МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ І СПОРТУ УКРАЇНИ

Національний технічний університет

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНИЧНИЙ ІНСТИТУТ”

Кафедра інженерної екології

Лабораторна робота

“ Гідропривод гірничих машин“

КИЇВ 2011

Мета роботи : ознайомитись з класифікацією, призначенням, та областю застосування гідравлічного приводу гірничих машин.

Гідравлічний привод (гідропривод) - сукупність пристроїв, призначених для приведення в рух машин і механізмів за допомогою гідравлічної енергії. Гідропривод призначено для передачі крутного моменту від приводного електродвигуна через гідронасос , гідродвигун (гідродомкрат, гідроциліндр) , редуктор на виконавчий орган гірничої машини. Гідропривод типу “насос - силові гідроциліндри” одержав широке застосування в найрізноманітніших гірничих машинах, для приведення в дію і надання силових зусиль робочому обладнанню екскаватора ( підйому стріли, рукояті, зануренню та копанню ковшем екскаватора гірських порід та грунтів ) , регулювання положення виконавчого органа екскаватора або очисного комбайна по потужності шару або його переміщення в просторі, регулювання положення гірничої машини у вертикальній і горизонтальній площинах, здійснення зворотно-поступальних або обертових переміщень різних елементів гірничих машин, підйом кузова потужних гірничих автосамоскидів, тощо .

Можливість передачі і сприйняття значних зусиль, компактність силових елементів, простота керування в широких діапазонах швидкістю і тиском, легкість здійснення реверса, вибухобезпечність, швидкість реакції на командні імпульси і велику надійність в експлуатації роблять об'ємний гідропривід незамінним засобом передачі і трансформації енергії в силових кінематичних ланках, а також у системах керування гірничих машин, механізованих кріплень, і іншого сучасного гірничого устаткування для відкритих та підземних гірничих робіт, і інших галузей промисловостей. На рис 1. показані сучасні гірничі машини з застосуванням силового гідропривода.

Структура, основні схеми та вузли гідропривода

Схема гідроприводу визначає принциповий взаємозв'язок між його елементами: насосною установкою, гідродвигунами та гідроциліндрами, регулюючими (у тому числі розподільними) пристроями, і іншим устаткуванням незалежно від конструктивного виконання.

Схеми гідроприводу являються принципово однаковими для гірничих машин як відкритих так і підземних гірничих робіт, і відрізняються лише технологічними компоновками, схемами управління, конструктивними особливостями, потужністю і кількістю виконавчих елементів.

Основними елементами і вузлами гідропривода є : гідронасос, гідродвигун або силовий гідроциліндр, резервуар з робочою рідиною, напірні та зливні трубопроводи, фільтри та клапани тиску, апаратура керування.

Основним агрегатом у системах обємного гідроприводу є насос, що перетворює механічну енергію двигуна привода в енергію потоку робочої рідини, переміщуємої під тиском. Носій енергії - робоча рідина, нагнітається через напірну магістраль до гідродвигуна, де енергія потоку рідини перетворюється в механічну.

Рисунок 1. Сучасні гірничі машини з застосуванням силового гідропривода.

В гірничих машинах застосовують два види систем гідропередач об'ємної

дії : відкриті і закриті (рис. 2).

1 2 3 4 5 6 17 7

11

10

9 8

а)

1 2 3 4 5 12 7

б)

11

10

9 8

в)

1 17 13 5 6 17 14 7

18 2 3 4 5 12 7

г)

8

9

Рисунок 2. Схеми відкритих (а , б) і закритих ( в , г, д )

систем гідропередач об'ємної дії

а – з нерегульованим насосом та силовим гідроциліндром; б –з нерегульованим насосом та виконавчим гідродвигуном; в - зворотньо-поступальним рухом вхідної і вихідної ланок ; г, д – з регульованим насосом та обертальним рухом вхідної і вихідної ланок.

1- вал приводного двигуна; 2 - гідронасос; 3- напірна лінія; 4-гідророзподільник; 5 - робочі лінії ; 6- виконавчий гідроциліндр; 7- шток вихідної ланки; 8 - зливна лінія;9 - бак з робочою рідиною; 10- дренажна лінія;, 11 - всмоктувальна лінія;

12- гідродвигун; 13- гідроциліндр-датчик; 14- поворотна пружина; 15 -зворотний клапан; 16- підживлювальний насос; 17- поршень;18 реверсивний насос; 19 – фільтр.

У відкритих ( рис. 2 а,б) гідропередачах, рідина в зливних лініях надходить у відкриті резервуари 9. Закритою ( рис.2в,г,д ) називається гідропередача об'ємної дії, внутрішні порожнини якої не з’єднані з атмосферою. У цій системі завжди переміщується однаковий обсяг рідини. Робоча рідина, віддавши свою енергію гідродвигуну, повертається назад до насоса (замкнута схема гідроприводу), або в бак (відкрита схема гідроприводу).

Розглянемо схеми роботи обємних гідропередач приводів (гідродвигуни, силові гідроциліндри ) робочого устаткування гірничих машин відкритих і підземних гірничих робіт

Cхеми відкритої гідропередачі об'ємної дії:

- з нерегульованим насосом та силовим гідроциліндром (мал.2а)

Вал 1 насоса 2 приводиться в обертання безпосередньо від вала приводного двигуна. Робоча рідина, що надійшла в насос 2 з бака 9 по трубопроводу (всмоктувальної лінії) - 11, подається під тиском по трубопроводу (напірній лінії) 3 через гідророзподільник 4 і один із трубопроводів 5 у відповідну порожнину гідроциліндра 6. Під дією рідини поршень 14 гідроциліндра переміщується разом з штоком 7, з'єднаним з одним з елементів робочого устаткування або іншого механізму, виконуючи робочий рух. При цьому робоча рідина з протилежної порожнини гідроциліндра 6 через другий трубопровід 5, гідророзподільник 4 і трубопровід (зливальну лінію) 8 витискується поршнем 14 у бак 9.

Гідророзподільник 4 керує розподілом і напрямом подачі рідини в гідросистемі. Його конструкція дозволяє поперемінно з'єднувати кожний з трубопроводів 5 з напірною лінією 3, або зливною 8, змінюючи спосіб напрямок руху штока 7 або зупиняючи його в будь-якому положенні і замикаючи входи в обидва трубопроводи 5. При запиранні ліній 5 гідророзподільник 4 з'єднує напірну лінію 3 і зливну 8, що необхідно для розвантаження безупинно обертаючого насоса який подає робочу рідину в гідросистему. Дренажна лінія 10 призначена для зливу в бак витоків робочої рідини з насоса.

- з нерегульованим насосом та виконавчим гідродвигуном (мал.2б)

Таку відкри╂у гідропередачу з обертальним рухом вхідної і вихідної0лано఺ застосовують при використанні73гідродҲигуна.ࠠ

耠 Cхеми закритої гідропередачі об'ємної дії:

- з звЮротньо)поступдльним рухом вхідної і вихідної лаҽок (мал. 2ల)

- з обертальним рухоо вхідної і вихідної ланок уѰ нерегульованим насосом ;

- з обертальним рухом вхідно՗ і вихідної ланок та регульованим насосом ;

У закритих гідропередачах (мал. 2в,г) об'ємної діїЬ вн葃трішні порాЦнини ҽе з’єднані з атмосферою* У цій системі завжди переԼіщується однаковий обсяг рід䐸ни, яка по зливній лінії 8 надходить ␳езпосередньо в насос 2. Г гідросистеді в якій можуть бути витоки рідини, що знаходит䑌ся під тظском у її внутрішніх пор>жнинах, встановлՎють підживлювальний нᐰсос 1v,`який через зворот䐽ий клапан 15 бепупинно попо萲нює гідросистему рідиною.

У насо葁них об'ᑔмниՅ гідропередачах може73ҷастосовуватися нахос нереزерсивний (мал® 2, а, б), тобто подаюч8й робоేу ᑁідину завжди в ту саму гідрмлінію. В закритӖй гідропередачі широҺм застосовуютьсяĠреверсивؽі насоси 18 ဨрис.2г), який моѶе подаватм рідину або в лінію 3, або в лінію$8 . При зміні напрямку подачі рідин␸ за допомогою насоса 18 відповідно 搷мінюєтьс쑏 ц напрямок обертання вихѶдн萾ї ланки 7.

