Разработка привода и системы управления путевой машины

ФАЖТ РФ Разработка привода и системы управления путевой машины Курсовая работа по дисциплине «Приводы и системы управления путевой машины»

Пояснительная запискa

Руководитель: Разработал: студент

__________ ___________

(подпись) (подпись)

________________ ________________

(дата проверки) (дата сдачи на проверку) Краткая рецензия:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________ ___________________________

(запись о допуске к защите) (оценка, подписи преподавателей)

1 Обзор приводов и систем управления путевых машин. Обоснование принятых схем и решений

2 Расчет параметров транспортера

3 Расчет параметров привода транспортера

4 Разработка принципиальной гидравлической схемы машины

5 Расчет параметров и подбор элементов гидропривода

6 Расчет параметров и подбор механических компонентов привода и электродвигателей Список использованных источников

1 Обзор приводов и систем управления путевых машин. Обоснование принятых схем и решений Выбор типа привода является одной из важнейших задач, которое необходимо решать при создании путевой машины. Тип привода определяется: характером загрузки привода, кинематикой перемещения, скоростью и другими характеристиками рабочего органа; условиями эксплуатации, механических воздействий, ресурсов и экономичности.

На путевых машинах применяются три типа привода: гидравлический, электрический и пневматический.

Наиболее распространен гидравлический привод. У гидропривода небольшие габариты и масса гидроагрегатов, простая конструкция защиты узлов от перегрузок, он легко управляется; может передавать большие усилия и мощности, обладает малой инерцией, высокой приемистостью, имеет небольшое время запаздывания при исполнении командных сигналов, малые маховые массы гидродвигателей вращательного действия (10−12% маховых масс электродвигателей той же мощности). Эти приводы широко применяются на путевых машинах, вытесняя пневмои электроприводы.

Недостатки гидропривода: большая жесткость внешних характеристик, требует высокой точности изготовления элементов (возможны утечки рабочей жидкости), проникновение воздуха в рабочую жидкость с нарушением равномерного движения гидроагрегатов.

Существуют объемные и гидродинамические гидроприводы, В первых в качестве выходного звена используют гидроцилиндры (путеукладчики, шпалоподбивочные машины и др.) и гидродвигатели. Гидродинамические приводы применяются для передачи и изменения крутящего момента в ходовых трансмиссиях мотовозов и дрезин.

Наиболее распространенные объемные гидроприводы по системе питания насосов — открытые, закрытые и комбинированные.

Открытая система проста, обеспечивает хорошие условия для охлаждения и отстоя жидкости, но в ней возможна кавитация, в нее проникает воздух; она имеет большие габариты. У закрытой системы давление при всасывании выше атмосферного, что предотвращает кавитацию и позволяет использовать скоростные малогабаритные насосы. Исключено попадание воздуха в систему. Закрытая система сложнее; в ней хуже охлаждается рабочая жидкость. В комбинированной системе часть отработавшей жидкости в гидродвигателе сливается в резервуар, а другая часть вместе с жидкостью, подаваемой подпиточным насосом, поступает в основной насос.

Электрический привод широко применяют на путевых машинах. Используют двигатели переменного и постоянного тока. Наиболее распространены электродвигатели переменного тока асинхронные с короткозамкнутым ротором. Для поступательного перемещения рабочих органов путевых машин широко используют сочетание электродвигателя, редуктора (червячного, конического, цилиндрического) и винта. Такой привод установлен на электробаластерах, выправочно-подбивочно-отделочных машинах, щебнеочистительных машинах. Его достоинства — простота, надежность, реверсивность, компактность при большой нагрузочной способности, возможность обеспечения большой точности перемещений, а также автоматизации управления рабочим органов. Недостатки — большие потери на трение и низкий К.П.Д., невозможность применения при больших скоростях перемещения.

Пневматический привод применяют на снегоочистительных, снегои землеуборочных машинах, стругах, путеизмерителях, рельсошлифовальных вагонах. На прицепных машинах, перемещаемых локомотивом, сжатый воздух и пневмоприводу поступает от компрессора локомотива, в результате чего на путевой машине нет силовой установки и компрессора, что упрощает и удешевляет конструкцию машины, облегчает уход и обслуживание. На самоходных машинах устанавливают компрессор.

