close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Chmil Gidropnevmoprivod

код для вставкиСкачать
В. П. ЧМИЛЬ
ГИДРОПНЕВМОПРИВОД
ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
МАШИН
В. П. ЧМИЛЬ
ГИДРОПНЕВМОПРИВОД
ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
МАШИН
Учебное пособие
Допущено УМО вузов РФ по образованию в области
транспортных машин и транспортно-технологических
комплексов в качестве учебного пособия
для студентов вузов, обучающихся по специальности
«Наземные транспортно-технологические средства»
(специализация «Подъемно-транспортные, строительные,
дорожные средства и оборудование»)
Санкт-Петербург
2016
УДК 556.556(075.8)
Рецензенты:
канд. техн. наук А. В. Зазыкин (СПбГАСУ);
д-р техн. наук, профессор П. В. Дружинин (Военная академия материально-технического обеспечения им. генерала армии А. В. Хрулева);
канд. техн. наук, доцент К. В. Рулис (Санкт-Петербургский государственный экономический университет)
Чмиль, В. П.
Гидропневмопривод транспортно-технологических машин : учеб.
пособие / В. П. Чмиль; СПбГАСУ. – СПб., 2016. – 220 c.
ISBN 978-5-9227-0605-6
Рассмотрено содержание дисциплины «Гидравлика и гидропневмопривод»
(модуль «Гидропневмопривод») для студентов, обучающихся по специальности
190109 «Наземные транспортно-технологические средства» по специализации
«Подъемно-транспортные, строительные, дорожные средства и оборудование».
Выполнен анализ конструкций гидро- и пневмопривода машин с рассмотрением
принципиальных схем и рабочих процессов. Дана характеристика рабочей жидкости гидросистем. Приведены общие сведения о гидромеханических передачах.
Проанализированы схемы гидропривода строительной техники.
В приложениях даны методика проектирования объемного гидропривода
бульдозера, характеристики устройств, используемых в гидро- и пневмоприводе,
а также краткая техническая характеристика строительной техники.
Предназначено для студентов вузов, обучающихся по специальности «Наземные транспортно-технологические средства» (специализация «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные средства и оборудование»).
Рекомендовано Редакционно-издательским советом СПбГАСУ
в качестве учебного пособия.
Ил. 113. Табл. 53. Библиогр.: 55 назв.
ISBN 978-5-9227-0605-6
© В. П. Чмиль, 2016
© Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет, 2016
4
Введение
Гидроприводом называется совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости, находящейся под давлением, с одновременным выполнением функций регулирования и реверсирования скорости движения
выходного звена гидродвигателя.
В объемном гидроприводе преобразование гидравлической энергии
жидкости в механическую работу выходного звена привода – штока гидроцилиндра или вала гидромотора – происходит при периодическом
изменении объема его рабочих полостей. Принцип действия объемного
гидропривода основан на малой сжимаемости жидкости и передаче приложенного в его гидролиниях давления (по закону Паскаля) всем точкам
жидкости и по всем направлениям одинаково.
Гидроприводы работают с высоким КПД, компактны, надежны в работе, легко оборудуются системами автоматизации управления, могут
работать с высокой частотой реверсирования и обеспечивают бесступенчатое регулирование скорости выходного звена в широком диапазоне. К достоинствам объемного гидропривода можно отнести легкость
управления и удобство компоновки рабочего оборудования по сравнению с механическим и электрическим приводами. Применение минеральных масел в качестве рабочих жидкостей также обеспечивает
смазку самих элементов гидропривода и снижает износ его узлов.
К недостаткам гидропривода можно отнести наличие внутренних
и внешних 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; высокую стоимость изготовления и сервиса.
В гидродинамической передаче (гидротрансформаторе) происходит
передача кинетической энергии от насосного лопастного колеса к турбинному колесу за счет круга циркуляции (тора) рабочей жидкости. Совместно с механической коробкой передач, позволяющей расширить
диапазон преобразования крутящего момента, гидротрансформатор образует гидромеханическую передачу.
5
Введение
Применение гидромеханических передач обеспечивает улучшенную
тягово-скоростную характеристику машин и снижение напряжений в ответственных деталях трансмиссии.
Одним из перспективных направлений развития гидропривода являются гидрообъемные трансмиссии с центральным процессорным управлением бортовыми системами выработки и передачи энергии для нового
поколения техники на основе использования подходов и методов мехатроники (механики, гидравлики и электроники).
В пневматическом приводе рабочим телом служит воздух, нагнетаемый в ресивер компрессором с приводом от двигателя внутреннего сгорания или от электродвигателя. Привод применяется для управления
тормозными и другими механизмами пневмоколесных машин и автомобильного транспорта. Его основные недостатки – увеличенное время
срабатывания по сравнению с гидроприводом и возможное замерзание
в системе водяного конденсата, что требует принятия дополнительных
мер по его предотвращению.
В современной технике широкое применение получили гидросистемы управления и регулирования, составляющие область техники под названием гидроавтоматика. Например, при точном профилировании поверхности асфальтоукладчиками, для создания уклонов и откосов при
работе автогрейдеров и бульдозеров применяются объемные гидроприводы с управлением посредством различных автоматических систем,
в том числе использующих лазерные излучатели.
В автоматике рассматриваются следующие виды приводов машин:
стабилизированный – регулируемый привод, в котором скорость движения выходного звена поддерживается постоянной; следящий – регулируемый привод, в котором скорость движения выходного звена изменяется по определенному закону в зависимости от задающего воздействия,
величина которого заранее не известна, и программный – регулируемый
привод, в котором скорость движения выходного звена изменяется по заранее заданной программе.
На нынешнем этапе перспективными являются адаптивные системы
автоматического управления машинами, использующие элементы нечеткой логики, подобно процессам мышления человека.
6
Глава 1. ОБЪЕМНЫЙ ГИДРОПРИВОД
МАШИН
1.1. Структурная схема объемного гидропривода
Объемный гидропривод машин служит для преобразования энергии
рабочей жидкости в механическую работу гидродвигателей поступательного (гидроцилиндры) или вращательного (гидромоторы) движения.
По типу циркуляции рабочей жидкости схемы привода делятся на разомкнутые и замкнутые. В гидроприводе с разомкнутой схемой циркуляции рабочая жидкость после совершения полезной работы возвращается в гидробак открытого (рис. 1.1) или закрытого (рис. 1.2) типов.
Насос 2 преобразует приводную механическую энергию вращательного движения в полезную гидравлическую энергию рабочей жидкости,
поступающей по напорной линии к гидроцилиндру. В гидросистемах
строительной техники предпочтительно используют насосы с так называемой отрицательной высотой всасывания (см. рис. 1.1), всасывающий
патрубок которых находится ниже уровня рабочей жидкости в гидробаке. Это способствует улучшению условий заполнения всасывающей камеры насоса при зимнем пуске и в процессе его работы.
Гидродвигатель преобразует гидравлическую энергию рабочей жидкости в механическую работу поступательного (гидроцилиндр 7) или
вращательного (гидромотор 1, см. рис. 1.2) движений.
Для изменения направления движения выходных звеньев гидродвигателей (штока гидроцилиндра или вала гидромотора) служит распределитель 6. В позиции распределителя, указанной на рис. 1.1, рабочая
жидкость поступает в поршневую полость А гидроцилиндра 7, и шток
совершает рабочий ход. При перемещении золотника влево (для этого
на схеме надо мысленно передвинуть правый квадрат на место левого,
оставляя на месте подведенные к нему гидролинии), рабочая жидкость
от насоса поступает в штоковую полость Б гидроцилиндра, и поршень
перемещается влево (обратный ход). Перемещение золотника распределителя в одну из рабочих позиций осуществляется путем попеременного включения электромагнитов (соленоидов) (см. рис. 1.1).
7
Глава 1. Объемный гидропривод машин
А
Б
Vшт
р1
р2
7
6
8
5
4
10
9
11
3
2
1
Рис. 1.1. Принципиальная схема гидропривода возвратно-поступательного
движения с разомкнутой схемой циркуляции рабочей жидкости и гидробаком открытого типа: 1 – привод насоса (от двигателя внутреннего сгорания
или электродвигателя); 2 – насос; 3 – предохранительный (переливной) клапан; 4 – манометр; 5 – включатель манометра; 6 – распределитель; 7 – гидроцилиндр; А, Б – поршневая и штоковая полости; р1, р2 – напорное и сливное
давления; Vшт – скорость штока; 8 – регулируемый дроссель; 9 – магистральный фильтр; 10 – перепускной клапан; 11 – гидробак (отрицательная высота
всасывания – насос расположен под баком)
В нейтральной (средней) позиции распределителя полости А и Б гидроцилиндра заперты и отсоединены от насоса и гидробака.
Максимальное давление рабочей жидкости в гидросистеме ограничивается настройкой пружины предохранительного клапана 3.
8
1.1. Структурная схема объемного гидропривода
Регулируемый дроссель 8 (изменяет площадь проходного сечения)
включен на выходе из гидроцилиндра в сливной линии. При дроссельном регулировании скорости выходного звена часть расхода жидкости
нерегулируемого насоса 2 отводится через клапан 3 на слив в гидробак 11. За счет сокращения расхода жидкости, подаваемой к гидроцилиндру, скорость его штока уменьшается. При полном закрытии дросселя
вся подача насоса направляется через клапан 3 на слив, а скорость штока
равна нулю. Так как дроссельное регулирование основано на изменении
величины потерь расхода жидкости, то оно применяется при малых полезных мощностях гидропривода – обычно до 5 кВт. При большей мощности насоса применяют объемно-дроссельное или объем­ное регулирование скорости выходного звена гидродвигателя.
Фильтрацию жидкости на линии слива осуществляет фильтр 9. При
его засорении перепад давления на фильтре увеличивается, что вызывает открытие перепускного клапана 10, который сначала частично, а затем
полностью пропускает поток жидкости мимо фильтра в гидробак.
В схеме гидропривода вращательного движения с разомкнутой циркуляцией жидкости и гидробаком закрытого типа (см. рис. 1.2) улучшаются условия всасывания жидкости из бака за счет применения
принудительного наддува его наджидкостной поверхности. Этим предотвращается кавитация в насосе, в частности при его зимнем пуске.
1
5
2
4
3
Рис. 1.2. Схема гидропривода вращательного движения с разомкнутой циркуляцией жидкости и гидробаком закрытого типа: 1 – гидромотор; 2 – распределитель; 3 – гидробак; 4 – регулируемый насос; 5 – предохранительный клапан
9
Глава 1. Объемный гидропривод машин
Под кавитацией понимается местное выделение из жидкости в зонах
пониженного давления паров и газов (вскипание жидкости) с последующим разрушением выделившихся парогазовых пузырьков при попадании
в зону повышенного давления. Разрушение пузырьков сопровождается
местными гидравлическими микроударами, нарушающими нормальный
режим работы гидросистемы.
Схемы гидропривода с разомкнутой циркуляцией отличаются простотой, надежностью работы и более низкой стоимостью.
В замкнутой схеме гидропривода рабочая жидкость нагнетается насосом в гидромотор, а из него возвращается по сливной гидролинии непосредственно во всасывающую полость насоса, минуя гидробак (рис. 1.3),
таким образом, с атмосферой гидросистема не сообщается.
a
1
2
3
5
4
6
4
b
Рис. 1.3. Схема гидропривода вращательного движения с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости: 1 – регулируемый основной насос; 2 – вспомогательный насос подпитки; 3 – переливной клапан подпитки; 4 – обратные клапаны
подпитки; 5 – предохранительные клапаны; 6 – регулируемый гидромотор;
a, b – гидролинии
В связи с объемными потерями в насосе и в гидромоторе во всасывающую гидролинию насоса жидкости поступает меньше на величину утечек, отводимых по дренажной линии в гидробак. Гидропривод с замкнутой циркуляцией должен быть постоянно заполнен рабочей
жидкостью, иначе в системе возникнет чрезмерно низкое давление
и разрыв потока, который приведет к кавитации и отказу системы. Для
10
1.1. Структурная схема объемного гидропривода
компенсации утечек жидкости устанавливают насос подпитки 2, который под давлением 0,7…1,5 МПа [47] нагнетает жидкость в гидролинию низкого давления, давление в линии подпитки определяется
настройкой переливного клапана 3. Таким образом, в замкнутом контуре осуществляется постоянный обмен жидкостью и ее охлаждение.
Предох­ранительные клапаны 5 установлены так, что защищают гидролинии a и b от высоких давлений как при прямом направлении движения жидкости, так и при реверсировании, когда сливная гидролиния
становится напорной.
Гидроприводы с замкнутым потоком чаще применяют в механизмах вращательного движения: барабана автобетоносмесителя, привода грузовой лебедки крана, в буровых установках, для привода ходового механизма с двумя или четырьмя колесами, в самоходных
катках и т. д.
Преимущества схемы гидропривода с замкнутой циркуляцией заключаются в хорошей защищенности рабочей жидкости от попадания пыли
и грязи, простоте реверсирования, компактности, а недостаток – в худших условиях охлаждения и очистки рабочей жидкости.
Объемная гидропередача (трансмиссия) представляет собой бесступенчатую передачу, в которой двигатель внутреннего сгорания
приводит в действие насос, соединенный трубопроводами с гидромоторами, валы которых связаны с ведущими колесами машины. Давление рабочей жидкости, создаваемое насосом, реализуется в виде
момента на валах гидромоторов хода. Используемые аксиальнопоршневые гидромашины обладают свойствами реверсивности и обратимости.
Объемные гидропередачи разделяют на однопоточные и двухпоточные. Варианты схем однопоточных объемных гидропередач для колесных и гусеничных машин приведены на рис. 1.4 и 1.5.
Радиально-поршневые гидромоторы используются для передачи
больших моментов при малой частоте вращения вала, поэтому в гидропередаче машин их устанавливают непосредственно в ведущих колесах.
В двухпоточных объемных гидропередачах поток мощности разделяется на две параллельные ветви – гидравлическую и механическую, которые затем объединяются в единый поток (рис. 1.6). Применение таких
передач позволяет несколько повысить КПД, однако их недостатком является усложнение конструкции и повышение стоимости.
11
Глава 1. Объемный гидропривод машин
1
2
3
3
Рис. 1.4. Схема однопоточной объемной гидропередачи для колесной машины
с нерегулируемыми гидромоторами на каждое ведущее колесо: 1 – двигатель;
2 – регулируемый гидронасос; 3 – нерегулируемый гидромотор
1
2
3
3
4
Рис. 1.5. 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 гусеничного хода
12
Контрольные вопросы
1
4
2
5
3
6
8
9
7
Рис. 1.6. 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)
Таким образом, основным преимуществом гидрообъемной передачи является бесступенчатое изменение передаточного отношения
и момента. Это обеспечивает малые скорости для плавного трогания
машины, повышает проходимость машины в результате подвода непрерывного потока мощности к ведущим колесам и плавного изменения передаваемого момента. В то же время гидрообъемная трансмиссия, по сравнению с механической (ступенчатой), имеет большие
габаритные размеры и массу, меньшие КПД (0,75…0,85) и долговечность, более высокую стоимость и требует надежных уплотнителей [48].
Контрольные вопросы
1. Назначение и область применения объемного гидропривода. Его
достоинства и недостатки. Классификация по типу циркуляции рабочей
жидкости.
13
Глава 1. Объемный гидропривод машин
2. Схема гидропривода возвратно-поступательного движения с разомкнутой схемой циркуляции жидкости с гидробаками открытого и закрытого типов.
3. Гидропривод с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости. Его
преимущества и недостатки по сравнению с разомкнутой схемой гидропривода.
1.2. Гидробаки и фильтры рабочей жидкости
Гидробак закрытого типа (рис. 1.7) служит для хранения, очистки и охлаждения рабочей жидкости гидросистемы, а также выделения из нее воздуха. На его верхней крышке установлен клапан-сапун 12, а в самом баке
расположены сливной фильтр 11 и датчик сигнализатора аварийно низкого уровня жидкости.
Днище гидробака снабжено штуцером 5 для слива рабочей жидкости.
Перед снятием крышек бака или разъединением трубопроводов, соединенных с баком, необходимо осторожно отвернуть клапан-сапун 12 для
снятия избыточного давления воздуха в гидробаке.
Клапан-сапун служит для соединения полости гидробака с атмосферой и для поддержания в нем небольшого избыточного давления, равного 0,075 МПа [41]. Если давление воздуха в баке становится ниже атмо­
сферного (при понижении уровня жидкости или остывании воздуха в баке
после окончания работы), открывается впускной клапан и наружный воздух через фильтр поступает в бак. Если давление воздуха в гидробаке превысит давление, установленное пружиной, откроется выпускной клапан
и воздух из гидробака выйдет наружу.
Сливная и всасывающая полости бака разделены перегородкой, благодаря чему во всасывающую полость попадают верхние, более чистые
слои жидкости. В нижней части бака установлен магнитный улавливатель, отделяющий ферромагнитные частицы из рабочей жидкости. Для
контроля уровня жидкости в гидробаке имеется маслоуказатель.
Слив жидкости в гидробак не должен вызывать вспенивания, для этого
сливной патрубок располагается ниже уровня жидкости в баке. При образовании пены происходит понижение смазывающих свойств масел, повышается коррозия металлических деталей гидроагрегатов и окисление
самого масла. Для исключения барботажа (интенсивного перемешивания) и вспенивания жидкости на вводной трубе устанавливают сетчатое
14
Рис. 1.7. Гидробак гусеничного экскаватора ЕТ-26: 1 – сварной корпус; 2, 3, 4 – крышка; 5 – штуцер; 6 – болт;
7 – винт; 8 – шайба; 9, 10 – кольцо; 11 – магистральный фильтр; 12 – сапун
1.2. Гидробаки и фильтры рабочей жидкости
15
Глава 1. Объемный гидропривод машин
устройство (насадок) для гашения скорости жидкости, поступающей
из сливного трубопровода.
Фильтры служат для очистки рабочей жидкости гидросистемы от механических примесей. Два фильтра (рис. 1.8), встроенные в гидробак,
очищают жидкость, поступающую по сливной магистрали в процессе работы системы (пропускная способность каждого фильтра – 180 л/мин).
В корпусе фильтра устанавливается перепускной клапан 7.
При увеличении перепада давления 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 [51].
Обозначение фильтра: первая цифра – тип (одинарный или сдвоенный); вторая цифра – исполнение элемента (цилиндрический или дисковый); третья и четвертая цифры – условный проход, мм; пятая и шестая
цифры – номинальная тонкость фильтрации, мкм.
Например: фильтр типа 1, исполнения 1, с условным проходом 32 мм
и тонкостью фильтрации 25 мкм обозначается – 1.1.32-25.
5
6
7
8
9
4
3
10
11
2
1
Рис. 1.8. Фильтр магистральный с фильтроэлементами 55P-661А-1-06 или
Реготмас 661-1-05 экскаватора ЕК-14: 1 – пружина; 2 – шайба; 3 – элемент
фильтрующий; 4, 5 – кольца; 6 – крышка; 7 – клапан перепускной (переливной); 8 – пробка; 9 – кольцо уплотнительное; 10 – шайба промежуточная;
11 – корпус
16
Контрольные вопросы
В приводе гидромотора для его нормальной работы необходимо поддержание определенного давления в сливной линии. Для этого на линии
слива устанавливается обратный (подпорный) клапан.
Рекомендуется использовать механизированные системы заправки
с подачей до 100 л/мин, снабженные фильтром с тонкостью фильтрации не менее 25 мкм. Установившуюся температуру жидкости в баке рекомендуется принимать до 70 ºС. Практически приемлемой температурой жидкости в гидросистеме является 50…60 ºС [41]. Теплообменники
устанавливают, как правило, в сливной магистрали.
Для охлаждения рабочей жидкости на экскаваторах предусмотрена
маслоохладительная установка, смонтированная в сливной магистрали
гидропривода. В состав маслоохладительной установки входят калорифер 8 с пристыкованным к нему диффузором 7, на котором смонтированы крыльчатка 6 и приводной гидромотор 5 (рис. 1.9).
Рис. 1.9. Маслоохладительная установка: 1 – кольцо; 2, 4 – штуцер;
3 – прокладка; 5 – гидромотор 310.12; 6 – крыльчатка; 7 – диффузор;
8 – калорифер; 9, 10 – шайба
Контрольные вопросы
1. Требования к конструкции и область применения гидробаков открытого и закрытого типов гидроприводов строительных машин.
2. Конструкция и принцип действия фильтрующих элементов. Пример условного обозначения фильтра рабочей жидкости.
3. Маслоохладительная установка: конструкция и работа.
17
Глава 1. Объемный гидропривод машин
1.3. Насосы и гидромоторы
Шестеренные насосы получили широкое распространение для питания гидросистем бульдозеров, гидроразмыкателей тормозов хода гусеничных экскаваторов, гидросистем рулевого управления колесных
машин, гидроаккумуляторов, механизированной заправки гидробаков и т. д.
Они допускают высокую частоту вращения приводного вала и кратковременные перегрузки по давлению. Основной их недостаток: трудность
регулирования подачи и сравнительно низкий КПД при высоких значениях давления и температуры рабочей жидкости.
Шестеренные насосы выполняются с внешним и внутренним зацеплением. Наиболее распространены насосы первого типа как наиболее технологичные в изготовлении (рис. 1.10).
b
р2
O1
O2
S
р1
Рис. 1.10. Принцип действия шестеренного насоса внешнего зацепления:
p1, p2 – давление всасывания и нагнетания; О1, О2 – оси вращения; S – площадь
впадины между зубьями; b – ширина зуба шестерни (зубчатого колеса)
При вращении шестерни и колеса, жидкость, заключенная во впадинах между зубьями, переносится по стенкам корпуса из камеры всасывания в камеру нагнетания и затем вытесняется в напорную линию зубьями,
вступающими в зацепление. Таким образом, перенос жидкости при работе осуществляется впадиной, объем Vвп каждой из которых, принадлежащих шестерне (или зубчатому колесу), составит:
Vвп′ = Sb,
где S – площадь впадины между зубьями;
b – ширина зуба шестерни (то же – зубчатого колеса).
18
(1.1)
1.3. Насосы и гидромоторы
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 колеса, то общий объем одной впадины шестерни и ведомого колеса равен 2Vвп′ = 2Sb.
Таким образом, действительная подача Qн «двухшестеренного» насоса приближенно определится по формуле
Qн ≈ 2Vвп′znнηо · 10–6 = V0nнηо · 10–6, м3/с,
(1.2)
где z – число зубьев шестерни (равно числу зубьев колеса);
nн – частота вращения шестерни (зубчатого колеса), об/с;
2Vвп′z – рабочий объем насоса (V0), см3/об;
ηо – объемный КПД, учитывающий потери на перетекание жидкости
через зазоры (для шестеренных насосов равен 0,92…0,95).
Основным параметром характеристики гидронасоса является его рабочий объем V0 – объем вытесняемой жидкости (в справочных таблицах
приводится в см3) за один оборот его приводного вала.
В гидроприводе изучаемых машин применяются шестеренные насосы НШ с рабочим объемом 10, 32, 50, 71, 100 и более см3/об.
Насосы серии «М»: НШ-20М, НШ-25М, НШ-32М, НШ-40М,
НШ-50М и НШ-63М при давлении рабочей жидкости до 25 МПа позволяют проектировать приводы с экономным использованием мощности [49].
Регулирование подачи шестеренного насоса осуществляется за счет
сдвига одного зубчатого колеса насоса относительно другого в осевом
направлении так, что в зацеплении находится только часть ширины зубьев. Корпус насоса при этом дополнен цилиндрической вставкой для
подвижного в осевом направлении зубчатого колеса.
Давление насоса представляет собой разность между давлением
на выходе насоса р2 и давлением р1 на входе в него (см. рис. 1.10), т. е. перепад давления между камерами высокого и низкого давления:
рн = р2 – р1.
(1.3)
Давление рн, Па, развиваемое насосом, расходуется на преодоление потерь давления в гидродвигателях Δргд (при задаваемой нагрузке на штоке цилиндра или вращающего момента на валу гидромотора),
а также на компенсацию общих (линейных плюс местных) потерь давления ΣΔр во всех гидролиниях (всасывающей, напорной и сливной):
19
Глава 1. Объемный гидропривод машин
рн = Δргд + ΣΔр.
(1.4)
Между давлением рабочей жидкости рн, развиваемым насосом, и его
подачей (расходом) Qн нет линейной зависимости (рис. 1.11).
Рис. 1.11. График зависимости подачи Qн насоса от его давления рн:
Qн.ном и рн.ном – номинальные подача (при номинальной частоте вращения вала)
и давление насоса
Напор насоса, м:
Нн = рн /(ρg),
(1.5)
где ρ – плотность рабочей жидкости, кг/м ;
g – ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с2.
Полезная мощность насоса Nп при известных подаче и давлении:
3
Nп = Qн рн, Вт.
(1.6)
Потребляемая мощность насосом вращательного действия, Вт, или
приводная, т. е. затрачиваемая приводящим двигателем:
Nн = Мнωн,
(1.7)
где Мн – момент на валу, Н · м; ωн – угловая скорость вала, рад/с.
Общий КПД насоса – это отношение полезной и потребляемой мощностей:
ηн = Nп/Nн = Qнрн/(Мнωн).
(1.8)
Общий КПД насоса равен произведению его объемного, гидравлического и механического КПД, т. е.
ηн = ηоηгηм = ηоηгм.
20
(1.9)
1.3. Насосы и гидромоторы
Гидравлический КПД ηг учитывает потери давления в насосе, механический ηм – потери на трение в механизме насоса (например, коэффициенты трения для шариковых радиальных однорядных подшипников –
0,002; для роликовых двухрядных – 0,004 и т. д.) [22].
Тогда мощность, необходимая для привода насоса:
Nн = Qн рн /ηн.
(1.10)
Для шестеренных насосов ηн находится в диапазоне 0,8…0,85.
Корпуса насосов изготовлены из дюралюминиевых сплавов
АЛ9...АЛ25, а шестерни – из сталей 20Х, 40Х, 18ХН3А.
Число зубьев шестерни и колеса равно и принимается обычно 6…12,
то есть применяют корригированные зубья.
Шестеренные насосы внешнего зацепления с номинальным давлением до 20 МПа выпускают как правого, так и левого вращения. Например,
приводимый от дизеля насос НШ-10-3Л (рабочий объем 10 см3/об, левое
направление вращения) вспомогательной гидросистемы гусеничного
экскаватора служит для управления тормозами механизма передвижения
и механизма поворота, а также откачки рабочей жидкости из системы при
ремонтах и технических обслуживаниях экскаватора. Подобный насос
пневмоколесного экскаватора ЕК-14 и других машин (рис. 1.12) служит
для привода гидроусилителя рулевого управления, а также для зарядки
пневмогидроаккумулятора и питания блока гидроуправления золотниками моноблочных распределителей.
Рис. 1.12. Шестеренный насос НШ-10-3Л: 1 – манжета; 2 – самоустанавливающийся подшипник; 3 – ведущая шестерня; 4 – корпус; 5 – болт; 6 – манжета;
7 – опорное кольцо; 8 – крышка; 9 – пластина; 10 – уплотнительное кольцо;
11 – штифт; 12 – ведомая шестерня
21
Глава 1. Объемный гидропривод машин
Регламентируемая величина минимального абсолютного давления
во всасывающей камере шестеренного насоса с внешним зацеплением
обычно должна быть не менее 0,07 МПа [54].
Шестеренный насос с внутренним зацеплением (рис. 1.13) – компактен и износостоек, имеет сравнительно меньшие значения удельного давления и скольжения в зоне зацепления.
1
2
3
р1
р2
4
5
Рис. 1.13. Шестеренный насос с внутренним зацеплением:
1, 3 – подводящее и отводящее окна; 2 – колесо с внутренним зубчатым венцом; 4 – шестерня; 5 – серпообразная перемычка; р1, р2 – соответственно низкое и высокое давление
Насос имеет внутреннюю шестерню 4 и внешнее колесо 2 с внутренним зубчатым венцом, между которыми расположена серпообразная перемычка 5 (разделительный элемент), отделяющая полость всасывания
от полости нагнетания. При вращении шестерни 4 жидкость, заполняющая полость всасывания и межзубовые впадины шестерни и колеса, переносится в полость нагнетания, где и выдавливается через окно 3 в крышке корпуса в напорный патрубок.
Аксиально-поршневые обратимые гидромашины
В качестве узлов гидропривода экскаваторов, автокранов, погрузчиков
и других машин применяются обратимые, реверсивные, аксиально-поршневые гидромашины (регулируемые и нерегулируемые).
Насосы и гидромоторы выпускаются в исполнениях для умеренного и холодного климата (последние в обозначении дополнительно имеют
буквы ХЛ).
22
1.3. Насосы и гидромоторы
Нормальное направление вращения вала насоса: правое при наблюдении со стороны вала; левое вращение – по заказу. Основным рабочим
элементом аксиально-поршневой гидромашины является унифицированный качающий узел. Схема аксиально-поршневого нерегулируемого
гидронасоса типа 210…А изображена на рис. 1.14.
Вал 5 соединен через карданный вал 6 и пространственный кривошипно-шатунный механизм 4 (включающий семь шатунов 3, соответственно 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 (прецизионная кинематическая пара).
H
d
2 3
1
l
D
4
α
α
7
Б
2
3
C 6
5
Рис. 1.14. 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; 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
23
Глава 1. Объемный гидропривод машин
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 вала 5 каждый поршень совершает один двойной ход. При этом
за одну половину оборота вала поршень всасывает жидкость по каналу Б, а за другую – вытесняет ее в гидросистему по каналу Н. Синхронизация вращения вала 5 и блока цилиндров 1 обеспечивается шату­
нами 3.
Подача аксиально-поршневого насоса Qн (м3/с или л/мин):
Qн = (πd 2/4)lznнηо = (πd 2/4)D tgαznнηо = V0nнηо,
(1.11)
здесь ход поршня l = D tg α (см. рис. 1.14); z – число цилиндров
(7 шт.).
Таким образом, рабочий объем насоса V0, а следовательно и подачу Qн,
возможно 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.
Регулируемый насос (рис. 1.15) представляет собой корпус, в котором
находится качающий узел, включающий 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 26.
Поршни 10 перемещаются в цилиндрах блока 11, всасывая и нагнетая
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 23.
Блок регулятора состоит из установленных в корпусе 23 ступенчатого поршня 20, пальца 21, фиксирующего винта 24, золотника 22 с башмаком 28 и подпятником 27, рычага 19 и крышки 15, включающей, в зависимости от исполнения насоса, разную комплектацию.
24
25
2
28
3
27
4
5
6
7
26
8
9 10 11 12
13
14
15 16
25
24
22
23
20
21
19
18
17
Рис. 1.15. Насос аксиально-поршневой регулируемый: 1 – вал; 2 – манжета; 3, 8, 14, 18, 25 – кольца;
4, 15 – крышки; 5, 23 – корпуса; 6, 7 – подшипники; 9 – шатун; 10, 20 – поршни; 11 – блок; 12 – распределитель;
13 – винт-поршень; 16 – пружина; 17 – плунжер; 19 – рычаг; 21 – палец; 22 – золотник; 24 – винт; 26 – шип;
27 – подпятник; 28 – башмак
1
1.3. Насосы и гидромоторы
Глава 1. Объемный гидропривод машин
Полость меньшего диаметра поршня 20 постоянно соединена с каналом нагнетания насоса, а давление в полости большего диаметра поршня 20 регулируется дросселирующим пояском золотника 22.
Через отверстия в поршне 20 и пальце 21 рабочая жидкость поступает
под дросселирующий поясок золотника 22.
Двухкромочный ступенчатый золотник является измерителем давления и через башмак 28 и подпятник 27 воздействует на рычаг 19. Пружина 16 служит для настройки регулятора, увеличение силы пружины вызывает увеличение рабочего объема и подачи насоса.
Регулятор предназначен для поддержания (изменения) подачи насоса
посредством изменения рабочего объема и может работать в автоматическом режиме от рабочего давления следующим образом:
• пока момент настройки превышает момент от золотника 22, последний закрывает дросселирующее отверстие в пальце 21 и через продольные канавки соединяет полость большого цилиндра поршня 20 регулятора с входом насоса – рабочий объем номинален;
• как только момент от золотника 22 превысит момент настройки, золотник смещается, соединяет одной кромкой полость большего цилиндра
поршня 20 с рабочим давлением, а другой кромкой разъединяет полость
большего цилиндра поршня 20 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 19 за счет уменьшения плеча со стороны золотника 22;
• при уменьшении рабочего давления равновесие на рычаге 19 достигается за счет увеличения плеча со стороны золотника 22;
• изменение рабочего объема насоса вызывает изменение приводного момента и регулирование потребляемой мощности.
Регламентируемая заводом-изготовителем величина абсолютного
давления во всасывающей камере аксиально-поршневого насоса должна
быть не менее 0,08 МПа [23].
Насосный агрегат современных экскаваторов является трехпоточным узлом гидропривода (ранее применялись двухпоточные аксиальнопоршневые насосы 223.25 с регулятором мощности), преобразующим
энергию вращения приводного вала в энергию потока рабочей жидкости [41, 51]. Агрегат имеет редуктор, два регулируемых и один нерегулируемый аксиально-поршневых насоса (рис. 1.16).
26
1.3. Насосы и гидромоторы
Рис. 1.16. Агрегатный блок встроенного насоса: 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
Гидромоторы преобразуют энергию давления жидкости в механическую энергию и приводят в действие исполнительные механизмы.
В гидроприводах применяют нерегулируемые (с постоянным рабочим объемом) и регулируемые (с изменяемым рабочим объемом) аксиально- и радиально-поршневые гидромоторы.
Рабочий объем гидромотора – объем подаваемой рабочей жидкости, см3, необходимый для поворота его вала на один оборот.
27
Глава 1. Объемный гидропривод машин
Крутящий момент Н · м, развиваемый валом гидромотора:
Мм = 0,159V0мрмηм,
(1.12)
где 0,159 = 1/2π; V0м – рабочий объем гидромотора, м3/об;
рм – перепад давлений на входе (р1) и выходе (р2) гидромотора,
рм = р1 – р2, Па;
ηм – механический КПД гидромотора.
Необходимый расход рабочей жидкости, л/мин, для обеспечения заданной частоты вращения, об/мин, вала гидромотора:
Qм = V0м nм
· 10–3,
ηо
(1.13)
где V0м – рабочий объем гидромотора, см3/об;
ηо – объемный КПД гидромотора (учитывает внутренние перетечки из
камеры высокого давления в камеру низкого давления).
Мощность, потребляемая гидромотором, Вт:
Nм = рмQм,
(1.14)
где Qм – расход рабочей жидкости, потребляемый мотором, м /с.
Мощность на выходном валу гидромотора (полезная), Вт:
3
Nп = Ммωм,
(1.15)
где ωм – угловая скорость выходного вала гидромотора, рад/с; ωм = 2πnм;
nм – частота вращения выходного вала гидромотора, об/с.
Общий КПД гидромотора равен произведению его объемного и механического КПД, η = ηоηм и может быть определен по формуле
η = Nп / Nм = Ммωм / рмQм.
(1.16)
Регулируемый аксиально-поршневой гидромотор (рис. 1.17) содержит
неподвижный стальной распределитель 6 с окнами высокого и низкого давления, прецизионно сопряженный по сферической поверхности с вращающимся при работе бронзовым блоком цилиндров 7. Перестановка распределителя и, следовательно, изменение угла отклонения блока цилиндров 7
осуществляется поршнем 4 управляющего гидроцилиндра 5. Угол отклонения уменьшается с 25 до 7 º [25] по мере снижения давления в полости 3,
присоединенной к линии высокого давления рн гидропередачи.
Минимальный угол отклонения блока цилиндров ограничен из-за возможности самоторможения (заклинивания) механизма гидромотора.
28
1.3. Насосы и гидромоторы
1
7
6
3
2
5
4
Рис. 1.17. Регулируемый аксиально-поршневой гидромотор с наклонным блоком цилиндров: 1 – сферическая поверхность; 2 – крышка корпуса; 3 – полость;
4 – поршень; 5 – гидроцилиндр; 6 – распределитель; 7 – блок цилиндров
При уменьшении момента сопротивления на валу гидромотора давление рн снижается, что вызывает возрастание частоты вращения вала мотора. Возрастание сопротивления на валу гидромотора, наоборот, вызывает повышение рн и снижение частоты вращения вала. Таким образом,
наилучшим образом используется мощность приводящего насос двигателя при изменяющейся нагрузке гидромотора.
В радиально-поршневых гидромашинах (насосах и моторах) используется эксцентрично посаженный ротор по отношению к оси статора.
По принципу действия они делятся на одно-, двух- и многократного действия. В машинах однократного действия за один оборот ротора поршни
совершают одно возвратно-поступательное движение (рис. 1.18). В неподвижном статоре 1 находится подвижная обойма 2, внутри которой
на пустотелой оси устанавливается цилиндрический ротор 6 с поршнями (плунжерами) 4. Роль распределительного устройства выполняет пустотелая ось с уплотнительной перегородкой 5.
При вращении ротора в направлении, указанном стрелкой, рабочие
камеры своими каналами поочередно соединяются с отверстием 3, через
29
Глава 1. Объемный гидропривод машин
которое жидкость подается в насос, и с отверстием 7, через которое происходит нагнетание жидкости. Каналы рабочих камер при прохождении
их через нейтральное положение перекрываются уплотнительной перегородкой. Головки поршней прижимаются к внутренней поверхности обоймы либо центробежной силой, либо специальными пружинами. Подача
насоса регулируется путем перемещения обоймы 2 в статоре 1. При этом
изменяется эксцентриситет е, а следовательно, и рабочий объем V0, который может быть определен по формуле
V0 = 2еzπD/4,
(1.17)
где z – число поршней (или рабочих камер); D – диаметр цилиндра.
1
2
3
D
4
5
6
7
e
2e
Рис. 1.18. Принципиальная схема регулируемого радиально-поршневого насоса
однократного действия: 1 – статор; 2 – подвижная обойма; 3 – всасывающее отверстие; 4 – поршень; 5 – уплотнительная перегородка; 6 – блок-ротор; 7 – нагнетательное отверстие; D – диаметр цилиндра (плунжера); е – эксцентриситет
Число цилиндров z в насосе в одном ряду обычно равно 5…7,
реже 9 [38]. Цилиндры насоса могут располагаться в несколько рядов
(обычно не более трех), благодаря чему достигается увеличение подачи
и ее большая равномерность. Кроме того, для увеличения подачи применяются нагнетатели многократного действия, в которых статорное кольцо
30
1.3. Насосы и гидромоторы
(обойма) имеет специальный профиль. Рабочий объем многорядных нагнетателей многократного действия равен:
V0 = 2еzimπD/4,
(1.18)
где i – кратность нагнетателя; m – число рядов.
Подача насоса, л/мин, при частоте вращения ротора nн, об/мин:
Qн = V0 nн ηо,
(1.19)
где ηо – объемный КПД насоса, равный 0,8…0,9 [38].
Высокомоментные радиально-поршневые гидромоторы типа МР
с кратностью действия поршней i = 6…8 применяют для получения
большого момента на валу. Они позволяют получить частоту вращения
от долей оборота до нескольких десятков оборотов в минуту [25].
Пластинчатые (шиберные) насосы просты по конструкции, компактны, надежны в эксплуатации и сравнительно долговечны. В корпусе насоса, внутренняя поверхность которого имеет цилиндрическую форму,
эксцентрично расположен ротор, представляющий собой цилиндр с прорезями (пазами). В насосах однократного действия (рис. 1.19) одному
обороту вала соответствует одно всасывание и одно нагнетание, а двухкратного действия – два всасывания и два нагнетания. Рабочие камеры
образованы поверхностями статора, ротора, торцевых распределительных дисков и двумя соседними вытеснителями-пластинами (шиберами),
помещенными в радиальных прорезях ротора.
а
e(Qmax)
б
e = 0 (Q = 0)
в
–e(–Qmax)
Рис. 1.19. Схема пластинчатого насоса однократного действия: а – насос установлен на максимальный эксцентриситет +е, что соответствует максимальной
подаче Qmax; б – значение е = 0, Q = 0; в – максимальный эксцентриситет обратного знака (–е), максимальная подача противоположного направления (–Qmax)
31
Глава 1. Объемный гидропривод машин
В прорезях находятся прямоугольные пластины – вытеснители, которые при вращении ротора совершают относительно него возвратно-поступательное движение под действием центробежной силы, прижимаются к внутренней поверхности статора и скользят по ней.
Регулирование рабочего объема и реверс подачи пластинчатого насоса
осуществляются изменением величины и знака эксцентриситета, для чего
необходим специальный механизм, смещающий центральную часть статора относительно ротора.
Насосы одинарного действия применяются для гидросистем при давлении до 7 МПа. Их недостатком является трудность герметизации вытеснителей, особенно со стороны торцов. Поэтому более распространены
насосы двухкратного действия, обладающие большим рабочим объемом
и развивающие давление до 14 МПа. Минимальное абсолютное давление на входе в пластинчатый насос по условию работоспособности –
0,07…0,08 МПа [25].
Для герметизации сопряжений валов в рассмотренных гидромашинах
распространены уплотнения манжетного типа (рис. 1.20).
а б
2
S
1
l
∆R
R
3
Рис. 1.20. Манжетные уплотнения с браслетными пружинами: а – традиционное;
б – с пыльником; 1 – эластичное уплотняющее кольцо; 2 – нажимная браслетная
пружина; 3 – корпус с кольцом жесткости; R – радиус вала; ΔR – радиальная деформация манжеты; S и l – толщина и длина стенки уплотняющей части манжеты
Сила трения самоподжимной резиновой манжеты:
Fтр = πDbfp,
(1.20)
где D – диаметр кольца по месту трения, м; b – ширина контакта, м;
f – коэффициент трения резины по смазанной маслом стали;
р – контактное давление (например, 0,2…0,3 МПа).
