво, без
остановки.
Многодисковые фрикционные сцепления (фрикционы) с гидравлическим управлением (рис. 3) позволяют осуществлять переключение передач в механической коробке передач ГМП, а также
применяются в качестве тормоза при фрикционном замыкании на
неподвижный корпус. Они содержат ведущие стальные диски и ведомые – металлокерамические.
Фрикционы включаются без разрыва силового потока давлением
рабочей жидкости на поршень (0,62…0,7 МПа), сжимающий пакет
ведущих и ведомых дисков (возврат – пружиной). Педаль сцепления
в ГМП отсутствует, так как гидротрансформатор одновременно выполняет функцию гидромуфты.
Выключенное состояние муфты обеспечивается несколькими
пружинами, перемещающими поршень в исходное положение (при
разводе дисков обеспечивают зазор величиной 0,35 мм). Высокие
97
Pрж
M1
M2
Pрж
Рис. 3. Схема многодискового фрикционного сцепления (фрикциона) гидромеханической передачи: 1 – корпус фрикциона (ведущая часть); 2 – стальные ведомые
диски; 3 – фрикционные накладки (металлокерамические); 4 – поршень; 5 – гидроцилиндр; 6 – ведущий вал; 7 – ведомый вал; М1, М2 – крутящие моменты на ведущем
и ведомом валах; Рр.ж – сила давления рабочей жидкости на поршень
требования предъявляются к уплотнениям, так как их повреждение
приводит к нарушению работы передачи.
Ведущие диски фрикциона выполнены из высокоуглеродистой стали марок 40, 50, 60Г и др. Применение дисков конической
(с углом конуса 25...30′) и гофрированной (с глубиной гофра
0,2…0,25 мм) формы позволяет повышать плавность включения. Ведомые стальные диски фрикциона выполнены плоскими и облицованы накладками из металлокерамических материалов. Проходящая по
системе каналов рабочая жидкость восстанавливает масляную пленку
на поверхностях трения, которая нарушается в процессе буксования
фрикциона вследствие высоких контактных температур и давлений,
удаляет продукты изнашивания и охлаждает фрикционные диски.
Работа фрикциона носит циклический характер и сопровождается интенсивным повышением температуры поверхностей трения
при включении (при перегреве возможно коробление дисков и поломка фрикциона). Поэтому подача рабочей жидкости должна быть
достаточной не только для восстановления масляной пленки, но
и для охлаждения дисков.
Выходная характеристика гидротрансформатора по моменту
представляет собой зависимость крутящего момента на выходном
валу Мт от его частоты вращения nт. Характеристика Мт = f(nт) существует при любых значениях nт, в том числе при nт = 0.
Наибольшее распространение получили автоматические системы, в которых переключение осуществляется в зависимости от
98
скорости движения машины и угла открытия дроссельной заслонки
(для дизеля – например, от перемещения рейки топливного насоса).
Такие автоматические системы обеспечивают перекрытие передач,
назначение которого в том, чтобы иметь некоторый запас диамического фактора, необходимый для поддержания постоянной скорости
движения при переключении передач.
Преимущества гидромеханической передачи: непрерывность
и автоматичность регулирования крутящего момента; облегчение
труда машиниста; снижение динамических нагрузок и повышение в
1,5…2 раза срока службы агрегатов трансмиссии; гидротрансформатор выполняет функцию демпфера, гасящего крутильные колебания;
повышается средняя эксплуатационная скорость; комфортабельность, бесшумность работы; повышение проходимости на мягких
грунтах и других труднопроходимых участках.
Недостатки ГМП:
• более низкий КПД передачи за счет проскальзывания лопастных колес гидротрансформатора (скольжение насосного и турбинного лопастных колес при равномерном движении составляет около
3 %) и трения жидкости, максимальный КПД гидромеханической
передачи равен 0,75…0,85 (для сравнения – КПД механической
трансмиссии равен примерно 0,85…0,9);
• увеличенный на 2…8 % расход топлива;
• сложность конструкции (требует специальной системы маслопитания и охлаждения рабочей жидкости), увеличение веса и стоимости; потребность в высокой квалификации обслуживающего персонала;
• значительная стоимость сервиса;
• дополнительные ограничения при буксировке машины с ГМП.
Кроме основного тягового режима работы гидротрансформатора
также существует тормозной режим, когда при торможении мобильной машины кинетическая энергия подводится еще и от ее ведущих
колес, при этом мощность на выходном валу гидротрансформатора
возрастает.
Содержание отчета
1. Схематичное изображение и описание работы гидромеханической передачи заданной машины. Назначение основных элементов
ГМП и особенности их конструкции.
99
2. Основные параметры, определяющие характеристику и работу
гидродинамической и гидромеханической передач (момент на насосном Мн и турбинном Мт лопастных колесах, коэффициент трансформации kтр, мощность на турбинном валу Nт, общее передаточное отношение гидромеханической передачи с учетом передаточного числа коробки передач).
3. Построение выходной характеристики гидротрансформатора
по моменту для заданных исходных данных (по конкретной машине).
4. Анализ достоинств и недостатков гидромеханических передач
мобильных машин.
Занятие 10
СХЕМЫ ГИДРОАВТОМАТИКИ ВОЗВРАТНОПОСТУПАТЕЛЬНОГО И ВРАЩАТЕЛЬНОГО
ДВИЖЕНИЯ
Цель работы
Приобретение практических навыков разработки схем цикловой
гидроавтоматики привода возвратно-поступательного и вращательного движения, ее монтаж и проверка работоспособности. Изучение вариантов практического использования различных гидроэлементов при регулирования скорости выходного звена гидропривода
возвратно-поступательного и вращательного движений.
Оборудование рабочего места
Лабораторная установка (стенд) представляет собой насосную
станцию с комплектом направляющей, регулирующей гидроаппаратуры и соединительных рукавов (см. Занятие 2).
Гидравлическая схема насосной станции стенда приведена на с. 19.
Содержание работы
В начале работы студенты знакомятся с устройством и работой
стенда, а также с комплектом прилагаемого гидрооборудования. Затем
ставится задача разработать одну из схем объемного гидропривода.
Задание 1
Разработать принципиальную схему цикловой гидроавтоматики
привода возвратно-поступательного движения оборудования (например, станка для резки арматуры и др.).
100
101
После разработки схемы студенты группой не более пяти человек
проверяют на стенде собранную гидросхему на работоспособность
и производят по указанию преподавателя необходимые замеры
и расчеты.
Схема автоматического гидропривода периодического возвратнопоступательного движения изображена на рис. 1.
Чтобы обеспечить периодическое возвратно-поступательное
движение штока гидроцилиндра 5 – выходного звена гидропривода,
используется двухпозиционный крановый гидрораспределитель 3
(концевой выключатель), переключаемый подвижным упором 4,
расположенным на штоке гидроцилиндра.
Распределитель 3 гидравлически управляет гидрораспределителем 2 второй ступени с дроссельно-клапанной плитой. Для включения и выключения движения гидропривода предусмотрен двухпозиционный гидрораспределитель 1 с ручным управлением.
При показанном на рис. 1 положении гидрораспределителя 2
происходит выдвижение штока гидроцилиндра 5. При срабатывании
концевого выключателя 3 гидрораспределитель 2 переключается, и
шток цилиндра 5 возвращается в исходное положение. Следующий
рабочий хода штока цилиндра наступает при переключении распределителя 1 с ручным управлением.
5
4
5 5
Одним из распространенных циклов работы гидроприводов технологического оборудования, например при резке заготовок арматуры, является: «быстрый подвод рабочего органа (инструмента) – рабочий ход – быстрый отвод – остановка», в котором применяются
комбинированные аппараты, представляющие собой сочетание путевого распределителя, регулятора потока и обратного клапана. Схема гидропривода станка с устройством для автоматического управления по названному циклу приведена на рис. 2.
На быстрый подвод рабочего органа привод включается при подаче электрического сигнала в гидрораспределитель 2 с электромагнитным управлением. Переключение на рабочий ход выполняется
воздействием кулачка 4 на путевой гидрораспределитель комбинированного аппарата. При этом рабочая жидкость из штоковой полости гидроцилиндра 3 направляется в регулятор потока, настроенный
на заданную скорость движения выходного звена. Электрический
сигнал на реверс к распределителю 2 поступает от микропереключателя 5. Отвод инструмента выполняется быстро, так как поток жидкости поступает в штоковую полость цилиндра 3, минуя регулятор,
через обратный клапан.
Конструкция гидроприводов с цикловым управлением существенно упрощается при использовании малогабаритных электрических путевых переключателей (рис. 3).
4 4
3
2
1
3 3
2 2
Рис. 1. Схема автоматического гидропривода с периодическим возвратно1 1
поступательным движением: 1 – двухпозиционный
золотниковый распределитель
с ручным управлением; 2 – гидрораспределитель второй ступени с дроссельноклапанной плитой; 3 – двухпозиционный крановый распределитель; 4 – подвижные
упоры; 5 – цилиндр
102
Рис. 2. Схема гидропривода с устройством для автоматического управления по циклу «быстрый подвод – рабочий ход – быстрый отвод – остановка»: 1 – путевой
гидрораспределитель комбинированного аппарата; 2 – гидрораспределитель с электромагнитным управлением; 3 – поршень гидроцилиндра; 4 – кулачок; 5 – микропереключатель
103
Рис. 3. Схема гидропривода с электрогидравлическим цикловым управлением:
1 – трехпозиционный золотниковый двухступенчатый (двухкаскадный) гидрораспределитель с электромагнитным управлением; 2 – двухпозиционный золотниковый
гидрораспределитель с электромагнитным управлением; 3 – клапан последовательности; 4 – регулируемый дроссель; 5, 7 – конечные электрические переключатели;
6 – промежуточный электрический переключатель; 8 – гидроцилиндр
Конечные электрические переключатели 5 и 7 подают сигналы
к двухступенчатому (двухкаскадному) гидрораспределителю 1 с
электромагнитным управлением. Распределитель 2 с электрическим
управлением получает сигнал от промежуточного электрического
переключателя 6 и управляет клапаном последовательности 3. Регулируемый дроссель 4 настраивается на заданную рабочую скорость
движения выходного звена цилиндра 8.
Электрогидравлическая система управления приводом обеспечивает цикл «быстрый подвод – рабочий ход – быстрый отвод – остановка».
Задание 2
Разработать принципиальную схему гидропривода вращательного движения.
После разработки схемы студенты проверяют на стенде собранную гидросистему на работоспособность и по указанию преподавателя производят необходимые замеры и расчеты.
Пример возможного варианта схемы вращательного движения
для изучения практического использования различных гидроэлементов и регулирования скорости выходного звена гидропривода
приведен на рис. 4 (схема гидропередачи привода лебедки автокрана).
104
При подъеме груза распределители Р1 и Р2 перемещаются влево.
Рабочая жидкость от насоса Н подводится к распределителю Р1 и далее через обратный клапан КО к гидромотору М грузовой лебедки.
Одновременно рабочая жидкость через включенный распределитель
Р3 подается к предохранительному клапану КП, а затем через распределитель Р2 к гидроцилиндру тормоза Т. Происходит размыкание тормоза.
При опускании груза золотники распределителей Р1 и Р2 перемещаются вправо. Рабочая жидкость от насоса Н подводится к гидромотору М и далее через тормозной клапан КТ поступает в сливную
линию. Подвод жидкости к предохранительному клапану КП и гидроцилиндру тормоза Т осуществляется так же, как и при подъеме
груза.
Когда нарушается безопасная эксплуатация гидропередачи (например, крюковая подвеска подошла к головной части стрелы),
приборы безопасности снимают напряжение с электромагнита распределителя Р3. Золотник распределителя перемещается вниз, и
управляющая линия клапана КП и полость гидроцилиндра тормоза
соединяются с баком. Усилие сжатия пружины уменьшается. Жидкость от насоса под малым давлением поступает через клапан КП и
Т
М
КТ
КО
Р1
Р2
КП
Ф
Н
Р3
Рис. 4. Схема гидропередачи привода лебедки
автокрана
105
фильтр Ф на слив в бак. Таким образом, осуществляется разгрузка
насоса.
