Основные параметры гидропривода лесных машин

1.

Основные
параметры
гидропривода
лесных машин

2.

ПЛАН ЛЕКЦИИ
1 Основные параметры гидропривода лесных машин и
исходные данные для его расчета и проектирования
1.1 Типы объемных гидроприводов
1.2 Расчет и выбор объемных гидродвигателей
1.3 Выбор рабочей жидкости
1.4 Расчет и выбор распределительной и регулирующей
гидроаппаратуры
1.5 Расчет трубопроводов и выбор присоединительной
арматуры
1.6 Расчет и выбор насосов
1.7 Компоновка элементов гидропривода

3.

гидропривода лесных машин и
исходные данные для его расчета
Основные параметры
гидропривода следующие: Рном – номинальное давление
и проектирования
рабочей жидкости, при котором работает оборудование в течение всего срока службы; для
большинства лесохозяйственных машин Рном составляет 10-16 МПа; q – рабочий объем
насоса или гидроматора, равный разности наибольшего и наименьшего значений замкнутого
объема за один оборот вала, см3/об.; Qном – номинальный поток жидкости, который проходит
в единицу времени через систему гидропривода, дм3/с; η – общий КПД гидропривода,
который равен произведению объемного ηо, механического ηмех и гидравлического ηг КПД.
о мех г .
(1.1)
Кроме основных параметров гидропривода существуют дополнительные параметры
гидроаппаратуры и вспомогательных устройств, dy – внутренний диаметр (условный проход
гидролиний и различных элементов гидроаппаратуры, мм); S – ход поршня гидроцилиндра,
мм; δ – номинальная тонкость фильтрации, мкм, которая характеризует минимальный
размер задерживаемых частиц, число которых составляет 90-95 % от числа частиц такого же
размера, находящихся в нефильтрованной жидкости ( ГОСТ 14066-68).
Исходными данными, необходимыми для расчета гидропривода являются :
- усилия, действующие на шток гидроцилиндра Рц, Н или крутящий момент на
волне гидромотора Мкр, Н·м ; - скорость (длина) перемещения V, м/c , или скорость
вращения n, с-1; - режим работы отдельных механизма (циклограмма); - температура
окружающего пространства, °С; - конструктивные особенности машины и ее
технологического процесса.

4.

1.1 Типы объемных гидроприводов
По устройству системы циркуляции рабочей жидкости все объемные гидроприводы
делятся на гидроприводы с разомкнутой циркуляцией и гидроприводы с замкнутой
циркуляцией.
В гидроприводе с разомкнутой циркуляцией рабочая жидкость поступает из
гидробака 3 (рис. 1.1) в основной насос 2, который нагнетает ее под высоким давлением в
распределитель 5.
Рисунок 1.1 Схема гидропривода с разомкнутой циркуляцией:
1 – приводной двигатель; 2 – насос; 3 – гидробак; 4 – фильтр; 5 – распределитель;
6 – гидромотор; 7 – гидроцилиндр; 8 – предохранительный клапан

5.

Такой гидропривод может работать лишь при одинаковом расходе рабочей
жидкости во всасывающей и напорной гидролиниях. Однако вследствие утечки жидкости в
распределителе, гидродвигателях и соединениях трубопроводов это равенство нарушается и
во всасывающей гидролинии образуется вакуум, что недопустимо. Поэтому для восполнения
потерь жидкости предусмотрена система подписки. Дополнительный насос 10 засасывает
рабочую жидкость из гидробака 9 и подает ее через обратный клапан 3 во всасывающую
гидролинию. Избыточное количество жидкости сливается через предохранительный клапан 8
в подпиточный бачок. Предохранительный клепан создает давление, несколько
превышавшее давление во всасывающей магистрали, системы (0,5-3 МПа).
В гидросистемах с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости применяется
объемный способ регулирования, который основан на изменении рабочего объема насоса и
гидромоторов. Передаточное отношение ir между насосом и гидромотором зависит от их
рабочих объемов и объемных КПД:
ir nм nн qн qм о.н о.м .
(1.2)
nм; qм; ηо.м – соответственно частота вращения (с-1), рабочий объем (см3/об),
объемный КПД гидропривода; nн; qн; ηо.н – частота вращения (с-1), рабочий объем (см3/об),
где
объемный КПД насоса.
К достоинствам гидроприводов с замкнутой циркуляцией относятся их компактность
и защищенность от загрязнения, к недостаткам – сложность охлаждения и фильтрация
рабочей жидкости. Такие схемы рационально использовать для энергетических
лесохозяйственных машин с активными рабочими органами, имеющих циркулирующий
рабочий режим (ямобуры, машины для фрезерования пней и др.), а также для привода
ходовых колес и бортовых передач гусеничного хода самоходных лесохозяйственных машин.

6.

1.2 Расчет и выбор объемных гидродвигателей
Объемные гидродвигатели предназначены для преобразования энергии потока
рабочей жидкости в энергию движения выходного звена. Гидродвигатели бывают
поступательного, поворотного и вращательного движения.
Гидроцилиндры – самые распространенные гидродвигатели в лесохозяйственной
технике. Они бывают одностороннего и двухстороннего действия, поршневые и плунжерные.
Рисунок 1.3 – Гидроцилиндры двухстороннего действия
Внутренний диаметр гидроцилиндра одностороннего действия в зависимости от
заданного усилия и принятого давления жидкости определяется по формуле
4 P Pн
Dц1
.
x p
(1.3)

7.

Внутренний диаметр гидроцилиндра двустороннего действия – по формуле
Pшт
2
Dц2 2
dшт
,
πΔp
где
Р; Ршт – движущие усилия, создаваемые рабочей жидкостью соответственно в
поршневой и штоковой полостях гидроцилиндра, Н;
Рп – усилие пружины;
∆р – давление рабочей жидкости, Н/м2;
dшт – диаметр штока, м,
dшт Dц ,
β=0,2-0,7 при Ршт=10-100 кН.
где
Отношение длины цилиндра к его диаметру следует принимать равным не более
20.
Рекомендуемые диаметры гидроцилиндров приведены в таб. 1.
Мощность гидроцилиндра
PштVц
Nц
кВт,
ц1000
где
(1.5)
ηц – КПД гидроцилиндра, равный 0,95-0,99.
После выбора типоразмера гидроцилиндра
прочность основных его элементов.
проводят поперечный расчет на

8.

