Типовой расчет гидравлического привода проходческого комбайна

• Введение
• 1. Основная часть
• 1.1 Обзор автоматизированных гидроприводов буровой техники
• 1.2 Обоснование схемы гидропривода
• 1.3 Выбор рабочей жидкости гидропривода
• 2. Расчетная часть
• 2.1 Схема гидропривода
• 2.2 Выбор рабочей жидкости
• 2.3 Выбор модели гидродвигателя
• 2.4 Определение расхода жидкости
• 2.5 Выбор гидравлической аппаратуры
• 2.6 Расчет гидравлической сети
• 2.7 Определение рабочего режима насоса привода
• 2.8 Выбор двигателя и расчет его характеристик
• 2.9 Расчет объема масляного бака
• 2.10 Тепловой расчет гидросистемы
• 3. Безопасность жизнедеятельности
• 3.1 Организационно-правовые основы охраны труда
• 3.2 План мероприятий по улучшению условий и охране труда
• 3.3 Требования безопасности при работе с гидравлическим оборудованием
• 3.4 Требования к гидравлическом оборудованию
• Заключение
• Список использованной литературы:
• Введение
• Эффективность работы горно-добывающей промышленности, являющейся основной сырьевой и энергетической базой для всех отраслей народного хозяйства, определяется техническим уровнем средств механизации и автоматизации технологических процессов добычи. В условиях рыночных экономических отношений, основными требованиями для горно-шахтного оборудования становятся: повышение эффективности и безопасности эксплуатации, снижение металлоемкости машины и энергоемкости разрушения горной массы, уменьшение экологической вредности горных работ.
• Основными способами проведения подготовительных выработок являются буровзрывной и комбайновый. Уровень механизации основных технологических операций по проведению подготовительных выработок (разрушение горного массива и погрузка горной массы) на шахтах России составляет 80 — 85%.
• Основными технологическими операциями при комбайновом способе прохождения горных выработок являются:

1. Отделение от массива разрушаемых пород и полезного ископаемого.

2. Удаление отделенной массы из забоя и её погрузка на транспортные средства выработки (конвейер или в вагонетки).

3. Подготовка поверхности выработки к возведению крепи, её установка, затяжка и забутовка пустот за крепью.

4. Вспомогательные операции по обеспечению функционирования забоя (проведение водосточной канавки; наращивание транспортных средств выработки (конвейеров и рельсового пути); наращивание вентиляционной трубы, водного и воздушного ставов и др.).

Из четырех вышеперечисленных технологических операций уровень механизации и трудозатраты первых трех в значительной степени определяются конструкцией и структурой проходческого комбайна. Эти же технологические операции также в значительной степени определяют темпы проходки и затраты на прохождение выработок.

Способность комбайна обеспечить совмещение этих операций во времени позволяет значительно сократить длительность рабочего цикла прохождения выработки, а возможность прохождения выработок с высоким качеством боковых поверхностей и почвы — значительно повысить эффективность его работы за счет снижения объема разрушаемой массы и значительного сокращения объема забутовки. Весьма существенное влияние на эффективность работы комбайна в целом оказывает тип исполнительного органа.

Поэтому в настоящей работе основной упор при расчете проходческих комбайнов был сделан на эффективность исполнительного органа.

Анализируя существующие конструкции комбайнов, следует сказать, что уровень механизации процессов отделения пород от массива и удаления отделенной массы из забоя обеспечивается этими комбайнами на высоком уровне и с достаточно высокой производительностью.

1. Основная часть

1.1 Обзор автоматизированных гидроприводов буровой техники

Широкое использование насосных гидроприводов в конструкциях буровой техники определяется совокупностью их технико-экономических преимуществ перед другими типами приводов:

* возможностью получения больших усилий и мощностей при ограниченных размерах гидродвигателей;

* широким диапазоном бесступенчатого регулирования скорости выходного звена в сочетании с хорошей плавностью движения;

* преобразованием движения без использования дополнительных передаточных механизмов;

* возможностью работы в динамических режимах при частых включениях, остановках и реверсах движения;

* защитой гидросистемы от перегрузок;

* возможностью реализации автоматического управления;

* сравнительно небольшими габаритами и материалоемкостью при высоком коэффициенте полезного действия и долговечности.

В то же время насосные гидроприводы имеют и недостатки, ограничивающие их применение:

* невозможность передачи энергии на значительные расстояния вследствие больших потерь на преодоление гидравлических сопротивлений и чрезмерного падения коэффициента полезного действия;

* наличие утечек рабочей жидкости из гидросистемы;

* чувствительность характеристик к изменению температуры окружающей среды;

* изменение характеристик привода с течением времени из-за необратимых изменений свойств рабочей жидкости;

* необходимость применения фильтров тонкой очистки для обеспечения надежности гидропривода, что повышает его стоимость и усложняет техническое обслуживание;

* высокая трудоемкость изготовления узлов гидропривода.

При качественном проектировании, изготовлении и эксплуатации гидроприводов проявление отмеченных недостатков может быть сведено к минимуму. Это достигается благодаря значительному личному опыту конструктора, а также опыту проектирования и эксплуатации гидроприводов машин аналогичного назначения с близкими технико-экономическими характеристиками. Отсутствие опыта такого рода (это особенно характерно для студентов вузов и начинающих конструкторов) затрудняет создание гидроприводов с максимально высокими показателями качества.

В тяжелых машинах типа проходческих комплексах, грейферах, установщиков мачт и колони, а также в самоходных агрегатах, таких как автопогрузчики, автомобили-самосвалы и специальные транспортировщики весьма тяжелых грузов (станков, домов и др.), применяются гидравлические приводы различных схем и устройств.

В отличие от гидроприводов металлорежущих станков приводы этих машин имеют ряд особенностей, вызванных условиями их работы и эксплуатации:

— возможными низкими температурами окружающей среды (- 40 — (-50)°С);

— высокими значениями рабочего давления (100 — 300 кГ/см2 и более) и необходимостью учета, в ряде случаев, сжимаемости жидкости в приводе;

— широким диапазоном изменения угловых скоростей от очень медленных, в несколько угловых минут в минуту, до очень высоких, доходящих до десятков градусов в минуту;

— необходимостью обеспечить с помощью гидропривода жесткую фиксацию любого промежуточного угла бурения или положения движущегося агрегата, а также синхронизацию движения исполнительных элементов;

— необходимостью иметь предохранительные блокировочные и страховочные устройства от перегрузок, аварийных разрывов (обрывов) трубопроводов, недопустимо больших рабочих ходов и т. п.;

— большими нагрузками на исполнительный элемент привода, которому приходиться преодолевать нагрузку до нескольких десятков и даже сотен тонн.

1.2 Обоснование схемы гидропривода

Схема на рис. 1 предназначена для приведения в действие двух одноступенчатых гидроцилиндров 2 механизма осевого перемещения бура бурового станка проходческого комбайна .

Насос 1 постоянной производительности приводится во вращение от двигателя проходческого комбайна, через коробку отбора мощности. Управление работой привода осуществляется с помощью золотника 3 .

Предохранение системы от ненормального повышения давления обеспечивается с помощью предохранительного клапана с серводействием, который конструктивно выполнен в общем корпусе с распределителем. Клапан регулируется на давление 130 кГ/см2.

Гидропривод имеет дроссельное регулирование, осуществляемое с помощью регулятора расхода 4 (при прямом ходе). Регулятор 4 представляет собой дроссель с регулятором типа Г55−2 и включен в ответвление от напорной магистрали. Гидропанель состоит из дросселя с регулятором и обратного клапана, которые включены в напорную магистраль параллельно.

Управление регулятором 4 осуществляется с помощью педали.

В исходном состоянии системы распределитель находится в средней позиции, а регулятор расхода 4 полностью открыт под действием пружины.

1.3 Выбор рабочей жидкости гидропривода

Рабочая жидкость, используемая в гидравлических приводах тяжелых проходческих машин и самоходных агрегатов, должна обладать следующими свойствами:

— химическая нейтральность к металлам и неметаллам, т. е. жидкость не должна вызывать коррозии механизмов, трубопроводов и их соединений и разрушать уплотнения при длительном нахождении ее в гидроприводе;

— малое изменение вязкости в большом диапазоне температур (от —60° до +90° С) и рабочих давлений (до 350 кПсм2). Жидкость должна иметь хорошую текучесть при низких температурах окружающей среды, чтобы не вызывать излишне больших гидравлических потерь в магистралях и быть достаточно вязкой при высоких температурах во избежание больших утечек через зазоры, щели и уплотнения, снижающих к. п. д. привода;

— достаточная морозостойкость, т. е. незамерзание при сильном морозе (—60° С) и отсутствие необходимости длительного дополнительного подогрева жидкости перед работой механизмов гидропривода;

— хорошие смазывающие свойства и сохранение их при высоких перепадах рабочего давления и продолжительном его действии, что содействует уменьшению износа трущихся деталей гидропривода;

— огнестойкость (негорючесть), т. е. высокая температура вспышки и взрывобезопасность в пожарном отношении;

— отсутствие механических примесей, засоряющих механизмы, не поглощение большого количества воздуха и отсутствие мыло-образующих жиров, с тем чтобы при работе не создавались воздушные подушки и сильное пенообразование;

— высокая температура кипения и парообразования с целью исключения появления толчков в гидроприводе при высоких температурах;

— нетоксичность жидкости, ее паров и продуктов окисления, а также отсутствие неприятного запаха;

— дешевизна и доступность в производстве;

— длительное сохранение физико-химических свойств при хранении и эксплуатации.

В качестве рабочей жидкости в гидравлических приводах применяются: минеральные масла в чистом виде; смеси масел с глицерином, керосином и спиртом в различной концентрации; эмульсин масел с водой и специальные жидкости, основанные на кремнийорганических соединениях 130].

В гидравлических приводах тяжелых машин и агрегатов находят применение минеральные масла высокой очистки: гидравлические масла АГМ (ТУ МНП 457—53), АМГ-10 (ГОСТ 6794—53) и ГМ-50 (ВТУ 49- 59) и машинные минеральные масла — индустриальное масло 20 (ГОСТ 1707—51), веретенное масло АУ (ГОСТ 1642—50) и трансформаторное масло (ГОСТ 982−56).

В ряде случаев применяется гидротормозная нефтяная жидкость—масло ГТН (ГОСТ 8621−57) и кремниевополимерная жидкость МХП (ВТУ МХП 2416- 54).

Физические свойства жидкостей характеризуются: плотностью, вязкостью, сжимаемостью, растворимостью в ней воздуха и пенообразованием, объемным расширением и смазывающими качествами.

Пенообразование рабочей жидкости с выделением пузырьков воздуха появляется при понижении давления в какой-либо точке гидросистемы или при засасывании воздуха в систему через негерметические стыки.

Попадание воды в масло (в количестве даже менее 0,1%) способствует вспениванию. Сжимаемость вспененной жидкости резко увеличивается, плотность ее падает; интенсивность окисления вспененных масел повышается, а смазывающие свойства их ухудшаются. Все это ведет к нарушению плавности движения и возникновению шума в гидроприводе. В насосах появляются гидравлические удары, их объемный к. п. д. падает.

Пенообразование рабочей жидкости в гидравлических следящих системах понижает устойчивость их работы. Минеральные масла обладают повышенным пенообразованием по сравнению со спирто-глицериновыми смесями и растительными маслами. Чем выше вязкость масла, тем больше его вспениваемость. Для уменьшения пенообразования и снижения стойкости пены применяется антипенная присадка ПМС-200А.

Смазывающие свойства жидкости, т. е. ее способность образовывать прочную пленку между трущимися поверхностями и снижать коэффициент трения, а следовательно, и износ трущихся деталей, определяются величиной нагрузки, разрушающей масляную пленку при сравнительных механических испытаниях жидкостей. Минеральные масла обладают лучшими смазывающими свойствами, а полисилоксановые жидкости — худшими. Для увеличения вязкости и смазывающих свойств жидкости применяется специальная присадка — полиизобутилен, а для замедления процесса окисления, выделения смол и разложения масел — трибутилфосфат.

