Содержание
>> Анализ и проектирование
>> Системы объемного гидропривода
>> Гидроприводы погрузчиков
>> Анализ динамических нагрузок в гидроприводе погрузчика ТО-24
|
Анализ динамических нагрузок в гидроприводе погрузчика ТО-24
Рис.1 а . Принципиальная схема гидропривода рабочего оборудования погрузчика ТО-24. Известно, что при выполнении рабочих операций, а также при движении по дороге реального профиля в машинах данного типа могут возникать значительные динамические нагрузки. Для снижения пиковых давлений в гидросистеме и предохранения элементов гидропривода, в особенности таких, как рукава высокого давления, устанавливают либо гидропневматические аккумуляторы, выполняющие функции гасителей гидравлического удара, либо предохранительные клапаны. Применение гидроаккумулятора позволяет не только снизить пиковые давления, но и обеспечивает стабильное положение рабочего оборудования в транспортном режиме.Разработанная программа HYDRA [1] была использована для оценки эффективности и выбора параметров гидроаккумулятора и предохранительных клапанов. В соответствии с техническим заданием были проведены расчеты динамических нагрузок в гидросистеме погрузчика ТО-24 в двух режимах: а) переезде через препятствие; б) резком торможении ковша с грузом при опускании (т.н. режим "опускания с подхватыванием").
Рис.1 б . Расчетная схема гидропривода рабочего оборудования погрузчика ТО-24. Исходные данные для динамического расчета: гидроцилиндр: диаметр поршня 310 мм, диаметр штока 140 мм, ход поршня 1250 мм, высота манжетного уплотнения 18 мм, сила сухого трения при отсутствии давления 4.9 кН, толщина стенки цилиндра 25 мм, модуль упругости материала стенки 196200 МПа; трубопроводы: (9 – 10) и (13 – 11): диаметр 34 мм, длина 1.1 м, толщина стенки 10 мм, модуль упругости материала стенки 6475 МПа; остальные трубопроводы : диаметр 25 мм, толщина стенки 3 мм (у трубопровода 5 – 4 толщина стенки 2.5 мм), длина трубопроводов: (3 – 15) – 0.5 м, (5 – 4) и (14 – 16) – 1 м, (2 – 1) – 1.5 м, модуль упругости материала стенки 196200 МПа; клапаны: обратный клапан (11 – 6 – 12): масса подвижной части 180 г, жесткость пружины 2354 Н/м, предварительное сжатие пружины 16.7 мм, рабочая площадь 0.0016 м 2 , средний диаметр и коэффициент расхода дросселирующей щели 45 мм и 0.62, угол конусности клапана 60 град., максимальный ход подвижной части клапана 6 мм, площадь параллельного дросселя 0.00101 м 2 ; обратный клапан (4 – 21 – 19): масса подвижной части 90 г, жесткость пружины 1177 Н/м, предварительное сжатие пружины 16.7 мм, рабочая площадь 0.0008 м 2 , средний диаметр и коэффициент расхода дросселирующей щели 32 мм и 0.62, угол конусности клапана 60 град., максимальный ход подвижной части клапана 6 мм, площадь параллельного дросселя 0.0005 м 2 ; предохранительный клапан (16 – 17 – 18): масса подвижной части 116 г, жесткость пружины 274680 Н/м, предварительное сжатие пружины 27 мм, рабочая площадь 0.000377 м 2 , средний диаметр и коэффициент расхода дросселирующей щели 20 мм и 0.55, угол конусности клапана 60 град., максимальный ход подвижной части клапана 33 мм, площадь параллельного дросселя м 2 0; дроссели: (7 – 3) и (10 – 23): площадь проходного сечения 0.000492 м 2 , коэффициент расхода 0.62; (24 – 2): площадь проходного сечения 0.000122 м 2 , коэффициент расхода 0.62; тройники: разветвления потоков (15 – 13 – 14) и (1 – 3 – 5 ): диаметры 25 мм, коэффициенты местного сопротивления 0.5; гидропневматический аккумулятор: объём 6.3 л, масса подвижных частей 3 кг, диаметр поршня 125 мм, давление зарядки газа 9.81 МПа, коэффициент политропы 1.4, максимальный ход поршня 450 мм, сила сухого трения при отсутствии давления 1.962 кН, высота манжетного уплотнения 18 мм, толщина стенки цилиндра 10.5 мм, модуль упругости материала стенки 196200 МПа; как вариант рассматривался гидроаккумулятор объёмом 16 л (масса подвижных частей 9 кг, диаметр поршня 180 мм, максимальный ход поршня 565 мм, сила сухого трения при отсутствии давления 2.943 кН, толщина стенки цилиндра 11.5 мм, остальные параметры те же, что у аккумулятора объёмом 6.3 л); рабочая жидкость: плотность 900 кг/м3, кинематическая вязкость 30 сСт, объёмный модуль упругости 1668 МПа.
Динамика гидропривода погрузчика при переезде через препятствие
На рис.1 б представлена расчетная схема, в которой параллельно включенные гидроцилиндры (см. рис.1 а ) заменены одним с удвоенными площадями поршневой и штоковой полостей. Приведение параметров параллельных участков трубопроводов выполнено таким образом, чтобы во-первых, обеспечить соответствующую упругость полостей с жидкостью, а во-вторых – эквивалентность потерь давления по длине. Пробные динамические расчеты при переезде погрузчика через препятствие показали чрезвычайно высокие потери давления (до 8 МПа) по длине трубопровода 5 – 4, поэтому в дальнейшем диаметр этого трубопровода был взят равным 25 мм вместо 16 мм, предусмотренного по проекту. В табл. 1 представлены рассмотренные расчетные варианты 1 – 14 и их основные результаты, а на рис. 2 - графики динамических процессов для некоторых из указанных вариантов расчёта.
Рис.2. Графики динамических процессов в гидроприводе погрузчика ТО-24 при переезде через препятствие (варианты 1-10, табл.1). Из графиков и табл.1 видно, что наличие гидропневматического аккумулятора позволяет снизить пиковые давления в гидросистеме погрузчика в 2 – 2.5 раза. В то же время предохранительные клапаны оказываются гораздо менее эффективными (см. вариант 10 в табл.1), снижая пиковые нагрузки лишь на 20 – 40 %. При фиксированной ёмкости гидроаккумулятора существенным фактором, влияющим на динамику гидросистемы, оказывается давление зарядки газа, причем это влияние тем больше, чем меньше ёмкость аккумулятора.Проведенные расчёты показали, что для данной гидросистемы различие результатов для аккумуляторов ёмкостью 6.3 л и 16 л при давлении зарядки газа 9.81 МПа весьма незначительно (ср. варианты 2 и 6 табл.1). При этом, на входе предохранительного клапана наблюдаются пики давлений, превышающие давление в гидроцилиндре, и характерные высокой частотой колебаний (300 – 500 Гц). Однако при ёмкости аккумулятора 6.3 л влияние предохранительного клапана сказывается на длительности пиковых нагрузок (ср. рис.2 б и 2 в ), а при ёмкости аккумулятора 16 л предохранительный клапан практически не влияет на характер динамического процесса. Это объясняется тем, что при объёме гидроаккумулятора 6.3 л жесткость гидросистемы выше и как следствие, пиковые давления более длительны, что в свою очередь приводит к более длительной работе предохранительного клапана. Для оценки влияния вязкости рабочей жидкости на рис. 2 г представлен вариант 4 с повышенной по сравнению с вариантом 3 вязкостью рабочей жидкости (400 сСт против 30 сСт). Результаты вариантов расчета 3 и 4 отличаются мало (ср. рис.2 в и 2 г ).
Динамика гидропривода погрузчика при опускании ковша с подхватыванием
Рис.3. Графики динамических процессов в гидроприводе погрузчика ТО-24 при опускании ковша с подхватыванием. Расчеты динамических нагрузок в режиме опускания стрелы погрузчика с гружёным ковшом с подхватыванием, т.е. опускания с быстрым перекрытием гидрораспределителя (дроссель 2 – 24 перекрывается за 0.1 с) показали незначительные пиковые давления порядка 17 – 18 МПа при отсутствии гидроаккумулятора и ~12 МПа при наличии аккумулятора (рис.3 а и 3 б ), так как скорость поршня, выбранная из условия заполнения штоковой полости, в этом случае незначительна (~0.14 м/с ) и следовательно, кинетическая энергия поршня с учётом приведенной массы достаточно мала.
Выводы
Наличие гидропневматического поршневого аккумулятора снижает величину пиков давления в 2 – 2.5 раза (с 86 МПа до 39 – 40 МПа). При этом длительность пика давления увеличивается вдвое (с 0.15 с до ~ 0.3 с). Кроме того, была установлена степень влияния на динамику гидросистемы предохранительного клапана, вязкости рабочей жидкости, что позволило уточнить выбор определенных параметров гидросистемы: давление зарядки газа, объём гидроаккумулятора и др. |
