Принцип работы гидравлики экскаватора
Принцип работы гидравлики экскаватора
У гидравлических экскаваторов очень широкая сфера применения
- В сравнении с другими машинами, такими как бульдозер или погрузчик, экскаватор может выполнять большой диапазон работ, находясь в одной точке;
- Возможность поворачиваться на 3600 позволяет экскаватору легко работать на ограниченном пространстве;
- Большая мощность капания позволяет экскаватору аккуратно капать, рыть траншеи и сформировывать основания;
- Так как работа происходит практически без перемещения машины – износ ходовой части минимален;
- Легкая смена рабочего оборудования позволяет использовать экскаватор для выполнения различных задач.
Использование
- Перемещение грунта
- Планирование
- Рыхление
- Погрузка
- Планировка
Рабочее оборудование экскаватора похоже на руку человека и выполняет похожую функцию
При замене ковша на другое рабочее оборудование можно выполнять другую разичную работу, такую как захват грейфером или долбление
Классификация экскаваторов
Сегодня в основном используются гусеничные экскаваторы, так как у них большая площадь опоры и высокая устойчивость
Достоинства гусеничных экскаваторов
- Высокая устойчивость
- Возможность работы на мягком и неровном грунте
Большая площадь опоры обеспечивает большую устойчивость. Это дает возможность легко работать на мягком или неровном грунте
Недостатки гусеничных экскаваторов
- Медленная скорость перемещения и мобильность
- Повреждение поверхности дороги
Низкая транспортная скорость. Если машина оборудована стальными гусеницами, то при движении происходит повреждение поверхности дороги
Экскаватор можно разделить на 3 части: рабочее оборудование, верхнюю и нижнюю части
Основу верхней части составляет рама поворотной платформы
Система поворота состоит из:
- Гидромотора поворота (поворачивает платформу)
- Редуктор поворота (увеличивает усилие гидромотора и снижает скорость поворота)
- Поворотный круг (соединяет платформу с гусеничной тележкой)
- Центральное поворотное звено (передает поток масла к нижней части)
Поворотный круг состоит из двух колец, внешнего и внутреннего. Внутреннее кольцо прочно прикреплено к раме гусеничной тележки а внешнее кольцо – к раме поворотной платформы. Поворотный круг является звеном, передающим нагрузку поворотной платформы с рабочим оборудованием на ходовую часть для обеспечения устойчивости.
Поворотное звено состоит из корпуса (статора) и ротора
Ротор крепится к гусеничной тележке. Корпус крепится к поворотной платформе и поворачивается вместе с ней
Масло от контрольного клапана попадает в корпус звена и по кольцевым каналам проходит в каналы ротора. Выходя из каналов ротора по шлангам масло попадает к гидромоторам.
Нижняя часть состоит из большого количества разных элементов, которые крепятся к стальной раме, называемой рамой гусеничной тележки
Гидравлическая силовая линия экскаватора
Во время работы оператор может одновременно выполнять несколько операций, таких как перемещение стрелы, рукояти, ковша, поворот одновременно. При этом одновременно работают несколько секций контрольного клапана.
Ходовая часть гидравлического экскаватора существенно отличается от бульдозера или погрузчика, в которых мощность передается механически при помощи гидротрансформатора и шестерен
Так же как сердце качает кровь, гидронасос экскаватора качает масло для работы гидроцилиндров
Для выдвежения рукояти масло должно подаваться в штоковую полость
Для складывания рукояти масло должно подаваться в бесштоковую полость
Главный переливной клапан
Главный переливной клапан держит давление не превышающее определенного значения за счет перелива излишков масла в бак. Когда при перемещении поршень доходит до края цилиндра, то он останавливается. Так как масло продолжает поступать, до давление в системе начинает возрастать, что приведет к разрыву шлангов. Главный переливной клапан в системе предупреждает повышение давления до критического уровня путем перелива лишнего объема масла в бак. Главный переливной клапан находится между контрольным клапаном и гидронасосом.
Предохранительный клапан
Предохранительный клапан служит для сброса масла в бак, если давление в система превысит кретическое значение. Если на стрелу упадет обломок породы, а контрольный клапан будет находится в нейтральном положении, то давление в цилиндре сразу возрастет и приведет к разрыву шлангов. Для предотвращения повышения давления выше определенного уровня в системе стоит предохранительный клапан. Этот клапан находится после распределительного клапана перед гидроцилиндрами.
Классификация гидронасосов
Сравнение поршневых и шестеренчатых гидронасосов
Номер модели
PC — Код продукта. [P : Гидравлические экскаваторы (Power shovel), C : Гусеничного типа, W : Колесного типа]
200 — Код размера [Число, примерно в 10 раз больше чем эксплуатационная масса (в тоннах), но иногда отражается номер машины, родственной данной модели]
XX — Дополнительный код модели [Обозначается одной или двумя буквами LC: Удлиненная база]
7 — Модификация [Отображает историю модели (номера 4, 9 и 13 пропущены)]
Классификация гидравлических экскаваторов по типоразмеру
Маленькие: менее 20 тон
Средние: 20-59 тон
Тяжелые: 60 и более
Емкость ковша
Емкость «с шапкой» = Геометрическая емкость + Объем шапки
Угол естественного откоса 1 : 1
Угол естественного откоса 1 : 2
ISO: Международная организация по стандартам ISO7451 и ISO7546
JIS: Японский индустриальный стандарт JIS A8401-1976
PCSA: Ассоциация по кранам и экскаватором (США) PCSA No.37-26
SAE: Ассоциация Авто Инженеров (США) SAE J296/J742b
CECE: Европейское общество строительной техники CECE SECTION V1
Давление на грунт
Давление на грунт (кг/м 2 ) = Экскаваторная масса / Площадь опорной поверхности
Давление на грунт экскаватора среднего класса не многим больше давления на грунт стоящего человека
Если человек может идти по грунту, то экскаватор среднего класса сможет там работать
Пример использования рабочего оборудования
1. Мягкий грунт (широкие башмаки)
Для работы на мягком, например, болотном грунте, для снижения давления на грунт используются широкие башмаки
2. Смещаемая ось капания (offset boom)
Если машина не стоять по центру копаемого объекта из-за различных препятствий с боков, работы проводятся экскаватором со смещаемой рукоятью. Такой способ используется для рытья траншей (смещаемая рукоять не меняет направление оси копания, а смещает ее в сторону относительно центра машины)
3. Большой радиус действия (сверхдлинное оборудование)
При использовании сверхдлинного рабочего оборудование позволяет проводить работы в местах, где машина не может работать с обычным оборудованием. Углубление рек, болот и прочее. Также можно выполнять планировку длинных склонов
4. Планировка откосов (планировочный ковш)
Планировка откосов рек, дорог и прочих объектов может легко выполняться специальным ковшом с плоским дном.
5. Дробление (гидромолот)
При использовании гидромолота,большие осколки породы после взрыва могут быть измельчены. Можно также разрушать бетонные дроги и здания
6. Утилизация автомобилей (гидроножницы)
При использовании специальных гидроножниц можно разбирать автомобили на части. Эти ноэницы могут захватывать маленькие части и сортировывать части для переработки
7. Снос зданий (ножницы и гидромолоты)
Машина оснащена сверхдлинным рабочим оборудованием и может выполнять работы по сносу зданий. При применении гидроножниц можно также резать стальной каркас и силовые элементы конструкций.
8. Лесозаготовки (пилы и захваты)
Экскаваторы используются при заготовительных работах. Захваты с пилами могут брать все подарят, включая поваленные деревья, удалять ветви и распиливать бревна. Захваты используются для погрузочных работ.
