Разработка привода и системы управления путевой машины
Размещено
на /
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)
2008
Содержание
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
пневмо- и 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,
снего- и 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=1,8м ; h – глубина
вырезки балласта,
h=0,75м.
.
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 1200мм,
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; z-
число прокладок
в ленте.
мм.
Принят стандартный
диаметр барабана
мм
по ГОСТ 22644.
По насыпной
плотности
щебня, ширине
ленты и области
применения
принята роликоопора
[ ]: Роликоопора
Ж 120 – 159 – 20 ГОСТ 22645
– 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 ω=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 ρ=1100кг/м
– плотность
ленты; В – ширина
ленты, м; δ
– 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-ТС- АТ-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
: Б- Н1-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-ГЗ -Р2
-ТС- АТ-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
: Б- Н2-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:
Б -Н1-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
η=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
| Параметры |
310.28 |
310.12 |
|
Рабочий
объем,
|
28 |
11,6 |
|
Давление
на выходе, МПа:
номинальное
максимальное
|
20
30
|
20
30
|
|
Частота
вращения вала,
об/с:
минимальное
номинальное
максимальное
|
6,7
32
50
|
6,7
40
66,7
|
| Номинальная
мощность
|