Одновременно в гидроцилиндре тормоза давление уменьшается до нуля и его шток под действием пружины перемещается вниз.
Тормоз замыкается, и движение груза прекращается. Вентиль (ВН)
предназначен для соединения напорной и сливной магистралей гидромотора при проверке тормоза грузовой лебедки, а также для опускания груза при выходе из строя привода лебедки.
Порядок работы на стенде
1. Подбирают сменные гидроаппараты и гибкие рукава в соответствии с выбранной схемой гидропривода. Установленные в зажимах
аппараты соединяют между собой гибкими рукавами согласно схеме. В свободные штуцеры коллекторов устанавливают металлические резьбовые пробки. Следует избегать чрезмерных усилий при
затяжке гаек резьбовых соединений.
2. Устанавливают и подсоединяют к электросхеме стенда концевые выключатели. После разрешения преподавателя включают блок
питания и кнопкой «Насос–пуск» – насосную станцию. Включают в
работу собранную схему. При обнаружении утечек жидкости отключают насосную станцию и блок питания. После устранения утечек
включение гидросхемы повторяют.
3. После проверки работоспособности собранной гидросхемы ее
разбирают в такой последовательности: отключают электропитание
стенда, отсоединяют гибкие рукава и рабочую жидкость сливают
из них и гидроаппаратов. Все освобожденные отверстия закрывают
пробками, гидроаппараты и конечные выключатели снимают.
4. Аварийное отключение стенда осуществляют кнопкой «Насосстоп» или выключением блока питания. Монтаж и демонтаж гидросистемы производят при отключенном блоке питания.
5. Включение стенда производят под наблюдением преподавателя. Проверку работы собранной гидросистемы осуществляют ее
кратковременным включением, в течение которого выявляют возможные утечки рабочей жидкости. Запрещается производить подтягивание резьбовых сопряжений (штуцеров, гаек и других соединений) во время работы стенда.
6. Во избежание попадания капель рабочей жидкости на одежду
во время монтажа заглушки штуцеров аппаратов и гибких рукавов
106
снимают непосредственно перед их соединением. При демонтаже
заглушки устанавливают обратно после слива жидкости из гидроаппаратов и рукавов на поддон стенда.
Содержание отчета по заданию 1
1. Гидравлическая схема насосной станции стенда, описание ее
работы.
2. Принципиальная гидравлическая схема, собранная на стенде:
характеристика гидроагрегатов и гидроаппаратуры, описание работы схемы.
3. Результаты замеров основных параметров при работе схемы:
скорость штока гидроцилиндра при выдвижении и втягивании, частота вращения вала гидромотора, давление в напорной и сливной
гидролиниях, температура рабочей жидкости.
4. Рассчитать расход жидкости (подачу), приводную и полезную
мощности, вращающий момент при работе гидросхемы. Привести
основные расчетные формулы.
5. Проанализировать значения полученных параметров гидросистемы при различных схемах включения дросселя: последовательно
и параллельно гидродвигателю.
6. Построить зависимость Q = f(Δр) для анализируемых схем
дроссельного регулирования выходного звена гидропривода. Привести выводы по лабораторной работе.
Содержание отчета по заданию 2
1. Принципиальная гидравлическая схема, собранная на стенде:
характеристика гидроаппаратуры, описание работы схемы. Результаты замеров основных параметров при работе: частота вращения
вала гидромотора, давление в напорной и сливной линиях.
2. Рассчитать расход жидкости (подачу), приводную и полезную
мощности, вращающий момент при работе гидросхемы. Привести
основные расчетные формулы.
3. Используя схему гидропривода автокрана (КС-45717 и др.), доработать исходную схему с целью обеспечения возможности регулирования скорости подъема и опускания груза (предусмотреть узел
регулятора гидромотора грузовой лебедки).
107
Занятие 11
СЛЕДЯЩИЕ ГИДРОПРИВОДЫ КОЛЕСНЫХ
МАШИН
Цель работы
Изучить состав, принцип работы и правила построения следящего гидропривода колесных машин. Уяснить требования, предъявляемые к рулевым усилителям, основные функции слежения и критерии
для оценки работы гидроусилителей.
Оборудование рабочего места
Элементы гидроусилителей рулевого управления автомобиля (автокрана) и строительной землеройной (землеройно-транспортной)
машины, схемы, плакаты, учебные пособия, монтажный стол, набор
инструментов.
Содержание работы
Следящим называется автоматически регулируемый объемный
гидропривод, в котором скорость выходного звена изменяется по
определенному закону в зависимости от задающего воздействия на
звено управления.
Требования, предъявляемые к рулевым усилителям: обеспечение
кинематического и силового следящего действия (кинематическое
следящее действие – пропорциональность между углом поворота
рулевого колеса и углом поворота управляемых колес; силовое следящее действие – пропорциональность между силой, приложенной
к рулевому колесу, и силой сопротивления повороту управляемых
колес); возможность управления машиной в случае поломки усилителя; минимальное время срабатывания; минимальное влияние на
108
стабилизацию управляемых колес; исключение возможности произвольного включения от толчков. Основные функции слежения гидроусилителя:
• по перемещению – αк = f1(φр.к);
• силе («чувство дороги») – αк = f2(Fр.к).
Здесь φр.к – угол поворота рулевого колеса; Fр.к – усилие, приложенное к рулевому колесу; αк – угол поворота управляемого колеса.
К этим функциям обычно добавляется способность поглощения
ударов и толчков, воспринимаемых управляемыми колесами машины со стороны дороги и передаваемых на рулевое колесо, что
повышает маневренность, курсовую устойчивость и безопасность
движения колесной машины. Однако наличие усилителя приводит к
усложнению конструкции рулевого управления и повышению стоимости, увеличению нагрузки деталей привода и большему износу
шин, ухудшению стабилизации колес.
Для слежения в усилителях применяют отрицательную обратную связь, передающую выходной сигнал на вход (к управляющему
элементу). Эта связь называется отрицательной, потому что воздействие, поступающее от нее на вход усилителя, противоположно по
знаку основному входному воздействию (движению рулевой сошки
и т. д.).
Таким образом, гидроусилитель рулевого привода – следящий гидрообъемный привод, обеспечивающий определенную зависимость
угла поворота управляемых колес αк от угла поворота рулевого колеса φр.к, облегчающий процесс управления и повышающий безопасность движения.
Схема усилителя с золотниковым осевым распределителем изображена на рис. 1; рабочее давление 6…10 МПа, время срабатывания 0,2…0,4 с.
При прямолинейном движении золотник 7 занимает в корпусе
распределителя 6 такое положение, при котором все три окна открыты (среднее или нейтральное положение). Рабочая жидкость поступает от насоса 1 через трубопровод 4 в камеры а и б распределителя,
откуда по трубопроводу 5 сливается в бачок 2 насоса. Установившееся в камерах а и б давление рабочей жидкости передается по трубопроводам 13 и 14 в полости А и Б цилиндра 16.
При повороте рулевого колеса 12 налево шток 9 переместит золотник 7 вперед в осевом направлении, сжимая пружину 8. Камера б отключается от сливного трубопровода 5 и соединяется только
109
Слив
αл
Р
φр.к φ
с
А
Б
Рис. 1. Обобщенная дифференциальная схема гидроусилителя рулевого управления:
1 – гидронасос (лопастной); 2 – бачок рабочей жидкости; 3 – предохранительный
клапан; 4 – напорные маслопроводы; 5 – сливной маслопровод; 6 – корпус распределителя; 7 – золотник; 8 – центрирующие пружины; 9 – шток золотника распределителя; 10 – рулевая сошка; 11 – рулевой механизм (рулевая пара); 12 – рулевое
колесо; 13, 14 – маслопроводы силового гидроцилиндра; 15 – рама автомобиля; 16 –
силовой гидроцилиндр; 17 – поршень гидроцилиндра; 18 – шток гидроцилиндра;
19 – рычаг поворотной цапфы управляемого колеса; 20 – поворотный рычаг (кулак);
21 – штанга (обратная связь); 22 – управляемое колесо; а, б – рабочие камеры гидрораспределителя; в, г – реактивные камеры гидрораспределителя; А, Б – штоковая и
поршневая полости силового гидроцилиндра; φр.к – угол поворота рулевого колеса;
φс – угол поворота сошки; αл – угол поворота левого колеса
с нагнетательным трубопроводом 4. Одновременно камера а будет
отключена от нагнетательного трубопровода и соединена только со
сливом 5. Давление рабочей жидкости в камере б гидрораспределителя, а также поршневой полости Б гидроцилиндра возрастет и
переместит поршень 17. При этом в увеличивающуюся полость Б
рабочая жидкость будет подаваться насосом, а из уменьшающейся
полости А она будет вытесняться поршнем в бачок насоса. Перемещающийся поршень повернет управляемое колесо 22 влево.
Одновременно вследствие наличия обратной связи через штангу 21
корпус распределителя 6 переместится в том же направлении, в
котором раньше был смещен золотник 7. Как только сливное окно
полости б в корпусе распределителя 6 откроется, давление рабочей
жидкости в полости А гидроцилиндра уравновесит действие сил на
поршень, он остановится, а поворот колеса влево прекратится.
Угол поворота управляемого колеса строго соответствует углу
поворота рулевого колеса (следящее действие по перемещению), то
110
есть угол поворота колеса αк = f(φр.к). Работа системы при повороте
рулевого колеса в другую сторону отличается тем, что роль камер а и
б распределителя меняется, а поворот осуществляется под действием давления в полости А цилиндра.
В рулевом управлении без гидроусилителя увеличение сопротивления повороту управляемых колес сопровождается возрастанием
усилия к рулевому колесу Fр.к, что создает у водителя «чувство дороги». Для имитации такого ощущения при управлении транспортным
средством с гидроусилителем в распределителе выполнены реактивные камеры в и г, в каждой из которых давление рабочей жидкости такое же, как в камерах а и б. При повороте разность давлений рабочей
жидкости в реактивных камерах создает осевую силу, действующую
на корпус 6 и золотник 7 гидрораспределителя. Осевая сила от золотника передается через рулевой механизм 11 на рулевое колесо 12,
что создает у водителя привычное для него «чувство дороги» (следящее действие по силе), то есть αк = f(Fр.к).
Когда осевая сила, действующая на корпус гидрораспределителя 6
от управляемых колес, меньше силы сжатия центрирующей пружины 8, распределитель в работу не включается. Таким образом,
благодаря установленным в гидрораспределителе центрирующим
пружинам исключается возможность включения в работу усилителя
под действием толчков со стороны колес или при внезапном выходе
воздуха из шины.
Поглощение ударов и толчков, воспринимаемых управляемыми
колесами со стороны дороги и передаваемых на рулевое колесо, повышает курсовую устойчивость движения транспортного средства
и снижает утомляемость водителя. Вместе с тем при применении
гидроусилителя несколько снижается стабилизация управляемых
колес, так как стабилизирующий момент на колесах должен преодолевать сопротивление жидкости в гидроусилителе. Гидронасос усилителя должен иметь производительность, которая обеспечивала
бы подачу в систему такого количества жидкости (даже при работе
двигателя на холостом ходу), чтобы получить угловую скорость при
вращении рулевого колеса как минимум 1,5 с–1. При более высоких
скоростях вращения коленчатого вала дальнейшее увеличение подачи рабочей жидкости в систему предотвращается посредством перепускного клапана.
Гидроусилитель с дозирующим гидромотором («гидроруль»)
представляет собой рулевую систему с дозирующим гидромотором,
111
включенным в силовой контур управления. При полнопоточной
схеме рулевой механизм выполнен в виде единого блока – рулевого
агрегата (интегральная схема). Достоинством схемы является компактность и сокращенное время срабатывания. Такие рулевые системы широко применяются на самоходных строительных, дорожных,
сельскохозяйственных машинах и пневмоколесных тракторах.
Основным параметром гидроруля является значение рабочего
объема подаваемой рабочей жидкости в гидроцилиндр за один оборот вала гидроруля. Этим параметром, в основном, определяется
выбор гидроруля для самоходной машины, так как от величины подаваемого объема зависит поток рабочей жидкости, поступающий
в исполнительный гидроцилиндр (гидроцилиндры), и полное число
оборотов рулевого колеса, необходимое для поворота управляемых
колес из одного крайнего положения в другое.