Принцип работы гидравлики экскаватора
Гидрооборудование экскаватора
Гидробак предназначен для хранения рабочей жидкости гидросистемы. Гидробак оборудован заправочной горловиной с фильтром, сливным ниппелем, регулятором давления в гидробаке, сливным фильтром с перепускным клапаном. Для контроля уровня рабочей жидкости в гидробак вмонтированы два маслоуказательных окна. Минимальное количество жидкости в гидробаке при работе должно быть не ниже 0,75 его объема.
Фильтры предназначены для очистки рабочей жидкости гидросистемы от механических примесей, до 70. 80% отказов при работе экскаватора возникает из-за плохого качества гидравлической жидкости. Два фильтра, встроенные в гидробак, очищают рабочую жидкость, поступающую по сливной магистрали в процессе работы экскаватора. В крышке фильтра устанавливается перепускной клапан; если фильтрующий элемент загрязнен, давление масла возрастает. При увеличении давления до 0,25 МПа клапан начинает открываться, а при возрастании до 0,35 МПа — перепускает всю рабочую жидкость на слив в гидробак, минуя фильтрующие элементы.
Гидронасос преобразует механическую энергию в энергию потока рабочей жидкости и служит для непрерывной подачи гидравлической жидкости под давлением из гидробака в гидрораспределитель. В гидросистеме применяют шестеренные и аксиально-поршневые насосы.
Шестеренный насос состоит из корпуса, крышки, ведущей и ведомой шестерен, втулок, манжет, вкладышей, уплотнений. Насос приводится в действие от дизеля или редуктора. При работе масло из всасывающей полости захватывается зубьями шестерен и подается по окружности между шестерней и корпусом в нагнетательную полость. Насос может создавать давление до 20 МПа, применяется в гидросистеме неполноповоротных экскаваторов или для заполнения и подпитки системы в полноповоротных. Шестеренные насосы бывают одинарные или сдвоенные.
В гидравлических полноповоротных экскаваторах применяют регулируемые и нерегулируемые аксиально-поршневые насосы, создающие давление 28. 32 МПа.
Аксиально-поршневой насос (рис. 5.1) состоит из ведущего вала 1, расположенного в корпусе 11 на трех шарикоподшипниках 4, центрального шипа 6, семи шатунов 8, соединенными с фланцем вала 1 шаровыми шарнирами, семи поршней 9, завальцованных на шатунах, блока 5 цилиндров, соединенного шпонкой с центральным шипом, распределительного диска 7 (с впускным и нагнетательным отверстиями), распределительной крышки 10 и крышки 2 насоса, уплотнений 3 (колец и манжет).
При вращении вала 1 начинают вращаться шатуны 8 вместе с блоком 5 цилиндров, при этом поршни в блоке будут совершать возвратнопоступательное движение: пол-оборота идет всасывание жидкости, пол-оборота — ее нагнетание под давлением через распределительный диск 7. Когда ось вала совпадает с осью шипа (как показано на рис. 5.1, а), поршни не совершают возвратно-поступательного движения при вращении вала, т.е. не всасывают и не нагнетают рабочую жидкость.
У нерегулируемого насоса корпус имеет постоянный угол наклона, т.е. блок цилиндров имеет неизменяемый угол с осью вала (рис. 5.1, б). При изменении угла наклона блока цилиндров изменяется производительность насоса: чем больше угол наклона, тем больше подача жидкости. Если зафиксировать угол наклона блока цилиндров, насос становится нерегулируемым. Данная конструкция позволяет насосу работать в режиме гидромотора.
Гидромотор аксиально-поршневой служит для привода механизма хода и механизма поворота в экскаваторах. Конструкции качающих узлов аксиально-поршневых насосов и гидромоторов унифицированы.