32
Контрольные вопросы
Контрольные вопросы
1. Условное изображение и описание работы изучаемых гидроаг­
регатов.
2. Основные определения параметров и формулы, характеризующие
работу насосов и гидромоторов (рабочий объем в насосе и моторе, подача, крутящий момент, приводная и полезная мощности).
3. Классификационные признаки изучаемых насосов и гидромоторов,
их достоинства и недостатки, области предпочтительного применения.
1.4. Гидроцилиндры и уплотнительные устройства
Гидроцилиндры являются объемными гидромашинами и преобразуют энергию потока рабочей жидкости в механическую работу возвратнопоступательного движения выходного звена, которым может быть как
шток, так и собственно корпус самого гидроцилиндра.
Гидроцилиндры большинства машин двустороннего действия с односторонним штоком (рис. 1.21), различаются номинальным давлением,
размерами поршня и штока, скоростью и величиной хода штока, развиваемым усилием на нем и особенностями конструкции узлов.
а б
1
2
3
4
Рис. 1.21. Условные изображения гидроцилиндров: а – двустороннего действия
с односторонним штоком; б – тоже, но с подводом рабочей жидкости через отверстие штока; 1 – шток; 2 – поршень; 3 – корпус (гильза); 4 – осевое отверстие
Основные параметры гидроцилиндров, м: внутренний диаметр гильзы D, диаметр штока d и ход штока Х (рис. 1.22).
Ход штока обычно не превышает 10D. При большей величине хода
и перепаде давления в гидроцилиндре, превышающем 20 МПа, шток
проверяют на устойчивость от действия продольной силы.
Для уменьшения потерь давления сечения проходных отверстий
в крышках цилиндра для подвода рабочей жидкости назначают из расчета, чтобы скорость рабочей жидкости в них составляла не более 5 м/с.
33
Глава 1. Объемный гидропривод машин
Рабочие скорости выдвижения штока обычно находятся в диапазоне
0,03…0,5 м/с [26].
Длина корпуса цилиндра L выбирается из отношения L/D < 20.
В гидроцилиндрах двустороннего действия с односторонним штоком
(рис. 1.22, а) при рабочем ходе поршня усилие на штоке (подача давления
насоса в полость А) находится по формуле
FА = ηм.ц [рА πD2/4 – рБ π(D2 – d 2)/4],
(1.21)
где ηм.ц – механический КПД гидроцилиндра, учитывающий суммарную
силу трения в его уплотнениях (гидромеханический ηгм.ц – в том числе
гидравлическое трение в щелях тормозных устройств); значение ηм.ц находится в пределах 0,93…0,97 в зависимости от диаметра гидроцилиндра и типа уплотнения [55]; величину ηгм.ц можно принимать по таблице 1.1 [30] в зависимости от номинального давления;
рА, рБ – соответственно, рабочее давление жидкости в напорной гидролинии и давление жидкости в сливной гидролинии (Па).
Таблица 1.1
Рекомендуемые значения гидромеханического КПД цилиндров ηгм.ц
рном, МПа
10
14
16
20
25
32
ηгм.ц
0,85
0,87
0,89
0,91
0,93
0,95
Уплотнению подлежат следующие сопряжения цилиндров:
• «поршень – цилиндр» (обычно две самоподжимных манжеты);
• «поршень – шток» (резиновое кольцо);
• «шток – корпус цилиндра» (защитное кольцо-грязесъемник, пластиковое упорное кольцо, манжета и резиновое кольцо).
Уплотнения манжетного типа применяются для подвижных соединений. В этих уплотнениях с металлом контактирует узкая кромка, на которой создается контактное давление за счет деформации усов манжеты в канавке. Манжета, по сравнению с резиновым кольцом, дольше сохраняет
эластичность и создает меньшую силу трения. Ширина а раствора усов
манжеты в свободном состоянии (рис. 1.23) превышает глубину b канавки, в которую монтируется манжета, в результате усы манжеты сжимаются, создавая плотный контакт по концам [27].
34
Рис. 1.22. Основные характеристики гидроцилиндров: а – с односторонним штоком; А, Б – поршневая и штоковая
полости цилиндра; Х – ход поршня; D, d – диаметры цилиндра и штока; QА, QБ – расход рабочей жидкости в полостях А и Б цилиндра; рА, рБ – давление в полостях А и Б цилиндра; VА – скорость выдвижения штока; FА – усилие
на штоке (нагрузка); б – с двусторонним штоком; QБ1, QБ2 – расход рабочей жидкости в полостях Б1 и Б2 цилиндра;
рБ1, рБ2 – давление в полостях Б1 и Б2 цилиндра; VБ1 – скорость выдвижения штока; FБ1 – усилие на штоке (нагрузка);
в – телескопических; А1, А2 – поршневые полости цилиндров первой и второй ступеней; 1, 2 – поршни первой и второй ступеней; 3, 4 – гидролинии; D – диаметр цилиндра первой ступени; D1 – диаметр отверстия в поршне 1; D2 –
диаметр цилиндра второй ступени; Rп.с – сила полезного сопротивления
1.4. Гидроцилиндры и уплотнительные устройства
35
Глава 1. Объемный гидропривод машин
С увеличением давления рабочей жидкости, расширяющей борта манжеты и прижимающей их к уплотняемым поверхностям, плотность контакта увеличивается (см. рис. 1.23, в).
а a
б
в
b
p
b
c
a>b>c
Рис. 1.23. Схема работы манжетного уплотнения:
а – до монтажа; б – в смонтированном виде без давления жидкости;
в – манжета под давлением р жидкости
Для рассматриваемого уплотнения следует учитывать свойство резины увеличивать коэффициент трения скольжения f по металлу в момент
начала движения после длительного состояния покоя.
Это объясняется постепенным вдавливанием резины в микронеровности металла, растворением в резине смазочной пленки и коррозионными
процессами в металле под действием компонентов резины.
При коротких остановках эти процессы не успевают развиваться, и коэффициент трения по смазанной маслом стали f = 0,2…0,35, после длительного простоя гидроцилиндра он резко увеличивается.
Так как манжета работает только одной стороной, то одна манжета
может обеспечить уплотнение поршня с гильзой лишь в цилиндрах одностороннего действия. Для уплотнения поршней в цилиндрах двустороннего действия необходимо устанавливать по две манжеты. При высоких
давлениях совместно с манжетой предусматривается защитное фторопластовое кольцо для предупреждения выдавливания кромки манжеты
в зазор между поршнем и гильзой.
Принимая, что сливное давление составляет обычно до 2 % от рабочего, формулу (1.21) можно представить в следующем виде:
FА ≈ 0,785 ηм.ц [ рАD2 – 0,02рА(D2 – d 2)].
(1.22)
При обратном ходе поршня жидкость под давлением насоса поступает
в полость Б (см. рис. 1.22, а), усилие на штоке:
36
1.4. Гидроцилиндры и уплотнительные устройства
FБ = 0,785ηм.ц[рБ(D2 – d 2) – рАD2] ≈
≈ 0,785ηм.ц[ рБ(D2 – d 2) – 0,02рБ D2],
(1.23)
при этом существует следующее неравенство сил: FБ < FА.
В формулах (1.22) и (1.23) величина 0,785 = π/4.
Скорости, м/с, выдвижения VА и втягивания VБ штока цилиндра определяются по следующим выражениям (при этом VА < VБ):
VА = Qнηо.ц / (πD2/4);
VБ = Qнηо.ц / [π(D2 – d 2)/4],
(1.24)
(1.25)
где ηо.ц – объемный КПД цилиндра, учитывающий перетечки жидкости
через неплотности из полости нагнетания в сливную полость (при предварительном расчете можно принимать 0,95…0,98).
При одновременной работе двух силовых цилиндров бульдозера
в каждый из них поступает половина действительной подачи насоса,
т. е. в формулы (1.24) и (1.25) подставляют величину 0,5Qн.
Для обеспечения заданной скорости выдвижения штока гидроцилиндра VА необходимая подача насоса составит, м3/с (см. (1.24)):
Qн = 0,785 D 2VА
,
ηо.ц
(1.26)
Гидравлическая мощность, потребляемая гидроцилиндром, Вт:
Nц = рн Qн.
(1.27)
Эффективная мощность, Вт на штоке цилиндра при рабочем ходе:
NА = FАVА.
(1.28)
В цилиндрах с двусторонним штоком (см. рис. 1.22, б) усилие
на штоках и скорость их перемещения в обоих направлениях одинаковы, т. е. FБ1 = FБ2 и VБ1 = VБ2.
Телескопические гидроцилиндры (см. рис. 1.22, в) обеспечивают
сравнительно больший ход штока при малой длине в собранном виде
и конструктивно выполняются, как правило, одностороннего действия.
Рабочая жидкость от насоса с постоянным расходом Qн подается по гидролинии 3 в поршневую полость А1. Первым смещается до упора поршень 1 со скоростью
37
Глава 1. Объемный гидропривод машин
VА1 = Qнηо.ц / [π(D2 – D12)/4]
(1.29)
при давлении рА1 = Rпс / [π(D – D1 )/4].
После этого до полного выдвижения перемещается поршень 2, эффективная площадь которого πD22/4. При этом скорость поршня
2
2
VА2 = Qнηо.ц /(πD22/4),
а давление рА2 = Rпс /(πD22/4).
(1.30)
Таким образом, выдвижение секций гидроцилиндра, питаемых от насоса постоянного расхода, происходит с разными скоростями и, если преодолеваемая сила Rпс постоянна, при разных давлениях.
Возврат секций производится либо под действием преодолеваемой
силы (например, веса груза), либо путем подачи давления жидкости
в штоковые полости гидроцилиндра по гидролинии 4.
Во всех гидроцилиндрах допускается вынос масляной пленки по штоку
без каплепадения. Отверстие для выпуска воздуха (вантуз) располагают
так, чтобы выпускаемый воздух не представлял опасности.
Во многих цилиндрах (например, при скорости штока более 0,2 м/с)
предусматривают устройство для торможения поршня в конце его полного хода – демпфер. Принцип его действия основан на запирании небольшого объема жидкости и вытеснении ее через каналы малого сечения
(щели). При наличии в цилиндре демпфера, а также концевых клапанов,
разгружающих систему в конце хода поршня, замедлительного клапана,
предохраняющего орудия от резкого опускания под действием собственного веса и т. п., вместо механического КПД цилиндра ηм.ц при расчете
рассматривается гидромеханический – ηгм.ц, зависящий от давления рабочей жидкости и принимаемый равным 0,85…0,95 [30].
Гидроцилиндр двустороннего действия с тормозным устройствомдемпфером рабочего оборудования экскаватора изображен на рис. 1.24.
Он состоит из корпуса 1 с навинченной на него крышкой 11, штока 21
и поршня 7. В проушине 19, ввинченной в наружный торец штока,
и в проушине корпуса установлены сферические подшипники 18.
Во время возвратно-поступательного движения штока поршневая или
штоковая полости гидроцилиндра соединяются с напорной или сливной гидролиниями. Направление движения штока задается перемещением рукоятки блока управления. Разделение поршневой и штоковой
полостей гидроцилиндра создается двумя установленными на поршне
самоподжимными манжетами 5 и уплотнительным кольцом 8.
38
1.4. Гидроцилиндры и уплотнительные устройства
Рис. 1.24. Гидроцилиндр с демпфером: 1 – корпус; 2 – ложный шток;
3 – шплинт; 4 – гайка; 5, 14 – манжета; 6, 13 – манжетодержатель; 7 – поршень; 8, 12, 15, 16 – уплотнительное кольцо; 9 – демпфер; 10 – контргайка;
11 – крышка; 17 – грязесъемник; 18 – сферический подшипник; 19 – проушина; 20 – втулка; 21 – шток
Поршень крепят на штоке гайкой 4, фиксируемой шплинтом 3.
Утечкам из штоковой полости цилиндра препятствуют установленное в проточке крышки 11 уплотнительное кольцо 12, а также манжета 14
и уплотнительные кольца 15, 16 во втулке 20. От осевого перемещения
при движении штока манжеты 5 удерживаются манжетодержателями 6.
В месте выхода штока установлен грязесъемник 17, который удерживается гайкой, ввернутой во внутреннюю резьбу крышки 11.
На штоке рядом с поршнем установлен демпфер 9, смягчающий удар
поршня в переднюю крышку в конце его полного хода.
В конце хода штока налево (рабочий ход) щель между кромкой крышки 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. В конце обратного
хода рабочая жидкость запирается коротким ложным штоком 2 в выточке цилиндра 1 и вытесняется оттуда через узкую кольцевую щель.
Пример обозначения цилиндра гидравлического (ЦГ) двустороннего действия конструктивного исполнения 11 (имеются проушины с шарнирным сферическим подшипником на корпусе цилиндра и штоке) для
районов с умеренно-холодным климатом (УХЛ):
ЦГ80.40×200.11-УХЛ,
где 80 и 40 (мм) – внутренний диаметр гильзы и наружный диаметр
штока; 200 – ход штока (мм) гидроцилиндра.
39
Глава 1. Объемный гидропривод машин
Гильзы цилиндров изготавливаются из углеродистых сталей 20, 35
и 45 или из легированных сталей 30ХГСА, 12Х18Н9Т. Гильзы подвергают закалке, после чего хонингуют, хромируют и полируют.
Штоки цилиндров выполнены из углеродистых сталей 35 и 45 или легированных сталей 40Х и 30ХГСА. Перед шлифовкой штоков производят
их поверхностную закалку на HRC 45…50, затем хромируют и полируют. Хромирование улучшает условие работы уплотнения, снижает трение
в нем и предохраняет штоки от коррозии.
Материал поршней цилиндров – антифрикционный и серый чугун,
а также стали 35 и 45 с покрытием бронзой, латунью или капроном.
Крышки цилиндров изготавливают из чугунов марок СЧ20, СЧ30,
СЧ35, сталей 35 и 45 и в виде отливок из сталей 35Л и 45Л.
Коническая резьба штуцеров обеспечивает герметичность соединения
без добавочных уплотнений при давлениях до 30 МПа.
Контрольные вопросы
1. Схематичное изображение и описание работы гидроцилиндров. Основные параметры, определяющие характеристику и работу цилиндров.
2. Типы уплотнений сопряжений гидроцилиндров. Механический КПД
гидроцилиндра. Определение силы трения самоподжимной манжеты.
3. Условное обозначение цилиндра, его классификационные признаки.
4. Основные требования, предъявляемые к гидроцилиндрам.
1.5. Гидрораспределители
Гидрораспределители направляют поток рабочей жидкости от насосов
к исполнительным устройствам, регулируют величину потока жидкости
и запирают ее в исполнительных устройствах. Они осуществляют реверс
гидродвигателей, обеспечивают нейтральное «плавающее» и нейтральное «запертое» положение исполнительных органов.
Предпочтительно применяются золотниковые 2−4-линейные (число
подсоединенных линий связи) и 2−3-позиционные (число позиций – рабочие и нейтральное положения золотника) распределители с ручным, электромагнитным или гидроуправлением и пружинным центрированием золотника в нейтральной позиции (рис. 1.25).
40
1.5. Гидрораспределители
а д
б
в е
г
ж
Рис. 1.25. Примеры исполнений гидрораспределителей по числу линий и позиций: а – 2-линейный 2-позиционный; б – 3-линейный 2-позиционный;
в – 4-линейный 2-позиционный; г – 3-линейный 3-позиционный; д – 4-линейный 3-позиционный; е – 6-линейный 3-позиционный; ж – 4-линейный
3-позиционный дросселирующий
1.5.1. Золотниковые распределители
Схема работы 4-линейного 3-позиционного распределителя с отрицательным осевым перекрытием окон приведена на рис. 1.26.
а б
Рис. 1.26. Схемы гидропривода (а) и работы гидрораспределителя (б):
Б – бак; Ф – фильтр; Н – насос; М – привод насоса; КП – предохранительный
клапан; Р – распределитель; Ц – цилиндр; С – слив жидкости; А, Б – поршневая и штоковая полости; а, б – камеры распределителя; 1 – корпус распределителя; 2 – золотник; 3 – пружинный фиксатор «нейтрали»; 4 – уплотнительная манжета; h – ширина рабочего пояска золотника; t – ширина проходного
окна корпуса распределителя; s – зазор между торцом пояска золотника
и окном корпуса распределителя
41
Глава 1. Объемный гидропривод машин
Величина осевого перекрытия золотником проходных окон корпуса
распределителя определяется по формуле
s = (h − t)/2
(1.31)
и обычно находится в диапазоне 10…60 мкм [29].
Золотник с отрицательным осевым перекрытием, когда при его нейтральной позиции по обеим сторонам рабочего пояска образуется начальный зазор s, т. е. ширина рабочего пояска золотника h меньше ширины
проходного окна t, изображен на рис. 1.26, а и б (s < 0).
При нейтральной позиции золотника напорная линия распределителя соединена со сливом и одновременно с полостями гидроцилиндра или
гидромотора (проточные золотники с «открытым центром»), при этом рабочая жидкость через щелевые зазоры непрерывно поступает на слив,
а в обеих полостях гидроцилиндра (гидромотора) устанавливается одинаковое давление, равное
(pн − pсл)/2.
(1.32)
При подаче управляющего сигнала золотник смещается, равенство
давлений в полостях гидродвигателя нарушается, и исполнительный механизм придет в движение. Таким образом, в распределителях с отрицательным осевым перекрытием зона нечувствительности сводится до минимума, уменьшаясь с уменьшением перекрытия.
Недостатком золотниковых распределителей с отрицательным перекрытием является потеря части мощности, связанной со сливом рабочей жидкости, перетекающей через расходные окна. Кроме того, система имеет меньшую жесткость, так как из-за перетекания жидкости через начальные зазоры
в распределителе будет происходить смещение исполнительного механизма
при изменении действующей нагрузки.
При нейтральном «запертом» положении золотника напорная гидролиния отделена от линий, соединяющих полости гидродвигателя и слив
(см. рис. 1,25, г, д, е). Таким образом, золотники с положительным осевым перекрытием позволяют фиксировать положение штока цилиндра
(«отсечной» золотник). При этом ширина рабочего пояска золотника h
превышает ширину проходного окна t. Величина положительного (s > 0)
осевого перекрытия золотника также находится по формуле (1.31).
В нейтральном «плавающем» положении золотника обе полости цилиндра отсоединены от насоса, соединены между собой и со сливом,
42
1.5. Гидрораспределители
в результате обеспечивается свободное перемещение, например, отвала
бульдозера под действием собственного веса (см. рис. 1.36, г).
Недостатком золотников с положительным осевым перекрытием
является наличие у них зоны нечувствительности, определяемой величиной перекрытия s: в этой зоне при перемещении золотника расход жидкости распределителя равен нулю, и исполнительный механизм
не движется, несмотря на подаваемый к золотнику сигнал управления.
В следящих гидросистемах, когда исполнительный механизм должен отслеживать сигнал управления, наличие у золотников зоны нечувствительности исключает их применение.
Дросселирующий гидрораспределитель (см. рис. 1.25, ж), золотник которого выполнен с нулевым осевым перекрытием, имеет ширину пояска h,
равную ширине проходного окна t, а осевое перекрытие s = 0. Такие золотники не имеют зоны нечувствительности и удовлетворяют требованиям следящих гидросистем (гидроусилители и др.). Распределитель способен обеспечить линейную зависимость между расходом рабочей жидкости
через дросселирующие окна корпуса и перемещением золотника.
В следящих гидросистемах золотниковые распределители с отрицательным перекрытием применяют, когда утечки рабочей жидкости через
золотник и жесткость системы не играют решающей роли (например,
в гидросистемах с большими расходами и постоянными нагрузками
на исполнительный механизм).
Величина зазора между золотником и гильзой обычно зависит от выбранных фильтрующих устройств гидросистемы. Для надежной работы
радиальный зазор между гильзой и золотником должен быть больше размеров твердых частиц, пропускаемых фильтром.
Для обеспечения герметичности минимальный диаметральный зазор
в золотниковой паре принимают равным 4…10 мкм [29]. Поверхностная
твердость деталей этой пары должна быть НRC 60…62.
При работе золотникового распределителя одновременно могут быть
открыты два проходных сечения: одно – на линии подачи жидкости,
а другое – на линии слива, что вызывает суммарную осевую неуравновешенную силу. Осевые гидродинамические силы в золотниках с перекрытием стремятся закрыть дросселирующее окно. Действие этих сил эквивалентно действию пружины с вязким демпфированием, что вызывает
появление обратной связи (следящее действие «по силе»). Тогда уравнение динамики распределителя имеет вид (при условии, что перемещение
43
Глава 1. Объемный гидропривод машин
золотника встречает противодействие «пружины», пропорциональное
величине этого смещения х):
m
d2x
dx
+f
+ cx = F ,
2
dt
dt
(1.33)
где m – масса золотника и связанных с ним подвижных деталей;
f – коэффициент вязкого трения;
c – жесткость «пружины»; F – сила воздействия на золотник.
При выборе распределителей условный проход Ду выбирается из следующего основного ряда (мм): 2,5; 4; 6; 8; 12; 16; 20; 25; 32; 40.
Расход рабочей жидкости через гидрораспределитель:
Q = μS
2Δpгр
ρ
= μπdx
2Δpгр
ρ
,
(1.34)
где S – площадь сечения проходной щели золотника, S = Сх, С = πd –
длина окружности, d – диаметр пояска золотника, х – открытие золотника (размер щели);
μ – коэффициент расхода, при Rе = 2хV/ν ≥ 200 принимается
0,62…0,65, при Rе < 200 приближенно равен 0,5, здесь V, ν – скорость
жидкости в канале распределителя и ее кинематическая вязкость;
ρ – плотность рабочей жидкости (зависит от температуры и давления); ∆ргр – гидросопротивление распределителя.
Гидравлическое сопротивление распределителя (Па) зависит от его
конструктивных особенностей и находится по выражению:
∆ргр = ζρQ2/2S2 = ζρV2/2,
(1.35)
где ζ – коэффициент местных сопротивлений, принимают 3…5 [26].
Расход жидкости через распределитель Q при отсутствии потерь расхода через предохранительный (переливной) клапан напорной гидролинии принимается равным действительной подаче насоса Qн.
Рабочее давление на входе в гидрораспределитель ограничено предохранительным клапаном его напорной секции.
Корпус регулирующей аппаратуры содержит необходимые клапаны,
компенсаторы давления, регуляторы потока и дроссели. Применяется
нанесение защитных покрытий от окисления, что улучшает износостойкость внутренних рабочих поверхностей распределителей.
44
1.5. Гидрораспределители
В маркировке секционных распределителей (РС) указывают номинальные условный проход dу, мм, и давление рабочей жидкости рном. Например,
РС25.16 – распределитель с dу = 25 мм при рном = 16 МПа.
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.
Трехсекционный распределитель с гидроуправлением (рис. 1.27) состоит из напорной 2, трех рабочих секций 3, 4, 5 и сливной секции 6 [41].
Стыки между секциями уплотнены резиновыми кольцами 12.
Рис. 1.27. Трехсекционный распределитель с гидроуправлением 262.56.00.000
экскаватора ЕТ-26-20: 1, 9 – кронштейн крепления; 2 – секция напорная;
3, 4, 5 – секции рабочие; 6 – секция сливная; 7 – штуцер сливной; 8 – шпилька; 10 – переходник манометра; 11 – блокировочный золотник
45
Глава 1. Объемный гидропривод машин
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
жидкости, подаваемым в напорную секцию распределителя для увеличения скорости штоков цилиндров стрелы, рукояти или ковша. Секция 5 управляет мотором механизма поворота. Секция 6 объединяет
переливной и сливные каналы и соединена с баком через масло­ох­
ладитель.
Все секции стянуты шестью шпильками 8, момент их затяжки должен
быть не менее 230 Н · м в порядке, указанном римскими цифрами на рисунке. На рис. 1.27 стрелками указан путь движения рабочей жидкости
по переливному каналу Д, когда золотники рабочих секций гидрораспределителя находятся в нейтральной позиции.
Четырехсекционный распределитель с гидроуправлением экскаватора
(рис. 1.28) состоит из напорной секции 2, рабочих секций 3, 5, 6 и 7, промежуточной секции 4, а также сливной секции 8 [41].
Рис. 1.28. Четырехсекционный распределитель с гидроуправлением
262.57.00.000 экскаватора ЕТ-26-20: 1, 9 – кронштейн крепления;
2, 4 – напорная и промежуточная секции; 3, 5, 6, 7 – секции рабочие;
8 – секция сливная; 10 – шпилька; 11 – штуцер сливной;
12 – переходник манометра
46
1.5. Гидрораспределители
Стыки между секциями уплотнены резиновыми кольцами 14. По конструкции напорная 2, рабочая 6 и сливная 8 секции аналогичны соответствующим секциям распределителя 262.56.00.000.
Рабочая секция 3 служит для управления гидроцилиндрами стрелы
и обеспечивает опускание стрелы в безнасосном режиме под собственным весом и в насосном режиме принудительно, поэтому отличается
от остальных рабочих секций конструкцией золотника.
Промежуточная секция 4 обеспечивает возможность последовательного включения цилиндров рабочего оборудования при совмещении
подъема или опускания стрелы с движением ковша (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.
Моноблочный гидрораспределитель с ручным управлением Р160
предназначен для установки в гидросистемы тракторов и других машин
с подачей насоса до 160 л/мин.
Структура обозначения: Р160-13-ХХХ-Х: P – распределитель; 160 –
номинальный расход, л/мин; 1 – пружинный возврат золотников воздействием на рычаг (для передней навесной системы); 2 – с гидравлическим
автоматическим устройством возврата золотника в позицию «Запертонейтральное» из позиций «Подъем» или «Принудительное опускание»
при повышении давления в системе (задняя навеска); 3 – трехзолотниковый; ХХХ – исполнения золотников (с обратным клапаном и одной – 111
или двумя – 222 напорными гидролиниями; Х – модификация.
Моноблочные распределители с гидроуправлением выполняют в литом
корпусе. Их габариты и масса меньше, чем секционных. Число золотников и клапанов ограничивает их применение только конкретным типом
машин. На рис. 1.29 условно изображен золотниковый 4-линейный 3-позиционный распределитель с гидроуправлением, содержащим дроссели 1
и обратные клапаны 2. Перемещение золотника (плунжера) из одной позиции в другую осуществляется давлением жидкости, подводимой под
торцы плунжера (линии управления, по которым подводится давление, показаны пунктиром). Скорость перемещения плунжера регулируется дросселем. Обратные клапаны обеспечивают независимое регулирование.
47
Глава 1. Объемный гидропривод машин
1
2
Рис. 1.29. Условное обозначение распределителя с гидроуправлением
В золотниковых распределителях с электромагнитным управлением
типа МГ73-1 (рис. 1.30) переключение золотника производится при помощи одного или двух электромагнитов толкающего типа.
Рис. 1.30. Распределитель Р4/3 с электромагнитным управлением
Электромагниты 4 закрыты защитным кожухом и прикреплены к корпусу 7 распределителя посредством фланцев 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 отводятся через дренажное отверстие 8. Питание электромагнитов осуществляется от сети переменного тока (220 или
380 В) или постоянного тока напряжением 12, 24 и 48 В [21].
На рис. 1.31 изображена схема 2-ступенчатого гидрораспределителя
Р4/3 с пропорциональным электрогидравлическим управлением.
Золотник 3 основного распределителя перемещается под действием
потока жидкости, направляемой к нему золотником 1 вспомогательного
гидрораспределителя, управляемого электромагнитами 2.
48
1.5. Гидрораспределители
Распределители с электрогидравлическим управлением применяются
в приводах с дистанционным автоматическим управлением технологическими процессами, где требуется высокое быстродействие.
Условные обозначения гидрораспределителя P4/3 с электрогидравлическим управлением приведены на рис. 1.32 и 1.33.
а б
Рис. 1.31. Гидрораспределитель с электрогидравлическим управлением:
а – конструкция; б – обозначение; 1 – золотник вспомогательного гидрораспределителя (пилота); 2 – электромагниты; 3 – золотник основного распределителя
Рис. 1.32. Гидрораспределитель P4/3 с соединением нагнетательной линии
и обоих отводов на бак при среднем положении золотника, с электрогидравлическим управлением от двух вспомогательных распределителей
Рис. 1.33. Гидрораспределитель P4/3 (золотниковый) с электрогидравлическим управлением (упрощенное обозначение)
49
Глава 1. Объемный гидропривод машин
1.5.2. Крановые распределители
Пробковые краны применяют в качестве распределителей при относительно небольшом расходе и давлении жидкости. Рабочий элемент
(пробка) цилиндрического или конусного типа совершает поворотные
движения относительно оси. В кранах с цилиндрической пробкой герметизирующий контакт обеспечивается притиркой, а в кранах с конусной
пробкой – с помощью пружины.
Двухпозиционный кран (рис. 1.34) автокрана предназначен для изменения направления потока рабочей жидкости от насоса либо к нижнему
распределителю на неповоротной раме (для гидропривода выносными
опорами – аутригерами), либо к верхнему распределителю – для гидропривода крановых механизмов на поворотной платформе автокрана (стрела, грузовая лебедка, поворот платформы).
Рис. 1.34. 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 – отвод к насосу; Р1 – отвод
к верхнему гидрораспределителю; Р2 – отвод к нижнему гидрораспределителю
Кран включения калорифера (рис. 1.35) 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,
50
1.5. Гидрораспределители
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 ручка 7 крана
находится в вертикальном положении – калорифер выключен, в горизонтальном (по ходу маслопровода) – включен.
7
6 5
4 3
2 1
8
Рис. 1.35. Кран включения калорифера: 1 – корпус; 2 – пробка; 3 – подпорный клапан; 4 – пружина; 5 – табличка-указатель; 6 – ограждение; 7 – ручка; 8 – заглушка
1.5.3. Выбор гидрораспределителя
На рис. 1.36 приведены варианты исполнения распределителей с различным осевым перекрытием рабочих окон.
Рис. 1.36. Исполнения 4-линейных 3-позиционных гидрораспределителей
51
Глава 1. Объемный гидропривод машин
Распределители, выполненные по схеме I, при нейтральной позиции
золотника («нейтрально-заперто») запирают обе полости гидродвигателя,
напор и слив (золотник с положительным перекрытием).
Подача насоса через предохранительный клапан уходит на слив. В момент переключения такого распределителя в одну из рабочих позиций наблюдается скачок пикового давления в его рабочем отводе.
В распределителях, выполненных по схеме II, при нейтральной позиции золотника полости гидродвигателя объединены и соединены с насосом, а слив заперт. Они могут быть применены для цилиндров с односторонним штоком, если требуется обеспечить одинаковую скорость штока
и усилие на нем в обоих направлениях (для этого диаметры гильзы цилиндра D и штока d выбирают так, чтобы d = D/ 2 ).
При нейтральной позиции золотника распределителя, выполненного
по схеме III, обе полости гидродвигателя и подвод жидкости от насоса соединены со сливом («открытый центр»). В гидросистемах с цилиндром,
имеющим двусторонний шток, и без противодавления в сливной линии,
таким распределителем можно осуществлять останов штока с одновременной разгрузкой системы от давления.
Распределители, выполненные по схеме IV, при нейтральной позиции
золотника («нейтрально-плавающей») соединяют обе полости гидродвигателя между собой и со сливом, запирая подвод жидкости от насоса.
Обеспечивают «плавающее» положение рабочего органа, например, отвала бульдозера под действием собственного веса.
Для управления исполнительными механизмами объемного гидропривода машин гидрораспределители имеют параллельную, последовательную и индивидуальную схемы соединения каналов.
При параллельной схеме напорный канал позволяет одновременно соединять с насосом несколько гидродвигателей. При этом расход жидкости,
поступающей в распределитель, делится между включенными гидродвигателями обратно пропорционально их внешним нагрузкам.
Последовательная схема (рис. 1.37, а) соединения каналов в распределителе позволяет совмещать выполнение операций двумя гидродвигателями от одного потока. В этом случае сливная гидролиния первого гидро­
двигателя соединяется с напорной линией второго.
Отводящая гидролиния последнего из включенных гидродвигателей
соединяется со сливом. Расход жидкости для каждого гидродвигателя является одинаковым, что обеспечивает одновременную работу нескольких
52
Контрольные вопросы
двигателей с одинаковой скоростью. Но при такой схеме рабочее давление в каждом последующем двигателе равно давлению на выходе из предыдущего, а давление в подводящей линии определяется суммой сопротивлений включенных гидродвигателей.
При индивидуальной схеме (рис. 1.37, б) соединения каналов гидрораспределитель обеспечивает подвод всего потока рабочей жидкости только к одному гидродвигателю. Подвод рабочей жидкости к следующим
гидродвигателям перекрыт. Чтобы включить последующий гидродвигатель, необходимо отключить предыдущий гидродвигатель. Такая схема
(тандем) предназначена для гидросистем с поочередным включением
исполнительных механизмов и находит широкое применение в гидроприводах мобильных машин.
а б
Рис. 1.37. Схемы включения распределителей в гидропривод: а – с последовательным соединением двух гидродвигателей; б – с индивидуальным соединением двух гидродвигателей; 1–5 – насосная линия; 2 – предохранительный
клапан; 3, 4 – рабочие секции; 6, 7 – гидромоторы
Контрольные вопросы
1. Основные параметры и формулы, определяющие работу распределителей. Характеристика золотников с отрицательным, положительным
и нейтральным перекрытием. Уравнение динамики гидрораспределителя.
2. Классификационные признаки и обозначения гидрораспреде­
лителей.
53
Глава 1. Объемный гидропривод машин
3. Анализ достоинств и недостатков различных типов распределителей и методика их выбора. Область применения различных типов распределителей.
1.6. Вспомогательное гидрооборудование и гидролинии
1.6.1. Предохранительные и переливной клапаны
Предохранительные клапаны ограничивают давления рабочей жидкости в системе сверх заданного путем однократного отвода жидкости
на слив в гидробак. Их регулируют на давление, превышающее номинальное на 10…20 %. При давлении в системе ниже заданного клапан надежно запирает проход рабочей жидкости в полость низкого давления. Типы
запорно-регулирующих элементов этих клапанов: шариковые, конусные,
золотниковые (плунжерные) и тарельчатые. Если поток жидкости непосредственно воздействует на запорно-регулирующий элемент, то клапан
является аппаратом прямого действия.
Предохранительный клапан прямого действия с запорно-регулирующим элементом золотникового типа изображен на рис. 1.38.
Рис. 1.38. Предохранительный клапан автокрана КС-45717 и его обозначение
на схемах: 1, 4 – пробки; 2 – шайба; 3 – стакан; 5 – пружина; 6 – уплотнитель;
7 – тарелка; 8 – золотник; 9 – втулка; 10 – корпус; Н – напор; С – слив
54
1.6. Вспомогательное гидрооборудование и гидролинии
Рабочая жидкость подводится в полость Н, при превышении давления в гидролинии выше давления настройки клапана золотник 8 сжимает пружину 5, открывая проход жидкости через полость С в сливную
линию. Настройка клапана осуществляется пробкой 4 [33].
Считается, что при высоком давлении в напорной гидролинии диаметр затвора таких клапанов ограничен размером до 25 мм, так как при
больших размерах недопустимо растут усилия пружин клапанов.
Для снижения требуемого усилия пружины при заданном давлении срабатывания клапана высоконапорных линий применяют двухступенчатые клапаны непрямого действия – поток жидкости воздействует
на вспомогательный золотник и только после его срабатывания открывается основной запорно-регулирующий элемент (рис. 1.39).
Переливные клапаны – поддерживают постоянное давление в гидросистеме путем непрерывного отвода части рабочей жидкости на слив
в гидробак. Они подобны предохранительным клапанам, но в отличие
от них имеют большие размеры рабочих окон, так как работают непрерывно, а их запорный элемент обычно выполняется плунжерным.
Рис. 1.39. Предохранительный 2-ступенчатый клапан
непрямого действия
1.6.2. Редукционный клапан, клапаны логического «И», «ИЛИ»
Редукционный клапан поддерживает постоянное давление рабочей
жидкости на его выходе р2 независимо от давления на входе р1. Обозначение клапана прямого действия, в котором давление на выходе р2 зависит
от усилия сжатия пружины, приведено на рис. 1.40.
р1
р2
Рис. 1.40. Обозначение редукционного клапана
прямого действия (р2 < р1)
55
Глава 1. Объемный гидропривод машин
Клапан понижает давление жидкости, при этом давление на его входе
превышает давление на выходе обычно на 0,2…0,3 МПа.
Работа клапана логического «И» осуществляется с помощью золотника. Если на вход клапана подается только один сигнал X1 или X2 (рис. 1.41),
то золотник смещается в одну или в другую сторону, тем самым перекрывая подачу жидкости, и на выходе элемента сигнал отсутствует. Если же
будут поданы оба сигнала, то золотник займет нейтральное положение
и на выходе элемента появится сигнал А.
A
X1
X2
Рис. 1.41. Условное обозначение клапана логического «И»
Сигнал на выходе клапана логического «ИЛИ» появится при подаче
или сигнала X1, или сигнала X2 (рис. 1.42).
A
X1
X2
Рис. 1.42. Логический элемент «ИЛИ»
Элемент имеет два входа и один выход. Выходной сигнал А появляется тогда, когда имеется давление хотя бы на одном входе.
1.6.3. Обратный и обратный управляемый клапаны
Обратные клапаны пропускают рабочую жидкость только в одном направлении. Они имеют различные запорные элементы: шариковый, конусный, тарельчатый или плунжерный. Применяемые в них пружины
нерегулируемые и имеют меньшие усилия по сравнению с предохранительными клапанами.
Обратный клапан автокрана КС-45717 с конусным затвором изображен на рис. 1.43. Подводимый к полости А поток рабочей жидкости под
давлением открывает конусный затвор 2, преодолевая усилие пружины 3,
56
1.6. Вспомогательное гидрооборудование и гидролинии
и через отверстие в клапане проходит к полости Б. Движение рабочей
жидкости в обратном направлении исключено, так как клапан прижмется к седлу пружиной 3 и давлением жидкости [33].
Рис. 1.43. Обратный клапан с конусным затвором: 1 – корпус; 2 – клапан;
3 – пружина; 4 – втулка; А – подвод; Б – отвод
Односторонние гидрозамки автокрана (рис. 1.44) устанавливаются на цилиндрах вывешивания выносных опор и служат для свободного пропускания потока жидкости в одном направлении, а в обратном –
только при наличии давления насоса в линии управления.
При подводе жидкости к полости Н она через обратный клапан 4
проходит к полости Ц. При обратном направлении потока выход жидкости перекрыт клапаном 4 и становится возможным только при подаче давления управления к полости У, когда поршень 6 принудительно
откроет клапан 4. Таким образом, односторонние гидрозамки применяются для блокировки движения штока цилиндра в одном направ­
лении.
а
б
Рис. 1.44. Односторонний гидрозамок (обратный управляемый клапан) выносных опор автокрана: а – конструкция; б – условное изображение; 1 – стопорное кольцо; 2 – шайба; 3 – пружина; 4 – обратный клапан; 5 – корпус;
6 – поршень; 7 – уплотнительное кольцо; 8 – штуцер; Ц – отвод к цилиндру;
Н – напор; У – управление
57
Глава 1. Объемный гидропривод машин
Пример установки одностороннего гидрозамка в гидроприводе цилиндра двустороннего действия изображен на рис. 1.45.
Рис. 1.45. Пример установки гидрозамка 2 в гидросистеме: 1 – гидрораспределитель Р4/3; А, Б – рабочие отводы; 3 – гидроцилиндр; Н, С – напорная и сливная линии; У – линия управления
При перемещении правой позиции распределителя 1 на место гидролиний напорная линия Н через открытый клапан гидрозамка 2 соединяется с поршневой полостью гидроцилиндра 3, а его уменьшающаяся штоковая полость сливной линией С сообщается с гидробаком.
Звено поршень–шток выдвигается, совершая рабочий ход.
При переводе золотника распределителя в нейтральную позицию его
рабочие отводы А и Б разъединены и отсоединены от также разъединенных напорной Н и сливной С гидролиний. Просадка звена поршень–шток
под внешней нагрузкой путем перетекания рабочей жидкости из поршневой полости гидроцилиндра в штоковую исключается закрытым обратным клапаном гидрозамка.
При перемещении левой позиции распределителя на место гидролиний линия насоса Н соединяется с линией управления У (открывая обратный клапан гидрозамка) и одновременно со штоковой полостью цилиндра. Из уменьшающейся поршневой полости через принудительно
открытый обратный клапан жидкость по сливной линии С уходит в гидро­
бак. Шток гидроцилиндра втягивается, совершая обратный ход.
58
1.6. Вспомогательное гидрооборудование и гидролинии
Для блокировки штока гидроцилиндра в двух направлениях применяются двусторонние гидрозамки (рис. 1.46).
а б в Рис. 1.46. Двусторонний гидрозамок: а – нейтральное положение; б – положение клапанов и поршня при подводе давления от распределителя в канал А; в – положение клапанов и поршня при подводе давления
в канал Б; г – условные обозначения; 1 – обратный клапан; 2 – пружина;
3 – плавающий поршень-толкатель; В, Г – каналы, связывающие гидрозамок и силовой гидроцилиндр
В корпусе размещены два запорно-регулирующие элементы (шариковые обратные клапаны) 1, между которыми помещен плавающий
поршень-толкатель 3. Клапаны 1 в исходном положении (рис. 1.46, а)
закрыты под действием пружин 2. Рабочая жидкость под давлением
от распределителя поступает к гидрозамку через каналы А и Б, а от него
к полостям цилиндра – через открытые каналы В и Г.
