Объемный гидропривод путевых машин (устройство, элементный состав, расчет основных параметров)

ПРИВОДЫ ПУТЕВЫХ МАШИН

Двигатель и устройство для передачи механической энергии от него к рабочей машине или механизму, называемое силовой передачей, составляют привод. Передача механической энергии может происходить без ее преобразования в другие виды энергии (механические передачи), или с преобразованием (гидравлические, пневматические и электрические передачи). В последнем случае используются устройства для преобразования механической энергии первичного двигателя в другие виды энергии (насосы, компрессоры и генераторы) и вторичные двигатели (гидравлические, пневматические и электрические), соединенные между собой каналами передачи энергии с соответствующей аппаратурой и вспомогательными устройствами.

Создание и модернизация путевой машины приводит к необходимости решать комплексную задачу выбора и определения характеристик приводов различных механизмов и устройств. Привод должен в максимальной степени удовлетворять кинематическим, силовым и энергетическим характеристикам, эргономическим и экологическим требованиям, условиям эксплуатации и ремонта, экономическим показателям рабочего механизма и машины в целом. Обычно путевая машина это сложный машинный комбайн, поэтому на ней применяются все типы приводов.

Объемный гидропривод путевых машин (устройство, элементный состав, расчет основных параметров)

Работа объемного гидропривода основана на использовании гидростатического напора рабочей жидкости. Рабочая жидкость попеременно заполняет рабочие камеры и вытесняется из них через подводящие и отводящие каналы. Рабочие камеры гидравлического насоса или двигателя образуются его конструктивными элементами и изменяют свой объем во время работы. Для преобразования энергии входного звена насоса в энергию потока жидкости при увеличении объема камеры сообщаются с всасывающей линией, идущей от гидравлического бака, а при уменьшении объема сообщаются с напорной линией. У гидравлических двигателей при увеличении объема камеры сообщаются с напорной линией, а при уменьшении объема – со сливной линией. Таким образом, у двигателя при увеличении объема рабочей камеры энергия потока жидкости преобразуется в механическую энергию выходного звена (штока гидроцилиндра или вала гидромотора).

Объемные гидравлические машины по конструктивному устройству механизма взаимного преобразования вращения вала и движения элементов, составляющих рабочую камеру, делятся на две больших группы – роторно-вращательные и роторно-поступательные. В первом случае рабочая камера образуется стенками корпуса и крышек и промежутками между зубьями ротора (шестеренчатые и героторные гидромашины), а во втором случае – поршнями и стенками цилиндров (аксиально-поршневые и радиально-поршневые гидромашины) или пластинами, поверхностями ротора и статора и прижимными дисками (пластинчатые гидромашины). Ознакомиться с устройством и работой объемных гидравлических машин можно в специальной литературе [3, 10, 68], а также в руководствах по эксплуатации путевых машин [49, 50, 52].

Основные параметры выпускаемых фирмами-изготовителями гидравлических машин должны соответствовать параметрическим рядам, которые регламентированы государственными стандартами. Производные параметры получаются расчетным путем или в результате испытаний образцов. К основным параметрам относятся: V– рабочий объем – объем проходящей через гидромашину жидкости за один оборот ее вала, см ³/об. P_ном– номинальное давление рабочей жидкости, МПа; n_ном- номинальная частота вращения вала, обычно согласуемая с синхронной частотой вращения электродвигателей переменного тока, об/с. Производными параметрами могут быть Q_ном– номинальная подача или расход гидромашины, дм³/мин; N_ном– номинальная мощность, необходимая для привода насоса, кВт; Q_м– расход рабочей жидкости гидромотором, дм³/мин; M– развиваемый на валу гидромотора крутящий момент, кНм; h– полный КПД гидромашины.

КПД насоса (N_п, N_в – мощность выходного потока рабочей жидкости (полезная мощность) и мощность, подводимая к валу насоса, кВт). КПД гидромотора: Для гидромотора полезной будет мощность, развиваемая на его валу. Полный КПД гидромашины h = h_о h_м h_г (h_о – объемный КПД, характеризуемый внутренними утечками рабочей жидкости в гидромашине, h_м – механический КПД, обусловленный трением в подвижных частях, h_г – гидравлический КПД, связанный с линейными и местными потерями напора при движении жидкости внутри гидромашины).

При выборе насоса и гидромотора учитывают возможность реверсирования, регулирования величины потока рабочей жидкости и скорости вращения вала гидромотора, а также обратимость объемной гидромашины. Под обратимостью понимается свойство гидромашины работать в режиме наоса и мотора. Большинство объемных гидравлических машин обладают свойством обратимости.

На путевых машинах используют в основном объемный гидропривод с разомкнутой циркуляцией рабочей жидкости (рис. 3.1, а). В нем вся жидкость после прохода по системе возвращается в бак Б1. Такие системы используются при наличии на машине большого количества гидроцилиндров, когда объемы возвращаемой в бак жидкости с течением времени значительно изменяются. Гидросистемы с замкнутой циркуляцией (рис. 3.1, б) используются чаще всего для привода вращения механизма. В современных путевых машинах они используются в приводах механизмов непрерывного движения машины или вибраций рабочего органа (выправочно-подбивочно-рихтовочные машины непрерывно-циклического действия, динамические стабилизаторы пути). Такие приводы обычно оснащаются дополнительными насосами Н2, подключенными к основной всасывающей линии для компенсации объемных потерь в замкнутом контуре и повышения всасывающей способности основного насоса Н1. Обычно насос в этом случае обеспечивает объемное регулирование и реверсирование потока.

Гидроцилиндры – это объемные гидродвигатели, которые преобразуют энергию потока рабочей жидкости в механическую энергию линейно перемещения выходного звена (штока или корпуса). На путевых машинах находят широкое применение гидроцилиндры различных типов: одностороннего и двустороннего действия, с односторонним или двухсторонним выходом штока, многосекционные телескопические и плунжерные. В тех случаях, когда это диктуется особыми условиями работы и конструкцией приводимых механизмов, используются гидроцилиндры специального исполнения (например, для привода рычагов подбоек подбивочного блока). В остальных случаях используются типовые гидроцилиндры.

Основными параметрами гидроцилиндра являются: p_ном – номинальное давление, МПа; D, d – диаметр поршня и штока, м; L – ход штока, м.

Во время работы гидравлический привод должен обеспечить работу приводимого механизма в заданном режиме, определяемом техническими и технологическими параметрами рабочего органа и машины в целом. Режим обеспечивается поддержанием или регулированием скорости и усилий гидроцилиндра, угловой скорости вращения вала и развиваемого вращающего момента гидромотора, возможностью изменить направление движения, зафиксировать механизм в заданном положении, или, наоборот, дать возможность механизму свободно перемещаться под действием внешних сил (плавающий режим), обеспечить требуемую последовательность переключений группы взаимосвязанных по технологическому процессу механизмов. В любых предусмотренных условиях работы путевой машины должна быть обеспечена защита гидропривода и механизма от перегрузок, имеющих статический или динамический характер. Работа гидропривода и приводимого механизма в заданном режиме обеспечивается аппаратурой управления, регулирования и защиты.

К аппаратуре для изменения направления, пропуска или перекрытия потока рабочей жидкости относятся распределители, обратные клапаны, односторонние и двухсторонние гидрозамки, переключательные клапаны, переключатели манометра и т.д. В гидроприводе путевых машин в основном применяются гидрораспределители с запорным элементом в виде цилиндрического золотника. Защита от перегрузок производится аппаратами регулирования давления рабочей жидкости: предохранительными, редукционными и перепускными клапанами, реле давления.

Кроме того, гидропривод имеет устройства для кондиционирования, то есть поддержания в работоспособном состоянии рабочей жидкости. К ним обычно относят гидробаки, фильтры, маслоохладители, магнитные улавливающие устройства.

В машинах циклического действия гидросистема оснащается гидроаккумулятором АК1 (см. рис. 3.1, а), который позволяет в течение рабочего цикла при сниженном расходе жидкости накопить энергию для компенсации пикового расхода при срабатывании механизмов. Кроме того, гидроаккумулятор способствует демпфированию пульсаций давления и может служить гидравлической пружиной для амортизации работы гидроцилиндров.

Параметры режима гидросистемы во время работы и при настройках наблюдаются с помощью контрольной аппаратуры: манометров, термометров, расходомеров.

Основными параметрами гидроаппаратов являются: p_ном – номинальное давление, МПа; D_у – диаметр условного прохода, мм; d_ном – номинальная тонкость фильтрации (фильтра), мкм; V_ном – емкость (гидроаккумулятора) дм³; W_ном – вместимость (гидробака), дм³. Для большинства аппаратов дополнительным параметром является Q_ном – номинальный расход, дм³/с [10].

Необходимую информацию для ознакомления с принципом работы и устройством аппаратов, расчетом их параметров при конкретной установке в гидросистеме можно найти в специальной литературе [10, 49, 50, 68].

Стандартами Единой системы конструкторской документации на изделия машиностроения и приборостроения регламентированы правила выполнения принципиальных схем гидросистем, а также изображения условных обозначений гидравлических машин и аппаратов. На рис. 3.2 и 3.3 приводятся примеры их условных обозначений, которые можно использовать в курсовом и дипломном проектировании.