Рабочая жидкость от гидрораспределителя по трубопроводам поступает под давлением к гидромотору, проходит через отверстие в распределительном диске 7 и поступает в цилиндр блока 5, перемещает поршень 9, который через шатун 8 поворачивает фланец вала 1. В гидромоторе происходит преобразование энергии давления жидкости, действующей на поршни, в механическую энергию ведомого звена, т.е. вращение вала гидромотора, приводящего в действие исполнительный механизм — редуктор хода или поворота платформы.
Рис. 5.1. Аксиально-поршневой насос-гидромотор:
а — унифицированная качающая секция; 6 — нерегулируемый насос-гидромотор; 1 — вал; 2 — крышка; 3 — уплотнение; 4 — шарикоподшипники; 5 — блок цилиндров; 6 — центральный шип; 7 — распределительный диск; 8 — шатун; 9 — поршень; 10 — распределительная крышка; 11 — корпус
Гидроцилиндры — простейшие гидродвигатели, преобразующие энергию давления жидкости в возвратно-поступательное движение выходного звена, причем выходным (подвижным) звеном может быть как шток, так и корпус гидроцилиндра. В гидроцилиндрах одностороннего действия жидкость под давлением подается только в одну полость, возврат и вытеснение жидкости происходит под действием силы тяжести или пружины. Такие гидроцилиндры применяют на выносных опорах (аутригерах) экскаваторов. В гидроцилиндрах двустороннего действия с односторонним штоком жидкость под давлением подается как в штоковую, так и в поршневую полость. Гидроцилиндры двустороннего действия с двусторонним штоком и комбинированные — «тандем-цилиндр» — применяют для выдвижения телескопической стрелы. Гидроцилиндры рабочего оборудования крепят шарнирно у корпуса и штока с помощью пальцев на подшипниках.
На экскаваторах применяют гидроцилиндры двустороннего действия с односторонним штоком (рис. 5.2), предназначенные для поворота стрелы, рукояти, ковша прямой и обратной лопат для заполнения ковша, перемещения и выгрузки грунта, а также для привода элементов других видов сменных рабочих органов. Гидроцилиндры состоят из корпуса (гильзы 3 с приваренной к ней проушиной 2), штока 7 с проушиной, поршня 4 и крышки 8 с винтами 12. Герметичное разделение поршневой и штоковой полостей создается поршнем с манжетами 5, 6 и уплотнительными кольцами 9, 13.
Рис. 5.2. Гидроцилиндр стрелы экскаватора:
1 — пресс-масленка; 2 — проушина; 3 — гильза; 4 — поршень; 5,6 — манжеты; 7 — шток; 8 — крышка; 9,13 — уплотнительные кольца; 10 — грязесъемник; 11 — подшипник; 12 — винт; 14 — втулка; 15 — крепление поршня
Поршень крепится на внутреннем конце штока гайкой, фиксируемой винтом, втулкой 14 или другим креплением 15. Для улучшения условий работы уплотнений штока и повышения их долговечности в гайке установлены грязесъемник 10 и скребки. На концах штока и гильзы имеются проушины для соединения гидроцилиндра при помощи пальцев с экскаватором и рабочим оборудованием. Подшипники 11 проушин смазываются через пресс-масленки 1.
Жидкость под давлением подается в поршневую полость, перемещая поршень и вытесняя жидкость из штоковой полости. Вместе с поршнем перемещается шток гидроцилиндра, шток выдвигается, передает усилие на рабочее оборудование и перемещает его. Втягивание штока происходит при подаче жидкости под давлением в штоковую полость.