Смолы, выделяемые из масел (особенно индустриальных), осаждаются на поверхностях трубопроводов, золотников, дросселей и другой гидроаппаратуры" загрязняют ее, уменьшают проходные сечения, затрудняют взаимное перемещение регулирующих деталей и увеличивают их износ.

При выборе рабочей жидкости основное внимание следует обращать на соответствие ее вязкости требуемой эксплуатационной температуре, а также давлению в гидроприводе.

Важно выбрать для данного гидропривода жидкость с оптимальной вязкостью, ибо завышение вязкости ведет к увеличению потери давления и повышенному нагреву системы. Снижение вязкости приводит к увеличению утечек жидкости и перетечек ее (из полости повышенного давления в полость пониженного давления), а также затрудняет герметизацию стыков и подвижных уплотнении. При давлениях до 70 кПсм2 рекомендуемая вязкость рабочей жидкости (при температуре 50' С) составляет 20—36 ест, а при давлениях 70—200 кПсм2 60—110 ест.

При эксплуатации жидкости в гидроприводах подъемно-транспортных машин следует придерживаться следующих правил:

— предохранять жидкость от загрязнения пылью, стружкой, ветошью и другими механическими примесями, для чего строго следить за чистотой заправочного инвентаря и резервуаров, фильтровать жидкость перед заливкой в гидросистему, не заливать остатки и осадок со дна тары, не смешивать в одной таре свежую и бывшую в употреблении жидкости; уплотнять или надежно прикрывать резервуары, маслосборники и другие полости, содержащие жидкость;

— очищать от грязи и окалины трубопроводы и арматуру при монтаже и промывать их рабочей жидкостью;

— предохранять жидкость в резервуаре гидросистемы от смешивания с водой, эмульсией и другими технологическими жидкостями. Утечки из гидросистемы, смешивающиеся с посторонними жидкостями, в резервуар не возвращать;

— периодически проверять вязкость жидкости при одной и той же температуре и при изменении вязкости более чем на 20—25% жидкость заменять;

— менять рабочую жидкость в установленные сроки.

Основная функция рабочей жидкости в гидроприводе — быть энергоносителем, устанавливающим связь между насосом и гидродвигателем. Кроме того, она обеспечивает охлаждение пар трения и отвод от них тепла и продуктов износа, а также смазку подвижных частей элементов гидроаппаратуры и предохранения их от коррозии.

Рабочие жидкости, применяемые в гидроприводах, подразделяют на четыре типа: нефтяные (минеральные масла), синтетические, водополимерные и эмульсионные.

Нефтяные жидкости — продукт переработки нефти. Они являются смесью различных индивидуальных углеводородов, для улучшения свойств которых дополнительно вводятся присадки-ингибиторы. Наиболее распространены следующие виды присадок: противоизносные и антифрикционные — соответственно для уменьшения износа и снижения коэффициента трения; противоокислительные — для повышения устойчивости жидкости к действию кислорода воздуха и удлинения сроков ее замены; антикоррозионные — для устранения коррозии внутренних поверхностей гидроустройств и гидролиний; депрессоры — для понижения температуры застывания и улучшения вязкостно-температурных свойств.

Основу синтетических жидкостей составляют продукты химических реакций (диэфиры, силоксаны, фосфаты и др.). Как правило, они негорючи, стойки к окислению, имеют низкую температуру застывания, обладают стабильностью вязкостно-температурных характеристик в широком диапазоне температур. Однако каждая из синтетических жидкостей имеет тот или иной индивидуальный недостаток, например высокую текучесть, токсичность, плохую смазывающую способность, несовместимость с резиновыми уплотнениями и др.

Водополимерные жидкости — водные растворы различных полимеров (глицерин, полиэтиленгликоль и др.), содержащие до 55% воды.

Эмульсионные рабочие жидкости разделяются на водомасляные и масловодяные. Водомасляные жидкости — эмульсии типа «масло в воде», представляющие собой механические смеси воды и нефтяных жидкостей (не более 20%). Их применяют в гидроприводах, работающих в пожарнои взрывоопасных условиях, а также при необходимости использования больших количеств рабочей жидкости. Недостатком водомасляных эмульсий является плохая смазывающая способность и малый диапазон рабочих температур (от +5 до +55 °С).

Масловодяные жидкости — эмульсии типа «вода в масле», представляющие механическую смесь нефтяной жидкости и воды (до 40%).

Пригодные для использования в гидросистемах рабочие жидкости должны обладать:

* хорошими смазывающими свойствами;

* минимальной зависимостью вязкости от температуры в возможном диапазоне рабочих температур эксплуатации гидропривода;

* нейтральностью к применяемым материалам, в частности к резиновым уплотнениям;

* высокой механической стойкостью, устойчивостью к окислению и длительным срокам службы;

* высокими объемным модулем упругости, коэффициентами теплопроводности и удельной теплоемкости, малым коэффициентом теплового расширения;

* низкой стоимостью и доступностью.

Комплекс перечисленных требований очень широк, поэтому подобрать рабочую жидкость, которая бы наилучшим образом удовлетворяла им всем одновременно, практически невозможно. В наибольшей степени этим требованиям соответствуют нефтяные и синтетические жидкости на кремнийорганической основе (силиконовые). Выбор конкретной марки рабочей жидкости проектируемого гидропривода определяется диапазоном рабочих температур при эксплуатации, давлением в гидросистеме, скоростями движения выходных звеньев гидродвигателей, применяемыми конструкционными материалами и материалами уплотнений, особенностями эксплуатации.

2. Расчетная часть

Гидропривод — это совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель.

Гидропривод представляет собой своего рода «гидравлическую вставку» между приводным электродвигателем и нагрузкой (машиной и механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ременная передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.). Основное назначение гидропривода, как и механической передачи, — преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.).

Приводным двигателем насоса могут быть электродвигатель, дизель и другие, поэтому иногда гидропривод называется соответственно электронасосный, дизельнасосный и т. д.