59
Глава 1. Объемный гидропривод машин
При подводе рабочей жидкости под давлением к каналу А (рис. 1.46, б)
открывается левый обратный клапан 1, и жидкость через канал В проходит в левую (поршневую) полость гидроцилиндра. Под давлением жидкости поршень-толкатель 3 смещается вправо и открывает правый обратный
клапан 1, обеспечивая проход жидкости, отводимой из канала Г, связанного с правой (штоковой) полостью гидроцилиндра, в канал Б и далее через
распределитель на слив в гидробак.
При подаче жидкости от распределителя в канал Б гидрозамок срабатывает аналогично, но в обратном направлении (рис. 1.46, в).
В нейтральной позиции золотника распределителя рабочая жидкость
под давлением не подводится ни к одному из каналов (А или В), запорнорегулирующие элементы 1 занимают положение, указанное на рис. 1.46, а.
Полости гидродвигателя блокируются от слива, блокируя выходное звено
гидродвигателя от перемещений.
1.6.4. Гидравлические дроссели
Гидравлический дро́ссель создает гидравлическое сопротивление Δрдр за
счет изменения проходного сечения Sдр потока рабочей жидкости. Дроссели ограничивают подачу рабочей жидкости к исполнительному органу гидродвигателя для регулирования скорости его возвратно-поступательного
или вращательного движения.
Расход Qдр и давление жидкости изменяются в результате ее прохождения через местное (регулируемое или нерегулируемое) сопротивление ζдр.
При этом часть расхода жидкости Qн, поступающей от насоса, отводится
через переливной клапан в сливную магистраль.
По типу запорного элемента дроссели подразделяются на игольчатые,
золотниковые, тарельчатые, щелевые и пластинчатые.
На рис. 1.47 изображен линейный регулируемый дроссель вязкостного сопротивления. Потеря давления Δрдр в нем преимущественно определяется трением жидкости в дроссельном канале сравнительно большой
длины и малого сечения при ламинарном течении, т. е. гидросопротивление является практически линейной функцией скорости жидкости
Vдр = Qдр /Sдр и зависит от температуры.
Подобные дроссели обладают стабильностью характеристики. Регулирование их сопротивления осуществляется изменением длины дроссельного канала, путем ввинчивания или вывинчивания винта 2.
60
1.6. Вспомогательное гидрооборудование и гидролинии
Рис. 1.47. Линейный регулируемый дроссель: 1 – корпус; 2 – винт
Нелинейные дроссели (вихревого сопротивления) Δрдр определяются деформацией потока рабочей жидкости и ее вихреобразованием в канале малой длины. Они содержат несколько последовательно расположенных дроссельных шайб (пакет шайб). Принцип действия основан
на многократном сужении и расширении потока рабочей жидкости.
В дросселях этого типа изменение гидросопротивления Δрдр происходит практически пропорционально квадрату скорости потока жидкости Vдр, поэтому такие дроссели называют квадратичными. Диаметр
дросселирующего отверстия должен быть не менее 0,3 мм, так как иначе
возможно их засорение загрязнениями жидкости.
Несмотря на невысокий КПД, дроссельное регулирование является наиболее простым и дешевым способом изменения скорости перемещения рабочих органов машин при небольших мощностях привода насоса.
Регулируемые дроссели с обратным клапаном предназначены для
ограничения потока рабочей жидкости в одном направлении и свободного пропускания его – в другом (рис. 1.48).
В нейтральной позиции золотника полости цилиндров заперты.
При рабочем ходе штоков цилиндров 3 правая позиция распределителя 1 перемещается на место гидролиний. Рабочая жидкость от насоса Н поступает через обратный клапан в поршневые полости цилиндров,
а из их штоковых полостей по линии С уходит на слив.
При обратном ходе штоков цилиндров левая позиция распределителя перемещается на место гидролиний. Рабочая жидкость по напорной
линии Н поступает в штоковые полости цилиндров, а из их поршневых
полостей через регулируемый дроссель уходит на слив.
Дросселем регулируют скорость обратного хода штоков.
61
Глава 1. Объемный гидропривод машин
Рис. 1.48. Пример установки дросселя с обратным клапаном 2 для ограничения скорости обратного хода штока: 1 – распределитель; 3 – гидроцилиндры;
А, Б – рабочие отводы; Н, С – напорная и сливная гидролинии
На рис. 1.49 изображен регулируемый дроссель с обратным клапаном
ограничения скорости опускания стрелы экскаватора.
Конструкция дросселя позволяет свободно пропускать поток рабочей
жидкости через обратный клапан 4 от распределителя и ограничивать его
в обратном направлении. Изменением положения наружной гайки 3 относительно корпуса 1 устанавливается сечение проходного отверстия, определяющее скорость опускания стрелы.
От распределителя
1
2
3
4
5
6
Рис. 1.49. Гидродроссель с обратным клапаном механизма опускания стрелы
экскаватора: 1 – корпус; 2 – кольцо уплотнительное; 3 – наружная гайка;
4 – обратный клапан; 5 – пружина; 6, 8 – кольца стопорные; 7 – шайба
62
1.6. Вспомогательное гидрооборудование и гидролинии
1.6.5. Гидролинии
Центральный коллектор (вращающееся соединение) относится
к групповым соединениям трубопроводов и служит для передачи давления рабочей жидкости (привод гидромотора механизмов передвижения,
цилиндров выносных опор и поворота колес), а также сжатого воздуха
(управление пневмокамерами тормозов, стабилизаторами и коробкой передач колесных экскаваторов) с вращающейся поворотной платформы
на ходовую тележку и в обратном направлении (рис. 1.50) [33].
Рис. 1.50. Центральный коллектор автокрана (вращающееся соединение):
1 – поводки; 2 – обойма в сборе; 3 – уплотнительное кольцо;
4 – защитная шайба; 5 – корпус; 6 – шайба; 7 – болт; Н (н) – напор;
С (с) – слив; Д (д) – дренаж
Вращающееся соединение имеет сливной, напорный и дренажный
каналы в корпусе 5 и в обойме 2, разделенные уплотнительными кольцами 3. Для уплотнения напорного канала кроме резиновых колец устанавливаются фторопластовые шайбы 4. Корпус вращающегося соединения
крепится на неповоротной раме крана. Вращающаяся обойма 2 соединена с поворотной рамой через поводки 1.
Передача рабочей жидкости с поворотной платформы экскаватора
к гидромоторам гусениц производится через центральный коллектор
(рис. 1.51). Его корпус 10, установленный по оси вращения платформы,
крепится на ходовой раме болтами. Корпус и колонка 4 вращаются вместе с поворотной платформой, увлекаемые кронштейном 8 с фиксатором 12, закрепленным на шпильках, приваренных к колонке.
63
Глава 1. Объемный гидропривод машин
Рис. 1.51. Центральный коллектор экскаватора ЕТ-20: 1 – цапфа; 2 – гильза; 3, 9, 14 – штуцер; 4 – колонка; 5 – уплотнительное кольцо; 6 – защитная
шайба; 7 – полукольцо; 8 – кронштейн; 10 – корпус; 11 – приварной угольник;
12 – фиксатор; 13 – шайба; I, II, III, IV – гидроприводы гидромоторов привода
хода; V, VI – дренаж рабочей жидкости; VII – гидроуправление тормозами привода хода
Гильза 2 и цапфа 1 не вращаются, так как жестко связаны с ходовой
рамой. Рабочая жидкость подводится к колонке 4 от распределителей
через приварные угольники 11, проходит по продольным каналам, оканчивающимися кольцевыми проточками на колонке 4, и из них – через отверстия в гильзе 2 и штуцерах 3 – отводится к гидромоторам хода.
Дренаж рабочей жидкости и гидроуправление тормозами привода хода
осуществляется через штуцера 14, продольные каналы цапфы 1, далее
через корпус 10 к штуцерам 9. Для разделения потоков в цапфе и колонке
размещены уплотнительные кольца 5. В колонке 4, где под высоким давлением проходят большие потоки рабочей жидкости, кроме того, установлены защитные фторопластовые шайбы 6.
64
1.6. Вспомогательное гидрооборудование и гидролинии
Гидролинии представляют собой стальные трубопроводы, выполненные из цельнотянутых труб, гибкие рукава низкого (шланги) и высокого
давления. Трубопроводы соединяют между собой и с агрегатами гидропривода с помощью арматуры, которая должна обеспечивать легкость
монтажа и демонтажа, а также надежное уплотнение соединений. Со­
единения линий могут быть неподвижными и подвижными.
Металлические трубопроводы соединяются с распределителем штуцерами и планками. Уплотнение достигается установкой резиновых
колец. Радиус изгиба принимают в пределах 8…4 радиусов наружного
диаметра трубы, большее значение относится к трубам меньшего диаметра. Трубу следует крепить вблизи места ее изгиба. .
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 (рис. 1.52); III – с тремя оплетками.
Рис. 1.52. Схемы конструкции рукавов с одной (тип I) и двумя (тип II) оплетками: 1 – внутренний резиновый слой; 2 – металлическая оплетка; 3 – промежуточный резиновый слой; 4 – наружный резиновый слой
Для предохранения от повреждений наружная поверхность рукава покрыта резиновым слоем 4, а иногда еще и металлической лентой.
Число слоев и прочность материала оплетки увеличивают в зависимости
от давления в системе, для которой предназначен рукав.
Зарубежные РВД разделяют на две группы металлорукавов:
с металлическими оплетками и с металлическими навивками.
65
Глава 1. Объемный гидропривод машин
Первые применяются в приводах с относительно невысоким давлением
(до 25 МПа). Вторые используются в технике, работающей при давлении
30…40 МПа, где действуют постоянные циклические нагрузки.
Общеевропейские стандарты ЕN 853 и ЕN 857 регламентируют производство четырех типов резиновых рукавов с металлическими оплетками,
предназначенных для работы с гидравлическими жидкостями в диапазоне от –40 °С до +100 °С.
Типы 1ST и 2ST – это РВД с одной и двумя металлическими оплетками
из нагартованной латунированной проволоки.
Типы 1SN и 2SN аналогичны рукавам 1ST и 2ST, но имеют более тонкий наружный слой резины, что позволяет производить их армирование
без предварительной зачистки наружного резинового слоя.
При маркировке на рукав наносят следующие данные: производитель,
тип, условный проход (дюймы), рабочее давление, номер стандарта, номинальный диаметр, квартал и год производства.
Навивочные рукава производятся четырех типов:
• 4SP – с четырьмя спиральными навивками стальной проволокой
для средних давлений (стандарт ЕN 856);
• 4SH – с четырьмя навивками из особо прочной проволоки для высоких давлений;
• R12 – с четырьмя навивками, тяжелый рукав для долгой работы при
высоких температурах и среднем давлении;
• R13 – многоспиральный (обычно шестинавивочный) рукав для
особо тяжелых условий работы, с повышенным сроком службы.
В гидролиниях, подвергающихся частому демонтажу, применяются
запорные устройства, предотвращающие вытекание рабочей жидкости
из системы при разъединении маслопроводов.
Для соединения маслопроводов, идущих к гидроцилиндрам прицепных машин, применяются разрывные муфты. Они предохраняют РВД
от разрыва и вытекания жидкости из системы при произвольном отсоединении от машины прицепных орудий.
Контрольные вопросы
1. Пример условного обозначения вспомогательного оборудования,
классификационные признаки и область применения. Основные па­
раметры.
66
1.7. Регулирование объемного гидропривода
2. Конструкция предохранительного и переливного клапанов.
3. Работа редукционного клапана, клапанов логического «И», «ИЛИ».
4. Конструкция и работа обратного и обратного управляемого
клапанов.
5. Принцип действия одностороннего и двустороннего гидрозамков.
6. Гидравлические дроссели. Работа дросселя с обратным клапаном.
7. Назначение, устройство и работа центрального коллектора.
8. Типы и конструкция рукавов высокого давления, условное обоз­
начение.
9. Рукава с металлическими оплетками и с металлическими навивками.
1.7. Регулирование объемного гидропривода
1.7.1. Схемы дроссельного регулирования гидропривода
Одно из наиболее существенных преимуществ объемного гидропривода перед механическим – это возможность бесступенчатого регулирования скоростей и усилий исполнительного органа в широком диапазоне. Регулирование скорости гидродвигателя (движения поршня
гидроцилиндра или вращения вала гидромотора) при постоянной мощности на входе можно осуществлять дросселированием или изменением подачи насоса. Регулирование скорости дросселированием широко
распространено при небольшой мощности насоса благодаря простоте
и низкой стоимости изготовления агрегатов. При этом способе используется нерегулируемый насос, а количество жидкости, подаваемое в гидродвигатель, изменяется за счет перепускания части жидкости через переливной клапан обратно в гидробак.
Различают последовательные и параллельную схемы включения регулирующего дросселя в гидроприводе [25, 26].
1. Дроссель включен на входе в гидроцилиндр (рис. 1.53, а).
При полном открытии дросселя скорость штока максимальна и ограничивается внешней силой полезного сопротивления Rп.с. Скорость
штока Vшт определяется действительной подачей рабочей жидкости насосом Qн, эффективной площадью S поршня и объемным КПД цилиндра ηо.ц, учитывающим внутренние перетечки жидкости в нем:
Vшт = Qнηо.ц/S.
67
(1.36)
Глава 1. Объемный гидропривод машин
Расход жидкости через щель дросселя Qдр, м3/с:
Qдр = αS др
2Δрдр
,
ρ
(1.37)
где α – коэффициент расхода, учитывающий гидравлические потери; зависит от геометрической формы сужающего устройства и числа Рейнольдса (находится по справочным данным или опытным путем);
Sдр – площадь проходного сечения щели дросселя;
Δрдр – перапад давления на дросселе, Па;
ρ – плотность рабочей жидкости, кг/м3.
Применение такой схемы нецелесообразно в грузоподъемных машинах из-за возможности падения груза. Этому падению противодействуют
лишь сила трения поршня о стенки цилиндра и сопротивление (противодавление) сливной гидролинии системы привода.
а б
в
Рис. 1.53. Схема гидроприводов возвратно-поступательного движения с дросселем: а – дроссель на входе; б – дроссель на выходе; в – дросселирование в распределителе на входе и выходе; 1 – гидродвигатель; 2 – распределитель; 3 – дроссель; 4 – переливной клапан; 5 – насос; Rп.с – действующая
на шток сила полезного сопротивления (технологическое усилие); Vшт – скорость штока
2. Дроссель включен на выходе из гидроцилиндра (рис. 1.53, б).
При полном открытии дросселя скорость штока Vшт максимальна
и определяется величиной внешней силы сопротивления Rп.с.
68
1.7. Регулирование объемного гидропривода
При уменьшении открытия дросселя давление перед ним повышается, клапан 4 приоткрывается и пропускает часть подачи насоса Qкл
на слив. Скорость штока при этом за счет сокращения расхода жидкости
уменьшается. При полном закрытии дросселя вся подача насоса направляется через клапан 4 на слив в бак, а скорость Vшт = 0.
Преимуществом схем дроссельного регулирования скорости выходного звена гидропривода является простота конструкции.
Недостатки: потери мощности из-за слива части жидкости, поступающей от насоса; снижение КПД гидропривода.
Такая схема с дросселем в сливной магистрали обеспечивает наибольшую устойчивость против колебаний давления в гидросистеме
при изменении нагрузки, особенно при малых скоростях движения
выходного звена гидродвигателя. При установке дросселя перед гидродвигателем нагретая в процессе дросселирования жидкость поступает в него, ухудшая тем самым тепловой режим гидропривода.
Для обеспечения плавности страгивания выходного звена приходится
дополнительно включать в сливную магистраль подпорный клапан.
Поэтому из двух вариантов последовательного включения дросселя предпочтительным является расположение дросселя за гидродви­
гателем.
3. Дроссель включен на входе в гидроцилиндр и на выходе.
Схема также может быть реализована посредством дросселирующего распределителя (рис. 1.53, в) за счет неполного открытия проходных
окон его корпуса золотником («нулевое перекрытие»).
На рис. 1.54 изображена схема включения регулирующего дросселя
параллельно гидроцилиндру (или гидромотору).
В точке М расход жидкости разделяется: один поток направляется
через распределитель 2 в гидроцилиндр 1, а другой – в регулирующий
дроссель 3. Клапан 4 в этой схеме является предохранительным и открывается только при превышении заданного максимального значения давления жидкости в системе.
Скорость штока регулируется изменением степени открытия дросселя: чем она меньше, тем большая доля подачи насоса направляется в гидроцилиндр и тем выше скорость штока.
При полном закрытии дросселя скорость штока наибольшая.
При полном открытии дросселя скорость уменьшается до нуля или
до минимального значения, в зависимости от нагрузки.
69
Глава 1. Объемный гидропривод машин
1
2
3
M
4
5
Рис. 1.54. Схема объемного гидропривода с дроссельным регулированием при
параллельном включении дросселя: 1 – гидроцилиндр; 2 – распределитель;
3 – регулирующий дроссель; 4 – предохранительный клапан; М – точка разделение потока рабочей жидкости
Расход насоса для схемы параллельного включения дросселя
Qн = Qц + Qдр,
(1.38)
где Qц – часть полного расхода, поступающая на питание цилиндра;
Qдр – часть расхода рабочей жидкости, дросселирующая на слив.
Скорость штока при параллельном подключении дросселя:
Vшт = Qцηо.ц/S = (Qн – Qдр)ηо.ц/S.
(1.39)
Основным недостатком этой схемы является пониженная жесткость
и необходимость индивидуального источника питания для каждого потребителя. Однако при этом получается более высокий КПД, и меньше
нагревается рабочая жидкость. К тому же нагретая жидкость сливается
в гидробак, минуя гидродвигатель.
Учитывая недостатки дроссельного регулирования, оно используется
при небольшой мощности насоса. При большей потребной мощности для
обеспечения работы гидродвигателей рекомендуется применять объемное или объемно-дроссельное регулирование скорости выходного звена,
70
1.7. Регулирование объемного гидропривода
т. е. использовать аксиально-поршневые насосы с регулируемым рабочим объемом. Применение насосов и гидромоторов с автоматически изменяемым рабочим объемом является наиболее эффективным и широко
используется в приводах современных машин.
Подача насоса и скорость выходного звена в системе объемного дизель-гидропривода (электропривода) может также варьироваться за счет
изменения частоты вращения nн.var приводного вала насоса:
Qн.var = V0nн.varηо,
(1.40)
при постоянном рабочем объеме V0 гидронасоса.
1.7.2. Обеспечение равных скоростей штока
В цилиндре двустороннего действия с односторонним штоком скорость обратного хода поршня выше, чем при прямом, т. е. при выдвижении штока. Это позволяет осуществлять быстрые «холостые» перемещения штока без увеличения подачи насоса. Однако по условиям работы
механизма может потребоваться одинаковая скорость хода штока в обе
стороны (например, исполнительный цилиндр гидроусилителя рулевого
управления пневмоколесной машины).
Для того чтобы это свойство придать гидроцилиндрам с односторонним штоком, величины внутреннего диаметра цилиндра D и диаметра
штока d выбирают так, чтобы d 2 = D2 – d 2, отсюда
d2 = D2/2 или d = D/ 2 .
(1.41)
В этом случае рабочая жидкость при выдвижении штока должна
одновременно нагнетаться насосом в поршневую и штоковую полости гидроцилиндра (рис. 1.55, а) [34]. Перемещение штока происходит
вследствие различия эффективных (воспринимающих давление насоса) площадей поршня со стороны поршневой и штоковой полостей.
Вытесняемая из штоковой полости жидкость поступает в поршневую
вместе с жидкостью, нагнетаемой насосом. На шток действует только
усилие, определяемое давлением на площадь:
πD2/4 – π(D2 – d 2)/4 = πd 2/4.
(1.42)
При втягивании штока (рис. 1.55, б) в штоковую полость Б гидроцилиндра подводится рабочая жидкость под давлением насоса, а его поршневая полость А оказывается соединенной с гидробаком.
71
Глава 1. Объемный гидропривод машин
а
б
Рис. 1.55. Схема включения цилиндра в гидросистему для обеспечения одинаковых скоростей его штока в обе стороны: а – выдвижение штока; б – втягивание штока; Н – насос; ГР – гидрораспределитель; А, Б – полости гидроцилиндра; D, d – диаметры цилиндра (поршня) и штока
Эффективной при этом является площадь π(D2 – d2)/4, однако при условии, что D2 – d2 = d2 названная площадь также составит πd2/4.
Таким образом, при соблюдении данной схемы подключения и условия D 2 – d 2 = d 2 шток цилиндра перемещается в обе стороны с одинаковым усилием (FА = FБ) и равной скоростью (VА = VБ ).
Контрольные вопросы
1. Регулирование разомкнутых и замкнутых схем гидропривода.
2. Анализ схем регулирования гидрообъемных трансмиссий. Основные
параметры и формулы, определяющие работу этих трансмиссий.
3. Анализ схем дроссельного регулирования гидропривода.
4. Работа схемы включения цилиндра в гидросистему для обеспечения
одинаковых скоростей его штока в обе стороны.
1.8. Рабочая жидкость гидросистем
Рабочая жидкость служит для приведения в действие гидроагрегатов, смазывания и охлаждения деталей гидроаппаратуры, а также увода
72
1.8. Рабочая жидкость гидросистем
продуктов износа трущихся пар и уплотнения зазоров. Она должна образовывать на всех движущихся частях постоянно присутствующую масляную пленку. Масляная пленка может разрушаться из-за высокого давления, недостаточного подвода масла, его низкой вязкости,
слишком медленных или чрезмерно больших скоростей скольжения.
В результате появляются задиры и нарушение стандартных допусков,
которые, например, для гидрораспределителей находятся в диапа­
зоне 8…10 мкм.
Износ возникает при использовании недостаточно отфильтрованных
масел (загрязнения в виде твердых частиц металла, шлака, песка и т. д.,
проникающие между соприкасающимися деталями).
Наряду с износом из-за задиров возможен также износ в результате усталости и коррозии. Усталостный износ вызывают кавитационные
процессы в жидкости. Усиленный износ может быть следствием присутствия воды в рабочей жидкости.
Согласно ГОСТ 17479.3–85 нефтяные гидравлические масла обозначаются буквами МГ и разделяются на 10 классов вязкости от 5
до 150 мм2/с при +40 °С и на три группы по эксплуатационным свойствам, каждая из которых предназначена для определенных пределов рабочего давления и рабочей температуры в гидроприводах.
В рассматриваемых машинах преимущественно применяются гидравлические масла четырех классов вязкости: 10, 15, 22 и 32 мм2/с.
При низких температурах воздуха повышение вязкости масла приводит
к резкому увеличению внутренних сопротивлений в гидроприводе и связанной с ними перегрузке насосов. В связи с этим устанавливается предельная вязкость жидкости для насосов разных типов.
В зависимости от сезона эксплуатации применяют «зимние» или
«летние» сорта гидравлических масел (рабочей жидкости).
В соответствии с международным стандартом ISO 3448 гидравлические масла классифицируются по кинематической вязкости ν (при температуре +40 °С) на следующие группы [50]:
• ISO VG-15 при ν40 = 15 мм2/с (от 13,5 до 16,5 мм2/с);
• ISO VG-22 при ν40 = 22 мм2/с (от 19,8 до 24,2 мм2/с);
• ISO VG-46 при ν40 = 46 мм2/с (от 41,4 до 50,6 мм2/с);
• ISO VG-68 при ν40 = 68 мм2/с и VG-100 при ν40 = 100 мм2/с.
В табл. 1.2 приведены параметры гидравлических масел для мобильных машин известных отечественных и зарубежных производителей [50].
73
ВМГЗ
Hydraulic Oil
EPS 15
Hydraulic Oil 15
RANDO HD 15Z
Hyspin AWH 15
Batran HV 15
DTE 11M
Tellus OilsT-15
СДМ-15
Valvoline
Teboil
TEXACO
Castrol
BP
Mobil
Shell
«СДМ ЗапчастьСервис»
Марка
Волгоградский
НПЗ
Производитель
74
19
15
16
15
15
15
15
15
10*
40
4,2
3,8
4,1
3,8
3,8
3,8
3,6
3,8
2,5
100
160
120
150
150
152
150
151
165
130
–40
–42
–48
–51
–51
–52
–57
–60
–60
Индекс
Температура
вязкости застывания, °С
VG-15
Вязкость,
мм2/с, при
температуре,°С
60
53
–
–
–
–
–
48
50
10
45
42
–
–
–
–
–
33
35
16
27
23
–
–
–
–
–
14
15
36
5
0
–
–
–
–
–
–8
–7
100
–30
–31
–34
–36
–36
–37
–42
–45
–40
1600
Температура применения,
°С, при вязкости, мм2/с
Параметры гидравлических масел для мобильной строительной техники
Таблица 1.2
Глава 1. Объемный гидропривод машин
OSO 22
RANDO HD 22
Hyspin AWS 22
DTE 22
МГЕ-46В
AGIP
TEXACO
Castrol
Mobil
Cлавнефть
46*
22
22
22
22
22
6
4,5
4,3
4,4
4,4
4,4
VG-46
90
80
95
100
100
110
* Кинематическая вязкость масла указана при температуре +50 °С.
Tellus Oils-22
Shell
VG-22
–30
–27
–30
–30
–30
–30
83
65
–
–
–
61
62
49
–
–
–
47
47
31
–
–
–
28
25
10
–
–
–
7
–12
–22
–22
–22
–22
–22
1.8. Рабочая жидкость гидросистем
75
Глава 1. Объемный гидропривод машин
Для улучшения эксплуатационных показателей в состав масел вводят
присадки (антикоррозионные, противопенные и др.).
Индекс вязкости определяет вязкостную стабильность масел (изменение вязкости масла в зависимости от температуры).
Гидравлические масла группы VG-15 имеют диапазон замерзания
от –42 °С до –60 °С, индекс вязкости 120…170 и низкотемпературный
предел применения от –42 °С до –45 °С.
Масла группы VG-22 имеют температуру застывания около –30 °С,
индекс вязкости около 100 и низкотемпературный предел применения
(без подогрева) –22 °С при ν = 1600 мм2/с.
Температура верхнего предела применения гидравлического масла
приблизительно определяется как сумма температуры окружающего воздуха +15…20 °С.
Можно выделить характерные диапазоны применения масел в зависимости от их кинематической вязкости [50]:
νпуск = 1600 мм2/с – при кратковременной работе в момент пуска (без
предварительного подогрева рабочей жидкости в гидробаке);
νраб = 16…100 мм2/с – во время постоянной работы системы;
νэф = 16…36 мм2/с – для наиболее эффективной работы;
νмин = 10 мм2/с – минимальная при кратковременной работе.
На рис. 1.56 приведены зависимости кинематической вязкости ν гидравлических масел от температуры Т [50].
При температуре окружающего воздуха ниже +5 °С следует применять
только масло, рекомендуемое для работы зимой.
Малейшее загрязнение рабочей жидкости механическими примесями или влагой вызывает повышенный износ трущихся пар и может вывести гидроаппаратуру из строя. Заправляют бак рабочей жидкостью
при помощи насоса через фильтр тонкой очистки. При работе в условиях высокой температуры нужно следить за температурой рабочей жидкости в гидробаке, не допуская ее нагрева выше 70…75 °С.
Рассмотрим основные свойства рабочей жидкости гидросистем.
Плотность – отношение массы m жидкости к ее объему V:
ρ = m/V, кг/м3.
(1.43)
Плотность масел зависит от температуры и давления в гидросистеме
(рис. 1.57) [31].
76
1.8. Рабочая жидкость гидросистем
Зависимость плотности жидкости от температуры определяется
по формуле
ρt = ρ20 /[1 + βt(t – 20)],
(1.44)
где βt – температурный коэффициент объемного расширения, выражающий относительное увеличение объема жидкости при увеличении ее температуры на 1 °С и постоянном давлении, βt ≈ (8…8,75) ·
· 10–4 °С–1.
Зависимость коэффициента βt от температуры и давления в гидросистеме для масла ВМГЗ определяется по графику, приведенному
на рис. 1.58 [31].
5000
3000
1600
1500
1000
600
400
300
200
150
100
СДМ-15
VG-22
VG-15
VG-46
100
МГЕ-46В
70
50
40
30
36
ВМГЗ
20
16
16
12
10
–50 –40 –30 –20 –10
10
0 10 20 30 40 50 60
80
100
Рис. 1.56. Зависимости кинематической вязкости ν масел
от температуры Т
77
Глава 1. Объемный гидропривод машин
Рис. 1.57. Зависимость плотности масла ВМГЗ от температуры и давления
Рис. 1.58. Зависимость коэффициента температурного расширения βt рабочей
жидкости ВМГЗ от температуры и давления в гидросистеме
78
1.8. Рабочая жидкость гидросистем
Величина абсолютного давления на входе в насос, Па [30]:
L
Vв 2ρ
(1 + Σζвb + λв в ),
(1.45)
d
2
в
где р0 – атмосферное давление, р0 = 101 325 Па;
ρ – плотность масла, кг/м3;
g – ускорение силы тяжести, 9,8 м/с2;
(–hвс) – отрицательная высота всасывания (всасывающий патрубок
расположен ниже уровня жидкости в баке), м;
Vв – скорость масла во всасывающем трубопроводе, м/с;
Σζв – суммарный коэффициент местных сопротивлений;
b – поправочный коэффициент, учитывающий влияние вязкости
масла на местные потери (см. рис. П1.1);
λв – коэффициент трения о стенки трубопровода;
Lв и dв – длина и диаметр всасывающего трубопровода, м.
Для обеспечения работоспособности насосов в районах с холодным климатом рабочая жидкость должна иметь температуру застывания
на 10…15 °С ниже возможной рабочей температуры, а кинематическую
вязкость при –40 °С – не более 1500…1600 сСт.
Удельный вес – вес единицы объема жидкости: γ = G/V, Н/м3.
Его можно выразить через плотность ρ: γ = ρg, где g = 9,8 м/с2.
Вязкость жидкости (проявляется при движении) – свойство сопротивляться деформации сдвига при воздействии внешних сил. Различают динамическую и кинематическую вязкость (коэффициенты
вязкости).
Динамический коэффициент вязкости μ (Н · с/м2) находят из выражения:
рв = р0 – ρg(–hвс) –
Т = μS(dV/dh) = μS[(V2 – V1)/(h2 – h1)],
(1.46)
где Т – сила трения (вязкости);
S – площадь соприкасающихся слоев;
dV/dh – градиент скорости по глубине h.
Коэффициент кинематической вязкости ν – отношение величины динамического коэффициента вязкости μ к плотности жидкости ρ, м2/с:
ν = μ/ρ.
Кинематическая вязкость также выражается в сантистоксах:
1сСт = 1 мм2/с = 10–6 м2/с.
79
(1.47)
Глава 1. Объемный гидропривод машин
Зависимость кинематической вязкости ν минеральных масел от давления в системе p (до 50 МПа) при фиксированной температуре можно приближенно определить по эмпирическому выражению:
νр ≈ ν0 (1 + kp),
(1.48)
где νр и ν0 – кинематический коэффициент вязкости при давлении р,
и атмосферном, Па;
k – коэффициент, зависящий от марки масла (для легких масел
с ν50 < 15 ∙ 10–6 м2/с k = 0,002 ∙ 10–5 Па–1, для тяжелых масел с ν50 > 15 ∙ 10–6 м2/с
коэффициент k = 0,003 ∙ 10–5 Па–1) [26].
Зависимость кинематической вязкости рабочей жидкости ВМГЗ
от температуры и давления в гидросистеме дана на рис. 1.59 [31].
Потеря физических свойств наступает при дросселировании жидкости и длительной работе в условиях высоких давлений (происходит
изменение молекулярной структуры). При этом понижается вязкость
и ухудшаются смазывающие свойства («размалывание» загустителя).
В эксплуатации не допускается снижение вязкости рабочей жидкости
более, чем на 20 % [26] первоначального ее значения.
При эксплуатации рабочих жидкостей происходит их естественное
старение, ухудшаются показатели: вязкость, плотность и т. д.
Рис. 1.59. Зависимость кинематической вязкости масла ВМГЗ
от температуры и давления
80
1.8. Рабочая жидкость гидросистем
Гидравлическое масло ВМГЗ (всесезонное масло гидравлическое загущенное) предназначено для систем гидропривода и гидроуправления
строительных, дорожных, лесозаготовительных, подъемно-транспортных и других машин, работающих на открытом воздухе при температурах в рабочем объеме масла от –40 °С до +50 °С в зависимости от типа
гидронасоса. Для северных регионов оно рекомендуется как всесезонное, для средней географической зоны – как зимнее.
Плотность масла при 20 °С – не более 865 кг/м3. Кинематическая
вязкость его при температуре 50 °С ν50 = 10 мм2/с (сСт), при 100 °С –
ν100 = 2,5 сСт, а при –40 °С – ν–40 = 1500…1600 сСт [46].
Масло СДМ-15 является всесезонным для средней полосы России
и используется для гидросистем основного парка мобильных машин.
Кинематическая вязкость при температуре 40 °С ν40 = 19 мм2/с (сСт),
при 100 °С – ν100 = 4,2 сСт. Его температура застывания – –40 °С, низкотемпературный предел применения – до –30 °С.
Гидравлическое масло МГ-15В предназначено для всесезонной эксплуатации машин в районах с холодным климатом, предпочтительно
с аксиально-поршневыми насосами и гидромоторами и сезонное в зимний период с шестеренными и пластинчатыми насосами.
Гидравлическое масло МГЕ-46В (МГ-30) предназначено для эксплуатации гидроприводов мобильных машин и промышленного оборудования на открытом воздухе в качестве летнего сорта в районах с умеренным климатом и всесезонного для районов с теплым климатом
в интервале температур от –20 до +75 °С [46]. Кинематическая вязкость
при 40 °С ν40 = 46 сСт, при 100 °С – ν100 = 6 сСт.
При низких температурах в гидросистемах кранов и других мобильных машин применяют масло МГЕ-10А: вязкость ν50 = 10 мм2/с (сСт),
ν–50 = 1500 сСт, температура застывания – –70 °С).
В гидросистемах промышленного оборудования, для строительных, дорожных и других машин, работающих на открытом воздухе,
широко применяют индустриальные масла с температурой застывания не выше –15 °С: И-20А – плотность при 20 °С не более 890 кг/м3;
И-30А – плотность ρ20 не более 890 кг/м3; И-40А – плотность ρ20 не более
900 кг/м3; И-50А – плотность ρ20 не более 910 кг/м3.
Масло МГ-20 также применяют в гидросистемах стационарных установок, работающих при рабочей температуре в объеме масла до 75 °С.
Его кинематическая вязкость ν50 ≈ 20 сСт, ν–15 = 1500 сСт.
81
Глава 1. Объемный гидропривод машин
Масло марки Р предназначено для системы гидроусилителя рулевого управления грузовых автомобилей и пневмоколесных строительных
машин и используется как всесезонное. Масло обеспечивает пуск гидросистем при температурах до –35 °С без специального подогрева. Оптимальный температурный режим работы масла – 50…60 °С.
Кинематическая вязкость ν100 = 5 сСт (не более) [46].
В гидравлических системах навесного оборудования и рулевого
управления тракторов также применяется масло гидравлическое МГ-8А:
ν40 = 57…74,8 сСт, ν100 = 7,5…8,5 сСт; плотность при 20 °С не более
900 кг/м3, температура застывания не выше –25 °С.
Масло моторное (летнее) М-10В2 (ГОСТ 8581–78) для автотракторных дизелей используют в гидросистемах с шестеренными насосами
тракторов и их навесного оборудования. Его кинематическая вязкость при
температуре 100 °С составляет 11 ± 0,5 мм2/с (сСт), плотность при 20 °С
не более 905 кг/м3. При температуре воздуха ниже 5 °С в названных гидросистемах используют зимние моторные масла М-8В2, М8Г2, М8Г1:
вязкость ν100 = 8 ± 0,5 мм2/с (сСт), при 0 °С – не более 1200 мм2/с, плотность при 20 °С не более 905 кг/м3, при 15 °С – 908 кг/м3, температура застывания – не выше –25 °С.
Допускается максимальное значение температуры при длительной работе на масле МГ-15В или ВМГЗ: для шестеренных насосов до 35 °С, для
аксиально-поршневых насосов и гидромоторов до 60 °С; на масле МГЕ46В или МГ-30: для шестеренных насосов до 60 °С, для аксиально-поршневых насосов и гидромоторов до 70 °С [39].
В гидромеханических передачах (ГМП) к рабочей жидкости предъявляют более высокие требования по вязкости, антифрикционным, противоизносным и противоокислительным свойствам. В таких передачах рабочая жидкость одновременно смазывает, охлаждает и передает крутящий
момент. Динамические нагрузки в ГМП меньше, чем в обычных механических ступенчатых коробках передач из-за отсутствия жесткой связи
между двигателем и трансмиссией.
С точки зрения снижения потерь на трение и повышения КПД рабочая жидкость должна иметь минимальную вязкость. При этом температура на сливе из гидротрансформатора не должна превышать 120 °С,
а в поддоне передачи – 110 °С. При снижении температуры масла возрастает его вязкость, что ведет к возрастанию потерь в передаче и снижению КПД, поэтому ограничивают также и нижние пределы температур,
82
Контрольные вопросы
которые должны быть соответственно 70 и 60 °С. Основной отвод тепла
осуществляется через теплообменник.
Масло марки А для гидромеханических передач применяется в качестве всесезонного в жаркой и умеренной климатических зонах: кинематическая вязкость ν40 = 30…45 сСт, ν–20 = 2100 сСт; ρ20 = 840 кг/м3; температура застывания – не выше –40 °С.
Масло марки МГТ применяется в ГМП тракторов и других мобильных машин для эксплуатации при температуре окружающего воздуха
от –50 °С до 50 °С: кинематическая вязкость при 100 °С ν100 = 6…7 сСт,
температура застывания – не выше –55 °С [46].
Контрольные вопросы
1. Назначение рабочей жидкости гидросистем и требования к ней.
Общая характеристика масел и их классификация по кинематической
вязкости.
2. Основные свойства рабочей жидкости гидросистем: плотность,
кинематическая и динамическая вязкость, удельный вес. Зависимость
свойств гидравлических масел от температуры и давления. Особенности применения рабочей жидкости гидросистем при низких и высоких
температурах среды.
3. Краткая характеристика и область применения основных марок гидравлических масел отечественного производства.
83
Глава 2. НАСОСНО-АККУМУЛЯТОРНЫЙ
ГИДРОПРИВОД
2.1. Пневмогидравлические аккумуляторы
В гидроприводе машин пневмогидроаккумуляторы (АК) используют
в качестве источников энергии для разгрузки насосов и увеличения этим
их срока службы; рекуперации мощности в энергосберегающих системах машин цикличного действия и уменьшения пульсации (пиков) давления в переходных режимах.
Заряженный АК обеспечивает работу системы гидроуправления золотниками распределителя. Система сервоуправления обеспечивает автономное питание и позволяет после отключения двигателя осуществить
еще пять-десять включений золотников гидрораспределителя.
Экономически целесообразно применять АК в системах с эпизодическими пиками потребляемого расхода, которые значительно превышают средний расход жидкости в гидросистеме. В процессе эксплуатации АК накапливает энергию в виде определенного объема
жидкости под давлением в моменты ее малого потребления гидродвигателями и компенсирует недостаток расхода в моменты большого
потребления жидкости в системе. Наличие АК оптимизирует работу
привода и позволяет применять в системе насос с меньшей подачей,
уменьшает потери энергии из-за слива излишка жидкости, а следовательно, повышает КПД привода. В этом случае гидронасос можно выбирать не по максимальному расходу жидкости в системе привода,
а всего на 5…10 % больше среднего расхода Qср за цикл работы гидро­
системы, т. е.
Qн = (1,05…1,1) Qср.
(2.1)
В зажимных механизмах АК компенсирует утечки в гидросистеме
и поддерживает необходимое давление зажима постоянным.
В транспортных средствах АК могут использоваться для рекуперации энергии торможения и для быстрого запуска двигателя.
84
2.1. Пневмогидравлические аккумуляторы
В гидравлической системе рекуперации кинетической энергии
(KERS – Kinetic Energy Recovery System) энергия торможения используется для накопления давления рабочей жидкости в АК, которое передается на ведущие колеса машины, когда это требуется.
Главное преимущество гибридных машин – экономия топлива, сокращение выброса вредных веществ в атмосферу и полезное использование накопленной при торможении энергии. Можно сделать предположение о перспективности использования таких систем на автокранах
и других колесных гидрофицированных машинах. Встроенный в их гидросистему АК способен осуществлять разгрузку насоса и использоваться в качестве резервного источника энергии.
Пневмогидроаккумулятор представляет собой неразборный стальной
сосуд, заправленный под давлением техническим азотом сорта с точкой
росы не выше –30°С. В нем используется свойство газа сжиматься и воздействовать на практически несжимаемую жидкость, находящуюся под
давлением (газ работает как «пружина»).
По конструкции АК делят на следующие типы: с упругим баллоном
(диафрагменные или мембранные) и поршневые.
В баллонном АК в качестве разделителя сред используется резиновый баллон, изначально находящийся под давлением газа. Жидкостная
полость соединена с напорной гидролинией. При увеличении давления
в гидролинии баллон сжимается, вбирая в аккумулятор некоторое количество жидкости. При уменьшении давления в этой гидролинии сжатый
газ вытесняет жидкость обратно в систему.
Пневмогидроаккумуляторы с эластичным разделением сред типа
АПГ-Б состоят из корпуса, резинового баллона и пневмозамка, служащего для зарядки газовой камеры азотом, а также системы контроля давления зарядки. Положение при монтаже – вертикальное (рис. 2.1).
Отношение максимального рабочего давления р2 к начальному давлению зарядки газом р0: р2 /р0 ≤ 4 [20].
Отношение минимального рабочего давления р1 к начальному давлению зарядки газом р0 (рис. 2.2): р1/р0 ≥ 1,1.