Система управления гидропривода экскаватора предназначена для изменения направления движения и регулирования скорости выходных звеньев (штока, вала) гидродвигателей, а также для предохранения конструкции экскаватора от перегрузок. Регулирование скорости выходных звеньев достигается изменением расхода жидкости, поступающей в гидродвигатель (гидроцилиндр или гидромотор). Основными элементами системы управления являются регулирующие устройства (клапаны, гидрораспределители, дроссели), механические шарнирно-рычажные и другие системы, с помощью которых машинист управляет регулирующими устройствами. Устройства для регулирования давления действуют, как правило, автоматически, а устройствами, которые регулируют направление движения и расход рабочей жидкости, управляет машинист. По принципу регулирования скорости (расхода) различают дроссельное и объемное регулирование, причем в обоих случаях оно может быть автоматическим или ручным. На большинстве полноповоротных экскаваторов с гидроприводом применяют нереверсивные регулируемые насосы (направление потока жидкости не изменяется), объемная подача которых изменяется автоматически в зависимости от нагрузки. Кроме того, число устанавливаемых на экскаваторе насосов обычно меньше числа приводимых от них двигателей, поэтому нужны распределительные устройства. Гидрораспределитель используют также для изменения направления потока жидкости и реверса движения рабочего элемента.
Гидрораспределитель (рис. 5.3) служит для направления потока рабочей жидкости от насоса к потребителю (гидроцилиндру, гидромотору) в ту или иную полость (штоковую или поршневую), его дроссельного регулирования и слива рабочей жидкости в гидробак. Гидрораспределители могут быть моноблочными (все золотники расположены в одном общем корпусе) и секционными (каждый золотник в своем корпусе). С помощью гидрораспределителей управляют гидроцилиндрами рабочего оборудования экскаваторов или гидромоторами привода хода и поворота платформы.
В корпусе 9 гидрораспределителя размещены золотники 5 и имеются каналы для движения жидкости. От насоса к золотникам подведена напорная линия, в ней установлен сливной клапан 4. Торцы золотников закрыты крышками. Одним концом золотник соединен с механизмом управления
(рычагом 8 или клапаном), другим — с механизмом фиксации и возврата золотника в нейтральное положение, которые состоят из стакана, установленными в них пружинами 12, предназначенными для установки золотников в нейтральное положение. Фиксаторы 11 удерживают золотник в заданном положении. Втулки ограничивают ход золотника при его перемещении. Золотник и каналы образуют полости, по которым под давлением жидкость поступает к потребителям. При изменении давления управления изменяются ход золотника, площадь проходного сечения между полостями и скорость опускания стрелы. Четырехпозиционный золотник может быть установлен в одно из положений, соответствующее подъему стрелы — нейтральному, опусканию стрелы или «плавающему». Сливной клапан 4 открывается при установке золотника в нейтральное или «плавающее» положение, и жидкость через него сливается в гидробак.
Рис. 5.3. Гидрораспределитель:
1 — крышка; 2 — механизм автоматической расфиксации; 3 — предохранительный клапан; 4 — сливной клапан; 5 — золотник; б — рукоятка управления; 7 — резиновый чехол; 8 — рычаг; 9 — корпус гидрораспределителя; 10 — сливной патрубок; 11 — фиксатор; 12 — возвратная пружина
Блок дистанционного управления (джойстик) позволяет перемещать один из золотников или одновременно два, в результате чего происходит подача жидкости к одному или двум потребителям одновременно, например происходит движение стрелы и ковша.
Клапаны обеспечивают нормальную работу гидросистемы.
Предохранительные клапаны служат для регулирования максимального давления и защиты механизмов и элементов гидропривода экскаваторов от перегрузок и устанавливаются непосредственно на гидрораспределителях, насосах и гидромоторах. Предохранительные клапаны отрегулированы на давление, превышающее номинальное на 20%, и опломбированы.
Перепускные клапаны открываются при увеличении давления в системе выше заданного и перепускают жидкость в полость низкого давления, при уменьшении давления ниже заданного надежно запирают проход жидкости в полость низкого давления. Перепускные клапаны устанавливают на фильтрах и трубопроводах (в последнем случае их заключают в отдельные корпуса), на гидрораспределителях.
