Коэффициент полезного действия и основы теплового расчета гидроударного устройства Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Ilya K. Poteryaev (Omsk, Russian Federation) - Candidate of Engineering Sciences, Ass. Professor, Department of Operation and service of transport-technological machines and systems in construction, Siberian State Automobile and Highway Academy (644080, Russian Federation, Omsk, Mira, 5, e-mail: poteryaev_ik@mail.ru).

Grigoriy G. Buriy (Omsk, Russian Federation) - Candidate of Engineering Sciences, Ass.

Professor, Department of Operation and repair of automobiles, Siberian State Automobile and Highway Academy (644080, Russian Federation, Omsk, Mira, 5, e-mail: buryy1989@bk.ru).

Aleksandr S. Beloded (Omsk, Russian Federation) - Magistrant, Department of Operation and service of transport-technological machines and systems in construction, Siberian State Automobile and Highway Academy (644080, Russian Federation, Omsk, Mira, 5, e-mail: sashabelod-ed123@gmail.com).

Ill III II III III II III III III II III III III II III III II III III III II III III II III III III II III III II III III III II III III II III III III II III MM

УДК 621.22.011

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ И ОСНОВЫ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ГИДРОУДАРНОГОУСТРОЙСТВА

И.А.Семенова ФГБОУ ВО «СибАДИ», Россия, г. Омск

Аннотация. В данной статье представлены результаты работы поисследованию иопре-делению коэффициента полезного действия гидроударного устройства, применяемого в качестве сменного рабочегооргана экскаваторов. Предложены зависимости для определения коэффициента полезного действия гидроударного устройства, а также формулы для определения количества теплоты, выделенного и отведенного при работе гидроударного устройства. В статье приведенызависимости основных параметров гидроударных устройств в зависимости от свойств разрабатываемого грунта и параметров базовой машины.

Ключевые слова: гидроударноеустройство, коэффициент полезно го действия,двигатель, экскаватор.

ВВЕДЕНИЕ

Гидоударные рабочие органы предназначены для разрушения мерзлых и прочных грунтов. Много работ посвящено определению конструктивных и энергетических параметров гидроударников [1,3,4,5,6,8].

Вопросы, посвященные определению КПД гидроударного устройства практическинера с-сматривались.

ВОПРОСЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КПД ГИДРОУДАРНОГО УСТРОЙСТВА И ЕГО ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА.

Как уже было неоднократно сказано, применение гидроударного оборудования расширяет номенклатуру рабочегооборудования экскаватора [1,2,3].

В настоящее время в связи с большими

темпами строительства необходимо эффективно использовать ресурсы.

Гидроударное (гидроимпульсное) устройство — это гидравлический двигатель (гидромашина) с возвратно - поступательным движением рабочего органа (бойка).

КПД гидроударного раб очегооргана может определяться как отноше ние полезной мощности на выходе, кпотребляемой мощности на входе в гидродвигатель (в нашем случае гидроударник) [7]:

П

N.

N „

(1)

Полезная мощность гидроударного устройства определяется по формуле как средняя мощность за промежуток времени:

N =■

bW1 + ЬЬЛЛ/"^ + W3

bt

(2)

где АА1 - энергия, затрачиваемая на разрушение грунта гидроударным устройством (Дж), АА, - энергия, затрачиваемая гидропневмоак-кумулятором, (Дж), А\Л/3 - энергия единичного удара, (Дж), - время удара (с).

Энергия, затрачиваемая на разрушение грунта, зависит от объема разрушенной зоны и о пределяется по формуле:

(3)

bWj = Vpia(8)d8

е 1

отсюда Me)de = -tfs 0 2

где Vp - объем разрушенной зоны грунта (м3), а- динамическое напряжение, возникающее в грунте (МПа), е - относительнаядеформация грунта (МПа).

Энергия, затрачиваемая на разрушение грунта, таюке будет зависеть отконструктив-ных и энергетических возможностей гидроударного устройства, которое в свою очередь может Зыть выполнено гззравлическим, гидропневматическим, механическим, пневматическим [ 1,2].

Энергия, затрачиваемаяпневмоаккуумуля-тором гидропневматического ударного устрой-ст вазависит от его п afíгэI\У€этfíoв и записывается следующим образом [65]:

bW2 =

Prvr ЕГ ) = Tnorb

п -1 ЕП Лраз (4)

где - рг - давление зарядки пневмоаккумуля-тора, (МПа), vr- об-ем пневмоаккумулятора, (м3), п - показатель политропы, Ег- модуль упругости, (МПа), Тпог-по^оняая энергия уда-ра,1э - ширина ударника, праз- КПД разгона гидроударного устройства.

Энергия единичного удара определяетсяиз формулы:

bW3 = mV2 / 2

(5)

Время удара или время рабочего цикла гидроударного устройства из формулы 2 определяется по формуле:

л SL

bt = — Q

(6)

где S - рабочая площадь гидроударного устройства,(м2 ), Р - а/лина рабочего хода, (м), О - расход рабочей жидкости гидроуд гарного устройства(м3/с).

Мощность ра вхаде в гидроударное устройство будет определятьса. как и у любой гидромашины полезной мощностью насоса базовой машины [7]:

NBX = bpQ

(7)

где Ар - ном инальное давление гидронасоса базовой машины , (Mna),Q=qn- действительная подача насоса базоьоймашины,(м3Лс).

Тепловой расчет гидроударного устройства не обходимдля о=ределения температур pan бочей жидкости, объема бака, выяснения необходимости применения cпeциaльтыxanплo-обменныхустройств [5].

Из уравнениятеплового баланса:

Q выд Q с

(8)

где - Ывыд - количество выделенного тепла, (кВт), Ы - количество отведенного тепла,

(кВт). °ТВ

Количество отводимого теплаопределяет-ся поформуле [5]:

выд

bpQ

rl н

(1 -Лгм )квкд

(9)

где - пн- полный КПД насоса, кв- коэффициент продолжительности работы гидроударного устройства, кд- коэффициент использования номинального давления базовой машины (экскаватора).

Гидромеханический КПД гидропривода гидроударного устройства определяется по формуле

Лгм ЛгмнЛгмгуЛг

(10)

где пгмн - гидромеханический КПД насоса, Пгмгу- гидромеханический КПД гидроударного устройства, пг - гидравлический КПД.

На рис. 1 и рис. 2 изображены зависимости основных параметров базовой машины в зависимости от свойств разрабатываемого грунта.

Рис. 1. График зависимости параметров насоса базовой машины в зависимости от полезной мощности гидроударного устройства

Рис. 2. Гоафик зависимости скорости движения жидкости в гидролинии в зависимости от подачи насоса

На рис. 3 и 4 изображены зависимости основных параметров гидроударного устройства в зависимости от свойств разрабатываемого грунта.

ВЫВОД

Таким образом, коэффициент полезного действия гидроударного устройства будет зависеть от многих факторов таких как параметры гидроударного устройства, параметры разрабатываемого грунта, параметры базовой машины. Все они во взаимосвязи влияют на коэффициент полезного действия гидроударного устройства.

Рис. 3. Гоафик зависимости параметров гидроударника (масса, скорость удара) от свойств разрушаемого грунтов (7 категория грунта)

Рис. 4. Гоафик зависимости погонной энергии удара Т, (Дж) от числа ударов плотномера С (7 категория грунта)

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Галдин, Н.С. Рабочее оборудование ударного действия для уплотнения грунта трамбованием [Электронный ресурс]: монография / Н. С. Галдин ; СибАДИ, кафедра ПТТМиГ. - Электрон. дан. - Омск: СибАДИ, 2016. - 1 эл. опт. диск (DVD-ROM). - ISBN 9785-93204-934-1.

2 . Галдин, Н.С. Ковши активного действия для экскаваторов: учебное пособие / Н.С. Галдин, Е.А. Бедрина ; СибАДИ. - Омск: СибАДИ, 2003. - 52 с.

3. Бедрина, Е.А. Обоснование основных параметров гидроударников для ковшей активного действия : дис. ... канд. техн. наук: 05.05.04 : защищена 20.11.2002 : утв. 14.03.2003 / Бедрина Елена Анатольевна; науч. рук. проф. Н.С. Галдин ; СибАДИ. - Омск, 2002.-212 с.

4. Семенова, И.А. Ковш гидравлического экскаватора с дополнительным гидроударным оборудованием / И.А. Семенова // Техника и технологии строительства. - Омск. - 2016. -№ 2. - С.12.

5. Галдин, Н.С. Гидравлические машины, объемный гидропривод : учебное пособие /

Н.С. Галдин. - Омск : СибАДИ, 2014.- 272 с.

6. Галдин, Н.С. Многоцелевые гидроударные рабочие органы дорожно-строительных машин: монография / Н.С. Галдин; СибАДИ. -Омск: СибАДИ, 2005. - 223 стр.

7. Гидравлика и гидропневмопривод: учебник / Ю. А. Беленков, А. В. Лепешкин, А. А. Михайлин. - М. : Бастет, 2013. - 406 е.: ил. - (Высшее профессиональное образование - бакалавриат, магистратура и специали-тет). - Библиогр.: с. 401.

8. Галдин Н.С. Разработка грунтов (уплотнение, разрушение) гидроударными рабочими органами дорожно-строительных машин: монография / Н.С. Галдин.- Омск, СибАДИ, 2001. - 54 с. - Деп. в ВИНИТИ 14.09.2001, №1966-В2001.

EFFICIENCY AND BASES OF CALCULATION OF HEAT HYDROPERCUSSION DEVICES

Annotation. This article presents the results of research and the definition of efficiency of hydraulic device used as a replacement of the working body of the excavator. Dependences for determining efficiency of hydraulic devices, as well as formulas for determining the amount of heat isolated and retracted during operation of hydraulic devices. The article shows the dependence of the main parameters of hydraulic hammers devices depending on the properties and parameters of the developed soil base machine.

Keywords: hydropercussion device efficiency, engine, excavator.

REFERENCES

1. Galdin NS Tools and machinery percussion for compacting soil compaction [Text: Electronic resource]: monograph / NS Galdin; SibADI, Department PTTMiG. - Electron. Dan. - Omsk: SibADI, 2016. - 104 p.: Il, pl.. 1 + e. wholesale. drive (DVD-ROM). - Bibliogr.: p. 102-104. -ISBN 978-5-93204-934-1 2. Galdin NS, buckets for excavators active action: Textbook / NS Galdin, EA Bedrina; SibADI. - Omsk: SibADI, 2003. - 52 p. 3. EA Bedrina Justification of the main parameters for buckets hammers active steps: a thesis ... cand. tehn. Sciences: 05.05.04: 20.11.2002 protected: approved. 14.03.2003 / EA Bedrina; scientific. hands. prof. NS Galdin; CibADI.- Omsk, 2002.-212 with.

4. Semenov IA Bucket hydraulic excavator with optional equipment of hydraulic / IA Semenova // Engineering and construction technology. - Omsk. - 2016. - №2. - C.12. 5. Galdin NS Hydraulic machines, volumetric hydraulic drive: a manual / NS Galdin; C-Badi. - Omsk: SibADI, 2014.- 272 p. 6. Galdin NS Multi-purpose working bodies

of hydraulic road - building machines: mono-graphy / NS Galdin; SibADI. - Omsk: CibADI, 2005. - 223 p. 7. Hydraulic and Hydro-pneumatic [Text]: a textbook / YA Belenkov AV Lepeshkin AA Mihailin. - M.: Bastet, 2013. - 406 p. : Ill. -(Higher education - undergraduate, graduate and specialty). - Bibliogr.: p. 401. 8. Galdin NS Development of soils (compaction, destruction) of hydraulic working bodies to goad-building machines: monograph / NS Galdin; SibADI-Omsk, CibADI, 2001. - 54 p. - Dep. VINITI 14.09.2001, number 1966 V2001.

Семенова Ирина Анатольевна (Россия, г. Омск) - доцент кафедры Подъемно-транспортные, тяговые машины и гидропривод ФГБОУ ВО СибАДИ (644080 Россия, г. Омск, пр. Мира 5)

Semenova Irina Anatoi'yevna (Rossiya, g. Omsk) - dotsent kafedry Pod»yemno-transportnyye, tyagovyye mashiny i gidroprivod Siberian State Automobiie and Highway Academy (644080 Rossiya, g. Omsk, pr. Mira 5) «статья публикуется впервые»