† Робочі рідини гідропривода

У гідѠозриводах гірнмчих машин, призначеԽИх для роботи ␲ складних умовах, з␰ѡтосовують робԾчі рідини мінХральнҾго похЮдження з діапазоном в'язԺості при темперҰтурі 50° У приблԸзно 10-40 сСт, а сᐰме трансфорЬатотнб, веретенне АУ$ індустріальне, турбіннᐵ та інوі оливи. Застосування менш в'язких рідин призаодить до збільшенЭя витоків, a ѱільшĠв'язких -`до збӖл葌шення гідравлічних втрат. Для роботи в уҼовах широкого температурнҾгоРдіапазону від 333 до 213 К (±ဠ6а° С) застосовують спеціальні суміші мінералќних74олій, що забезпечують необхідну в'язкістьဠв діаؿазоні температур від 320 до 220 К (± 50 ° С) 2 межах від 10 до 5200 сСт. Цим вим䐾г԰м відповідає масляна хуміш АМГ-10. Для роботи при теؼпературах близько 450-500 (180-230 ° !) застосовуютՌ синтетичні рідини наࠠкремнійорганічній оснОві. 耠 Останні роки через зрост␰ючий дефіциту наф䑂опродуктів74і праԳнᐵння до використання негорючих матеріалів все більш широке застосуванн䑏 в гідросистемах знаходять водомасляні емульсії і синт5тичні н萵горючі рідини на вОдяній основі. ВИкористо␲уючи такі матеріали, слід враховуват␸ їх підвищену схильність до деструкції, корозійну і кавітаційну ак葂ивність.РЯк прввило, при цьоѼу слід з䒽ижувати робоч๖ тҸ葁ку і частоту обертамн⑏ гідшомашин в 1,5-2耠рази.

Критично важйивою для гідᑀоприводу є очищення робочої рідини від абразивних частинок. Рому сис⑂еми гідీ␾приводу обов'яЧковؾ міفтять фільтруючі пристрої

ࠠ " БїдронасосиОсновнШм$аҳрегатом уဠсистемах гідрвприводу — генераторо␼ енергії є насос, Չо`перетворює механічну енергію"двигуна привода в енергію потокC робочо⑗ рідини, переміщуємої під тискԾм. Носій енергії - робоча рідина, нагнVтається через напірну магістраѻь до гіжродвигуна (силҾвого гідроциліндра) , де енергія потоку рцдини перетворюєтьря в механіяну. Робоча рідина, віддавши свою енергію гідродвиг䑃ну, повертаєтшся назад до насоса (замкнута схема Гідрᐾприводу), або в бذк (вٖд萺рита схема гідроприѲоду). Ƞ ! `

У Aистемах Уідроприводу застосовуються насоси75об'єоного типՃ, що витісняъBь за Оберт певну кількість рідини 萷 робочих порожнин ѿрк заданому т8ску. Теоретична иількість робочої рідини, що 2итісняється, за ؾд␸н耠оберт ротора =асؾса називається об'ємн0 по⑁тійна насо⑁а.

Нర⑁萾си по спосогу р萵г葃лювання виконуються посЂійної і змінної подачі. Нащоси зі змінною подачею конструктиано значно склвдніші і дорожчі наᑁосів ж постійною подачею і застосᐾвуються0в системах гідీопшиводృ рипу “насос-гїдроджигун” мехдн葖طмів пересувиння гіѐничих маᑈин, прикодів виконавчᐸх і мавантажуввльних органів. В іншах випадках викорищтовЃють звичайні нисоси з лостійною подачею.

Для пр8водів гірничих іРгірничо-трансҿортних машиН, де потрібне регулювання (у 葂ому числٖ й автоматичне) швидкості, реверсування, плавне зрушення під навантаженням, застосовується система гідроприводу типу “насос змінної подачі — гідродвигун”.

По конструктивних особливостях витискувачів робочої рідини насоси з постійною подачею виконуються: шестеренні, лопастні, або насоси з перемінною подачею — поршневі, роторно-поршневі, аксіально і радіально-поршневі.

Шестеренні насоси мають робочий орган у виді шестерень, що забезпечують геометричне замикання робочої камери і передавальний момент. При обертанні шестерень рідина, яка знаходиться в западиЭах шестерень, переноситься з пмрожнини всмокту䐲аннџ в пороᐶнину нагнітరння.‍На рис.3 показанР кҾнструкція( шестеренного насоса Н萨-32

¤ " ဠ $ Рисунок 3. њонструкці⑏ шестеренного насоса НШ/3IJЕ

1 – кришка; 2- хвостовик вала; 3 - манжетне ущільнення; 4 корпус насоса;

5 – втулка; 6,7 – ведуча і ведена шестерні; 8 - отвір вхідного каналу.

На хвостовику вала 2 ведучої шестерні 8 зроблені шліци для з'єднання насоса з приводним двигуном за допомогою муфти. Робоча рідина з резнрвуара гідропривода 䐽аҴходить через отвір 8 жо камЕри усмоктування,†стискується зубами шестерень 6 і 7 і пмдаєтьсяࠠв камеру нагнітання. До бౖчних площин корпуса 40насоса болтами прикрᑖплемٖ патрубки відповідних ՂрубЮпроводцв, які з'єднуються з камерою ус఼оотування через канал 8, та нагнітання ( на

протилежній стороні насоса). Манжетні ущільнення 4 запобігають витокові рідинᐸ†з корпуса насоса.

Ведуча 6 і веденаР7 шестерніဠвигот>влені заодно耠ᐷ валами й укладенї в корпус t, який закривають кришкою 1. Втулки 5, є опорними підшипниками ковзання для валів шестерень 6 і 7.

У лопастевому насосі робочим органом є ротор з розташованими радіально або під деяким кутом пазами, у яких робочу рідину примусово або під дією відцентрової сили переміщують лопасті.

Основною перевагою насосів поршневого типу є більш проста форма їхніх робочих елементів — циліндра і поршня.

Аксіально-поршневі насоси. Їхньою кінематичною основою служить кривошипно-шатунний механізм, у якому поршень внаслідок обертання вала кривошипа переміщується щодо циліндра.

Радіально-поршневі насоси. Основою насоса являється кривошипно-шатунний механізм. При обертанні ротора навколо осі, поршень робить обертальний рух разом з ротором і зворотно-поступальний рух щодо ротора.

Силові гідродвигуни

Силові гідродвигуни (гідроциліндри зворотно-поступальної і гідродвигуни поворотного дії) працюють за поршневому принципом і є елементами об'ємної гідропередачі. Гідроциліндри у системах гідроприводів перетворюють енергію тиску робочої рідини в механічну енергію прямолінійного поступального або зворотно-поступального руху вихідної ланки. Простота конструкції силового гідроциліндра, надійність у роботі, можливість передачі значних зусиль, простота каналізації енергії, легкість регулювання швидкості руху штока, , високе значення об'ємного к.к.д., великий термін служби і відносно мала вартість обумовили широке застосування різних типів гідроциліндрів у системах гідроприводу гірничого устаткування.

Джерелом енергії є гідронасос об'ємної дії. Загальний вигляд виконавчого гідроциліндра показано на рис. 4

Рисунок 4. Конструкція силового гідроциліндра гірничих машин.

1– проушина кріплення гідроциліндра; 2 – корпус; 3 – поршень; 4 – шток ;

5 - проушина кріплення гідроциліндра до приводного органу; 6 - штуцер;

7 – трубопроводи підводу та відводу робочої рідини .

По призначенню силові гідроциліндри діляться на:

• гідроциліндри пересування і переміщення робочих органів гірничих машин.

• гідроциліндри регулювання положення виконавчих органів;

- гідроциліндри загального призначення.

По способу дії гідроциліндри поділяються :

• на одно - і двосторонньої дії,

На рис. 5 показані схеми гідроциліндрів однобічної (а) і двосторонньої дії з однобічним (б) і двостороннім (в) штоком.

а)

4 5 6

б)

4 8 1 2 7

3 2 1

3 3

в)

2 8 1

7 3 4 3 7 2

Рисунок 5. Схема гідроциліндра односторонньої (а) і двосторонньої дії з одноcтороннім (б) та двостороннім (в) штоком.

1. – корпус; 2 – шток; 3 - штуцер для підведення робочої рідини; 4 – поршень; 5 - ущільнювальні манжети; 6 - поворотна пружина; 7 - ущільнення штоків; 8 - ущільнення поршня.

Схеми варіантів кріплення корпуса гідроциліндра показані на рис.6

а

г

б

д

Рисунок 6. Жорстке (а , в) і шарнірне (г, д ) кріплення корпуса гідроциліндра

а, г ) – за корпус (гільзу); б, д) – за задню кришку; в ) – за передню кришку.

Жорстке кріплення (мал. 6 , а – в) застосовують в основному для невеликих гідроциліндрів системи керування. В екскаваторобудуванні використовують шарнірне кріплення корпуса гідроциліндра (мал. 6 г і д ).

Об'ємні гідромашини, названі насосами-двигунами , можуть працювати як у режимі об'ємного насоса, так і в режимі об'ємного гідродвигуна.

Гідродвигун - це об'ємний гідродвигун з необмеженим обертальним рухом вихідної ланки (вала). У гідравлічному моторі енергія підведена під тиском рідини перетворюється в механічну енергію обертального руху вала. У системах гідроприводу гірничих машин гідромотори знаходять застосування в механізмах подачі вугільних комбайнів; механізмах пересування (з колісним або гусеничним ходом) екскаваторах ( в якості двигунів поворотних платформ та ходової частини ), бульдозерах , прохідницьких комбайнах, навантажувальних машинах , приводах монорельсових доріг, шахтних лебідок, перевантажувачів, бурових і інших гірничих машин.

Усі гідромотори поділяються на два типи — низькомоментні і високомоментні. На рис. 7 показана класифікація гідромоторів гірничих машин.