ЗАДАНИЕ 2-2-3 (Условия заданий на курсовую работу по курсу МЖГ (Гидравлика))

29

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

по курсу МЖГ

ВАРИАНТ 2-2-3

ТЕМА

Гидравлический расчет гидропривода

хода агрегата сбора полезных

ископаемых

Известно, что на дне морского океана сосредоточена основная масса полезных ископаемых из всех, разведанных на земном шаре. Как показывают исследования, полезные ископаемые во многих случаях размещены на поверхности дна океана в виде мелких конкреций.

Во всем мире ведется интенсивная работа по созданию технологии добычи полезных ископаемых со дна океана. Разработкой таких технологий занимаются и у нас в России.

В основу технологии добычи заложена, как правило, следующая принципиальная схема. К разведанному заранее геологами месту сосредоточения полезных ископаемых с помощью надводного корабля доставляется специальный глубоководный агрегат сбора полезных ископаемых (АСПИ). Здесь он опускается на дно и с его помощью и осуществляется собственно сбор полезных ископаемых и их доставка по специальному пульпопроводу на борт базового надводного корабля. Необходимая для работы систем АСПИ электроэнергия по специальному кабелю подается с борта надводного корабля. Управление его работой осуществляется оператором, находящимся также на корабле.

АСПИ, как правило, состоит из несущей самоходной платформы на которой расположены собственно механизм сбора полезных ископаемых и все системы обеспечения приводов хода и механизма сбора, а также системы визуализации окружающей обстановки и исполнительные системы управления и контроля.

Механизм сбора принципиально может быть решен аналогично механизмам, применяемым на снегоуборочных машинах: либо на базе конструкции загребающих лап, либо роторного колеса, либо вертикально расположенного колеса с закрепленными на нем ковшами и т. п.

Ходовая часть представляет из себя несущую платформу на гусеничном или колесном ходе (аналогично тракторам). В дальнейшем будем рассматривать гусеничный вариант. Дело в том, что поверхность дна океана в месте сбора полезных ископаемых может включать сильно заиленные участки, песок или твердые грунты. Для обеспечения высокой проходимости наиболее целесообразным представляется гусеничный ход. Учитывая большие лобовое сопротивление движению АСПИ со стороны окружающей воды и сопротивление со стороны грунта, предпочтение отдается гидравлическому приводу хода. Преимущество гидравлического привода перед всеми иными типами приводов определяется тем обстоятельством, что он обеспечивает наиболее высокое отношение выходной мощности на единицу своего веса.

Одна из возможных принципиальных конструктивных схем АСПИ приведена на рис.1.

Рис. 1

Сбор полезных ископаемых на участке их залегания осуществляется при движении АСПИ по траектории типа “змейки” (см. рис. 2). Следовательно, привод хода должен обеспечивать прямолинейное движение АСПИ, возможность объезда препятствий на участке прямолинейного движения, разворот в конце прямолинейного участка движения.

Рис. 2

Темой курсовой работы является гидравлический расчет системы привода хода АСПИ.

Принципиальная гидравлическая схема привода хода приведена на рис.3. Гусеничные шестерни левого и правого бортов приводятся во вращение с помощью гидромоторов поз.1.

Рис.3

Гидромотор преобразует механическую энергию, заключенную в рабочей жидкости, в механическую энергию на его выходном вале, на котором и закреплена гусеничная шестерня. Учитывая относительно малую скорость перемещения АСПИ и большое сопротивление его движению, в рассматриваемом приводе хода применен реверсивный (т.е. обеспечивающий вращение выходного вала в обоих направлениях) радиально - поршневой гидромотор. В основу конструкции этого типа гидромоторов заложено радиальное, относительно оси вращения выходного вала, расположение поршней. Это решение позволяет получить такую компоновку гидромотора в целом, которая наиболее удобна для применения в ходовых частях самодвижущихся машин. Чертеж общего вида гидромотора и описание его работы даны в приложении 1.

Механическая энергия, необходимая для работы гидромотора, придается рабочей жидкости насосом поз. 2. Насос обеспечивает передачу механической энергии, полученной от электродвигателя поз. 3, рабочей жидкости. В рассматриваемом приводе хода АСПИ, применен насос аксиально-поршневого типа с наклонным блоком цилиндров. У этого типа насосов рабочие поршни расположены параллельно оси вращения блока цилиндров. При этом сам блок цилиндров расположен под некоторым углом относительно оси приводного вала насоса. Насосы такого типа обладают высоким к.п.д., надежностью, достаточно высоким ресурсом безотказной работы, относительно дешевы и позволяют создавать в гидроприводе высокие давления рабочей жидкости. Общий вид конструкции насоса и описание принципа его работы даны в приложении 2.

Примечание: более подробно с конструкциями объемных гидромашин можно ознакомиться по учебнику- Т.М.Башта, С.С.Руднев и др. “Гидравлика, гидромашины и гидроприводы” М, Машиностроение, 1982г.

Механическая энергия, приданная жидкости насосом, транспортируется ею по трубопроводу к гидромоторам. В трубопроводе АСПИ в качестве труб применены гибкие резинометаллические рукава. Такая конструкция труб обеспечивает свободное перемещение одного их конца относительно другого. Выбор этого типа труб предопределен тем соображением, что в целях повышения проходимости АСПИ гусеницы левого и правого бортов, а вместе с ними и жестко прикрепленные к гусеничным шестерням гидромоторы, могут свободно, в определенных пределах, перемещаться как относительно друг друга, так и относительно несущей платформы, на которой расположен насос. Конструкция гибких резинометаллических рукавов и ее описание приведены в приложении 3.

Электродвигатель, преобразующий электрическую энергию в механическую, соединен с валом насоса с помощью упругой муфты поз. 4. Рабочая жидкость всасывается насосом из маслобака поз. 5 и затем, проходя по контуру гидросистемы привода хода, вновь поступает в него с выхода гидромоторов.

Прямолинейность движения АСПИ будет обеспечиваться при условии равенства скоростей движения левой и правой гусениц. Это условие будет выполнено при одинаковых угловых скоростях вращения приводных шестерен, и, следовательно, при одинаковой угловой скорости вращения валов гидромоторов. Угловая скорость вращения вала гидромотора (_гм 1/c) определяется количеством жидкости, подводимой к его входу в единицу времени (т.е. объемным расходом Q_гм м³/с). Связь между угловой скоростью вращения вала гидромотора и объемным расходом (в дальнейшем - расходом) определяется соотношением:

_гм = Q_гм _о2/V_o ( 1 )

где  _о - объемный к.п.д. гидромотора, который определяется наличием утечек жидкости через зазоры;

V_o - рабочий объем гидромотора (м³), т.е. объем жидкости необходимый для совершения валом гидромотора одного оборота при условии отсутствия утечек.

Следовательно, для обеспечения одинаковости угловых скоростей валов гидромоторов необходимо к каждому из них подавать одинаковый расход жидкости. Учитывая то обстоятельство, что в процессе движения сопротивление движению каждой из гусениц может быть различно (например из-за неровностей профиля дна или из-за того, что одна гусеница движется по илу, а другая по твердому грунту) угловая скорость вала гидромотора, для обеспечения прямолинейности движения АСПИ, должна оставаться неизменной вне зависимости от момента на вале гидромотора (при этом предполагается, что проскальзование гусениц относительно грунта отсутствует).

Величина момента на вале гидромотора, необходимая для обеспечения движения АСПИ, определяет величину необходимого перепада давления рабочей жидкости на гидромоторе (р_гм Па), т.е. величину разности давлений на входе (р_{вх гм}) и выходе из него (р_{вых гм}):

р_гм = р_{вх гм} - р_{вых гм} ( 2 )

Связь между моментом, развиваемым на вале гидромотора,

(М_гм Нм ) и перепадом давления на гидромоторе определяется соотношением:

M_гм = V_o p_гм _м / 2 ( 3 )

где _м - механический к.п.д. гидромотора, определяемый потерями на трение в механизме гидромотора.

Величина давления на выходе из гидромотора (р_{вых. гм.} ) определяется сопротивлением движению жидкости по трубопроводу, соединяющему выход гидромотора с маслобаком.

Учитывая, что гидромоторы левого и правого бортов питаются от одного насоса, в трубопроводе, подводящем жидкость к тому или иному гидромотору, должно быть предусмотрено устройство, обеспечивающее подвод только того расхода жидкости, который необходим для обеспечения заданной угловой скорости вращения вала гидромотора. При этом величина подводимого расхода не должна зависеть от давления на входе в гидромотор (р_{вх. гм}).

Устройство, обеспечивающее постоянство расхода вне зависимости от величины давления на его входе и выходе, называется регулятором расхода (РР). Два регулятора расхода предусмотрены в принципиальной гидравлической схеме привода хода АСПИ (поз. 6).

По требованиям технологии процесса сбора полезных ископаемых гидропривод АСПИ должен обеспечивать две скорости перемещения (транспортную - при движении к месту сбора полезных ископаемых и рабочую - во время собственно процесса сбора). Следовательно, конструкция регулятора расхода должна обеспечивать изменение величины расхода, подводимого на вход в гидромотор, по команде оператора с борта надводного корабля.

В приложении 4 приведена одна из возможных принципиальных конструктивных схем регулятора расхода, рабочий чертеж его общего вида и описание работы.

Разница между расходом, подаваемым насосом в гидросистему привода хода АСПИ (Q_н), и расходом, потребляемым обоими гидромоторами (Q_{гм. лев} + Q_{гм. прав.}), сливается в маслобак через специальное устройство, называемое переливным клапаном (ПК) (поз. 7).

Т.е.: Q_пк = Q_н - (Q_{гм. лев.} + Q_{гм. прав.}) ( 4 )

где Q_пк - расход жидкости проходящий через переливной клапан и поступающий затем в маслобак.

При этом переливной клапан должен поддерживать давление на своем входе (р_пк), определяемое следующим соотношением:

р_пк = р_{вх.гм.мах.} + р_п ( 5 )

где: р_п - потери давления в гидросистеме на пути движения жидкости от ПК до входа в гидромотор,

р_{вх. гм. мах.} - давление, необходимое для обеспечения максимального потребного момента на вале гидромотора.

Т. к. по технологии работ скорость движения АСПИ может изменяться, следовательно, будет меняться и расход, перепускаемый ПК, его конструкция должна обеспечивать поддержание постоянного давления на своем входе вне зависимости от величины перепускаемого расхода жидкости. В приложении 5 приведена принципиальная конструктивная схема, рабочий чертеж и описание работы ПК.

Разворот АСПИ в конце обрабатываемого поля или объезд препятствий при движении по прямолинейному участку могут быть осуществлены тремя способами:

1. Обе гусеницы движутся в одном направлении но с разными скоростями - осуществляется разворот по большому радиусу. Такой разворот можно обеспечить за счет разности расходов рабочей жидкости, подводимой к левому и правому гидромоторам (т.е. за счет переключения режимов работы РР);

2. Одна гусеница заторможена, а вторая продолжает двигаться - разворот по малому радиусу вокруг заторможенной гусеницы. Такой разворот обеспечивается путем запирания входного и выходного каналов подвода рабочей жидкости к гидромотору.

3. Одна гусеница движется в одном направлении, другая точно с такой же скоростью, но в обратном направлении - разворот АСПИ на месте вокруг его вертикальной оси. Для реализации такого способа разворота один гидромотор должен вращаться в одну сторону, а другой, с той же угловой скоростью что и первый, в другую.

Следовательно в схеме гидропривода должны быть предусмотрены гидроаппараты, которые изменяют направление движения потоков рабочей жидкости в нескольких гидролиниях согласно внешнему управляющему сигналу (поз 8). Такие гидроаппараты называются гидрораспределителями. В рассматриваемой схеме привода хода применены гидрораспределители золотникового типа с электромагнитным управлением. Принципиальная конструктивная схема, рабочий чертеж общего вида и описание работы такого гидрораспределителя даны в приложении 6.

Для очистки рабочей жидкости от продуктов износа при работе гидропривода предусмотрен фильтр (поз. 9). Описание его конструкции и принципа действия даны в приложении 7.

При работе АСПИ на больших глубинах на него действует большое давление со стороны окружающей воды. Поэтому, те элементы конструкции АСПИ, которые имеют внутренние изолированные от окружающей среды полости, должны быть спроектированы таким образом, чтобы сохранить свою работоспособность в условиях высокого внешнего давления. Эту задачу можно решить либо за счет увеличения прочностных свойств этих элементов или за счет применения специальных защитных кожухов, или обеспечивая специальными конструктивными мероприятиями автоматическое выравнивание давления во внутренних полостях с давлением окружающей воды. Первые два способа имеют тот недостаток, что приводят к значительному увеличению веса АСПИ, а, следовательно, к снижению его эффективности или вообще невозможности передвигаться. Третий способ представляется более эффективным и по отношению к защите гидропривода решается довольно просто с помощью применения гидрокомпенсатора (поз. 10). Гидрокомпенсатор представляет из себя сосуд, внутренняя полость которого изолирована от окружающей воды и геометрический объем которой может изменяться в зависимости от внешнего давления. Внутренняя полость сосуда заполнена рабочей жидкостью и соединена трубопроводом с маслобаком гидропривода. Маслобак и полости всех остальных элементов гидросистемы полностью заполнены рабочей жидкостью. Тогда, по мере погружения АСПИ и, следовательно, по мере возрастания давления окружающей воды объем внутренней полости гидрокомпенсатора будет уменьшаться, что в свою очередь будет приводить к выдавливанию из него рабочей жидкости в маслобак и из него в другие внутренние полости гидропривода. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока внутреннее и внешнее давления не выравниваются и не прекратиться изменение внутреннего объема гидрокомпенсатора. Один из возможных вариантов принципиальной конструктивной схемы гидрокомпенсатора дан на рис. 4.

Исходные данные для гидравлического расчета

гидропривода хода АСПИ

1. Максимальная глубина погружения АСПИ - 6000 м;

2. Минимальная температура воды - + 4⁰ С;