Стандартные значения крутящего момента гидравлического приводного двигателя для экскаваторов грузоподъемностью от 10 до 50 тонн

Зачем нужны стандарты крутящего момента для приводов Travel Drive?

Стандарты крутящего момента привода экскаватора существуют потому, что экскаваторы должны обеспечивать постоянное тяговое усилие независимо от производителя, состояния грунта или рабочей температуры.Когда 25-тонный экскаватор поднимается по склону с уклоном 15 градусов по рыхлому гравию, двигатели привода должны создавать достаточный крутящий момент на колесах, чтобы поддерживать движение вперед без остановки, и при этом температура гидравлического масла должна оставаться ниже 85 градусов Цельсия, а поток слива масла из картера двигателя — в допустимых пределах.

Международная организация по стандартизации опубликовалаISO 4409определить процедуры испытаний для определения номинальных значений рабочего объема гидравлических двигателей и проверки их работы в установившемся режиме.ISO 4406В нем указывается требуемый класс чистоты гидравлического масла в системах привода ходовой части экскаватора — обычно класс 20/18/15 для приводов ходовой части экскаваторов — поскольку загрязнение частицами выше этого уровня ускоряет внутренний износ в местах соприкосновения поршня с цилиндром и клапанной пластиной в 3-4 раза.

Я видел, как операторы уничтожали ходовую часть стоимостью 40 000–60 000 долларов, используя двигатели ходовой части недостаточной мощности.— Они предположили, что более высокое рабочее давление означает больший крутящий момент, но обнаружили, что рабочий объём двигателя слишком мал для веса машины. 20-тонный экскаватор, оснащённый двигателем 60 ml/r при давлении 350 бар, развивает крутящий момент 3360 Нм на валу двигателя, но после передаточного отношения редуктора 35:1 крутящий момент на колёсах в 117 600 Нм кажется достаточным. Проблема в том, что этот двигатель работает непрерывно на 98% от номинальной мощности, что приводит к повышению температуры корпуса на 12-15 градусов Цельсия и сокращению срока службы уплотнений с 8000 часов до примерно 3500 часов. И наоборот, увеличение рабочего объёма двигателя до 200 ml/r для 20-тонной машины создаёт чрезмерный крутящий момент на низких оборотах, что увеличивает износ гусеничных башмаков на 25-35% и приводит к расходу 3-5 л/час дизельного топлива.

Требования к крутящему моменту в зависимости от класса экскаватора — краткий справочник

В приведенной ниже таблице приведены рекомендуемые диапазоны крутящего момента ходового двигателя, основанные на моих полевых измерениях, проведенных на более чем 60 экскаваторах.Эти расчеты предполагают стандартные грунтовые условия (грунт или щебень, уплотнение выше 85% по методу Проктора) и умеренные уклоны (менее 20 градусов / 36%).

Для сложных условий эксплуатации — густой грязи с когезией грунта ниже 10 кПа, сплошных склонов с уклоном более 25 градусов или каменистой местности с валунами диаметром более 300 мм — выбирайте значения ближе к верхней границе каждого диапазона и добавляйте запас в 15%. Для ровных, твердых поверхностей (бетон, асфальт, уплотненный гравий) с минимальной нагрузкой достаточно нижней границы диапазона.

Пример из практики разработки карьера в провинции Фуцзянь наглядно демонстрирует важность этих диапазонов.Парк 35-тонных экскаваторов, оснащенных двигателями с рабочим объемом 180 мл/об при давлении 320 бар, развивал крутящий момент 9216 Нм — что находится в пределах диапазона 3200–4500 Нм. После 8600 часов работы все 6 машин показали износ клапанных пластин двигателя менее 0,08 мм и нулевое увеличение расхода слива масла из картера, что указывает на достаточно консервативный выбор крутящего момента для данного применения. Впоследствии карьер снизил спецификацию до 160 мл/об на новых машинах, чтобы сэкономить 12% на стоимости покупки двигателя — и в течение 3100 часов работы 2 из 4 новых двигателей показали износ клапанных пластин на 0,15 мм и увеличение расхода масла из картера на 15%, что указывает на слишком агрессивное снижение запаса по крутящему моменту.

Механизм: как перемещение двигателя приводит к возникновению крутящего момента на колесе.

