602

нагрузочную характеристику Тро = f( ро) накладывают характеристики Тро = f( ро), реализуемые механизмом при номинальном

иповышенном до (0,85–0,9)рmax давлениях насоса с учетом потерь давления на пути насос — гидроцилиндр и гидроцилиндр

— бак. После двух-трех попыток удается подобрать необходимый

цилиндр (D, Хп, S) и определить параметры механизма а, r, , при которых обеспечиваются необходимые угол поворота РО и вращающие моменты в различных его положениях.

Если значение комплекса D2Хп подбирали, принимая цилиндры с большим диаметром и малым ходом, механизм получается с малой длиной r кривошипа и большими силами в шарнирах. Окончательное решение — после привязки механизма к машине

иоценки нагрузок в шарнирах.

Кинематика привода позволяет реализовать ограниченные формы характеристик Тро = f( ро). Методами ТММ выполняют синтез механизма, т.е. определяют его размеры. Затем вычисляют и изображают характеристику Тро = f( ро), реализуемую механизмом при номинальном и повышенном давлениях (рис. 7).

Рис. 7. Примеры требуемых и реализуемых характеристик Тро = f( ро)

6. ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА ГИДРОПЕРЕДАЧ

Цели расчета — определение объема бака Vб, площади теплообменного аппарата Ат, производительности вентилятора Qв и времени достижения установившейся температуры tуст.

Условия расчета:

— машина в предремонтном состоянии, КПД гидропередач вследствие износа понижен на 20 % по сравнению с КПД гидропередач новой машины;

3 1

—периодэксплуатациилетний,МГлетнее,например,МГ-46В;

—желаемая установившаяся температура МГ оптимальная, если расчетная температура воздуха равна средней летней, например, +20 °С, или максимальная, если температура воздуха принята равной максимальной летней температуре.

6.1. Краткие теоретические сведения

При малых градиентах температур в жидкости и стенках деталей температура Т гидропередачи с учетом теплообмена с окружающим воздухом изменяется во времени при нагревании по закону:

где Тв — температура воздуха; Рп — механическая мощность, теряемая в гидропередаче (для одной непрерывно работающей гидропередачи эта величина равна Рп = Рвх(1 – )); — КПД

m

гидропередачи; t — текущее время; cjmj — сумма произведе-

1

ний теплоемкости сj на массу mj элементов системы (жидкости,

n

деталей); ki Ai —суммапроизведенийкоэффициентатеплопе-

1

редачи ki на площадь Аi теплоотдающих поверхностей элементов гидропередачи(насосов, гидродвигателей, трубопроводов, аппаратов, бака, теплообменника).

Величину

1

Через бесконечно большое время (при t = ) температура системы достигает максимально возможной величины Тmax:

3 2

Поскольку температура Тmax практически недостижима, то за установившуюся температуру Туст принимают:

Температура достигает значения Туст за время tуст, когда в формуле (32*) множитель 1 e tуст / н становится равным 0,95.

Приняв 1 e tуст / н =0,95,получим e tуст / н =0,05или etуст / н = 20.

Отсюда tуст/ н = ln20 = 2,9957 3, т.е.

6.2. Параметры тепловой защиты

Для машины непрерывногодействия, имеющейnодновремен-

где kв = 0,8…1,0 — коэффициент использования машины по времени в течение смены; kдi — коэффициент использования i-й гидропередачи по давлению и мощности (kд < 0,4 — легкий режим работы ГП; kд = 0,4…0,7 — средний; kд = 0,7…0,9 — тяжелый; kд = 0,9…1,0 — весьма тяжелый). Если заданием не оговорен режим работы машины, принимать kд = 0.8.

Для машины циклического действия определяют средние за

где Рвхi — мощность на валу насоса i-й передачи; ti — продолжительность работы в цикле каждой из передач; tц — продолжительность рабочего цикла машины; i — полный КПД i-й передачи. Значения КПД принимают на 20 % меньше, чем у новой гидропередачи.

Установившейся температурой МГ необходимо задаться. Она может быть равна 50 °С, если температур воздуха Тв принята средней за летний период, например, 20 °С. Если принята

3 3

максимальновозможная летняя температуравоздуха, например, 40 °С, тогда установившаяся температура МГ может быть принята близкой к максимально допустимой для выбранного МГ, например, 80 °С.

Параметры воздуха: Тв — температура; в 1,2 кг/м3 — плотность (как при температуре20 °С и атмосферном давлении); св = 1010 Дж/(кг∙°С) — удельная теплоемкость.

Плотность и теплоемкость летнего МГ принять по справочной литературе.

При наличии теплообменного аппарата объем бака можно принятьравнымобъемуМГ, перекачиваемомувсеми насосамиза

120 секунд, т. е. Vб = 120 Qн. Объем МГ во всей системе (включая бак) принять (1,5…2,0)Vб.

Связь установившейся температуры Ту с параметрами системы:

где Ат — площадь теплообменника; kт 30 Вт/(м2∙°С) — коэффициент теплопередачи АТ; (kiАi) — сумма произведений kА для других элементов (бак, гидродвигатели, аппараты, трубопроводы); ki = kб (8…10) Вт/(м2∙°С) — коэффициент теплопередачи бака и других элементов (кроме теплообменника).

В малонагруженных или непродолжительно работающих передачах теплообменника, как правило, нет, а тепловую защиту обеспечивают бак и другие элементы. В этом случае условие тепловой защиты:

Если неизвестны площади других элементов, их можно ориентировочно принять в долях от площади бака и условие тепловой защиты записать:

Ту = Тв + 0,95Рп/( kбАб), (41)

где Аб — площадь бака; 2…3 — коэффициент, ориентировочноучитывающий площадидругихэлементов(насосов, гидродви-

гателей, трубопроводов, распределителейит.д.); Aб 6,6 3Vб2 —

3 4

Если получается неприемлемо большой объем бака (например, более 0,3 м3 на 100 кВт суммарной мощности первичных двигателей), применяют АТ.

При наличии АТ объем бака принимают из условия успокоения МГ. Он примерно равен объему МГ, перекачиваемому всеми

насосами за 120 с, т.е. Vб 120 Qн.

ПлощадьтеплообменникаАт вычисляютизусловия получения

Отсюда получают зависимость для вычисления Ат.

Затем подбирают диаметр, количество и длину трубок, количество и размеры ребер, чтобы получить требуемую площадь Ат.

Производительность вентилятора Qв, м3/с, можно определить из равенства мощности теплового потока, отдаваемой мас-

где (Ттвх – Ттвых) — разность температуры МГ на входе и выходе теплообменника; св, в и Qв — удельная теплоемкость, плотность и искомый расход воздуха.

Для вычисления Qв необходимо знать разность Tтвх – Tтвых и температуру Tввых.

Величину (Ттвх – Ттвых) вычисляют из условия, чтобы теплообменникрассеивал приходящуюся на егодолю мощностьтеплово-

Разность (Ттвх – Ттвых) примерно равна от 1 до 3 °С. Например, при (Ттвх – Ттвых) = 2 °С поток летней РЖ с расходом Q = 0,003 м3/с и удельной теплоемкостью 4000 Дж/(кг∙°С) рассеивает

Этого достаточно для тепловой защиты непрерывно работающей гидропередачи мощностью около 80 кВт. Примерный вид эпюры температуры на пути н-гд-б изображен на рис. 8.

Величину Тввых вычислить невозможно, пока не определены параметры теплообменника. На этой стадии проектирования величину Тввых задают, например, посередине интервала

Тв < Тввых < Ттвых Ту.

3 5

Рис. 8. Эпюра температуры МГ на пути н-гд-б

Определив (Ттвх – Ттвых) и Tввых, вычисляют производительность вентилятора Qв из равенства:

c Q(Ттвх – Ттвых) = cв вQв(Tввых – Tв). (46)

Если задать Тввых близко к Тв (малый нагрев воздуха), тогда потребуется большая производительность вентилятора Qв. Если увеличить Тввых и приблизить ее к Ттвых Ту, производительность Qв будет невелика, но существенноувеличится площадьтеплообменника. Задачаиз класса оптимизационных. Еерешают перебором значений Tввых, добиваясь минимума принятого параметра оптимизации — суммы масс или суммы стоимостей теплообменника и вентилятора.

Время достижения установившейся температуры МГ определяют по формуле (36).

Тепловой расчет содержит ряд допущений и эмпирических коэффициентов. Параметры АТ и вентилятора уточняют по результатам испытаний машины в наиболее неблагоприятных условиях.

7. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕГУЛИРУЕМОГО ГИДРОПРВОДА

Заданием может быть определено проектирование гидроприводасмашинным регулированиемскоростирабочегооргана, т. е. с помощью регулируемых насосов и гидромоторов. Установленные заданием скорости и нагрузки соответствуют максимальным величинам рабочих объемов насосов и моторов. Предполагается

3 6

изменение скорости в сторону уменьшения. Поэтому выбор регулируемых насосовимоторов производится аналогичнонерегулируемым, но после их выбора определяются максимально возможныедиапазоны регулирования, а такжезначения рабочих объемов, при которых обеспечиваются установленные заданием диапазоны. При этом используются известные соотношения:

— скоростной диапазон при использовании регулируемого насоса:

— скоростной диапазон при использовании регулируемого гидромотора:

— скоростной диапазон при использовании регулируемых насоса и гидромотора:

В формулах (45)–(47) величина qн о ограничена условием поддержания приемлемого значения КПД насоса, а величина qм о — условием ограничения максимально допустимой частоты вращения вала гидромотора.

8. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРОПРИВОДА С УЧЕТОМ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ РАЗГОНА РАБОЧЕГО ОРГАНА

В некоторых вариантах заданий предусмотрено проектирование привода, особенностью которого является большая и долго длящаяся во времени инерционная нагрузка при разгоне массивного рабочего органа. Привод при разгоне преодолевает не только сопротивление движению рабочего органа (статическое сопротивление), но и существенную инерционную нагрузку, зависящую от массы (момента инерции) рабочего органа и продолжительности разгона (динамическое сопротивление).

Такойприводможнопроектироватьизусловия, чтовпроцессе разгона давление МГ максимальное, а по окончании разгона — номинальное.

Для привода рабочего органа поступательного действия в

3 7

— в процессе разгона

Fштразг = рmax D2 ц/4 = Fро/(uпро про) + (vроmро)/(tрuпро про), (51)

где D — диаметр гидроцилиндра; uпро и про — передаточное отношение и КПД механической передачи между гидроцилиндром и рабочим органом; vро и mро — скорость и масса рабочего органа; tр — продолжительность разгона рабочего органа.

Если скорость рабочего органа vро 0,5 м/с, механической

передачи нет, т.е. uпро про = 1. Если vро > 0,5 м/с, применяется ускоряющая механическая передача, у которой uпро = vшт/vро < 1,

про 0,97.

Для привода рабочего органа вращательного действия с большим моментом инерции гидромотор можно сначала выбрать из условия преодоления статического сопротивления при номинальном давлении и заданной скорости, а затем проверить обеспечение заданной продолжительности разгона при максимальномдавлении.Инерционное сопротивление, Н∙м, приведенное к валу гидромотора, равно:

где Тм — вращающий момент гидромотора при номинальном давлении;

— в процессе разгона

где Тм — вращающий момент гидромотора при максимальном давлении.

Продолжительность разгона обычно не более 1…2 с.

3 8

Библиографический список

1.Мокин Н.В. Гидравлические и пневматические приводы: Учебник. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2004. 354 с.

2.Наземцев А.С., Рыбальченко Д.Е. Гидравлические приводы и системы: Учеб. пособие. М., 2007. 304 с.

3.Наземцев А.С. Пневматические приводы и средства автоматизации: Учеб. пособие. М., 2004. 240 с.

4.Гидропривод. Основы и компоненты: Учеб. курс по гидравлике / Под. ред. В.К. Свешникова. 2-е изд. Т. 1. Компания «Бош-Рексрот», 2003. 324 с.

5.Свешников В.К. Станочные гидроприводы: Справочник. М., 2004. 512 с.

6.Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник. М., 1983. 301 с.

7.Техническая диагностика гидравлических приводов / Т.В. Алексеева, В.Д. Бабанская, Т.М. Башта и др. М., 1989. 408 с.

8.Моторные масла: Состав. Свойства. Классификации. Применение / Р. Балтенас, А.С. Сафонов, А.И. Ушаков, В. Шергалис. М.; СПб.: Альфа-

лаб, 2000. 272 с.

9.Любельский В.И., Черейский П.М., Батурин Е.Н. Новое оборудование для диагностирования и испытания гидроприводов строительных, дорожных

икоммунальных машин // Строительные и дорожные машины. 2006. № 2.

С. 18–21.

10.Пневматические устройства и системы в машиностроении: Справочник / Е.В. Герц, А.И. Кудрявцев, О.В. Ложкин и др. М., 1981. 408 с.

11.www.boschrexroth.com; www.boschrexroth.ru

12.ОАО «Пневмостроймашина». www.psm-hydraulics.ru; www.psmural.ru

13.ОАО «Гидроаппарат». www.gidroapparat.ru

14.ОАО «Шахтинский завод «Гидропривод». www.gidroprivod.ru

15.ОАО «Гидравлик». www.gdrk.ru

16.АО «Гидроаппаратура». www.gidro.kharkiv.com

17.НПП «ЭЛГА». www.elgahydro.com.

18.ЗАО «ЭНЕРГОПРОМ — МИКУНИ». www.mikuni. ru

19.Atos. www.atos.com

20.Hydac Sp. www.hydac.com.pl

21.Каталог оборудования фирмы «Denison» // www.alfa-hydraulica.ru/ hm-apm-1-45.htm

22.Каталог оборудования фирмы «Danfoss» // www.danfoss.ru

23.Оборудование для диагностики гидроприводов ЗАО «ВНИИСТРОЙ-

ДОРМАШ» // www.zao.vniisdm.ru

3 9

ПРИЛОЖЕНИЯ

4 0