Введение

Учебное пособие предназначено для студентов технических специальностей вузов, изучающих учебные дисциплины, входящие в блок "Гидравлика, гидропривод, гидроавтоматика", учебным планом которых предусмотрено выполнение курсовых и контрольных работ по проектированию объемного гидропривода машин и механизмов.

При изложении материала авторы стремились раскрыть физическую суть вопросов, систематизировать расчетные формулы и вместе с тем изложить основное содержание отдельных разделов при проектировании гидропривода машин и механизмов, что особенно важно для эффективной самостоятельной работы студентов.

Выполняя курсовую работу, студент творчески применяет знания, которые он получил при изучении теоретической части дисциплины, выполнении лабораторных и практических работ, а также знания изученных ранее дисциплин: физики, математики, информатики, прикладной механики и т.д.

Основная цель выполнения курсовой работы - привить студентам навыки использования общих и специальных методов проектирования и исследования гидроприводов машин и механизмов различного назначения.

Выполнение курсовой работы позволит студентам:

– сконцентрировать главное внимание на узловых проблемах изучаемой дисциплины;

– сформировать навыки творческого самостоятельного использования полученных знаний для решения различных прикладных задач;

– развить потребности самостоятельного изучения нового научно-технического материала;

– сформировать навыки работы со справочной и специальной литературой, государственными и отраслевыми стандартами;

– научиться правильно оформлять техническую документацию.

В пособии использован практический опыт авторов при разработке, исследовании и внедрении ими гидроприводов машин и механизмов самого разнообразного назначения, а также опыт ведущих научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций.

Общие сведения

Применение гидравлического привода и средств гидроавтоматики является одним из перспективных направлений современного развития машиностроения. Около 70 % горных, строительных, дорожных, землеройных, подъемно-транспорт­ных машин и установок оснащены объемным гидроприводом.

Вновь создаваемое оборудование отличается высокими скоростями движения исполнительных органов и повышенной энерговооруженностью, что должно обеспечить значительное повышение производительности машин и механизмов.

Технико-экономические характеристики оборудования во многом определяются характеристиками его гидропривода. В связи с этим при разработке гидросистем необходима оптимизация параметров гидропривода и гидроэлементов, тщательная отработка их конструкция, технологии изготовления и испытания. Особенностью применения гидропривода на многих установках и агрегатных линиях является большая серийность гидроэлементов. В связи с этим необходима особенно тщательная отработка аппаратуры как в функциональном, так и с точки зрения повышения ее надежности и долговечности, снижения трудоемкости изготовления и упрощения эксплуатации, технического обслуживания и ремонта. При этом необходимо иметь ввиду, что всякая авария с гидроприводом может привести не только к значительным материальным потерям в связи с простоями дорогостоящего оборудования, но может сопровождаться ситуациями опасными для обслуживающего персонала. Этот момент чрезвычайно важен для различных мобильных установок.

Для создания гидропривода высокого технического уровня необходимо отказаться от традиционных полуэмпирических методов и принять как основу для создания машин и механизмов строгие аналитические и экспериментальные методы. Это позволит установить основные закономерности работы гидроэлементов и гидропривода в целом и обосновать прогрессивные параметры гидрооборудования и их основные конструктивные особенности.

Под объемным гидроприводом понимается совокупность устройств, в число которых входит один или несколько объемных гидродвигателей, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин с помощью рабочей жидкости под давлением. Основой насосного гидропривода является объемный насос, создающий напор рабочей жидкости, которая обладает в основном энергией давления. Эта энергия преобразовывается затем в механическую работу (рисунок 0.1). Благодаря высокому объемному модулю упругости рабочей жидкости в объемном гидроприводе обеспечивается практически жесткая связь между его входными и выходными органами.

Рисунок 0.1. Схема преобразования энергий в

гидравлической установке

Объемный насосный гидропривод с приводом от электродвигателя широко применяется в современных машинах и механизмах. Это объясняется такими преимуществами гидропривода как: высокая компактность при небольших габаритах и массе, приходящейся на единицу мощности; возможность реализации больших передаточных чисел; хорошие динамические свойства привода; возможность плавного и широкого регулирования скорости движения исполнительного органа; надежное предохранение приводного электродвигателя от перегрузок; простота преобразования вращательного и поступательного движения друг в друга; высокое быстродействие и малое время разгона подвижных частей; гидропривод легко управляется и автоматизируется. Благодаря обильной и постоянной смазке гидропривод долговечен и надежен. Он позволяет плавно, в широком диапазоне регулировать движение исполнительного органа. Объемный гидропривод допускает достаточно произвольное расположение его элементов на машине, что чрезвычайно важно для мобильных машин, работающих в сложных условиях.

К недостаткам гидропривода относятся: сравнительно невысокий КПД; необходимость высокой герметичности гидроаппаратов, а, следовательно, высокие точность и качество обработки сопрягаемых деталей, что обусловливает их повышенную стоимость; возможность нестабильной работы, вызываемой температурными колебаниями вязкости рабочей жидкости и содержанием растворенных в жидкости газов.

На рисунке 0.2 изображен баланс энергии в гидроприводе, к которому подводится мощность N. Потери мощности делят на механические, объемные и гидравлические.

Рисунок 0.2. Баланс энергии в гидроприводе

Механическими являются потери на трение в подшипниках, в уплотнениях и на трение наружной поверхности колес о жидкость. Величина механических потерь оценивается механическим КПД: η_мех.

Объемные потери обусловлены утечками жидкости из напорного патрубка насоса в его подвод через зазор в уплотнении между рабочим колесом и корпусом насоса. Также имеют место утечки через уплотнения вала однако, они обычно очень малы и ими можно пренебречь. Величина объемных потерь оценивается объемным КПД: η₀.

Гидравлические потери обусловлены потерями давления на преодоление гидравлических сопротивлений подвода, рабочего колеса и отвода. Величина гидравлических потерь оценивается гидравлическим КПД: η_г.

КПД гидропривода равен произведению механического, объемного и гидравлического КПД: η=η_мехη₀η_г