Учебное пособие 800490

Рабочее давление p в гидросистемах кранов принимают от 10 до 32 МПа. В современных кранах используют давление 20, 25, 28 МПа. При высоких давлениях снижаются габариты гидропередач, уменьшаются потери на трение, но ужесточаются требования к уплотняющим и герметизирующим элементам гидроприводов. При потере герметичности трубопроводов, в особенности их гибких участков, возникает опасность для обслуживающего персонала, которая может привести к нечастному случаю. Элементы гидропривода необходимо защищать, особенно трубопроводы на гибких участках, экранами и кожухами и вести строгий регулярный контроль состояния гидрооборудования.

При принятом рабочем давлении p (МПа) в гидросистеме и КПД гидроцилиндра ηгц = 0,95 требуемую площадь поршня гидроцилиндра определяют по формуле

Мощность, потребляемая насосом при изменении вылета с учетом потерь давления в трубопроводах (Δpт = 0,5 МПа) и КПД насоса (ηн= 0,9):

Гидроцилиндры для механизмов изменения применяют в специальном исполнении или выбирают из существующей номенклатуры гидроцилиндров, выпускаемых специализированными предприятиями, по диаметру поршня для принятого рабочего давления в гидросистеме.

Основные размеры и параметры гидроцилиндров по нормали ВНИИстройдормаша приведены в табл. П.16.

4.4.2. Определение параметров механизма выдвижения секций стрелы

Современные стреловые краны, смонтированные на автомобильном шасси или на специальном шасси автомобильного типа, имеют телескопическую стрелу, состоящую из двух и более секций. Выдвижение секций осуществляют напрямую гидроцилиндром (при одной иди двух выдвигаемых секциях) или комбинированным приводом, состоящим из гидроцилиндра и канатного мультипликатора (при большем количестве выдвигаемых секций). Для

91

выдвижения секции стрелы, расположенной под угломα к горизонту , необходимо преодолеть составляющую силу тяжести груза с грузозахватным устройством Gгр, собственный вес секции Gс, составляющую ветровой нагрузки Fв, усилие грузоподъемного каната Fк, действующее параллельно стреле, и силы трения Fтр в ползунах секций. Для примера рассмотрим определение усилия, необходимого для выдвижения второй секции трехсекционной стрелы на конечной стадии выдвижения. Третья секция выдвигается канатным мультипликатором (рис. 4.12 и 4.13). Усилие, необходимое для телескопирования третьей секции, получаем из суммы проекций сил на ось стрелы:

где Fк = Gгр /in ηn;

Fтр3 = 2(ΣМс3·f /Бп);

ΣМс3 – сумма моментов сил, действующих на третью секцию, относительно центра минимальной опорной базы Бп ползунов. f ≈ 0,1 - коэффициент трения ползунов в секциях стрелы.

Весовые и ветровые нагрузки на стрелу и ее элементы принимаются по результатам общего расчета крана (см. табл. для расчета параметров крана)[6,7].

Усилие для телескопирования второй секции также получаем из суммы проекций сил на ось стрелы, заменив силы, действующие на третью секцию, усилием телескопирования

Fтс3.

Минимальную базу ползунов Бп рекомендуется принимать не менее Н, где Н – высо-

та сечения секции стрелы, в которую помещается выдвигаемая секция.

По найденному усилию телескопирования и принятому давлению в гидросистеме определяют параметры гидросистемы по формулам, как и для гидросистемы изменения вылета наклоном стрелы. Скорость перемещения головных блоков стрелы Vгб при телескопировании принимают = 0,06÷0,08 м/с.

При проектировании механизма изменения вылета с жесткой подвеской стрелы в курсовом проекте необходимо выполнить расчет на прочность пальцев и сварного соединения со стрелой проушин для крепления гидроцилиндра наклона стреле.