Понимание взаимосвязи между рабочим объемом двигателя и крутящим моментом на колесе является важнейшим расчетом для проверки правильности выбора размеров двигателя. Основная формула: Крутящий момент на колесе (Нм) = Рабочий объем (мл/р) x Рабочее давление (бар) x 0,16.

Пройдитесь по этому процессу на реальном компоненте.Ходовой двигатель INI Hydraulic серии IGY-TПредлагаются варианты рабочего объема от 40 до 350 мл/об. При рабочем давлении 350 бар — типичном для современных гидравлических систем экскаваторов — двигатель с рабочим объемом 160 мл/об развивает: 160 x 350 x 0,16 = 8960 единиц. В пересчете: 8960 x 0,0001 = 0,896 кН·м = 896 Н·м на валу двигателя. Через редуктор с передаточным отношением 40:1 колесо получает 35 840 Н·м — достаточно для 20-тонного экскаватора в стандартных условиях.

Коэффициент 0,16 учитывает суммарный объемный и механико-гидравлический КПД двигателя, который обычно составляет 85-92% для аксиально-поршневых двигателей.Реальная эффективность зависит от вязкости масла (оптимальная при 25-35 сСт), рабочей температуры (пиковая эффективность при 50-65 °C) и частоты вращения двигателя (пиковая при 60-80% от номинальной частоты вращения). Производители указывают заниженные значения, чтобы обеспечить стабильную работу в полевых условиях. Двигатель с номинальным крутящим моментом 2500 Нм включает в себя это снижение эффективности — теоретический крутящий момент без потерь эффективности составил бы приблизительно 2800-2940 Нм.

Одна из распространенных ошибок, с которой я сталкиваюсь, — это забывание указать передаточное число редуктора в цепи передачи крутящего момента.Выходной крутящий момент двигателя (896 Нм для примера 160 мл/об) умножается на передаточное число редуктора. При передаточном числе 40:1 это составляет 35 840 Нм на колесе. Но сам редуктор вносит потери эффективности в размере 3-5%, поэтому фактический крутящий момент на колесе составляет приблизительно 34 050-34 770 Нм. При проверке рабочих характеристик в полевых условиях измерьте расход слива из корпуса при рабочей температуре — увеличение более чем на 2% от номинального расхода указывает на внутреннюю утечку, которая напрямую снижает эффективный крутящий момент на тот же процент.

Давление против крутящего момента: почему одних лишь параметров давления недостаточно для полной информации.

Двигатель с рабочим давлением 400 бар не обязательно развивает больший крутящий момент, чем двигатель с рабочим давлением 350 бар — множителем является объем работы, а при недостаточном объеме работы высокое давление генерирует тепло, а не полезную работу.Давление измеряет гидравлическую силу на единицу площади; крутящий момент измеряет вращательную силу на валу. Преобразование из одного в другое полностью зависит от перемещения.

Рассмотрим два двигателя для 35-тонного экскаватора: двигатель А, рассчитанный на 400 бар и имеющий рабочий объём 120 мл/об, развивает номинальный крутящий момент 120 x 400 x 0,16 = 7680 единиц = 768 Нм. Двигатель В, рассчитанный на 350 бар и имеющий рабочий объём 180 мл/об, развивает крутящий момент 180 x 350 x 0,16 = 10080 единиц = 1008 Нм — на 31% больше крутящего момента при давлении на 12,5% ниже. Двигатель с более высоким давлением фактически совершает меньше полезной работы, поскольку рабочий объём доминирует в уравнении крутящего момента.

Помимо перемещения,Для полной спецификации крутящего момента требуются три дополнительных параметра, которые никогда не указываются в каталожных значениях давления: объемный КПД при рабочей температуре, передаточное число редуктора и допуск синхронизации при противовращенном вращении.При оценке ходового двигателя я всегда запрашиваю кривую зависимости крутящего момента от скорости, измеренную в соответствии со стандартом ISO 4409 при температуре масла 50 градусов Цельсия с использованием гидравлического масла ISO VG 46 — этот единственный график дает больше информации о реальных характеристиках, чем любое значение давления, указанное в каталоге.

Противовращение и стабильность: почему важны подобранные пары двигателей.

Противовращение — когда левый и правый двигатели движения вращаются в противоположных направлениях с одинаковым крутящим моментом — является определяющей особенностью, отличающей движение экскаватора от простых приводов транспортных средств.При повороте экскаватора обе гусеницы должны вращаться в противоположных направлениях с одинаковой скоростью и крутящим моментом, чтобы поддерживать центр вращения под машиной. Даже 3-процентное несоответствие крутящего момента приводит к ощутимому уводу руля при прямолинейном движении.