Гидрорули для самоходных машин небольшой мощности выполняются в виде моноблочной конструкции, состоящей из распределительного и дозирующего устройств, связанных между собой
и с валом гидроруля. Золотник распределительного устройства вращательного или вращательно-поступательного действия совершает
в процессе поворота вала гидроруля равное ему угловое перемещение.
Дозирующее устройство выполняется в виде планетарного гидромотора обратной связи, подключаемого распределительным устройством в гидролинию исполнительного гидроцилиндра. Это позволяет следящей по объему рулевой системе контролировать объем
рабочей жидкости, поступающей к исполнительному цилиндру. При
этом обеспечивается пропорциональность дозируемого объема жидкости угловому перемещению вала гидроруля.
Для пневмоколесных машин большой мощности применяются
рулевые механизмы, состоящие из трех блоков – гидроруля, называемого блоком управления, усилителя потока и приоритетного клапана, также объединенных понятием гидроруль и связанных между
собой, с источником питания, баком и исполнительными гидроцилиндрами только гидролиниями.
Назначение усилителя потока – пропорциональное увеличение
потока, поступающего от блока управления к исполнительным гидроцилиндрам.
Назначение приоритетного клапана – совместное питание рабочего оборудования и рулевой системы от общего насоса с преимуще112
ственным действием последней, а также ограничение предельного
давления в ней.
Такая конструкция рулевого механизма позволяет при небольших
габаритах и массе унифицированного агрегата (блока управления)
реализовать значительную мощность рулевой системы. Конструктивные особенности унифицированных гидрорулей дают возможность применять их единую конструкцию практически на всех колесных машинах, имеющих максимальную скорость движения не
более 60 км/ч.
Современные гидрорули выпускают в различных исполнениях: «открытый центр, без реакции»; «открытый центр, с реакцией»
и другие.
Схема рулевого управления пневмоколесного экскаватора с дозирующим гидромотором (гидрорулем) приведена на рис. 2. «Гидравлический руль» состоит из задающего, распределительного и согласующего устройств.
Задающее устройство включает рулевое колесо 7 и рулевой вал 8;
распределительное – золотник 9, который под действием водила 10
может совершать возвратно-поступательное и одновременно вращательное движение вдоль оси рулевого вала за счет винтовой передачи.
В состав согласующего устройства входят аксиально-поршневой
гидромотор 12, на валу которого закреплено солнечное колесо 13,
и планетарный редуктор, состоящий из корпус-шестерни 15 (неподвижное коронное колесо), сателлита 14, водила 10, соединенного
с золотником 9 распределителя.
Клапан дифференциальный 5 (или напорный золотник) – аппарат,
поддерживающий постоянный перепад давлений р1 – р2.
Рабочая жидкость подается насосом в распределительное устройство, золотник которого может находиться в одном из трех положений: нейтральном (соответствующем прямолинейному движению);
верхнем по отношению к рулевому колесу – правый поворот; нижнем по отношению к рулевому колесу – левый поворот.
При нейтральном положении золотника рабочая жидкость от насоса поступает через сливной канал гидрораспределителя на слив
в гидробак.
При повороте рулевого колеса вправо золотник 9 начинает подниматься вверх (к рулевому колесу) по винтовой поверхности рулевого
вала. При этом открывается канал подачи жидкости под давлением
113
αп
αл
0,5 Мс
Р43
0,5 Мс
Р21
Б
А
М
ГЗ
НП
р1
р2
в поршневую полость А цилиндра 16. Шток цилиндра выдвигается,
и колеса экскаватора рычагами и тягой рулевой трапеции CDEKL поворачиваются вправо. Рабочая жидкость, вытесняемая из штоковой
полости Б исполнительного цилиндра 16, поступает в гидромотор 12,
выходной вал которого начинает вращаться в сторону, противоположную повороту рулевого колеса, т. е. влево.
Сателлит 14, приводимый от солнечного колеса 13, установленного
на выходном валу гидромотора, при вращении опускает водило 10, а
вместе с ним и золотник вниз до тех пор, пока он не займет нейтральное положение. Жидкость из гидромотора через центральный коллектор 11 и распределитель при нейтральном положении его золотника
поступает на слив в бак, предварительно очищаясь в фильтре.
При повороте рулевого колеса влево золотник опускается вниз
(от рулевого колеса) по винту рулевого вала. Жидкость под давлением от насоса 6 через открывшийся канал распределителя подается
в гидромотор, выходной вал которого начинает вращаться вправо.
Сателлит 14 при вращении поднимает водило 10 с золотником до
тех пор, пока он не займет нейтральное положение. Из гидромотора
жидкость поступает в штоковую полость Б цилиндра 16. Его шток
втягивается, и колеса посредством рычагов и тяг рулевой трапеции
поворачиваются влево. Из поршневой полости А цилиндра 16 жидкость через сливной канал распределителя поступает через фильтр
в гидробак.
Момент сопротивления повороту управляемых колес машины,
Н · м:
ϕ0 Z13
,
3 pш1
где φ0 – коэффициент сцепления шин с дорогой при повороте колес
на месте, принимают φ0 = 0,9; Z1 – вертикальная реакция дороги на
управляемый мост, Н; рш1 – давление воздуха в шинах передней оси,
принимается 0,6…0,65 МПа.
Схема содержит преимущества усилителя интегрального типа,
когда все ее основные элементы (рулевой механизм, распределитель
и цилиндр) представляют собой один агрегат – гидроруль, при этом
насос и бачок рабочей жидкости располагаются отдельно.
Недостатком схемы гидроруля является нагружение его узлов
и деталей усилием цилиндра, что увеличивает износ и сокращает
ресурс работы.
φр.к
Рис. 2. Схема рулевого управления пневмоколесного экскаватора с дозирующим гидромотором (гидрорулем) при повороте налево (золотник распределителя показан
в нейтральном положении): 1, 3 – поворотные рычаги рулевой трапеции CDEKL;
2, 4 – поперечная и продольная тяги; l – плечо действия приводной силы Р43; lТ – плечо действия силы Р21, приложенной к поперечной тяге 2; 5 – клапан дифференциальный (напорный золотник); 6 – насос шестеренный; 7 – рулевое колесо; 8 – рулевой
вал; 9 – золотник; 10 – водило планетарного механизма; 11 – центральный коллектор; 12 – гидромотор; 13 – солнечное колесо; 14 – сателлит; 15 – корпус-шестерня
(неподвижное коронное колесо); 16 – цилиндр поворота колес; А, Б – поршневая и
штоковая полости цилиндра; М – манометр; Т – указатель температуры; φр.к – угол
поворота рулевого колеса; Мс – момент сопротивления повороту колес; αл, αп – углы
поворота колес; р1, р2 – давление на входе и выходе дифференциального клапана
114
Мсс =
М
115
Общий недостаток всех гидроусилителей – ухудшение (задержка)
стабилизации управляемых колес (вследствие гидросопротивления)
и некоторое увеличение износа шин (увеличение касательных боковых сил, особенно при повороте на месте). К тому же при движении на высоких скоростях усилие (рассчитанное для наиболее трудного режима поворота колес – на месте) снижается настолько, что
значительно уменьшается точность управления («чувство дороги»)
и ухудшается безопасность. Поэтому целесообразно, чтобы с увеличением скорости машины эффективность усилителя уменьшалась.
Основными критериями для оценки усилителей являются:
1. Силовая статическая характеристика – зависимость усилия
на рулевом колесе (Fр.к) от момента сопротивления повороту колес
(Мс) при отсутствии и при наличии усилителя: Fр.к = f(Мс).
2. Коэффициент эффективности – отношение усилия на рулевом колесе без усилителя к усилию на рулевом колесе при работающем усилителе (максимальное значение коэффициента находится
в диапазоне 10…15).
3. Показатели чувствительности: угол поворота рулевого колеса, необходимый для включения усилителя (определяется суммарным зазором в рулевом управлении и смещением при этом золотника гидрораспределителя), находится в пределах 10…15°; усилие на
рулевом колесе, необходимое для включения усилителя (принимается 20…50 Н);
4. Показатель реактивного действия – характеризует силовое
следящее действие усилителя, обеспечивающее чувство дороги:
Содержание отчета
1. Изобразить и описать работу схемы гидроусилителя рулевого
управления машины.
2. Требования, предъявляемые к рулевым усилителям, основные
функции слежения.
3. Проанализировать достоинства и недостатки рассмотренных
схем усилителей.
4. Привести основные критерии оценки усилителей и определяющие их формулы.
ρ = Fу / Мс,
где Fу – усилие, создаваемое усилителем, приведенное к рулевому
колесу; Мс – момент сопротивления повороту колес при работе усилителя.
5. Показатель обратного включения усилителя – усилие Fобр, передаваемое от колес (обратная связь), при котором усилитель может
включаться:
Fобр = Fso + Fт́р,
где Fso – усилие центрирующих пружин золотника; Fт́р – силы трения в рулевом механизме, приведенные к шаровому пальцу сошки
при передаче усилия от рулевой сошки к рулевому колесу.
116
117
системы, ускорительный клапан, кран включения вспомогательной
тормозной системы (ВТС), пневмоцилиндры ВТС, схемы, плакаты,
учебные пособия, монтажный стол, набор инструментов.
Занятие 12
АНАЛИЗ СХЕМ ПНЕВМОПРИВОДА КОЛЕСНЫХ
МАШИН
Цель работы
Ознакомиться с устройством и принципом построения схем
пневмопривода транспортно-технологических машин. Рассмотреть
основные параметры, их значения и формулы, определяющие характеристику и работу пневмопривода (давление, расход и скорость
движения воздуха, скорость перемещения поршня, механический
КПД, сила на штоке Fшт пневмокамеры, отношение d/D, зависимость
Fшт = f(Х), усилие Т возвратной пружины, температура Т2 (К) воздуха
в конце такта сжатия компрессора, теоретическая и действительная
подача Qт компрессора с кривошипно-шатунным приводом, объемный и механический КПД, массовая подача и полезная мощность
компрессора).
Оборудование рабочего места
Компрессор, осушитель, электромагнитный клапан регенерации;
обратный клапан, ресивер, датчик давления, датчик влажности воздуха, элемент фильтра, испаритель, пневмоцилиндр, пневмокамера,
тормозной кран, тормозная камера с пружинным энергоаккумулятором, кран сливной и отбора воздуха, клапан предохранительный,
кран пневматический, подпедальный тормозной кран, центральный
коллектор, включатель стоп-сигнала, камера тормоза колеса, клапан
тормоза прицепа, кран сливной, клапан быстрого оттормаживания,
клапан пневмогидравлический, головка соединительная, кран стеклоочистителя, регулятор давления, защитный пневмоклапан, двухсекционный подпедальный тормозной кран, клапан ограничения
давления, регулятор тормозных сил, кран стояночной тормозной
118
Содержание работы
В пневмоприводе колесных машин рабочим телом служит сжатый воздух (обычно давление составляет до 0,8 МПа), нагнетаемый
в ресивер компрессором с приводом от двигателя внутреннего сгорания или от электродвигателя.
Привод состоит из пневмодвигателя, аппаратуры и воздуховодов
и разделяется по типу пневмодвигателя на поршневые (цилиндры)
и диафрагменные (пневмокамеры). Оптимальная скорость исполнительного органа составляет 0,1…2 м/с. При меньших скоростях
возникают вибрации и неравномерность хода. Экономически целесообразно применение пневмопривода в механизмах с усилием до
30 кН и максимальным диаметром цилиндров 250 мм.
Автоматические системы подготовки сжатого воздуха. Для
качественной подготовки сжатого воздуха питающей частью пневмосистемы необходимо проводить осушку воздуха, причем наиболее
эффективно это достигается с использованием средств электронной
автоматики (рис. 1).
Для осушки сжатого воздуха используют в основном следующие
адсорбенты: силикагели, активную окись алюминия и цеолиты. Адсорбент ограничен в своей способности к поглощению влаги – она
снижается по мере увеличения количества поглощенной воды. Для
восстановления (регенерации) этой способности непосредственно
на мобильной технике в основном применяется способ холодной
(безнагревной) регенерации адсорбента путем обратной продувки
осушенного воздуха под малым давлением. Понижение давления
вызывает расширение осушенного воздуха, и парциальное давление
водяного пара в нем становится меньше, чем в порах адсорбента.
В результате содержащаяся в порах влага испаряется и удаляется
с потоком регенерирующего воздуха. Количество сжатого воздуха,
требуемого для такой регенерации, составляет 15…20 % от подачи
компрессора.
Электронный блок 9, получая информацию от датчиков 7 и 8,
регулирует электромагнитным клапаном 2 давление воздуха в ресивере 6 в заданных пределах, периодически разгружая компрес119
1
3
6
5
4
2
8
7
12
3
10
13
2
1
Рис. 1. Принципиальная схема системы подготовки сжатого воздуха с однокамерным осушителем с электронным управлением: 1 – компрессор; 2 – электромагнитный клапан компрессора; 3 – осушитель; 4 – электромагнитный клапан регенерации; 5 – обратный клапан; 6 – ресивер; 7 – датчик давления; 8 – датчик влажности
воздуха; 9 – электронный блок управления; 10, 11 – компараторы; 12 – логический
элемент «НЕ»; 13 – логический элемент «И»
сор, например, перепуская воздух из одного его цилиндра в другой.
В случае значительной влажности воздуха, поступающего в ресивер
от компрессора, сигнал от датчика влажности воздуха 8 поступает в
электронный блок, который в период разгрузки компрессора одновременно осуществляет регенерацию осушителя (например, гранул
силикагеля) путем переключения электромагнитного клапана 4 во
вторую позицию.
Для обеспечения надежной работы пневмопривода в зимних
условиях устанавливается противозамерзатель, обогащающий парами спирта или другими веществами сжатый воздух, что понижает
точку замерзания конденсата воды. На рис. 2 изображена питающая
часть пневмосистемы, содержащая испаритель, управляемый средствами электронной автоматики.
При работе компрессора 4 под нагрузкой забор воздуха из атмосферы осуществляется через нижний элемент фильтра 1, который
затем, проходя через испаритель 2 и электромагнитный клапан 3,
поступает к компрессору. Сжатый воздух от компрессора через регулятор 5 и обратный клапан 7 подается в ресивер 6. Электронный
блок, получая информацию от датчика давления 8, при достижении
верхнего предела регулирования обесточивает электромагнитные
клапаны 3 и 5, что приводит к разгрузке компрессора. В этом режиме работы компрессора забор воздуха из атмосферы осуществляется
через верхний элемент фильтра 1 напрямую к компрессору. Таким
120
4
7
9
11
9
6
5
8
Uвх
Uпор
Рис. 2. Автоматическая система управления противозамерзателя питающей части
пневмосистемы: 1 – нижний элемент фильтра; 2 – испаритель; 3 – электромагнитный клапан; 4 – компрессор; 5 – регулятор; 6 – ресивер; 7 – обратный клапан; 8 –
датчик давления; 9 – электронный блок управления
образом, система позволяет при работе компрессора под нагрузкой
включать испаритель в работу, а если компрессор работает без нагрузки, отключать его, чем достигается экономия спиртосодержащего вещества испарителя.
Рассмотренные средства автоматики повышают стабильность
характеристик и качество системы подготовки сжатого воздуха при
длительной эксплуатации мобильной техники, позволяя при этом
контролировать ее состояние.
Поршневой пневмопривод. В поршневом пневмоприводе рабочим органом, преобразующим энергию сжатого воздуха в усилие на
штоке, является поршень, перемещающийся в цилиндре. Особенности поршневого привода:
• величина хода поршня может быть любой в зависимости от
длины цилиндра;
• небольшая часть давления сжатого воздуха расходуется на преодоление силы трения;
• конструкция основного рабочего органа (поршня) сложнее диафрагмы из-за необходимости герметичности в подвижном соединении;
• габаритные размеры привода развиты в осевом направлении;
• высокие требования к чистоте обработки поршня и цилиндра;
• в эксплуатации наблюдаются случаи прилипания уплотнения
к цилиндру при длительных остановках в работе, особенно при малых диаметрах поршня, что может создавать трудности при пуске;
121
• стойкость на износ уплотнений поршня ниже работоспособности диафрагмы;
• наблюдаются утечки сжатого воздуха, которые возрастают
к концу срока службы уплотнений;
• стоимость изготовления поршневого привода выше диафрагменного.
Схема пневмоцилиндра приведена на рис. 3. Рабочим органом,
преобразующим энергию сжатого воздуха в усилие на штоке 3, является поршень 5, помещенный в цилиндре 4, герметично закрытом
крышками 1. Герметичное разделение рабочих полостей А и Б осуществляется с помощью специальных уплотнений 6, которые закреплены на поршне 5. Герметичность в полости Б, в месте выхода
штока, достигается также с помощью уплотнений 2.
Смазка трущихся поверхностей наносится при сборке, а также
осуществляется частицами масла, содержащимися в сжатом воздухе, поступающем от компрессора.
При расчете пневмоцилиндра задаются значения технологического усилия Rп.с (сила полезного сопротивления) и длина хода
поршня Х, определяющие основные конструктивные параметры
пневмопривода. Для обеспечения безударной и плавной работы
пневмоцилиндра назначают рабочую скорость перемещения поршня
vп = 0,2…1,0 м/с. В конце хода поршня необходимо предусматривать
торможение для снижения скорости до 0,05…0,1 м/с, что обеспечи-
А
вает безударную работу привода. Механический КПД пневмопривода составляет 0,85…0,95. Скорость движения воздуха в напорном
трубопроводе в среднем составляет 17 м/с (для жидкости скорость
в напорном трубопроводе vн рекомендуется не более 5…6 м/с).
Диафрагменный пневмопривод. Предпочтительно применяется
диафрагменный пневмопривод, осуществляемый пневмокамерами
с резинотканевой или резиновой диафрагмами.
На рис. 4 приведена конструкция пневмокамеры, представляющей собой силовой узел одностороннего действия, состоящий из
двух штампованных чашек 2 и 6, между которыми зажата резинотканевая диафрагма 4. При впуске сжатого воздуха в полость 5 диафрагма оказывает давление на опорный диск 3 штока 1 и перемещает его вниз. При обратном движении штока под давлением пружин 7
диафрагма становится выпуклой.
Величина усилия на штоке пневмокамеры изменяется по мере
движения штока и зависит от расчетного диаметра D, толщины диафрагмы, ее материала, а также диаметра d опорного диска. Обычно
выбирается такая длина хода штока, при которой на нем не происходит резкого изменения усилия.
Особенности диафрагменного пневмопривода:
• величина хода штока ограничена возможной деформацией диафрагмы и зависит от диаметра, толщины (4…10 мм) и материала,
из которого изготовлена диафрагма, привод очень чувствительный
к изменению управляющего сигнала;
Б
Рис. 3. Пневматический цилиндр: 1 – крышки; 2, 6 – уплотнения; 3 – шток; 4 – цилиндр; 5 – поршень; А, Б – рабочие полости (поршневая и штоковая)
122
Рис. 4. Пневмокамера: 1 – шток; 2, 6 – штампованные чашки: 3 – опорный диск; 4 –
диафрагма; 5 – полость; 7 – возвратная пружина; d, D – наружный диаметр опорного
диска и рабочий диаметр диафрагмы
123
• конструкция диафрагмы компактна, проще и дешевле поршня,
не требует высокой чистоты механической обработки (кроме штока), герметичность осуществляется неподвижным закреплением
диафрагмы в корпусе;
• работоспособность пневмокамеры выше, чем у пневмоцилиндра.
Сила Fшт, передаваемая на шток, тем больше, чем больше площадь опорного диска 3, и находится как произведение давления воздуха на величину площади:
Fшт = рвS3.
Однако увеличение площади опорного диска уменьшает ширину
гибкого пояса мембраны и, соответственно, рабочий ход штока Х.
Оптимальным считается отношение d/D = 0,7…0,75.
Величина усилия на штоке изменяется по мере движения штока Fшт = f(Х), в крайней точке хода штока усилие Fшт = 0, поэтому
обычно используют не более 3/4 полного возможного хода штока
пневмокамеры.
Расчет усилия (Н) на штоке Fшт пневмокамеры производят по
формуле
Рис. 5. Схема одноцилиндрового вертикального
одноступенчатого компрессора простого действия
с жидкостным охлаждением: 1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – рубашка для охлаждения цилиндра; 4 –
шатун; 5 – кривошип коленчатого вала; 6 – станина
(картер); 7 – всасывающий клапан; 8 – всасывающий патрубок; 9 – нагнетательный патрубок; 10 –
нагнетательный клапан; 11 – рубашка для охлаждения крышки; 12 – крышка (головка) цилиндра
Fшт = πd2рв / 4 – Т = 0,785d2рв – Т,
где Т – усилие возвратной пружины, Н.
Поршневой компрессор. Основные параметры компрессора:
число ступеней, кратность подачи, расположение осей цилиндров,
конструкция привода. Они обычно содержат встроенные системы
охлаждения, объединенные с двигателем, и смазки (рис. 5).
При движении поршня вниз давление в пространстве между
цилиндром и поршнем становится меньше, чем во всасывающем
патрубке, всасывающий клапан открывается и воздух попадает в
цилиндр. Когда поршень достигает крайнего нижнего положения,
давление в цилиндре и всасывающем трубопроводе практически выравнивается и клапан под действием пружины прижимается к седлу
и перекрывает отверстие, соединяющее полость цилиндра со всасывающим трубопроводом. В течение всего периода всасывания отверстие нагнетательного клапана закрыто. При движении поршня вверх
происходит сжатие воздуха в цилиндре, и когда давление его станет
больше давления в нагнетательном трубопроводе, нагнетательный
клапан откроется и воздух выталкивается из цилиндра в ресивер.
124
Температура воздуха в конце такта сжатия одноступенчатого
компрессора с воздушным охлаждением составит (К):
Т2 = Т1ε(k–1)/k = Т1ε0,29,
где k – показатель адиабаты для воздуха, k = 1,41.
Например, при t1 = 20 °С, р1 = 1,0 · 105 Па и расчетном значении
ε = 6,0 определить температуру воздуха в конце сжатия t2 и сравнить с допустимой температурой вспышки компрессорных масел
[t2] = 220…260 °С.
Т2 = (273 + 20)60,29 ≈ 533 К или t1 = Т2 – 273 = 533 – 273 = 260 °С.
То есть получили максимально допустимую степень сжатия одноступенчатого одноцилиндрового компрессора. При большей степени
сжатия ε применяют две и более ступени с предварительным охлаждением сжимаемого воздуха, или компрессор выполняют двухцилиндровым (автомобили ЗИЛ, МАЗ, КамАЗ, пневмоколесные экскаваторы ЭО-3323А и другие) с жидкостным охлаждением.
Средняя теоретическая подача Qт (м3/с) компрессора простого
действия с кривошипно-шатунным приводом:
Qт = πD2Sn/4,
где D – диаметр поршня, м; S – ход поршня, м; n – частота вращения
приводного вала, об/с.
125
Действительная подача будет меньше ввиду негерметичности системы, а также нагрева (и, следовательно, расширения) воздуха при
соприкосновении его с горячими поверхностями клапанов, стенок
цилиндра и поршня.
Действительная подача компрессора
Qд = λQт,
где λ – коэффициент подачи, λ = ηобλтλг.
Здесь ηоб – объемный КПД компрессора, объемный КПД автомобильных компрессоров может достигать 0,7; λт – термический коэффициент; λг – коэффициент герметичности. Объемный КПД компрессора находится по формуле ηоб = 1 – Vв(ε1/k – 1)/Vр, где Vв – объем
вредного пространства; Vр – рабочий объем цилиндра; k – показатель
адиабаты, для воздуха k = 1,41.
Массовая подача М = ρ1Qд, где ρ1 – плотность воздуха, кг/м3.
Полезная мощность компрессора при изотермическом процессе:
Nиз = АизМ.
Отношение Ni/Nв = ηм = 0,85…0,9 – механический КПД компрессора, учитывает трение в подшипниках и других трущихся парах;
Nв – мощность на приводном валу компрессора (потребляемая мощность).
Способы регулирования подачи компрессоров: изменяют частоту вращения привода; присоединяют дополнительное вредное пространство; дросселируют воздух на всасывающей линии; отжимают
клапаны.
Основные элементы и работа пневмопривода экскаваторов.
Пневматическая схема колесного экскаватора изображена на рис. 6.
Регулятор давления действует как разгрузочное устройство и обеспечивает постоянное давление воздуха в системе 0,69…0,78 МПа.
Воздушные баллоны (ресиверы) предназначены для устранения
пульсации сжатого воздуха в системе и обеспечения работы исполнительных устройств привода (пневмокамер), в том числе обеспечения действия тормозов самоходной машины во время буксировки на
прицепе за автомобилем-тягачом.
Предохранительный клапан установлен на одном из ресиверов
и отрегулирован на давление 0,81 МПа. Он служит для предохранения системы от повышения давления в случае неисправности регулятора давления.
126
Дифференциальный золотник диафрагменного типа (тормозной
подпедальный кран) предназначен для включения тормозных камер
колес. Количество проходящего через золотник воздуха, то есть скорость срабатывания тормозов, зависит от усилия нажатия на педаль
тормоза.
Клапан быстрого оттормаживания служит для быстрого выпуска воздуха из камер и сокращения времени срабатывания привода.
Он установлен в линии управления переключением коробки передач.
1
2
3
4
5
6 7
6
8
26
9
25
10
11
12
24
23
22
12
12
12 21 20
19 18 17 16 15 5 14
13
Рис. 6. Пневматическая схема экскаватора: 1 – манометр; 2 – включатель сигнала;
3 – кран сливной и отбора воздуха; 4 – клапан предохранительный; 5 – баллон воздушный (ресивер); 6 – кран пневматический; 7 – регулятор давления; 8 – компрессор; 9 – подпедальный тормозной кран; 10 – центральный коллектор; 11 – включатель стоп-сигнала; 12 – камера тормоза колеса; 13 – клапан тормоза прицепа;
14 – камера стояночного тормоза; 15 – кран сливной; 16 – трубка перекидная;
17 – клапан быстрого оттормаживания; 18 – камера включения переднего моста;
19 – камера переключения скоростей; 20 – клапан пневмогидравлический; 21 –
кран; 22 –шланг прицепа; 23 – головка соединительная; 24 – стеклоочиститель;
25 – сигнал пневматический; 26 – кран стеклоочистителя
127
Клапан тормоза прицепа используется для подключения пневмосистемы экскаватора через соединительную головку со шлангом
к пневмосистеме автомобиля-тягача при буксировке. Нажатием на
тормозную педаль автомобиля-тягача затормаживается буксируемый экскаватор.
В случае отрыва экскаватора при буксировке происходит его автоматическое торможение за счет понижения давления в питающем
шланге.
Функции тормозных пневмокамер на приведенной схеме (см.
рис. 6).
1. Управление колесными колодочными барабанными тормозными механизмами с разжимным кулаком (поз. 12 – 4 шт.) посредством
подпедального тормозного крана 9.
2. Управление постоянно замкнутым барабанным колодочным
стояночным тормозом (поз. 14 – 1 шт.). Тормоз крепится на корпусе коробки передач и действует задним разобщительным краном 6
на промежуточный вал коробки передач (то есть является трансмиссионным). После запуска дизеля, прежде чем начать движение, необходимо выключить стояночный тормоз задним пневматическим
краном 6. Включать тормоз следует только на стоянках и при перевозке экскаватора на железнодорожной платформе.
3. Включение переднего моста осуществляется пневмокамерой 18.
4. Переключение коробки передач (первая и вторая передачи)
производится пневмокамерой 19, то есть шток пневмокамеры имеет
два рабочих положения: под давлением воздуха и под воздействием
возвратной пружины.
Пневматический тормозной привод автокрана. Пневматический тормозной привод базового автошасси КамАЗ, используемого
для установки кранового оборудования, изображен на рис. 7.
Автокомпрессор 1 нагнетает воздух в ресиверы 5, 6, 7 через влагоотделитель 2 и защитный пневмоклапан 4, автоматически отключающий один из контуров при нарушении его герметичности, а также сохраняющий давление воздуха во всех контурах при нарушении
герметичности питающей магистрали. При достижении в системе
давления 0,8 МПа регулятор давления 3 сообщает нагнетательную
магистраль с атмосферой, прекращая подачу воздуха в ресиверы.
Когда давление в системе снизится до 0,65 МПа, регулятор перекрывает выход воздуха в атмосферу и компрессор снова нагнетает воздух в систему.
128
СТС ЗТС «Растормаживание»
ВТС
ТНВД
II
Атм
Атм
I
I
РТС
II
II
II
II
I
II
I
II
I
Рис. 7. Схема тормозного управления автомобиля КамАЗ (6 × 4.2): 1 – компрессор;
2 – влагоотделитель; 3 – регулятор давления; 4 – защитный пневмоклапан; 5, 6, 7 –
ресиверы; 8 – тормозной кран; I, II – первичный и вторичный контуры рабочей тормозной системы (РТС); 9 – клапан ограничения давления; 10 – тормозные камеры передних тормозных механизмов; 11 – регулятор тормозных сил; 12 – клапан
управления тормозной системой прицепа; 13 – соединительные головки; 14 – кран
стояночной тормозной системы; 15 – ускорительный клапан; 16а, 16б – тормозные
камеры и пружинные энергоаккумуляторы; ВТС – вспомогательная тормозная система; 17 – кран включения ВТС; 18, 19 – пневмоцилиндры с пружинным возвратом; 20 – рейка ТНВД; 21 – поворотная заслонка в выпускном тракте двигателя;
СТС, ЗТС – стояночная и запасная тормозные системы
Привод рабочей тормозной системы (РТС) – раздельно двухконтурный, приводит в действие колодочные тормозные механизмы передней оси («первичный» контур – I) и задней тележки автомобиля
(«вторичный» контур – II).
Управляется привод ножной педалью, связанной с двухсекционным тормозным краном 8. Исполнительными органами привода
РТС являются тормозные пневмокамеры 10 и 16а – соответственно
передних тормозных механизмов и аналогичные механизмы задней
тележки (контур II), оснащенные (каждый) пружинными энергоаккумуляторами 16б.
129
Схема, иллюстрирующая работу РТС передней оси, приведена на
рис. 8.
При отпущенной тормозной педали 1 впускной клапан 7 закрыт,
а выпускной 6 открыт, рабочая полость пневмокамеры Г через отверстие в седле 4 сообщается с атмосферой, колесный механизм расторможен.
При нажатии на педаль тормоза усилие от нее передается через
рычаг 2 и стакан 3 на седло 4, которое вместе с мембраной 5 перемещается вправо. Сначала выбирается зазор между седлом 4 и выпускным клапаном 6, после этого открывается впускной клапан 7
и сжатый воздух от ресивера (из полости В) поступает в рабочую
полость Б, соединенную с полостью Г пневмокамеры, что вызывает
затормаживание колесного механизма. Шток 11 через рычаг поворачивает разжимной кулак 12, который прижимает тормозные колодки
к зеркалу барабана, затормаживая его вместе с колесом. Кулак содержит червячный механизм ручной регулировки зазора Z. Слева на
диафрагму 5 следящего устройства действует приводная сила, завиГ
А
Б
сящая от усилия на педали, а справа – давление воздуха, установившееся в полости Б и соединенной с ней полости Г пневмокамеры.
Следовательно, следящее устройство тормозного крана устанавливает давление воздуха в тормозных пневмокамерах (то есть степень
открытия клапана 7) в зависимости от усилия на педали тормоза.
При отпускании педали («растормаживании» в процессе движения) диафрагма 5 под давлением воздуха переместится влево, выпускной клапан 6 откроется, а впускной 7 закроется, и воздух из
тормозной камеры 8 через полость А тормозного крана (следящего
устройства прямого действия – чем больше усилие на педаль тормоза, тем больше приводные силы Р1, Р2 в барабанном колодочном
тормозном механизме колес) выйдет в атмосферу.
Клапан ограничения давления 9 (см. рис. 7) уменьшает давление
воздуха в тормозных камерах передней оси при торможении с целью
обеспечения управляемости на скользких дорогах, а также для быстрого выпуска воздуха из тормозных камер при растормаживании.
Регулятор тормозных сил предназначен для автоматического регулирования давления воздуха, подводимого при торможении к тормозным камерам мостов задней тележки автомобиля в зависимости
от действующей осевой нагрузки (рис. 9).
В
А
рв
От тормозного
крана
Р2
РТС-1
ΔSvar = f(Q)
Δр22 = f(ΔS)
ΔР
Атм
Qmax
Атм
Рис. 8. Схема работы рабочей тормозной системы (первичный контур): 1 – педаль; 2 –
рычаг; 3 – стакан пружины; 4 – седло; 5, 9 – диафрагмы; 6, 7 – выпускной и впускной клапаны; 8 – пневмокамера; 10 – диск; 11 – шток; 12 – разжимной кулак; 13, 14 –
передняя и задняя тормозные колодки с фрикционными накладками; 15 – тормозной барабан; А, Б, В – атмосферная, рабочая и компрессорная полости тормозного
крана (следящего устройства); Г – рабочая полость пневмокамеры первичного контура; РТС-I – первичный контур рабочей тормозной системы; рв – давление воздуха
(от ресивера); nк – частота вращения колес; Z – зазор между накладкой и зеркалом
барабана; Р1, Р2 – приводные силы в механизме; Х1 – касательная реакция между
дорогой и колесом (тормозная сила)
130
В
Δр
ΔР22
Б
К тормозным
камерам
Qmin
Рис. 9. Схема регулятора тормозных сил автомобиля с тормозным пневмоприводом:
1 – корпус; 2 – мембрана; 3 – поршень; 4 – плоский клапан; 5 – впускное седло;
6 – подвижное выпускное седло; 7 – шаровая пята; 8 – торсионный вал; 9 – рычаг;
10 – поршень; 11 – клапан; А, Б, В – полости регулятора; р2, Δр2 – командное и
рабочее давления; Q, Qmax, Qmin – нагрузка на заднюю тележку автомобиля; ΔSvar –
проходное сечение
131
Он установлен на кронштейне, закрепленном на поперечине рамы
автомобиля. Между двумя частями корпуса 1 зажаты края мембраны.
В центре мембрана закреплена на нижней части поршня 3. В поршне
установлен плоский клапан 4, прижатый к впускному седлу 5 пружиной. Подвижное выпускное седло 6 опирается на шаровую пяту 7,
установленную на валу 8. На другом конце вала закреплен рычаг 9,
соединенный системой тяг с балками мостов тележки автомобиля.
Снизу к седлу прижат поршень 10, полость под которым соединена
с выводом А (подвод воздуха от тормозного крана). Вывод Б соединяется с тормозными камерами, а полость В – с атмосферой через
клапан 11. Положение подвижного седла в корпусе определяется пятой 7 в зависимости от прогиба рессор, то есть от нагрузки на задний
мост (тележку). При этом чем меньше прогнуты рессоры и чем ниже
опускается подвижное седло, тем больше разница в давлениях воздуха на выводах А и Б.
Таким образом, при меньшей загрузке автомобиля устанавливается меньшее давление воздуха в заднем контуре привода по отношению
к переднему. При растормаживании давление воздуха в полости А
падает, поршень 3 поднимается вверх, и воздух из тормозных камер
через выпускное седло 6 и полость В выходит в атмосферу.
Использование пружинного энергоаккумулятора (рис. 10) позволяет обеспечить рабочее, стояночное и запасное торможения, а также растормаживание тормозных механизмов колес.