92

Рис. 4.13. Расчетная схема изменения вылета груза телескопированием стрелы

5. Электрический и гидравлический приводы механизмов кранов

5.1. Электрический привод

Электрический привод механизмов кранов широко применяется на всех видах строительных кранов, за исключением автомобильных. Его отличают такие достоинства, как постоянная готовность к работе не зависимо от температурных условий, удобство и легкость управления, чистота мест приводов при их обслуживании, высокая экономичность и возможность получения характеристик приводов, отвечающих самым широким эксплуатацион-

93

ным требованиям. Необходимость подключения электроприводов к электрическим сетям в стреловых самоходных кранах компенсируется применением дизель-электрических установок с генератором переменного или постоянного тока.

Электропривод постоянного тока в строительных кранах применяют при необходимости глубокого плавного регулирования скорости, что значительно усложняет систему питания и управления такими двигателями. Это существенно удорожает такой привод. Поэтому в строительных кранах предпочтение отдается электроприводу на переменном токе.

Электрический привод на переменном токе осуществляется с помощью специальных (крановых) трехфазных электродвигателей с короткозамкнутым ротором серий МТКН, 4МТКН, МТКF или фазным ротором серий МТН, 4МТН, МТF. Двигатели с короткозамкнутым ротором из-за больших динамических нагрузок при пуске применяют в крановых механизмах при мощностях до 5…7 кВт. При больших мощностях используют двигатели с фазным роторм. Крановые электродвигатели допускают значительную кратковременную перегрузку φ = Ммакс / Мном = 2,5…3. С каждого типоразмера двигателя этих серий можно снимать различную мощность в з ависимости от продолжительности его включения: ПВ = 25%, ПВ = 40%, ПВ = 60%, ПВ =100%. Номинальной считается мощность при ПВ = 25%. При другой требуемой продолжительности включения ПВт снимаемая мощность может

Выбор мощности двигателя производится в три этапа. Сначала производится предварительный выбор мощности двигателя, затем двигатель проверяют с учетом режима работы механизма и управляющего устройства и далее производится проверка двигателя по условиям обеспечения надежного пуска.

Ориентировочный расчет мощности двигателя Nо осуществляется при статическом и кинематическом расчете механизма (см. соответствующие разделы расчетов механизмов кранов). В соответствии с назначением и заданным режимом работы крана устанавливается режим работы механизма, число включений в час, выбирается управляющее устройство двигателя и его вид (табл. 5.1 – 5.3).

94

Мст макс - максимальный момент статической нагрузки, определяемый при статическом расчете механизма;

Мдин = Ј ·ε - динамический момент, определяемый из условия обеспечения заданного ускорения. Ј – моменты инерции всех движущихся частей механизма и машины, приведенные к валу ротора двигателя; ε = ώ / t – угловое ускорение, где ώ – номинальная угловая скорость вала двигателя; t – рекомендуемое время разгона механизма.

Таблица 5.4

Коэффициенты для выбора электродвигателей

96

5.2.Гидравлический привод

5.2.1.Общая характеристика гидравлического привода грузоподъемных кранов

Широкое применение гидравлического привода в стреловых самоходных кранах вызвано рядом требований потребителей, использующих грузоподъемную технику при освоении новых строительных площадок: сокращение потерь времени на перевод крана из транспортного положения в рабочее и наоборот; сложная конфигурация строительных площадок и стесненные условия работы кранов; повышение точности установки грузов и строительного оборудования при монтаже; обеспечение при производстве монтажных работ необходимых диапазонов регулирования скоростей рабочих движений независимо от нагрузки. Таким потребностям в полной мере отвечает гидрообъемный привод механизмов кранов. Гидрообъемный привод отличает также простота передачи энергии к механизмам, имеющим сложную пространственную кинематику, возможность обеспечения больших передаточных чисел при малых габаритных размерах, легкость управления в широком диапазоне скоростей, обеспечивающих плавный разгон, торможение и реверсирование, доступность автоматизации и унификации.

Недостатками объёмных гидроприводов являются: относительно низкий КПД (0,7…0,8), зависимость работоспособности и надёжности от условий эксплуатации (температура, запылённость воздуха, загрязнённость рабочей жидкости) и квалификации операторов, высокая стоимость гидрооборудования.

В самом простом варианте гидрообъёмный привод состоит из насоса, гидродвигателя, контрольно-регулирующей и вспомогательной аппаратуры, гидробака и гидротрубопроводов, соединяющих названные элементы в гидросистему. Такой гидропривод, благодаря незначительной сжимаемости жидкости, обеспечивает достаточно жёсткую связь между гидравлическим насосом и гидравлическим двигателем через рабочую жидкость, перемещаемую по системе трубопроводов.

Рабочая жидкость в гидросистеме должна обладать рядом свойств. Она должна сочетать в себе свойства рабочего тела, смазочного и охлаждающего материала, не терять эти свойства в течение заданного срока службы, обладать антикоррозионными, противоизносными, противопенными свойствами. Рабочая жидкость должна быть достаточно вязкой, что способствует уменьшению утечек через неплотности стыков элементов гидросистемы. С другой стороны, увеличение вязкости увеличивает потери давления, ухудшая условия работы гидромашин. Высокая вязкость рабочей жидкости при больших скоростях потока и высоких давлениях способствует ее перегреву, потере начальных свойств. Объемные гидроприводы в зависимости от устанавливаемых насосов устойчиво работают при следующих значениях кинематической вязкости рабочей жидкости: 150…1400 сСт - для шестеренчатых насосов, 60…800 - для пластинчатых, 30…500 - для аксиальных. Применение жидкостей, не отвечающих температурным условиям эксплуатации, приводит гидропривод к выходу из строя. В гидроприводах грузоподъемных машин рекомендуется использовать гидравлические жидкости (масла) ВМГЗ, МГ-30, АМГ-10, И-30А. Характеристики этих жидкостей приведены в табл П.20.

5.2.2. Гидравлическая схема и взаимодействие ее элементов на кране

На рис. 5.3 показана принципиальная гидравлическая схема простейшего гидропривода с разомкнутым потоком рабочей жидкости. Работа такого привода осуществляется следующим образом. Рабочая жидкость всасывается из бака 9 насосом 1 и проходит через обратный клапан 2 по напорной магистрали 3 в золотник 4, имеющий три положения: рабочее - подача жидкости в поршневую полость цилиндра 5 и слив из штоковой полости; возвратное -

97

подача жидкости в штоковую полость – слив из поршневой. При нейтральном положении золтника (как указано на рис. 5.3) жидкость из напорной магистрали 3 золотником направляется в сливную магистраль 6 и через фильтр 8 сливается в бак. Для предохранения гидросистемы от перегрузок напорная линия соединяется со сливной линией через предохранительный клапан 7, сбрасывающий при превышении давления, на которое он отрегулирован, избыток рабочей жидкости в бак.

Рис. 5.3. Гидравлическая схема гидрообъёмного привода:

1 – насос; 2 – обратный клапан; 3 – напорная магистраль; 4 – гидрораспределитель; 5 – гидроцилиндр (гидродвигатель); 6 – сливная магистраль; 7 – предохранительный клапан;

8 – фильтр; 9 – бак. Стрелками показано направление движения жидкости при различных положениях золотника

Гидравлический привод реальных машин оснащен большим количеством рабочих и вспомогательных элементов, обеспечивающих надежную и безопасную эксплуатацию грузоподъемной техники. На рис. 5.4 приведена унифицированная гидравлическая схема, которая разработана для серийных стреловых самоходных кранов. В ней применены, кроме элементов указанных в схеме на рис. 5.3, такие устройства, как гидромоторы, гидрозамки, регуляторы потока, вращающиеся соединения трубопроводов и другие устройства. Работа и взаимодействие элементов приведенной гидросхемы осуществляется следующим образом.

Из бака 1 гидравлическая жидкость через вентиль 2, используемый при ремонте гидросистемы, забирается насосом 3 и подается в напорную линию. Из напорной линии гидрожидкость может быть направлена двухпозиционным распределителем 4 в шестисекционный гидрораспределитель 5 с или трехсекционный гидрораспределитель 33.

Распределитель 5 с помощью золотников 5.1 и 5.2 управляет опорными гидроцилиндрами 6 и с помощью золотников 5.5 и 5.6 управляет опорными гидроцилиндрами 13 четырех выносных опор. Спаренные гидроцилиндры 11 блокировки рессор управляются золотником 5.4. Золотником 5.3 производится управление гидроцилиндрами 10 для перевода выносных опор в транспортное положение и обратно с помощью гидроклапана «ИЛИ» 8 и золотников 9. Для запирания поршневых полостей гидроцилиндров 6, 13, 11 с целью исключения проседания опор при случайном повреждении гидролиний установлены гидрозамки 7, 12, 14. Раздельное управление гидроцилиндрами выносных опор позволяет обеспечить установку крана с уклоном в пределах требований инструкции по эксплуатации крана. Уклон поворотной платформы можно контролировать по креномеру, установленному на поворотной платформе крана.

При направлении распределителем 4 рабочей жидкости в гидрораспределитель 33 предоставляются возможности изменения угла наклона стрелы крана гидроцилиндрами 22, управляемыми золотником 33.1. Гидроцилиндры 22 снабжены гидрозамками 23 и тормозным клапаном 26, который частично уменьшает сечение сливной гидролинии поршневой

98

полости для плавного опускания стрелы без разрыва потока жидкости, поступающей в поршневую полость. Гидроцилиндр 25 через обратные гидроклапаны 24 позволяет отслеживать нагрузку, действующую на стрелоподъемные гидроцилиндры, и передавать ее на датчик ограничителя грузоподъемности.

Вращение поворотной платформы крана осуществляется гидромотором 36, управляемым золотником 33.2. Блок гидроклапанов 34 предохраняет гидромотор 36 механизма поворота платформы крана от перегрузок.

Насос 38 забирает жидкость из бака 1 через ремонтный вентиль 39 и подает ее через центральный коллектор 37 к гидрораспределителю 21 и далее с помощью золотника 21.1 к гидромотору 20 грузовой лебедки или к гидроцилиндру 16 механизма изменения длины стрелы с помощью золотника 21.2. Телескопический гидроцилиндр 16 оснащен гидрозамком

17.

С помощью тормозных гидроклапанов 15, 18, и 26 опускают груз, стрелу, уменьшают длину стрелы с заданной скоростью независимо от попутной нагрузки. В аварийных ситуациях при выходе из строя автомобильного двигателя или насосов опускание груза и поворот платформы крана осуществляют открытием вентилей 19 и 35. Рабочие золотники, управляющие гидромоторами грузовой лебедки и механизма поворота платформы, оснащены дополнительными золотниками 21.12 и 33.21, которые соответственно управляют гидроцилиндрами тормозов 27 этих механизмов.

Гидроцилиндры 27 тормозов механизма поворота крана и механизма подъема груза одностороннего действия. При остановке соответствующего механизма его тормоз замыкается, поршневая полость гидроцилиндра соединяется со сливной магистралью, а сам поршень под воздействием замыкающей пружины вытесняет жидкость из поршневой полости в сливную магистраль. При включении механизма поршневая полость гидроцилиндра через сблокированный с управляющим золотником распределитель 21.12 соединяется с напорной гидролинией и растормаживает механизм. Управление гидромотором 20 привода грузовой лебедки осуществляется золотником 21.1 секции гидрораспределителя 21. При включении золотника 33.3 поток рабочей жидкости от насоса 3 суммируется с потоком жидкости от насоса 36 и обеспечивает ускоренный подъем (опускание) груза или ускоренное телескопирование стрелы.

При превышении грузоподъемности крана по сигналу ограничителя грузоподъемности электромагниты гидроклапанов 30 отключаются от источника электропитания и соединяют гидролинии управления предохранительными клапанами 31 и 32 и гидроцилиндры тормозов с дренажной гидролинией, в результате чего происходит разгрузка насосов, остановка механизмов и замыкание тормозов.

Вгидробак 1, расположенный в непосредственной близости от насосов, жидкость поступает через фильтры 41, в которых установлены предохранительные переливные клапаны. Тонкость фильтрации жидкости составляет 40 мкм.

Ваварийной ситуации, при выходе из строя приводного двигателя или насосов, спуск груза или опускание стрелы обеспечивается ручным насосом 40, подключаемым вентилями

42.Ручной насос позволяет создать необходимое давление для открытия гидрозамков. Для аварийного поворота платформы открывают вентиль 35, установленный параллельно гидромотору 36.

99