Пневмосистема путевой машины состоит из подводящих воздухопроводов, соединенных с локомотивом, предохранительных клапанов, кранов управления, разводящих трубопроводов, пневмоцилиндров и пневмодвигателей. Пневмопривод прост и дешев. Его недостатки — громоздкость исполнительных механизмов и малая скорость движения поршня.

Принимая во внимание вышеизложенное, а также ориентируясь на исходные данные и условия работы, выбор останавливаем на гидравлическом приводе. Это позволит выполнить все поставленные для разработки условия, а также достаточно просто увяжется с системой управления.

Под системой управления понимается совокупность устройств и схемных решений для разрешения вопросов управления приводами и их защитой от нерабочих нагрузок. В задании оговорено, что следует предусмотреть защиту: 1) при наезде рабочим органом (транспортером) на препятствие; 2) от включения транспортера, если он не установлен в рабочее положение.

2 Расчет параметров транспортера Цель расчета:

— определение производительности транспортера;

— расчет параметров и выбор ленты, барабана и роликоопор.

Условия расчета:

— гидроцилиндр изменения угла наклона транспортера закрепляется на его середине;

— угол наклона транспортера при переводе из транспортного положения в рабочее (max) равен ;

— Транспортер имеет желобчатое сечение с углом наклона боковых роликов 20?.

Рисунок 1 — Схема для определения параметров транспортера Производительность транспортера Q, [2]:

(1)

где скорость путевой машины, 230 м/с; А — площадь вырезаемого балласта:

(2)

где в — ширина вырезки балласта, в=1,8 м; h — глубина вырезки балласта, h=0,75 м.

.

Производительность П, т/ч [2]:

(3)

где — плотность щебня с загрязнителями, .

Ширина ленты при транспортировании насыпных грузов В, м [ ]:

(4)

где — скорость ленты, предварительно принимаем по [2],; k=240 — коэффициент, зависящий от угла естественного откоса груза [2]; =0,9 — коэффициент, зависящий от угла наклона транспортера.

м.

Принята стандартная ширина ленты В=1200мм.

Принята конвейерная лента: Лента — 2.1 — 1200 — 4 — БКНЛ — 100 — 6 — 2 ГОСТ 20– — 85(лента типа 2.1 общего назначения с шириной 1200 мм, с четырьмя прокладками из ткани БКНЛ — 100, с толщины резиновой обкладки рабочей поверхности мм и нерабочей мм).

Уточнена скорость ленты, м/с:

(5)

где В — ширина ленты по расчету, м; - стандартная ширина ленты, м.

м/с.

Диаметр барабана, мм [ ];

(6)

где к=140 — коэффициент для определения диаметра приводного барабана; zчисло прокладок в ленте.

мм.

Принят стандартный диаметр барабана мм по ГОСТ 22 644.

По насыпной плотности щебня, ширине ленты и области применения принята роликоопора [ ]: Роликоопора Ж 120 — 159 — 20 ГОСТ 22 645– — 77 (роликоопора верхняя желобчатая типа Ж для ленты шириной 120 см, с диаметром ролика 159 мм и углом наклона бокового ролика).

3 Расчет параметров привода транспортера Цель расчета: определение мощностей привода транспортера, поворота и наклона транспортера.

Условие расчета: обеспечение на рабочих органах тягового усилия, момента для поворота и силы для наклона транспортера.

Мощность привода транспортера, кВт [2]:

(7)

где — тяговое усилие транспортера, Н[2]; =0,93 — кпд приводного барабана.

(8)

где щ=0,04 — коэффициент сопротивления; -горизонтальная проекция длины конвейера, м:

м;

q — погонная масса груза, кг/м:

(9)

где — площадь поперечного сечения груза на транспортере, :

;

— погонная масса движущихся частей конвейера, кг/м:

(10)

где — погонная масса ленты, кг/м:

(11)

где с=1100кг/м — плотность ленты; В — ширина ленты, м; д — толщина ленты, м.

;

— погонная масса вращающихся частей рабочей ветви; - погонная масса вращающихся частей холостой ветви;

H — высота подъема груза, м:

м.

.

кВт.

Мощность привода поворота транспортера, кВт [2]:

(12)

где — крутящий момент,; - угловая скорость, .

.

Мощность привода наклона транспортера, кВт [2]:

(13)

где — сила на штоке гидроцилиндра,; - скорость штока, .