Отличительной особенностью мембранного АК является то, что он
обеспечивает быстрое высвобождение энергии при небольших размерах (конструктивная вместимость – до 4 л). В качестве разделителя сред
применяется резиновая мембрана. Отношение давлений в мембранном
аккумуляторе подобно баллонному аккумулятору.
85
2. Насосно-аккумуляторный гидропривод
1
2
3
4
5
6
Рис. 2.1. Диафрагменный гидроаккумулятор:
1 – винтовая крышка; 2 – газовая камера; 3 – диафрагма;
4 – жидкостная камера; 5 – пробка; 6 – стальной корпус
р2
2
р
1
р1
р0
0
V2
V1
V
V0
Рис. 2.2. Диаграмма состояний пневмогидроаккумулятора: р0 – начальное давление газа; р1, р2 – соответственно, минимальное и максимальное рабочее давление газа; V0 – объем газа при первоначальном давлении; V1 – объем газа при минимальном рабочем давлении; V2 – объем газа при максимальном рабочем давлении
Принцип работы поршневого пневмогидроаккумулятора такой же,
как и у баллонного, с той лишь разницей, что в качестве разделителя
сред используется металлический поршень.
Отношение максимального рабочего давления р2 к начальному давлению зарядки газом р0: р2 /р0 ≤ 10 [20].
86
2.1. Пневмогидравлические аккумуляторы
Отношение минимального рабочего давления р1 к начальному давлению зарядки газом р0: р1 /р0 ≥ 1,1 (см. рис. 2.2).
Пример условного обозначения пневмогидроаккумулятора:
• АРХ 2,5/32 УХЛ, где А – аккумулятор; Р – поршневой; Х – вид
крепления (Х – хомутом, Ф – фланцевый); 2,5 – вместимость газа V0, дм3;
32 – максимальное давление газа, МПа;
• АПГ-Б10/16 УХЛ, где АПГ-Б – аккумулятор пневмогидравлический баллонный; 10/16 – конструктивная вместимость, дм3; /максимальное давление, МПа; УХЛ – для районов с умеренным и холодным
климатом.
АК оснащаются предохранительным устройством, а также комплектом для зарядки газом и контроля степени зарядки.
Схема подключения АК системы сервоуправления золотниками гидрораспределителей экскаватора приведена на рис. 2.3.
Зарядка АК 1 при работе основной гидросистемы осуществляется посредством включения клапана 2 «ИЛИ» от одной из гидролиний
высокого давления Н1 или Н2 через редукционный клапан 3 и обратный
клапан 5 до заданного максимального давления р2. При превышении
давления жидкости в линии аккумулятора заданного значения р2, предохранительный клапан 4 соединяет ее со сливной линией С.
1
A
3
H1
2
5
4
H2
C
Рис. 2.3. Схема подключения пневмогидроаккумулятора 1 при его зарядке
от линий Н1 или Н2 высокого давления основной гидросистемы экскаватора:
2 – переключающий клапан «ИЛИ»; 3 – редукционный клапан; 4 – предохранительный клапан; 5 – обратный клапан; А – рабочий отвод; С – сливная линия
87
2. Насосно-аккумуляторный гидропривод
Когда давление в основной гидросистеме машины станет меньше р2,
рабочая жидкость вытесняется из АК по рабочему отводу А в напорную
гидролинию для обеспечения энергией гидродвигателей.
Процесс сжатия и расширения газа в АК при наличии теплообмена
с окружающей средой является политропным процессом:
р0V0n = р1V1n = р2V2n.
(2.2)
Для аккумуляторов, рассчитанных на максимальное давление
20 МПа, толщина стенок такова, что изотермический цикл с показателем
политропы n = 1 имеет место лишь при длительности процесса зарядки
или разрядки не менее 3 мин [27]. При длительности же цикла до 0,5 мин
для названных пневмогидроаккумуляторов рекомендуется применять
адиабатный процесс со средним значением показателя адиабаты k = 1,3.
2.2. Схема автомата разгрузки насоса
В гидросистемах с неравномерным потреблением жидкости, снабженных насосом постоянной подачи, применяют устройства (автоматы
разгрузки) для перевода насоса, по достижении заданного давления в заряженном АК, в режим холостого хода.
Схема автомата разгрузки нерегулируемого насоса изображена
на рис. 2.4 [25]. При работе насос подает рабочую жидкость через обрытный клапан 3 в гидросистему, одновременно заряжая АК. При повышении давления в АК до значения, на которое отрегулирована пружина
гидроуправляемого клапана 1, подача насоса направляется в гидробак 4.
Питание гидросистемы осуществляется пневмогидроаккумулятором 2,
который при этом отключается от насоса и гидробака 4 с помощью обратного клапана 3.
После того как давление в АК в результате расходования рабочей
жидкости понизится до заданного нижнего значения, гидроуправляемый
клапан 1 (разгрузочный блок) вновь направляет подачу насоса на зарядку пневмогидроаккумулятора 2.
Вариант применения клапана-автомата разгрузки насоса гидропривода рабочего оборудования экскаватора, а также повышения его производительности за счет использования накопленной в АК гидравлической
энергии рабочей жидкости приведен на рис. 2.5.
88
2.2. Схема автомата разгрузки насоса
Рис. 2.4. Схема автомата разгрузки нерегулируемого насоса: 1 – гидроуправляемый клапан; 2 – пневмогидроакумулятор; 3 – обратный клапан; 4 – гидробак
Рис. 2.5. Объемно-аккумуляторный гидропривод рабочего оборудования экскаватора: 1 – насос; 2 – напорная магистраль; 3 – гидрораспределитель; 4 – силовой цилиндр; 5 – пневмогидроаккумулятор; 6 – сливная линия; 7, 8, 14 – обратные клапаны; 9 – переливной клапан; 10 – фильтр; 11 – клапан с логической
функцией «ИЛИ»; 12, 13 – гидромагистрали; 15 – бак; 16 – автомат разгрузки
89
2. Насосно-аккумуляторный гидропривод
Увеличение скорости холостых движений рабочего оборудования достигается тем, что АК 5 через обратные клапаны 7 и 8 соединен с напорной 2 и сливной 6 магистралями, а в последнюю вмонтирован переливной клапан 9, соединенный через клапан 11 с логической функцией
«ИЛИ» с магистралями гидроуправления 12 и 13.
При нейтральной позиции гидрораспределителя 3 рабочая жидкость
от насоса 1 через магистраль 2, гидрораспределитель 3, магистраль 6
и обратный клапан 8 поступает в АК 5 и заряжает его.
При полной зарядке АК открывается автомат разгрузки 16 (клапан 9 – закрыт), соединяя сливную магистраль 6 с баком 15. Очистка рабочей жидкости производится в фильтре 10.
При работе цилиндра 4 распределитель 3 устанавливается в одну
из крайних позиций. В это время жидкость от насоса 1 через обратный
клапан 14 и распределитель 3 поступает в цилиндр 4, перемещая его
поршень. Обратный клапан 14 исключает падение давления в цилиндре
(«просадку» поршня под весом оборудования).
При копании грунта в напорной магистрали поддерживается высокое
рабочее давление, и скорость перемещения поршня определяется производительностью насоса.
При холостых движениях и, соответственно, малых рабочих давлениях рабочая жидкость от АК 5 поступает через обратный клапан 7 в напорную магистраль, в которой объединяется с жидкостью, поступающей
от насоса. Скорость перемещения поршня при этом увеличивается пропорционально поступающей от АК 5 жидкости.
Слив жидкости из цилиндра 4 производится через распределитель 3,
магистраль 6 и клапан 9, открывающийся одновременно с распределителем 3 давлением управления в магистралях 12 и 13 через клапан 11
«ИЛИ». Открытие клапана 9 исключает возможность создания подпора
в сливной магистрали 6, необходимого для зарядки АК, что, в свою очередь, может снизить усилие на штоке цилиндра.
2.3. Расчет и выбор пневмогидроаккумулятора
Расчет пневмогидроаккумулятора заключается в определении его номинальной конструктивной вместимости V0, т. е. объема газа при начальном давлении p0 до заполнения аккумулятора жидкостью.
90
2.3. Расчет и выбор пневмогидроаккумулятора
Предварительно принимаем поршневой тип пневмогидроаккумулятора, в котором отношение начального давления газа р0 к максимальному рабочему давлению газа р2 не должно превышать 1 : 10.
При известном максимальном давлении в гидросистеме (давление
срабатывания предохранительного клапана) с учетом соблюдения приведенного условия принимаем начальное давление газа р0 = р2/10.
Полезный объем Vп пневмогидроаккумулятора при условии полного
вытеснения рабочей жидкости из него при разряде:
Vп = V0 – V2.
(2.3)
Расчет параметров пневмогидроаккумулятора для быстротекущего
процесса производим для адиабатного процесса, принимая среднее значение показателя адиабаты k = 1,3. При условии полного вытеснения рабочей жидкости процесс описывается выражением
р0V01,3 = р2V21,3 = const,
(2.4)
где р0 и р2 – начальное и максимальное рабочее давление газа;
V0 – объем газа при начальном давлении р0 (вместимость АК);
V2 – объем газа при его давлении р2.
Объем газа V2 из последнего выражения находится по формуле
V2 = V0 (р0/р2)1/k = С1V0,
(2.5)
где С1 – некоторое, полученное по расчету, число.
Тогда полезный объем пневмогидроаккумулятора:
Vп = V0 – С1V0 = С2V0,
(2.6)
где С2 – полученное по расчету число.
Среднее давление газа в принятом диапазоне
рср = (р0 + р2)/2.
Произведение полезного объема Vп на среднее давление газа в принятом диапазоне определяет внешнюю работу АК, Н · м:
Ага = Vп рср = С3V0,
(2.7)
где С3 – полученное по расчету число.
Пусть исходная скорость втягивания штока цилиндра Vшт, ход
штока Х, тогда время обратного хода Δt = Х/Vшт.
91
2. Насосно-аккумуляторный гидропривод
Заданная потребная мощность привода насоса для втягивания штока
(пусть расчетное усилие на штоке при этом Rп.с):
Nн = Rп.сVшт/(ηгм.нηгм.ц).
(2.8)
Гидромеханический КПД насоса принимаем из справочной литературы по выражению:
ηгм.н = ηн max /ηо max.
(2.9)
Гидромеханический КПД цилиндра ηгм.ц выбираем по справочным
данным в зависимости от максимального давления в системе.
Для сокращения времени рабочего цикла увеличим скорость втягивания штока гидроцилиндра до Vʹшт за счет подачи дополнительного расхода рабочей жидкости при разряде АК.
Тогда время обратного хода штока цилиндра Δtʹ = Х/Vʹшт.
Потребная мощность привода насоса при этом составит:
Nʹн = Rп.сVʹшт/(ηгм.нηгм.ц).
(2.10)
То есть приращение мощности составило
ΔNн = Nʹн – Nн.
(2.11)
Этому приращению мощности соответствует механическая работа
(Н · м) движения звена поршень–шток, произведенная за время Δtʹ,
Амех = ΔNн Δtʹ = С4,
(2.12)
где С4 – полученное по расчету число.
Приравняв Амех, необходимую для втягивания штока гидроцилиндра
за время Δtʹ, к внешней работе пневмогидроаккумулятора Ага находим
его конструктивную вместимость V0:
С4 = С3V0,
(2.13)
V2 = С1V0.
(2.14)
откуда V0 = С4/С3.
Теперь можно найти значение объем газа
Проверку расчетов производим по двум рабочим состояниям (2.4).
По справочным данным выбираем пневмогидроаккумулятор.
Время зарядки АК tз, с, зависит от полезного объема Vп:
tз = Vп/Qз,
где Qз – часть подачи насоса, поступающей на зарядку, м3/с.
92
(2.15)
2.4. Гидроуправление золотниками распределителей
2.4. Гидроуправление золотниками распределителей
Баллонный пневмогидроаккумулятор системы сервоуправления экскаваторов (рис. 2.6) и других мобильных машин предназначен для питания системы дистанционного гидроуправления моноблочным гидрораспределителем (ГР-520 и др.) от напорных линий насосов [41, 51].
Рис. 2.6. Пневмогидравлический аккумулятор в сборе с блоком клапанов
экскаватора: 1 – блок клапанов; 2 – заглушка; 3, 5, 6, 10, 12 – уплотнительные кольца; 4 – баллон; 7, 8 – редукционный и обратный клапаны; 9 – регулировочные прокладки; 11 – предохранительный клапан; 13 – седло;
14, 15 – штуцера
Пневмогидроаккумулятор состоит из баллона 4 и эластичной диафрагмы, закрепленной в верхней части гидроаккумулятора. Баллон 4 заправляется техническим азотом под давлением 0,7+0,05 МПа через специальное зарядное приспособление, присоединяемое к штуцеру 15.
Заряд АК рабочей жидкостью производят через штуцер 14.
Заряд АК в процессе работы основной гидросистемы и питание
напорной гидролинии системы гидроуправления (отверстие А) осуществляются через редукционный клапан 7 от линиии высокого давления через отверстие Р1. На случай отказа редукционного клапана
предусмотрен предохранительный клапан 11, который при повышении давления выше значения настройки (4,0 МПа) перепускает рабочую жидкость через отверстие Т на слив в гидробак. Предварительное давление в пневмогидроаккумуляторе может составлять
не более 1,2 МПа.
93
2. Насосно-аккумуляторный гидропривод
Для заряда пневмогидроаккумулятора необходимо запустить двигатель, в течение непродолжительного времени увеличить его обороты
до номинального значения и одновременно включить один из гидроцилиндров, например, ковша, стрелы и т. д. Давление в напорном трубопроводе для зарядки АК должно быть не менее 0,6 МПа.
После заряда пневмогидроаккумулятора до 3,0 МПа редукционный клапан отключает блок питания от напорной магистрали основного насоса. Регулировка редукционного и предохранительного клапанов производится при помощи регулировочных прокладок 9. Обратный
клапан 8 предотвращает самопроизвольный разряд пневмогидроаккумулятора при неработающем двигателе экскаватора.
Заряд пневмогидроаккумулятора также осуществляется от шестеренного насоса, встроенного в насосный агрегат экскаватора.
От пневмогидроаккумулятора рабочая жидкость поступает к блокам гидроуправления, установленным в кабине машиниста, а также
к регуляторам насосного агрегата. Для эффективной pаботы системы
гидроупpавления (сервоуправления) золотниками распределителей величина подводимого к АК давления должна составлять 3+0,5 МПа.
При неработающем насосе поступление рабочей жидкости под давлением к исполнительным органам экскаватора прекращается, однако
пневмогидроаккумулятор в течение некоторого времени позволяет произвести еще несколько включений золотников распределителей, давая
возможность, например, опустить рабочее оборудование или при его замене снять реактивное давление в гидроцилиндрах.
Отсоединять пневмогидроаккумулятор или разъединять трубопроводы системы управления распределителями можно только после полного
его разряда, и когда рабочее оборудование опущено на землю. Для разряда гидроаккумулятора необходимо при неработающем двигателе рукояткой сервоуправления включить 5…10 раз один из цилиндров.
Блоки гидроуправления служат для дистанционного управления золотниками распределителей в гидросистемах машин. Общий вид блока
гидроуправления типа 60110 экскаватора изображен на рис. 2.7.
Блок гидроуправления 60110 с центральной рукояткой состоит из четырех клапанов, смонтированных в корпусе. Сферический шарнир крепления рукоятки позволяет включать один из четырех клапанов или одновременно два клапана, обеспечивая тем самым включение одного или
двух золотников гидрораспределителя.
94
2.4. Гидроуправление золотниками распределителей
Рис. 2.7. Общий вид блока 60110: 1 – корпус; 2 – тарелка; 3 – чехол;
4 – рычаг; 5 – толкатель; 6 – манжета; 7 – кольцо; 8 – золотник; Р – подвод;
С – слив; О – отвод
95
2. Насосно-аккумуляторный гидропривод
Блок гидроуправления работает по принципу редукционного клапана, настройка которого определяется положением рычага. Чем
больше наклон рычага, тем больше давление управления (редуцированное, в линиях «отвод») и тем больше перемещается соответствующий золотник моноблочного гидрораспределителя. При управлении золотниками распределителя усилие на рычаге составляет
не более 40 Н.
Давление рабочей жидкости на выходе из блока гидроуправления
(слив) типа 60110 не должно превышать 0,15 МПа.
Для дистанционного управление золотниками распределителей
и другими гидроаппаратами применяются блоки гидроуправления различных типов, например, 220ВНЕ, 221ВН, 230BFM и 231BFM (рис. 2.8).
Рис. 2.8. Общий вид блоков гидроуправления различного исполнения
По конструктивному исполнению их разделяют:
• на четырехзолотниковые (для подачи давления управления в четыре линии управления) с одной рукояткой (джойстик);
• четырехзолотниковые с двумя рукоятками;
• двухзолотниковые с одной педалью;
• двухзолотниковые с двумя педалями.
Давление на входе, МПа: номинальное – 3,0; максимальное – 5,0.
Давление на выходе – давление редуцирования (управления), МПа:
номинальное – 0,65 ± 0,15; максимальное –1,9 ± 0,2.
Максимальное давление на сливе – 0,3 МПа.
96
Контрольные вопросы
Контрольные вопросы
1. Назначение, устройство и принцип действия гидроаккумуляторов.
2. Схема включения пневмогидроаккумулятора.
3. Автомат разгрузки насоса: принцип действия, пример исполь­
зования.
4. Методика расчета и выбор пневмогидроаккумулятора.
5. Блоки питания системы сервоуправления экскаваторов.
6. Блок гидроуправления золотниками распределителей.
97
Глава 3. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
(ТРАНСМИССИИ)
В автогрейдерах, погрузчиках, дорожных катках, бульдозерах и других машинах применяются гидродинамические передачи (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 передачи), механической (вальной или планетарной) коробки передач, систем маслопитания трансформатора и управления передачей. Гидротрансформатор изобретен
конструктором Фетингером (Германия) в 1907 году.
Гидротрансформатор (ГТР) – гидравлический механизм (рис. 3.1),
состоящий из трех лопастных колес: насосного (ведущего), турбинного (ведомого) и реакторного. Насосное лопастное колесо 3 закреплено
на маховике 1 двигателя и образует корпус ГТР, внутри которого размещены лопастное 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 работе двигателя вместе с его коленчатым валом вращается насосное колесо и рабочая жидкость, заполняющая внутреннюю полость
ГТР. Лопатки насосного колеса передают жидкости кинетическую энергию, полученную от двигателя. Жидкость, поступающая с лопаток насосного колеса, воздействует на лопатки турбинного колеса, приводя его
во вращение. Момент от турбинного колеса через соединенный с ним
турбинный вал передается на вход механической коробки передач.
98
3. Гидромеханические передачи (трансмиссии)
а б Рис. 3.1. Гидротрансформатор: а – общий вид; б – схема;
1 – маховик двигателя внутреннего сгорания; 2 – турбинное (ведомое) лопастное колесо; 3 – насосное (ведущее) лопастное колесо; 4 – реакторное
лопастное колесо (реактор); 5 – турбинный вал; 6 – роликовая муфта свободного хода
ГТР обычно имеет два реакторных колеса, посаженных на неподвижную трубу при помощи роликовой муфты свободного хода. Муфта
позволяет реактору вращаться только в одном направлении, в другом –
ее ролики заклинивают реактор на скошенных поверхностях вырезов неподвижной ступицы, установленной на шлицах этой трубы.
После выхода с лопаток турбинного колеса жидкость попадает
на лопатки неподвижных (заклиненных) в обычном режиме трансформации реакторных лопастных колес. Неподвижные реакторные колеса обеспечивают 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 этого лопастного 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 ГТР называется коэффициентом трансформации
99
3. Гидромеханические передачи (трансмиссии)
(или динамическим передаточным числом), характеризующим степень увеличения момента (диапазон kтр ≤ 2,5…3,5):
kтр = Мт/Мн = (Мн + Мр)/Мн.
(3.1)
Таким образом, реакторные колеса изменяют направление потока рабочей жидкости, выходящего из турбинного колеса, что дает внешнюю
точку опоры для системы, и поэтому позволяет существенно увеличить
крутящий момент на турбинном лопастном колесе.
При неподвижном турбинном колесе в момент трогания машины
на него действует максимальное давление жидкости и происходит увеличение момента до Мт max. Роликовая муфта свободного хода при этом
находится в заблокированном состоянии под действием момента, направленного против направления вращения насосного колеса.
При увеличении скорости машины автоматически бесступенчато
уменьшается коэффициент трансформации (в зависимости от частоты
вращения 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 изменяющейся нагрузке.
Кинематическое передаточное число гидротрансформатора:
iтр = nн/nт,
(3.2)
где nн – частота вращения насосного колеса (коленвала двигателя).
Таким образом, по мере разгона машины и увеличения nт, крутящий
момент на турбинном колесе Мт уменьшается и при kтр= 1,0 становится
равным Мн. Происходит плавный разгон машины и бесступенчатое изменение крутящего момента на выходном валу. При этом ГТР 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 (торе) рабочей жидкости.
При снижении частоты вращения коленчатого вала двигателя ГТР
вновь возвращается в основной режим трансформации, то есть преобразования крутящего момента. При увеличении сопротивления движению машины и уменьшении скорости ведущих колес возрастает
100
3. Гидромеханические передачи (трансмиссии)
динамический напор жидкости от насосного на турбинное колесо, что
приводит к росту момента на турбинном колесе и, следовательно, на ведущих колесах машины.
Из-за возможности работы ГТР как в режиме преобразования момента, так и в режиме гидромуфты его называют комплексным.
Так как в ГТР отсутствует жесткая связь, то КПД передачи в режиме
гидромуфты за счет проскальзывания лопастных колес несколько снижает Мт в сравнении с Мн. Для того чтобы снизить потери и повысить ηтр,
насосное и турбинное колеса блокируются передним фрикционом, тогда
Мт = Мн – прямая передача.
Выходная характеристика ГТР как гидродинамической коробки передач по моменту представляет собой зависимость крутящего момента
на турбинном валу Мт от его частоты вращения nт (рис. 3.2).
MT
NT
MT max
NT max
MT
NT
MN
nT
0
nN
Рис. 3.2. Выходная характеристика гидротрансформатора по моменту:
Мт, Nт – момент и мощность на турбинном валу; nт – частота вращения турбинного вала; nN – частота вращения турбинного вала, соответствующая максимальной мощности, развиваемой на нем, то есть Nт max; МN – момент на турбинном валу, соответствующий частоте вращения nN и мощности Nт max;
Мт max – максимальное значение момента на турбинном валу (при начале движения машины)
Характеристика Мт = f(nт) существует при любых значениях nт, в том
числе при nт = 0. Следовательно, ГТР не позволяет двигателю остановиться при любой нагрузке. Например, даже если каток упирается в
101
3. Гидромеханические передачи (трансмиссии)
препятствие, двигатель при этом будет работать устойчиво, без остановки. Применение ГТР предотвращает возникновение больших динамических нагрузок и предохраняет двигатель и трансмиссию от перегрузок. Выходную характеристику ГТР по моменту получают при
испытании его совместно с двигателем на обкаточно-тормозном
стенде.
По влиянию нагрузки на валу турбины на режим работы агрегата различают ГТР с непрозрачной и прозрачной характеристиками.
В гидротрансформаторе с непрозрачной характеристикой при изменении крутящего момента Мт на турбинном колесе момент на связанном
с валом двигателя насосном колесе Мн не изменяется. В результате двигатель работает в постоянном нагрузочном режиме.
У ГТР с прозрачной характеристикой при изменении момента Мт
на турбинном колесе меняется момент на насосном колесе. Это позволяет изменять момент при изменении нагрузки на валу двигателя.
Степень прозрачности ГТР оценивают коэффициентом П, равным отношению момента на валу насосного колеса при nт = 0 к моменту на валу
насосного колеса при Мн = Мт. При П = 1 трансформатор называют непрозрачным, а при значении П > 1 – прозрачным.
Кроме тягового режима, также существует тормозной режим ГТР,
когда при торможении машины кинетическая энергия подводится еще
и от ведущих колес, мощность на турбинном валу при этом возрастает.
Для расширения диапазона крутящего момента и увеличения передаточного числа трансмиссии ГТР работает совместно с установленной
на его выходе механической ступенчатой коробкой передач.
Силовой агрегат гидромеханической трансмиссии, включающий совместно работающие гидротрансформатор, механическую ступенчатую
коробку передач и электронную систему управления этим агрегатом, называют автоматической коробкой передач (рис. 3.3) [20].
Передаточным отношением ГМП является произведение kтр гидротрансформатора (изменяется бесступенчато) и передаточного числа механической ступенчатой коробки передач. Общее передаточное отношение гидромеханической трансмиссии учитывает также передаточное
число главной передачи колесной или гусеничной машины.
ГМП по способу компоновки гидродинамического и механического
элементов разделяют на однопоточные и двухпоточные.
102
3. Гидромеханические передачи (трансмиссии)
1
3
2
5
4
Рис. 3.3. Автоматическая коробка передач (ZF Ecomat 5 HP 500):
1 – гидротрансформатор с блокировочной муфтой; 2 – гидродинамический замедлитель; 3 – ступенчатая планетарная передача; 4 – гидронасос; 5 – система управления
Однопоточные (полнопоточные) ГМП имеют последовательное соединение ГТР с механической ступенчатой КП, значительный силовой
и кинематический диапазоны регулирования и, несмотря на сравнительно невысокий КПД, получили широкое распространение.
Наибольшее распространение получили автоматические системы
управления ГМП, в которых переключение осуществляется в зависимости от скорости движения машины и угла открытия дроссельной заслонки (для дизеля – например, от перемещения рейки топливного насоса).
Такие автоматические системы обеспечивают перекрытие передач, назначение которого состоит в том, чтобы иметь некоторый запас диамического фактора, необходимый для поддержания постоянной скорости
движения машины при переключении передач.
В двухпоточных (дифференциальных) ГМП крутящий момент
от двигателя передается на вал трансмиссии параллельными потоками
через механическое и гидравлическое звенья. Двухпоточные ГМП находят применение, прежде всего, в трансмиссиях мощных тракторов.
103
3. Гидромеханические передачи (трансмиссии)
Схема такой гидромеханической передачи включает ГТР и планетарную
коробку передач (ПКП), кинематически связанные между собой дифференциальным звеном – планетарным механизмом (рис. 3.4) [48].
Рис. 3.4. Схема двухпоточной гидромеханической передачи (ГМП): 1 – верхний вал; 2 – эпициклическое (коронное) зубчатое колесо; 3 – сателлит; 4 – водило; 5 – ведомый вал; 6 – солнечное зубчатое колесо; 7 – планетарная
коробка передач (ПКП); Н – насосное колесо гидротрансформатора; Т – турбинное колесо; Р1 и Р2 – реакторы гидротрансформатора; Т1 и Т2 – тормоза; Ф1 и Ф2 – фрикционная муфта включения; Мвд – момент на выходном валу
дифференциального механизма
Планетарная коробка передач включает несколько элементарных
планетарных рядов, кинематически связанных между собой в различных сочетаниях, образуя планетарный редуктор или мультипликатор
с определенным передаточным отношением, при этом каждый из рядов
содержит солнечное, коронное зубчатые колеса, водило и сателлиты.
В зависимости от того, какой из трех валов планетарного ряда (солнечный, коронный или вал водила) будет ведущим, ведомым или неподвижным, получают различные передаточные числа этой передачи (редуктора или мультипликатора). Заблокировав между собой любые два
вала из трех, получают прямую передачу ряда.
Многодисковые фрикционные сцепления (фрикционы) с гидроуправлением (рис. 3.5) переключают передачи в коробке передач, а также применяются в качестве тормоза планетарного ряда при фрикционном замыкании одного из его звеньев на неподвижный корпус.
104
3. Гидромеханические передачи (трансмиссии)
Рис. 3.5. Схема многодискового фрикционного сцепления (фрикциона) гидромеханической передачи: 1 – корпус фрикциона (ведущая часть);
2 – стальные ведомые диски; 3 – фрикционные накладки; 4 – поршень;
5 – гидроцилиндр; 6 – ведущий вал; 7 – ведомый вал; М1, М2 – крутящие
моменты на ведущем и ведомом валах; Ррж – сила давления рабочей жидкости на поршень
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 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 формы (с углом
конуса 25...30′) и гофрированной формы (с глубиной гофра 0,2…0,25 мм)
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
105
3. Гидромеханические передачи (трансмиссии)
в процессе буксования 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 жидкости должна быть достаточной для
восстановления масляной пленки и для охлаждения дисков.
Система маслопитания ГМП предназначена для создания и поддержания необходимого рабочего давления в исполнительных ци­линдрах
фрикционов, обеспечения циркуляции рабочей жидкости через ГТР, поддержания нормального теплового режима, обеспечения смазывания трущихся поверхностей дисков фрикционов и подшип­ников шестерен. Давление в рабочей полости ГТР – 0,1…0,35 МПа, давление в главной
масляной магистрали – 1,5 МПа, давление в магистрали системы смазки – 0,1 МПа. Гидросистема обычно включает две основные магистрали –
главную магистраль и магист­раль питания. В магистрали входят следующие подсистемы: питания рабочей жидкостью, регулирования давления,
управления и смазки.
Система управления ГМП сочетает элементы электроники и гидроавтоматики. Измерительные преобразователи (датчики) системы управления определяют нагрузку, положение рычага переключения передач,
а также частоту вращения вала двигателя и ведомого вала коробки передач. Электронный блок управления обрабатывает эти данные в соответствии с установленной программой и подает сигнал управления коробкой передач. Электродинамические преобразователи образуют связь
между электронными и гидравлическими цепями, в то время как соленоидные клапаны приводят в действие фрикционы и гидроуправляемые
ленточные или дисковые тормозные механизмы. В процессе автоматического режима переключения передач можно также в любой момент
вмешаться посредством ручного переключения передач рычагом. Режим
«kick-down», или «принудительная первая передача» не позволяет переходить на высшую передачу даже при существенном увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Таким образом, переключение передач происходит автоматически
в зависимости от скорости движения машины и подачи топлива.
Например, в гидромеханической трансмиссии (ГМТ) современных тракторов (Т-10М и др.) для увеличения силового диапазона ГТР
106
Контрольные вопросы
применена планетарная трехскоростная коробка передач «Power SHIFT»
с переключением передач на ходу, т. е. без разрыва мощности. В ГМТ
также используются главная передача, бортовые фрикционы и бортовые
редукторы механической трансмиссии трактора.
Автоматическая приспособленность силовой передачи к внешним
нагрузкам в широком диапазоне их значений освобождает оператора
от необходимости переключения передач в период рабочего хода бульдозера, который в большинстве случаев выполняется на первой передаче. Это в сочетании с сервоуправлением трактором с навесными орудиями существенно облегчает условия труда оператора и обеспечивает
увеличение производительности.
Преимущества ГМП: непрерывность и автоматичность регулирования момента; облегчение труда машиниста; снижение динамических нагрузок и повышение в 1,5…2 раза срока службы агрегатов трансмиссии;
ГТР выполняет функцию демпфера, гасящего крутильные колебания;
повышается средняя эксплуатационная скорость; комфортабельность,
бесшумность работы; повышение проходимости.
Недостатки передачи: более низкий КПД по сравнению с механической трансмиссией за счет проскальзывания лопастных колес ГТР
и трения жидкости; увеличенный на 2…8 % расход топлива; сложность
конструкции, увеличение веса и стоимости; потребность в высокой квалификации обслуживающего персонала; значительная стоимость сервиса; дополнительные ограничения при буксировке неисправной машины.
Контрольные вопросы
1. Схематичное изображение и работа гидромеханической трансмиссии заданной машины. Основные параметры, определяющие характеристику и работу ГМП машин. Выходная характеристика ГТР по моменту.
2. Многодисковые фрикционы ГМП: устройство и принцип действия.
3. Достоинства и недостатки ГМП транспортно-технологических
машин.
107
Глава 4. СХЕМЫ ГИДРОПРИВОДА
СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
4.1. Автогрейдеры
Отвал автогрейдера закрепляется на переднем мосту с помощью шаровой головки и подвешивается к раме на двух гидроцилиндрах подъема
и третьем цилиндре выноса тяговой рамы (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Узлы подвески грейдерного отвала: 1 – гидроцилиндры подъема/опускания отвала; 2 – гидроцилиндры, вращающие поворотный круг, движущиеся в противофазах; 3 – поворотный круг и зубчатое колесо с внешним зацеплением; 4 – гидроцилиндр выноса тяговой рамы в сторону; 5 – тяговая рама
Отвал – полноповоротный, закреплен на кронштейнах поворотного
круга таким образом, что имеется возможность регулировать его угол
резания от 30 до 80°. Тяговая рама, закрепленная с помощью шаровой
головки на передней части основной рамы, может выноситься в сторону
относительно основной рамы с помощью гидроцилиндра. Этим достигается срезка откосов под углом 25...90°.
108
4.1. Автогрейдеры
Дополнительное оборудование кирковщика крепится на переднем
мосту автогрейдера. Поднимается и опускается кирковщик с помощью
двух гидроцилиндров. Вместо кирковщика на машине может быть смонтирован бульдозерный отвал.
Хребтовая балка служит одновременно ресивером пневмосистемы,
поперечная балка в начале хребтовой – баком гидросистемы.
Автогрейдер оборудован автоматической системой стабилизации поперечного перекоса и высоты положения отвала, то есть, способен выполнять планировочные и профилировочные работы с повышенной
точностью (автоматически выдерживать поперечный и продольный профили земляного полотна, заданные по нивелиру).
Схема гидросистемы автогрейдера ДЗ-98 (класс 250, двигатель
ЯМЗ-238, масса 19,8 т) со встроенными элементами системы «Профиль», обеспечивающими автоматическую стабилизацию углового положения отвала в поперечной плоскости и управление отвалом по высоте относительно копира с помощью бесконтактных датчиков угла
и перемещения, изображена на рис. 4.2 [40].
Датчик углового положения установлен на тяговой раме автогрейдера, датчик продольного профиля – на отвале.
Блок (пульт) управления находится в кабине машиниста и предназначен для дистанционного задания требуемого положения отвала в поперечной плоскости и по высоте, преобразования сигналов в команды, подающиеся на электромагниты реверсивных гидрозолотников, а также
для ручного кнопочного управления гидроцилиндрами подъема отвала.
Диапазон установки стабилизируемого поперечного уклона: ± 48°. Диапазон установки отвала по высоте 0…80 мм («Профиль-20»).
Гидросистема управления рабочим оборудованием содержит: три насоса, гидрораспределитель, бак для рабочей жидкости; шесть гидроцилиндров двойного действия для подъема, опускания и выноса отвала,
выноса тяговой рамы, подъема и опускания кирковщика; гидромотор поворота отвала. В трансмиссии автогрейдеров применяется гидромеханическая передача и самоблокирующийся дифференциал.
Пневмосистема автогрейдера предназначена для управления тормозами, подкачкой шин, стеклоочистителем и звуковым сигналом.
Гидроруль автогрейдера ДЗ-98В служит для уменьшения усилия
на рулевом колесе при повороте передних колес. Применяется гидроруль одной из следующих моделей: механизм рулевой гидравлический
У245006-00-01 и насос-дозатор моноблочный НДМ 200-У600-12,5.
109
Рис. 4.2. Схема гидросистемы автогрейдера ДЗ-98 с элементами автоматики «Профиль»: 1 – гидробак; 2 – фильтр;
3, 4, 5 – насосы; 6 – гидрораспределитель; 7 – гидроцилиндры; 8 – гидродвигатель; 9 – гидроусилитель; 10 – делитель потока; 11 – предохранительный клапан; 12 – гидромеханизм поворота; 13 – обратные клапаны с дросселем; 14 – реверсивный двухкаскадный золотник с электромагнитным управлением; 15 – предохранительный клапан
4. Схемы гидропривода строительной техники
110
4.1. Автогрейдеры
Механизм рулевой гидравлический У245006-00-01 (рис. 4.3) состоит
из распределительного блока, планетарного редуктора и гидромотора
обратной связи. Распределительный блок состоит из корпуса 14, золотника 15, вала 12, закрепленного на подшипнике 13. В центральном отверстии золотника 15 находится втулка 16, имеющая возможность проворачиваться без перемещения относительно золотника. В нижней части
втулки имеются эвольвентные шлицы, в верхней – два направляющих
паза, в которые входит палец 11, соединяющий вал с втулкой. Между
валом и втулкой установлена пружина 10 установки золотника в исходное положение. Распределительный блок соединен с планетарным редуктором карданом 9, зубчатые венцы которого одной стороной входят
в зацепление с втулкой 16, а другой – с сателлитом 8.
Планетарный редуктор состоит из коронного колеса 18, сателлита 8,
закрепленного на эксцентриковом валу 5 гидромотора.
Гидромотор обратной связи состоит из корпуса 21, центральной шестерни 22, трех периферийных шестерен 23, установленных на валиках 19.
Центральная шестерня конусным штифтом 20 связана с экцентриковым
валом 5 гидромотора. В верхней 6 и нижней 2 крышках гидромотора размещены подшипники 7 и игольчатые подшипники 1 и 24. Бандаж 4 обеспечивает герметичность гидромотора. Три штифта 3 обеспечивают сборку и центрирование гидромотора. Все три элемента стягиваются шестью болтами 25.
В среднем положении золотника рабочая жидкость, подаваемая насосом питания в подвод Н гидроруля, поступает по каналам распределительного блока на слив в гидробак. Все остальные каналы заперты.
При повороте вала 12 гидроруля в одну из сторон, золотник 15 под
воздействием пальца 11 на направляющие пазы втулки 16 смещается
в осевом направлении, плавно перекрывая своими кромками канал распределительного блока, соединяющий отверстия Н (напор) и СЛ (слив).
При этом рабочая жидкость направляется через гидромотор обратной
связи в одну из полостей исполнительного гидроцилиндра. Вытесняемая из противоположной полости жидкость сливается в гидробак.
Эксцентриковый вал 5 гидромотора потоком жидкости, поступающей в гидромотор и далее в исполнительный гидроцилиндр, приводится во вращение и через планетарный редуктор (понижение частоты
вращения в 15,5 раза) карданным валом 9 поворачивает втулку 16 в сторону вращения вала 12 гидроруля, стремясь сместить ее, а следовательно, и золотник, в осевом направлении в исходное положение по направляющим пазам втулки.
111
4. Схемы гидропривода строительной техники
Рис. 4.3. Механизм рулевой гидравлический У245006-00-01: 1, 24 – игольчатые подшипники; 2, 6 – нижняя и верхняя крышка; 3 – штифт (3 шт.);
4 – бандаж; 5 – эксцентриковый вал; 7 – подшипник; 8 – сателлит; 9 – кардан; 10 – пружина; 11 – палец; 12 – вал; 13 – подшипник; 14 – корпус распределительного блока; 15 – золотник; 16 – втулка; 17 – противоударный клапан;
18 – коронное зубчатое колесо; 19 – валики; 20 – конусный штифт; 21 – корпус гидромотора обратной связи; 22 – центральная шестерня; 23 – периферийная шестерня (3 шт.); 25 – болт (6 шт.)
112
4.1. Автогрейдеры
При остановке вращения вала гидроруля и его удержании происходит
осевое смещение золотника в сторону исходного положения до момента
снижения давления в системе до величины, меньшей внешней нагрузки,
и следующего прекращения поворота машины.
При отпускании рулевого колеса под действием пружины 10 золотник возвращается в исходное положение и направляет рабочую жидкость от насоса на слив (гидравлически соединяя отверстия Н и СЛ).
Насос-дозатор моноблочный НДМ 200-У600-12,5 представляет
собой сблокированный с насосом-мотором следящий гидрораспределитель, входным сигналом для которого является вращение рулевого
колеса. Объем жидкости, подаваемой от насоса-дозатора к гидроцилиндру поворота колес, пропорционален углу поворота рулевого колеса. Для подсоединения к гидросистеме насос-дозатор имеет на корпусе четыре резьбовые отверстия. При работающем питающем насосе
за счет встроенного усилителя потока насос-дозатор обеспечивает увеличенную подачу жидкости по сравнению со своим номинальным рабочим объемом.
В аварийном режиме, при отсутствии потока рабочей жидкости
от питающего насоса, насос-дозатор работает как ручной насос, приводимый вращением рулевого колеса, и обеспечивает уменьшенную подачу, равную своему номинальному рабочему объему. Таким образом, сохраняется возможность управления автогрейдером в аварийном режиме.
Насос-дозатор может быть выполнен «с открытым центром» – при
отсутствии управляющего воздействия на рулевое колесо свободно
пропускает рабочую жидкость от питающего насоса на слив и «без
реакции» – воздействие дороги на колеса не передается на рулевое
колесо.
Насос-дозатор снабжен встроенными клапанами, которые выполняют следующие функции: предохранительный – защиту питающего насоса от перегрузки по давлению; обратный – предотвращение вытекания
рабочей жидкости при обрыве трубопровода питания; противоударные – защиту гидросистемы от скачков давления в результате ударных
воздействий дороги на колеса; противовакуумные – подпитку противоположной полости гидроцилиндра при срабатывании противоударного
клапана и предотвращение кавитации.
Давление настройки предохранительного клапана 12,5 МПа, противоударных клапанов – 17 МПа.
113
4. Схемы гидропривода строительной техники
4.2. Автомобильные краны
Рассмотрим принципиальную схему гидропривода автокрана
КС-45717А-1 (рис. 4.4) [33]. Нерегулируемый аксиально-поршневой гидронасос 310.3.112 (V0 = 112 см3, рном = 35 МПа) НА приводится от вала
коробки отбора мощности трансмиссии базового автомобиля.