Подачу (расход) жидкости регулируют дросселями и гидрораспределителями (золотникового типа), изменением проходного сечения. Дроссель осуществляет дросселирование рабочей жидкости при попутных внешних нагрузках (например, при опускании рабочего оборудования с грузом или передвижении экскаватора под уклон). Увеличивать давление настройки клапанов категорически запрещается, так как это может вызвать поломку сборочных единиц экскаватора, в первую очередь насосов.
Для регулирования направления потока жидкости применяют обратные клапаны, допускающие движение жидкости только в одном направлении. Обратные клапаны имеют малый ход запорного элемента, благодаря чему открытие и закрытие рабочего проходного сечения происходят мгновенно. Неуправляемый обратный клапан исключает опускание рабочего оборудования при выполнении рабочих движений. К седлу корпуса пружиной прижат конусный (шариковый) клапан.
Гидрозамок (управляемый обратный клапан) пропускает рабочую жидкость обычно в одном направлении, а при управляющем воздействии — в обоих, установлен на гидроцилиндрах выносных опор.
Коллектор — подвижное (шарнирное) соединение трубопроводов гидропривода, применяется для соединения трубопроводов, подводящих жидкость к подвижным узлам машины.
Центральный коллектор служит для передачи рабочей жидкости под давлением от узлов гидросистемы, расположенных на поворотной платформе, к узлам, расположенным на ходовой раме, установлен по оси вращения платформы и крепится к ходовой раме экскаватора болтами.
Шланги и трубопроводы служат для соединения узлов гидросистемы при помощи соединительных муфт. Не допускается использование шлангов и трубопроводов, имеющих повреждения (трещины, деформации, потения).
Шланги должны быть зафиксированы хомутами и при работе не должны касаться деталей машины — биение под давлением ведет к износу.
Принцип работы гидравлики экскаватора
В этой статье я хочу рассказать о принципе работы гидравлического экскаватора, который мы сделали своими руками. Посмотрите, как он выглядит и как работает в этом видео.
Этот экскаватор является гидравлическим, поскольку в нем используется гидравлическая система для подъема и опускания стрелы, ковша и поворота самого экскаватора в разные стороны.
Гидравлические системы получили широкое распространение в дорожной и строительной технике, потому что они универсальны и эффективны в работе. Наука, которая занимается изучением передачи энергии посредством жидкости называется гидравлика. Начало гидравлики положил французский ученый Блез Паскаль, открыв основной принцип гидравлики. Закон Паскаля гласит: давление, производимое на поверхность жидкости или пара передаётся по всем направлениям без изменения.
Давайте рассмотрим устройство экскаватора более подробно. Как вы видите на экскаваторе расположены 4 шприца и 4 шприца есть на пульте управления. Шприцы на экскаваторе назовем рабочими цилиндрами, а шприцы на пульте назовем насосными цилиндрами.
Когда я начинаю давить на насосный цилиндр, то давление жидкости, которое как вы помните распространяется во все стороны без изменений начинает двигать рабочий цилиндр и часть экскаватора приходит в движение, выполняя полезную работу. Чем сильнее я буду давить на цилиндр, тем быстрее будет двигаться экскаватор.
Гидравлические системы очень чувствительны к качеству соединения компонентов. Например, если я неплотно надену капельницу на рабочий цилиндр и начну создавать давление в системе, то образуется негерметичность и вода вытечет из системы, потому что она всегда ищет путь наименьшего сопротивления.
Конечно, настоящие экскаваторы устроено гораздо сложнее. За работу цилиндров у них отвечает компьютер, а вместо шприцов используются настоящие насосы и системы клапанов. Но и настоящий и игрушечный экскаваторы работают на одном и том же принципе гидравлики, который был открыт французским ученым Блезом Паскалем.
Если вам понравился этот эксперимент — ставьте лайк и подписывайтесь на канал изобретателя Димы! А также вы можете посетить сайт Димы — www.изобретатель-дима.рф
Видео о принципах работы экскаватора
