Расчёт параметров механизма поворота

Выбираем открытую схему с насосами, автоматически регулируемыми по суммарному давлению. Во время поворота платформы поток от одного насоса используется для питания гидромотора поворота, другой насос в это время может питать один из гидроцилиндров рабочего оборудования.

Исходные данные: подача насоса Q_{н. max} = 78,1 л/мин; номинальное давление насоса Р_н = 20 МПа; угол поворота платформы φ₀ = 90⁰; диапазон регулирования насоса n' = 2.

Момент инерции платформы:

I = 1000m^5/3 = 1000∙13,9^5/3 = 81 кН^.м∙с². (6.1)

Момент сцепления ходовой части с грунтом:

М_сц = 1850m^4/3 = 1850∙13,9 ^4/3 = 61,77 кН^.м. (6.2)

Допускаемый тормозной момент:

М_т = (0,7...0,85)М_сц = 0,7∙61,77 = 43,24 к Н^.м. (6.3)

Принимаем коэффициент снижения разгоняющего момента по отношению к тормозному r = М_р/М_т = 0,6 и находим значение разгоняющего момента:

М_р = r·М_т = 0,6∙43,24 = 25,94 кН^.м. (6.4)

Допускаемые ускорения:

при разгоне – ε_р = М_р/I = 25,94/81 = 0,32 с^-2; (6.5)

при торможении – |ε_т| = М_т/I = 43,24/81 = 0,53 c^-2. (6.6)

Скорость вращения платформы в конце разгона:

(6.7)

где φ₀ – угол поворота платформы, принимаемый 1,57 рад (90⁰).

Время разгона и торможения:

t_p = ω_п/ε_р = 0,774/0,32 = 2,42 с; (6.8)

t_т = ω_п/ε_т = 0,774/0,53 = 1,46 с. (6.9)

Время включения и выключения t_вв = 0,35...0,4 с. Принимаем t_вв = 0,4 с.

Время поворота:

t_п = t_p + t_т + t_вв = 2,42 + 1,46 + 0,4 = 4,28 с. (6.10)

Потребная мощность гидромотора:

N_гм = (М_рω_п)/(1000η_г-пn') = (25940∙0,774)/(1000∙0,9∙2) = 11 кВт, (6.11)

где η_г-п = КПД передач от вала гидромотора до поворотного круга.

Мощность, забираемая от первичного двигателя:

N_п = (rМ_рω_п)/(1000η_сn') = (0,6^.25940∙0,774)/(1000∙0,78∙2) = 7,7 кВт. (6.12)

где η_с = η_гм·η_мп – суммарный КПД механизма поворота, включающий гидромеханический КПД гидромотора η_гм и КПД механических передач от вала гидромотора до поворотного круга η_г-п.

По величине потребной мощности выбираем гидромотор аксиально-поршневой нерегулируемый типа 210.16.28, имеющий следующие паспортные данные: рабочий объем q_m = 28,1 см³ ; давление на выходе: номинальное – 20 МПа, максимальное – 32 МПа; частота вращения: номинальная – 1920 об/мин; максимальная – 4000 об/мин; номинальный расход – 56,8 л/мин; номинальная эффективная мощность – 16,2 кВт; гидромеханический КПД – η_гм = 0,965; полный КПД –0,92.

Передаточное отношение механической передачи:

(6.13)

где η_о – объемный КПД гидропередачи от насоса до гидромотора (включая насос, гидромотор и трубопроводы).

Частота вращения вала гидромотора:

n_м = 30i_pω_п/π = 30∙341∙0,774/3,14 = 2522 об/мин. (6.14)

Сравнивая частоту вала гидромотора с максимальной, имеем:

n_м = 2522 об/мин < 4000 об/мин.

Давление настройки предохранительных клапанов:

Р_к = 6,28М_р/(q_мi_pη_гмη_мп) +р_сл (6.15)

Р_к = 6,28∙25,94/(28,1∙341∙0,965∙0,9) +0,5 = 20 МПа.

где η_гм – гидромеханический кпд гидромотора;

η_мп – кпд механической передачи от гидромотора до поворотного круга;

р_сл – давление в сливной магистрали за гидромотором, р_сл = 0,5-1,5 МПа.

Проверяем выполнение условия Р_к/Р_max = 0,6...0,8:

Р_к/Р_max = 20/32 = 0,63 – условие выполняется.

Подача насоса при давлении настройки предохранительных клапанов:

Q₀ = 60N_гм/(Р_кη_гм­) = 60∙11/(20∙0,965) = 34,19 л/мин. (6.16)

Скорость вращения платформы в конце первого этапа разгона:

(6.17)

Фактические значения разгоняющего и тормозного моментов:

М_р = 0,159(0,95Р_к - Р_сл)q_мi_рη_гмη_м.п ; (6.18)

М_р = 0,159·(0,95∙20 - 0,5)·28,1∙341∙0,965∙0,9 = 24,479 кН^.м;

М_т = М_р/(η_гм·η_м.п )² = 24,479/(0,965∙0,9)² = 32,638 кН^.м; (6.19)

Отношение r =M_р/M_т = 24,479/32,638 = 0,75. (6.20)

Фактические ускорения:

при разгоне ε_р = М_р/I = 24,479 /81 = 0,302 с^-2; (6.21)

при торможении │ε_т│=М_т/I = 32,638 /81 = 0,402 c^-2;(6.22)

Фактическая максимальная скорость вращения платформы:

(6.23)

Фактические значения времени разгона и торможения:

t_p = ω_п/ε_р = 0,74/0,302 = 2,45 с; (6.24)

t_т = ω_п/ε_т = 0,74/0,402 = 1,86 с. (6.25)

Фактическое время поворота:

t_п = t_р + t_т + t_вв = 2,45 + 1,86 + 0,4 = 4,71 с. (6.26)

Общие затраты энергии:

А_о = N_п·t_п = 7,7∙10³∙4,71 = 36,3 кДж. (6.27)

Полезные затраты:

А_пол = (Iω_п²)/2 + М_сφ_о ≈ (Iω_п²)/2 = (81∙0,74²)/2 = 22,2 кН^.м. (6.28)

ЛИТЕРАТУРА

1. Беркман И. Л. Одноковшовые строительные экскаваторы. -М., 1986.

2. Щемелев А. М. Проектирование гидропривода машин для земляных работ. - Могилёв, 1995.

3. Проектирование машин для земляных работ, под ред. А. М. Холодова.- Харьков, 1986.

4. Смоляницкий Э.А., Перлов А.С., Королёв А. В. Рабочее оборудование одноковшовых полноповоротных гидравлических экскаваторов. Обзор. -М.; ЦНИИТЭСтроймаш, 1971.