Таблица 1.1 – Основные параметры цилиндров (
Внутре
нний
диамет
р
цилинд
ра, мм
Диаме
тр
штока,
мм
Ход поршня
55
75
90
100
30
40
200
40
200
10
50
63
80
100
32
45
200
40
200
14
50
63
80
100
32
45
200
40
200
16
50
63
80
40
200
40
200
20
Полный
Пределы
регулирован
ия
Мини
м.
Номинально
е давление,
МПа
Макс.

9.

Напряжение растяжения тонкостенного гидроцилиндра, у которого Dн/Dц≤1,18, где Dн ; Dцсоответственно наружный и внутренний диаметры гидроцилиндра, определяются по
формуле
p
рDц
р ,
2
(1.6)
где
δ – толщина стенки гидроцилиндра, не превышая 0,006-0,003 м; [σр]- допустимое
напряжение растяжения, МПа, определяемое характером нагрузки и материалом цилиндра.
Напряжение растяжения толстостенного цилиндра (Dн/Dц≤1,18)
Rн 2
1
р ,
p 2
2
2
Rн Rц Rц
рRц
где
(1.7)
Rн; Rц – наружный и внутренний радиусы цилиндра соответственно.
С учетом формулы (1.7) толщина стенки δ=Rн- Rц будет равна:
Dц р р
1
2 р р
Пластинчатые
поворотные
гидродвигатели.
Поворотные
гидродвигатели
применяются для угловых перемещений узлов машин и механизмов. Корпус 1 (рис. 1.4, а)
гидродвигателя имеет сегментную форму. Внутри корпуса расположен рабочий орган –
лопасть 2 закрепленная на валу 3. При подводе масла через штуцер 5 лопасть
поворачивается по часовой стрелке. При этом через штуцер 4 масло отводится на слив. При
подаче масла через штуцер 4 лопасть совершает обратный поворот. Угол поворота лопасти
обычно не превышает 270°. Поворотные двигатели могут быть многопластные они развивают
больший крутящий момент, чем однопластные.

10.

Рисунок 1.4 – Схема поворотного гидродвигателя (моментного гидроцилиндра) с сегментным
(а) и цилиндрическим (б) корпусом:
1 – корпус; 2 – лопасть; 3 – вал; 4 и 5 – штуцеры
На рисунке 1.4, б представлена схема поворотного гидродвигателя, который используется
на лесопогрузчиках для поворота грейферного захвата. Внутри цилиндрического корпуса 1
перемещается поворотная лопасть 2, установленная в пазу поворотного вала 3. Опорой
вала служит опорный подшипник. Поджим лопасти к стенке корпуса гидродвигателя
обеспечивается двумя пружинами, которые вставлены цилиндрические отверстия вала.
Внутренняя полость корпуса закрыта шайбой и крышкой. Корпус имеет два штуцера 4 и 5
для нагнетания и слива рабочей жидкости.
Расчет размеров рабочей лопасти производится по заданному моменту
сопротивления повороту Мкр. Радиус рабочей лопасти R определяется по формуле:
R
где
2 М кр
рb
r2 ,
(1.9)
b – ширина лопасти, мм, принимается конструктивно из соотношения R/b=1,5;
r – радиус вала лопасти, м, который определяется из его расчета на прочность по
заданному крутящему моменту:

11.

1 М кр
r 3
,
2 0,2
где
(1.10)
[τ] – допускаемое напряжение на срез (60-80 МПа).
Мембранные гидроцилиндры.
Мембранные гидроцилиндры отличаются
небольшой массой и имеют меньшую стоимость по сравнению с другими гидродвигателямя.
У диафрагменных гидроцилиндров почта полностью отсутствует утечка жидкости. Однако
они характеризуются небольшим рабочим ходом штока – 40-50 см. Применяются
диафрагменные гидроцилиндры в зажимных устройствах деревообрабатывающих станков,
тормозных системах мобильных машин и др.
Рисунок 1.5 – Схема мембранного гидроцилиндра: 1 – корпус; 2 – мембрана; 3 – стальной
грибок; 4 – шток; 5 – возвратная пружена; 6 – штуцер.
Гидроцилинд работает следующим образом. Жидкость под давлением подается
через штуцер 6 в полость над мембраной, которая прогибается и перемещает шток с грибком
вниз. Сжимая пружину (рабочий ход). При соединении рабочей полости со сливной
гидролинией пружина возвращает мембрану вместе со штоком в исходное положение.

12.

Диаметр рабочей части мембраны D определяют по формуле
4 Pшт
D
,
к р
где
(1.11)
Ршт – заданное условие на штоке;
к – коэффициент активности мембраны, зависящей от мембраны грибка
Значение коэффициента активности К может быть найдено из выражения:
1 B B2
K
,
3
где
B=d/D
(1.12)
(d – диаметр грибка). Значение В выбирают в пределах 0,6-0,7.
Шестеренные насосы-моторы. Конструкция шестеренных насосов-моторов типа
МНШ-32 и МНШ-46 (рис.1.6) аналогична конструкции насосов типа НШ.
Рисунок 1.6 – Схема шестеренного насоса-мотора:
1 – корпус; 2 – ведущая шестерня; 3 – камера нагнетания (слива); 4 – ведомая шестерня; 5 –
камера всасывания (нагнетания).

13.

Таблица 1.2 – Основные параметры шестеренных насосов-гидромоторов типа
МНШ
МНШ-32
МНШ-46
Параметры
в режиме
гидромотора
в режиме
насоса
в режиме
гидромотора
в
режиме
насоса
Рабочий объем, см3/об
32,57
32,57
47,38
47,38
Максимальный
крутящийся момент, Н·м
47,5
-
69
-
Частота вращения, с-1
50-26,6
18,3-26,6
50-26,6
18,3-26,6
Максимальная
мощность, кВт
7,0
7,0
9,6
9,6
Наибольший
страгивающий момент
под нагрузкой, Н·м
37,5
-
56
-
Масса, кг
6,4
6,4
7,2
7,2

14.

Насосы-моторы тина МНШ применяются для привода активных рабочих органов
лесохозяйственных машин (ямокопатель ЯК-1 и др.)
Теоретический момент, развиваемый шестеренным гидромотором, определяется по
формуле
M т Pном b Re2 Ri2 m2 cos α ,
где
(1.13)
Рном – номинальное давление рабочей жидкости, МПа; b – ширина шестерни, м;
Re; Ri – наружный радиус выступов в впадин зубьев шестерни, м;
m – модуль зацепления зубчатой передачи, м ;
α – угол зацепления, град.
Теоретический расход рабочей жидкости через гидромотор (см3/c):
Qм nм qм .
(1.14)
Аксиально-поршневые
гидромоторы.
Аксиально-поршневые
гидромоторы
отличаются от шестеренных более высоким объемом и общим КПД, равным 0,97-0,98 и 0,90,94 соответственно, и повышенной надежностью. Их применяют в гидроприводах
энергоемких лесохозяйственных машин циклического и непрерывного действия. Технические
данные гидромоторов типа ПМ и 210 приведены в таблице 1.3. Конструкция нерегулируемого
насоса мотора типа 210 показана на рис. 1.7.
Крутящий
момент,
развиваемый
аксиально-поршневыми
гидромоторами,
рассчитывается по формуле
sin
M т Pном qм
t м
sin 0
(1.15)

15.

Рисунок 1.7 – Схема аксиально-поршневого насосамотора: 1 – вал; 2 – уплотнение; 3, 8 – крышки; 4 – корпус; 5 –
блок цилиндров; 6 – шип карданный шарнир; 7 – болт; 9 –
распределитель; 10 – поршень; 11 – шатун; 12, 14 –
подшипники; 15 – стопорное кольцо; 16 –в \тулка.

16.

Таблица 1.3 – Основные параметры аксиальнопоршневых гидромоторов
Типоразм
ер
гидромот
ора
Рабочий
объем,
см3/об.
Частота
вращения, с-1
Номинальное
давление
жидкости,
МПа
Номинальное
давление
жидкости,
МПа
Потребляемая
мощность в
режиме
насоса, кВт
Крутящий
момент в
режиме гидро
мотора при
ном.
давлении, Н м
Масса, кг
ПМ 5
71
240
10
15
19,5
105
29
ПМ10
142
240
10
15
39
210
52,4
ПМ 20
251
240
10
15
68,5
370
79
НПА-64
64
250
7
7,5
17,6
70
19,2
210.12
11,6
467
16
25
8,5
29
5,5
210.16
28,2
374
16
25
16,5
71,5
12,5
210.20
54,8
300
16
25
25,7
139
23
210.25
107
233
16
25
39
270
44
210.32
225
187
16
25
66
570
88
Высокомоментные
радиально–поршневые
гидромоторы. По своей конструкции и принципу
действия высокомоментный радиально-поршневой
гидромотор аналогичен насосу данного типа.

17.

Рисунок 1.8 – Схема радиально-поршневого насоса-мотора: 1 – вал приводной; 2 –
цилиндр; 3 – поршень; 4 – подпятник; 5 – корпус клапана; 6 – клапан нагнетательный; 7 –
крышка; 8 – подшипник; 9 – кольцо; 10, 11 – пружина; 12 – корпус; 13, 14 – заглушка.
Крутящий
момент,
определяется по формуле
развиваемый
гидромотором
qм Рном
М кр
r м
2
однократного
действия,
(1.16)

18.

Рабочий объем гидромотора однократного действия равен:
qм
где
4
d 2hzy,
(1.17)
d, h – соответственно диаметр и ход поршня;
z – число поршней;
y – число рядов поршней.
Для гидромотора многократного действия рабочий объем определяется
по формуле
qм
где
4
d 2hzyn,
n – число ходов поршней гидромотора за один оборот.
(1.18)

19.

Таблица 1.4 – Основные параметры
гидромоторов типа МР
Параметры
Марки гидромоторов
МР0,16/10
MP0,25/10
MP0,4/10
MP0,63/10
MP1/10
MP1,6/10
MP2,5/10
MP4/10
Номинальный
крутящий
момент, Н м
240
380
570
900
1480
2390
3540
5700
Частота
вращения, с-1
4
4
3,2
2,5
2
1,6
1,6
1,6
Рабочий объем,
см3/об.
160
250
40
630
1000
1600
2500
4000
Максимальный
объем, дм3/с
7,1
10,8
13,7
16,7
21,4
27,5
43
71
Полезная
мощность, кВт
5,9
9,3
11,2
13,8
18,2
23,5
34,8
56,2
Объемный КПД
0,91
0,94
0,94
0,95
0,94
0,95
0,94
0,94
Общий КПД
0,86
0,89
0,85
0,85
0,9
0,9
0,85
0,85
Масса, кг
60
60
110
110
180
180
280
280

20.

Пластинчатые гидромоторы. Пластинчатые гидромоторы аналогичны по
конструкции насосам соответствующего типа. Однако вследствие трудности уплотнения
торцевых зазоров между ротором и крышкой они работают при давлении жидкости не более
7,5 МПа.
Рисунок 1.9 – Схема пластинчатого насоса- мотора: 1 – корпус; 2, 4 – всасывающие полоски;
3 – статор.
Момент, передаваемый пластинчатым гидромотором, определяется по формуле
M т pном b R22 R12 ,
(1.19)
где
рном – давление рабочей жидкости; b – ширина ротора; R2,R1 – соответственно
большой и малый радиусы концентрических поверхностей статора.
Время реверсирования
0,209 nJ
t
,
Mт
(1.20)
n – частота вращения гидромотора; J – суммарный момент инерции гидромотора и
вращающихся масс, соединенных с его валом, приведенных к валу гидромотора

21.

1.3 Выбор рабочей жидкости
Рабочие жидкости применяются в гидросистемах, должны обладать следующими
свойствами:
- возможно меньшим измерением вязкости при температуре до +900 и рабочем
давлении до 20-30 МПа;
- хорошей связывающей способностью, обеспечивающей малый насос трущихся
деталей гидропривода и сохранение ее физико-механических свойств в процессе
эксплуатации гидроприводов;
- химической нейтральностью к материалам, применяемым в гидропередачах;
- низкой стоимостью и доступностью;
- нетоксичностью, огнестойкостью и взрывобезопасностью.
Наиболее важным параметром, определяющим свойства масел, является вязкость, которая
характеризуется сопротивляемость жидкости скольжению или сдвигу. Различаются
динамическая (абсолютная) вязкость, измеряемая в Н с/м2 и кинематическая,
представляющая собой отношение динамической вязкости к плотности жидкости,
измеряемая в м2/с. Повышение вязкости жидкости приводит к увеличению потери давления
и нагреву системы, снижение вязкости вызывает увеличение утечки и перетечки жидкости .
При рабочем давлении жидкости от 7 до 20 МПа целесообразно применять жидкость с
индексом вязкости 60+100.
Сорт масла выбирают в зависимости от типа гидроагрегата, климатических условий
и времени года. В гидравлических системах лесохозяйственной техники в основном
используются дизельные масла ДП-8, ДП-11, ДП-14.
Масла с большей вязкостью резко увеличивают потери на трение, в результате чего
возникает износ трущихся поверхностей или наблюдается их заклинивание, а также
нарушается процесс всасывания насосом . Масло должно обладать высокой степенью
чистоты, в нем практически должны отсутствовать механические примеси и вода.

22.

Таблица 1.5 – Физико-механические свойства минеральных масел для гидродвигателей
Показатели
Масла
дизельные
ДП-8
индустриальные
ДП-11
ИС-20
гидравлические
ИС-30
МГ-20
МГ-30
ВМГ-3
АМГ-10
Вязкость
кинематичес-кая,
10-2м2/c:
при 100°
при 50°
8,5-9,5
-
11,5-12,5
-
17-23
27-33
17-23
27-33
10
-
10
22
Индекс вязкости,
не менее
45
50
85
85
85
85
100
-
Содержание воды
Содержание
механических
частиц, %, не
более
Следы
0,01
Рабочий интервал
температур, 0С
Температура
застывания, 0С
Отсутствует
0,01
Отсутствует
90+(-30)
-20
Примечание. Индекс
изменении температуры.
0,007
Отсутствует
Отсутствует
Отсутствует
Отсутствует
60+(0)
-20
вязкости
-15
90+ (-20)
-15
-40
характеризует
степень
95+(-40)100+(-48)
-35
постоянства
-60
вязкости
-70
при

23.

1.4 Расчет и выбор распределительной и регулирующей гидроаппаратуры
К
распределительной
и
регулирующей
гидроаппаратуре
относятся
гидрораспределители, дроссельные устройства, предохранительные гидроклапаны.
Потребность различных гидросистем в этих элементах определяется исходя из количества
гидродвигателей и особенностей процесса.
Гидрораспределители. Гидрораспределители служат для направления потока
рабочей жидкости от гидронасосов до гидродвигателей (гидроцилиндрам и гидромотором),
автоматического переключения системы на холостой ход, реверсирования движения
гидродвигателей, а также для фиксации штока гидроцилиндра в заданном положении.
Расчет условного подхода распределителя производится по формуле
dy
где
q – периметр проходной щели, мм;
h – ширина ее открытия, мм;
4qh
10 3 ,
(1.21)
Трехпозиционные распределители предназначены для управления потоками
жидкости в гидроприводах с гидроцилиндрами двухстороннего действия или с реверсивными
гидромоторами. Золотки этих распределителей имеют кроме нейтрального еще два крайних
положения, при которых жидкость от напорной полости гидронасоса может подводиться к
одной или другой полости гидроцилиндра или гидромотора, изменяя при этом направление
движения штока гидроцилиндра или вала гидромотора.
Четырехпозиционные распределители применяются в раздельных гидросистемах
гидросистемах тракторов с навесными лесохозяйственными машинами и орудиями. Золотки
четырехпозиционных распределителей имеют кроме основных положений (нейтральное и
два крайних) четвертое – «плавающее» положение, при котором обе полости гидроцилиндра
двойного действия соединены с баком. Это позволяет навесной машине копировать рельеф.

24.

Таблица 1.6 – Техническая характеристика распределителей
Распределители
моноблочные
Показатели
Секционные
Р75-В1
Р75-В2
Р75-ВЗА
Р-150 ВЗ
Номинальное
давление, МПа
10
10
10
10
16
16
16
Максимальное
давление, МПа
13
13
13
13
17,5
17,5
17,5
Максимальный
расход, дм3/с
1,25
1,25
1,25
2,5
2,04
3,34
5,34
Число золотников
(количество секций,
собираемых в одном
распределителе), шт.
1
2
3
3
8
7
6
Условный проход, мм
-
-
-
-
20
25
32
Положение
золотников
«Подъем»
или «Плавающие»
«Опускание принудительное» или
«Нейтральное»
«Подъем»,
«Опускание» или
«Нейтральное»

25.

Дроссельные устройства. Дроссельные устройства (дроссели) служат для
изменения подачи рабочей жидкости от насоса к гидродвигателю с целью регулирования
скорости его движения. Наиболее часто применяются в гидроприводах лесных машин
щелевые и пластинчатые дроссели.
Расчет максимального прохода сечения
S дросселя производится с учетом
прохождения через него всего количества рабочей жидкости Q, подаваемого насосом при
полном открытии дросселя:
S
k
где
Q
2
,
p
(1.22)
–
коэффициент,
зависящий
от
конструкции
дросселя,
находится
экспериментально (например, игольного дросселя k=0,7-0,85);
Δp – перепад давления в трубопроводе вследствие установки дросселя, МПа;
k
γ – объемная масса рабочей жидкости, кг/м3.

26.

Таблица 1.7 - Техническая характеристика
щелевых дросселей типа ДР
Параметры
Марка дросселя
ДР-10
ДР-12
ДР-16
ДР-20
ДР-25
ДР-32
0,26
0,025
0,41
0,025
0,66
0,03
1,05
0,03
1,66
0,05
2,66
0,05
32
32
32
32
32
32
Потери давления при
номинальном расходе,
МПа
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,3
Суммарная утечка, см3/с
2
2
3
3
4
4
Масса, кг
2,8
2,8
3,2
3,3
4,9
5,9
Расход рабочей
жидкости , дм3/с
номинальный
минимальный
Номинальное давление,
МПа

27.

Предохранительные
гидроклапаны
предназначены
для
предохранения
гидравлической системы от недопустимо высокого давления рабочей жидкости,
возникающего при перегрузках исполнительных механизмов. По конструкции переходные
клапаны делятся на шариковые, конические и золотниковые, по характеру работы- на
гидроклапоны простого действия и гидроклапаны с серводействием.
Шариковый предохранительный клапан рассчитывают следующим образом.
Определяют диаметр проводящего канала d0 клапана:
d0
где
4Qi
, м,
Vж
(1.23)
Qi – расход отдельных потребителей, которые клапан предохраняет от перегрузки,
м3/с;
Vж – допустимая скорость жидкости через канал предохранительного органа, в
зависимости от предельного давления рабочей жидкости принимается равной 5-12 м/с.
2
d0
Pmin pпр
,
(1.24)
где
4
Δpпр – предельное давление срабатывания клапана.
Затем вычисляют начальное усилие открытия клапана.
Определив начальное усилие открытия клапана, производятся расчет пружины по
известным формулам расчета винтовых пружин. К особенностям расчета пружин
предохранительных клапанов относятся следующие: средний диаметр пружины
определяется по эмпирической формуле Dср=(1÷1,2)do или Dср=(4÷7)dпр, шаг пружины –
по формуле t=(2÷2,5)dпр, где dпр – диаметр проволоки пружины. Диаметр шарика применяют
равным 1,5dо.

28.

Расчет конических и плунжерных предохранительных клапанов производят
аналогичным способом. Для плунжерных клапанов вместо диаметра подводящего канала d0
из формулы (1.24) определяют диаметр плунжера.
Для исключения совпадения периода собственных колебаний предохранительного
клапана с периодом вынужденных колебаний давления рабочей жидкости (пульсаций) в
гидросистеме, производят расчет на резонанс.
Частоту свободных колебаний гидроклапана w определяют по формуле
u
w
2
где
c
,
mпр
(1.25)
u – 1, 2, 3 – порядок гармоник колебаний;
с – жесткость пружины клапана, Н/м;
mпр – приведенная масса клапана и пружины, кг.
Частоту пульсаций давления в гидросистеме, создаваемую насосом, находят по
формуле
W0 nz,
где
(1.26)
n – частота вращения вала насоса, с-1;
z – количество работающих поршней, лопастей, зубьев в насосе.
Разница между частотами свободных и вынужденных колебаний должна быть не менее 5%.

29.

Фильтры. По способности задерживать содержащиеся в масле частицы фильтры
делятся на фильтры глубокой очистки (для частиц размером 0,1 мм) , нормальной очистки
(для частиц размером 0,01), тонкой очистки (для частиц размером 0,005 мм). В качестве
фильтрующих материалов применяются металлические сетки, хлопчатобумажные, шелковые
и синтетические ткани, бумага, пористая керамика и др.
Площадь фильтра S равна:
0,001Q
S
, см2 ,
p
где
(1.27)
Q – расход рабочей жидкости, см3/с;
α – удельная пропускная способность фильтрующего элемента, дм3/см3;
Δp – перепад давления на фильтре, Мпа;
μ – абсолютная вязкость масла, Н с/м2.
Значения удельной пропускной способности для различных материалов (дм3/см2)
следующие:
густая металлическая сетка
пластинчатые фильтр с зазорами
мягкий густой войлок толщиной 1 см
сетчатая хлопчатобумажная ткань
Основные параметры фильтров для сливных гидролиний представлены в табл. 8.
-0,05
-0,08
-0,015
-0,009

30.

Таблица 1.8 – Основные параметры фильтров для сливных гидролиний
Параметры
Условный проход, мм
20
25
32
40
50
63
Номинальная
тонкость
фильтрации, мкм
20;40;63
25;40;63;80
25;40;63;80
40;63;80
40;63;80
63;80
Номинальная
пропускная
способность,
дм3/с
0,67
1,05
1,67
2,67
4,17
6,7
Гидроаккумуляторы применяются в гидросистемах с различными целями: для
сглаживания резких колебаний давления в гидросистеме при переменных нагрузках, что
ведет к уменьшению числа срабатываний предохранительного клапана; в качестве
самостоятельного источника энергии, например, для допуска двигателей трактора; для
подачи дополнительного количества рабочей жидкости в гидродвигатели во время
перегрузки, что позволяет применять насосы меньшей производительности; для выполнения
ряда вспомогательных функций.
В гидроприводах машин находят применение пружинные гидроаккумуляторы и
поршневые пневмогидроаккумуляторы.
Полезный объем пружинного гидроаккумулятора Vп рассчитывают по формуле:
Vn Fn h
где
Pmax Pmin 2
Fn ,
C
Fn – площадь поршня гидроаккумулятора, м2;
h – ход поршня в камере гидроаккумулятора, м;
С – жесткость пружины, Н/м, которую можно определить из соотношения:
(1.28)

31.

( Pmax Pmin ) Fn
C
,
h
где
Рmax и Pmin – соответственно максимальное и минимальное рабочее давление в
гидромагистрали, Н/м2, к которой подключен гидроаккумулятор.
Полезный объем гидропневматического гидроаккумялятора
следующего соотношения:
1
1
vn
Pнп
Pнп
vk
где
(1.29)
Рmin
Рmax
определяют
из
(1.30)
vк – конструктивный объем аккумулятора, м3;
Рн – начальное давление зарядки, Н/м2;
n – показатель политропы, принимаемый равным 1,1-1,2.
Минимальный полезный объем гидропневматического аккумулятора, как правило, в
1,5 раза больше секундной производительности насоса.
1.5 Расчет трубопроводов и выбор присоединительной арматуры
Трубопроводы служат для подачи рабочей жидкости от насоса к распределителям,
гидроаппаратуре и исполнительным механизмам (гидромоторы, гидроцилиндры). Для
соединения узлов, не имеющих взаимного перемещения, применяют, как правило, жесткие
(стальные) трубы, для узлов, имеющих взаимное перемещение, гибкие рукава высокого и
низкого давления.

32.

Для подсоединение трубопроводов к гидроагрегатам используются различного рода
штуцеры, угольники, запорные и разревные муфты, шарнирные соединения и др. Наиболее
часто для соединения неподвижных элементов гидропривода применяются трубы
бесшовные, холоднотянутые, холоднокатаные и горячекатаные. Наиболее употребительные
размеры холоднокатаных труб приведены в таблице 1.9.
Соединения жестких трубопроводов могут быть неразъемными и разъемными. Для
получения неразъемных соединений применяют газовую сварку встык или при помощи
муфты, надеваемой на соединяемые концы труб, с последующей обваркой круга
герметичным швом. Разъемные соединения делятся на соединения с развальцовкой,
шаровые, фланцевые (торцовые) и с врезающимся кольцом. Радиусы изгибов труб должны
быть не менее их диаметров.
Рукава высокого давления (шланги) выпускают с неразборной заделкой их концов,
состоящих на накидкой гайки, ниппеля и муфты, обжатой вокруг рукава. Техническая
характеристика рукавов высокого давления представлена в таблице 1.10.
При установке рукавов высокого давления на машину необходимо следить за тем,
чтобы не происходило их скручивания, а минимальный радиус нагиба был равен примерно 8
наружным диаметрам шланга.
Для подсоединения к гидросистеме трактора выносных гидродвигателей или
гидросистем агрегатируемых с трактором лесохозяйственных машин применяют запорные
муфты. Они предназначены для автоматического запирания заполненных жидкостью
полостей гидроагрегатов и шлангов при их отсоединении и для защиты гидросистемы от
пыли и грязи.
На гидрофицированных машинах (лесопогрузчиках)
в местах подвижного
соединения трубопроводов, там, где это возможно, вместо гибких резиновых шлангов
применяют подвижные (шарнирные) соединения. Их устанавливают между корпусом агрегата
к металлическим трубопроводом или между отдельными участками металлических
трубопроводов. Чаще всего применяют радиальные и аксиально-резьбовые подвижные
соединения.

33.

Внутренний диаметр трубопровода рассчитывается из условия обеспечения на его
различных участках необходимости скорости движения масла. Для лесохозяйственных
машин приняты следующие значения скорости движения масел: в напорной гидролинии 4…8
м/с, в сливной – 2, во всасывающей – 1…1,5 м/с.
Внутренний диаметр трубопровода dтр определяется по формуле:
4Qi103
d тр
,
Vж
где
(1.31)
– расход жидкости на отдельных участках, зависящий от количества
потребителей, дм3/с;
Vж – допустимая скорость движения жидкости, м/с.
Qi
Выбор трубопроводов производится по таблице 9 и 10.
Прочности стальных труб на разрыв проверяется по формуле
p
где
pпр d
2S
р
(1.32)
σp – напряженность разрыва, Н/м2;
Δpпр – предельное давление в гидросистеме, Н/м2;
S – толщина стенки трубы, м.
Суммарные потери напора в гидролинии определяется, по формуле:
pмаг ртр рмс
(1.33)

34.

где
Δpтр, Δpмс – потери напора на прямолинейных участках трубопроводов и местных
сопротивлениях;
2
Li vi
pтр 2 i d ,
i
(1.34)
γ – объемная масса рабочей жидкости, кг;
Li – длина отдельных участков труб с внутренним диаметром di, м;
vi – скорость рабочей жидкости на отдельных участках трубопровода, м/с;
λ – коэффициент гидравлического трения.
75
,
(1.35)
Для труб:
Re
где
для резиновых шлангов
110
,
Re
(1.36)
где
Re – число Рейнольдса ( для ламинарного режима Re<2320).
Для напорных гидролиний коэффициент трения определяется по формуле
Блазиуса:
0,3164
.
4 R
e
Формула (1.37) справедлива для условия:
r
2300 Re 46 ,
где
r – внутренний радиус трубопровода, мм;
Δ - высота выступа шероховатости, равная 0,03-0,1 мм.
(1.37)

35.

Сумма местных потерь напора
pм.с.
29
2
v
i i,
(1.38)
где
ξ – коэффициент местного сопротивления.
В зависимости от местного сопротивления он имеет следующие значения:
Сопротивление
Гидрораспределитель
Обратный клапан шариковый
Обратный клапан конусно-тарельчатого типа
Самозапирающие муфты
Резкое расширение гидролинии (вход в гидроцилиндр,
гидроаккумулятор, фильтр)
Резкое сужение гидролинии
Значение ξ
2-4
2-3
3-4
1-1,5
0,8-0,9
f
0,5 1
0,1-0,15
F
Штуцер, присоединяющий гидролинию к гидроаппарату
Колено, плавно изогнутое под углом 900,
с радиусом изгиба, равным 3-5 диаметрам труб
0,12-0,15
Прямоугольный тройник с соединителем потока
жидкости
0,9-1,5
Прямоугольный тройник с разделителем потока
жидкости
0,5-0,6
Вращение соединение
Примечание.
f – площадь трубы малого сечения; F –
2-2,5
площадь трубы большого сечения.

36.

Таблица 1.9 – Размеры холоднокатаных стальных труб (ГОСТ 8734-58)
Установ
ленный
проход,
мм
Для изготовленного давления, Мпа
10,9
20
32
Толщина
стенки,
мм
Внутренн
ий
диаметр,
мм
Условный
проход,
мм
Толщина
стенки,
мм
Внутренн
ий
диаметр,
мм
Условный
проход,
Мм
Толщина
стенки,
мм
Внутренн
ий
диаметр,
мм
8
3
8
6
3,5
7
6
3,5
7
10
3,5
11
8
4,5
9
8
4,5
9
15
3,5
14
10
5
12
10
5
12
20
4
20
15
6
16
15
6
16
25
4
26
20
6
22
20
6
22
32
4
34
25
7
28
25
8
26
40
4
40
32
7
34
25
10
28

37.

Таблица 1.10 – Техническая характеристика рукавов высокого давления
Диаметр, мм
внутренний
наружный
Максимальный
радиус изгиба,
мм
Рабочее
давление,
МПа
ГОСТ
10
23
110
21,5
6286-60
12
25
130
21
-“-
14
27
150
17,5
-“-
16
29
170
16,5
-“-
20
34
200
15
-“-
8
21
90
25
ОН22-184-69
10
23
110
21,5
-“-
12
25
130
21
-“-
16
29
170
16,5
-“-
20
34
200
15
-“-
25
46
300
15
-“-
32
53
500
12
-“-

38.

1.6 Расчет и выбор насосов
В лесохозяйственных машинах с гидроприводом применяются шестеренные,
пластинчатые, аксиально- и радиально-поршневые насосы. При выбор скорости вращения
насоса необходимо иметь в виду, что при высокой скорости вращения, особенно роторного
насоса, возможна кавитация на всасывание. Кавитация в этих случаях возникает в
результате недостаточного наполнения рабочей жидкостью камер ротора. Это происходит,
например, при резком включении насоса и его работе на большой скорости при высокой
вязкости рабочей жидкости. Кавитация сопровождается шумом в насосе, ударными
нагрузками на его подшипники, так как при переходе недозаполненных камер в полость
нагнетания в них устремляется обратный поток жидкости из нагнетательной магистрали.
Вследствие этого снижается производительность
насоса и возникает значительное
эмульcирование рабочей жидкости.
Потребляемая мощность насоса определяется по формуле
Nн
PpQm
н
, кВт.
(1.38)
Здесь
Pp рмаг рм ,
где рмаг рм– перепад давления
загруженном гидродвигателе, МПа.
соответственно
в
Qн Qц Qм
1
о.н.
магистралях
и
в
самом
(1.39)

39.

где
Qц ; Qм – суммарный потребляемый расход рабочей жидкости гидроцилиндра
и гидромоторами соответственно, дм3/с;
ηо.н. – объемный КПД насоса (для шестеренных 0,8-0,9, для
роторно-поршневых 0,9-0,96),
Qц
Qт.н.
(1.40)
Qт.н. qн nн ,
(1.41)
о.н.
где
где
0,85),
где
Qт.н. – теоретическая подача насоса,
ηн – общий КПД насоса (для шестеренных 0,65-0,7, для роторно-поршневых 0,8-
н о.н. гм.н,
(1.42)
ηт.н.; ηн. – соответственно теоретическое и фактический момент для привода
насоса, Н·м.
Требуемый рабочий объем насоса (см3/об) определяется по формуле
qн
Qн
103 nн о.н.
(1.43)

40.

При выборе гидронасоса учитываются его основные параметры (Nн; Qн;
Рр; qн), габариты и эксплуатационные характеристики. При потребляемой
мощности до 30 кВт лелесообразно применять дешевые и компактные
шестеренные гидронасосы, про мощности более 30 кВт – роторно-поршневые.
Шестеренные насосы. Шестеренные насосы- наиболее распространенный
вид гидронасосов. Это объясняется простотой их изготовления и эксплуатации,
малыми габаритами и массой.
Шестеренный насос состоит из корпуса, в котором вращаются ведущая и
ведомая шестерни с высшим зацеплением зубьев. Масло из бака поступает в
камеру всасывания и, заполняя впадины между зубьями шестерен, переносится
ими (как стрелками на рисунке) в камеру нагнетания. При входе в зацеплении
зубьями шестерен вытесняют масло из впадин, и оно под высоким давлением
поступает в нагнетательный трубопровод гидросистемы машины.
В лесохозяйственной технике наибольшее применение имеют
шестеренные насосы типа НШ (НШ-10, НШ-32, НШ-46). Они бывают правого и
левого вращения. При необходимости насосы правого вращения можно
переоборудовать в насосы левого вращения и наоборот путем соответствующей
перестановки втулок и шестерен. При этом следует иметь в виду, что нельзя
менять направление входа масел в насос и выхода из него, т.е. всасывающий
подрубок с надписью на корпусе «Вход» должен всегда быть соединен с баком.

41.

Техническая характеристика насоса типа НШ представлена в таблице 1.11.
Таблица 1.11 – Техническая характеристика насосов типа НШ
Параметры
Марка насоса
НШ-10
НШ-32
НШ-46
Рабочий объем,
см3/об
10
31,7
46,5
Давление масла,
МПа:
номинальное
максимальное
10
13,5
10
13,5
10
13,5
Частота
вращения, с-1
18,4-27,5
18,4-27,5
18,4-27,5
Масса, кг
2,6
6,7
7,4
Объемный КПД
0,9
0,9
0,9
Полный КПД
0,75
0,75
0,75

42.

В шестеренных насосах так называемой круглой серии обеспечивается
компенсация не только торцевых, но и радиальных зазоров. В алюминиевом
корпусе насоса размещены ведущая и ведомая шестерни, находящиеся в
специальном подшипниковом блоке и уплотняющем блоке, представляющем
собой вторую половину подшипника. Вместе эти блоки образуют цилиндрическую
наружную поверхность. Радиальные зазоры в неполной камере устраняются за
счет прижатия уплотненного блока 6 к шестерням под действием давления
рабочей жидкости, которая подводится в нажимную зону, уплотненную манжетом.
Торцевые зазоры компенсируются поджатием платиков к торцам шестерни под
действием рабочей жидкости, подводимой под манжеты.
Насосы круглой серии по сравнению с обычными шестеренными насосами
обладают более высокими объемом и общим КПД, которые соответственно равны
0,94 и 0,8-0,85. Эти насосы работают при более высоком номинальном давлении
жидкости, достигающем 16 МПа.

43.

Таблица 1.12 – Техническая характеристика насосов
типа НШ круглой серии
Параметры
Марка насоса
НШ-32К
НШ-50К
НШ-67К
НШ-98
НШ-160
НШ-250
31,5
48,8
69,7
98,8
160
250
16
25
16
25
14
16
14
16
10
12,5
12,5
14,5
Частота вращения,
с-1
23,2
23,2
23,2
23,2
23,2
23,2
Пределы
изменения частоты
вращения, с-1
16-40
16-40
16-40
16,7-33,4
16,7-33,4
16,7-33,4
КПД при
номинальном
давлении:
общий
объемный
0,85
0,94
0,85
0,94
0,85
0,94
0,85
0,94
0,8
0,94
0,8
0,94
Объемная подача,
дм3/с
0,71
1,1
1,6
2,3
3,66
5,67
Масса, кг
6,6
7,8
17,5
17,7
30
57
Рабочий объем,
см3/об
Давление, МПа:
номинальное
максимальное

44.

Аксиально-поршневые насосы по своему действию обратимы и могут
работать в режиме насоса и мотора, как правило, без переоборудования.
В аксиально-поршневом насосе цилиндры в блоке по окружности и
параллельны друг другу. Для кинематической и силовой связи между поршнями и
валом в насосе имеется пространственный кривошипно-шатунный механизм. При
движении вала
вращается жестко связанный
с ним диск , в котором
завальцованы нижние концы шатунов
и закреплен карданный шарнир,
передающий вращение наклонному блоку. Поршни
совершают возвратнопоступательное и вместе с блоком вращательное движение. Вследствие
перемещения поршней происходит всасывание и нагнетание масла в цилиндры.
Масло подводится и отводится через неподвижный распределительный диск.
Величина хода поршня в цилиндре зависит от угла α наклона блока к оси вала. С
изменением угла наклона блока изменяется производительность насоса: при
максимальном угле наклона она максимальная, при α=0 подача масла
прекращается.
Существуют регулируемые и нерегулируемые аксиально-поршневые
насосы и гидромоторы. В регулируемых насосах и гидромоторах угол наклона
цилиндрового блока изменяются от 0 до ±25°, в нерегулируемых он постоянен и
равен 25°.
В лесохозяйственной технике находят применение в основном
нерегулируемые насосы и моторы типа ПМ, 210, НПА-64, техническая
характеристика которых приведена в таблицу 1.3.

45.

Радиально-поршневые насосы имеют те же достоинства, что и аксиальнопоршневые, но уступают поступают в габаритах, более тихоходны и
высокомоментны.
В радиально-поршневом насосе цилиндры расположены звезднообразно
(радиально). Вращающимся звеном может быть как ротор, так и статор, которые
расположены эксцентрично друг относительно друга. Поршни 4 постоянно прижаты
к статору пружинами или специальными ползунками.
При вращении ротора насоса по часовой стрелке поршни на участке BCD
направляющей статора перемещаются от центра вращения к периферии, а
жидкость по каналу 6 засасывается под поршень. На участке DEB поршни
перемещаются к центру вращения и вытесняют жидкость через канал и напорную
гидролинию.
За один оборот ротора каждый поршень делает двойной ход, равный
удвоенному эксцентриситету e. Изменяя эксцентриситет, можно регулировать
производительность насоса или гидромотора. Этот принцип использован
в
регулируемых радиально-поршневых насосах.
Радиально-поршневой насос типа НПД имеет объемную подачу 0,2-6,5
дм3/с, потребляемую мощность 12-17 кВт, частоту вращения 16 с-1, рабочее
давление до 22 МПа. Масса насоса составляет 355-1900 кг.

46.

Таблица 1.13 – Техническая характеристика радиально-поршневых насосов типа НПД
Параметры
Марка насоса
НПД-50М
НПД-100
НПД-200
НПД-1-200М
НПД-400М
Диапазон
изменения
объемной подачи,
дм3/с
0,25-0,76
0,76-1,53
1,33-3,04
0,33-3,6
1,53-6,57
Мощность насоса,
кВт
12
6
55
85
70
Номинальная
частота, с-1
16
16
16
16
16
Максимальное
давление, МПа
22
22
22
22
22
Масса, кг
355
780
1210
1240
1900
Пластинчатые насосы по своим свойствам близки к шестеренным.
При вращении ротора пластины прижимаются к профильной эллиптической поверхности
статора за счет пружин, центробежной силы и частично – давления рабочей жидкости. За
один оборот вала процесс всасывания и нагнетания масла совершается дважды.
Пластинчатые насосы типа БГ имеют максимальное давление 12,5 МПа, частоту вращения
вала 25 с-1, мощность 2,2-19,1 кВт. Объемный КПД этих насосов находится в пределах 0,60,86, масса составляет 9,2-24,4 кг.

47.

Таблица 1.14 – Техническая характеристика
пластинчатых насосов типа БГ
Параметры
Марка насоса
БГ1221А
БГ12-21
БГ1222А
БГ12-22
БГ1223А
БГ12-23
БГ1224А
БГ12-24
Объемная
подача, дм3/с
0,083
0,133
0,2(12)
0,3(18)
0,41(25)
0,583
0,83
1,166
Максимальное
рабочее
давление, МПа
-
-
12,5
-
-
-
-
-
Номинальная
частота, с-1
-
-
24
-
-
-
-
-
Мощность
насоса, кВт
2,2
3,1
4
6,1
10
10
14,2
19,1
Объемный КПД
0,6
0,65
0,72
0,8
0,78
0,8
0,8
0,86
Масса, кг
9,2
9,2
9,2
9,2
24,4
24,4
24,4
24,4

48.

исключению
кавитации
жидкости,
которая
1.7 Компоновка элементов гидропривода
возникает при нарушениях непрерывности
потока, а также при его поворотах, сужениях с
последующими
расширениями
и
других
деформациях в кранах, коленах насоса и т. д.
Явление кавитации объясняется выделением
из
жидкости
пузырьков
растворенного
воздуха паров в зонах пониженного давления,
которые, попадая в зону высокого давления, с
большой скоростью смываются и производят
- располагать насосы по возможности
местные микроудары с большими забросами
ниже уровня жидкости баках и как можно ближе
давления до 200-300 МПа. Продолжительность
к ним;
микроудара составляет 0,001 с. Кавитация резко
на
выходе
сливных
трубопроводов
снижает
долговечность
гидропередачи.
устанавливать
подпорные
клапаны,
Поэтому
при
компоновке
элементов
способствующие
повышению
давления
в
гидропривода следует:
магистралях слива;
трубопроводы
системы
выполнять
наиболее короткими, с минимальным числом
колен, разветвлений и вентилей;
- детали гидроагрегатам изготовлять из
материалов, стойких против кавитационного
разрушения.
Для
увеличения
их
стойкости
применять
покрытия
деталей
хромом, бронзой и другими материалами.