Рисунок 2 — Схема для определения силы на штоке гидроцилиндра Сумма моментов относительно точки подъема транспортера:

;

Отсюда, .

;

;

.

.

.

4 Разработка принципиальной гидравлической схемы машины В данной курсовой работе разработана двухпоточная схема гидропривода машины. Эта схема изображена на чертеже ППМ М511.26.00.00.00.ГЗ.

Машина имеет три рабочих органа:

Рабочий орган вращательного действия — РО1, имеющий привод от гидромотора, рабочий орган поступательного действия — РО2, приводимый в действие гидроцилиндром, рабочий орган вращательного действия РО3, приводимый гидромотором.

Гидродвигатели приводятся в движение от гидронасосов. Машина имеет два гидронасоса.

В приводе рабочих органов используются распределители:

В приводе РО1 распределитель с закрытым центром, управление электрогидравлическое, в приводе РО2 распределитель предназначенный для гидрозамка, управление электрическое, в приводе РО3 — с закрытым центром, управление электрическое.

Наличие у распределителей сервоуправления значительно облегчает работу машиниста.

Для включения в работу РО1 машинист нажатием на кнопку управления распределителя Р1, подает напряжение на обмотку электромагнита распределителя, распределитель переключается в рабочую позицию и направляет поток жидкости к гидромотору М1. Жидкость идет через элементы: Б-Н1-Р1-М1-Р1-ТСАТ-Ф-Б Для остановки рабочего органа РО1 машинист, повторным нажатием на кнопку управления Р1, размыкает электрическую цепь обмотки электромагнита, в этот момент Р1 переключается в нейтральную запирающую позицию, срабатывает клапан первичной защиты КП1, автоматически переводимый в режим переливного. Жидкость от насоса идет через элементы: БН1-КП1-ТС-АТ-Ф-Б.

При включении в работу РО2 машинист нажатием на кнопку управления распределителя Р2, подает напряжение на одну из обмоток электромагнитов распределителя, распределитель переключается в рабочую позицию и направляет поток жидкости к гидроцилиндру Ц. Жидкость идет через элементы: Б-Н2-Р2-ГЗ-Ц-ГЗР2 -ТСАТ-Ф-Б Для остановки рабочего органа РО2 машинист, повторным нажатием на кнопку управления Р2, размыкает электрическую цепь обмотки электромагнита, в этот момент Р2 переключается в нейтральную запирающую позицию, срабатывает клапан первичной защиты КП2, автоматически переводимый в режим переливного. Жидкость от насоса идет через элементы: БН2-КП2-ТС-АТ-Ф-Б.

Для фиксации гидроцилиндра Ц в определенном положении при нейтральной позиции распределителя, в схему введен гидрозамок ГЗ.

Включение рабочего органа РО3 аналогично включению РО2.

Для защиты элементов системы от инерционных перегрузок при торможении, а также от реактивных перегрузок, которые могут возникнуть в запертых гидродвигателях М1, М2 и Ц, в схему включены клапаны вторичной защиты ОПК1, ОПК2 и блок БОПК3, состоящий из обратно — предохранительных клапанов. Давление настройки клапанов вторичной защиты выше давления настройки первичной защиты на 2МПа.

Вторичная защита РО1 и РО3 установлена между силовыми линиями гидродвигателя за распределителем. Вторичная защита РО2 установлена между гидродвигателем и гидрозамком.

Клапан ОПК1 срабатывает, в момент торможения РО1, когда вал гидромотора вращается по инерции, мотор переходит в режим насоса. Тогда жидкость идет через элементы:

Клапан ОПК2 срабатывает при перегрузке в поршневой полости. Жидкость идет через элементы:

Блок БОПК3 срабатывает в момент торможения РО3, когда вал гидромотора вращается по инерции, мотор переходит в режим насоса. Тогда жидкость идет через элементы:

Гидросистема защищена от активных и инерционных перегрузок с помощью клапанов первичной защиты КП1 и КП2. При срабатывании КП1 рабочая жидкость идёт: БН1-КП1-ТС-АТ-Ф1-Б, при этом гидромотор и рабочий орган останавливаются.

Данный клапан является управляемым, непрямого действия. Клапан подсоединяется входом к напорной линии насоса, а выходом со сливной линией, до фильтра.

Работа клапана КП2 аналогична работе КП1.

Для охлаждения рабочей жидкости в летний период в сливную линию перед блоком фильтров включён теплообменный аппарат АТ, который поддерживает температуру РЖ +70 0С.

Перед АТ установлен термостат. Он срабатывает при повышении температуры жидкости выше +50 0С и направляет ее поток через АТ.

Установка манометров МН1 и МН2 позволяет машинисту контролировать давление в напорных линиях. Температура контролируется с помощью термометра Т, установленного в баке Б.

Чистота РЖ обеспечивается непрерывной фильтрацией полнопоточным фильтром Ф1. Засоренность фильтра машинист может контролировать при помощи контрольной лампы, связанной с датчиком, установленном в фильтре.

Для диагностирования гидроаппаратуры машины в гидросхему включены быстроразъемные соединения БР1 -БР9.

Заправка бака рабочей жидкостью осуществляется внешним насосом, через фильтр.

5 Расчет параметров и подбор элементов гидропривода Цель расчета: определение параметров и выбор дизеля, насоса, гидродвигателей, рабочей жидкости, трубопроводов, распределителей, фильтров, предохранительных клапанов и других элементов.

Условие расчета: обеспечение на рабочих органах заданных движущих сил, вращающих моментов, скоростей и перемещений при установившейся работе гидродвигателей и оптимальной температуре рабочей жидкости.

Определение номинального давления. Выбор насосов и их параметров Номинальное давление для насоса привода транспортера, МПа:

(14)

где — мощность привода транспортнра, кВт.

.

Номинальное давление для насоса привода поворота транспортера, МПа:

.

Номинальное давление для насоса привода наклона транспортера, МПа:

.

Принято номинальное давление из наличия комплектующих .

Мощности приводов насосов, кВт:

(15)

привод путевой машина транспортер где з=0,75 — значение полного кпд новой гидропередачи.

кВт;

кВт;

кВт.

Для приводов выбран аксиально-поршневой насоса 310.28. Для привода поворота и наклона аксиально-поршневой насоса 310.12. Насос выбран по необходимой мощности на их валу. Характеристики насосов сведены в таблицу 1.

Таблица 1 — Характеристики аксиально-поршневых насосов с наклонным диском

Необходимая частота вращения вала насоса, которая обеспечивает требуемую мощность,, об/с:

(16)

где — необходимая мощность привода насоса на его валу, Вт; - рабочий объём насоса, м3; - объёмный КПД насоса; — номинальное давление; - полный КПД насоса.

об/с;

об/с;

об/с.

Проверим полученную частоту по условию:

(17)

Насос Н1: 6,7<31<50- Условие выполнено.

Насос Н2: 6,7<12,9<66,7- Условие выполнено.

Насос Н3: 6,7<11,9<66,7 — Условие выполнено.

Производительность, выбранных насосов, м3/с:

(18)

м3/с;

м3/с;

м3/с.

Выбор гидромотора привода транспортера

Необходимая мощность на валу мотора, кВт:

(19)

где — КПД привода рабочего органа; - мощность привода транспортера.

;

.

По мощности на валу мотора выбраны моторы аксиально-поршневые с наклонным диском типа 310.28 для привода конвейера, для привода наклона конвейера 310.12.

Таблица 2 — Характеристика мотора аксиально-поршневого с наклонным диском типа 310.28

Частота вращения вала гидромотора, об/с:

(20)

где — КПД мотора объемный.

.

Должно соблюдаться условие:

(21)

0,83<28,4<79 — Условие выполнено.

0,83<16,4<100 — Условие выполнено.

Выбор гидроцилиндра привода наклона транспортера

При наклоне транспортера гидроцилиндр работает на выдвижение, должно соблюдаться условие:

(22)

где — кпд цилиндра гидромеханический; - сила на штоке гидроцилиндра, Н; - диаметр поршневой полости гидроцилиндра, м.

Решая данное уравнение относительно диаметра D, подберем цилиндр для передачи.

. (23)

м.

Так как цилиндры с данным диаметром не выпускают, то, учитывая ход поршня, принят стандартный гидроцилиндр ГЦО — 50×32×630 со следующими параметрами:; ;, при, с креплением на проушине.

Выбор рабочей жидкости Таблица 3 — Характеристики рабочих жидкостей

Выбор трубопроводов Необходимый внутренний диаметр трубопровода, м:

(24)

где — производительность соответствующего насоса, м3/с; допустимая скорость течения жидкости.

Выбор напорных трубопроводов: =5 м/с.

Необходимая толщина стенки, м:

(25)

где — внутренний диаметр; - допускаемое напряжение разрыва; - предел прочности (для стали 20); - максимальное давление жидкости, МПа .

Принято, тогда

Принята стандартная толщина стенки

Наружный диаметр напорного трубопровода, м:

(26)

.

Внутренний диаметр напорного трубопровода, м:

.

Выбор сливных трубопроводов: =2 м/с.

(27)

где — -суммарная производительность насосов.

.

Принята стандартная толщина стенки

.

Принят стандартный наружный диаметр = 32 мм.

Внутренний диаметр сливного трубопровода, м:

.

Внутренний диаметр сливного трубопровода .

Выбор всасывающих трубопроводов: =1 м/с.

.

Принята стандартная толщина стенки

.

Принят стандартный наружный диаметр = 51 мм.

Внутренний диаметр всасывающего трубопровода, м:

.

Выбор распределителей

Распределители выбраны из каталога фирмы Rexroth. Параметры выбранных распределителей сведены в таблицу 4.

Таблица 4- Технические характеристики распределителей.

Выбор фильтров Выбраны фильтры по суммарному расходу жидкости, тонкости фильтрации и максимальному давлению. Также фильтры и их количество выбраны из условия, что пропускная способность должна быть на 20% больше суммарной производительности насосов.

Выбран фильтр 1.1.25 — 25

Таблица 5 -Характеристика фильтров

Выбор предохранительных клапанов Выбор клапана первичной защиты:

Qн1=8,2л/мин; .

Принят клапан: МКПВ 10/3 Т 2 ПЗ ХЛ4

Qн2−3=61,8л/мин; .

Принят клапан: 20−20−1-133

Таблица 6 — Параметры предохранительных клапанов.

Выбор клапана вторичной защиты:

Предохранительные клапаны вторичной защиты выбраны по максимальному давлению и расходу жидкости в предохраняемой линии.

Принято два обратно — предохранительных клапана ОПК 16 и блок обратно — предохранительных клапанов типа: БОПК 16.1 — 01.

Параметры предохранительных клапанов сведены в таблицу 7.

Таблица 7 — Параметры предохранительных клапанов.

Выбор дросселя Выбран дроссель по расходу и давлению: DV12.1.1X.M

Таблица 8 — Характеристика дросселя DV12.1.1X.M

Выбор гидрозамка Гидрозамок принят по давлению и расходу: Z2S6 — 6X.

Таблица 9 — Характеристика гидрозамка Z2S6 — 6X

Выбор рукавов высокого давления

Для напорных и сливных линий приняты рукава высокого давления. Исходными данными будут являться внутренние диаметры трубопроводов.

Для Н1: ;

Для Н2: .

По внутреннему диаметру выбраны рукава резиновые высокого давления с металлическими навивками неармированные ГОСТ 25 452–90:

Рукав 16×27,6 — 100 — ХЛ ГОСТ 25 452–90.

Рукав 12×23,6- 105 — ХЛ ГОСТ 25 452–90.

6 Расчет параметров и подбор механических компонентов привода и электродвигателей Цель расчета: определение параметров и выбор электродвигателей, редукторов.

Условия расчета: обеспечение необходимой частоты вращения, момента и передаточных чисел.

Подберем редуктор для привода транспортера. Исходными данными будут являться мощность привода транспортера кВт; частота вращения вала гидромотора n=32,1об/с=1920 об/мин; момент на валу гидромотора М=35 Нм.

Частота вращения барабана транспортера, об/мин [2]:

(28)

где — скорость ленты, м/с; - диаметр барабана, м.

.

Передаточное число:

(29)

где — момент на барабане.

.

Список использованных источников

1 Н. В. Мокин. Гидравлические и пневматические приводы. Новосибирск, СГУПС, 2004. 354 с.

2 Кузьмин А. В., Марон Ф. Л. Справочник по расчетам механизмрв подъемно — транспортных машин. — 2-е изд. — Мн.: 1983. — 350 с.

3 СТО СГУПС 1.01СДМ.01−2007. Система управления качеством. Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению. Новосибирск, 2007. 60 с.