При правильном выборе гидросхем и конструировании гидроузлов некоторые из перечисленных недостатков гидропривода можно устранить или значительно уменьшить их влияние на работу машин. Тогда преимущества гидропривода перед обычными механическими передачами становятся столь существенными, что в большинстве случаев предпочтение отдается именно ему.

В данной главе нашей работы мы произведем расчеты всей гидросистемы.

2.1 Схема гидропривода

Как говорилось выше функциональную схему (см. рис.2.)гидропривода выбираем в соответствии с проектиремым оборудованием:

гидропривод состоит из насоса, двух последовательно подключенных к нему гидромоторов и гидромагистрали диной 10 метров;

скорость вращения гидромоторов должна плавно регулироваться в пределах 2060 об/мин.;

совместный максимальный крутящий момент на валах гидромоторов М=10 кНм;

необходимо обеспечить фиксацию вала гидромотора в момент остановки;

предусмотреть реверсирование гидромоторов и разгрузку насосов.

Для предотвращения обратного движения жидкости при отключенном насосе или для пропуска ее только в одном направлении предусмотрим обратный клапан, для разгрузки насоса — предохранительный клапан, для фильтрации, поступающей в насос жидкости, — фильтр дисковый жидкой смазки, для распределения потока жидкости — золотник реверсивный с электро-гидравлическим управлением.

Открытая циркуляция позволяет лучше очищать и охлаждать рабочую жидкость за счет ее отстоя в баке.

Вычислим выходную мощность на валах гидромоторов:

NГ=Mn/30 (1.1)

где М — крутящий момент, кНм;

n — частота вращения вала, об/мин

NГ=103,1420/30=20,93 кВт.

Так как выходная мощность на гидромоторе превышает 3 кВт, то необходимо применить объемный метод регулирования.

Рис. 2 Функциональная схема гидропривода

2.2 Выбор рабочей жидкости

В качестве рабочей жидкости выберем масло индустриальное марки И-20А (ГОСТ 20 799−75), оно имеет следующие характеристики: вязкость при 50С (1723)10−6 м2/с, температура застывания -30С, температура вспышки 170С, пределы рабочих температур 090С, плотность =881 901 кг/м3.

2.3 Выбор модели гидродвигателя

По крутящему моменту М и числу оборотов n выбираем серийный гидромотор ВГД-630. Он имеет следующие параметры: номинальный крутящий момент 7,1 кНм, номинальное давление 10 МПа, число оборотов в минуту 370, рабочий объем 4,8 дм3/об, объемный коэффициент полезного действия (КПД) — о=0,97, гидравлический КПД — г=0,97, механический КПД — м=0,97.

=огм (2.1)

где — общий КПД

=0,970,970,97=0,91

Определим перепад давления:

Pд=(2Mо)/(qд) (2.2)

где qд — рабочий объем гидромотора, м3/об

Pд=(23,1 450 000,97)/(4,810−30,91)=6,97 МПа.

2.4 Определение расхода жидкости

Расход рабочей жидкости гидромотора находится согласно выражениям:

QM max=(qдnmax)/о, (2.3)

QM min=(qдnmin)/о, (2.4)

где QM max и QM max — соответственно максимальный и минимальный расход жидкости, м3/с;

nmax и nmin — соответственно максимальная и минимальная частота вращения вала гидромотора, об/с

QM max=(4,810−31)/0,99=4,810−3 м3/с,

QM min=(4,810−31)/30,99=1,610−3 м3/с.

2.5 Выбор гидравлической аппаратуры

гидравлический привод проходческий комбайн

Исходя из задачи выбираем:

золотник реверсивный с электро-гидравлическим управлением Г63−17А (номинальный расход 6,66 дм3/с, номинальное давление 20 МПа, давление управления 0,82 МПа, потеря давления при номинальном расходе не более 0,3 МПа);

клапан предохранительный с переливным золотником БГ52−17А (номинальный расход масла 6,6 дм3/с, наименьший рекомендуемый расход 0,66 дм3/с, перепад давления на клапане при изменении расхода от наибольшего рекомендуемого на всем диапазоне давлений не более 0,5 МПа);

обратный клапан ПГ51−27 (номинальный расход масла 9,33 дм3/с, номинальное давление 0,320 МПа, потеря давления при номинальном расходе не более 0,2 МПа);

фильтр дисковый жидкой смазки ФДЖ-80 (наименьший размер задерживаемых частиц 0,18 мм, пропускная способность 3,46,3 дм3/с, наибольший перепад давления 0,051 МПа, наибольшее рабочее давление 0,4 МПа, фильтрующая поверхность патрона 330 см², вес 168 кг).

2.6 Расчет гидравлической сети

Потери давления делятся на два вида: потери давленая по длине, возникающие преимущественно на прямолинейных участках гидролиний в обусловленные действием сил гидравлического трения, и потери на местных сопротивлениях, причиной которых является деформация потока жидкости при прохождении через аппараты, устройства и соединительную арматуру. Потери давления зависят, при прочих равных условиях, от режимов движения жидкости, а также от размеров и шероховатости внутренних поверхностей трубопроводов. Наибольшее влияние на величину потерь давления оказывает скорость течения жидкости.

Максимальную скорость течения жидкости в гидролиниях ограничивают величиной 10−15 м/с. Превышение указанных пределов приводит к существенному увеличению потерь давления и может вызвать образование местных зон пониженного давления (кавитации). Необоснованное занижение скорости течения жидкости приводит к увеличению диаметров трубопроводов и, следовательно, в увеличения массы и габаритов всего привода.

При типовых расчетах рекомендуется скорость масла выбирать в следующих пределах: для всасывающих гидролиний, по который масло. движется к насосу VM = 0,5−1,5 м/с;

для нагнетательных (напорных) гидролиний, соединяющих насос с гидродвигателем в зависимости от рабочего давления при р?2,5 МПа скорость VM ?3 м/с.

для сливных гидролиний, по которым отработанная жидкость возвращается в бак VM =1−2 м/с.

