Разработка регулируемого аксиально-плунжерного насоса на базе насосов серии 313 для использования в гидроприводе экскаватора ЕТ-25.

ВВЕДЕНИЕ 

    Развитие  спроса на строительно-дорожную технику  заставило отечественных машиностроителей расширять линейку типоразмеров выпускаемой продукции, а также создавать принципиально новые для нашей страны машины. За последние годы стало производиться множество разнообразной техники, но в относительно небольших количествах. Основной проблемой при модернизации существующих и создании новых типов машин и оборудования являлось и является отсутствие широкой базы комплектующих агрегатов и элементов гидропоивода. Именно гидросистема является самым слабым звеном в отечественной технике.

    Современная дорожная и строительная техника  уже на стадии проектирования учитывает все тенденции технического развития. Иначе она не будет соответствовать современным требованиям. Модельный ряд машин должен быть широким, элементная база – непременно новой, собранной из высокоточных, надежных компонентов. Все эти требования всецело относятся и к элементам объемного гидропривода, являющегося неотъемлемой частью современной мобильной техники

    Применение  в конструкциях машин импортных  комплектующих, безусловно, повышает надежность техники, но в то же время ведет к ее удорожанию и, как следствие, снижению конкурентоспособности на внутреннем рынке.

    Темой курсового проекта выбрано проектирование регулируемого аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком, как альтернативы для насоса Bosch - Rexroth, используемого в настоящее время в гидроприводе экскаватора ЕТ-25. 
 
 
 
 
 

     1.ВЫБОР ПРОТОТИПА 

    В гидроприводах строительных, дорожных и других мобильных машин применяются насосы различных типов, которые являются наиболее сложным гидравлическим оборудованием. Условно насос принято считать "сердцем" любого гидропривода машины: при отключенном насосе или в случае его отказа ни один из гидродвигателей не может быть приведен в действие. Работоспособность насоса определяет безотказность работы всего гидропривода машины. Отсюда вытекает важность изучения конструкции, знание принципа действия и умелого обслуживания насосов, гидромоторов, а также другого гидрооборудования.

    Насос предназначен для обеспечения перемещения  рабочей жидкости в процессе преобразования механической энергии приводного двигателя  внутреннего сгорания или электромотора в энергию потока рабочей жидкости, поэтому назначение насоса - нагнетание рабочей жидкости в трубопроводы.

    Обычно  насос считается источником создания давления в гидравлической системе. Однако такое определение неточно, так как для получения давления должно быть создано сопротивление  потоку рабочей жидкости в виде внешней  нагрузки на валу гидромотора.

    Основными параметрами любого насоса являются рабочий объем V, номинальное давление Рном и номинальная частота вращения nном, а производными - производительность (подача) Qном, потребляемая мощность Nном, а также полный КПД.

    В гидроприводах мобильных машин применяют роторно-вращательные и роторно-поступательные насосы, которые по виду рабочих органов разделяют на шестеренные, шиберные (пластинчатые) и поршневые. По углу между осями блока и поршня различают радиальные и аксиальные поршневые насосы. По механизму передачи движения радиально-поршневые насосы классифицируют на кулачковые и кривошипные, а аксиально-поршневые - с наклонным блоком и с наклонным диском.

    Насосы  могут быть выполнены с нерегулируемым и регулируемым рабочим объемом и предназначены для работы как в режиме объемного насоса, так и в режиме объемного гидромотора (насоса-мотора) с реверсивным и нереверсивным направлениями вращения и с постоянным и реверсивным направлениями потока.

    Сравнительная оценка основных параметров гидромашин различных типов показывает, что каждый тип имеет определенные конструктивные особенности, которые определяют область их использования, целесообразную с технической и экономической точек зрения.

    Шестеренные насосы широко используют в мобильных машинах небольшой мощности при низком и среднем давлении в гидросистеме. Они достаточно надежны в эксплуатации, менее требовательны к чистоте рабочей жидкости и имеют меньшую стоимость по сравнению со стоимостью гидронасосов других типов.

    Применение  аксиально-поршневых гидронасосов наиболее целесообразно при среднем и высоком давлении в гидросистемах мобильных машин и цикличном характере изменения внешней нагрузки. Дополнительные устройства обеспечивают реверсирование потока и изменение подачи.

    Аксиально-поршневые насосы имеют более высокий полный КПД, по сравнению с КПД шестеренных и пластинчатых насосов. Объемный КПД аксиально-поршневых насосов начинает заметно снижаться только при вязкости рабочей жидкости менее 10 мм²/с, для пластинчатых насосов этот предел вязкости составляет 50-80 мм²/с, а для шестеренных - 80 мм²/с.