Установка крана на выносные опоры. При установке крана на выносные опоры двухпозиционный кран-регулятор КР1 устанавливается в левое (по схеме) положение. Рабочая жидкость от насоса НА через
кран-регулятор поступает в напорную магистраль распределителя Р1.
При нейтральной позиции золотников распределителя Р1 полости цилиндров Ц1… Ц4 заперты гидрозамками ЗМ1…ЗМ4, а полости цилиндров Ц7…Ц10 заперты золотниками распределителя Р1. Напорная магистраль через переливной канал распределителя Р1 соединена со сливом.
Рабочая жидкость от насоса НА направляется в гидробак Б.
При выдвижении балок выносных опор золотник распределителя Р1
переводится в верхнее (по схеме) положение. При этом жидкость от насоса через распределитель поступает в поршневые полости цилиндров
Ц7…Ц10 и приводит балки выносных опор в рабочее положение, а жидкость из штоковых полостей цилиндров поступает на слив.
Втягивание балок опор производится тем же золотником, который
переводится в нижнее (по схеме) положение. Рабочая жидкость при этом
поступит в штоковые полости цилиндров Ц7…Ц10.
Управление опорами вывешивания крана раздельное. Для установки крана на опоры золотники распределителя Р1 устанавливают в нижнее (по схеме) положение. При этом жидкость от насоса через гидрораспределитель и гидрозамки ЗМ1…ЗМ4 поступит в поршневые полости
цилиндров Ц1…Ц4. После выдвижения их штоков гидрозамки запирают
поршневые полости, предотвращая самопроизвольное втягивание штоков под рабочей нагрузкой или в случае обрыва трубопровода.
Для приведения крана в транспортное положение золотники распределителя переводятся в верхнее (по схеме) положение. При этом жидкость поступает в штоковые полости цилиндров Ц1…Ц4. Так как выход
из поршневой полости закрыт гидрозамком, давление в штоковой полости возрастает и гидрозамок пропускает жидкость на слив в бак.
Вращение поворотной платформы. Для выполнения крановых операций двухпозиционный кран устанавливается в правое (по схеме)
114
Рис. 4.4. Принципиальная гидравлическая схема автокрана КС-45717: А – центральный коллектор; Б – гидробак; БУ – гидроблок
уравновешивания; БК – блок клапанный; ВН2…ВН4 – вентили; ДР1, ДР2, ДР4, ДР5, ДР9, ДР10 – дроссели; КЗ – клапан запорный;
ДД1, ДД2 – датчики давления; ГР – распределитель гидроклапана-регулятора; ГТ1…ГТ3, ГТ10…ГТ13, ГТ22…ГТ29, ГТ31…ГТ37,
ГТ41 – гидравлические трубопроводы; ЗМ1…ЗМ4 – гидрозамки; ИЗ – индикатор загрязнений фильтра; КП1, КП2, КП3 – предохранительные клапаны; КОУ1, КОУ2 – клапаны обратные управляемые; КР1 – двухпозиционный кран-регулятор; КР2 – кран затяжки крюковой подвески; МН1…МН3 – манометры; НА – насос аксиально-поршневой; НР – насос ручной; Р1… Р3 – распределители; ТКП – указатель температуры жидкости в гидросистеме; Ц1…Ц4, Ц7…Ц12, Ц15…Ц17 – цилиндры
4.2. Автомобильные краны
115
3. Гидромеханические передачи (трансмиссии)
положение. В этом случае подача жидкости на поворотную часть крана
и обратно осуществляется через вращающееся соединение А. При нейтральном положении золотников распределителя Р2 рабочие отводы
заперты, напорная магистраль соединена со сливом и направляется
в бак.
Для поворота платформы крана золотник распределителя Р2 устанавливается в зависимости от направления поворота в верхнее или нижнее
(по схеме) положение. При этом жидкость поступает к гидромотору Д1
и размыкателю тормоза цилиндра Ц11, который выключает тормоз механизма вращения, и вал гидромотора начинает вращаться. Клапанный
блок БК предохраняет гидромотор от перегрузок при резком изменении
частоты вращения и остановке платформы.
Выдвижение (втягивание) стрелы. Цилиндр Ц12 механизма телескопирования секций стрелы управляется золотником распределителя
Р2. Для выдвижения секций стрелы золотник переводится в нижнее (по
схеме) положение. Рабочая жидкость через обратный управляемый клапан КОУ1 поступает в поршневую полость цилиндра Ц12, а штоковая
полость соединяется со сливом. Для втягивания секций стрелы золотник переводится в верхнее (по схеме) положение, и рабочая жидкость
поступает в штоковую полость цилиндра Ц12, а также в линию управления клапана КОУ1. При этом клапан открывается, пропуская жидкость
из поршневой полости цилиндра на слив.
Подъем (опускание) груза. Подъем (опускание) груза осуществляется
перемещением золотника распределителя Р2. Для подъема груза золотник переводится в верхнее (по схеме) положение. При этом рабочая жидкость поступает к мотору Д2 через обратный клапан гидроблока уравновешивания БУ и к размыкателям тормозов гидроцилиндров Ц15 и Ц16.
Тормоза размыкаются, гидромотор начинает вращаться, а отработанная
рабочая жидкость сливается в гидробак.
При опускании груза золотник переводится в нижнее (по схеме) положение. Жидкость поступает в противоположную полость мотора
и в линию управления уравновешивающего клапана гидроблока уравновешивания БУ. Этот клапан открывается и, пропуская жидкость на слив,
стабилизирует скорость опускания груза.
Для ускоренного перемещения крюка необходимо одновременно
с включением распределителя Р2 включить электроуправление распределителя Р3 (верхнее по схеме положение). При этом жидкость поступит
116
4.2. Автомобильные краны
в узел регулятора гидромотора лебедки и переключит его в режим увеличенной частоты вращения.
Вентиль ВН4 предназначен для соединения напорной и сливной магистралей гидромотора при проверке тормоза грузовой лебедки, а также
для опускания груза при выходе из строя привода лебедки.
Подъем (опускание) стрелы. Управление цилиндром подъема стрелы производится золотником распределителя Р2, который переводится в верхнее (по схеме) положение. Рабочая жидкость через обратный
управляемый клапан КОУ2 поступает в поршневую полость цилиндра Ц17. Для опускания стрелы золотник переводится в нижнее положение, и жидкость поступает в штоковую полость гидроцилиндра, а также
в линию управления клапана КОУ2. При этом клапан открывается, пропуская жидкость из поршневой полости на слив.
Клапан КОУ2 выполняет функцию гидрозамка, предотвращая втягивание штока вследствие утечек при обрыве трубопровода, и обеспечивает стабильную скорость опускания стрелы.
Срабатывание приборов безопасности. При срабатывании приборов
безопасности обесточивается электромагнит распределителя гидроклапана-регулятора ГР. При этом в полости управления регулятора давления гидроклапана–регулятора ГР падает давление, и открывается основной клапан. Жидкость под малым давлением из напорной магистрали
поступает на слив в гидробак, и происходят останов исполнительных
механизмов и замыкание тормозов механизмов подъема и поворота.
Ограничение затяжки крюковой подвески. При затяжке крюковой
подвески во время приведения крана в транспортное положение кран
затяжки крюковой подвески КР2 устанавливается в нижнее (по схеме)
положение. При этом за счет дозированной утечки жидкости из гидроконтура механизма подъема через встроенный в кран предохранительный клапан обеспечивается необходимое для затяжки крюковой подвески давление жидкости в контуре механизма подъема.
Работа ручным насосом. Для снятия крана с выносных опор при отказе насоса напорная магистраль ручного насоса НР соединяется с напорной магистралью распределителя Р1. Втягивание штоков гидроопор
вывешивания крана и цилиндров выносных опор производится ручным
насосом при переводе двухпозиционного крана КР1 в левое (по схеме)
положение и включении соответствующего золотника распределителя Р1 в верхнее (по схеме) положение.
117
4. Схемы гидропривода строительной техники
Гидроцилиндр выдвижения выносных опор (рис. 4.5) предназначен
для выдвижения (втягивания) выносных опор крана. При подводе рабочей жидкости в отверстие А происходит выдвижение штока, а при подводе в отверстие Б – втягивание штока гидроцилиндра.
Рис. 4.5. Гидроцилиндр выдвижения выносных опор: 1 – шток; 2 – грязе­
съемник; 3, 5 – стопорные кольца; 4 – шайба; 6, 8, 13 – уплотнительные кольца; 7 – направляющая втулка; 9, 12 – манжеты; 10 – гильза; 11 – поршень;
14 – защитное кольцо; 15 – манжетодержатель; 16 – сегмент; 17 – проушина;
А – канал на выдвижение штока; Б – канал на втягивание штока
Гидроцилиндр вывешивания крана (рис. 4.6) предназначен для вывешивания крана на выносных опорах.
Рис. 4.6. Гидроцилиндр вывешивания крана: 1 – шток; 2 – стопорное кольцо; 3 – грязесъемник; 4 – пружинное кольцо; 5, 6, 11 – уплотнительные кольца; 7 – крышка; 8 – корпус; 9 – поршень; 10 – манжета; 12 – защитное кольцо;
13 – кольцо; 14 – сегмент; А – канал на выдвижение штока; Б – канал на втягивание штока
118
4.2. Автомобильные краны
Гидроцилиндр подъема стрелы (рис. 4.7) предназначен для подъема
(опускания) стрелы. При подводе рабочей жидкости в канал А она поступает в поршневую полость цилиндра, шток 13 выдвигается, а рабочая жидкость из штоковой полости сливается через канал Б. При подводе рабочей жидкости в канал Б шток перемещается вправо. В конце хода,
после того как поршень 19 перекроет канал А, начинается плавное торможение штока за счет перетечки рабочей жидкости из поршневой полости в канал А через зазор между корпусом 10 и поршнем 19.
Рис. 4.7. Гидроцилиндр подъема стрелы: 1 – проушина; 2 – болт; 3 – кольцо;
4 – сальник; 5 – грязесъемник; 6 – кольцо; 7, 14 – манжеты; 8 – штифт;
9 – винт; 10 – корпус; 11, 18 – уплотнительные кольца; 12 – крышка;
13 – шток; 15, 17 – защитные кольца; 16 – защитная шайба; 19 – поршень;
20 – гайка; 21 – стопорная шайба; 22 – втулка; 23 – масленка; А – канал на выдвижение штока; Б – канал на втягивание штока
Гидроцилиндр выдвижения стрелы (рис. 4.8) предназначен для выдвижения (втягивания) секций стрелы. При подводе в отверстие А рабочая жидкость по каналу Д в штоке 7 и через отверстие Ж в поршне 4
поступает в поршневую полость А1 гидроцилиндра, гильза 1 перемещается влево относительно штока, при этом жидкость из штоковой полости
через трубу 19 уходит на слив через отверстие Б. При подводе жидкости
в отверстие Б происходит ее перетечка в обратном порядке, и гильза 1
перемещается вправо относительно штока.
Гидроцилиндр механизма блокировки задней подвески (рис. 4.9) предназначен для включения и выключения блокировки задней подвески
шасси. При подводе рабочей жидкости в отверстие А происходит выдвижение, а при подводе в отверстие Б – втягивание штока цилиндра.
119
4. Схемы гидропривода строительной техники
Рис. 4.8. Гидроцилиндр выдвижения стрелы: 1 – гильза; 2, 8 – направляющие вкладыши; 3, 10 – опорные вкладыши; 4 – поршень; 5, 9, 15, 18,
22, 23 – уплотнительные кольца; 6 – стопорное кольцо; 7 – шток; 11 – стопорный винт; 12 – гайка; 13 – направляющая втулка; 14 – грязесъемник; 16 – проушина; 17 – пробка; 19 – труба; 20 – кольцо; 21 – проставная
втулка; А – канал на выдвижение штока; Б – канал на втягивание штока;
А1 – поршневая полость; Д – канал; Ж – отверстие в поршне 4
Рис. 4.9. Гидроцилиндр механизма блокировки задней подвески: 1 – проушина; 2…4, 12 – гайки; 5 – крышка; 6, 14, 15 – уплотнительные кольца;
7 – шток; 8 – корпус; 9 – манжета; 10, 16 – защитные кольца; 11 – поршень;
13 – втулка; 17 – грязесъемник; А – канал на выдвижение штока; Б – канал
на втягивание штока
Размыкатель тормоза грузовой лебедки (рис. 4.10) представляет
собой гидроцилиндр одностороннего действия с возвратом в исходное
положение при помощи пружины.
Размыкатель тормоза механизма поворота (рис. 4.11) представляет
собой гидроцилиндр одностороннего действия с возвратом в исходное
положение при помощи пружины тормоза.
120
4.2. Автомобильные краны
Рис. 4.10. Размыкатель тормоза грузовой лебедки: 1 – штуцер; 2, 4 – уплотнительные кольца; 3 – крышка; 5 – пружина; 6 – втулка; 7 – манжета; 8 – кольцо;
9 – корпус; 10 – грязесъемник; 11 – плунжер; Р – канал к гидрораспределителю
Двухпозиционный кран предназначен для изменения направления потока жидкости от насоса либо к нижнему гидрораспределителю на неповоротной раме, либо к верхнему гидрораспределителю управления крановыми механизмами на поворотной раме.
Гидрораспределители с электрическим управлением предназначены
для отключения рабочих операций при срабатывании приборов безопасности и для управления изменением угла наклона блока цилиндров регулируемого гидромотора грузовой лебедки.
Рис. 4.11. Размыкатель тормоза механизма поворота: 1 – штуцер; 2, 3 – уплотнительные кольца; 4 – уплотнение; 5 – корпус; 6 – плунжер; 7 – пружина;
Р – канал к гидрораспределителю
121
4. Схемы гидропривода строительной техники
Обратный управляемый клапан (рис. 4.12) служит для поддержания
постоянной скорости опускания стрелы и втягивания секций поднятой
стрелы независимо от величины попутной нагрузки, которая вызывает превышение скорости их движения, определяемой производительностью насоса. Под давлением рабочей жидкости, подводимой через
канал Р под обратный клапан 7, последний, преодолевая усилие пружины, поднимается и открывает проход жидкости к каналу Г и далее к исполнительному механизму (операция подъема).
Рис. 4.12. Обратный управляемый клапан: 1 – колпачок; 2 – гайка; 3 – винт;
4 – пружина; 5 – стакан; 6, 11 – поршни; 7 – обратный клапан; 8 – золотник; 9 – толкатель; 10 – корпус; 12 – штуцер; Г – канал к гидродвигателю;
У – линия управления; Р – канал к гидрораспределителю
Проход рабочей жидкости в обратном направлении (операция опускания) становится возможным только после подачи по каналу У давления
122
4.3. Бульдозеры
управления под поршень 11, который через толкатель поднимает золотник, сжимая пружину. Обратный клапан давлением жидкости прижимается к корпусу 10. Через щель между обратным клапаном и золотником
жидкость от канала Г поступает в канал Р. Настройка клапана осуществляется при помощи регулировочного винта 3.
Гидроблок уравновешивания предназначен для поддержания постоянной скорости опускания груза независимо от величины попутной нагрузки, а также для предотвращения проворачивания вала гидромотора
лебедки под действием момента на барабане лебедки при нейтральном
положении рычага управления.
Блок клапанный служит для защиты механизма поворота от перегрузок путем перепускания части потока жидкости из напорной линии
в сливную, а также для подачи жидкости от напорных линий гидромотора к размыкателю тормоза механизма поворота.
4.3. Бульдозеры
Система управления отвалом бульдозера позволяет заглублять и поднимать отвал, переводить его в плавающее положение, перекашивать
в поперечной плоскости, изменять угол резания, а в бульдозерах с поворотным отвалом – поворачивать его в плане на угол до 25° в обе стороны. Универсальная раздельно-агрегатная гидравлическая система бульдозера на базе трактора класса 10 (рис. 4.13) состоит из привода насоса,
распределителя и гидробаков, соединенных трубопроводами.
В настоящее время Челябинским тракторным заводом выпускаются
бульдозеры-рыхлители с механической или гидромеханической трансмиссией (ГМТ) на базе тракторов тяговых классов 10, 15 и 25.
Тракторы Т-10М (с дизельными двигателями Д-180, ЯМЗ-236Б-4,
ЯМЗ-236Н-3) – гусеничные, тягового класса 10, оснащены планетарными бортовыми редукторами с сегментными ведущими колесами [52].
Характеристика гидросистемы бульдозера Б-10М: номинальное
давление – 16 МПа, максимальное – 20 МПа; подача НШ-100А-3Л
при 1250 мин–1 вала двигателя – 180 л/мин; заправочная емкость гидросистемы (л) не более – для тракторов с бульдозерно-рыхлительным оборудованием – 137; – для тракторов с бульдозерным оборудова­
нием – 122.
123
4. Схемы гидропривода строительной техники
Номинальная мощность установленного на тракторе четырехцилиндрового дизельного двигателя Д-180 – 132 кВт при частоте вращения
коленчатого вала 1250 мин–1; используется пусковой бензиновый двигатель П-23У. Мощность дизеля ЯМЗ-236Б-4 – 169 кВт при частоте вращения коленвала 1800 мин–1, система пуска – электростартерная.
Применяемая трансмиссия двух типов: гидромеханическая и усовершенствованная механическая (восьмискоростная).
Рис. 4.13. Гидравлическая система бульдозера на базе трактора Т-130:
1 – сливная пробка; 2 – трубопровод, соединяющий гидробаки; 3 – правый
бак; 4 – сапун; 5 – воздушная трубка; 6 – сливная труба от распределителя в фильтр; 7 – место подсоединения манометра; 8 – труба от насоса к распределителю; 9 – переливная трубка; 10 – трубопроводы к задней навеске;
11 – трубопроводы к разрывным муфтам; 12 – распределитель; 13 – трубопровод; 14 – рукав высокого давления; 15 – цилиндр; 16 – резьбовая пробка;
17 – рукоятка включения насоса; 18 – насос
124
4.3. Бульдозеры
Гидромеханическая трансмиссия автоматически бесступенчато регулирует тяговое усилие и скорость движения в зависимости от силы полезного сопротивления (внешней нагрузки) при работе трактора. Коробка передач – планетарная (ПКП), трехступенчатая, реверсивная,
с автоматическим гидропереключением передач под нагрузкой.
Гидротрансформатор ГТР-4700 – трехколесный, одноступенчатый
(табл. 4.1, [52]), с редуктором приводов, обеспечивает передачу крутящего момента от дизельного двигателя на планетарную коробку передач
и привод насосов гидравлических систем трактора.
Таблица 4.1
Краткая техническая характеристика гидротрансформатора ГТР-4700
Параметр
Значение
Активный диаметр лопастной системы, мм
Число реакторных колес
410
2
Коэффициент трансформации, kтр. max
2,95
Коэффициент полезного действия, ηт
0,8…0,92
Шестерня насосного лопастного колеса ГТР находится в зацеплении
с зубчатыми колесами откачивающего насоса НМШ-25 и НШ-50А-3Л
систем маслопитания, гидроуправления и смазки ГМТ, привода насосов НШ-32У-3Л гидросистемы управления трансмиссией трактора
и НШ-100А-3Л гидросистемы навесного оборудования (рис. 4.14).
Гидравлическая система маслопитания, управления и смазки гидромеханической трансмиссии (ГМТ) трактора Т-10М класса 10 представлена на рис. 4.15.
Насосы гидросистем установлены на согласующем редукторе ГТР,
соответствующим образом изменены гидролинии.
В схеме гидропривода навесного оборудования (рис. 4.16) применен трехсекционный гидрораспределитель Р-160 или НС-Д12 фирмы
«Hydrocontrol». Он состоит из распределительного, перепускного и предохранительного устройств (рmax = 20 МПа). Распределитель имеет три
золотника, каждый из которых, независимо от других, осуществляет
следующие позиции соответствующей группы гидроцилиндров: «Опускание», «Заперто-нейтральное», «Подъем» и «Плавающее». В каждой
из названных позиций имеется устройство, фиксирующее золотник.
125
4. Схемы гидропривода строительной техники
Рис. 4.14. Гидротрансформатор с редуктором приводов: 1 – откачивающий насос НМШ-25; 2 – крышка; 3 – насос НШ-100А-3Л; 4 – клапан; 5 – сапун; 6 – датчик температуры; 7 – датчик аварийного давления;
8, 9 – насосы НШ-32У-3Л и НШ-50А-3Л; 10 – корпус; 11 – вал; 12 – фланец;
13, 15, 18 – корпус; 14 – колесо реакторное; 16, 17 – турбинное и насосное
колеса; 19 – колесо зубчатое; 20, 23 – подшипник; 21 – манжета; 22 – ось;
24 – пробка; 25 – клапан слива
126
Рис. 4.15. Гидравлическая система маслопитания, управления и смазки ГМТ трактора Т-10М: 1 – масляный радиатор; 2 – датчик аварийного давления ММ-129; 3 – фильтр; 4 – гидротрансформатор; 5 – насос НШ-100А-3Л; 6 – клапан выхода из гидротрансформатора; 7 – датчик аварийного давления ММ-128; 8 – датчик указателя температуры
ТМ-100-В; 9 – насос НШ-32У-3Л; 10 – планетарная коробка передач; 11 – труба подвода масла к гидротрансформатору; 12 – блок реверса; 13 – блок клапанов; 14 – блок передач; 15 – рукав высокого давления подвода масла
от фильтра ФГ 85-00-3; 16 – датчик аварийного давления ММ-111-В; 17 – клапан смазки планетарной коробки передач; 18 – фильтр планетарной коробки передач; 19 – насос НШ-50А-3Л; 20 – насос откачивающий НМШ-25-00-00
4.3. Бульдозеры
127
4. Схемы гидропривода строительной техники
На тракторах с механизмом задней навески устанавливают распределители, у которых в каждом из трех золотников расположено автоматическое гидроустройство, возвращающее золотник в положение «Запертонейтральное» из положения «Подъем» и «Принудительное опускание»
при повышении давления в гидросистеме сверх заданного.
Гидробак бульдозера на базе трактора Т-10М с визуальным уровнем
жидкости установлен слева на кронштейне платформы кабины. В связи
с применением новой конструкции гидробака изменена схема гидросистемы управления навесным оборудованием (см. рис. 4.16).
Рис. 4.16. Принципиальная схема гидросистемы управления бульдозерным
и рыхлительным оборудованием трактора Т-10М:
1 – сливной клапан; 2 – уровень жидкости визуальный с термометром;
3 – заливная горловина; 4 – сапун с механизмом клапанов; 5 – гидроцилиндры рыхлительного оборудования; 6 – гидрораспределитель Р-160 или
HC-D12 фирмы «Hydrocontrol»; 7 – гидроцилиндры подъема и опускания отвала; 8 – гидрозамок; 9 – гидроцилиндр перекоса отвала; 10 – предохранительный клапан; 11 – сигнализатор засоренности гидросистемы;
12 – фильтр; 13 – гидробак (90 л); 14 – насос шестеренный НШ-100А-3Л;
15 – сифон; А – линия к насосу НШ-32У-3Л гидросистемы управления
трансмиссией
128
4.3. Бульдозеры
Подъемное усилие обеспечивается параллельной работой двух цилиндров 7 двустороннего действия. Полости цилиндров соединены
между собой и с гидросистемой рукавами высокого давления.
Для надежного запирания полостей цилиндра 9 перекоса отвала, обеспечивающего его работоспособность при разработке грунта бульдозером, установлен двусторонний гидрозамок 8, удерживающий в заданном
положении перекос отвала при нейтральной позиции соответствующего
золотника, предотвращая перетечки рабочей жидкости.
Замедлительный клапан предотвращает разрыв потока жидкости
в поршневой полости цилиндра при быстром опускании (падении) отвала, когда на шток действует попутная нагрузка, соединяя при этом его
штоковую полость с поршневой. Разрыв потока жидкости в гидроприводе приводит к вредной ее аэрации, нежелательным кавитационным явлениям и снижению срока службы насоса и других элементов привода. Поэтому скорость опускания отвала бульдозера ограничивается подпором
в сливной линии за счет применения клапана или дросселя.
Трубопроводы – металлические, соединяются с гидрораспределителем штуцерами и планками. Уплотнение достигается установкой резиновых колец. Гибкие рукава служат для подвода или отвода рабочей
жидкости к подвижно установленным гидроцилиндрам.
Разрывные гидромуфты предохраняют рукава высокого давления
от разрывов и вытекания рабочей жидкости из гидросистемы при произвольном отсоединении прицепных орудий.
Полнопоточный фильтр с фильтроэлементами «Реготмас» имеет
тонкость очистки 25 мкм и установлен в сливной гидролинии. Фильтр
секционный, состоит из набора сетчатых фильтроэлементов, установленных на общей трубе. При засорении фильтров и повышении давления свыше 0,2 МПа срабатывает перепускной клапан, и жидкость переливается в гидробак, минуя фильтр.
Бульдозерно-рыхлительный агрегат Б-10М2 с гидромеханической трансмиссией имеет дизель Д-180М1 (четырехцилиндровый, рядный, рабочий объем 14,48 л), мощность 132 кВт при 1250 об/мин.
На тракторе Т-10М2.6000 установлен дизельный двигатель ЯМЗ236Н-3 (шестицилиндровый, V-образный, рабочий объем 11,15 л), мощностью 139,7 кВт при частоте вращения коленвала 1800 об/мин [44].
Тракторы Т-12 класса 15 оборудованы гидромеханической трансмиссией с планетарными бортовыми редукторами и ходовой системой,
129
4. Схемы гидропривода строительной техники
унифицированной с Т-10М2. Увеличенная колея и опорная поверхность
гусениц с башмаками шириной 690 мм обеспечивают повышение тяговых усилий и производительности машины.
Применение в бульдозерах автоматического управления позволяет
точно планировать разрабатываемую поверхность и значительно повысить производительность работ по сравнению с обычными машинами.
Принцип работы системы стабилизации бульдозера состоит в том,
что при отклонении отвала от заданного углового положения датчик системы выдает сигналы (электроимпульсы), поступающие после их усиления на один из соленоидов гидроэлектрозолотника, который возвращает рабочий орган в исходное заданное положение. При возрастании
на отвале усилий, что вызывает снижение частоты вращения вала двигателя, механизм контроля системы отключает автомат стабилизации, подавая при этом сигнал на выглубление отвала.
4.4. Пневмоколесные погрузчики
Схема гидропривода рабочего оборудования фронтального погрузчика ТО-18Б «Амкодор» изображена на рис. 4.17. Питание гидросистемы
рабочего оборудования осуществляется из изолированного гидробака 1,
оборудованного заправочной горловиной 1.1 с фильтром Ф1, сливным
ниппелем 1.2, регулятором давления в гидробаке 1.3 и сливным фильтром Ф2 с перепускным клапаном. Для контроля уровня жидкости в гидробак вмонтированы два маслоуказательных окна [37].
Гидропривод состоит из насоса 2, гидроуправляемого двухзолотникового распределителя 3, цилиндра ковша 4 и двух цилиндров стрелы 5.
Насос подает рабочую жидкость из гидробака к двухзолотниковому
распределителю 3. На входе распределителя установлен предохранительный клапан 3.1, ограничивающий давление в приводе и отрегулированный на давление 20 МПа. Питание золотников распределителя осуществляется по параллельной схеме.
Первый золотник 3.2 – трехпозиционный – управляет ковшевым гидроцилиндром 4. Для предохранения его штоковой полости от перегрузки в распределителе установлен предохранительный клапан 3.4, настроенный на давление рабочей жидкости 15 МПа.
130
4.4. Пневмоколесные погрузчики
Рис. 4.17. Схема гидропривода рабочего оборудования одноковшового фронтального погрузчика ТО-18Б: 1 – изолированный гидробак; 1.1 – заправочная горловина; 1.2 – сливной ниппель; 1.3 – регулятор давления в гидробаке;
2 – насос; 3 – двухзолотниковый распределитель; 3.1 – предохранительный
клапан; 3.2 и 3.3 – первый и второй золотники; 3.4 – предохранительный клапан; 3.5 – обратные клапаны; 4 – гидроцилиндр ковша; 5 – гидроцилиндры
стрелы; 6, 7 – обратные управляемые клапаны; 8 – однозолотниковый распределитель; 9 – манометры; Ф1 – заправочный фильтр; Ф2 – сливной фильтр
с перепускным клапаном
131
4. Схемы гидропривода строительной техники
Для предотвращения образования вакуума в поршневой полости цилиндра в распределителе установлены обратные клапаны 3.5.
Второй золотник 3.3 – трехпозиционный – управляет стреловыми цилиндрами 5. Для обеспечения плавающего положения стрелы на распределителе установлены два обратных управляемых клапана 6 и 7.
Управляет ими однозолотниковый распределитель 8.
Слив рабочей жидкости из распределителя производится в изолированный гидробак. Для контроля давления служат манометры 9.
Наверху гидробака имеется регулятор давления 1.3, поддерживающий внутри бака избыточное давление. Регулятор служит для повышения надежности работы гидросистемы, в том числе для улучшения условий зимнего пуска насоса. Благодаря нему практически исключается
попадание загрязняющих примесей и влаги из атмосферы во внутреннюю полость гидробака, избыточное давление в которой благоприятно
сказывается на всасывающем режиме гидронасоса.
Обратные управляемые клапаны 6 и 7 не только обеспечивают плавающее положение стрелы погрузчика при включении распределителя 8
в нейтральную позицию, но и также ограничивают скорость опускания
стрелы. «Плавающая» позиция стрелы используется для проведения погрузчиком зачистных работ, когда ковш свободно лежит на грунте и копирует его неровности при движении погрузчика.
4.5. Самоходные скреперы
Схема гидропривода скрепера ДЗ-13 состоит из гидронасосов, гидрораспределителей, масляного бака, запорного клапана и трех пар гидроцилиндров для привода ковша, заслонки и задней стенки, трубопроводов
и гибких рукавов высокого давления (рис. 4.18).
Система «Стабилоплан-10» скрепера [40] служит для автоматического и дистанционного управления положением режущей кромки
ковша скрепера по высоте. В ее состав входят элементы гидроавтоматики и система объемного гидропривода машины.
Аппаратура автоматики состоит из блока управления, датчика углового положения (ДУП) и исполнительного устройства – двухкаскадного
гидрораспределителя 4 с электромагнитным управлением.
132
4.5. Самоходные скреперы
Рис. 4.18. Схема гидросистемы скрепера ДЗ-13: 1 – бак; 2 – гидронасос;
3 – запорный клапан; 4 – гидрораспределители с электромагнитным управлением; 5 – гидроцилиндры задней стенки; 6 – гидроцилиндры заслонки;
7 – предохранительный клапан; 8 – гидроцилиндры ковша; 9 – фильтр рабочей жидкости
133
4. Схемы гидропривода строительной техники
ДУП установлен на кронштейне, приваренном к раме вблизи задних
колес. Он представляет собой прибор, в корпусе которого свободно подвешен на подшипниках маятник, соединенный с подвижным контактом потенциометра, сигнал от которого передается на электронный блок
управления. Последний служит для установки заданного угла продольного уклона ножа ковша (погрешность ± 5°) и преобразования сигнала
датчика в команду, подаваемую на гидрораспределитель 4.
Реверсивный, 3-позиционный 2-каскадный распределитель 4 с электромагнитным управлением служит для управления гидроприводом
ковша скрепера в соответствии с сигналами блока управления.
Аппаратура «Стабилоплан» рассчитана на установку предельного
угла продольного уклона ножа ковша скрепера ± 29°. Ее масса – 18,5 кг.
Аппаратура «Копир-Стабилоплан-10» скрепера предназначена для
автоматической стабилизации режущей кромки ковша скрепера автономной системой управления, чувствительным элементом которой является ДУП, либо копирной системой, в которой в качестве задающей
плоскости используется луч лазера, а в качестве чувствительного элемента – фотоприемное устройство на ковше скрепера.
Одновременно с процессом стабилизации режущей кромки ковша
обеспечивается автоматическая защита двигателя от перегрузки, при
этом чувствительным элементом системы защиты является датчик частоты вращения колес. При буксовании колес в процессе набора грунта
в ковш, сигнал об увеличении их частоты вращения подается от датчика
в блок управления, который запитывает соленоид золотника распределителя, вызывающего подъем режущего органа. Процесс выглубления режущей кромки ковша заканчивается при прекращении буксования колес,
т. е. уменьшении нагрузки двигателя скрепера.
4.6. Гидропривод рулевого управления экскаваторов
Рулевое управление экскаватора оснащено усилителем с гидромотором обратной связи («гидрорулем»), осуществляющим нормированную
подачу рабочей жидкости к исполнительным гидроцилиндрам, причем
подача пропорциональна углу поворота вала руля [51], рис. 4.19.
Гидроруль при работе без питающего насоса имеет уменьшенную подачу, соответствующую рабочему объему гидроруля, обеспечивая возможность управления экскаватором в аварийном режиме.
134
4.6. Гидропривод рулевого управления экскаваторов
Противоударный клапан предохраняют рулевой механизм от скачков
давления в результате ударных воздействий дороги на колеса.
11
10
9
12
8
13
7
6
5
4
3
2
1
Рис. 4.19. Гидравлический рулевой механизм с гидромотором обратной связи
(«гидроруль») НДМ-80-У250-8-У экскаватора ЕК-14: 1, 3, 7 – уплотнительные
кольца; 2 – болт; 4 – центральная шестерня; 5 – кардан; 6 – противоударный клапан; 8 – корпус; 9 – штифт; 10 – вал; 11 – грязесъемник; 12 – втулка; 13 – золотник
Схема рулевого управления с насосом-дозатором пневмоколесного
экскаватора приведена на рис. 4.20. Наружное и внутреннее зубчатые колеса внутреннего зацепления шестеренного насоса-дозатора 2 установлены относительно друг друга с эксцентриситетом.
При повороте рулевого колеса вправо в нагнетательной и приемной
гидролиниях насоса-дозатора 2 за счет эксцентриситета возникает перепад давлений Δр = р1 – р2, где р1, р2 – давления рабочей жидкости соответственно в нагнетательной и приемной гидролиниях. Вследствие
135
4. Схемы гидропривода строительной техники
этого золотник сместится вниз и напор жидкости от насоса 5 поступит
в полость Б1 исполнительного гидроцилиндра 4, а из полости Б2 рабочая
жидкость будет уходить на слив в гидробак.
Рис. 4.20. Схема гидравлической системы рулевого управления пневмоколесного экскаватора ЭО-4321 с насосом-дозатором: 1 – рулевая колонка (приводной вал); 2 – насос-дозатор; 3 – золотник управления; 4 – исполнительный
гидроцилиндр поворота колес; 5 – шестеренный насос НШ-10Е; 6 – напорный гидроклапан; Б1, Б2 – полости исполнительного гидроцилиндра
При повороте влево перепад давлений сместит золотник распределителя 3 вверх, в полость Б2 цилиндра 4 поступает давление рабочей жидкости от насоса, а полость Б1 через золотник соединяется со сливом.
Таким образом, назначение насоса состоит в усилении входного «сигнала», а усилие на рулевом колесе определяется только величиной перепада давления Δр, необходимого для смещения золотника управления.
Рассмотренная система позволяет управлять машиной и при неработающем насосе 5, например, при буксировке. В этом случае насос-дозатор работает как насос с ручным приводом. Однако при этом значительно возрастают усилия на рулевом колесе, а максимальное давление
в системе предвартельно настраивают напорным клапаном 6.
Контрольные вопросы
1. Схема гидропривода автогрейдера с системой автоматики «Профиль».
2. Объемный гидропривод автокрана: состав, назначение элементов.
136
Контрольные вопросы
3. Гидросистема рабочего оборудования бульдозера-рыхлителя.
4. Конструкция и работа гидромеханической трансмиссии трактора.
5. Гидропривод рабочего оборудования пневмоколесных по­груз­
чиков.
6. Работа гидрообъемного привода скрепера с системой «Стабилоплан».
7. Схема гидропривода рулевого управления пневмоколесных экскаваторов.
137
Глава 5. ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД
5.1. Общие сведения
В пневматическом приводе рабочим телом служит сжатый воздух
(давление 0,5…0,8 МПа), нагнетаемый в ресивер компрессором с приводом от двигателя внутреннего сгорания или от электродвигателя.
Достоинства пневматического привода:
1. Безопасность и удобство подвода к месту потребления. Отработавший воздух не нуждается в утилизации или в специальном отводе.
2. Применим для подключения тормозного привода прицепов.
3. Сравнительно невысокая стоимость эксплуатации, нет необходимости в приобретении, перевозке, хранении и замене рабочего тела.
Недостатки пневмопривода по сравнению с гидрообъемным:
1. Увеличенное время срабатывания.
2. Невозможность остановки в середине хода и неравномерность перемещения исполнительных органов привода.
3. Возможное замерзание в системе водяного конденсата, что требует принятия мер по его предотвращению (например, путем применения
влагопоглотителя на основе гранул силикагеля);
4. Большие габариты по сравнению с гидроприводом из-за применения в системе более низкого давления воздуха.
5. Шумность при работе.
6. Возможность коррозии поверхностей и явления их прилипания
при длительных перерывах в работе.
Для обеспечения надежной работы привода в зимних условиях устанавливается противозамерзатель, обогащающий парами спирта сжатый
воздух, что понижает точку замерзания конденсата воды.
Привод состоит из компрессора, пневмодвигателя (пневмоцилиндра
или пневмокамеры), пневмоаппаратуры и воздуховодов.
Оптимальная скорость исполнительного органа привода составляет
0,1…1,0 м/с. Экономически целесообразно применение привода в механизмах с усилием до 30 кН при диаметре цилиндров до 250 мм.
138
5.1. Общие сведения
В поршневом пневмоприводе рабочим органом, преобразующим
энергию сжатого воздуха в усилие на штоке, является поршень, перемещающийся в цилиндре. Особенности поршневого пневмопривода:
• величина хода поршня может быть любой в зависимости от длины
цилиндра, при этом небольшая часть давления сжатого воздуха расходуется на преодоление силы трения;
• конструкция поршня сложнее диафрагмы из-за необходимости
герметичности в подвижном соединении;
• высокие требования к чистоте обработки поршня и цилиндра;
• наблюдаются случаи прилипания уплотнения к цилиндру при
длительных остановках в работе, что создает трудности при пуске;
• стойкость на износ уплотнений поршня ниже работоспособности
диафрагмы; наблюдаются утечки сжатого воздуха, которые возрастают
к концу срока службы уплотнений;
• стоимость поршневого привода выше диафрагменного.
Конструкция пневмоцилиндра приведена на рис. 5.1.
Рис. 5.1. Пневматический цилиндр:
1 – крышки; 2, 6 – уплотнения; 3 – шток; 4 – цилиндр;
5 – поршень; А, В – рабочие полости (поршневая и штоковая)
139
5. Пневматический привод
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 В осуществляется с помощью специальных уплотнений 6,
которые закреплены на поршне 5. Герметичность в полости В, 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 предусматривают его торможение до скорости 0,05…0,1 м/с, что
обеспечивает 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).
В рассматриваемых машинах предпочтительно применяется диафрагменный пневмопривод, осуществляемый посредством пневмокамер
с резинотканевой или резиновой диафрагмами.
На рис. 5.2 изображена пневмокамера, представляющая 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.
Особенности диафрагменного пневмопривода: ход штока ограничен
возможной деформацией диафрагмы и зависит от ее диаметра, толщины и материала изготовления, привод чувствителен к изменению управляющего сигнала; конструкция пневмокамеры компактна, проще пневмоцилиндра, не требует высокой чистоты обработки, герметичность
осуществляется неподвижным закреплением диафрагмы в корпусе; работоспособность пневмокамеры выше, чем у пневмоцилиндра.
140
5.1. Общие сведения
Рис. 5.2. 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
Сила Fшт, передаваемая на шток, тем больше, чем больше площадь S
опорного диска и находится как произведение давления воздуха на величину площади:
Fшт = рвS = рвπd2/4 – Т,
(5.1)
где Т – усилие возвратной пружины, Н.
Увеличение площади опорного диска уменьшает ширину гибкого
пояса диафрагмы и, соответственно, рабочий ход штока Х. Оптимальным считается отношение d/D = 0,7…0,75. При этом величина Fшт изменяется по мере движения штока, в крайней точке хода штока усилие Fшт = 0, поэтому обычно используют не более 3/4 возможного
хода.
Схема одноступенчатого компрессора простого действия с жидкостным охлаждением изображена на рис. 5.3.
При движении поршня 2 вниз давление над поршнем становится
меньше, чем во всасывающем трубопроводе 8, всасывающий клапан 7
открывается и воздух попадает в цилиндр 1. Когда поршень достигает
нижнего положения, давление в цилиндре и всасывающем трубопроводе
141
5. Пневматический привод
практически выравнивается, клапан 7 под действием пружины прижимается к седлу и перекрывает отверстие, соединяющее полость цилиндра 1 с всасывающим трубопроводом 8. В течение периода всасывания
воздуха отверстие нагнетательного клапана 10 закрыто.
Рис. 5.3. Схема одноступенчатого компрессора простого действия с жидкостным охлаждением: 1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – рубашка охлаждения цилиндра; 4 – шатун; 5 – кривошип коленчатого вала; 6 – картер; 7 – всасывающий
клапан; 8 – всасывающий трубопровод; 9 – нагнетательный трубопровод; 10 – нагнетательный клапан; 11 – рубашка для охлаждения крышки;
12 – крышка цилиндра
При движении поршня вверх происходит сжатие воздуха в цилиндре, и когда его давление станет больше давления в нагнетательном
трубопроводе 9, клапан 10 откроется и сжатый воздух выталкивается из цилиндра в ресивер, для дальнейшего использования в пневмосистеме.
Средняя теоретическая подача Qт, м3/с, одноцилиндрового компрессора простого действия с кривошипно-шатунным приводом:
Qт = πD2Sn/4,
142
(5.2)
5.1. Общие сведения
где D – диаметр поршня, м;
S – ход поршня, м;
n – частота вращения приводного вала компрессора, с–1.
