CC BY
33
УДК 621.879
В.С.Шестаков
К ВОПРОСУ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИВОДА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЭКСКАВАТОРА
НМ1 Ход ^ "Ч й Й0
Поворот
Гидравлические экскаваторы позволяют решать задачи снижения металлоемкости горных машин, повышения производительности труда, но. как показали исследования, проведенные лабораторией горных машин УЗТМ, полностью гидрофицированные экскаваторы с традиционным приводом насосы-гидродвигатели затрачивают больше энергии на экскавацию горной массы по сравнению с канатными. Одной из основных причин, приводящих к этому, является то, что гидропривод, в отличие от электропривода, не обеспечивает рекуперацию энергии при торможении поворотной платформы и опускании рабочего оборудования. Торможение платформы и рабочего оборудования происходит при дросселировании рабочей жидкости, при этом осуществляется переход кинетической и потенциальной энергий в тепловую и рассеивание последней, что приводит к увеличению энергозатрат. Поэтому совершенствование гидроприводов экскаваторов является весьма важной и актуальной задачей и одним из направлений ее решения предлагается применять схемы гидроприводов с гидропневмоаккумуляторами.
На кафедре горных машин Уральской государственной горно-геологической академии совместно с ОАО «Уралмаш» проводятся работы по совершенствованию схем гидроприводов с гидропневмоаккумуляторами и создаются методики расчета их параметров.
Одна из наиболее перспективных схем привода показана на рисунке* (показана только часть схемы без гидроцилиндров рабочего оборудования).
Привод работает следующим образом. При разгоне платформы распределитель РЗ переключается в верхнее положение, Р4 - в верхнее или нижнее (в зависимости от направления поворота). Жидкость из заряженного аккумулятора АК через эти распределители будет подаваться к гидромотору поворота НМ, и начнется разгон платформы, сливается жидкость от НМ в сливную линию через Р4, РЗ. После разгона платформы до заданной скорости система управления обеспечивает переключение РЗ в нижнее положение, при этом аккумулятор отключится, а насос Н2 будет подавать жидкость через Р2, РЗ и Р4 к гидромотору НМ, а от него будет подаваться далее гидроци-
Принципиальная схема гидропривода: Н1, Н2 - основные насосы; НЗ - подпиточный насос; АК - гидроаккумулятор; НМ - насос-
мотор привода поворота, Р1-Р4 -гидрораспределители; К01-К05 - обратные мапаюг КП1-КПЗ - переливные клапаны
линдрам рабочего оборудования. Перевод на режим установившейся скорости может быть выполнен при любой скорости. Для обеспечения поворота платформы гидромотору НМ потребует ся сравнительно небольшой перепад давлений, поэтому развиваемого насосом Н2 давления будет достаточно для совершения поворота платформы и перемещения рабочего оборудования гидроцилиндрами, которые подключаются последовательно к гидромотору поворота
*А.с. 811 1331971 А1. Гидравлический привод землеройной машины/Свердл. горн, ун-т им. В В Вахрушсва и ПО «Уралмаш»; Авт. изобрет Л.С.Скобелев. Л.П.Прахов. В.С.Шестаков-Опубл. в Б.И., 1987. N 31; Е 02 ¥ 9/22. " 155
При торможении платформы распределитель РЗ остается в нижнем положении, Р4 переключается в среднее, гидромотор поворота НМ переходит в насосный режим, потребляет жидкость через обратный клапан КОЗ (К04) и подает ее через KOI (К02) в аккумулятор АК, заряжая его. При этом на платформу будет действовать тормозной момент и платформа постепенно остановится. При торможении платформы за счет потерь на трение в аккумулятор поступит меньший объем жидкости, чем расходуется при разгоне. Недостающий объем жидкости восполняется подпиточным насосом НЗ, который работает в течение всего времени цикла, поэтому его производительность и мощность будут сравнительно небольшими.
Таким образом, представленная схема обеспечивает:
запасание энергии в аккумуляторе при торможении платформы и использование ее для разгона платформы;
регулирование установившейся скорости поворота;
использование для установившегося движения имеющегося насоса практически без ухудшения работы гидроцилиндров рабочего оборудования.
Перемещение экскаватора обеспечивается гидромоторами НМ1, НМ2, управляемыми распределителями PI, Р2.
Методика расчета параметров механизма поворота
Исходные данные:
Jr , J„ - момент инерции поворотной части экскаватора с груженым ковшом и порожним ковшом, соответственно, кг м2; фо - заданный угол поворота платформы, рад; Ст - ускорение торможения платформы, 1/с2;
со„ - скорость установившегося движения платформы, 1/с; Мс - момент сопротивления повороту, Н м; г|м - КПД механизма поворота; tnp - длительность погрузочно-разгрузочных операций; пг - число гидромоторов в механизме; Р^ , Р,™ - максимальное и минимальное давление в аккумуляторе, соответственно; Рсл - давление в сливной гидролинии; I, - передаточное число открытой зубчатой передачи.
Задаваясь из справочника параметрами гидромоторов и насосов, такими, как частота вращения ог, номинальное давление Рг, КПД гидромотора механический и объемный rj^ определяют все остальные.
Требуемый рабочий объем гидромотора, м3/об:
По найденному значению из справочников выбирается гидромотор с рабочим объемов Чы, а по нему определяется требуемое передаточное отношение редуктора
По найденному значению передаточного числа принимают ближайшее стандартное значение 1р.
Потребление жидкости гидромоторами при установившемся движении
Чм тр= 2- к (Jr • - М<) • П* ' *>п /(пг- Рг- о)г).
(1)
1ртр= 2 п (Jr • Sj - Мс) • Лм /(пг Рг-Чм •!,).
(2)
Qm=4m -fi)„-nr-Ip/2-n • Перепад давлений на гидромоторах поворота при установившемся движении
dP=2-K М^/Чм nr 1р.
(3)
(4)
Время разгона платформы до установившейся скорости с груженым (порожним) ковшом
* JKn) -0>Л[0,5- (Рщм + Ргшп) - Реп] • Ч-" "г- Л- - П™ - Me}.
(5)
Угол поворота платформы при разгоне
Время торможения платформы с груженым (порожним) ковшом
и™=2 к ]Ка) • ^{[0,5- (Р™ + Р^) - Рсл] пг /г)ы/г)ш + Мс}. (7)
Угол поворота платформы при торможении
Ч^^.соп/г. (8)
Угол поворота платформы при установившейся скорости
^ФО-ФР^-ФР^- (9)
Время поворота платформы с установившейся скоростью
•^п)=(р*о/й)п (10)
Время цикла экскавации
1и=1рг+1уг+1гг+1рп+1уп+1тп+1пр . (11)
Рабочий объем подпиточного насоса, используемый для восполнения потерь энергии в гидроаккумуляторе, определяется по разности между объемом жидкости, расходуемой из акку мулятора при разгоне платформы и поступающей в него при торможении при условии, что восполнение потерь происходит за все время цикла.
Расход жидкости из аккумулятора при разгоне
V*?™ = ЧнФр^Ч-1, /2- тс-ф*). (12)
Подача жидкости в аккумулятор при торможении
I /2*). (13)
Задаваясь справочными данными насосов: частотой вращения сокп, объемным КПД т^пу, можно определить требуемый рабочий объем подпиточного насоса:
Чм„=2 * ( У,рГ+ - Утг- У„У( • Лкпу) . (14)
Требуемый рабочий объем аккумулятора определится по запасаемой в нем жидкости и заданному пределу изменения давления по известному выражению (Рщ« /Рт«) =[ У0 / (У0-откуда
Уо=УжрГ(Рпих/Рт1П)^/[(Рпих/Ртю),'п-1] , (15)
где У0- объем газовой полости; п - показатель политропы, п=1,4.
Конструктивный объем аккумулятора определится по выражению
УК=У0+Ужр, (16)
где У*р - резервный объем жидкости, может быть принят 0,1
Проведенные расчеты для экскаватора ЭГ-20 показали, что только применение гидроаккумуляторного привода для механизма поворота обеспечивает снижение суммарной мощности сетевых двигателей на 300 кВт (почти на 25% от проектной при использовании для поворота привода постоянного тока). Для обеспечения работы механизма поворота требуется 3 типовых гидропневмоаккумулятора рабочим объемом по 0.1 м \ массой по 430 кг и подпиточный насос с рабочим объемом 0.125 10 м 3/об.