    В результате анализа современных  конструкций аксиально-поршневых  насосов установлено следующее:

    1. Основным направлением совершенствования  конструкций аксиально-поршневых  гидронасосов является улучшение энергетических показателей, главным образом, путем увеличения номинального давления, частоты вращения и угла наклона блока цилиндров. По критерию наименьшей стоимости объемного гидропривода максимальное давление следует повысить до 32-40 МПа. Частоту вращения можно повысить 20-30% путем создания избыточного давления во всасывающей гидролинии. Повышение частоты вращения связано с необходимостью соединения насосов непосредственно с коленчатым валом двигателей внутреннего сгорания, а также увеличения мощности гидравлических приводов.

    2. Аксиально-поршневые насосы с  наклонным блоком цилиндров получили  наиболее широкое применение  в объемных гидроприводах машин,  работающих в средних и тяжелых  режимах внешних нагрузок с  большой частотой включения. Их следует предпочитать при выборе перспективного типа гидромашин с учетом номинального давления, так как они более надежны в условиях переменных нагрузок и менее чувствительны к загрязнению рабочей жидкости, чем аксиально-поршневые насосы с наклонным диском.

    Традиционная  схема исполнения насосов с наклонным  блоком цилиндров и торцевым распределением рабочей жидкости позволяет использовать номинальное давление до 35 МПа.

    3. При выборе предпочтительной  конструкции из наиболее распространенных конструкций аксиально-поршневых насосов следует учитывать, что при прочих равных условиях насосы с шатунной кинематикой имеют следующие преимущества:

    возможность работы в насосном и моторном режимах  в открытой и замкнутой гидросистемах;

    высокая всасывающая способность, обеспечивающая удовлетворительное заполнение рабочего объема при широком диапазоне изменения вязкости рабочей жидкости, что особенно важно для гидроприводов мобильных машин, эксплуатируемых на открытом воздухе при широком диапазоне изменения температуры;

    относительно  меньшая чувствительность к чистоте  рабочей жидкости (могут надежно работать при тонкости фильтрации до 40 мкм);

    возможность встраивания регуляторов давления и расхода, а также вспомогательного насоса для питания системы управления и подпитки. 

     2. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЧАСТЕЙ И ПАРАМЕТРОВ

     ГИДРОМАШИНЫ

     2.1 Расчет размеров  блока цилиндров  

     Если  рабочий объем гидронасоса известен, то задача расчета состоит в определении размеров основных деталей и узлов, обеспечивающих получение требуемой частоты вращения вала при заданном номинальном потоке, удовлетворяющих условиям прочности при расчетном давлении в напорной линии, учитывающих необходимость обеспечения минимальных потерь мощности и оптимальной долговечности.

     Определяющее  влияние на размеры гидромашины оказывает блок цилиндров и принятая схема компоновки. Исходными данными для расчета блока служат: рабочий объем насоса q, число цилиндров z, давление нагнетания и угол наклона . 

     

     Рисунок 2.1.1 - Блок цилиндров

 

     Общий вид блока цилиндров показан  на рисунке 2.1. Его конструкция мало зависит от типа аксиально-поршневой  машины. Основными размерами блока  являются: диаметр цилиндра d, диаметр делительной окружности , диаметр внутренней расточки , наружный диаметр ,  длина цилиндра и высота блока Н.

     Рабочий объем определим по формуле:

                                                   ,                                  (2.1.1)

       где

       теоретическая подача;

       фактическая подача, которая  нам задана в техническом задании,  т.е. подача без учета утечек;

       объемный КПД гидромотора, принимаем  , как у аналогичных насосов 313 серии. 

     

 см³.

     

л/мин. 

     Так как это основной параметр гидромашины, то выбираем его по ГОСТ 13824 – 80: = 125 .

       2.1.1 Определение диаметров поршней 

      ,                               (2.1.2) 

     где

      - угол наклона блока цилиндров, принимается равным от 15 до 25°, для насоса, выбранного мною за прототип g = 25°;

     z - количество поршней, принимаем z = 11,  рабочий объем одного цилиндра будет равен:

     К_D – дезаксиал. К_D=1,05. 

     

 мм, 

     Из  ряда стандартных диаметров по ГОСТ 12447 – 80 выберем d_п=20 мм. 

     2.1.2 Определение основных  размеров блока  цилиндров 

     Определим диаметр делительной окружности блока цилиндров: 

      ,                                           (2.1.3)

     где

     z - количество поршней;

      диаметр поршня.

 мм. 

     Наружный  диаметр блока цилиндров: 

      ,                                          (2.1.4) 

     где

     b – размер перемычки между двумя соседними цилиндрами, 

      ,                                         (2.1.5)

              где

     K_b – конструктивный коэффициент,  предварительно принимаю 0,3. 

     

 

     

мм.

     Внутренний  диаметр блока цилиндров: 

      ,                                          (2.1.6) 

     

мм. 

     2.1.3 Расчет блока цилиндров  на прочность и  жесткость 

     Проверка  блока цилиндров на прочность проводится по формуле: 

      ,                                           (2.1.7) 

     где

     А – относительная толщина стенки цилиндра, А≤2,9.

     P_p – максимальное давление нагнетания с учетом коэффициента запаса  равным 1,5; P_p=60 МПа.