Действительная подача компрессора 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,
(5.3)
где λ – коэффициент подачи, λ = ηобλтλг.
Здесь ηоб – объемный КПД компрессора, для автомобильных компрессоров может достигать 0,7 [38];
λт – термический коэффициент;
λг – коэффициент герметичности.
Объемный КПД компрессора находится по формуле
ηоб = 1 – V0(ε1/k – 1)/Vр,
(5.4)
где V0 – объем «вредного пространства»;
Vр – рабочий объем цилиндра;
ε – степень сжатия;
k – показатель адиабаты, для воздуха k = 1,41.
Мощность компрессора (полезная) Nп, Вт, находится как произведение суммарных потерь давления ΣΔрi на всех участках пневмосистемы
и действительного расхода воздуха:
Nп = Qд ΣΔрi.
(5.5)
Полезная мощность компрессора Nп меньше, чем мощность на приводном валу Nв (потребляемая мощность) на величину потерь мощности в компрессоре. Эти потери мощности учитываются общим КПД компрессора ηк = ηобηм:
Nп = Nвηк.
(5.6)
Механический КПД компрессора учитывает трение в подшипниках
и других трущихся парах, ηм = 0,85…0,9 [38].
Способы регулирования подачи компрессоров: изменением частоты
вращения привода, дросселированием воздуха на всасывающей линии,
отжимом клапанов и другие.
143
5. Пневматический привод
5.2. Элементы пневмоавтоматики
Предохранительные пневмоклапаны устанавливаются в напорной
магистрали компрессора, обеспечивая безопасность его работы. При
этом ограничивается до заданного значения давление в ресивере сжатого воздуха. Проточная часть клапана остается закрытой так долго, пока
сила давления сжатого воздуха не достигнет настроенного значения
силы сжатия пружины («нормально закрытый»).
Обозначение пневмоклапанов давления дано на рис. 5.4.
а б
в г
Рис. 5.4. Пневмоклапаны давления: а – регулируемый редукционный клапан
без разгрузки; б – регулируемый редукционный клапан с разгрузкой; в – предохранительный клапан с внешней линией управления; г – предохранительный клапан с внутренней линией управления
Редукционный пневмоклапан – поддерживает давление питания пневмосети на постоянном уровне независимо от колебания давления в сети,
т. е. в напорной магистрали компрессора. Проточная часть такого клапана всегда открыта («нормально открытый» клапан).
Пневматическое реле давления (рис. 5.5) служит для контроля давления
в пневмосистеме или в полостях пневмоцилиндра. Реле вырабатывает сигнал на своем выходе, если давление воздуха на его входе достигает определенного уровня (давления настройки). Работа исполнительного механизма
пневмопривода будет продолжена только при достижении определенного
уровня давления, на которое настроен клапан последовательности (датчик).
Рис. 5.5. Пневматическое реле давления
144
5.2. Элементы пневмоавтоматики
После этого датчик подаст сигнал на клапан-распределитель для продолжения работы. Таким образом, если давление управления достигнет заданного уровня, то в реле давления переключится клапан-распределитель. Если давление управления станет ниже давления настройки,
то этот клапан переключится в исходное состояние.
Комбинация из дросселя с обратным клапаном, пневмоемкости и клапана-распределителя позволяет реализовать функцию выдержки времени, то есть пневматическое реле времени (рис. 5.6).
Рис. 5.6. Пневматическое реле времени
Реле времени используется в случае, когда необходимо задержать выполнение той или иной команды. Принцип работы пневмореле основан
на настройке дросселя на необходимую величину. В зависимости от настройки дроссельного винта в пневмоемкость поступает больший или
меньший расход воздуха. При этом время наполнения емкости воздухом
будет различно. Как только емкость наполнится до давления настройки
пружины, клапан-распределитель переключится на проход воздуха.
Распределители могут быть бистабильными или моностабильными.
Отличительной особенностью бистабильных распределителей (рис. 5.7)
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.
Рис. 5.7. Пневматический распределитель Р5/2 с двусторонним пневматическим и вспомогательным ручным управлением (бистабильный)
145
5. Пневматический привод
Управление моностабильным распределителем (рис. 5.8) осуществляется с помощью только одного управляющего сигнала как для прямой команды, так и для обратной. При исчезновении поданного сигнала,
клапан распределителя под действием пружины займет свое исходное
положение.
Рис. 5.8. Пневматический распределитель Р3/2 с односторонним пневматическим управлением и пружинным возвратом (моностабильный)
При проектировании распределителей условный проход Ду выбирается из следующего ряда (мм): 2,5, 4, 6, 8, 12, 16, 20, 25, 32, 40.
Пневматическая кнопка – предназначена для пуска в работу всей системы или отдельных, входящих в общую схему, блоков.
Кнопка представляет собой, как правило, пневматический моностабильный распределитель Р3/2 с ручным управлением.
Кнопки могут быть без фиксатора (рис. 5.9, а), для единичного цикла,
или с фиксатором (рис. 5.9, б), например, для многократного автоматического отрабатывания системой заданного цикла работы.
а б
Рис. 5.9. Пневматические кнопки:
а – без фиксатора; б – с фиксатором
Для визуального контроля наличия давления применяются инди­
каторы давления поршневого и лампового типа. Они сигнализируют
о наличии давления в том канале, к кото­рому они подсоединены.
146
5.3. Основные формулы и определения
5.3. Основные формулы и определения
1. Плотность воздуха ρ (стандартная) при t = 15 °С, атмосферном
давлении 760 мм рт. ст. и относительной влажности 50 % равна 1,2 кг/м3,
а соответствующий ей удельный вес
γ = ρg = 1,2 · 9,8 = 11,76 Н/м3.
(5.7)
2. Коэффициент кинематической вязкости для воздуха при стандартных условиях составляет ν = 14,9 · 10–6 м2/с.
3. Расход воздуха Qв, м3/с, протекающего по трубопроводу (воздуховоду) с внутренним диаметром dтр, равен произведению средней скорости
воздуха в трубе Vср (м/с) на площадь поперечного сечения трубы S (м2):
Qв = VсрS = Vсрπdтр2/4 = 0,785Vсрdтр2.
(5.8)
4. Полное давление р, Па, при перемещении воздуха в трубе равно
сумме статического рст и динамического (скоростного) рдин давлений
воздуха:
р = рст + рдин.
(5.9)
При некотором упрощении статическое давление рст можно рассматривать как давление, действующее на стенку трубы, это давление является положительным в нагнетательных трубопроводах и отрицательным – во всасывающих.
Динамическое давление является всегда величиной положительной,
зависит от скорости воздуха и определяется по выражению:
рдин = Vср2γ/2g = Vср2ρ/2.
(5.10)
Полное давление может иметь как положительное, так и отрицательное значения. Таким образом, полное давление воздуха в трубопроводе,
представляя собой сумму статического и динамического давлений, характеризует полную энергию воздушного потока, отнесенную к 1 м3 перемещаемого воздуха. Скорость воздуха, м/с, в различных сечениях трубопровода по высоте измеряется трубкой Пито и находится по формуле:
Vi = (19,6рдин i/γ)1/2.
(5.11)
По данным измерений строится эпюра распределения скоростей воздуха Vi по высоте сечения воздуховода и находится среднее значение
скорости Vср воздуха по сечению.
147
5. Пневматический привод
В пневматике пьезометрический напор равен полному давлению
и измеряется в паскалях (1 Па = 1 Н/м2), а не в метрах столба жидкости, иногда для низконапорных линий расчет ведут в несистемной единице измерения – миллиметрах водяного столба, также представляющей собой полное давление воздуха:
1 мм вод. ст. = 1 кГс/м2 ≈ 9,8 Па.
5. Приближенные расчеты течения воздуха в трубопроводах производятся по формулам гидравлики, воздух условно представляется в виде
несжимаемой жидкости, имеющей некоторые средние значения входящих в нее параметров.
Потери давления на участке 1–2 на преодоление сопротивления перемещению воздуха по трубе Δрi, Па, определяются аналогично течению жидкости:
Vср2
Δрi = р1 – р2 = (λΣLi/dтр + Σζi) ρ ср,
(5.12)
2
где р1, р2 – давление в концевых сечениях рассматриваемого участка;
λ – коэффициент гидравлического сопротивления участка 1–2;
ΣLi – суммарная длина i-х участков одинакового диаметра dтр;
Σζi – сумма коэффициентов местных сопротивлений пневмолинии
(колен, диффузоров, тройников, отводов и прочее) участка 1–2;
Vср – средняя скорость воздуха по сечению трубы, м/с.
Средняя скорость воздуха Vср, м/с, в трубопроводе площадью сечения S, м2, находится по формуле
Vср = Qm/(Sρср),
(5.13)
где Qm = SVсрρср – массовый расход воздуха, кг/с;
ρср = (ρ1 + ρ2)/2 – средняя плотность воздуха на участке, кг/м3.
Течение воздуха в каналах пневмосистемы носит обычно турбулентный характер, в соответствии с чем коэффициент λ вычисляют по тому
же выражению, что и при расчетах каналов гидросистемы.
Нахождение коэффициентов местных сопротивлений ζi пневмосистемы производится по справочным данным.
Вместо суммы коэффициентов местных сопротивлений ζi при расчетах можно использовать эквивалентные сопротивления в прямолинейном трубопроводе lэк i, соответствующие им по величине.
Длиной, эквивалентной местному сопротивлению, считается такая
длина прямого трубопровода (того же диаметра, что и рассчитываемого
148
5.4. Основные элементы и работа пневмопривода экскаваторов
трубопровода), гидравлические потери в котором равны потерям в данном сопротивлении. В результате такой замены все местные сопротивления в системе устраняются, а длины труб соответственно увеличиваются. Далее рассматривают только прямолинейный трубо­провод.
За эквивалентную длину гибкого участка трубопровода можно условно принимать двойную длину аналогичного по длине и диаметру стального трубопровода.
6. Газовые законы, известные из курса физики, также распространяются на пневматические системы.
Изотермический процесс (Бойля–Мариотта):
при T = const рV = const.
(5.14)
Изобарный процесс (Гей–Люссака):
при р = const V/T = const.
(5.15)
Изохорный процесс (Шарля):
при V = const р/T = const.
(5.16)
5.4. Основные элементы и работа
пневмопривода экскаваторов
Пневматическая система экскаватора ЕК-14, обеспечивающая работу тормозов, переключение передач в коробке передач (КП) и включение
(отключение) переднего моста, представлена на рис. 5.10 [51].
Компрессор 1 подает сжатый воздух к воздушному баллону 5 (ресиверу), служащему для устранения пульсации сжатого воздуха в системе
и обеспечения работы исполнительных устройств (пневмокамер), в том
числе обеспечения действия тормозов самоходной машины во время
буксировки на прицепе за автомобилем-тягачом.
В ресивере поддерживается заданное давление с помощью регулятора давления 2. Ресивер снабжен сливным клапаном 3 и краном отбора воздуха 4, используемым для слива конденсата и подключения шланга для накачивания шин.
Предохранительный клапан установлен на ресивере и отрегулирован
на давление 0,8 МПа. Он служит для предохранения системы от повышения давления в случае неисправности регулятора давления.
149
5. Пневматический привод
Рис. 5.10. Пневматическая система экскаватора ЕК-14: 1 – компрессор; 2 – регулятор давления; 3 – сливной кран; 4 – кран отбора воздуха; 5 – ресивер;
6 – переходник; 7 – электромагнитный клапан стояночного тормоза; 8 – электромагнитный клапан переключения передач; 9 – датчик давления воздуха;
10 – включатель «стоп»-сигнала; 11 – дифференциальный золотник управления поворотом колес; 12 – гайка; 13 – заглушка; 14 – центральный коллектор; 15 – пневмокамера механизма переключения передач; 17 – пневмогидравлический клапан; 18(1), 18(2) – тормозные пневмокамеры задних колес;
19 – пневмокамера стояночного тормоза; 20(1), 20 (2) – тормозные пневмокамеры передних колес; 21 – соединительная головка; 22 – шланг прицепа;
23 – клапаны быстрого оттормаживания; 24, 25, 26 – трубопроводы; 27, 28,
29, 30, 31 – шланги; 32 – предохранитель от замерзания
150
5.4. Основные элементы и работа пневмопривода экскаваторов
Управление тормозами колес производится с помощью дифференциального золотника 11, подающего сжатый воздух к тормозным пневмокамерам 18 и 20.
Переключение передач в КП и включение (выключение) переднего
моста осуществляется пневмокамерой механизма переключения передач 15 с помощью электромагнитного клапана 8.
Стояночный тормоз включается при помощи тормозной пневмокамеры 19 и электромагнитного клапана 7.
Давление в пневмосистеме экскаватора контролируется по электронной панели приборов, расположенной на пульте управления и подключенной к датчику 9.
При буксировке экскаватора тягачом управление тормозами экскаватора осуществляется от тормозной системы тягача. Для этого на экскаваторе предусмотрен шланг прицепа 22 с соединительной головкой 21.
Трубопровод, соединяющий дифференциальный золотник и центральный коллектор, отсоединяется от последнего. Штуцер на центральном
коллекторе перекрывается гайкой 12 с заглушкой 13, расположенными
на балке поворотной платформы перед коллектором.
Пневмогидравлический клапан 17 имеет пневматическое управление
и подсоединен к пневмосистеме экскаватора параллельно пневмокамере 19 стояночного тормоза.
Для очистки воздуха от влаги в пневмосистеме применяется предохранитель от замерзания 32.
Регулятор давления (рис. 5.11) действует как разгрузочное
устройство и обеспечивает постоянного давление воздуха в системе
0,69…0,78 МПа [51]. Могут использоваться регуляторы давления различного типа.
Сжатый воздух по воздушной магистрали от компрессора через
вывод I регулятора, фильтр 8, канал Д и обратный клапан 25 поступает
к выводу III и далее в воздушные ресиверы пневматического привода.
Одновременно по каналу Г сжатый воздух проходит в полость В под
поршнем 24, на который воздействует пружина 16. При этом выпускной клапан 13, соединяющий полость Е над разгрузочным поршнем 29
с окружающей средой через канал Б и вывод II, открыт. Впускной клапан 27, через который сжатый воздух подводится из кольцевого канала А в полость В под действием толкателя 22 и пружины 14, закрыт.
151
5. Пневматический привод
Под действием пружины 1 закрыт также разгрузочный клапан 3.
Такое состояние регулятора соответствует наполнению ресиверов системы сжатым воздухом от компрессора. При достижении в полости
В давления выключения, равного 0,7 МПа, поршень 24, преодолев усилие пружины 16, поднимается вверх. При этом выпускной клапан 13
закрывается, впускной клапан 27 открывается. Сжатый воздух через
открытый впускной клапан 27 из полости В поступает в полость Е,
поршень 29 перемещается вниз, разгрузочный клапан З открывается
и сжатый воздух из компрессора через вывод IV выходит в окружающую среду вместе со скопившимся в полости Ж конденсатом. При этом
давление в канале А падает, обратный клапан 25 закрывается. В результате этого компрессор работает в разгрузочном режиме без противодавления.
При падении давления в выводе III и полости В до давления включения, равного 0,6 МПа, поршень 24 под действием пружины 16 перемещается вниз. Впускной клапан 27 закрывается, выпускной клапан 13 открывается, сообщая полость Е с окружающей средой через
канал Б и вывод II. При этом разгрузочный поршень 29 под действием пружины поднимается вверх, клапан 3 под действием пружины 1
закрывается, и компрессор снова нагнетает сжатый воздух в ресиверы системы.
Разгрузочный клапан 3, кроме того, работает и как предохранительный клапан. Если регулятор не срабатывает при давлении 0,7 МПа,
то при давлении 1…1,35 МПа клапан 3 открывается, преодолев усилие
пружин 1 и 28 [51]. Давление срабатывания предохранительного клапана регулируется числом шайб под пружиной клапана 3.
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. Таким образом, дифференциальный золотник управления
тормозами колес (рис. 5.12) обеспечивает изменение скорости срабатывания тормозных камер в зависимости от силы нажатия на тормозную педаль. Педаль воздействует на чашку 1, передающую усилие
через пружину 2 стакану 5, который, выпрямляя диафрагму 6, движется вниз.
152
5.4. Основные элементы и работа пневмопривода экскаваторов
Рис. 5.11. Регулятор давления: 1 – пружина разгрузочного клапана; 2 – нижняя крышка; 3 – клапан разгрузочный; 4 – седло клапана; 5, 6 – упорные кольца; 7 – шток; 8 – фильтр; 9, 11 – уплотнительные кольца; 10 – пробка дополнительного вывода; 12 – стержень клапанов; 13 – выпускной клапан;
14 – пружина толкателя; 15 – корпус регулятора; 16 – пружина уравновешивающего поршня; 17 – защитный колпачок; 18 – контргайка; 19 – регулировочный винт; 20 – тарелка пружины; 21 – верхняя крышка; 22 – толкатель клапанов; 23 – манжета; 24 – уравновешивающий поршень; 25 – обратный клапан;
26 – пружина; 27 – впускной клапан; 28 – пружина разгрузочного поршня;
29 – разгрузочный поршень; 30 – пружина фильтра; 31 – направляющая пружины; 32 – пружина; 33, 35 – уплотнительные кольца; 34 – клапан; 36 – корпус клапана; 37 – защитный колпачок; I…IV – выводы
153
5. Пневматический привод
Рис. 5.12. Дифференциальный золотник управления тормозами колес:
А – подвод воздуха; В – выход воздуха в атмосферу; С – отвод воздуха к тормозным камерам 1 – чашка; 2, 9 – пружины; 3 – верхняя крышка; 4 – гайка;
5 – стакан; 6 – диафрагма; 7 – уплотнение; 8 – клапан; 10 – нижняя крышка;
11 – корпус; 12 – шайба
В момент касания стаканом 5 клапана 8 отверстие стакана перекрывается, прекращая сообщение тормозных камер с атмосферой. При дальнейшем движении стакана 5 вниз клапан 8 отжимается от корпуса 11,
пропуская поступающий воздух через трубопроводы в тормозные камеры. После прекращения воздействия на тормозную педаль, а значит
и на чашку 1, диафрагма 6 приподнимает стакан 5, клапан 8 ложится
на свое гнездо, закрывая поступление воздуха. Воздух из поддиафрагменной полости уходит в атмосферу.
Положение диафрагмы 6 уравновешено с одной стороны силой давления воздуха и упругостью диафрагмы, а с другой — усилием верхней
пружины 2. Количество проходящего через золотник воздуха зависит
от силы нажатия на тормозную педаль, следовательно, плавность торможения зависит от самого машиниста.
Клапан быстрого оттормаживания (рис. 5.13) предназначен для
уменьшения времени оттормаживания тормозов путем ускорения выпуска воздуха из исполнительных механизмов за счет сокращения
154
5.4. Основные элементы и работа пневмопривода экскаваторов
пути, проходимого сжатым воздухом при выпуске. Клапаны быстрого оттормаживания установлены на ходовой раме пневмоколесного
экскаватора.
Рис. 5.13. Клапан быстрого оттормаживания: 1 – корпус; 2 – крышка;
3 – диафрагма; 4 – уплотнительное кольцо; I…III – выводы
При подаче сжатого воздуха в вывод I диафрагма 3 прижимается к выпускному седлу в корпусе; при этом края диафрагмы отгибаются и сжатый воздух проходит в выводы II и далее в исполнительные механизмы
(тормозные камеры, цилиндры и т. п.), присоединенные к этим выводам.
При падении давления в выводе I диафрагма 3 под действием сжатого воздуха в выводах II отрывается от выпускного седла в корпусе 1
и прижимается к седлу в крышке 2, перекрывая тем самым проход воздуха в вывод I. Воздух при этом через вывод III выпускается в атмосферу.
Трехходовой электромагнитный клапан предназначен для подачи
и выпуска воздуха в тормозную камеру стояночного тормоза и камеру
коробки передач. Клапан должен работать при давлении на входе от 0
до 1,0 МПа. Номинальное давление воздуха составляет 0,7 МПа [51].
Клапан тормоза прицепа служит для подключения пневмосистемы
экскаватора через соединительную головку со шлангом к пневмосистеме тягача при буксировке. Нажатием на тормозную педаль автомобилятягача затормаживается буксируемый экскаватор. В случае отрыва экскаватора при буксировке происходит его автоматическое торможение
за счет понижения давления в питающем шланге.
Предохранитель от замерзания (рис. 5.14) предотвращает замерзание конденсата в трубопроводах и аппаратах пневматического тормозного привода экскаватора (вместимость резервуара – 200 см3, рабочее
155
5. Пневматический привод
давление – не более 0,8 МПа [51]). Заправка этиловым спиртом и включение в работу предохранителя производится при температуре окружающей среды +5 °С и ниже. Дозаправка производится при снижении уровня
спирта ниже контрольной отметки.
Рис. 5.14. Предохранитель от замерзания: 1 – пружина; 2, 7 – нижний и верхний
корпус; 3 – фитиль; 4, 6, 9, 12 – уплотнительные кольца; 5 – сопло; 8 – ограничитель тяги 10; 11 – обойма; 13 – упорное кольцо; 14 – пробка; 15 – шайба
При включенном предохранителе (тяга 10 находится в верхнем положении) воздух, нагнетаемый компрессором в пневмосистему экскаватора, обдувает смоченный спиртом фитиль 3 (см. рис. 5.14) и уносит пары
спирта в систему. Спирт отбирает из воздуха влагу и превращает ее в незамерзающий конденсат. Тяга должна находиться в верхнем положении
при температуре окружающего воздуха ниже +5 °С.
При температуре окружающей среды выше + 5 °С тяга 10 опускается в крайнее нижнее положение, поворачивается на 90° и фиксируется
ограничителем тяги 8 в выключенном положении. При этом фитиль 3
утапливается, сжимая расположенную внутри него пружину 1. Уплотнительное кольцо 6 входит в обойму 11, емкость со спиртом разобщается
с потоком сжатого воздуха. Поступление спирта и его паров в пневмосистему экскаватора прекращается.
156
5.4. Основные элементы и работа пневмопривода экскаваторов
Пневматическая схема экскаватора третьей размерной группы изображена на рис. 5.15. Функции пневмокамер на данной схеме:
1. Управление колесными тормозными механизмами (позиция 12 –
4 шт.) посредством подпедального тормозного крана 9.
Рис. 5.15. Схема пневмопривода колесного 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
157
5. Пневматический привод
2. Управление постоянно замкнутым барабанным колодочным стояночным тормозом (позиция 14 – 1 шт.). Тормоз крепится на корпусе коробки передач и действует с помощью заднего разобщительного крана 6
на промежуточный вал коробки передач. 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 платформе.
3. Включение переднего моста пневмокамерой 18.
4. Переключение передач (первая и вторая) производится пневмокамерой 19, то есть шток пневмокамеры имеет два рабочих положения:
под давлением воздуха и под воздействием возвратной пружины.
5.5. Пневматический привод автокрана
Пневматический тормозной привод автошасси КамАЗ, используемого для установки кранового оборудования, изображен на рис. 5.16 [53].
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.
Привод рабочей тормозной системы (РТС) – двухконтурный, приводит в действие раздельно 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.
Схема, иллюстрирующая работу РТС передней оси, приведена
на рис. 5.17.
158
5.5. Пневматический привод автокрана
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, механизм расторможен.
Рис. 5.16. Схема тормозного управления автомобильного шасси КамАЗ:
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
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.
159
5. Пневматический привод
Рис. 5.17. Схема работы рабочей тормозной системы («первичный» контур): 1 – педаль; 2 – рычаг; 3 – стакан пружины; 4 – седло; 5, 9 – диафрагма; 6, 7 – выпускной и впускной клапаны; 8 – пневмокамера; 10 – диск;
11 – шток; 12 – разжимной кулак; 13, 14 – передняя и задняя тормозные колодки; 15 – тормозной барабан; А, Б, В – атмосферная, рабочая и компрессорная полости тормозного крана; 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
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, зависящая от усилия на педали, а справа – давление воздуха, установившееся в полости Б и соединенной с ней полости Г пневмокамеры.
Следовательно, следящее устройство крана устанавливает давление
воздуха в тормозных камерах (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 выйдет в атмосферу.
160
5.5. Пневматический привод автокрана
Клапан ограничения давления 9 (см. рис. 5.16) уменьшает давление
воздуха в тормозных камерах передней оси при торможении для 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. 5.18). 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.
От тормозного крана
Атм.
К тормозным
камерам
Рис. 5.18. 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
161
5. Пневматический привод
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 давлении 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. 5.19) 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 на диафрагму 5, которая, воздействуя на диск 6 и шток 7, включает разжимным кулаком тормозной механизм колес тележки.
Рис. 5.19. Схема тормозной камеры с пружинным энергоаккумулятором
(«вторичный» контур РТС): 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
162
5.5. Пневматический привод автокрана
При включении стояночной (на ходу – запасной) тормозной системы (выпуск воздуха ручным краном из полости А) пружина разжимается и поршень перемещается вниз (на рис. 5.19 – вправо), через толкатель
принудительно затормаживая тормозные механизмы тележки.
Запасная тормозная система служит для плавного снижения скорости или остановки движущейся мобильной машины в случае полного
или частичного выхода из строя 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 камеры под действием пружины вернуться в исходное положение.
Аварийная система растормаживания предназначена для оттормаживания энергоаккумуляторов при их автоматическом срабатывании
и остановке автомобиля вследствие утечки сжатого воздуха в приводе.
Привод системы сдублирован: кроме пневматического привода имеются
винты аварийного оттормаживания в каждом из энергоаккумуляторов,
что позволяет растормозить последние механическим путем.
Ускорительный клапан 15 (см. рис. 5.16) сокращает время срабатывания привода запасной тормозной системы за счет уменьшения длины магистрали выпуска воздуха в атмосферу. При нарушении герметичности
СТС воздух из полости А энергоаккумулятора уйдет в атмосферу через
поврежденную часть привода и произойдет автоматическое (аварийное)
затормаживание автомобиля энергоаккумуляторами.
В качестве вспомогательной тормозной системы автомобиля применяется моторный тормоз-замедлитель, при включении которого перекрываются выпускные тракты двигателя и отключается подача топлива
при включенных сцеплении и передаче (режим компрессора). Вследствие противодавления газов в выпускном тракте происходит замедление вращения вала двигателя и торможение автомобиля.
Моторный тормоз-замедлитель («горный тормоз») приводится в действие краном 17 (см. рис. 5.16). Его привод содержит пневмоцилиндры 18 и 19 одностороннего действия с пружинным возвратом.
Цилиндр 18 (диаметр 30 мм, ход поршня 25 мм), действуя на рычаг топливного насоса высокого давления (ТНВД), переводит его рейку в положение выключения подачи топлива. В двух цилиндрах 19 (диаметром
35 мм и ходом поршня 65 мм) сила поршней передается на дроссельные
163
5. Пневматический привод
заслонки, расположенные в выпускном тракте двигателя, перекрывая их
и создавая противодавление на выпуске. При сбросе давления в цилиндрах поршни возвращаются в исходное положение и ВТС выключается.
Схема пневматическая управления приводом насоса и остановки двигателя шасси автокрана КС-45717К-2 изображена на рис. 5.20.
Рис. 5.20. Схема пневматическая принципиальная управления приводом насоса и остановки двигателя автокрана КС-45717К-2: КМ – компрессор;
ВД – влагоотделитель; КД – регулятор давления; ПЗ – предохранитель от замерзания; ДК – клапан защитный четырехконтурный; РС1 – ресивер конденсационный; КП – кран пневматический; РП – ресивер потребителей;
Ц1 – пневмоцилиндр вспомогательного тормоза; Ц2 – пневмоцилиндр выключения подачи топлива; Ц3 – пневмоцилиндр включения коробки отбора
мощности; ПР1, ПР2 – пневмораспределитель с электромагнитным приводом
(тип ПР2-3-1/8-24); КИ – клапан «ИЛИ»
Для управления приводом насоса (включением коробки отбора мощности – КОМ) применена электропневматическая система, состоящая из
пневмораспределителя с электромагнитным приводом ПР1, пневмоцилиндра Ц1 (в корпусе КОМ) и трубопроводов, соединяющих пневмораспределитель и цилиндр КОМ с пневмосистемой шасси.
Контрольные вопросы
1. Достоинства и недостатки пневматического привода. Основные
формулы и определения пневматического привода. Особенности диафрагменного пневмопривода.
164
Основная литература
2. Устройство и работа компрессора, его основные параметры.
3. Устройство и работа элементов гидроавтоматики: пневмоклапаны
и распределители, пневмореле давления и времени.
4. Схема пневмопривода пневмоколесного экскаватора.
5. Схема тормозного управления автокрана на шасси КамАЗ.
6. Схема управления приводом насоса и остановки двигателя
автокрана.
7. Конструкция и работа элементов пневмопривода мобильных машин.
Основная литература
1. Ананин В. Г., Ларионов С. А., Попов М. Ю. Стреловые самоходные
краны 3–6 размерных групп. Гидросхемы и описание их работы. – Томск:
Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2012. – 168 с.
2. Артемьева Т. В., Лысенко Т. М., Румянцева А. Н., Стесин С. П. Гидравлика, гидромашины и гидропневмоприводы в примерах решения задач: учеб. пособие / Под ред. С. П. Стесина. – М.: ИЦ «Академия», 2011. – 208 с.
3. Артемьева Т.В., Лысенко Т.М., Румянцева А.Н., Стесин С.П. Гидравлика
и гидропневмопривод: учебник / Под общ. ред. С. П. Стесина. – М.: ИЦ «Академия», 2014. – 350 с.
4. Баржанский Е. Е. Гидравлические и пневматические системы транспортного и транспортно-технологического механического оборудования: учеб.
пособие. – М.: Альтаир-МГАВТ, 2013. – 192 с.
5. Васильева Л. С., Панов Ю. В., Хазиев А. А., Лаушкин А. В. Топливно-смазочные материалы, тормозные и охлаждающие жидкости. Показатели качества. Классификации. Ассортимент. Оценка показателей качества
и результатов испытаний: учеб. пособие / Под ред. Л. С. Васильевой. – М.:
Изд-во ООО «ФЛИНТА», 2012. – 144 с.
6. Галдин Н. С. Элементы объемных гидроприводов мобильных машин.
Справочные материалы: учеб. пособие. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2005. – 127 с.
7. Галдин, Н. С. Основы гидравлики и гидропривода: учебное пособие. –
Омск: Изд-во СибАДИ, 2006. – 145 с.
8. Галдин, Н. С., Кукин, А. В. Атлас гидравлических схем мобильных машин
и оборудования: учеб. пособие. – Омск. Изд-во СибАДИ, 2006. – 91 с.
9. Галдин Н. С. Гидравлические машины, объемный гидропривод: учеб. пособие. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2009. – 272 с.
10. Галдин Н. С., Семенова И. А. Гидравлические схемы мобильных машин:
Учебное пособие. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2010. – 203 с.
11. Дьячков Е. А., Дейниченко Е. М., Федянов Е. А. Гидродинамические передачи наземных транспортных средств: учеб. пособие. – Волгоград:
Изд-во ВолгГТУ, 2010. – 89 с.
165
5. Пневматический привод
12. Каня В. А., Пономаренко В. С. Эксплуатационные материалы: курс лекций. – Изд. 3, перераб. и дополн. – Омск. Изд-во СибАДИ, 2013. – 256 с.
13. Картошкин А. П. Технические жидкости для автотракторной техники:
Справочник: учеб. пособие для студ. учр. СПО. – М.: ИЦ «Академия», 2012. –
240 с.
14. Лагерев А. В. Проектирование насосных гидроприводов подъемнотранспортной техники: учеб. пособие. – Брянск: Изд-во БГТУ, 2006. – 232 с.
15. Трифонова Г. О., Трифонова О. И. Гидродинамические машины и передачи: учеб. пособие. – М.: МАДИ (ГТУ), 2009. – 72 с.
16. Тюремнов И. С. Альбом описаний и гидросхем стреловых самоходных
кранов 3-6 размерных групп: учеб. пособие. – Ярославль: Изд. ЯГТУ, 2009. –
77 с.
17. Тюремнов И. С. Альбом конструкций гидрооборудования строительных, дорожных и подъемно-транспортных машин: учеб. пособие. – Ярославль:
Изд-во ЯГТУ, 2012. – 104 с.
18. Филатов А. М., Точилкин В. В. Пневмопривод и пневмоавтоматика подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин: учеб. пособие. – Магнитогорск: Изд-во МГТУ им. Г. И. Носова, 2006. – 187 с.
19. Чебунин А. Ф. Гидропривод транспортных и технологических машин:
учеб. пособие. – Чита: Изд-во ЧитГУ, 2006. – 134 с.
Дополнительная литература
20. Автомобильный справочник. Перевод с англ. – М.: «За рулем», 2000.
21. Азизов А. Г. Проектирование гидро- и пневмосистем: учеб. пособие / А. Г. Азизов, А. М. Рагимов, М. Г. Азизов. – Баку: АГНА, 2004.
22. Андреев А. Ф. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных
машин: учеб. пособие / А. Ф. Андреев, Л. В. Барташевич, Н. В. Богдан. –
Минск: Высш. школа, 1987.
23. Аксиально-поршневые насосы VPPM VPPL регулируемой производительности серии 10. Технические характеристики. DUPLOMATIC HYDRAULICS. – М.: ЗАО «КВАНТА», 2000.
24. Апсин В. П. Методические указания по гидравлическим расчетам /
В. П. Апсин, В. Г. Удовин. – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004.
25. Артемьева Т. В. Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод: учеб.
пособие для вузов / Т. В. Артемьева, Т. М. Лысенко, А. Н. Румянцева, С. П. Стесин. – М.: Издат. центр «Академия», 2005.
26. Башта Т. М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для
машиностроит. вузов / Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов, О. В. Байбаков, Ю. Л. Кирилловский. – М.: Машиностроение, 1982.
27. Башта Т. М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика: учебник для
вузов / Т. М. Башта. – М.: Машиностроение, 1972.
166
Дополнительная литература
28. Беркман И. Л. Универсальные одноковшовые строительные экскаваторы / И. Л. Беркман, А. В. Раннев, А. К. Рейш. – М.: Высшая школа, 1981.
29. Богдан Н. В. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин:
учеб. пособие / Н. В. Богдан. – Минск: Ураджай, 2002.
30. Волюжский С. Б. Гидравлический привод строительных и дорожных
машин: метод. указания / С. Б. Волюжский, А. В. Зазыкин. – СПб.: СПбГАСУ,
2005.
31. Гаврилов К. Л. Дорожно-строительные машины иностранного и отечественного производства: устройство, диагностика и ремонт / К. Л. Гаврилов,
Н. А. Забара. – М.: Майор, 2006.
32. Каверзин С. В. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу строительных и дорожных машин: учеб. пособие / С. В. Каверзин. – Красноярск: КГУ, 1984.
33. Кран стреловой автомобильный КС-45717А-1. Руководство по эксплуатации КС-45717А-1.00.000РЭ. – Иваново: ОАО «Автокран».
34. Нагорный В. С. Устройство автоматики гидро- и пневмосистем: учеб.
пособие / В. С. Нагорный, А. А. Денисов. – М.: Высш. школа, 1991.
35. Патент на полезную модель РФ № 138464 «Рабочий орган бульдозера».
36. Патент на полезную модель РФ № 137301 «Гидропривод бульдозера».
37. Погрузчик фронтальный одноковшовый Амкодор-333 (ТО-18Б) и его
модификации. Руководство по эксплуатации. – Минск: ОАО «Амкодор-Ударник», 2004.
38. Поляков В. В. Насосы и вентиляторы: учебник для вузов / В. В. Поляков,
Л. С. Скворцов. – М.: Стройиздат, 1990.
39. Полякова Л. Е. Гидравлический расчет объемного гидропривода: учеб.
пособие / Л. Е. Полякова, С. С. Ямпилов, В. Г. Блекус. – Улан-Удэ, ВСГТУ,
2002.
40. Рейш А. К. Машины для земляных работ / А. К. Рейш, С. М. Борисов,
Б. Ф. Бандаков. – М.: Стройиздат, 1981.
41. Руководство по эксплуатации и техническому обслуживанию
ЕТ 26.01.01.01.01.РЭ. Экскаватор полноповоротный одноковшовый универс.
гусеничный ЕТ-26. – Ковров: ООО «Экскаваторный завод «Ковровец», 2006.
42. Руководство по эксплуатации и техническому обслуживанию
ЕТ 20.01.01.01.01.РЭ. Экскаватор полноповоротный одноковшовый универс.
гусеничный ЕТ-20. – Ковров: ООО «Экскаваторный завод «Ковровец», 2006.
43. Сайт www. hydrapac.com/Теплообменники для гидросистем мобильных
машин и промышленного оборудования.
44. Сайт http://www.uraltehnika.ru/buldozer.
45. Сайт www.tvexc.ru. ОАО «Тверской экскаватор (ТВЭКС)».
46. Сафонов А. С. Жидкости для гидравлических систем автотранспортной
техники. Качество. Ассортимент. Применение / А. С. Сафонов, А. И. Ушаков,
К. Д. Братчиков. – СПб.: СПбНПИКЦ, 2004.
47. Строительные и дорожные машины. 2004. № 11. С. 18–23.
167
5. Пневматический привод
48. Строительные и дорожные машины. 2001. № 12. С. 13–18.
49. Строительные и дорожные машины. 2002. № 10. С. 16–19.
50. Строительные и дорожные машины, 2004. № 10. С. 25–27.
51. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 314-6000.00.000ТО. Экскаватор пневмоколесный гидравлический ЕК-14. – Тверь:
ОАО «Тверской экскаватор», 2005.
52. Трактор Т10М. Руководство по эксплуатации. – Челябинск: ООО «ЧТЗУРАЛТРАК», 2007.
53. Чмиль В. П. Гидропневмопривод строительной техники. Конструкция,
принцип действия, расчет: учеб. пособие / В. П. Чмиль. – СПб.: Изд-во «Лань»,
2011.
54. Шестеренные насосы GP с внешним зацеплением серий 11 и 20. Технические характеристики. Duplomatic hydraulics. – М.: ЗАО «КВАНТА».
55. Юшкин В. В. Основы расчета объемного гидропривода: учеб. пособие/
В. В. Юшкин. – Минск: Высшая школа, 1982.
168
Приложение 1
Проектирование гидропривода бульдозера
Исходные данные к курсовой работе
1. Режим работы гидропривода.
2. Тип насоса – шестеренный.
3. Усилие на штоках (нагрузка) Rп.с каждого из цилиндров.
4. Скорость движения штоков цилиндров Vшт, м/с.
5. Частота вращения коленчатого вала двигателя nм, соответствующая
максимальному крутящему моменту.
6. Передаточное число привода насоса iн.
7. Длина гидролиний Li (м): всасывающей, напорной и сливной.
8. Температура окружающего воздуха: от минус … до плюс … ºС.
Максимальная температура воздуха tmax.в, °С.
1. Общие сведения. Работа принципиальной
гидравлической схемы
Приводится анализ особенности эксплуатации гидропривода при заданных температурах окружающего воздуха и режиме работы.
На листе форматов А3, А4 в соответствии с ГОСТ 2.704–2011 изображается принципиальная гидравлическая схема бульдозера. На схеме
в нейтральной позиции показывают все гидравлические элементы
и линии взаимосвязи. Каждый элемент на схеме должен иметь буквенное обозначение и при необходимости порядковый номер. Перечень элементов оформляется в виде таблицы по ГОСТ 2.701–2008 и приводится на листе схемы или выполняется в виде самостоятельного документа.
В пояснительной записке приводится работа схемы бульдозера
в «нейтрально-запертой», «нейтрально-плавающей» и рабочих позициях золотников распределителей, а также конструкция и принцип действия двустороннего гидрозамка перекоса отвала и схемы его
упра­вления.
Пример обозначения чертежа принципиальной схемы:
КР ХХ.02.01.000 ГЗ.
169
Приложения
Структура этого обозначения:
ХХ – числовой индекс кафедры;
02 – номер задания по классификатору кафедры;
01 – вариант задания;
000 – номер сборочной единицы или номер детали;
Г – вид схемы, гидравлическая; 3 – тип схемы, принципиальная.
2. Выбор номинального давления насоса
Для проектирования привода необходимо выбрать тип насоса и его
номинальное давление рном, достаточное для обеспечения, например, одновременной работы цилиндров отвала при выдвижении их штоков.
При выборе давления руководствуются условием устойчивой работы
гидросистемы под нагрузкой: насос развивает давление (напор), равный
потребному. Потребное номинальное давление насоса рном – наибольшее
избыточное давление, при котором насос должен работать под нагрузкой
в течение срока службы с сохранением заданных параметров в установленных пределах, расходуется на преодоление нагрузки на штоках (давление рА в поршневых полостях одновременно работающих цилиндров)
и общих потерь давления в гидросети ΣΔр, то есть номинальное давление насоса рном = рА + ΣΔр.
Потери давления в гидросети ΣΔр (в трубопроводах всасывающего, напорного и сливного участков, местных сопротивлениях, в том
числе в элементах управления) для правильно спроектированных систем, эксплуатируемых в районах средней полосы РФ, не должны превышать 6 % от номинального давления насосов [24], поэтому можно
принять ΣΔр ≈ 0,06 рном. Тогда давление рА в поршневых полостях одновременно работающих цилиндров можно приближенно принять равным
94 % от номинального давления насосов, выпускаемых промышленностью и используемых в машинах, аналогичных проектируемой:
рА ≈ 0,94 рном.
(1)
В гидросистемах машин, эксплуатируемых в районах Сибири и Крайнего Севера, общие потери давления в гидросети ΣΔр в зимнее время составляют до 12 %, а в период разогрева жидкости – до 20 % [24]. Принимается также, что при выдвижении поршней гидроцилиндров давление
170
Приложение 1. Проектирование гидропривода бульдозера...
прогретой рабочей жидкости в их штоковых полостях рБ, соединенных
со сливной линией, составляет около 2 % от давления рА в поршневых
полостях, подключенных к насосу, то есть рБ ≈ 0,02 рА.
Номинальное давление рном в гидросистеме принимают исходя из номенклатуры и характеристик используемого гидрооборудования для заданного тягового класса бульдозера по данным инструкции по эксплуатации подобных машин, а также справочным данным (см. табл. П2.1).
Значения рном, МПа, согласно ГОСТ 12445–80 «Гидроприводы объемные, пневмоприводы и смазочные системы. Номинальные давления»
принимают равными: …, 6,3; 10; 12,5; 16; 20; 25; 32 и т. д. В последующем величина рном будет скорректирована с учетом характеристики выбранного насоса и полученных по расчету общих потерь в гидросети.
3. Выбор насоса
В системе объемного гидропривода с разветвлением мощности расчет необходимого расхода и давления насоса обычно производят по наиболее нагруженному гидродвигателю. Рассмотрим одновременную работу цилиндров отвала при его заглублении.
Потребная мощность привода насоса Nн, кВт, для обеспечения одновременной работы цилиндров отвала бульдозера под заданной нагрузкой
ΣRп.с = Rп.с1 + Rп.с2 (кН):
Nн = ΣRп.сVшт
,
2
ηгм.н ηгм.ц
(2)
где Vшт – скорость рабочего хода штоков цилиндров, м/с;
ηгм.н – гидромеханический КПД насоса;
ηгм.ц – гидромеханический КПД цилиндров.
Значение ηгм.н насоса предварительно принимают, используя данные
табл. П2.1, по выражению:
ηгм.н = ηн /ηо.
(3)
Гидромеханический КПД цилиндров ηгм.ц можно выбрать по табл. 1.1
(см. п. 1.4, с. 32) в зависимости от номинального давления рном в гидросистеме. При одновременно работающих двух цилиндрах бульдозера их
ηгм.ц возводят в квадрат, трех – в куб и т. д.
171
Приложения
Полезная мощность насоса Nп отличается от приводной мощности Nн
на величину потерь, характеризуемых общим КПД насоса ηн. Для шестеренного насоса ηн можно принять по данным табл. П2.1.
Тогда полезная мощность насоса, кВт, при преодолении заданной нагрузки (без учета сопротивления гидролиний):
Nп = Nнηн.
(4)
Частота вращения вала насоса nн, об/мин, при известном передаточном числе его привода iн и частоте вращения вала nм двигателя:
nн = nм /iн.
(5)
Потребная подача насоса Qн′, м /с, соответствующая принятому номинальному давлению рабочей жидкости в гидросистеме рном при реализации его выходной мощности Nп:
3
Qн′ = Nп/рном.
(6)
Предварительно объемный КПД насоса ηо′ принимают по данным
табл. П2.1, выбирая его максимальное значение.
Из формулы Qн′ = V0′nнηо′ находят потребный рабочий объем насоса, м3:
V0′ = Qн′/(nн ηо′)
(7)
и переводят его в см3.
По табл. П2.1 выбирают насос с ближайшим к потребному рабочим
объемом V0, см3, а также его объемный КПД ηо. Действительная подача
насоса с принятым рабочим объемом V0 составит:
Qн = V0nнηо.
(8)
Для дальнейшего расчета системы принимают значение Qн, м3/с.
Развиваемое насосом рабочее давление рА, Па, в поршневых полостях одновременно работающих цилиндров, необходимое для преодоления заданной нагрузки на их штоках при заглублении отвала с заданной
скоростью штоков Vшт, без учета гидросопротивления всасывающей, напорной и сливной гидролиний ΣΔр, определится по формуле
рА = Nп/Qн.
(9)
Для нахождения номинального давления рном выбранного насоса при
работе гидросистемы бульдозера определяют суммарные потери давления (линейные + местные) в гидросети (ΣΔр).
172
Приложение 1. Проектирование гидропривода бульдозера...
Согласно условию устойчивой работы системы под нагрузкой
рном = рА + ΣΔр.
(10)
4. Диаметры трубопроводов и скорость жидкости в них
Рекомендуемые скорости рабочей жидкости в трубопроводах:
• всасывающий участок Vв = 0,5…1,2 м/с;
• напорный участок Vн (при рном до 10 МПа – 3…4 м/с, до 16 МПа –
4…4,5 м/с, от 16 до 20 МПа – 4,5…5 м/с, от 20 до 25 МПа – 5…6 м/с);
• сливной участок Vс = 1,4…2,0 м/с.
Меньшие значения скорости относятся к гидросистемам машин, длительно эксплуатируемых при низких температурах (северное исполнение), бóльшие – для машин, работающих в других климатических зонах.
Предварительно принимают скорости жидкости, м/с: для всасывающего
трубопровода Vв, для нагнетательного Vн и для сливного Vс.
Диаметры d условного прохода трубопроводов находят из выражения
расхода жидкости:
Отсюда:
Qн = Vi πd 2/4 = 0,785Vi d 2, здесь 0,785 = π/4.
d=
Qн
=
0,785Vi
Qн
Q
1
= 1,13 н .
Vi
0,785 Vi
(11)
Расчетные значения внутренних диаметров трубопроводов округляют с учетом основного ряда сортамента стальных труб (стали 10 и 20)
согласно ГОСТ 8734–75 «Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные», мм: 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 56, 80, 100 и т. д.
Наружный диаметр напорных трубопроводов выбирают с учетом полученной по расчету минимальной толщины стенок δmin с коэффициентом
запаса прочности не менее 1,25, а остальных – по сортаменту выпускаемой продукции (табл. П2.33). В гидроприводах также применяют медные трубы по ГОСТ 617–2006, алюминиевые трубы по ГОСТ 18475–82,
латунные трубы по ГОСТ 494–90 и резиновые рукава высокого давления с металлическими оплетками по ГОСТ 6286–73 при давлениях
свыше 10 МПа, а также резиновые рукава с нитяными оплетками при
низком давлении по ГОСТ 10362–76 (см. табл. П2.34…П2.37).
173
Приложения
Скорости жидкости, м/с, по принятым диаметрам:
Vi = 4Qн /(πdi2) или Vi = 1,274Qн /di2, здесь 1,274 = 4/π.
(12)
Для расчета принимают общий сливной расход при втягивании штоков (когда объем вытесняемой жидкости максимален) Qсл ≈ Qн.
Участки разветвления и соединения маслопроводов учитывают суммарным коэффициентом местных сопротивлений Σζi.
5. Выбор рабочей жидкости
Выбор рабочей жидкости производится с учетом климатических
и температурных условий, режима работы гидропривода, соответствия
вязкости номинальному давлению, а также типа насоса и рекомендаций
инструкций по эксплуатации заводов-изготовителей техники.
Для выбора рабочей жидкости необходимо знать граничные величины температуры окружающего воздуха, зависящие от климатической
зоны эксплуатации [32]: Крайний Север и Сибирь – от –60 до +35 ºС;
районы средней полосы РФ – от –35 до +40 ºС; южные районы страны –
от –25 до +50 ºС.
В гидроприводах, эксплуатируемых на открытом воздухе, рекомендуется применять не более двух сортов рабочей жидкости (летняя
и зимняя). Температура застывания рабочей жидкости должна быть
на 10…15 ºС ниже низшей температуры среды, в которой эксплуатируется гидросистема. Кинематическая вязкость рабочей жидкости при
температуре +50 ºС должна быть не менее 10 сСт (мм2/с), а при –40 ºС –
не более 1500 сСт. Жидкость также должна обладать широким температурным пределом применения по условию прокачиваемости насосом.
На основании сведений из руководства по эксплуатации трактора [52] принимаем для рассматриваемой гидросистемы масло М10-В2
ГОСТ 8581–78 при эксплуатации в весенне-летний и М-8В2 в осеннезимний периоды эксплуатации.
6. Определение потерь давления жидкости в гидролиниях
Используя гидравлическую схему бульдозера, по справочным данным (см. табл. П2.40) принимают значение коэффициента местного
174
Приложение 1. Проектирование гидропривода бульдозера...
сопротивления по каждому элементу и суммируют их значения по гидролиниям. Таким образом получают значения необходимых для дальнейших расчетов суммарных коэффициентов местных сопротивлений во
всасывающей Σζв, напорной Σζн и сливной Σζс гидролиниях.
Находят значения плотности ρ60 и кинематической вязкости ν60 рабочей жидкости при оптимальной температуре в гидросистеме 60 °С.
Приближенное значение динамической вязкости масел в зависимости от температуры можно получить по выражению [25, 26]:
μ = μ1 е–k (t – t1),
(13)
где k – коэффициент, для масел можно принимать 0,03…0,055.
Например, для масла М10-В2 с ρ20 = 905 кг/м3 при рном = 16 МПа
и t = 20 °С, кинематической вязкостью ν100 = 11 сСт определим его кинематическую вязкость ν60 при том же давлении и температуре 60 °С.
1. Плотность масла при температуре 100 °С
ρ100 = 905 /[1 + 8,0 · 10–4 (100 – 20)] ≈ 851 кг/м3.
2. Коэффициент динамической вязкости масла при названных условиях:
μ100 = ρ100 ν100 = 851 · 11 · 10–6 = 0,0094 Н · с/м2.
3. Плотность масла при температуре 60 °С:
ρ60 = 905 /[1 + 8,0 · 10–4 (60 – 20)] ≈ 877 кг/м3.
4. Коэффициент динамической вязкости масла при 60 °С:
μ60 = μ100 е–k (t – t1) = 0,0094 · 2,7181,2 = 0,031 Н · с/м2,
где k – коэффициент, принимаем 0,03; t = 60 °С; t1 = 100 °С;
t – t1 = 60 – 100 = –40; –k (t – t1) = (–0,03) (–40) = 1,2.
5. Расчетная кинематическая вязкость при температуре 60 °С составит: ν60 = μ60/ρ60 = 0,031/877 ≈ 36 · 10 –6 м2/с, то есть 36 сСт.
При аналогичном расчете, например, для масла ВМГЗ удовлетворительное совпадение со справочными данными (см. рис. 1.56) получается при k = 0,055.
Для каждого участка гидролинии (всасывающего, нагнетательного и сливного) определяются значения чисел Рейнольдса Re60, соответствующие им поправочные коэффициенты b, учитывающие влияние
175
Приложения
вязкости жидкости на местные потери от числа Рейнольдса (рис. П1.1),
и коэффициенты трения жидкости о стенки трубопроводов λ60.
Рис. П1.1. График зависимости поправочного коэффициента b,
учитывающего влияние вязкости жидкости на местные потери
от числа Рейнольдса: b = f(Re)
При ламинарном режиме течения жидкости коэффициент гидравлического трения λ при Re < 2300 рекомендуется находить по формуле [25, 26]
75
λ = ,
(14)
Re
а при турбулентном режиме течения в диапазоне Re = 2300…100 000 коэффициент λ определяют по полуэмпирической формуле Блазиуса
λ=
0,3164
.
Re 0,25
(15)
Если число Рейнольдса Re > 10d/Δэ, где Δэ – эквивалентная шероховатость труб (для бесшовных стальных труб Δэ = 0,05 мм, для латунных – Δэ = 0,02 мм, для медных Δэ = 0,01 мм, для труб из алюминиевых
сплавов – 0,06, для резиновых шлангов – 0,03), то коэффициент гидравлического трения определяется по формуле А. Д. Альтшуля
176
Приложение 1. Проектирование гидропривода бульдозера...
λ = 0,11 (
68 Δ Э 0,25
+ ) .
Re d
(16)
Ламинарный режим течения жидкости переходит в турбулентный
при критическом значении Reкр = 2320 для гладких труб и Reкр = 1600 –
для резиновых рукавов. Если Re < Reкр – течение ламинарное, если
Re > Reкр – турбулентное.
1. Всасывающий трубопровод.
Число Рейнольдса всасывающей линии при температуре 60 °С:
Reв 60 = Vвdв /ν60,
(17)
где Vв – скорость рабочей жидкости во всасывающем трубопроводе,
м/с;
dв – принятый диаметр всасывающего трубопровода, м;
ν60 – кинематическая вязкость жидкости при 60 °С, м2/с.
Коэффициент трения жидкости о стенки всасывающего трубопровода (турбулентный режим):
λв 60 = 0,3164 Reв 60–0,25.
(18)
Суммарные потери давления во всасывающей гидролинии (линейные + местные) при температуре рабочей жидкости 60 °С, Па:
Δрв 60 = (λ в 60
V 2ρ
Lв
+ Σξ в b) в 60 .
dв
2
(19)
2. Напорный трубопровод.
Число Рейнольдса:
Reн 60 = Vнdн /ν60.
(20)
Коэффициент λн 60 для напорного трубопровода (турбулентный режим):
λн 60 = 0,3164 Reн 60–0,25.
(21)
Суммарные гидравлические потери, Па, на напорном участке:
Δрн 60 = (λ н60
3. Сливной трубопровод.
Число Рейнольдса:
V 2ρ
Lн
+ Σξ н b) н 60 .
2
dн
Reс60 = Vсdс/ν60.
177
(22)
(23)
Приложения
Коэффициент трения жидкости о стенки сливного трубопровода:
λс 60 = 0,3164Reс60–0,25.
(24)
Суммарные гидравлические потери на сливном участке, Па:
Δрс 60 = (λ с60
Lс
V 2ρ
+ Σξ с b ) с 60 .
dс
2
(25)
Общие потери давления в гидросети, складываются из потерь во всех
гидролиниях, обусловленных сопротивлением трения жидкости и потерями давления в местных сопротивлениях:
ΣΔр60 = Δрв60 + Δрн60 + Δрс60, Па.
(26)
7. Коэффициент полезного действия гидропривода
Общий КПД гидропривода при 60 °С находится по выражению
η60 = η60г η60м η60об ,
(27)
где η60г, η60м и η60об – гидравлический, механический и объемный КПД.
Гидравлический КПД привода η60 г определяется по формуле
η60г = (рном – ΣΔр60)/рном.
(28)
Механический КПД привода определяется по формуле
ηм = ηм.нηм.ц2,
(29)
где ηм.н – механический КПД насоса; ηм.ц – механический КПД гидроцилиндра.
Объемный КПД гидропривода (работают два гидроцилиндра):
ηоб = ηоηо.ц2,
(30)
где ηо, ηо.ц – объемные КПД насоса и цилиндра.
8. Тепловой расчет гидропривода
С повышением температуры жидкости уменьшается ее вязкость
и увеличиваются объемные потери вследствие внутренних перетечек
и наружных утечек в компонентах привода. При нагреве до высокой
178
Приложение 1. Проектирование гидропривода бульдозера...
температуры нарушаются условия смазывания поверхностей подвижно-сопряженных деталей, что приводит к интенсивному их изнашиванию. Активизируется окисление жидкости и выделение из нее смолистых осадков, ускоряющих облитерацию проходных каналов и щелей.
Таким образом, для эффективной эксплуатации гидропривода необходимо создать условия оптимального теплового состояния, обеспечивающего стабильность рабочих характеристик его компонентов. Нормальной температурой жидкости в гидробаке при эксплуатации летом
является 60 °С, допустимой температурой – [tmax.рж] = 70 °С.
Согласно рекомендациям вместимость гидробака Vб (л) назначается в 1,5…2 раза больше суммарной вместимости всех элементов гидросистемы (полостей гидроцилиндров, трубопроводов, фильтров
и т. д.), но не менее 0,3-минутной подачи насоса. Например, предварительно принимают вместимость Vб равной одноминутной подаче насоса (л) при номинальной частоте вращения приводного вала, после чего
ее значение выбирают по ГОСТ 12448–80 из следующего ряда: …, 40,
63, 100, 125, 160, 200, 250 и т. д. Бак заполняется рабочей жидкостью
на 0,8Vб.
Площадь теплоотдачи бака (форма – параллелепипед), м2:
S б = 6,53 Vб2 .
(31)
Площадь теплоизлучающей поверхности гидропривода (бака, насоса, распределителя, гидроцилиндров и трубопроводов на всех участках
гидролинии), м2:
Sт.п = αSб,
(32)
где α – поправочный коэффициент для бульдозеров (см. табл. П2.42).
Суммарную площадь теплоизлучающих поверхностей гидропривода,
м2, можно также найти по следующей эмпирической зависимости [22]:
Sт.п = 0,14 3 Vб2 ,
(33)
Для упрощения расчетов тепловой режим считается стационарным
со средним за цикл уровнем теплового потока. Среднее значение мощности тепловой энергии Nт.э, Вт, выделяемой гидроприводом в рабочем
режиме за технологический цикл при заданной нагрузке с учетом режима работы машины:
Nт.э = Nн(1– η60)kнkд.
179
(34)
Приложения
где η60 – общий КПД привода при оптимальной температуре в гидросистеме бульдозера 60 °С (при проектировочном расчете можно приближенно принимать 0,7);
Nн – мощность, потребляемая насосом, Вт;
kн и kд – коэффициенты продолжительности работы под нагрузкой
и использования номинального давления (см. табл. П2.41).
Установившаяся температура летней рабочей жидкости в гидроприводе при заданной температуре окружающей среды tmax.в, °С:
N
tуст = т.э + t max.в ,
(35)
S т.пk
где k – коэффициент теплопередачи поверхности гидропривода в окружающую среду, для гидросистем тракторов k = 13,5…17,5 Вт/(м2 · °С);
в проектировочном расчете можно принимать k = 15 Вт/(м2 · °С) [22].
Если полученная по расчету установившаяся температура гидропривода tуст превышает допустимую по условию нормальной эксплуатации
[tmax.р.ж] = 70 °С, то увеличивают площадь теплоотдающих поверхностей
гидропривода за счет оребрения гидробака или в гидросистеме устанавливают теплообменник.
Потребная площадь рабочей поверхности теплообменника, м2:
N тэ
S k
Sт = ´
(36)
– т.п ,
(t уст – t max.в )k т
kт
где kт – коэффициент теплоотдачи теплообменника, Вт/(м2 · °С), в условиях принудительного обдува приближенно определяется в зависимости от скорости воздуха Vв: например, при Vв > 5 м/с коэффициент
kт = 7,5 Vв 0,78 Вт/(м2 · °С) [22];
t˚уст – назначенная при проектировании установившаяся температура
жидкости в гидроприводе (баке), например, t˚уст = 60…70 °С;
tmax.в – максимальная температура воздуха (дано), °С.
Коэффициент теплоотдачи kт, Вт/(м2 · °С), может быть принят для гидроприводов автогрейдеров – 36…39, бульдозеров – 35…37, ковшовых
погрузчиков – 38…40,5 и экскаваторов – 40…42 [24].
Для выбора теплообменника по полученному значению площади Sт
используются справочные данные, в том числе таблицы П2.26 и П2.27.
Если выбранная площадь теплообменника отличается от расчетной площади Sт, то определяют следующее значение установившейся температуры tуст, °С, соответственно увеличив значение Sт.п на величину Sт
180
Приложение 1. Проектирование гидропривода бульдозера...
tуст = N тэ
+ t max.в ,
S тп k + S т k т
(37)
При выборе теплообменника учитывают его гидросопротивление
в сливной магистрали [43].
При тепловом расчете необходимо учитывать то, что конструкцией
тракторов класса 10 уже предусмотрены два масляных радиатора, установленных последовательно вместе с жидкостным радиатором системы
охлаждения двигателя в его передней части. Один из них принадлежит
системе смазки двигателя, а назначение второго зависит от типа трансмиссии трактора. При механической трансмиссии – это радиатор системы смазки под давлением коробки передач и подшипников вала главной
передачи, а при гидромеханической – системы маслопитания, управления и смазки ГМТ. В этом случае предусматривать еще один масляный
радиатор для гидросистемы навесного оборудования не целесообразно.
Тепловой режим можно поддерживать за счет увеличения поверхности
теплообмена (оребрения) гидробака.
9. Расчет и выбор гидроцилиндров
Внутренний диаметр цилиндра находим по заданной нагрузке
Rпс = FА при выдвижении штока из формулы
Rпс = ηгм.ц [рА πD2/4 – рБπ(D2 – d2)/4],
отсюда диаметр цилиндра, м,
D≈
4 Rпс
,
πη гм.ц Δpц
(38)
где Δрц = (рА – рБ) – перепад давления в цилиндре при работе под нагрузкой при установившейся температуре жидкости в системе 60 °С;
ηгм.ц – гидромеханический КПД цилиндра, выбираем по табл. 1.1 в зависимости от давления жидкости рА на входе в цилиндр (полость А).
Основные
параметры
гидроцилиндров
регламентируются
ГОСТ 6540–68 «Гидроцилиндры и пневмоцилиндры. Ряды основных параметров». Для диаметров гильз цилиндра (поршней) D, мм, установлен
следующий основной ряд: …; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200;
250; 320 и т. д. Расчетный диаметр цилиндра D округляют до значения
181
Приложения
стандартного ряда. Затем выбирают диаметр d его штока также с учетом
основного ряда, приведенного в ГОСТ 6540–68 (принимая отношение
d/D ≈ 0,6). Для диаметров штока d, мм, установлен основной ряд: 10; 12;
16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 320 и т. д.
Ход поршня Х задают конструктивно в соответствии с ходом рабочего органа или определяют через кинематичекую цепь, если между гидроцилиндром и рабочим органом имеется передача (при этом Х ≤ 10 D).
Выбранный ход штока округляется до значения основного ряда максимального хода штока Х цилиндра, мм, по ГОСТ 6540–68: …; 200; 250;
320; 400; 500; 630; 800; 1600; 2000 и т. д.
Дейсвительные скорости прямого VА и обратного VБ хода штока:
VА = Qн′ηо.ц /(πD2/4),
VБ = Qн′ηо.ц /[π(D2 – d2)/4];
(39)
(40)
где ηо.ц – объемный КПД цилиндра (можно принимать 0,95…0,98).
При одновременной работе двух силовых цилиндров бульдозера
в каждый из них поступает половина действительной подачи насоса
Qн′, м3/с, т. е. в формулы (39) и (40) подставляют величину Qн′ = 0,5Qн.
Уплотнение поршней выполняется двусторонней самоподжимной
(посредством давления жидкости) манжетой (ГОСТ 14896–84) по зеркалу цилиндра (табл. П2.38) и резиновым кольцом (табл. П2.39) в месте
сопряжения поршня со штоком. Для предупреждения выдавливания
кромки манжеты в зазор между поршнем и гильзой при давлениях более
10 МПа предусматривают защитные кольца из фторопласта.
Уплотнение штока: защитное кольцо-грязесъемник трапецеидального сечения, уплотнительное резиновое кольцо круглого сечения и односторонняя самоподжимная манжета.
10. Выбор элементов гидравлической схемы
Фильтры выбираются по давлению, номинальному расходу рабочей жидкости и необходимой тонкости фильтрации, например – 25 мкм
(см. табл. П2.22, П2.23 и П2.24). При недостаточности одного фильтра
выбирают два одинаковых фильтра с бумажным или сетчатым фильтроэлементами и включают их параллельно в сливной линии.
182
Приложение 1. Проектирование гидропривода бульдозера...
Распределители выбирают по табл. П2.8…П2.14, гидрозамки –
по табл. П2.17…П2.19, обратные клапаны – по табл. П2.16.
Регулирующая гидроаппаратура (предохранительные клапаны, дроссели и другие) применяется для изменения давления и расхода рабочей жидкости путем изменения площади проходного сечения отверстий.
Выбор предохранительных клапанов осуществляется по табл. П2.25,
дросселей – по табл. П2.20, П2.21.
Основными параметрами названной аппаратуры являются номинальное давление рном, условный проход dу и номинальный расход Qном.
При проектировании привода аппаратура выбирается при условии,
что номинальные значения параметров выбранных аппаратов больше
(или равны) принятых при расчете системы:
рном. ап ≥ рном. гс; Qном. ап ≥ Qном. гс.
При выборе предпочтение отдают аппаратам, имеющим наиболее
близкие к расчетным значения давления (рном. гс) и расхода (Qном. гс).
11. Прочностные расчеты
Минимальная толщина стенки δmin, м, цилиндра:
δ min =
D [σ р ] +рmax (1 – 2 μ)
– 1],
[
2 [σ p ] – pmax (1 + μ)
(41)
где D – внутренний диаметр цилиндра;
рmax – давление срабатывания предохранительного клапана в гидросистеме, равное (1,1…1,3)рном;
[σр] – допускаемое напряжение материала цилиндра на продольный
разрыв под действием внутреннего давления, Па: принимается равным
(0,3...35)σв, здесь σв – предел прочности материала (Ст20, Ст35, Ст45 и др.);
μ – коэффициент поперечной деформации, для стали – 0,29.
К полученной по формуле (41) минимальной толщине стенки δmin цилиндра прибавляется припуск на механическую обработку металла. Для
внутренних диаметров цилиндра D до 180 мм припуск принимают равным 0,5…1,0 мм.
Штоки, длина которых больше 10 диаметров цилиндра, работающие
на сжатие, проверяют на продольный изгиб по формуле Эйлера:
183
Приложения
Rп.с/Sшт < σкр,
(42)
где σкр – критическое напряжение при изгибе, σкр = π ЕJр/l S;
Е – модуль Юнга, для сталей Е = 2 · 105 МПа;
Jр – полярный момент инерции сечения штока, Jр = πd4/32;
l – длина штока, м;
Sшт = πd 2/4 – площадь поперечного сечения штока, м2.
Минимальная толщина стенки напорного трубопровода, м:
2
δmin ≈
рmax d н
,
2[σ р ]
2
(43)
где dн – наружный диаметр напорного трубопровода, м.
Заключение
На листе формата А4 выполняют чертеж общего вида силового гидроцилиндра, указывают конструктивные элементы, расчетные и принятые размеры. В табличной форме приводится характеристика гидроцилиндров (давление, скорость, усилие на штоке, КПД, материал деталей и др.).
Анализируется соответствие полученных при проектировании показателей элементов гидропривода заданным. Дается обоснование технических
предложений по совершенствованию гидропривода на основе анализа статей научно-технических журналов и патентной информации. Приводятся необходимые схемы и другие материалы, иллюстрирующие названные
предложения. Обобщенно обосновывается возможный экономический эффект при внедрении предложений по совершенствованию привода.
Предметом разработки в курсовой работе, например, может быть система управления (в автоматическом и ручном режимах) адаптивным
рабочим органом бульдозера с гидромеханической трансмиссией (статья «Повышение эффективности рабочего оборудования бульдозера
при копании грунта». «Строительные и дорожные машины». № 2. 2010.
Стр. 29…31, а также патенты [35], [36] и другие).
Адаптивность рабочего органа бульдозера выражается в автоматическом выборе оптимального угла резания грунта в зависимости от его физико-механических свойств и условий разработки грунта.
Схема модернизированного гидропривода работает совместно
со схемой электронного управления автоматической коробкой передач
184
Приложение 1. Проектирование гидропривода бульдозера...
бульдозера, при этом гидроцилиндры изменения угла резания управляются автоматически посредством цепей управления или вручную.
Это дает возможность автоматического регулирования тяговых усилий
в зависимости от внешних нагрузок и переключения передач в трансмиссии без разрыва потока мощности. В качестве обратной связи по изменению внешней нагрузки при работе бульдозера используются датчики частоты вращения коленчатого двигателя и положение рейки ТНВД.
Для расчета и выбора гидроцилиндров изменения угла резания грунта отвалом бульдозера рассматривают схему сил, действующих на цилиндры при планировочных работах на грунтах заданной (например,
четвертой) категории.
Схема гидропривода может существенно улучшить рабочий процесс
бульдозера за счет приспосабливаемости к грунтовым условиям, оптимизируя углы резания по минимальному сопротивлению грунта (внешней нагрузке).
Следующим предложением по совершенствованию гидропривода
может быть оснащение его встроенной системой экспресс-диагностирования объемного КПД гидроцилиндров бульдозерно-рыхлительного
агрегата [Патент на изобретение РФ № 2464454 от 18.11.2010]. Сущность
метода экспресс-диагностирования заключается в том, что контроль состояния уплотнения гидроцилиндров производят путем замера и сравнения разрежений в свободной полости изолированного от атмосферы
гидробака сначала при ненагруженной, а затем при прогретой и нагруженной гидросистеме навески машины, определяют текущее значение
объемного КПД гидроцилиндра, сравнивают его с предельно допустимым значением и оценивают техническое состояние уплотнений поршня гидроцилиндра.
Предлагаемый способ упрощает процесс испытаний, исключает необходимость разрыва гидролиний цилиндра, сокращает трудоемкость
работ и время поиска неисправности, исключает разлив и загрязнение
рабочей жидкости, а также попадание в гидросистему машины воздуха.
Сокращенный список патентных документов и другой научно-технической документации, которые могут быть использованы при разработке предложений по модернизации рабочего органа и гидропривода бульдозера:
1. Авт. свидетельство 1265258, МПК Е02F 3/76. Рабочий орган бульдозера / опубл. 23.10.86, Бюл. № 39.
185
Приложения
2. Авт. свидетельство 937625, МПК Е02F3/76. Рабочий орган бульдозера/
опубл. 23.06.82, Бюл. № 23.
3. Авт. свидетельство 810902, МПК Е02F3/76. Бульдозерное оборудование/
опубл. 07.03.81, Бюл. № 9.
4. Пат. РФ 2374396, МПК Е02F3/76. Рабочее оборудование бульдозера/
№ 2008100340/03; заявл. 09.01.2008; опубл. 27.11.2009.
5. Пат. РФ 846661, МПК Е02F3/76. Рабочее оборудование бульдозера/
опубл. 15.07.81, Бюл. № 26.
6. Авт. свидетельство 844698, МПК Е02F3/76. Рабочий орган бульдозера/
опубл. 07.07.81, Бюл. № 25.
7. Авт. свидетельство 874901, МПК Е02F3/76. Рабочий орган землеройной
машины / опубл. 23.10.81, Бюл. № 39.
8. Авт. свидетельство 1276766, МПК Е02F3/76. Бульдозер/опубл. 15.12.86,
Бюл. № 46.
9. Авт. свидетельство 881215, МПК Е02F3/76. Бульдозер/ опубл. 15.11.81,
Бюл. № 42.
10. Авт. свидетельство 1229286, МПК Е02F9/22. Гидропривод бульдозера/
опубл. 07.05.86, Бюл. № 17.
11. Авт. свидетельство 604919, МПК Е02F3/66. Гидросистема управления
рабочим органом бульдозера/ опубл. 30.04.78, Бюл. № 16.
12. Авт. свидетельство 1234540, МПК Е02F9/22. Гидропривод бульдозера/
опубл. 30.05.86, Бюл. № 20.
13. Авт. свидетельство 1298320, МПК Е02F9/22. Гидропривод землеройнотранспортной машины/ опубл. 23.03.87, Бюл. № 26.
14. Суровцев И. Н., Никулин П. И., Чуйков О. В. Повышение эффективности рабочего оборудования бульдозера при копании грунта, 28-я Международная научная конференция «Транспорт 2008», с. 16–19.
15. Никулин П. И., Чуйков О. В., Онгери О. А. Влияние угла резания и высоты отвала на производительность бульдозера. Научный вестник ВГАСУ. Материалы 14-й научно-практической конференции, 19–20.05.2012, Воронеж,
с. 201–205.
16. Палеев В. А. Гидромеханические системы стабилизации положения рабочего органа дорожных и строительных машин //Строительные и дорожные
машины. 2002. № 10. С. 23–24.
17. Хмара Л. А, Холодов А.П. Повышение эффективности бульдозера
путем использования гидропневмоаккумулирующей системы //Строительные
и дорожные машины. 2012. № 3. С. 33–37.
18. Чмиль В. П. Совершенствование гидропривода бульдозера// Строительные и дорожные машины. 2014. № 2. С. 24–27.
19. Чмиль В. П. Автоматический выбор угла резания отвала бульдозера//
Механизация строительства. 2015. № 9. С. 32–34.
186
Приложение 2
Характеристика устройств, используемых
в гидро- и пневмоприводе
Таблица П2.1
Шестеренные насосы
Параметр
НШ- НШ- НШ- НШНШ1032
71
100А50-3
3Л У-3
А-3
3Л*
НШ140
НШ- НШ150 250
Г4** А-3
Рабочий объем, см3/об.
10
32
50
71
100
140
150
250
Давление, МПа:
номинальное
максимальное
16
20
16
20
16
20
16
20
20
21
16
20
20
25
20
21
Номинальная частота
вращения вала, мин–1
1650 2400 1920 1500
1823
1500 1920 1920
Объемный КПД ηо***
0,93 0,94
0,94
0,94
0,95
0,94
0,95 0,95
Общий КПД ηн
0,82 0,84
0,84
0,84
0,85
0,84
0,85 0,85
* Номинальная производительность – 180 л/мин.
** Максимальное пиковое давление – 28 МПа, минимальная частота вращения – 500 мин–1.
*** При температуре 50 ± 5 ºС, номинальных давлении и частоте вращения приводного вала.
Таблица П2.2
Аксиально-поршневые нерегулируемые насосы
и гидромоторы серии 210
Параметр
Рабочий объем, см3/об.
Давление, МПа:
номинальное
максимальное кратковременное
Частота вращения вала, мин–1:
номинальная
максимальная
210.12
210.16А
210.20
210.25
210.32
11,6
28,1
54,8
107
225
16
25
16
25
16
25
16
25
16
25
2800
5000
2240
4000
1800
3150
1400
2500
1120
2000
187
Приложения
Окончание табл. П2.2
Параметр
210.12
210.16А
210.20
210.25
210.32
8,4
16,5
25,7
38,2
66,1
29
46
71,5
113
139
218
270
425
575
895
объемный
0,96
0,96
0,95
0,95
0,94
гидравлический насоса
0,92
0,92
0,92
0,92
0,92
механический мотора
0,93
0,93
0,93
0,93
0,93
5,5
12,5
23
44
88
Мощность, потребляемая насосом, кВт
Момент гидромотора, Н · м:
при номинальном давлении
при максимальном давлении
КПД при вязкости рабочей жидкости 33 сСт и номинальном давлении
Масса, кг
Таблица П2.3
Аксиально-поршневые регулируемые насосы
Параметр
Рабочий объем (наибольший),
см3/об
207.20 207.25 207.32 223.20* 223.25*
51,8
107
22,5
54,8 +
54,8
107 +
107
16
25
16
25
16
25
16
25
16
25
1800
3200
1400
2500
1120
2000
1800
2700
1400
2350
30
39
66,6
27,5 +
27,5
38 +
38
КПД при вязкости рабочей жидкости 0,9 0,905 0,91
33 сСт и номинальном давлении
0,965 0,97 0,975
общий
объемный
0,845
0,85
0,965
0,97
180
270
Давление, МПа:
номинальное
максимальное кратковременное
Частота вращения вала привода,
мин–1:
номинальная
максимальная
Потребляемая мощность при номинальных давлении и частоте вращения вала насоса (без учета КПД),
кВт
Масса, кг
37
67
130
* Сдвоенные насосы (двухпоточные) с регулятором мощности.
188
Приложение 2. Характеристика устройств, используемых в гидро- и пневмоприводе
Таблица П2.4
Аксиально-поршневые насосы серии 310…330
Тип
Параметр
311
313
321*
333**
310
Рабочий объем,
см3/об
112; 224
28
112 + 112
56 + 56
56; 112
Номинальное (максимальное) давление, МПа
20 (35)
16 (25)
20 (35)
20 (32)
20 (35)
1200
1920
1200
1500
1500
Номинальная частота вращения
вала, мин–1
* С регулятором мощности и двумя секциями.
** С регулятором мощности, двумя секциями и дополнительным нерегулируемым насосом рабочим объемом 11,6 см3.
Таблица П2.5
Высокомоментные радиально-поршневые гидромоторы типа МР
(полный КПД при номинальных параметрах – не менее 0,85)
Параметр
МР450 МР700 МР1100 МР1800 МР2800 МР4500 МР7000
Частота вращения вала, мин–1:
номинальная
минимальная
максимальная
140
1,5
400
120
1
340
100
1
280
80
1
220
60
1
170
40
1
120
30
1
80
Мощность, кВт
19,3
26
34
44
51
55
65
Момент на валу
при номинальных
частоте и давлении, Н · м
1343
2124
3384
5436
8354
13532
21000
Масса без рабочей жидкости, кг
83
105
150
220
320
560
760
Размеры, мм
(диаметр × высота)
364×372 405×395 472×434 560×504 642×562 766×681 856×731
189
Приложения
Таблица П2.6
Аксиально-поршневые нерегулируемые гидромоторы серии 310
Рабочее давление до 32 МПа (рmax = 35 МПа)
Параметр
Мощность, кВт
26
42
67
Момент на валу, Н · м
169
338
677
Номинальная частота вращения вала, мин–1
1500
1200
960
Таблица П2.7
Пластинчатые насосы
Параметр
Г12-21
Г12-21А
Г12-22
Г12-22А
Г12-23А
Рабочий объем,
см3/об
5,2
8
12
19
25
Номинальное давление, МПа
6,3
6,3
6,3
6,3
6,3
Частота вращения
вала, мин–1:
номинальная
максимальная
950
1450
950
1450
950
1450
950
1450
950
1450
Объемный КПД
0,71
0,62
0,77
0,77
0,85
0,55/0,66
0,5
Общий КПД
0,65/0,72 0,65/0,72 0,75/0,81
Таблица П2.8
Секционные гидрораспределители с ручным управлением
(область применения – в гидравлических системах тракторов,
сельскохозяйстввенных, дорожных и других мобильных машин)
Параметр
Р-16.1
Номинальный расход жидкости, л/мин
Р-16.11
Р-16.222
16
190
Р-16.333
Приложение 2. Характеристика устройств, используемых в гидро- и пневмоприводе
Окончание табл. П2.8
Наименование параметра
Р-16.1
Р-16.11
Диапазон настройки
предох­ранительного
клапана, МПа
Позиции золотника:
подъем/нейтраль/плавающая
подъем/нейтраль/опускание
подъем/нейтраль/плавающая/опускание
Р-16.333
5…20
+
+
–
–
–
–
+
–
–
–
–
+
Максимальное давление разгрузки, МПа
0,3
Максимальные внутренние
утечки в гидрораспределителе при номинальном давлении, % от номинального
расхода
Масса, кг, не более
Р-16.222
5…20
1,5
11
14,5
Рабочая жидкость – масло минеральное с кинематической вязкостью
20...70 мм2/c.
Температура рабочей жидкости 20...70 °C.
Температура окружающей среды –60...50 °C.
Таблица П2.9
Характеристика моноблочных 4-золотниковых
распределителей с гидроуправлением
Параметр
Условный проход Д у , мм
16
20
Давление нагнетания, МПа:
номинальное
максимальное
Расход рабочей жидкости, л/мин:
номинальный
максимальный
32
40
32
40
90
125
191
160
200
360
400
600
630
Приложения
Таблица П2.10
Распределители с гидроуправлением
Гидрораспределитель
Параметр
П6
1П6
Условный проход, мм
В6
1Р6
2Р6
В10
1Р10
6
2Р10
10
Номин. давление
на входе, МПа
32
Расход рабочей
жидкости, л/мин
10…12,5 12,5…16
20… 25… 20…
25
40
32
25… 35…60
40
Давление гидро­
управления золотниками, МПа
Максим.
6
6
Миним.
0,6
0,8
Таблица П2.11
Распределители Р-75, Р-80, Р-150 моноблочные, клапанно-золотниковые
с ручным управлением
Параметр
Расход жидкости, дм3/мин:
номинальный
максимальный
Р-75В2А
Р-75П2А
Р-75В3А
40…50 40…50 40…50
75
75
75
Р-803/2-44
Р-150 -В3
80
120
100
150
Давление жидкости, МПа:
номинальное
максимальное
10
13
7
10
10
13,9
7
20
10
13
Число золотников
2
2
3
2
3
Число позиций золотника
4
3
4
3
4
Внутренние перетечки по зазорам золотника из рабочих полостей при его нейтральном положении,
1 · 10–5 м3/мин
Не более 6,0
(или 60 см3/мин)
Потери давления при положении золотника, МПа:
нейтральном
рабочем
0,35
0,4
192
Приложение 2. Характеристика устройств, используемых в гидро- и пневмоприводе
Таблица П2.12
Техническая характеристика гидрораспределителя Р160-3/1-111*
Параметр
Значение
Тип распределителя
Клапанно-золотниковый моноблочный
Тип управляемых цилиндров
Двустороннего действия
Тип золотника
С закрытым центром
Количество золотников
3
Диаметр золотника, мм
32
Позиции золотника
«Плавающая», «Подъем», «Нейтральная», «Опускание принудительное»
Фиксация золотников в позициях «Подъем»
Вручную
и «Опускание принудительное»
Возврат из позиции «Подъем» и «ОпуПри освобождении рукоятки
скание принудительное» в нейтральную
управления
позицию
Давление настройки автоматического
17 (только для Р160-3/1-222)
возврата золотников в нейтральную позицию, МПа
Возврат из позиции «Плавающая»
При ручном выключении фиксатора
Давление разгрузки, МПа
не более 0,3
Тип предохранительно-переливного кла- Дифференциальный, с серводейпана
ствием
Номинальное давление, МПа
16,0
Максимальное давление,МПа
20,0
Величина регулировки клапана, МПа
19 ± 1
Условный проход, мм
25
Расход рабочей жидкости, л/мин:
номинальный
160
максимальный
200
минимальный
100
Рабочая жидкость
Масло М10-В2 ГОСТ 8581-78
Тонкость фильтрации, мкм
25
Масса распределителя, кг
36
* При длительной работе температура рабочей жидкости не должна превышать 80 ºС.
193
Приложения
Таблица П2.13
Техническая характеристика гидрораспределителя Р140-3/1-111
Параметр
Тип распределителя
Количество золотников
Тип золотника
Управление золотником
Количество позиций золотника
Давление настройки клапана, МПа
Разгрузка
Расход рабочей жидкости, л/мин:
номинальный
максимальный
Давление на входе максим., МПа:
номинальный
максимальный
Условный проход, мм
Масса, не более, кг
Значение
Моноблочный, клапанно-золотниковый
4
С открытым центром
Ручное
«Нейтраль», «Подъем», «Опускание
принудительное»
20
Через золотник
140
200
16
20
20
50
Таблица П2.14
Техническая характеристика гидрораспределителя Р80-3/1-111
Параметр
Тип распределителя
Тип золотника
Количество золотников
Диаметр золотника, мм
Позиции золотника
Тип предохранительного клапана
Максимальное давление, МПа
Номинальный расход рабочей жидкости, л/мин:
Масса распределителя, кг
Значение
Клапанно-золотниковый моноблочный
С закрытым центром
3
25
«Подъем», «Нейтральная», «Опускание принудительное», «Плавающая»
Дифференциальный, постоянного
давления
20,0
80,0
18
194
Приложение 2. Характеристика устройств, используемых в гидро- и пневмоприводе
Таблица П2.15
Распределители МН с электрогидравлическим
управлением (рабочее давление до 32 МПа,
давление управления от 10 до 16 МПа)
Параметр
Гидрораспределитель
12МН
20МН
32МН
40МН
50МН
24
63
162
252
402
Номинальный расход,
л/мин
Потери давления при
номин. расходе, МПа
Не более 0,4
Таблица П2.16
Обратные клапаны типа 61
Параметр
Типоразмер
61100
61200
61300
61400
Условный проход,
мм
16
20
25
32
Номинальный расход рабочей жидкости, л/мин
63
100
160
250
Давление рабочей
жидкости, МПа:
номинальное
максимальное
31,5
35
Присоединительные резьбовые отверстия (2 шт.)
М27×2
М33×2
М42×2
М48×2
Габаритная длина,
мм
93
106
124
136
0,53
0,92
1,83
2,31
Масса, кг
195
Приложения
Таблица П2.17
Характеристика односторонних гидрозамков типа КУ
ТТипоразмер
М-1КУ12/320
М-2КУ12/320
М-3КУ12/320
М-4КУ12/320
М-1КУ20/320
М-2КУ20/320
М-3КУ20/320
М-4КУ20/320
М-1КУ32/320
М-2КУ32/320
М-3КУ32/320
М-4КУ32/320
Условный
проход
Д у , мм
Давление нагнет.
(МПа):
ном./макс.
12
32/35
20
32/35
32
32/35
Давление управ.
(МПа): ном./макс.
3,2/32
12/32
3,2/32
12/32
3,2/32
12/32
3,2/32
12/32
3,2/32
12/32
3,2/32
12/32
Расход,
л/мин
Масса,
кг
40
2,6
100
3,9
250
8,9
Пример условного обозначения гидрозамка:
М-1КУ12/320 УХЛ,
где М – стыковое присоединение, Т – трубное (резьбовое); 1 – с дополнительным
разгрузочным клапаном (декомпрессором) и отдельным дренажом системы управления; 2 – без дополнительного разгрузочного клапана и с отдельным дренажом
системы управления; 3 – с дополнительным разгрузочным клапаном и объединенным дренажом системы управления с основной системой; 4 – без дополнительного разгрузочного клапана и объединенным дренажом системы управления с основной системой; КУ – тип гидрозамка: односторонний; 12 – условный проход, мм;
320 – номинальное давление 320 кгс/см2 (32 МПа); УХЛ – для районов с умеренным и холодным климатом, О – для районов с тропическим климатом.
Таблица П2.18
Гидрозамок двусторонний ГЗД.12.00
Показатель
Значение
Условный проход Ду, мм
12
Давление на входе, МПа:
номинальное
максимальное
20
35
196
Приложение 2. Характеристика устройств, используемых в гидро- и пневмоприводе
Окончание табл. П2.18
Показатель
Значение
Давление управления, МПа:
номинальное
максимальное
Давление открытия обратного клапана, МПа
Отношение площадей поршня управления и седла клапана
Объем камеры управления, см3
Расход рабочей жидкости, л/мин:
номинальный
максимальный
Масса, кг
5
7
0,03 ± 0,01 5
5,5
80
100
1,35
Таблица
П2.19
Двусторонний гидрозамок ГЗМ для мобильной техники
Обозначение и условный проход Ду
Параметр
Г3М6/
ЗМ
6 мм
Г3М10/
ЗМ
10 мм
Давление на входе, МПа:
номинальное
максимальное
Г3М16/
ЗМ
16 мм
Г3М20/
ЗМ
20 мм
32
35
Давление открывания, МПа
0,05
Расход рабочей жидкости, л/мин:
номинальный
максимальный
32
80
63
100
125
180
200
240
Соотношение рабочих площадей:
для исполнений с декомпрессором
для исполнений без декомпрессора
4:1
–
4:1
–
13:1
1,75:1
30:1
2:1
Структура условного обозначения:
ГЗМ16/3М1УХЛ,
где ГЗМ – типа аппарата – гидрозамок;
16 – условный проход, мм;
3 – номинальное давление на входе 32 МПа;
М – способ монтажа – модульный;
1 – с декомпрессором (без обозначения – без декомпрессора);
УХЛ – для районов с умеренным и холодным климатом; О – для районов с тропическим климатом.
197
Приложения
Таблица П2.20
Гидродроссели
Условный проход Ду , мм
Давление, МПа
Расход, л/мин
Масса, кг
ДР-12
12
32
25
2,95
ДР-20
20
32
63
3,5
ДР-32
32
32
160
6,2
ПГ77-14
20
20
80
6,0
КВМК 25G1.1
25
32
16
3,7
МДО-(С)103
10
32
40
3,2
МДО-(С)203
20
32
200
8,0
Наименование
Таблица П2.21
Дроссели с обратным клапаном типа 62
Типоразмер
Параметр
62600
62700
62800
62900А
Условный проход Ду, мм
16
20
25
32
Номинальный расход, л/мин
63
100
160
250
Давление жидкости, МПа:
номинальное
максимальное
32
35
32
35
32
35
32
35
Масса, кг
1,1
1,9
3,2
4,1
Таблица П2.22
Техническая характеристика линейных фильтров
Типоразмер
Параметр
1.1.3225ИЗ
1.1.5025ИЗ
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
198
Приложение 2. Характеристика устройств, используемых в гидро- и пневмоприводе
Окончание табл. П2.22
Типоразмер
Параметр
1.1.3225ИЗ
1.1.5025ИЗ
1.1.2010/200
1.1.2510/200
1.1.25- 25
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
Таблица П2.23
Номинальная способность фильтрующих элементов
гидропривода
Тип фильтроэлемента
Обозначение
Наименование
Обозначение габарита
фильтро­
элемента
1
I
Дисковый
2
II
Цилиндриче-
1
ский
2
199
Номинальная
пропускная
способность
Номинальная тонкость
фильтрации, мкм
л/мин
л/с
40
1,0
0,017
63
1,8
0,03
80
2,3
0,038
40
2,2
0,037
63
4,0
0,067
80
5,1
0,085
10
20
0,333
25
50
0,833
40
80
1,333
10
25
0,416
25
63
1,05
40
100
1,67
Приложения
Таблица П2.24
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
Таблица П2.25
Гидроклапаны предохранительные МКПВ непрямого действия
Обозначение
Условный проход Ду,
мм
Давление
настройки, МПа
Диапазон
регулирования,
МПа
Номинальный
расход,
л/мин
Масса, кг
МКПВ10/3С2Р
10
6,3
0,3…0,7
80
3,45
МКПВ10/3С2Р1
10
10
0,5…12,5
80
3,45
МКПВ10/3С2Р2
10
20
2…25
80
3,45
МКПВ10/3С2Р1
10
32
5…35
80
3,45
МКПВ20/3С2Р
20
6,3
0,3…0,7
160
4,15
МКПВ20/3С2Р1
20
10
0,5…12,5
160
4,15
МКПВ20/3С2Р2
20
20
2…25
160
4,15
МКПВ20/3С2Р3
20
32
5…35
160
4,15
МКПВ32/3С2Р
32
6,3
0,3…0,7
320
5,95
МКПВ32/3С2Р1
32
10
0,5…12,5
320
5,95
МКПВ32/3С2Р2
32
20
2…25
320
5,95
МКПВ32/3С2Р3
32
32
5…35
320
5,95
200
Приложение 2. Характеристика устройств, используемых в гидро- и пневмоприводе
Таблица П2.26
Теплотехнические характеристики калориферов (маслоохладителей)
КМ5 и КМ6 (Костромской калориферный завод)*
Наименование показателя
Условное обозначение
КМ5Ск-1.01.О1
КМ5Ск-2.01.О1
КМ6-Ск1.01A.О1
КМ6-Ск2.01A.О1
Площадь поверхности
теплообмена, м2
17,8
27,5
22,3
51,5
Производительность
по воздуху, м3/ч
5 530
12 500
5 460
12 500
Производительность
по теплу, кВт
19,6
40,9
18,8
38,7
Расход масла, л/мин
320
450
320
450
66
130
Число рядов теплоотдающих элементов
Масса, кг, не более
5
60
130
* Глубина маслоохладителей – 220 мм.
Таблица П2.27
Теплотехнические характеристики калориферов
(маслоохладителей) КМ5 и КМ6
Наименование показателя
Условное обозначение
КМ5Ск-1.01
КМ5Ск-2.01
КМ6-Ск1.01A
КМ6-Ск2.01A
Площадь поверхности теплообмена, м2
20,6
46,1
26,0
59,0
Производительность
по воздуху, м3/ч
5530
12500
5530
12500
Производительность
по теплу, кВт
19,6
40,9
18,8
38,7
Расход масла, л/мин
320
450
320
450
Масса, кг, не более
56,7
130
66,0
135
201
Приложения
Таблица П2.28
Характеристика баллонных пневмогидроаккумуляторов АПГ-Б*
(номинальное давление 20 МПа)
АПГБ1/20
Параметр
АПГАПГБ2,5/20 Б6,3/20
АПГБ10/20
Максимальное давление, МПа
20
Давление разрушения,
МПа
60
АПГБ25/20
АПГБ40/20
Номинальная вместимость, не менее, л
1
2,5
6,3
10
25
40
Максимальный расход рабочей жидкости,
л/мин
60
90
180
180
420
420
17,5
80
115
4
Отношение максимального рабочего давления к давлению зарядки газом,
не более
1,1
Отношение минимального рабочего давления к давлению зарядки газом, не менее
3,8
Масса без рабочих
сред, кг
9,8
13,7
* При работе на минеральном масле ν = 25…40 мм2/с при температуре 30…50 ºС.
Таблица П2.29
Характеристика баллонных пневмогидроаккумуляторов АПГ-Б*
(номинальное давление 16 и 6,3 МПа)
Параметр
АПГБ1/16
АПГАПГАПГБ2,5/16 Б6,3/16 Б10/16
АПГ- АПГ- АПГБ25/6,3 Б25/16 Б40/16
Максим. давление, МПа
16
6,3
16
Давление разрушения, МПа
48
18,9
48
202
Приложение 2. Характеристика устройств, используемых в гидро- и пневмоприводе
Окончание табл. П2.29
Параметр
Номинальная
вместимость,
не менее, л
Максимальный
расход жидкости,
л/мин
Отношение максим. давления
к давлению зарядки газом,
не более
Отношение минимального рабочего давления к давлению
зарядки газом,
не менее
Масса без рабочих сред, кг
АПГБ1/16
АПГАПГАПГБ2,5/16 Б6,3/16 Б10/16
АПГ- АПГ- АПГБ25/6,3 Б25/16 Б40/16
1
2,5
6,3
10
25
25
40
60
90
180
180
420
420
420
80
80
115
4
1,1
3,8
9,8
13,7
15,5
* При работе на минеральном масле ν = 25…40 мм2/с при температуре 30…50 ºС.
Структура условного обозначения: АПГ-Б10/16УХЛ, где АПГ-Б – тип аппарата – аккумулятор пневмогидравлический баллонный; 10/16 – номинальная вместимость, л/номинальное давление, МПа; УХЛ – для районов с умеренным и холодным климатом; О – для районов с тропическим климатом.
Таблица П2.30
Техническая характеристика пневмогидравлических аккумуляторов
Тип газогидравлического аккумулятора
АРХ-1/320
АРХ-2,5/320
АРХ-6,3/320
АРХ-10/320,
АРХ-10/320Р
АРХ-16/320,
АРХ-16/320Р
Вместимость
баллона, дм3
Габариты (Ø × Дл.), мм
Масса в заряженном состоянии, кг
1
2,5
6,3
10
83 × 482
155 × 410
155 × 715
240 × 546
6,6
28,0
40,0
88,5
16
240 × 736
106,0
203
Приложения
Окончание табл. П2.30
Тип газогидравлического аккумулятора
АРХ-20/320,
АРХ-20/320Р
АРХ-25/320,
АРХ-25/320Р
АРХ-32/320,
АРХ-32/320Р
АРХ-40/320,
АРХ-40/320Р
АРХ-50/320,
АРХ-50/320Р
АРХ-40/320К
АРФ-10/320Р
АРФ-16/320Р
АРФ-20/320Р
АРФ-25/320Р
АРФ-32/320Р
АРФ-40/320Р
АРФ-50/320Р
Вместимость
баллона, дм3
Габариты (Ø × Дл.), мм
Масса в заряженном состоянии, кг
20
240 × 863
117,5
25
240 × 1023
132,0
32
240 × 1246
152,5
40
240 × 1500
176,0
50
240 × 1818
205,0
40
10
16
20
25
32
40
50
294 × 1074
240 × 561
240 × 751
240 × 878
240 × 1038
240 × 1261
294 × 1093
294 × 1295
191,0
95,0
113,0
122,0
139,0
159,0
202,0
225,0
Таблица П2.31
Гидроцилиндры поршневые двустороннего действия
Тип
ЦГ 50.32×180.11
ЦГ 60.40×200.11
ЦГ 80.40×200.11
ЦГ 80.50×320.11
ЦГ 100.60×200.11
ЦГ 100.70×800.11
ЦГ 125.80×250.11
ЦГ 140.80×630.11
ЦГ140.80×1250.11
Диаметр
штока,
мм
Номинальное
(максимальное)
давление, МПа
Диаметр
цилиндра, мм
Ход
штока,
мм
32
40
50
50
60
60
80
80
90
16 (20)
16 (20)
16 (20)
16 (20)
16 (20)
16 (20)
16 (20)
25 (32)
25 (32)
50
60
80
80
100
100
125
140
140
180
200
160
320
200
800
250
630
1250
204
Приложение 2. Характеристика устройств, используемых в гидро- и пневмоприводе
Таблица П2.32
Техническая характеристика гидроцилиндров некоторых машин
Наименование цилиндра
Рабочее давление, МПа
номин
макс.
Ход
штока,
мм
Диаметр
поршня,
мм
Диаметр
штока,
мм
Экскаваторы 2-й размерной группы
Стрелы
10
16
1030
120
55
Рукояти, ковша
10
16
880
80
55
Поворота
7,5
10
197
80
55
Бульдозера
10
16
275
80
55
Опорных башмаков
10
16
275
120
55
Экскаваторы 3-й размерной группы
Стрелы
16
25
1000
125
80
Рукояти
16
25
1250
140
70
Ковша
16
25
800
140
80
Грейфера
16
25
630
140
80
Погрузчика
16
25
1000
140
80
Аутригеров
16
25
1000
125
80
Поворота колес
4
5
250
80
40
Экскаваторы 4-й размерной группы
Стрелы
25
32
1250
140
80
Рукояти
25
32
1400
140
80
Ковша
25
32
1000
140
80
25
32
630
140
80
Грейфера, погрузчика
Бульдозеры тягового класса 10 т
Передней навески
10
13
800
100
60
Задней навески
10
13
250
125
50
Пневмоколесный кран грузоподъемностью 25 т
Стрелы
16
25
1400
140
80
Аутригеров
16
20
630
125
80
Выдвижения стрелы
16
20
1400
100
60
205
Приложения
Таблица П2.33
Техническая характеристика стальных трубопроводов (ГОСТ 8734–75)
Условный
проход,
мм
Номинальное давление, МПа
До 6,3
D
δ
До 10
d
D
δ
До 20
d
D
δ
До 32
d
D
δ
d
8
10
1
8
14
3
8
18
4,5
11
18
4,5
9
10
12
1
10
18
3
12
22
5
12
22
5
12
13
14
1
12
20
3,5
13
25
5
15
25
5
15
16
18
1,4
15,2
22
3,5
15
28
6
16
28
6
16
20
22
1,4
19,2
28
3,5
21
34
6
22
34
6
22
25
28
2
24
34
4
26
42
7
28
42
8
26
32
38
2,5
33
42
4
34
50
7
36
50
8
34
Здесь D и d – наружный и внутренний диаметры трубопровода, мм; δ – толщина стенки, мм.
Таблица П2.34
Характеристика рукавов высокого давления (РВД)
некоторых бульдозеров*
Диаметр, мм
Марка машины
внутрен- наружний
ный
Рабочее
давление,
МПа
Длина
рукава, мм
Количество на машину
Бульдозер ДЗ-37
на тракторе класса 1,4 т
12
25
13
760
4
Бульдозер ДЗ-29
на тракторе класса 3 т
16
20
29
38
10
700
1450
2
2
Бульдозер ДЗ-101
на тракторе класса 4 т
16
16
29
29
14
700
1400
1
1
Бульдозер ДЗ-54С
на тракторе класса
10 т
16
29
10
500
2
Бульдозер ДЗ-27С
на тракторе класса
10 т
16
29
10
900
2
206
Приложение 2. Характеристика устройств, используемых в гидро- и пневмоприводе
Окончание табл. П2.34
Диаметр, мм
Марка машины
внутрен- наружний
ный
Рабочее
давление,
МПа
Длина
рукава, мм
Количество
на машину
Бульдозер ДЗ-24
на тракторе класса
15 т
20
38
10
510
4
Бульдозер ДЗ-35Б
на тракторе класса
15 т
20
20
38
38
10
510
1210
4
2
* Одна металлическая оплетка применяется до давления 10 МПа, две –
до 16...25 МПа, три – до 35 МПа. Пример обозначения: РВД Ø20×1000–30 – рукав
высокого давления с условным диаметром 20 мм, длиной 1000 мм и максимальным
рабочим давлением 30 МПа.
Таблица П2.35
Номинальный диаметр оплеточных РВД и характеристика давления
при испытании в соответствии с ISO 1402 на герметичность и разрыв
(1 бар ≈ 0,1 МПа)
Максимальное рабо- Давление герметичРазрывное давлеНомичее давление, бар
ности, бар
ние, бар
нальный
диаметр,
мм
1ST и 1SN 2ST и 2SN 1ST и 1SN 2ST и 2SN 1ST, 1SN 2ST, 2SN
8
225
400
450
800
900
1600
8
215
350
430
700
850
1400
10
180
330
360
660
720
1320
12
160
275
320
550
640
1100
16
130
250
260
500
520
1000
19
105
215
210
430
420
850
25
88
165
175
325
350
650
31
63
125
150
250
250
500
* Давление герметичности – это испытание РВД двойным максимальным рабочим давлением.
207
Приложения
Таблица П2.36
Характеристика навивочных РВД
Номинальный
диаметр,
мм
Внутренний диаметр, мм
Тип 4SP
Тип 4SH
Тип R12
Тип R13
min
max
min
max
min
max
min
max
10
9,3
10,1
–
–
9,3
10,1
–
–
12
12,3
13,5
–
–
12,3
13,5
–
–
16
15,5
16,7
–
–
15,5
16,7
–
–
19
18,6
19,8
18,6
19,8
18,6
19,8
18,6
19,8
25
25,0
26,4
25,0
26,4
25,0
26,4
25,0
26,4
31
31,4
33,0
31,4
33,0
31,4
33,0
31,4
33,0
Таблица П2.37
Номинальный диаметр навивочных РВД
и характеристика давления при испытании
в соответствии с ISO 6803 на герметичность и разрыв
Номинал.
диаметр,
мм
Максимальное рабочее давление, бар
Давление герметичности, бар
Разрывное давление,
бар
Тип рукава
Тип рукава
Тип рукава
4SP 4SH R12 R13 4SP 4SH R12 R13
4SP
4SH
R12
R13
10
445
–
276
–
890
–
552
–
1780
–
1104
–
12
415
–
276
–
830
–
552
–
1660
–
1104
–
16
350
–
276
–
700
–
552
–
1400
–
1104
–
19
350 420 276 345 700 840 552 690 1400 1680 1104 1380
25
280 380 276 345 560 760 552 690 1120 1520 1104 1380
31
210 325 207 345 420 650 414 690
208
840 1300 828 1380
Приложение 2. Характеристика устройств, используемых в гидро- и пневмоприводе
Таблица П2.38
Манжеты резиновые армированные (ГОСТ 8752–70)
Обозначение
Размеры, мм
d
D
H
1–20×40–2
20
40
10
1–25×42–1
25
42
1–38×58–2
38
1–40×60–2
Обозначение
Размеры, мм
d
D
H
1–85×110–1
85
110
12
10
1–90×120–3
90
120
12
58
10
1–100×125–2
100
125
12
40
60
10
1–110×135–2
110
135
16
1–50×70–2
50
70
10
1–120×150–2
120
150
12
2–55×80–2
55
80
16
2–120×150–4
120
150
16
1–60×85–1
60
85
12
1–130×160–1
130
160
15
1–65×90–2
65
90
12
1–130×160–4
130
160
15
1–70×95–1
70
95
12
2–130×160–2
130
160
20
1–75×100–1
75
100
12
1–140×170–2
140
170
15
1–80×105–4
80
105
12
1–150×180–2
150
180
15
2–80×105–2
80
105
16
1–160×190–4
160
190
15
Условные обозначения: первое число – группа точности; второе – диаметр
вала d, мм, для уплотнения которого предназначена манжета; третье – наружный
диаметр D манжеты, мм; четвертое – группа резины; H – ширина манжеты.
Таблица П2.39
Кольца резиновые круглого сечения
Обозначение
Размеры, мм
D
d
dк
Н–1–25×20–2
25
20
3,0
Н–1–28×22–2
28
22
Н–1–30×0–2
30
Н–1–32×25–2
Н–1–35×28–2
Обозначение
Размеры, мм
d
D
dк
Н–2–50×42–2
50
42
4,7
3,6
Н–1–60×50–2
60
50
5,8
–
3,6
Н–2–65×55–2
65
55
5,8
32
25
4,1
Н–1–80×70–2
80
70
5,8
35
28
4,1
Н–1–90×80–2
90
80
5,8
209
Приложения
Окончание табл. П2.39
Обозначение
Размеры, мм
Обозначение
D
d
dк
Н–2–42×35–2
42
35
4,1
Н–1–45×38–2
45
38
Н–1–52×45–2
52
Н–1–55×48–2
Размеры, мм
D
d
dк
Н–1–100×90–2
100
90
5,8
4,1
Н–2–105×95–2
105
95
5,8
45
4,1
Н–1–110×100–2
110
100
5,8
55
48
4,1
Н–1–120×110–2
120
110
5,8
Н–1–38×30–2
38
30
4,7
Н–1–125×0–2
125
–
5,8
Н–1–40×32–2
40
32
4,7
Н–1–140×130–2
140
130
5,8
Н–2–48×40–2
48
40
4,7
Н–1–160×150–2
160
150
5,8
У–35×30–2
35
30
3,3
Н–1–170×160–2
170
160
5,8
У–40×32–2
40
32
3,3
Н–1–180×170–2
180
170
5,8
У–45×40–2
45
40
3,3
Н–2–200×0–2
200
–
8,6
У–50×45–2
50
45
3,3
Н–1–0×210–2
–
210
8,6
У–55×50–2
55
50
3,3
Н–2–0×240–2
–
240
8,6
У–60×55–2
60
55
3,3
Н–1–320×0–2
320
–
8,6
У–65×60–2
65
60
3,3
У–90×85–2
90
85
3,3
У–70×65–2
70
65
3,3
У–100×95–2
100
95
3,3
У–80×75–2
80
75
3,3
У–120×0–2
120
–
3,3
У–105×100–2
105
100
3,3
У–130×125–2
130
125
3,3
У–0×110–2
–
110
3,3
У–0×140–2
–
140
3,3
У–180×0–2
180
–
3,3
У–0×180–2
–
180
3,3
Условное обозначение: буква – сечение (Н – нормальное, У – уменьшенное –
для неподвижных соединений); первое число – группа точности; второе – диаметр
цилиндра D, мм; третье – диаметр штока d, мм, для уплотнения которого служит
кольцо; четвертое – группа резины; dк – диаметр поперечного сечения резины кольца. Если вместо диаметра цилиндра (или штока) стоит цифра 0, то кольцо предназначено для уплотнения только штока (цилиндра).
210
Приложение 2. Характеристика устройств, используемых в гидро- и пневмоприводе
Таблица П2.40
Коэффициент местного сопротивления ξ
(приближенные значения)
Вид местного сопротивления
Значение ξ*
Гидрораспределитель золотниковый
3…5
Обратный и предохранительный клапаны
2…3
Дроссель
2…2,2
Редукционный клапан
3…5
Внезапное расширение потока (вход в гидробак и т. п.)
0,8…0,9
Внезапное сужение (выход из гидроцилиндра
и т. д.)
0,5…0,7
Плавный изгиб трубы на угол 90° с радиусом
изгиба, равным (3…5)d
0,12…0,15
Прямое колено
1,3…1,5
Вход в трубу
0,5
Тройник для объединения и разъединения
потоков
0,9…2,5
Штуцеры, переходники для труб
0,1…0,15
Угольник с поворотом под углом 90°
1,5…2,0
Фильтр рабочей жидкости
2…4
Гидрозамки, клапаны с коническим запорным
элементом (без учета усилия пружины)
2…3
Выход из трубы в бак или в цилиндр
1,0
Вход в гидроцилиндры, пневмогидроаккумуляторы
Самозапирающаяся соединительная муфта
0,8…0,9
1…1,5
* Суммарный коэффициент местного сопротивления равен сумме соответствующих коэффициентов последовательно расположенных местных сопротивлений:
Σξ = ξ1 + ξ2 + …+ ξn.
211
Приложения
Таблица П2.41
Режимы работы гидропривода мобильных машин
Режим
работы
гидропривода
Коэффициент
использования
номинального
давления kд
Коэффициент
продолжительности работы
под нагрузкой kн
Число
включений
в 1 час
Средний
0,5…0,55
0,5…0,55
100…200 Скреперы, бульдозеры, автогрейдеры
Тяжелый
0,6…0,8
0,6…0,8
200…400 Автокраны, погрузчики, бульдозерырыхлители
Весьма
тяжелый
Более 0,8
0,9…1,0
400…800 Экскаваторы, катки,
машины непрерывного действия
Группа машин
Таблица П2.42
Приближенные значения коэффициента α
Область применения
Коэффициент α
Система рулевого управления
Гидрообъемные трансмиссии, катки
Бульдозеры, рыхлители, скреперы
Автокраны, экскаваторы непрерывного действия, погрузчики
Автогрейдеры
Одноковшовые экскаваторы
1,2
1,4
1,8
2,0
2,5
3,0
Таблица П2.43
Поршневые автомобильные компрессоры
Тип
Частота вращения вала, мин–1
Одноступенчатый Одноступенчатый Одноступенчатый
2-цилиндровый
2-цилиндровый
одноцилиндровый
1200
2000
2200
Производительность, м3/ч (л/мин)
8,9 (148)*
12 (200)**
22,8 (380)**
Давление на выходе, МПа
0,6…0,875
0,65…0,8
0,65…0,8
212
Приложение 2. Характеристика устройств, используемых в гидро- и пневмоприводе
Окончание табл. П2.43
Тип
Охлаждение
Одноступенчатый Одноступенчатый Одноступенчатый
2-цилиндровый
2-цилиндровый одноцилиндровый
Жидкостное
Привод компрес- Клиноременной от двигателя
сора
Зубчатая передача
* При противодавлении на выпуске 0,6 МПа.
** При противодавлении на выпуске 0,7 МПа.
Таблица П2.44
Пневмораспределители с ручным (ножным) управлением*
Номинальное
давление, МПа
Условный
проход, мм
Количество линий/
число позиций
ПКБ141204
0,25…1,0
12
3/2
ПКБ141604
0,25…1,0
16
3/2
ПКБ142004
0,25…1,0
20
3/2
ПКБ142504
0,25…1,0
25
3/2
Тип
Таблица П2.45
Пневмоцилиндры двустороннего действия*
(крепление на удлиненных стяжках)
Номинальное давление, МПа
Диаметр,
мм
1012-80;
1022-80
1,0
80
32; 40; 50; 60; 80; 100;
125; 160; 200; 220; 250
4300
1012-100;
1022-100
1,0
100
32; 40; 50; 60; 80; 100;
125; 160; 200; 220; 250
6750
1012-125;
1022-125
1,0
125
32; 40; 50; 60; 80; 100;
125; 160; 200; 220; 250
10600
1012-160;
1022-160
1,0
160
32; 40; 50; 60; 80; 100;
125; 160; 200; 220; 250
18100
Тип
Ход, мм
Максимальное усилие,
Н
* Для безударной работы цилиндра рекомендуемая скорость штока должна находиться в пределах 0,2…0,5 м/с; в конце хода предусматривают его торможение
до скорости 0,05…0,1 м/с.
213
Приложение 3
Краткая техническая характеристика
строительной техники
Таблица П3.1
Технические характеристики отечественных автомобильных кранов
Марка
Базовая машина
КС-2571Б
КС-2574
КС-3577-3
КС-35714-1
КС-35715-1
КС-35714
ЗИЛ-433362
ЗИЛ-433102
МАЗ-5337
«Урал-5557»
МАЗ-5337
«Урал-5557»,
КамАЗ-53213
МАЗ-5337
КамАЗ-53213
КрАЗ-250
ЗИЛ-133Г4
КамАЗ-53213,
КамАЗ-53229
КамАЗ-53213,
КамАЗ-53212
КамАЗ-53213
КрАЗ-65101
КамАЗ-53228
«Урал», КамАЗ-53213
«Урал-55571»,
КамАЗ-53213
«Урал-4320-1912-30»
«Урал-4320-1912-30»
КС-35715
КС-4572А
КС-4579
КС-4579А
МКАТ20.01
КС-4574
КС-45719-1
КС-45719-2
КС-45719-4
МТА-160К
КС-45717
КС-45716-1
КС-45721
Максимальная грузоподъемность, т
Максимальная высота подъема
груза, м
Масса,
т
7
8
14
15
15
16
14,7
22,6
20,5
21
21
25
10,6
11,6
15,5
17,5
16,15
18,7
16
16
16
16
20
25
30,5
21,7
21,7
21
17,1
21,0
23,5
20,1
25,0
20
21,5
21,14
20
20
20
20
22
21,8
21,7
21,8
20,3
28,2
20,6
23,8
22,5
20,7
20,7
22,5
22,5
29,1
21,8
21,3
22,1
214
Приложение 3. Краткая техническая характеристика....
Окончание табл. П3.1
Марка
Базовая машина
Максимальная грузоподъемность, т
Максимальная высота подъема
груза, м
Масса,
т
МТА-200
КС-5476
КС-6973
КС-6476
КамАЗ-53213
МЗКТ-8006
КЗКТ-7926
МАЗ-6923
25
25
50
50
20,3
36,5
39
49,3
21,1
27,1
42,6
39,4
Таблица П3.2
Технические характеристики бульдозеров производства
России и Белоруссии
Марка
Базовая машина
Максимальное тяговое
усилие, кН
Мощность, кВт
Масса,
кг
ДЗ-82
МТЗ-82
14
55
3990
ДЗ-186
ДТ-75Н
36,5
70
7400
ДЗ-42Б
ДТ-75Н-РС2
36,5
70
7390
ДЗ-162-1
ДТ-75Т-РС2
52,2
70
7160
Т-4АП2 ОБГН-4М
Т-4АП2
131,2
95,5
8850
Б-170М.01Е
Т-170.01
142
125
18595
ДЗ-171.1
Т-170.1
142
125
18600
Б-10.02Е
Т-10.02
220
132
20157
АМКОДОР-872
Колесное шасси
256
246
27000
ДЭТ-250М2 Б1Р1
ДЭТ-250
400
237,4
41340
Т-330Р1-01
Т-330
670
250
50520
ДЭТ-350 Б1Р1
ДЭТ-350
400
257,4
44427
Т-25.01 БР-1
Т-25.01
750
272
31600
БелАЗ-78202
Колесное шасси
750
365,5
43300
Т-35.01Р-1
Т-35.01
818
367
59900
ДЗ-141УХЛ
Т-500
850
353
58600
Т-50.01
Т-50.01
–
523
90100
215
Приложения
Таблица П3.3
Технические характеристики отечественных автогрейдеров
(самоходные грейдеры)
Масса, т
Колесная формула
Мощность,
кВт
Длина отвала, мм
ГС-10-01
7,0
4×2
58,8
3040
ДЗ-80
8,0
6×4
57,4
3040
ДЗ-31-1
12,8
6×4
96
3700
ГС-14.02
13,5
6×4
103…110,4
3740
А-120
14,2
6×4
100
3750
ДЗ-122Б-7
14,6
6×4
110…132,5
3750
ДЗ-200
15,0
6×4
125
3864
ДЗ-98В.1
19,8
6×6
198
4270
Марка
Обозначения привода автогрейдеров: 6 × 6, общее число односкатных колес – 6,
число ведущих колес – 6, число ведущих мостов – 3; 6 × 4, общее число односкатных колес – 6, число ведущих колес – 4, число ведомых колес – 2, число ведущих
мостов – 2; 4 × 2, общее число односкатных колес – 4, число ведущих колес – 2,
число ведущих мостов – 1.
Таблица П3.4
Основные параметры ряда тротуарных катков
Показатель
Масса эксплуатационная, кг
Модель катка
RV-1,5
RV-1,7
RV-2,2
RV-2,4
1500 ± 30 1700 ± 300 2000 ± 50 2200 ± 50 2400 ± 50
Скорость движения,
км/ч
0…10
Ширина вальцов, мм
850 ± 25
Диаметр вальцов, мм
580 ± 25
0…11
Частота колебаний
вибратора, Гц
Вынуждающая сила,
кН
RV-2,0
1000 ± 10
1200 ± 10
680 ± 25
55 ± 2
12 ± 0,5
216
20 ± 1
25 ± 1
Приложение 3. Краткая техническая характеристика....
Окончание табл. П3.4
Показатель
Модель катка
RV-1,5
Максимальный преодолеваемый уклон,
град
RV-1,7
RV-2,0
RV-2,2
20
Тип двигателя
RV-2,4
15
Четырехтактный дизельный
Номинальная мощность двигателя,
кВт
14
Тип трансмиссии
Гидрообъемная
Таблица П3.5
Одноковшовые экскаваторы*
Масса, т
Мощность,
кВт
Глубина
копания, м
Радиус
копания, м
ЭО-2621В-3 нп
МТЗ-82
6,1
57,4
4,15
5,3
ЭО-2626 нп
7,12
57,4
4,15
5,3
ЭО-3533 пл
16,0
57,4
4,5
8,2
18
57,4
4,7
8,4
ЭО-3540 пл
19,73
57,4
6,5
10,5
ЭО-4431 пл
21,23
77,2
5,26
10,45
17
59,6
4,0
7,2
ЕА-16 аш
16
59,6
3,8
7,2
ЕК-8 пп
8,8
61
4,0
6,7
ЕК-12 пп
12,5/12,9
60/61
5,08; 4,8
8,07; 8,25
Марка, тип
ЭО-3532А пл
ЕА-17 аш
ЭО-3323А пп
13
59,6
4,85
7,9
ЕК-14 пп
14
77,2/90,4
4,89; 5,2; 5,8;
6,4
8,2; 8,4; 9,0;
9,6
ЕК-18 пп
18
77,2/90,4
5,77; 6,37;
6,97
9,1; 9,65; 10,2
17,5
60
4,0
6,8
5846 аш «Урал5557-1152-10»
217
Приложения
Окончание табл. П3.5
Масса, т
Мощность,
кВт
Глубина
копания, м
Радиус
копания, м
ЭО-3123 пп
13,5
59,6
5,0
8,1
ЭО-4112А пп
23,7
66
6,8
5,3
ЕТ-14 пп
14,8
77,5/90,5
5,2; 5,5; 6,1;
6,7
8,2; 8,4; 9,0;
9,6
ЕТ-16 пп
16
77,5/90,5
5,1; 5,4; 6,0;
6,6
8,2; 8,4; 9,0;
9,6
ЕТ-18 пп
18,5
77,5/90,5
6,0; 6,6; 7,2
9,1; 9,8; 10,3
ЕТ-25 пп
Марка, тип
26,5
128,7
6,6; 7,2
9.8; 10,78
ЭО-5116-1 пп
32
103
6,9
10,9
ЭО-4225А пп
26,45
125
6,0
9,3
ЭО-5126 пп
32
125
6,25
9,6
ЭО-5221 пп
42
125
6,5
10,0
ЭО-5124 пп
38,7
125
6,5
10,1
ЕТ-22 пп
22
133
6,0
9,6
ЕU-423 пп
26,5
133
5,9
9,6
ЕU-422 пп
25
133
6,0
9,6
ЕU-520 пп
42
220
7,3
11,3
* Обозначения экскаваторов: нп – неполноповоротный; пл – планировщик;
аш – на шасси грузового автомобиля; пп – полноповоротный.
218
Оглавление
Введение.................................................................................................... 3
Глава 1. Объемный гидропривод машин........................................... 5
1.1. Структурная схема объемного гидропривода.............................. 5
1.2. Гидробаки и фильтры рабочей жидкости .................................. 12
1.3. Насосы и гидромоторы................................................................. 16
1.4. Гидроцилиндры и уплотнительные устройства......................... 31
1.5. Гидрораспределители................................................................... 38
1.5.1. Золотниковые распределители ............................................. 39
1.5.2. Крановые распределители..................................................... 48
1.5.3. Выбор гидрораспределителя ................................................ 49
1.6. Вспомогательное гидрооборудование и гидролинии................ 52
1.6.1. Предохранительные и переливной клапаны........................ 52
1.6.2. Редукционный клапан, клапаны логического «И»,
«ИЛИ».......................................................................................53
1.6.3. Обратный и обратный управляемый клапаны..................... 54
1.6.4. Гидравлические дроссели...................................................... 58
1.6.5. Гидролинии............................................................................. 61
1.7. Регулирование объемного гидропривода................................... 65
1.7.1. Схемы дроссельного регулирования гидропривода............ 65
1.7.2. Обеспечение равных скоростей штока ................................ 69
1.8. Рабочая жидкость гидросистем................................................... 70
Глава 2. Насосно-аккумуляторный гидропривод........................... 82
2.1. Пневмогидравлические аккумуляторы ...................................... 82
2.2. Схема автомата разгрузки насоса . ............................................. 86
2.3. Расчет и выбор пневмогидроаккумулятора................................ 88
2.4. Гидроуправление золотниками распределителей ..................... 91
219
Оглавление
Глава 3. Гидромеханические передачи (трансмиссии).................. 96
Глава 4. Схемы гидропривода строительной техники................ 106
4.1. Автогрейдеры.............................................................................. 106
4.2. Автомобильные краны................................................................112
4.3. Бульдозеры.................................................................................. 121
4.4. Пневмоколесные погрузчики..................................................... 128
4.5. Самоходные скреперы................................................................ 130
4.6. Гидропривод рулевого управления экскаваторов.................... 132
Глава 5. Пневматический привод.................................................... 136
5.1. Общие сведения ......................................................................... 136
5.2. Элементы пневмоавтоматики.................................................... 142
5.3. Основные формулы и определения........................................... 145
5.4. Основные элементы и работа пневмопривода экскаваторов.. 147
5.5. Пневматический привод автокрана........................................... 156
Основная литература ........................................................................ 163
Дополнительная литература............................................................. 164
Приложение 1 . Проектирование гидропривода бульдозера
Исходные данные к курсовой работе.............................................. 167
1. Общие сведения. Работа принципиальной гидравлической
схемы............................................................................................... 167
2. Выбор номинального давления насоса........................................ 168
3. Выбор насоса ................................................................................ 169
4. Диаметры трубопроводов и скорость жидкости в них............... 171
5. Выбор рабочей жидкости.............................................................. 172
6. Определение потерь давления жидкости в гидролиниях........... 172
7. Коэффициент полезного действия гидропривода....................... 176
8. Тепловой расчет гидропривода.................................................... 176
9. Расчет и выбор гидроцилиндров ................................................. 179
10. Выбор элементов гидравлической схемы.................................. 180
220
Оглавление
11. Прочностные расчеты.................................................................. 181
Заключение......................................................................................... 182
Приложение 2. Характеристика устройств, используемых
в гидро- и пневмоприводе ................................................................ 185
Приложение 3. Краткая техническая характеристика
строительной техники ...................................................................... 212
221
Учебное издание
Чмиль Владимир Павлович
ГИДРОПНЕВМОПРИВОД ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН
Учебное пособие
Редактор В. А. Преснова
Корректоры К. И. Бойкова, М. А. Молчанова
Компьютерная верстка В. Е. Королевой
Подписано к печати 22.01.2016. Формат 60×84 1/16. Бум. офсетная.
Усл. печ. л. 12,8. Тираж 100 экз. Заказ 2. «С» 1.
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.
190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская, 4.
Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, ул. Егорова, д. 5/8, лит. А.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
10
Размер файла
13 716 Кб
Теги
chmil, gidropnevmoprivod
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа