Papel del sistema hidráulico de excavadora
1.1 Descripción general de la transmisión y el control hidráulicos
La transmisión y el control hidráulicos utilizan líquido (aceite, aceite hidráulico con alto contenido de agua, líquido sintético) como medio para realizar diversas funciones mecánicas. cantidades (fuerza, desplazamiento o velocidad, etc.) de salida. En comparación con la transmisión mecánica simple, la transmisión eléctrica y la transmisión neumática, tiene las características de gran potencia de transmisión, estructura pequeña y respuesta rápida. Por lo tanto, se usa ampliamente en diversos equipos mecánicos y sistemas de control automático de precisión. La tecnología de transmisión hidráulica es una tecnología emergente con una historia de desarrollo corta pero de rápido desarrollo. La tecnología hidráulica ha entrado en el campo de la ingeniería desde que se construyó la primera prensa en 1795; su uso en armas de defensa comenzó en 1906.
Durante la Segunda Guerra Mundial, debido a la urgente necesidad de la industria militar de sistemas de control automático de respuesta rápida y alta precisión, surgieron los sistemas de servocontrol hidráulico. Desde la década de 1960, debido al desarrollo de la energía atómica, la tecnología aeroespacial, los grandes buques y la tecnología electrónica, se han planteado continuamente nuevos requisitos para la tecnología hidráulica, desde la civil hasta la defensa nacional, desde la transmisión general hasta los sistemas de control de alta precisión, esta tecnología. ha sido más ampliamente utilizado en desarrollo y aplicación.
En la industria de defensa nacional: la transmisión y el control hidráulicos se utilizan en diversas armas de guerra en tierra, mar y aire. Como aviones, tanques, barcos, radares, artillería, misiles y cohetes, etc.
Industria civil: industria de máquina herramienta, industria metalúrgica, maquinaria de ingeniería, agricultura, industria del automóvil, industria textil, industria de construcción naval.
Además, en los últimos años se han utilizado sistemas de seguimiento solar, dispositivos de simulación de ondas, simuladores de conducción de aviones, simuladores de conducción de barcos, reproducciones de terremotos, dispositivos de lanzamiento de cohetes propulsores, simulaciones de entornos aeroespaciales, sistemas antisísmicos para edificios de gran altura. y dispositivos de frenado de emergencia, etc., todos utilizan tecnología hidráulica.
En definitiva, la tecnología hidráulica se puede utilizar en cualquier campo de la ingeniería con equipos mecánicos. La razón por la que se desarrolla tan rápido y se utiliza ampliamente es que la tecnología hidráulica tiene excelentes características. En resumen, la transmisión hidráulica tiene ventajas significativas: su potencia de salida por unidad de peso y su potencia de salida por unidad de volumen son grandes; el dispositivo de transmisión hidráulica es pequeño; tamaño y estructura compacto, flexible en diseño, fácil de lograr regulación de velocidad continua, amplio rango de regulación de velocidad, fácil de cooperar con el control eléctrico para lograr la automatización fácil de implementar protección contra sobrecarga y mantenimiento de presión, seguro y confiable. Protección y mantenimiento de presión, seguros y confiables; los componentes son fáciles de lograr, serialización, estandarización y generalización, la presión hidráulica y el control por microcomputadora son fáciles de combinar con nuevas tecnologías para formar una integración "mecánica-eléctrica-hidráulica-óptica", lo que facilita digitalización.
1.2 Desarrollo y características del proceso de la prensa hidráulica
La prensa hidráulica es uno de los equipos más utilizados en la producción de productos moldeados y se ha desarrollado rápidamente desde su aparición en el siglo XIX. , y su amplia adaptabilidad a las propiedades de trabajo, lo que lo hace ampliamente utilizado en diversos sectores de la economía nacional. Dado que el sistema hidráulico y toda la estructura de la prensa hidráulica están relativamente maduros, el desarrollo actual de las prensas hidráulicas en el país y en el extranjero no solo se refleja en el sistema de control, sino también principalmente en la alta velocidad, la alta eficiencia y el bajo consumo de energía; integración electromecánica e hidráulica para hacer un uso completo y razonable de la electrónica mecánica. La tecnología avanzada promueve la mejora de todo el sistema hidráulico; la automatización y la inteligencia realizan el diagnóstico y ajuste automático del sistema, con función de preprocesamiento de fallas para la integración y estandarización de los componentes hidráulicos; Previene eficazmente fugas y contaminación.
Como los dos componentes principales de la prensa hidráulica, la máquina principal y el sistema hidráulico han madurado en el desarrollo tecnológico, y no existe una gran brecha entre los modelos nacionales y extranjeros. La principal diferencia radica en la tecnología de procesamiento. y método de instalación. La buena tecnología ha logrado mejoras significativas en los aspectos de filtración, refrigeración y antichoque y antivibración de la máquina. En términos de diseño de la estructura del circuito de aceite, las máquinas hidráulicas nacionales y extranjeras tienden a ser diseños integrados y válvulas de cartucho, válvulas apiladas y componentes y sistemas compuestos en los sistemas hidráulicos. En particular, los bloques integrados se pueden producir de manera profesional, con calidad y rendimiento confiables y un ciclo de diseño relativamente corto.
El circuito compuesto por nuevos componentes hidráulicos desarrollado en base a bloques integrados en los últimos años también tiene sus ventajas únicas: no requiere juntas adicionales, su estructura es más compacta, su volumen es relativamente menor y. su peso es más liviano y no requiere conexiones de tuberías de aceite, eliminando así fugas, vibraciones y ruidos causados por tuberías y juntas de aceite.
Las válvulas de cartucho lógicas tienen las características de tamaño pequeño, peso ligero, buen rendimiento de sellado, baja pérdida de potencia, acción rápida y fácil integración. Comenzaron a aparecer a principios de la década de 1970 y se han desarrollado rápidamente hasta el día de hoy. Nuestro país investiga y produce este tipo de válvulas desde 1970, y ha sido ampliamente utilizada en metalurgia, forja y otros equipos, mostrando grandes ventajas.
El proceso de prensa hidráulica es ampliamente utilizado y es adecuado para procesos de estampado como doblado, bridado, estiramiento, conformado y extrusión en frío. Es una prensa que utiliza presión hidrostática para procesar productos. Es adecuado para el proceso de estampado y conformado de productos en polvo metálico y materiales no metálicos, como plásticos, plásticos reforzados con fibra de vidrio, materiales aislantes y productos abrasivos, y también se puede utilizar en procesos de corrección y ajuste a presión.
Debido a la necesidad de una variedad de procesamiento, la prensa hidráulica tiene las siguientes características:
(1) El banco de trabajo es más grande y la carrera del deslizador es más larga, lo que puede cumplir con las requisitos de una variedad de procesos;
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(2) Hay un dispositivo de expulsión para facilitar la expulsión de la pieza de trabajo;
(3) La prensa hidráulica funciona en modos de avance lento, manual y semiautomático, lo que facilita su operación;
() (4) La prensa hidráulica tiene funciones de mantenimiento de presión, retardo y retorno automático, y puede realizar moldeo a presión constante y moldeo a presión constante. Es especialmente adecuado para la supresión de polvos metálicos y no metálicos;
(5) Funcionamiento de la prensa hidráulica La presión, la velocidad de prensado y el rango de carrera se pueden ajustar arbitrariamente, proporcionando una gran flexibilidad.
Análisis de condiciones de trabajo de los sistemas hidráulicos de dos prensas hidráulicas de 150t
Esta máquina (ver Figura 1.1) es adecuada para el prensado y procesamiento de materiales plásticos. Como estampado, doblado, rebordeado, embutición de láminas, etc. También puede dedicarse a la corrección, el ajuste a presión, el moldeo de cubos de ruedas, el moldeo por extrusión en frío de piezas metálicas y el moldeo por compresión de productos plásticos y productos en polvo. El dispositivo tiene un mecanismo de alimentación y un sistema eléctrico independientes. Usando el control centralizado por botones, se pueden realizar tres modos de operación de ajuste, manual y semiautomático. La presión de trabajo, la velocidad de prensado, el descenso rápido sin carga y el rango de carrera de desaceleración de esta máquina se pueden ajustar según las necesidades del proceso y pueden completar procesos de prensado generales. Este proceso se divide en dos acciones de proceso: presión constante y rango fijo. Las acciones del proceso de moldeo a presión constante incluyen el mantenimiento de la presión después de la presurización, el retraso, el retorno automático, el retorno automático después del retraso, etc. La máquina tiene una forma rectangular, una apariencia novedosa y hermosa, y el sistema de energía adopta un sistema hidráulico. La estructura es simple y compacta, y la acción es sensible y confiable. La máquina también está equipada con un interruptor de pie, que puede realizar acciones de proceso semiautomáticas cíclicas.
2.2 Análisis de las condiciones de trabajo
Basado en la encuesta de pasantía de graduación, este diseño utiliza el método de analogía para determinar inicialmente la posición del vástago del pistón del cilindro hidráulico principal instalado verticalmente que impulsa el control deslizante y se mueve. viga sobre la columna deslizándose hacia arriba y hacia abajo, la masa de las partes móviles es de 500Kg.
1. Carga de trabajo La resistencia a la compresión de la pieza de trabajo es la carga de trabajo:
2. Carga de fricción Resistencia a la fricción estática:
Resistencia a la fricción dinámica:
3.
Peso propio:
4. Valor de carga El valor de carga del cilindro hidráulico en cada etapa de trabajo:
Entre ellos:
--La eficiencia mecánica del cilindro hidráulico generalmente se toma como = 0,9-0,97. La carga de trabajo constituye empuje F/
2.3 Dibujo del diagrama de carga y del diagrama de velocidad:
El diagrama de carga se dibuja de acuerdo con los valores anteriores y el diagrama de velocidad se dibuja de acuerdo con los valores dados. condiciones, como se muestra en la figura:
3. Diseño esquemático del sistema hidráulico
3.1 Diseño del circuito de mantenimiento de presión y reabastecimiento automático de aceite
Considerando los requisitos de diseño, el tiempo de mantenimiento de la presión debe alcanzar los 5 segundos y la presión debe tener una buena estabilidad. Si el tiempo de mantenimiento de la presión del circuito de la válvula de retención de control hidráulico es largo y la estabilidad de la presión es alta, se puede diseñar la válvula de inversión para mantener la presión en la posición neutral, y se puede diseñar el circuito de reabastecimiento automático de aceite, y el tiempo de mantenimiento de la presión Está controlado por el relé de tiempo del componente eléctrico, entre 0 y Se puede ajustar en 20 minutos. Este circuito es totalmente adecuado para sistemas de alta presión con alto rendimiento de retención de presión, como prensas hidráulicas.
Diagrama esquemático del principio de funcionamiento del sistema de circuito de mantenimiento de presión y reabastecimiento automático de aceite:
Presione el botón de inicio, el electroimán 1YA se energiza, la válvula de inversión 6 está conectada a el circuito, y la cámara superior del cilindro hidráulico se convierte en una cavidad de mantenimiento de presión, cuando la presión alcanza el límite superior predeterminado, el relé de presión 11 envía una señal para cambiar la válvula de inversión a la posición neutral, en este momento, la bomba hidráulica; Está descargado y el cilindro hidráulico mantiene la presión a través de la función neutral tipo M de la válvula de inversión.
Cuando la presión en la cámara superior del cilindro hidráulico cae al límite inferior predeterminado, el relé de presión envía una señal, lo que hace que la posición correcta de la válvula de inversión se haga cargo de la línea de aceite. En este momento, la bomba hidráulica repone aceite. la cámara superior del cilindro hidráulico, provocando un aumento de la presión. Durante el viaje de regreso, la válvula solenoide 2YA se activa, la posición izquierda de la válvula de inversión se hace cargo de la línea de aceite y el pistón regresa rápidamente hacia arriba.
3.2 Diseño del circuito de alivio de presión:
La función del circuito de alivio de presión es liberar lentamente la energía almacenada en el cilindro hidráulico de alta presión y gran capacidad para evitar un gran impacto hidráulico. cuando se suelta de repente. Generalmente, cuando el diámetro de un cilindro hidráulico es superior a 25 mm y la presión es superior a 7 Mpa, la cámara de aceite liberará la presión antes de drenar el aceite.
Según las necesidades de producción reales del diseño, se selecciona el circuito de alivio de presión de la válvula de mariposa. Su principio de funcionamiento es: presione el botón de inicio, se abre la posición correcta de la válvula de inversión 6 y la salida de aceite de la bomba hidráulica fluye a la cámara superior del cilindro hidráulico a través de la posición correcta de la válvula de inversión 6. Al mismo tiempo, la presión del aceite hidráulico afecta al relé de presión. Cuando la presión alcanza una cierta presión, el relé de presión envía una señal para devolver la válvula de inversión 5 a la posición neutral y la válvula de inversión electromagnética 10 se enciende. Cuando la válvula de inversión 5 está en la posición neutral (la bomba hidráulica está descargada), el aceite a alta presión en la cámara superior del cilindro hidráulico regresa al tanque a través de la válvula de mariposa 9 y la válvula de inversión 10, y la válvula de mariposa Libera la presión para ajustar la velocidad. Cuando la presión en la cámara cae a la presión del regulador del relé de presión, la válvula de inversión 6 cambia a la posición izquierda y la válvula de retención de control hidráulico 7 se abre, lo que permite que el aceite de la cámara del cilindro hidráulico se descargue al aceite auxiliar. tanque 13 en la parte superior del cilindro hidráulico a través de esta válvula en el interior. El uso de este tipo de circuito de alivio de presión no requiere mantenimiento de presión antes del alivio de presión. El mantenimiento de la presión antes del alivio de presión requiere que la válvula de inversión también pueda ser de tipo M y estar equipada con otros componentes.
Cuando la máquina está funcionando, si la máquina está atascada por escombros o piezas externas, es cuando la bomba de aceite está funcionando, y la presión de salida del aceite aumenta con el paso del tiempo de trabajo, y el aceite hidráulico no puede alcanzar el cilindro hidráulico Para proteger la seguridad de la bomba hidráulica y los componentes hidráulicos, se instala una válvula de alivio de acción directa en la salida de aceite de la bomba 1. Funciona como una válvula de seguridad. La bomba alcanza la presión en la válvula de alivio, la válvula de alivio se abre y el aceite hidráulico alcanza la presión. Cuando la presión de la bomba alcanza la presión piloto de la válvula de alivio, la válvula de alivio se abre y el aceite hidráulico regresa al tanque. Juega un papel protector. En los sistemas hidráulicos, las válvulas de alivio generalmente se usan para conectarse cerca de la bomba hidráulica, lo que también puede aumentar la estabilidad del sistema hidráulico. Mejorar la precisión del procesamiento de piezas.
3.3 Diagrama esquemático del sistema hidráulico de la prensa hidráulica
Ciclo de trabajo del cilindro hidráulico superior
(1) Descenso rápido. Presione el botón de inicio, el solenoide 1YA se activa. En este momento, el circuito de aceite es:
Circuito de suministro de aceite de la cámara superior del cilindro hidráulico
Bomba variable 1-válvula de inversión 6 posición derecha. -sección Válvula de flujo 8-relé de presión 11-cilindro hidráulico 15
Ruta de aceite de retorno de la cámara inferior del cilindro hidráulico
Cámara inferior del cilindro hidráulico 15-válvula de retención de control hidráulico 7-válvula de inversión 6 derecha Posición - Válvula solenoide 5 - Válvula de contrapresión 4 - Tanque de aceite
Análisis del circuito de aceite: El aceite hidráulico de la bomba variable 1 pasa por la posición correcta de la válvula inversora 6, el tubo de retorno de aceite en la cámara inferior de el cilindro hidráulico y el tubo de retorno de aceite del cilindro hidráulico conectados. Cuando el aceite hidráulico pasa por la posición correcta de la válvula de inversión 6, el aceite hidráulico se divide en dos rutas de aceite: una ruta de aceite fluye a través del relé 11 a través de la válvula de mariposa 7 y la otra ruta de aceite fluye directamente a la cámara superior. del cilindro hidráulico y el manómetro. La cámara superior del cilindro hidráulico está presurizada. La cámara inferior del cilindro hidráulico 15 fluye a través de la posición correcta de la válvula de inversión 6, a través de la válvula de retención hidráulica 7, y luego fluye al tanque a través de la válvula de contrapresión. Debido a que esta es la contrapresión generada por la válvula de contrapresión, la válvula de retención de control hidráulico 7 conectada al tanque auxiliar se abrirá, permitiendo que el aceite hidráulico en el tanque auxiliar 13 reponga aceite a la cámara superior del cilindro hidráulico 15 a través del válvula de retención de control hidráulico 14 al lado del tanque auxiliar. De esta manera, el cilindro hidráulico desciende rápidamente y el sistema conectado a la válvula de contrapresión devuelve aceite, creando una cierta resistencia al aceite para mejorar la suavidad del movimiento del actuador.
(2) Circuito de aceite al mantener la presión:
Análisis del circuito de aceite: Cuando la cámara superior desciende rápidamente hasta un tiempo determinado, el relé de presión 11 envía una señal, provocando que se active la válvula de inversión. 6 a El electroimán 1YA se desconecta, la válvula de inversión regresa a la posición neutral y el orificio del émbolo de la bomba variable se usa para pasar del estado de succión de aceite al estado de descarga de aceite. Su volumen cambia de grande a pequeño, y durante. Para pasar de aumento a disminución, debe haber un proceso en el que la tasa de cambio de volumen sea cero.
Debe haber un instante en el que la tasa de cambio de volumen sea cero, es decir, el instante en que el orificio del émbolo se mueve hasta el punto donde su línea central coincide con la superficie del centro muerto. En este momento, la entrada y salida de aceite del orificio del émbolo. están en la placa de distribución de aceite. Se llama posición de punto muerto. Cuando el émbolo está en esta posición, no absorbe ni descarga aceite, sino que se encuentra en un estado de transición de succión de aceite a descarga de aceite. Los sistemas hidráulicos mantienen la presión. Cuando la bomba hidráulica 1 está en posición neutra, regresa directamente al tanque a través de la válvula de contrapresión.
(3) Ruta de retorno de aceite:
Ruta de suministro de aceite en la cámara inferior del cilindro hidráulico:
Bomba variable 1 - posición izquierda de la válvula de inversión 6- -Válvula hidráulica unidireccional 7--cámara inferior del tanque de aceite hidráulico 15. - Cámara inferior del tanque de aceite hidráulico 15
Ruta de retorno de aceite de la cámara superior del cilindro hidráulico:
Cámara superior de la cámara hidráulica - Válvula de retención de control hidráulico 14 - Tanque de aceite auxiliar 13
Cámara hidráulica cámara superior-válvula de mariposa 8-válvula de inversión 6 posición izquierda-válvula solenoide 5-válvula de contrapresión 4-tanque de combustible
Análisis del circuito de aceite: cuando la presión alcanza un cierto nivel, el relé de tiempo envía una señal, energice la válvula solenoide 2YA de la válvula de inversión 6, y la válvula de inversión está conectada a la posición izquierda. El aceite hidráulico de la bomba variable 1 se envía a la cámara inferior del cilindro hidráulico a través del sistema hidráulico. válvula de retención de control al lado de la válvula de inversión Al mismo tiempo, el aceite hidráulico en la cámara superior del cilindro hidráulico pasa a través de la válvula de mariposa 9 (la válvula solenoide 6YA está conectada), el aceite en la cámara superior pasa a través de la válvula de inversión. 10 (la válvula solenoide 6YA está conectada), y el aceite en la cámara superior pasa a través de la válvula de inversión 10 (la válvula solenoide 6YA está conectada), el aceite en la cámara superior pasa a través de la válvula de inversión 10 (válvula solenoide). 6YA está encendido). El aceite de la cámara superior se conecta al tanque a través de la válvula de inversión 10 para lograr el alivio de presión. La otra parte del aceite fluye a la válvula de inversión 6 a través de la válvula de mariposa de la línea principal de aceite y luego regresa al tanque. a través de la válvula solenoide 19 y la válvula de contrapresión 11. Lograr el alivio del estrés.
Ciclo de trabajo del cilindro hidráulico inferior:
Al expulsar hacia arriba, la válvula solenoide 4YA se energiza y la 5YA se desenergiza.
Línea de entrada de aceite:
Bomba hidráulica--posición izquierda de la válvula de inversión 19--válvula de mariposa unidireccional 18--cámara inferior del cilindro hidráulico inferior
Línea de retorno de aceite:
Cámara superior del cilindro hidráulico inferior - válvula de inversión 19 posición izquierda - tanque de aceite
Cuando el pistón toca la culata superior, el pistón permanece en esta posición.
Cuando se desconecta 4YA y se conecta 3YA, se produce un retorno de aceite hacia abajo.
Ruta de entrada de aceite:
Válvula de inversión de la bomba hidráulica 19 Válvula de mariposa unidireccional derecha 17 Cámara superior del cilindro hidráulico inferior
Ruta de retorno de aceite:
Cámara inferior del cilindro hidráulico inferior - posición derecha de la válvula de inversión 19 - tanque de combustible
Se detiene in situ cuando las válvulas de solenoide 3YA y 4YA están apagadas y la válvula de inversión 19 está en la posición neutral.
IV. Cálculo del sistema hidráulico y selección de componentes
4.1 Determinar los principales parámetros del cilindro hidráulico:
Según el tipo de máquina herramienta hidráulica seleccionar inicialmente la presión de trabajo del cilindro hidráulico es de 25 Mpa. De acuerdo con los requisitos de velocidad de avance y retroceso rápidos, se utiliza un cilindro hidráulico de vástago único. El avance rápido adopta una conexión diferencial y se realiza reponiendo líquido. En este caso, el área de trabajo de la cavidad sin vástago del cilindro hidráulico debe ser 6 veces el área de trabajo de la cavidad del vástago, es decir, el diámetro del vástago. y el diámetro del cilindro satisfacen la relación.
Durante el avance rápido, debe haber contrapresión en el tubo de retorno de aceite del cilindro hidráulico para evitar que la placa de presión superior se deslice automáticamente hacia abajo debido a su propio peso. Según la Tabla 2-2 del ". Manual de diseño del sistema hidráulico", deseable = 1Mpa, avance rápido Al retroceder, el cilindro hidráulico está conectado diferencialmente. Sin embargo, debido a la caída de presión en la tubería de aceite, la presión en la cámara de varilla debe ser mayor que la de la cámara sin varilla. Se puede tomar un valor estimado. Al dar marcha atrás, hay contrapresión en la cámara de retorno de aceite. En este momento, también se puede estimar en base a 2Mpa. Estimado en base a 2Mpa.
① Calcule el área del cilindro hidráulico
Se puede calcular como se muestra a continuación
--Presión de la cámara de trabajo del cilindro hidráulico Pa
--Presión hidráulica Presión de la cámara de retorno de aceite del cilindro Pa
Por lo tanto.
Según GB2348-80, estos diámetros se redondean a valores estándar y se obtienen los siguientes resultados:
De esta manera se deriva el área efectiva real del cilindro hidráulico:
2 ) Cálculo del caudal real requerido del cilindro hidráulico
1) El caudal requerido cuando se trabaja rápidamente
La eficiencia volumétrica del cilindro hidráulico es el siguiente
2) Caudal requerido cuando el cilindro de trabajo está inhibido Caudal requerido
③ Caudal de aceite de retorno del cilindro de trabajo
4. Selección de componentes hidráulicos