Я измерил дисбаланс крутящего момента на комплекте запасных двигателей для 25-тонного экскаватора на строительной площадке в провинции Гуандун. Левый двигатель выдал 2445 Нм при 350 бар; правый двигатель — 2358 Нм, разница составила 3,56%. Оператор сообщил о постоянном смещении вправо, требующем коррекции влево каждые 8-10 секунд во время движения. За более чем 1200 часов работы износ гусеничной цепи с правой стороны составил на 0,8 мм больше, чем с левой стороны, — увеличение скорости износа на 22%, непосредственно связанное с постоянной микрокорректирующей нагрузкой.Замена обоих двигателей на подобранную пару от нашего производителя.Ассортимент гидравлических двигателей INIСбалансированный с допуском 0,8%, он позволил устранить дрейф в течение первого часа работы.

Стабильность также зависит от реакции двигателя на замедление. Когда оператор подает команду на остановку, гидравлический поток к двигателю должен прекратиться в течение 50-80 миллисекунд — более медленная реакция приводит к расстоянию свободного хода, что снижает точность выравнивания и уверенность оператора. Уравновешивающие клапаны с передаточным отношением пилотного клапана 4,5:1 или выше обеспечивают наиболее быструю реакцию на замедление для приводов экскаватора.

Подбор двигателей для экскаваторов следующих марок: CAT, Komatsu, Volvo, Sany.

Разные производители указывают в спецификации ходовые двигатели с различными конфигурациями крепления, логикой управления и характеристиками передачи крутящего момента, но основные диапазоны крутящего момента у разных марок удивительно схожи.

Гусеница (CAT)Экскаваторы серии D и более поздних моделей используют электронное управление крутящим моментом, при котором электронный блок управления двигателем (ЭБУ) регулирует рабочий объём двигателя в зависимости от показаний датчика нагрузки. В ходовых двигателях CAT обычно используются фланцы крепления SAE с четырьмя болтами и валы с 14-зубчатым эвольвентным шлицем. Рабочий объём составляет от 80 до 250 об/мин для машин грузоподъемностью 10-50 тонн.Технические характеристики экскаватора CATОни общедоступны и служат полезной справочной базой.

КомацуХодовые двигатели работают при номинальном давлении 380 бар — примерно на 8,6% выше, чем стандартное для отрасли давление в 350 бар. Таким образом, двигатель Komatsu с рабочим давлением 140 мл/об развивает крутящий момент, эквивалентный двигателю конкурента с рабочим давлением 152 мл/об. При замене двигателей Komatsu на двигатели сторонних производителей выбирайте следующий рабочий объём.Документация на экскаватор KomatsuПредоставляет технические характеристики перемещения и монтажа.

Volvo CEЭкскаваторы используют двухскоростные ходовые двигатели с автоматическим переключением между высокоскоростным и высокомоментным режимами перемещения. Это требует специальной логики управления, редко встречающейся в стандартных двигателях сторонних производителей — я рекомендую использовать оригинальные или одобренные компанией Volvo аналоги для этих машин.Технические характеристики экскаватора VolvoПодробно опишите требования к двухскоростному управлению.

СаниЭкскаваторы предлагают лучшую совместимость со сторонними производителями на китайском рынке. Стандартные схемы крепления, соответствующие стандарту ISO, открыто документированная логика управления и номинальное давление 350 бар означают, чтоХодовые двигатели серии IGY-TЭти детали идеально подходят для замены в большинстве машин Sany грузоподъемностью 20-35 тонн и не требуют модификации системы управления.Ассортимент продукции экскаваторов SanyТехнические характеристики доступны для ознакомления.

Перед заказом любого сменного двигателя проверьте четыре параметра интерфейса: схему расположения монтажного фланца (SAE J744 или ISO 3019-1), спецификацию шлицов вала (DIN 5480 или ANSI B92.1), размер и ориентацию порта (фланец SAE J518 Code 61/62 или резьба BSPP) и конфигурацию регулирующего клапана (с открытым центром или с датчиком нагрузки).Отсутствие хотя бы одного из этих четырех пунктов не позволит выполнить установку независимо от совместимости моментов затяжки.