Исходя из этих величин, определяются внутренние диаметры трубопроводов по формуле:

d=(4Qmax/Vэкс)½ (2.5)

dвсас=(44,810−3/3,141,5)½=0,06 м;

dслив=(44,810−3/3,142)½=0,055 м;

dнагн=(44,810−3/3,145)½=0,034 м.

Округляем полученные значения до стандартных: dвсас=56 мм, dслив=56 мм, dнагн=34 мм.

Определяем скорость движения жидкости:

V=4Qmax/d2 (2.6)

Vвсас=44,810−3/(3,140,0562)=1,9 м/с,

Vслив=44,810−3/(3,140,0562)=1,9 м/с,

Vнагн=44,810−3/(3,140,0342)=5,3 м/с.

Потери давления по длине трубопроводов составляют:

Pl=glV210−6/(d2g), МПа, (2.7)

где g — ускорение силы тяжести;

— коэффициент Дарси;

l — длина соответствующей трубы, м (lвсас=2 м, lслив=4 м, lнагн=4 м);

d — диаметр соответствующей трубы.

Коэффициент Дарси зависит от режима движения жидкости, который в свою очередь характеризуется числом Рейнольдса Re:

Re=(Vd)/, (2.8)

где — кинематическая вязкость жидкости, м2/с

Reвсас=1,90,056/210−5=5320;

Reслив=1,90,056/210−5=5320;

Reнагн=5,30,034/210−5=9010.

Если Re>2320, то необходимо определить значение нижнего предельного числа Рейнольдса:

Reпр. н.=10d/Э, (2.9)

где Э — эквивалентная шероховатость внутренней поверхности трубы (для стальных бесшовных труб Э=0,0010,002 мм)

Reпр. н. всас=100,056/210−6=280 000;

Reпр. н. слив=100,056/210−6=280 000;

Reпр. н. нагн=100,034/210−6=170 000.

Если 2320

=0,3164/Re0,25 (2.10)

всас=0,3164/2 800 000,25=0,014;

слив=0,3164/2 800 000,25=0,014;

нагн=0,3164/1 700 000,25=0,016.

Таким образом потери по длине составят:

Plвсас=9009,810,1 421,9210−6/0,5 629,81=8,110−4 МПа;

Plслив=9009,810,1 441,9210−6/0,5 629,81=16,210−4 МПа;

Plнагн=9009,810,1 645,3210−6/0,3 429,81=237,910−4 МПа.

Потери давления на местные сопротивления определяются по формуле:

PM=Pном (Qmax/Qном)2, (2.11)

где Pном — номинальная потеря давления, указанная в технической характеристике гидроустройства при номинальном расходе Qном, МПа.

Потери давления в золотнике:

PMзол=0,3(4,810−3/6,6610−3)2=0,156 МПа.

Потери давления в предохранительном клапане:

PMп.к.=0,5(4,810−3/6,610−3)2=0,264 МПа.

Потери давления в обратном клапане:

PMо.к.=0,2(4,810−3/9,3310−3)2=0,053 МПа.

Потери давления в фильтре:

PMф=0,5(4,810−3/6,310−3)2=0,29 МПа.

Таблица 2.1

Потери давления в гидросистеме

Сопротивление системы определяем по формуле:

a=PW/Q2max (2.12)

a=0,78 922/(4,810−3)2=34 254,34 МПас2/м6.

Общее давление в гидросети, необходимое для работы гидропривода, описывается уравнением:

Pc=zPд+aQ2, (2.13)

где z — число последовательно соединенных одинаковых и одновременно работающих гидродвигателей

Pc=13,94+34 254,34Q2. (2.14)

Задаваясь значениями расхода Q, по уравнению (2.14) строится напорная характеристика гидросети Pc=f (Q).

Максимальное давление в гидросистеме определяется:

Pmax=13,94+aQ2max=13,94+0,79=14,73 МПа.(2.15)

Суммарные потери при движении жидкости по участку гидросистемы складываются из потерь давления по длине гидролинии и потерь на местных сопротивлениях:

(2.16)

и определяются отдельно для всасывающей, напорной и сливной линий проектируемой гидросистемы.

— для всасывающей гидролинии

— для нагнетательной гидролинии

— для сливной гидролинии

Опыт проектирования показывает, что в общем, объеме потери на местных сопротивлениях являются преобладающими. Это объясняется стремлением к наибольшей компактности гидроприводов и вследствие этого широким использованием аппаратуры стыкового исполнения и модульного монтажа, не требующих протяженных соединительных гидролиний.

2.7 Определение рабочего режима насоса привода

В системах с дроссельным способом регулирования скорости двигателей производительность насоса, а следовательно, и мощность, потребляемая им, постоянны. Характерным для этого способа является превышение производительности насоса над максимально необходимым расходом масла через гидродвигатель. При таком условии избыточная часть жидкости отводится от насоса через предохранительный клапан в бак. Минимальная величина расхода Qкл жидкости через клапан принимается в пределах (5−8)•10−5 м/с.

По максимальному давлению в гидросистеме и максимальной подаче выбираем насос НПМ-400 (максимальная подача при максимальном давлении и номинальном числе оборотов 6,6 дм3/с, минимальный рекомендуемый расход при номинальном давлении 1,66 дм3/с, номинальное давление 20 МПа, номинальное число оборотов в секунду 16, потребляемая мощность 182 кВт) и строим его напорную характеристику (рис. 3.). Точка пересечения напорных характеристик соответствует работе насоса на заданную гидросистему, то есть Qр=0,0048 м3/с, Рр=14,73 МПа.

Рис. 3 Напорные характеристики насоса и гидроцилиндра

2.8 Выбор двигателя и расчет его характеристик

Двигатель для продолжительного режима работы следует выбирать по номинальному режиму, определяемому подачей насоса при максимальном давлении нагнетания насоса, что соответствует элементу «Рабочая подача» цикла.

Рассчитываем мощность на валу насоса:

Nв=(РрQр)/, (2.15)

где Nв — мощность на валу насоса, Вт;

Рр — развиваемое давление, Па;

Qр — производимость насоса, м3/с;

— общий КПД насоса

Nв=(14,731 060,005)/0,8=92 кВт.

По вычисленному значению Nэ выбираем ближайший больший по мощности стандартный электродвигатель марки А02−91−8. у которого мощность N=11кВт и частота вращения n=1500 об/мин. При этом номинальная частота вращения вала электродвигателя должна соответствовать номинальной частоте вращения ротора выбранного насоса.

Работа рассматриваемой принципиальной гидросхемы на различных переходах цикла может быть описана следующими уравнениями гидравлических цепей Исходное положение «стоп»: Б-Ф1-Н-КП-Б Рабочая подача: Б-Ф1-Н-М-Р1(I)-КД-Ц-Р1(I)-Ф2-Б Реверс: Р1(I)> Р1(II)

Рабочая подача: Б-Ф1-Н-М-Р1(II)-Ц-КД-Р1(I)-Ф2-Б Реверс: Р1(II)> Р1(I)

Расчет КПД гидропривода общ=Nд/Nв, (2.16)

где Nд — выходная мощность гидродвигателя;

общ — общий КПД гидропривода.

Nд=(2РдQд)/д. (2.17)

Подставив формулу (2.17.) в (2.16.), получим:

общ=(2РдQд)/(дN) (2.18)

общ=(26,974,8)/(0,9192)=0,8.

2.9 Расчет объема масляного бака

Ограничение нагрева масла в гидроприводе может быть достигнуто: рациональным построением гидросхем машин, предусматривающим выбор насосов минимально необходимой производительности с обеспечением их разгрузки на бак при перерывах в работе гидропривода; выбором достаточных объемов масла в гидробаках; введением принудительного охлаждения гидробаков с помощью теплообменников.

С некоторыми допущениями считают, что полученная маслом теплота отдается в окружающую среду через поверхности масляного бака, тогда необходимая площадь поверхности бака определяется по формуле:

Wб=2Qр, (2.19)

где Wб — ориентировочный объем масляного бака

Wб=20,0026=0,0052 м³.

Для улучшения теплопередачи рекомендуется выполнять наружные стенки бака с ребрами, значительно увеличивающими площадь F.

Необходимый для поддержания устойчивого теплового баланса объем V масла в баке определяется по формуле :

(2.20)

где k=6,9- коэффициент, зависящий от отношения сторон гидробака.

При проектировании гидроприводов рекомендуется объем V масла в баке ориентировочно определять из условия обеспечения 2−3-минутного расхода насоса по формуле:

Принимаем объем бака V=17,4 л.

2.10 Тепловой расчет гидросистемы

Количество тепла, полученное гидросистемой в единицу времени, соответствует потерянной в гидроприводе мощности и может быть определено по формуле:

Q=(1-общ)NвКп, (2.20)

где Кп — коэффициент продолжительности работы под нагрузкой

Q=(1−0,8)920,7=12,88 кДж/с.

Суммарная площадь тепловой поверхности:

S=0,14Wб2/3, (2.21)

где S — суммарная площадь теплоизлучающих поверхностей гидропривода, м2

S=0,140,0522/3=0,139 м².

Максимальная температура жидкости, которая достигается через 1 час после начала эксплуатации гидропривода и не зависит от времени, определяется по формуле:

tж=tmax+Q/(KS), (2.22)

где tж — максимальная температура жидкости, С;

tmax — максимальная температура окружающего воздуха, С;

К — коэффициент теплоотдачи поверхности гидроагрегатов, кДж/м2сград

tж=20+13=33С.

Так как установившаяся температура не превышает 70С, то для охлаждения рабочей жидкости достаточно теплоотдачи с теплоизлучающих поверхностей гидропривода.

3. Безопасность жизнедеятельности

3.1 Организационно-правовые основы охраны труда

Основной структурой, выполняющей организацию охраны труда на предприятие, является отдел охраны труда. Согласно типовому положению, отдел охраны труда является самостоятельным структурным подразделением и подчиняется непосредственно руководителю предприятия и главному инженеру. На отдел возлагается ответственность за подготовку и организацию работы на предприятие по созданию здоровых и безопасных условий труда работающих, по предупреждению несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний. Кроме отдела по охране труда за создание здоровых и безопасных условий труда несут ответственность руководители всех структурных подразделений.

В качестве основного элемента и метода предупреждения травматизма сред рабочих является система инструктажей. По характеру и времени проведения инструктажи бывают:

1. Вводный инструктаж Проводится для всех работников, поступающих на работу на предприятие. Проводит инженер по охране труда в кабинете по охране труда в виде лекции или беседы. Освещаются вопросы: специфика работ на предприятии, режим работы, расположение производственных участков, порядок движения по территории, нормы выдачи спецодежды, спецпитания, электробезопасность, пожарная безопасность, приемы оказания первой медицинской помощи.

О проведении инструктажа делают запись в журнале регистрации вводного инструктажа (контрольном листе) с обязательными подписями инструктирующего и инструктируемого.

2. Первичный инструктаж на рабочем месте Проводит непосредственный руководитель работ, к которому поступает работник.

Освещаются вопросы: безопасные приемы труда на оборудовании на данном месте, правила пользования спецодеждой, инструментом, проходами, сигнализацией.

После проведения первичного инструктажа заполняется вторая часть контрольного листа и журнал. Контрольный лист сдается в отдел кадров (в личное дело работника).

3. Повторный инструктаж Проводится один раз в 6 месяцев, для работников, работающих на участках с повышенной опасностью — раз в 3 месяца.

Освещаются вопросы вводного инструктажа и инструктажа на рабочем месте. Его проводят с целью закрепления знаний безопасных приемов и методов труда.

4. Дополнительный инструктаж Проводят в объеме первичного инструктажа на рабочем месте при изменении правил по охране труда, технологического процесса, при вводе в эксплуатацию нового оборудования, при несчастных случаях, при изменении места работы.

5. Целевой инструктаж Проводится для работников перед выполнением работ с повышенной опасностью, допуск к которым оформляется нарядом-допуском.

Этот инструктаж фиксируют в наряде-допуске на производство работ и в журнале регистрации инструктажа на рабочем месте.

На предприятии постоянно осуществляется административно-общественный контроль за состоянием охраны труда. Контроль проводится в пять этапов:

1) Первая ступень Ежедневно перед работой мастер, старший мастер, механик или бригадир совместно с общественным инспектором по охране труда обходят все рабочие места. Проверяют подведомственные участки. Замеченные недостатки устраняются.

2) Вторая ступень Еженедельно начальником цеха, начальником гаража, колонны или отряда, главным механиком совместно с представителем профкома. Проверяют состояние охраны труда в цехе, гараже, мастерских. Выявленные недостатки устраняются.

3) Третья ступень Ежемесячно комиссия в составе руководителя или главного инженера предприятия, председателя профсоюзного комитета, инженера по охране труда, главного механика, проверяет предприятие. Замеченные недостатки устраняются или записываются в журнал, где указывают недостатки, ответственного за исполнение и срок исполнения.

4) Четвертая ступень Выполняется два раза в год руководством генерального директора объединения, председателя профсоюзного комитета комиссией, в состав которой входят все члены комиссии при третьей ступени контроля. Проверяется все предприятие.

5) Пятая ступень Проводится ежегодно в порядке внутриведомственного контроля при проведении ревизий или других проверок комиссией из министерства, представителями пожарного надзора, техническим инспектором профсоюзов, представителем Гостехнадзора.

3.2 План мероприятий по улучшению условий и охране труда

Для того чтобы улучшить условия труда и снизить травматизм на предприятии разрабатывается план мероприятий. В плане предусматривается закупка нового технологического оборудования, закупка оборудования в кабинет медицинского контроля, оборудование комнаты отдыха водителей.

В разработке данного плана участвуют главные специалисты хозяйства. В хозяйстве все рабочие регулярно проходят медицинский осмотр.

Физические факторы являются основными опасными и вредными производственными факторами. Они приводят к профессиональным заболеваниям. В хозяйстве разрабатывается целый ряд мероприятий для снижения этих факторов.

На предприятии строго соблюдаются правила техники безопасности. На рабочих местах развешаны соответствующие инструкции по эксплуатации оборудования. В специально отведенных местах имеются ящики с песком и огнетушители.

Спецодеждой обеспечиваются все работники фирмы. За спецодеждой ведется строгий учет и по мере износа ее заменяют.

В настоящее время принят план по улучшению условий труда, в котором предусмотрено переоснащение ряда помещений, а так же закупка нового оборудования.

3.3 Требования безопасности при работе с гидравлическим оборудованием

1.1. Гидравлическое оборудование проходческих комбайнов должно отвечать требованиям стандартов и технических условий на гидроаппаратуру.

1.2. Предохранительные гидроклапаны, гидроаккумуляторы, гидроцилиндры, гидромоторы и насосы, а также рукава и трубопроводы должны иметь паспорт или сертификат, подтверждающие качество их изготовления.

1.3. Гидравлическое оборудование должно быть спроектировано и изготовлено так, чтобы при соблюдении условий эксплуатации не могла возникнуть опасность несчастного случая при:

1) повреждении гидравлического оборудования;

2) разрыве трубопроводов, рукавов или повреждении их соединений;

3) перерыве в снабжении электроэнергией.

При этом соответствующие приводные механизмы должны самостоятельно останавливаться даже тогда, когда элементы управления не приведены в нулевое положение, или должны продолжать контролируемое движение.

1.4. Соединения трубопроводов, в том числе рукавов, а также места присоединения приборов должны быть герметичными.

1.5. Должна быть предусмотрена возможность удобного и безопасного заполнения гидросистемы рабочей жидкостью, ее слива, а в случае необходимости — возможность удаления воздуха из гидросистемы.

1.6. Фильтрование рабочей жидкости должно быть непрерывным. Степень фильтрации должна устанавливаться с учетом требований, записанных в технической документации на гидравлическое оборудование.

1.7. Температура рабочей жидкости не должна в процессе эксплуатации превышать нижнего и верхнего предельных значений, допустимых как для гидравлического оборудования, так и для самой жидкости.

1.8. Каждый гидравлический контур следует предохранять от недопустимого давления предохранительным клапаном, отрегулированным на опасные пиковые давления. Отрегулированные гидроклапаны должны быть опломбированы.

1.9. Основные характеристики гидравлического оборудования должны быть выбраны так, чтобы при работе не возникали перегрузки несущих элементов конструкции крана.

1.10. В местах, где необходимо контролировать давление в гидросистеме, должны быть предусмотрены присоединительные элементы, необходимые для контрольных измерений.

1.11. Система управления должна обеспечивать плавное, без рывков, разгон и торможение механизмов.

1.12. При выключенном гидравлическом оборудовании механизмы должны работать четко.

3.4 Требования к гидравлическом оборудованию

2.1. Между насосом и предохранительным гидроклапаном не допускается устанавливать запорную арматуру, препятствующую работе предохранительного клапана.

2.2. Степень загрязнения основных гидравлических фильтров должна быть контролируемой без их разборки.

2.3. В гидробаке должны быть указаны максимальный и минимальный уровни рабочей жидкости и обеспечен простой и безопасный контроль уровня рабочей жидкости.

2.4. В случае применения на комплексе нескольких баков для жидкостей, эти баки должны иметь различную маркировку.

2.5. Трубопроводы, в том числе рукава гидросистемы должны быть рассчитаны на прочность с коэффициентом запаса прочности:

2.6. Напорные трубопроводы гидросистемы должны быть испытаны гидравлическим давлением, равным 1,5-кратному значению номинального рабочего давления, при этом должна быть обеспечена герметичность системы.

2.7. Гибкие рукава должны быть размещены так, чтобы исключалась возможность их механического повреждения в результате соприкасания с конструкциями.

2.8. Гибкие рукава, находящиеся в непосредственной близости от рабочего места оператора, должны иметь предохранительный кожух или экран.

