Расчет экскаватора ЭО-4121

     Заправка  и дозаправка гидросистемы экскаватора  рабочей жидкостью осуществляется вспомогательным насосом 40, который через фильтр 41 подаст в гидробак требуемый объем жидкости.

     В кабине оператора размещены манометры 42, которые при включении вентилей 43 показывают давление жидкости в двух напорных, сливной и вспомогательной гидролиниях. 
 
 
 
 
 

     Рисунок 1 – Принципиальная гидравлическая схема экскаватора 

     1.1 Выбор номинального давления 

     Номинальном давлением Р_ном называют наибольшее избыточное давление, при котором устройство должно работать в течении установленного ресурса (срока службы) с сохранением службы в пределах установленных норм.

     В соответствии с ГОСТ 12445 – 80 (СТ СЭВ 518 – 77) номинальное давление (МПа) выбирают из следующего ряда: 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,63; 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250.

     Значение  номинального значения до 0,1 МПа выбирают по ряду R5, свыше 250 МПа – по ряду R10 предпочтительных чисел по ГОСТ 8032 – 56.

     Рекомендуемое номинальное давление для экскаватора 25 МПа.  
 
 
 

     1.2 Выбор рабочей жидкости 

     Рабочая жидкость, которая содержится в гидросистеме, является рабочей средой, посредством  которой энергия от ведущего звена (насоса) передается к ведомому (гидродвигателю). Кроме того, рабочая жидкость выполняет роль смазки и является антикоррозионной средой. От ее качества зависят эксплуатационные свойства и технико-экономические показатели гидропривода.

     Эксплуатационные  свойства рабочей жидкости.

     Под эксплуатационными, свойствами рабочей  жидкости понимают ее способность обеспечивать надежную работу гидравлического оборудования в процессе эксплуатации.

     Основными критериями оценки рабочих жидкостей  являются их смазывающие, вязкостно-температурные и антиокислительные свойства, а также стабильность этих свойств в процессе эксплуатации и хранения.

     Основными показателями, характеризующими эксплуатационные свойства рабочих жидкостей, являются:

• плотность;
• вязкость;
• смазывающая способность;
• антиокислительные, антикоррозионные, антипенные и теплофизические свойства;
• совместимость с компонентами гидросистемы;
• физическая и химическая стабильность в процессе эксплуатации и хранении.

     Рабочая жидкость не должна содержать механические примеси, воду, водо-растворимые кислоты и щелочи, не должна образовывать осадок и вызывать закупорку проходных капиллярных каналов в гидрооборудовании.

     Выбор и применение рабочих жидкостей.

     Применение  масел, не соответствующих предъявляемым  к ним требованиям и условиям эксплуатации, приводит к снижению производительности машин, сокращению ресурса гидрооборудования, неоправданным дополнительным затратам на эксплуатацию и обслуживание машин, увеличению общего расхода масел.

     Необходимо  также иметь ввиду, что в инструкциях  по эксплуатации гидравлического оборудования и машин с гидроприводом, в отраслевых нормалях не всегда учитываются конструктивные особенности насосов, затруднение при пуске гидропривода из-за высокой вязкость жидкость при низкой температуре и снижение ее вязкости ниже допустимого уровня при повышении температуры в гидросистеме. Правильному выбору и применению рабочих жидкостей должно уделяться первостепенное внимание.

     Технически  обоснованный выбор и эффективное  использование рабочих жидкостей  в гидросистемах машин невозможен без тщательного анализа условий эксплуатации гидропривода и учета конструктивных особенностей установленного гидравлического оборудования. Для машин с гидроприводом, эксплуатируемых в районах с холодным климатом или в районах с жарким климатом, выбирать и применять рабочие жидкости следует с обязательным учетов местных условий их эксплуатации.

     В средней полосе страны, при умеренном  климате, с учетом конструктивных особенностей насосов ассортимент применяемых рабочих жидкостей можно ограничить двумя сортами – летним и зимним.

     Строгое соблюдение рекомендаций заводов –  изготовителей машин и гидравлического оборудования по применению рабочих жидкостей является основным условием обеспечения работоспособности и надежности эксплуатации строительных и дорожных машин в различных климатических условиях.

     В соответствии с согласованными межведомственными  техническими требованиями в гидросистемах строительных, дорожных машин предусматривается применение не более двух сортов рабочих жидкостей – зимнего и летнего, специально созданных для гидроприводов машин, эксплуатируемых на открытом воздухе.

     Исходя  из технических соображений выбираем гидравлическое масло ВМГЗ. Предназначено оно для гидроприводов строительных, дорожных, коммунальных и других мобильных машин в качестве зимнего сорте в районах умеренного климата в интервале температур от минус 50 до 80° С в зависимости от типа применяемого насоса.  

Марка	ГОСТ,ТУ	Плотность при 200С, кг/м2	Вязкость  10-6 м2/с		Температура		Температурные пределы
			при 500С	при 00С	засты- вания	вспыш-ки
ВМГЗ	ТУ38-101-479-74	900	10	80	-60	135	-40     +35

 

     Применение  гидравлического масла ВМГЗ позволяет:

• значительно расширить географическую зону надежности эксплуатации машин с гидроприводом;
• обеспечит при низких температурах работу гидропривода без предварительного разогрева и круглогодичную эксплуатации машин с гидроприводом в северных и северо-восточных районах без сезонных замен рабочей жидкости.

     Срок  эксплуатации гидравлического масла  ВМГЗ без замены составляет 3500 – 4000 часов работы, т.е. в 2 – 3 раза больше, чем у других неспециальных масел. 

     1.3 Выбор и расчет гидроцилиндра 

     Назначение:

     Гидроцилиндры являются объёмными гидродвигателями, предназначенными для преобразования энергии потока рабочей жидкости в механическую энергию выходного звена.

     Классификация:

     В зависимости от рабочего цикла, скоростей  и усилий, которые должны развивать исполнительные механизмы, на строительных и дорожных машинах применяют гидроцилиндры с различными способами их включения в объёмную гидропередачу.

     Гидроцилиндра могут быть одностороннего и двустороннего  действия, поршневые с односторонним или двусторонним штоком и телескопические. В гидроцилиндрах одностороннего действия обратный ход совершается под действием внешней нагрузки, а в гидроцилиндрах двустороннего действия – под действием рабочей среды (как прямой,  так и обратных ход).

     Основными параметрами гидроцилиндров являются номинальной давление Р_ном, диаметр цилиндра (поршня) D, диаметр d и ход L штока. Диаметры D и d определяют усилие, развиваемое гидроцилиндром при заданном давлении. 

Расчет  гидроцилиндра. 

     Выбор гидроцилиндра производится по номинальному давлению, необходимому усилию и ходу штока.

     Исходя  из конструкции рассчитываемого  узла, обеспечения необходимых условий  и экономико-технических соображений  выбираем двусторонний поршневой гидроцилиндр подъёма стрелы ЦГ-140.100х1392.11-02, производства ОАО "Елецгидроагрегат".

     Основные  параметры гидроцилиндра ЦГ-140.100х1392.11-02:

     Р = 28 МПа;

     D = 140 мм;

     d = 100 мм;

     L = 1392 мм.

     Исходя  из принятого номинального давления Р_ном = 25 МПа, усилие на штоке гидроцилиндра будет:

      Н.

     Максимальная  скорость выдвижения штока гидроцилиндров экскаваторов составляет 0,07 – 0,1 м/с.

     Расход  рабочей жидкости при её подаче в  поршневую камеру гидроцилиндра определяется как:

       л/мин.

     Так как объемный КПД h_V для гидроцилиндров равен 1, то полный КПД будет равен:

     h_ц = h_мh_V = 0,85х1 = 0,85

     Мощность  гидроцилиндра:

       кВт. 

     1.4 Выбор и расчет гидронасоса 

     Назначение:

     Насос предназначен для обеспечения перемещения  рабочей жидкости в процессе преобразования механической энергии приводного двигателя внутреннего сгорания или электромотора в энергию потока рабочей жидкости, следовательно, основное назначение насоса заключается в нагнетании рабочей жидкости в трубопроводы и создании в них потока.

     Классификация:

     В объемном гидроприводе, как правило, используются роторные насосы, с вращающимися рабочими камерами. Различают следующие  основные типы насосов: шестеренные, пластинчатые, винтовые и поршневые. Последние делятся на аксиально-поршневые и радиально-поршневые. Для создания высоких давлений в гидросистеме рекомендуется выбирать поршневые насосы. 
 

Расчет насоса 

     Для определения подачи насоса находят  сначала его мощность, как сумму мощностей всех одновременно работающих гидродвигателей.

     Мощность  насоса:

     

     где k_с=1,1 – 1,3 – коэффициент запаса по скорости (к_с=1,1);

     k_y=1,1 – 1,2 – коэффициент по усилию (к_у=1,1);

     åN_D – суммарная мощность всех одновременно работающих гидродвигателей. На подъеме стрелы стоят два гидроцилиндра, поэтому мощность насоса будет определяться:

     

     Необходимая подача насоса:

     

     

 л/с = 264 л/мин

     По  известным значениям Q_н = 264 л/мин и Р_н = 25 МПа выбирается насос 1РНАС 250/35.

     Характеристики  насоса:

     Рабочий объем   250 см³

     Номинальное давление 35 МПа

     Частота вращения:

     максимальная  1500 об/мин

     минимальная  25 об/мин

     Номинальная мощность  211 кВт

     КПД:

           объемный   0,95

           механический  0,93

           общий   0,89 
 

     Фактическая подача насоса:

     

     

     Подача  насоса:

     

     Определяем  частоту вращения вала насоса, обеспечивающую необходимую подачу:

     

     где i – число насосов.

     

     Крутящий  момент на валу насоса:

     

     

     Потребляемая  насосом мощность:

     

     где М_ф=М_т×h_м = 1070×0,93 = 995,1 Нм – фактический крутящий момент на валу насоса.

     

     Отдаваемая  насосом мощность: