Оптимизация конструктивных параметров радиального гидромотора типа RH
|
Введение 3
Обзор патентно-технической литературы: 8
Патент SU 1105685 А 13
Патент SU 1469203 А1 17
Патент SU 1492077 А1 23
Патент SU 0182075 28
Патент SU 0174919 А 30
Разработка чертежа гидроматора 35
2. Выбор рабочей жидкости 37
2.1 Свойства рабочей жидкости 37
Технические характеристики масла: 41
3 Расчетная часть 42
3.1 Исходные данные для расчета 42
3.2 Определение диаметра цилиндра d и хода поршня h: 42
3.3 Кинематический расчет гидромотора 44
3.4 Равномерность работы гидромотора: 46
3.5 Расчет основных узлов гидромашины: 50
3.5.1 Расчет статора: 50
3.5.2 Расчет торцевого распределителя 56
3.5.3 Расчет поршневой группы 60
3.6 Прочностной расчет 61
3.6.1 Расчет ротора: 61
3.6.2 Расчет вала 63
3.6.3 Подбор подшипников: 64
3.6.4 Расчет шлицевых соединений: 65
4. Расчет К.П.Д. гидромашины 67
4.1 Механические потери: 67
4.2 Объёмные потери: 68
Заключение 73
Литература 75
Обзор патентно-технической литературы: 8
Патент SU 1105685 А 13
Патент SU 1469203 А1 17
Патент SU 1492077 А1 23
Патент SU 0182075 28
Патент SU 0174919 А 30
Разработка чертежа гидроматора 35
2. Выбор рабочей жидкости 37
2.1 Свойства рабочей жидкости 37
Технические характеристики масла: 41
3 Расчетная часть 42
3.1 Исходные данные для расчета 42
3.2 Определение диаметра цилиндра d и хода поршня h: 42
3.3 Кинематический расчет гидромотора 44
3.4 Равномерность работы гидромотора: 46
3.5 Расчет основных узлов гидромашины: 50
3.5.1 Расчет статора: 50
3.5.2 Расчет торцевого распределителя 56
3.5.3 Расчет поршневой группы 60
3.6 Прочностной расчет 61
3.6.1 Расчет ротора: 61
3.6.2 Расчет вала 63
3.6.3 Подбор подшипников: 64
3.6.4 Расчет шлицевых соединений: 65
4. Расчет К.П.Д. гидромашины 67
4.1 Механические потери: 67
4.2 Объёмные потери: 68
Заключение 73
Литература 75
Гидравлическим приводом (гидроприводом) принято называть устройство, приводящее в движение машины и механизмы посредством системы гидроуправления, гидропередачи и прочих вспомогательных устройств. Гидропередача подразумевает устройство, служащее для передачи механической энергии с помощью гидростатического напора жидкости. Составные части гидропередачи - это обычно гидродвигатель и насос, которые соединяются гидролиниями. Гидродвигатель служит для преобразования энергии движения жидкости в механическую энергию вала ведомого. Насос предназначен для тока жидкости в ходе преобразования механической энергии, приложенной к его валу, в гидравлическую энергию движения жидкости.
Гидропередача может быть вращательного или поступательного характера - в зависимости от движения выходного звена. В первом случае применяется гидродвигатель гидроматор, во втором в качестве гидродвигателя выступает гидравлический цилиндр. Беря в пример экскаватор, мы видим, что гидропередачи приводов передвижения и вращения платформы имеют вращательный характер, а повороты рукояти, стрелы и ковша - поступательный характер.
Гидропередача может быть регулируемой - в случае возможности изменения скорости ведомого и ведущего звеньев, и нерегулируемой - если изменение скорости этих составных не предусмотрено. Все определяющие характеристики гидропередачи в условиях рассмотрения всего гидропривода можно перенести и на свойства гидропривода. Помимо этого, по способу управления регулирующим органом, гидропривод может быть электрическим, гидравлическим, ручным и др.
В России утверждены государственные стандарты на определения и термины, применяемые в гидроприводе. Ниже приведены некоторые из таких терминов и определений гидропривода, в частности применимые в гидроприводе экскаватора.
• Гидропривод - это привод, составной частью которого является
гидравлический механизм, работающий под давлением, и имеющий один или несколько объемных гидродвигателей. К стандартным устройствам гидропривода относятся гидроаппараты, гидромашины, гидролинии, гидроемкость и кондиционеры рабочей среды.
• Объемный насос - это насос, рабочая жидкость в котором перемещается посредством периодического изменения объема занимаемой этой жидкостью камеры, сообщающейся с входом и выходом насоса попеременно.
• Объемный гидродвигатель - это объемная машина, используемая для получения энергии выходного звена преобразованной из энергии потока рабочей жидкости.
• Всасывающая гидролиния - это гидролиния, по которой движется рабочая жидкость, как правило, от гидробака к насосу.
• Напорная гидролиния - это гидролиния, по которой рабочая жидкости движется под давлением, как правило, от насоса к гидроаппаратам.
• Исполнительная гидролиния - это гидролиния, рабочая жидкость по которой движется между направляющим гидроаппаратом и объемным гидродвигателем, поочередно.
• Гидролиния управления - это гидролиния, рабочая жидкость по которой движется к гидроприводным устройствам для их управления.
Имеются следующие основные параметры гидропривода:
• Номинальным расходом считаю расход жидкости с определенной вязкостью через устройство при условии установленной потери давления.
• Номинальное давление - наибольший показатель давления, при котором гидрооборудование работает в течение установленного ресурса в условиях сохранения параметров в рамках установленных норм.
• Максимальное давление - наибольший показатель давления, которое допустимо в работе гидрооборудования (ограничивается настройкой предохранительного устройства).
Работа гидропривода основана на принципе высокого модуля упругости жидкости, имеющей ничтожную сжимаемость, а так же на законе Паскаля, согласно которому любое изменение давления в любой точке покоящейся жидкости и не нарушающее ее равновесия, передается без изменения в другие точки.
Для определения основных силовых и кинематических зависимостей гидропривода, ознакомимся с основой гидропривода - расчетной схемой гидропередачи. Мы имеем соединенные между собой герметичной гидролинией два цилиндра гидропередачи: объемный гидродвигатель и объемный насос. Высокий модуль упругости рабочей жидкости, которая находится в объемном двигателе, объемном насосе, а так же в соединяющей их гидролинии, обеспечивает жесткую связь между гидродвигателем и насосом. Гидродвигатель здесь выступает в качестве преобразователя энергии давления жидкости в механическую энергию, а насос превращает механическую энергию в энергию давления жидкости. Рабочая жидкость устанавливает между объемными машинами геометрическую связь.
Любая потеря мощности в гидроприводе преобразуется в тепловую энергию, которая естественным путем отводится через стенки агрегатов и труб, либо при помощи специальных маслоохладителей. Данная система является обратимой, то есть она справедлива и для варианта, когда вместо насоса будет расположен гидродвигатель и наоборот. Эта обратимость имеет высокое значение для гидропередач с движением вращательного характера, в которых в роли двигателя и насоса применимы агрегаты с одинаковой конструкцией.
Система гидроуправления представляет собой гидравлическую систему, которая обеспечивает управление гидропередачей. Состоит она из функциональных золотниково-клапанных устройств, колонок управления и насосно-аккумуляторной части.
Система гидроуправления необходима для обеспечения:
• снижения усилий на ручках управления
• ввода автоматических связей работы гидропередачи
• легкого подвода управляющего сигнала к агрегату, расположенному в любом месте.
Вспомогательные устройства - это, как правило, агрегаты охлаждения, очистки и емкости рабочей жидкости.
Объемные гидравлические моторы (гидромоторы) преобразуют гидравлическую энергию в механическую. Для крановых механизмов используются радиально-поршневые и аксиально-поршневые гидромоторы.
Гидропередача может быть вращательного или поступательного характера - в зависимости от движения выходного звена. В первом случае применяется гидродвигатель гидроматор, во втором в качестве гидродвигателя выступает гидравлический цилиндр. Беря в пример экскаватор, мы видим, что гидропередачи приводов передвижения и вращения платформы имеют вращательный характер, а повороты рукояти, стрелы и ковша - поступательный характер.
Гидропередача может быть регулируемой - в случае возможности изменения скорости ведомого и ведущего звеньев, и нерегулируемой - если изменение скорости этих составных не предусмотрено. Все определяющие характеристики гидропередачи в условиях рассмотрения всего гидропривода можно перенести и на свойства гидропривода. Помимо этого, по способу управления регулирующим органом, гидропривод может быть электрическим, гидравлическим, ручным и др.
В России утверждены государственные стандарты на определения и термины, применяемые в гидроприводе. Ниже приведены некоторые из таких терминов и определений гидропривода, в частности применимые в гидроприводе экскаватора.
• Гидропривод - это привод, составной частью которого является
гидравлический механизм, работающий под давлением, и имеющий один или несколько объемных гидродвигателей. К стандартным устройствам гидропривода относятся гидроаппараты, гидромашины, гидролинии, гидроемкость и кондиционеры рабочей среды.
• Объемный насос - это насос, рабочая жидкость в котором перемещается посредством периодического изменения объема занимаемой этой жидкостью камеры, сообщающейся с входом и выходом насоса попеременно.
• Объемный гидродвигатель - это объемная машина, используемая для получения энергии выходного звена преобразованной из энергии потока рабочей жидкости.
• Всасывающая гидролиния - это гидролиния, по которой движется рабочая жидкость, как правило, от гидробака к насосу.
• Напорная гидролиния - это гидролиния, по которой рабочая жидкости движется под давлением, как правило, от насоса к гидроаппаратам.
• Исполнительная гидролиния - это гидролиния, рабочая жидкость по которой движется между направляющим гидроаппаратом и объемным гидродвигателем, поочередно.
• Гидролиния управления - это гидролиния, рабочая жидкость по которой движется к гидроприводным устройствам для их управления.
Имеются следующие основные параметры гидропривода:
• Номинальным расходом считаю расход жидкости с определенной вязкостью через устройство при условии установленной потери давления.
• Номинальное давление - наибольший показатель давления, при котором гидрооборудование работает в течение установленного ресурса в условиях сохранения параметров в рамках установленных норм.
• Максимальное давление - наибольший показатель давления, которое допустимо в работе гидрооборудования (ограничивается настройкой предохранительного устройства).
Работа гидропривода основана на принципе высокого модуля упругости жидкости, имеющей ничтожную сжимаемость, а так же на законе Паскаля, согласно которому любое изменение давления в любой точке покоящейся жидкости и не нарушающее ее равновесия, передается без изменения в другие точки.
Для определения основных силовых и кинематических зависимостей гидропривода, ознакомимся с основой гидропривода - расчетной схемой гидропередачи. Мы имеем соединенные между собой герметичной гидролинией два цилиндра гидропередачи: объемный гидродвигатель и объемный насос. Высокий модуль упругости рабочей жидкости, которая находится в объемном двигателе, объемном насосе, а так же в соединяющей их гидролинии, обеспечивает жесткую связь между гидродвигателем и насосом. Гидродвигатель здесь выступает в качестве преобразователя энергии давления жидкости в механическую энергию, а насос превращает механическую энергию в энергию давления жидкости. Рабочая жидкость устанавливает между объемными машинами геометрическую связь.
Любая потеря мощности в гидроприводе преобразуется в тепловую энергию, которая естественным путем отводится через стенки агрегатов и труб, либо при помощи специальных маслоохладителей. Данная система является обратимой, то есть она справедлива и для варианта, когда вместо насоса будет расположен гидродвигатель и наоборот. Эта обратимость имеет высокое значение для гидропередач с движением вращательного характера, в которых в роли двигателя и насоса применимы агрегаты с одинаковой конструкцией.
Система гидроуправления представляет собой гидравлическую систему, которая обеспечивает управление гидропередачей. Состоит она из функциональных золотниково-клапанных устройств, колонок управления и насосно-аккумуляторной части.
Система гидроуправления необходима для обеспечения:
• снижения усилий на ручках управления
• ввода автоматических связей работы гидропередачи
• легкого подвода управляющего сигнала к агрегату, расположенному в любом месте.
Вспомогательные устройства - это, как правило, агрегаты охлаждения, очистки и емкости рабочей жидкости.
Объемные гидравлические моторы (гидромоторы) преобразуют гидравлическую энергию в механическую. Для крановых механизмов используются радиально-поршневые и аксиально-поршневые гидромоторы.
Целью данного проекта являлась разработка высокомоментного радиально-поршневого гидромотора многократного действия. За основу проекта был взят гидромотор серии Compact CA фирмы Hagglunds. По результатам расчета было получено значение общего К.П.Д., равное 97%, что является высоким показателем для данного вида гидромоторов.
На основании анализа конструктивных особенностей гидромоторов и их внешних характеристик можно констатировать, что из гидромоторов многократного действия наилучшие энергетические показатели при использовании высокого рабочего давления имеют гидромоторы с разгрузочным устройством для передачи тангенсального усилия с парой качения. Однако указанные гидромоторы имеют повышенные габариты и поэтому не всегда представляется возможным разместить их в габаритах горной машины. Для данных машин, работающих часто в стеснённых условиях, должны применяться компактные гидромоторы, передающие тангенсальное усилие через боковую поверхность поршня. Однако гидромоторы с неразгруженными поршнями должны иметь значительные размеры опорной поверхности для восприятия тангенсального усилия, что и было сделано за счет уменьшения размеров статорного кольца.
Поршневая группа осталась также компактной, за счет смены конструкции траверс на роликовые катки. С помощью поршневой группы, обладающей малой массой, удалось достичь высокого значения механического К.П.Д..
Использование плоского торцевого распределителя рабочей жидкости с автоматическим поджимом, позволило отказаться от усложненной конструкции цапфельного распределения, не имеющей однозначной методики расчета. Благодаря этому у данного гидромотора достаточно высокий объёмный К.П.Д по сравнению с гидромоторами с цапфельным распределением.
Также машину можно оснастить тормозным механизмом, что позволит блокировать гидромотор во время остановки. Помимо этого, тормозной механизм можно использовать в качестве предохранительного и аварийного тормоза.
Работоспособность гидромотора будет во многом зависеть от качества сборки основных узлов машины, соблюдения рекомендуемых допусков и посадок сопрягаемых деталей, выбора рабочей жидкости и условий эксплуатации машины.
На основании анализа конструктивных особенностей гидромоторов и их внешних характеристик можно констатировать, что из гидромоторов многократного действия наилучшие энергетические показатели при использовании высокого рабочего давления имеют гидромоторы с разгрузочным устройством для передачи тангенсального усилия с парой качения. Однако указанные гидромоторы имеют повышенные габариты и поэтому не всегда представляется возможным разместить их в габаритах горной машины. Для данных машин, работающих часто в стеснённых условиях, должны применяться компактные гидромоторы, передающие тангенсальное усилие через боковую поверхность поршня. Однако гидромоторы с неразгруженными поршнями должны иметь значительные размеры опорной поверхности для восприятия тангенсального усилия, что и было сделано за счет уменьшения размеров статорного кольца.
Поршневая группа осталась также компактной, за счет смены конструкции траверс на роликовые катки. С помощью поршневой группы, обладающей малой массой, удалось достичь высокого значения механического К.П.Д..
Использование плоского торцевого распределителя рабочей жидкости с автоматическим поджимом, позволило отказаться от усложненной конструкции цапфельного распределения, не имеющей однозначной методики расчета. Благодаря этому у данного гидромотора достаточно высокий объёмный К.П.Д по сравнению с гидромоторами с цапфельным распределением.
Также машину можно оснастить тормозным механизмом, что позволит блокировать гидромотор во время остановки. Помимо этого, тормозной механизм можно использовать в качестве предохранительного и аварийного тормоза.
Работоспособность гидромотора будет во многом зависеть от качества сборки основных узлов машины, соблюдения рекомендуемых допусков и посадок сопрягаемых деталей, выбора рабочей жидкости и условий эксплуатации машины.