2.9. Трубопроводы гидросистемы должны быть надежно закреплены, предохранены от опасных колебаний и повреждений, а также от нарушения герметичности их соединений.

2.10. Удлинение напорных трубопроводов сваркой не допускается. В случае необходимости сварки (например у соединений с приварным шаровидным ниппелем) участок трубопровода со сварным швом должен быть равнопрочным участку трубопровода без шва и должна быть обеспечена возможность очистки шва внутри трубопровода.

2.11. На участке трубопровода между предохранительным устройством и рабочим гидроцилиндром допускается вваривать элементы гидравлического оборудования (например: соединения конус-шар и т. д.).

2.12. На установках, гидравлическое оборудование которых включает в себя гидроакумулятор, на видном месте, должна быть нанесена надпись: «Осторожно, гидроаккумулятор! Перед разборкой системы гидроаккумулятора отключить или снять давление» или соответствующий символ.

2.13. Гидроаккумулятор должен быть установлен в гидросистеме таким образом, чтобы были обеспечены:

защита от превышения в нем давления при зарядке с помощью предохранительного клапана;

изменение давления в гидроаккумуляторе;

опорожнение гидроаккумулятора;

отключение гидроаккумулятора от гидросистемы.

2.14. При нарушении герметичности газовой полости гидрогазового аккумулятора на пульт управления краном должен подаваться акустический или световой сигнал.

2.15. При возвратном движении штока он не должен вносить загрязнение в рабочее пространство гидроцилиндра.

2.16. В гидроаппаратах управления должна быть исключена возможность непреднамеренного включения рычагов и рукояток управления.

2.17. Органы управления, не включенные постоянно, после прекращения воздействия на них должны возвращаться в исходное положение и вызывать отключение или остановку управляемых с их помощью механизмов крана.

Усилия на органах управления не должны превышать значений, указанных в таблице

2.18. Органы управления гидравлическим оборудованием должны быть отделены от органов управления механизмами их передвижения.

2.19. Гидроаппараты и органы управления должны быть выполнены так, чтобы направление движения органов управления по возможности соответствовало направлению вызываемых ими движений.

2.20. При прекращении подачи энергии установки или ее центральных приводных агрегатов все включенные гидравлические приводные механизмы должны самостоятельно останавливаться в том случае, когда управляющие элементы не находятся в нулевом положении.

При возобновлении подачи энергии должна быть исключена возможность самостоятельного пуска приводов с электрическим управлением, а у приводов с другими видами управления — непреднамеренный пуск.

При прекращении подачи энергии должно быть возможным опускание груза, а также опускание или втягивание стрелы до положения, в котором кран находится в безопасности даже при воздействии ветра.

Должна быть также предусмотрена возможность опускания груза, если это необходимо в технологических целях.

2.21. Если надежная эксплуатация требует систематического контроля состояния гидравлического оборудования, то на месте управления следует установить сигнальные устройства, информирующие о давлении, температуре и т. д.

С помощью сигнальных лампочек или другим способом следует сигнализировать состояние безопасности, гидравлических устройств приводных механизмов, действие которых оператор непосредственно не ощущает.

2.22. Сигнальные и контрольные приборы должны быть отделены от аналогичных приборов контроля механизмов их передвижения.

2.23. Устройства безопасности против разрыва трубопроводов следует присоединять непосредственно на цилиндре или на гидромоторе. В случае невозможности выполнения этого требования, трубопровод между устройством безопасности и гидроцилиндром или гидромотором должен быть из стали с коэффициентом запаса прочности

Если возможно повреждение устройства безопасности и соединительных трубопроводов между гидроцилиндром и устройствами безопасности, то устройства безопасности должны быть встроены в цилиндр или гидромотор.

2.24. Для рабочих гидроцилиндров, которые должны обеспечивать неизменное состояние, необходимо предусмотреть установку обратного управляемого клапана, исключающего непреднамеренное перемещение.

Заключение

В данной курсовой работе выполняется типовой расчет гидравлического привода проходческого комбайна.

Структурно-компоновочные схемы существующих проходческих комбайнов не обеспечивают возможности дальнейшего качественного повышения их технического уровня по причине низкого качества выработок, получаемых при проходке, больших трудозатрат на возведение крепи, недостаточной устойчивости и значительного числа циклов знакопеременного нагружения, конструкцией исполнительного органа.

Одними из основных требований к проходческому комбайну, обеспечивающими возможность качественного повышения их технического уровня, являются: повышение качества работы исполнительных, возможность механизации и расширение области применения гидроцилиндров.

Разработанная гидравлическая схема обеспечивает возможность выполнения вышеуказанных требований и позволяет существенно повысить его технический уровень, исключения или уменьшения объема работ по забутовке, более высокого уровня механизации процесса возведения крепи и возможности совмещения этого процесса с основными технологическими операциями рабочего цикла.

1. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В3-х т. 5-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1978. Т. 3. 557 с.

2. Гидравлические приводы технологического оборудования машиностроительных производств. Методические указания к расчетно-графической курсовой работе. Симанин Н. А. -Пенз. политехн. ин-т, 1992.

3. Свешников В. К., Усов А. А. Станочные гидроприводы: Справочник.- М.: Машиностроение, 1988.-512 с.

4. Симанин Н. А. Основы расчета и проектирования станочных гидроприводов и систем цикловой гидроавтоматики: Учеб. Пособие. -Пенз. политехн. ин-т, 1992.-88с.

5. Гейер В. Г., Дулин В. С., Заря А. Н. Гидравлика и гидропривод. — М.: Недра, 1991. — 331 с.

6. Двинин А. А., Безус А. А., Двинина И. С., Кудрявцева Н. А. Методические указания к курсовой работе по гидроприводу для студентов очной и заочной форм обучения специальности 17.02 (МОП): часть 1. — Тюмень: ТюмГНГУ, 1999. — 32 с.

7. Двинин А. А., Двинина И. С., Кудрявцева Н. А. Методические указания и задания к курсовой работе по гидроприводу для студентов заочного обучения (специальности 0508 и 0511): часть 2. — Тюмень: Ротапринт ТюмИИ, 1983. — 80 с.