При торможении рабочей тормозной системой сжатый воздух от
тормозного крана подается в полость Б над диафрагмой 5, которая
СTC PTМ
ЗTC
рРвв
А Б
PTC-II
Рис. 10. Схема тормозной камеры с пружинным энергоаккумулятором (вторичный
контур РТС – задняя тележка): 1 – толкатель; 2 – поршень; 3 – рабочая пружина;
4 – корпус энергоаккумулятора; 5 – диафрагма; 6 – диск; 7 – шток; 8 – корпус пневмокамеры; А, Б – полости энергоаккумулятора и пневмокамеры; рв – давление воздуха; РТС-II – вторичный контур рабочей тормозной системы; СТС, ЗТС – стояночная и запасная тормозные системы; РТМ – растормаживание колесного механизма
132
прогибаясь, воздействует на диск 6 и шток 7, поворачивающий рычаг с разжимным кулаком тормозного механизма. Таким образом,
торможение задних колес происходит так же, как и торможение передних с обычной тормозной камерой. При включении стояночной
или запасной (на ходу) тормозных систем, то есть при выпуске воздуха ручным краном из полости А, пружина 3 разжимается и поршень 2 перемещается вниз (на рис. 10 – вправо), через толкатель 1
принудительно затормаживая колесные тормозные механизмы задней тележки.
Запасная тормозная система предназначена для плавного снижения скорости или остановки движущегося автомобиля в случае
полного или частичного выхода из строя (одного из контуров) рабочей тормозной системы.
При растормаживании перед началом движения машины сжатый
воздух поступает в полость А каждого пружинного энергоаккумулятора задней тележки, воздействуя на поршень 2, сжимая пружину 3
и освобождая диафрагму 5 пневмокамеры 8, что дает возможность
штоку 7 тормозной камеры под действием пружины вернуться в исходное положение.
Ускорительный клапан (см. рис. 7, поз. 15) предназначен для сокращения времени срабатывания привода запасной тормозной системы за счет уменьшения длины магистрали выпуска воздуха из
энергоаккумуляторов в атмосферу. При нарушении герметичности
и снижении давления в ресивере стояночной тормозной системы
(СТС) воздух из полости А энергоаккумулятора уйдет в атмосферу
через поврежденную часть пневмопривода и произойдет автоматическое (аварийное) затормаживание автомобиля энергоаккумуляторами.
В качестве вспомогательной тормозной системы базового автомобиля применяется моторный тормоз-замедлитель, при включении
которого перекрываются выпускные тракты дизельного двигателя и
отключается подача топлива при включенных сцеплении и передаче
(перевод дизеля в режим компрессора). Вследствие обратного подпора (противодавления) газов в выпускном тракте происходит замедление вращения коленчатого вала двигателя и, соответственно,
торможение автомобиля при включенной трансмиссии.
Моторный тормоз-замедлитель («горный тормоз») автомобиля
КамАЗ приводится в действие краном 17 (см. рис. 7). Привод его исполнительных органов содержит три пневматических цилиндра 18
133
(1 шт.) и 19 (2 шт.) одностороннего действия с пружинным возвратом. В цилиндре 18 (диаметр 30 мм, ход поршня 25 мм) сила, действующая на поршень, передается на рычаг ТНВД и переводит его
рейку в положение остановки двигателя, выключая подачу топлива.
Дизель начинает работать в режиме компрессора. В двух рабочих
цилиндрах 19 (диаметром 35 мм и ходом поршня 65 мм) сила поршней передается на дроссельные заслонки, расположенные в выпускном тракте двигателя, перекрывая их и создавая противодавление на
выпуске двигателя. При сбросе давления в сервоцилиндрах поршни
возвращаются в исходное положение и выключается вспомогательная тормозная система (ВТС).
Содержание отчета
1. Изобразить и описать работу схемы пневмопривода заданной
машины.
2. Анализ работы схем системы подготовки сжатого воздуха
с однокамерным осушителем с электронным управлением и автоматической системы управления противозамерзателя питающей части
пневмосистемы.
3. Привести основные параметры, их значения и формулы, определяющие характеристику и работу пневмопривода (давление, расход, скорость воздуха, скорость и сила на штоке Fшт пневмокамеры,
зависимость Fшт = f(Х), температура Т2 (К) воздуха в конце такта
сжатия компрессора, теоретическая и действительная подача Qт компрессора, объемный и механический КПД, массовая подача, полезная мощность компрессора).
Занятие 13
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ УСТРОЙСТВ
ПНЕВМОАВТОМАТИКИ
Цель работы
Знакомство с основными типами пневматических устройств, применяемых при построении схем пневмоавтоматики. Изучение условных обозначений, правил подключения элементов и их маркировки.
Приобретение навыков разработки, сборки и отладки простых систем дискретной пневмоавтоматики на экспериментальном стенде.
Оборудование рабочего места
Стенд для сборки и испытания пневмосистем с компрессорной
станцией и блоком подготовки сжатого воздуха (разработчик – немецкая фирма FESTO), аппаратура пневмоавтоматики (клапан логического «И», клапан логического «ИЛИ», пневматические распределители, пневмоцилиндры, пневмокамеры, реле давления, реле
времени, датчики контроля положения, пневматические кнопки,
пневмолампочки и др.).
Содержание работы
Средства пневмоавтоматики включают: исполнительные устройства, датчики, распределители, вспомогательные устройства и модули системы управления. Распределители могут применяться как
входные элементы, логико-вычислительные элементы (процессоры)
или усилители мощности.
Линии (каналы) присоединения распределителей и клапанной
пневмоаппаратуры обозначаются буквами или цифрами, приведенными в табл. 1.
134
135
Таблица 1
Рабочие и управляющие пневмолинии (немецкая фирма FESTO)
DIN ISO Буквенная
Линии (каналы) присоединения
5599-3
система
1
Р
Линии (каналы) питания сжатым воздухом
2,4
А, В
Рабочие (выходные) линии (каналы)
3,5
R, S
Линии (каналы) выхлопа
10
Y
12
Y, Z
Подаваемый сигнал соединяет линию 1 с линией 2
14
Z
Подаваемый сигнал соединяет линию 1 с линией 4
81, 91
Pz
Пневматическое сервоуправление
Подаваемый сигнал закрывает проход от линии 1 к линии 2
ния работы исполнительного устройства системы может также использоваться маслораспылитель.
Фильтр удаляет из сжатого воздуха твердые включения и конденсат. Воздух подается через тангенциально расположенные в его
корпусе шлицевые отверстия. Под действием центробежной силы
капли жидкости и твердые частицы отделяются от потока воздуха
и собираются в нижней части корпуса.
Так как объем собранного конденсата не должен превышать максимально допустимый уровень, то конденсат должен периодически
сливаться из корпуса, иначе он будет снова вовлекаться в поток воздуха. Условные обозначения подсистемы снабжения сжатым воздухом приведены на рис. 2.
В зависимости от назначения все устройства, входящие в состав
пневматической схемы, подразделяются на следующие основные
уровни: энергетический, логико-вычислительный, исполнительный
и информационный.
Энергетический уровень представляет собой подсистему обеспечения сжатым воздухом всех остальных уровней системы. На
нем происходит регулирование давления, кондиционирование воздуха (удаление влаги, распыление масла, фильтрация, охлаждение),
общее подключение системы к пневматической сети, накопление
сжатого воздуха в ресивере.
Блок подготовки воздуха состоит из фильтра сжатого воздуха
(с влагоотделителем) и регулятора давления (рис. 1). Для обеспече-
Рис. 1. Блок подготовки воздуха
136
Рис. 2. Условные обозначения элементов подсистемы энергоснабжения: 1(Р) –
линия питания сжатым воздухом; 2(А) – рабочая (выходная) линия; 3(R) – канал
выхлопа воздуха
137
Регулятор давления – поддерживает заданное рабочее (выходное)
давление в системе независимо от колебаний давления в линии питания (входного давления) и потребляемого расхода воздуха.
Маслораспылитель – обогащает воздух дозированным количеством масла, если это необходимо для функционирования пневматической установки.
Логико-вычислительный уровень обеспечивает согласованность
действий всех исполнительных устройств системы.
Работа клапана «И» осуществляется с помощью золотника. Если
на вход клапана подается только один сигнал X1 или X2 (рис. 3), то
золотник смещается в одну или в другую сторону, перекрывая подачу воздуха, и на выходе элемента сигнал отсутствует. Если же будут поданы оба сигнала, то золотник займет нейтральное положение
и на выходе элемента появится сигнал А.
Элемент «ИЛИ» (рис. 4) также имеет два входа. Выходной сигнал А
появляется тогда и только тогда, когда имеется давление хотя бы на
одном входе.
К исполнительному уровню относятся цилиндры, моторы с элементами управления, а также управляющие устройства (распределители и клапаны).
Распределитель – запирает, открывает или изменяет направление
движения сжатого воздуха. Распределители различаются:
• по числу присоединенных линий (2-линейные, 3-линейные и т. д.);
• числу позиций переключения (2-позиционные, 3-позиционные
и т. д.);
• способу приведения в движение (с мускульным управлением,
с механическим управлением, с пневматическим или электрическим
управлением);
• способу возврата в исходное положение (с пружинным возвратом и с возвратом при помощи давления).
Рис. 3. Условное обозначение клапана логического «И»
Рис. 4. Логический элемент «ИЛИ»
138
Распределительные клапаны могут быть бистабильными или
моностабильными. Отличительной особенностью бистабильных
клапанов (рис. 5) является сохранение последнего положения даже
при отсутствии управляющего сигнала. Отсутствие или повторение
предыдущего сигнала не изменит состояния клапана до тех пор, пока
не будет подан сигнал обратной команды.
Управление моностабильным клапаном (рис. 6) осуществляется
с помощью только одного управляющего сигнала как для прямой команды, так и для обратной. При исчезновении поданного сигнала
клапан под действием пружины займет свое исходное положение.
Для исключения ошибок при монтаже схемы входы и выходы распределителей и клапанной аппаратуры маркируют согласно данным
табл. 1. Примеры обозначений линий присоединения распределителей с различными видами управления приведены на рис. 7.
Клапаны давления – поддерживают давление в пневматической
системе. Регулируются за счет изменения усилия предварительного
сжатия пружины.
Различают три типа клапанов давления (рис. 8): предохранительные, редукционные и клапаны последовательности давления (реле
давления).
Рис. 5. Пневматический 5/2-распределитель с двусторонним пневматическим
и вспомогательным ручным управлением (бистабильный)
Рис. 6. Пневматический 3/2-распределитель с односторонним пневматическим
управлением и пружинным возвратом (моностабильный)
139
Рис. 7. Обозначения и виды управления распределителей: прямое пневматическое
управление путем подачи давления и комбинированное управление – непрямое электрическое и вспомогательное ручное управление с пневмоусилением: 1(Р) – линия
питания сжатым воздухом; 2(А), 4(А), 2(В) – рабочие (выходные) линии (каналы);
3(R), 5(R), 3(S) – линии (каналы) выхлопа; 12(Z) – подаваемый сигнал соединяет линию 1 с линией 2; 10(Y) – подаваемый сигнал закрывает проход от линии 1 к линии 2;
91(Pz) – пневматическое сервоуправление; 14(Z) – подаваемый сигнал соединяет
линию 1 с линией 4; 12(Y) – подаваемый сигнал соединяет линию 1 с линией 2
в сети, т. е. в напорной магистрали компрессора. Проточная часть
такого клапана всегда открыта.
Пневматические модули, представляющие собой сочетание различных элементов, позволяют получать устройства с новыми функциями управления, например реле давления и клапан выдержки времени (реле времени).
В группу исполнительных устройств входят приводы, реализующие поступательное и вращательное движение выходного звена.
Устройства разделяют: на приводы поступательного движения (линейные приводы), к которым относятся цилиндры одностороннего
и двустороннего действия (рис. 9, а); приводы вращательного движения (ротационные приводы), включающие пневмомоторы и поворотные приводы (рис. 9, б).
а)
б)
Рис. 9. Линейный (а) и поворотный (б) цилиндры
Рис. 8. Клапаны давления
Предохранительные клапаны в напорной магистрали компрессора ограничивают до заданного значения давление в ресивере сжатого воздуха.
Редукционный клапан – поддерживает давление питания пневмосети на постоянном уровне независимо от колебания давления
140
Линейные исполнительные устройства изображены на рис. 10.
Если на условном обозначении цилиндра есть стрелка, то это означает, что демпфирование в конце хода регулируемое.
Вращательные приводы представляют собой пневмомоторы
с постоянной или регулируемой частотой вращения, а также поворотные пневмоцилиндры с нерегулируемым или регулируемым
углом поворота (рис. 11).
Информационный уровень содержит датчики и средства контроля текущего состояния исполнительного уровня. Входящие в него
устройства настраиваются на параметры, подтверждающие завершение операции технологического процесса устройством исполнительного уровня. К названному уровню относятся: реле давления
и времени, датчики контроля положения (конечные выключатели),
пневматические кнопки и лампочки.
Реле давления, или клапан последовательности (рис. 12), используется для контроля давления в системе или в полостях цилиндра.
Реле давления вырабатывает релейный сигнал на своем выходе, если
141
Рис. 11. Исполнительные устройства вращательного действия
давление на его входе достигает определенного уровня (уровня давления настройки).
Работа системы в этом случае будет продолжена только при достижении определенного уровня давления рх, на которое настроен
датчик. После этого датчик подаст необходимый сигнал для продолжения работы. Таким образом, если давление управления достигнет
заданного уровня, то в реле давления (см. рис. 12) переключится
3/2-распределитель. Если давление управления станет ниже давления настройки, то 3/2-распределитель переключится в исходное состояние.
Комбинация из дросселя с обратным клапаном, пневмоемкости
и 3/2-распределителя позволяет реализовать функцию выдержки
времени (рис. 13).
В зависимости от настройки дроссельного винта в емкость поступает больший или меньший расход воздуха. Реле времени используется в случае, когда необходимо задержать выполнение той
или иной команды. Принцип работы основан на настройке дросселя
на необходимую величину. При этом время наполнения камеры воздухом будет различно. Как только камера наполнится до давления
настройки пружины, 3/2-распределитель переключится.
Датчики контроля положения (конечные выключатели). С помощью таких датчиков можно контролировать, к примеру, крайние
положения поршня цилиндра (рис. 14). Для датчиков положения используются распределительные клапаны с роликом или толкателем.
Пневматическая кнопка предназначена для пуска в работу всей
системы или отдельных блоков, входящих в общую схему.
Кнопка представляет собой, как правило, пневматический моностабильный 3/2-распределитель с ручным управлением (рис. 15).
Кнопки могут быть с фиксатором (рис. 15, б), например, для много-
Рис. 12. Клапан последовательности (реле давления)
Рис. 13. Клапан выдержки времени (реле времени)
Рис. 10. Линейные исполнительные устройства (цилиндры)
142
143
Рис. 14. Общий вид и условное изображение датчиков контроля положения (конечных выключателей) – пневматического 3/2-распределителя с роликовым рычагом
и 3/2-распределителя с ломающимся роликовым рычагом
кратного отрабатывания системой заданного цикла, или без фиксатора (рис. 15, а), для единичного цикла.
Пневматическая лампочка используется в качестве индикатора
выполнения (невыполнения) той или команды. К примеру, при достижении штоком цилиндра своего крайнего положения лампочка
загорится зеленым цветом.
Кроме вышеназванных имеется ряд дополнительных узлов, представленных на схемах вспомогательными условными обозначениями (рис. 16).
Для правильного подключения элементов пневматической схемы
между собой и к источнику питания сжатым воздухом необходимо
учитывать маркировку каждого входа и выхода пневматического
оборудования (разработчик – немецкая фирма FESTO), руководствуясь табл. 1.
Пример взаимосвязи в пневматической системе элементов различного функционального назначения представлен на рис. 17.
а)
б)
Рис. 15. Условное обозначение пневматической кнопки: а – без фиксатора;
б – с фиксатором
144
Рис. 16. Вспомогательные условные обозначения
Рис. 17. Принципиальная схема пневматической системы управления: 0.1 – блок
подготовки воздуха (содержит воздушный фильтр, регулятор давления и манометр);
0.2 – 3/2-распределитель (пневмокнопка); 1.2, 1.4 – информационные (входные)
устройства – 3/2-распределители нормально закрытые с ручным управлением (распределители с кнопкой); 1.3 – 3/2-распределитель нормально закрытый с механическим управлением (с роликовым рычагом); 1.6 – логико-вычислительное устройство
(процессор) – перекидной клапан, выполняющий функцию логического элемента
«ИЛИ»; 1.1 – усилитель мощности – управляющий 5/2-распределитель с прямым
пневмоуправлением; 1.0 – исполнительное устройство (цилиндр)
145
Шток цилиндра 1.0 двустороннего действия должен выдвигаться при кратковременном нажатии пневмокнопки 0.2. После достижения крайнего положения шток цилиндра должен сразу вернуться
в исходное положение.
Распределитель 1.3, управляемый толкателем с роликом, установлен в том месте, куда перемещается полностью выдвинутый шток
цилиндра. На принципиальной схеме этот элемент изображен на
уровне ввода сигнала, а не там, где он расположен физически (физическое его расположение показано меткой, обозначенной также
1.3).
Маркировка и правила подключения устройств. Линии (каналы) присоединения распределителей и клапанной пневмоаппаратуры обозначаются буквами или цифрами (см. табл. 1).
Сборка схемы выполняется в четыре этапа.
1. Подключение питания (1 или Р) ко всем элементам схемы, требующим для нормальной работы подвода сжатого воздуха.
2. Подключение исполнительных устройств (пневмоцилиндров,
пневмомоторов) к соответствующим распределительным устройствам, а также подключение остальных устройств исполнительного
уровня (дроссели, клапаны быстрого сброса, редукционные клапаны).
3. Построение схем для команд управления, отвечающих за последовательность работы устройств в системе (на базе логических
уравнений для каждого функционального модуля).
4. Подключение к информационным устройствам (например,
к датчикам контроля положения, индикаторным пневмолампочкам),
перевод устройств в исходное положение, проверка правильности
подключения датчиков контроля, проверка последовательности выполнения логических команд, настройка параметров устройств (реле
давления, реле времени, дросселей и др.).
Включение оборудования производить только с разрешения преподавателя. При работе на стенде соблюдать правила техники безопасности.
2. Чем отличается бистабильный распределительный клапан от
моностабильного? Приведите примеры таких устройств на рис. 17.
3. Какую функцию выполняет реле времени? Нарисуйте условное
обозначение реле времени.
4. Какую функцию выполняет реле давления? Нарисуйте условное обозначение реле давления.
5. Назовите назначение и принцип работы элементов энергетического уровня пневматической схемы. Нарисуйте их условное обозначение на пневматических схемах.
6. Назовите назначение и принцип работы элементов логиковычислительного уровня пневматической схемы. Нарисуйте их
условное обозначение на пневматических схемах.
7. Назовите назначение и принцип работы элементов исполнительного уровня пневматической схемы. Нарисуйте их условное
обозначение на пневматических схемах.
8. Назовите назначение и принцип работы элементов информационного уровня пневматической схемы. Нарисуйте их условное обозначение на пневматических схемах.
9. Поясните работу схемы, изображенной на рис. 17.
Контрольные вопросы по работе
1. Назовите основные уровни распределения устройств, входящих
в состав пневмосхемы (см. рис. 17). Приведите пример устройств
каждого уровня.
146
147
Занятие 14
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МОДУЛИ СИСТЕМ
ПНЕВМОАВТОМАТИКИ
Цель работы
Изучение состава, принципа работы и правил построения функциональных модулей систем пневмоавтоматики. Получение навыков
создания пневмосхем с помощью функциональных модулей.
Оборудование рабочего места
Стенд для сборки и испытания пневмосистем с компрессорной
станцией и блоком подготовки сжатого воздуха (немецкая фирма
FESTO), аппаратура пневмоавтоматики (клапан логического «И», клапан логического «ИЛИ», пневматические распределители, пневмоцилиндры, пневмокамеры, реле давления, реле времени, датчики контроля положения, пневматические кнопки, пневмолампочки и др.).
в нем детали. Это достигается с помощью механических фиксаторов
и пневматических аккумуляторов в системе питания.
Должны применяться меры для снижения уровня шума, возникающего при сбросе воздуха в окружающую среду (использование
глушителя шума). Рекомендуется применять глушители шума с
маслофильтрами, отделяющими большую часть масляного тумана,
сбрасываемого из пневмоустройства в атмосферу.
Задание 1. Шток цилиндра двустороннего действия выдвигается
при нажатии пневмокнопки, при отпускании кнопки шток втягивается.
Для управления цилиндром двустороннего действия можно выбрать 5/2-распределитель (рис. 1) с ручным управлением.
В исходной позиции кнопка 5/2-распределителя 1.1 (см. рис. 1)
не нажата, штоковая полость цилиндра находится под давлением
и шток цилиндра втянут.
При нажатии на кнопку распределителя 1.1 воздух проходит от
канала питания 1(Р) к выходу 4(А) и, попадая в поршневую полость
цилиндра, заставляет его шток выдвигаться. При этом вытесняемый
из штоковой полости воздух через каналы 2(В) и 3(S) удаляется
в атмосферу.
При отпускании кнопки распределителя 1.1 пружина возвращает
его в исходное положение, при котором питание поступает на выход
2(В), а выход 4(А) через канал 5(R) сообщается с атмосферой. Шток
цилиндра втягивается.
Содержание работы
Пневматические установки с несколькими силовыми цилиндрами должны оборудоваться выключателем «Аварийный останов», который может выполнять следующие функции: отключение давления
питания, возврат всех исполнительных устройств в исходное положение или блокировка всех исполнительных устройств в текущем
положении.
При проектировании исполнительных устройств исключить возможность их случайного срабатывания (применение блокировки
в системе управления).
Отказ источника питания сжатым воздухом не должен приводить
к раскрытию зажимного устройства во время обработки зажатой
148
Рис. 1. Принципиальная схема прямого управления
цилиндром с 5/2-распределителем
149
Если кнопку отпустить, то движение сразу изменит направление
и шток втянется. Возможно изменение направления движения без
достижения поршнем его исходной или конечной позиции.
Задание 2. Шток поршня цилиндра двустороннего действия выдвигается полностью при нажатии на кнопку или на ножную педаль.
При достижении крайнего выдвинутого положения шток должен
начать втягиваться. Для опроса конечного положения используется
3/2-распределитель с управлением от рычага с роликом. Принципиальная схема установки приведена на рис. 2.
Логическая «ИЛИ»-функция выходных сигналов распределителей 1.2 и 1.4 реализуется с помощью перекидного клапана 1.6.
Рис. 2. Принципиальная схема станка с логической «ИЛИ»-функцией
150
При нажатии кнопки распределителя 1.2 или педали распределителя 1.4 на входах Х или Y перекидного клапана 1.6 появляется
сигнал. «ИЛИ»-условие выполняется и сигнал поступает на управляющий вход 14(Z) распределителя 1.1. Распределитель 1.1 переключается, в поршневую полость цилиндра поступает воздух под
давлением, и поршень выдвигается.
При отпускании управляющих распределителей (кнопки и педали) сигнал в канале управления 14(Z) распределителя 1.1 снимается.
Так как распределитель 1.1 обладает свойством памяти, то его положение не изменяется. Когда шток цилиндра полностью выдвинется,
то включится концевой выключатель 1.3 и сигнал поступит в канал
управления 12(Y) распределителя 1.1. Распределитель 1.1 переключится, и его шток втянется.
Если в процессе втягивания концевой выключатель 1.3 выключить, то можно изменить направление движения штока, нажав кнопку или педаль даже в том случае, если шток еще не достиг своей
исходной позиции.
Задание 3. Запрессовка соединений деталей с натягом производится на стенде при движении штока цилиндра двустороннего
действия с управлением по давлению. Выдвижение штока цилиндра
управляется нажатием кнопки, а его возврат в исходное положение
осуществляется автоматически, когда шток достигнет крайнего положения и давление в поршневой полости повысится до установленного значения. Достижение крайнего выдвинутого положения штока
контролируется концевым выключателем, управляемым от рычага с
роликом. Усилие запрессовки должно быть настраиваемым. Давление в поршневой полости цилиндра измеряется с помощью манометра.
Принципиальная схема стенда с управлением по давлению приведена на рис. 3. В исходном положении распределители 1.2 и 1.3
выключены, штоковая полость цилиндра находится под давлением
и шток втянут. Если это необходимо, то с помощью кнопок вспомогательного ручного управления распределителя 1.1 система может
быть установлена в исходное положение.
При воздействии на кнопку 1.2 подается сигнал в канал управления 14(Z) управляющего распределителя 1.1. Распределитель 1.1
переключается, в поршневую полость цилиндра подается давление и шток выдвигается. Если кнопку 1.2 отпустить, то положение
151
распределителя с двусторонним пневматическим управлением 1.1
не изменится, так как он обладает свойством памяти. Когда шток
полностью выдвинется, достигнув переднего конечного положения
(позиция прессования), то включится концевой выключатель 1.3.
Сработавший распределитель с роликовым рычагом 1.3 откроет проход воздуха к каналу 1(Р) клапана последовательности давлений 1.5.
Во время процесса прессования начинает подниматься давление в
поршневой полости цилиндра (контролируется по манометру). Когда это давление, подаваемое в канал управления 12(Z) клапана последовательности давлений 1.5, достигнет уровня настройки, включится 3/2-распределитель клапана последовательности давлений.
Управляющий распределитель 1.1 переключится и шток цилиндра
втянется. Во время процесса втягивания выключится концевой выключатель 1.3 и снимется сигнал в канале управления 12(Y) распределителя 1.1. При этом выключится клапан последовательности
давлений.
Задание 4. Для прижимания склеиваемых деталей друг к другу
используется цилиндр двустороннего действия. При нажатии на
кнопку шток поршня прессового цилиндра выдвигается. Когда пресс
прижмет деталь, он должен остаться в этом положении в течение
6 секунд, после чего шток должен автоматически вернуться в исходное положение. Начало нового цикла возможно только при условии
полного втягивания штока и сохранении этого положения в течение
5 секунд. За это время склеенные детали вручную вынимаются из
пресса, а на их место устанавливаются новые. Выдвижение штока
цилиндра должно происходить медленно, а втягивание относительно быстро, но с возможностью регулирования скорости.
Принципиальная схема стенда с клапаном выдержки времени
дана на рис. 4.
В исходном положении распределитель с роликовым рычагом 1.4,
находящийся под воздействием штока, включен и переключен клапан выдержки времени 1.6, т. е. на его выходном канале 2(А) имеется
сигнал.
Рис. 3. Принципиальная схема стенда с управлением по давлению
Рис. 4. Принципиальная схема с клапаном выдержки времени
152
153
Условиями старта системы являются:
• распределитель с роликовым рычагом 1.4 включен;
• клапан выдержки времени 1.6 переключен;
• кнопка пуска 1.2 включена.
Если концевой выключатель 1.4 продолжительно включен
(t = 5 с), то пневмоемкость клапана выдержки времени 1.6 уже наполнилась, а принадлежащий ему 3/2-распределитель переключился, что вызвало появление сигнала на входе Y клапана двух давлений 1.8.
При нажатии кнопки 1.2 выполняется «И»-условие на выходе
клапана двух давлений 1.8. На управляющий вход 14(Z) распределителя 1.1 поступает сигнал. Распределитель 1.1 переключается, в
поршневую полость цилиндра 1.0 подается давление и шток выдвигается. После начала выдвижения штока выключается концевой выключатель 1.4, пневмоемкость клапана выдержки времени 1.6 опорожняется через каналы распределителя с роликовым рычагом 1.4,
и 3/2-распределитель клапана 1.6 возвращается в исходное положение. «И»-условие на клапане двух давлений больше не выполняется.
С кнопки 1.2 снимается воздействие.
Когда шток полностью выдвинется, то включится распределитель с роликовым рычагом 1.3. Появится давление питания клапана
выдержки времени 1.5 и давление в его пневмоемкости начнет подниматься. Скорость возрастания давления настраивается встроенным в него дросселем. Если достигается давление срабатывания, то
переключается встроенный в клапан 3/2-распределитель и на управляющем входе 12(Y) распределителя 1.1 появляется сигнал. Распределитель 1.1 переключается и шток втягивается. После выключения
концевого выключателя 1.3 клапан выдержки времени возвращается
в исходное состояние.
Когда шток займет исходное положение, включится концевой выключатель 1.4. Давление в пневмоемкости клапана выдержки времени 1.6 начнет подниматься и через 5 с достигнет давления переключения. Встроенный в клапан 3/2-распределитель переключится.
Таким образом, система приходит в исходное состояние и может начинаться новый цикл.
Скорость штока настраивается с помощью винтов дросселей,
входящих в состав дросселей с обратным клапаном 1.01 и 1.02, осуществляющих дросселирование потока воздуха, вытесняемого из
полостей цилиндра в атмосферу.
154
Включение оборудования производить только с разрешения преподавателя.
Работа считается законченной, если собранная пневмосистема
действует в полном соответствии с условием задания.
Содержание отчета
1. Построение функционального модуля с использованием логических элементов «И» и «ИЛИ». Выполняемая функция: подача управляющей команды при выполнении заданного логического
условия. Исполнительное устройство – пневмоцилиндр двустороннего действия; управляющие устройства – 5/2-распределительный
клапан с пневматическим управлением, логические элементы, 3/2распределительные клапаны с ручным управлением.
2. Построение функционального модуля с использованием реле
давления. Выполняемая функция: контроль уровня давления, достаточного для выполнения операции. Исполнительное устройство –
нормально закрытое реле давления; управляющие устройства –
3/2-распределительные клапаны с двусторонним пневматическим
управлением, 3/2-распределительные клапаны с ручным управлением; индикация – пневмолампочки.
3. Построение функционального модуля с использованием реле
давления. Выполняемая функция: контроль уровня давления, недостаточного для выполнения операции. Исполнительное устройство –
нормально открытое реле давления; управляющие устройства –
3/2-распределительные клапаны с двусторонним пневматическим
управлением, 3/2-распределительные клапаны с ручным управлением; индикация – пневмолампочки.
4. Построение функционального модуля с использованием реле
времени. Выполняемая функция: задержка отключения сигнала на
заданный промежуток времени. Исполнительное устройство – нормально открытое реле выдержки времени; управляющие устройства –
3/2-распределительные клапаны с двусторонним пневматическим
управлением, 3/2-распределительные клапаны с ручным управлением; индикация – пневмолампочки.
5. Построение функционального модуля с использованием реле
времени. Выполняемая функция: задержка поступления сигнала на
заданный промежуток времени. Исполнительное устройство – нормально закрытое реле выдержки времени; управляющие устройства –
155
3/2-распределительные клапаны с двусторонним пневматическим
управлением, 3/2-распределительные клапаны с ручным управлением; индикация – пневмолампочки.
В отчете по каждому заданию приводятся пневматическая схема
функционального модуля с индексами элементов и описание ее работы.
Рекомендуемая литература
1. Автомобильный справочник / пер. с англ. – М.: За рулем, 2000. –
777 с.
2. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин:
учеб. пособие / А. Ф. Андреев, Л. В. Барташевич, Н. В. Богдан и др. –
Минск: Вышэйшая школа, 1987. – 310 с.
3. Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод: учеб. пособие / Т. В. Артемьева, Т. М. Лысенко, А. Н. Румянцева, С. П. Стесин.
– М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 336 с.
4. Богдан Н. В. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин: учеб. пособие / Н. В. Богдан. – Минск: Ураджай, 2002. –
426 с.
5. Губарев А. П. Мехатроника: от структуры системы к алгоритму управления: учеб. пособие / А. П. Губарев, О. В. Левченко. – К.:
КПИ, 2007. – 180 с.
6. Губарев А. П. Методические указания к лабораторным работам
по дисциплине «Дискретные системы управления гидропневмоавтоматики». Ч. 1. Пневмоавтоматика / А. П. Губарев, О. В. Левченко,
О. С. Ганпанцурова. – К.: КПИ, 2007. – 46 с.
7. Губарев А. П. Методические указания к лабораторным работам
по дисциплине «Программируемые контроллеры в системах управления гидропневмоавтоматики». Ч. 1 / А. П. Губарев, О. В. Левченко. –
К.: КПИ, 2005. – 48 с.
8. Нагорный В. С. Устройство автоматики гидро- и пневмосистем:
учеб. пособие / В. С. Нагорный, А. А. Денисов. – М.: Высш. шк.,
1991. – 367 с.
9. Пневмоавтоматика. Основной курс ТР101: учеб. пособие
Festo Didactic, Esslingen, 2000. – 145 с.
10. Подураев Ю. В. Мехатроника: основы, методы, применение:
учеб. пособие / Ю. В. Подураев. – М.: Машиностроение, 2007. – 256 с.
11. Руководство по эксплуатации и техническому обслуживанию
ЕТ 20.01.01.01.01.РЭ. Экскаватор полноповоротный одноковшовый
156
157
универс. гусеничный ЕТ-20. – Ковров: ООО «Экскаваторный завод
«Ковровец», 2006. – 93 с.
12. Строительные и дорожные машины. – 2001. – № 12. –
С. 13–18.
13. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 216-2000.00.000ТО. Экскаватор одноковшовый ЕТ-16. – Тверь: ОАО «Тверской экскаватор», 2006. – 84 с.
14. Чмиль В. П. Гидропневмопривод: монография / В. П. Чмиль;
СПбГАСУ. – СПб., 2010. – 176 с.
15. Чмиль В. П. Гидропневмопривод строительной техники. Конструкция, принцип действия, расчет: учеб. пособие / В. П. Чмиль. –
СПб.: Лань, 2010. – 320 с.
16. Чмиль В. П. Автотранспортные средства: учеб. пособие /
В. П. Чмиль, Ю. В. Чмиль. – СПб.: Лань, 2011. – 336 с.
17. Чмиль В. П. Гидропривод гусеничных экскаваторов и основы
его эксплуатации / В. П. Чмиль, С. В. Репин, К. В. Рулис; СПбГАСУ. –
СПб., 2011. – 131 с.
18. Чмиль В. П. Совершенствование эксплуатационных свойств
гидро- и аэромеханических систем транспортно-технологических
машин на этапе проектирования: монография / В. П. Чмиль. – СПб.,
2012. – 179 с.
158
Оглавление
Введение ........................................................................................................... 3
Лабораторная работа 1. Структурная схема объемного гидропривода........ 6
Лабораторная работа 2. Разработка гидравлической схемы и испытание
ее на стенде.................................................................................................. 17
Лабораторная работа 3. Изучение гидробаков и фильтров рабочей
жидкости....................................................................................................... 25
Лабораторная работа 4. Насосы и гидромоторы........................................... 38
Лабораторная работа 5. Гидроцилиндры и уплотнительные устройства... 50
Лабораторная работа 6. Гидрораспределители ............................................ 57
Лабораторная работа 7. Вспомогательное оборудование гидросистем...... 73
Лабораторная работа 8. Гидрообъемные трансмиссии................................ 86
Лабораторная работа 9. Гидродинамические (гидромеханические)
передачи........................................................................................................ 92
Лабораторная работа 10. Схемы гидроавтоматики возвратно поступательного и вращательного движения......................................... 101
Лабораторная работа 11. Следящие гидроприводы колесных машин...... 108
Лабораторная работа 12. Анализ схем пневмопривода колесных
машин ....................................................................................................... 118
Лабораторная работа 13. Принципы построения устройств
пневмоавтоматики..................................................................................... 135
Лабораторная работа 14. Функциональные модули систем
пневмоавтоматики..................................................................................... 148
Рекомендуемая литература............................................................................ 157
159
Учебное издание
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ГИДРОПНЕВМОПРИВОДУ
И ГИДРОПНЕВМОАВТОМАТИКЕ
Методические указания
Составитель Чмиль Владимир Павлович
Редактор О. Д. Камнева
Корректор М. А. Молчанова
Компьютерная верстка Н. И. Печукониса
Подписано к печати 27.12.14. Формат 60×84 1/16. Бум. офсетная.
Усл. печ. л. 9,3. Тираж 100 экз. Заказ. 206. «С» 88.
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.
190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.
Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.
160
161
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
6
Размер файла
10 031 Кб
Теги
chmil, laborat, prakt
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа