Проектирование объемного гидропривода подъемника с шарнирно-сочлененной стрелой
Введение
Особенностью курсовой работы состоит в том, что на базе составленной схемы гидропривода, удовлетворяющий условиям работы и эксплуатации строительной машины или механического оборудования, рассчитываются основные параметры гидроагрегатов, которые затем подбираются из числа стандартных и выполненных по отраслевым нормам.
В пояснительной записки приводятся описания принципа работы гидросистемы, необходимые расчёты для обоснованного выбора элементов привода.
В гидроприводах строительных машин и оборудования применяют все виды соединений гидродвигателей, а также комбинация этих соединений.
Насосы изменяемого рабочего объёма оснащаются регуляторами, обеспечивающие необходимую форму внешней характеристики гидропривода и необходимый диапазон регулирования.
Совмещение операций во времени, как правило, достигается применением двух и более насосов, каждый из которых подключается к соответствующему гидродвигателю. Реже совмещение операций получают последовательным соединением гидродвигателей.
В разомкнутой системе рабочая жидкость забирается насосом из бака, сообщающегося с атмосферой. В замкнутой системе сливная гидролиния гидродвигателя являются всасывающей гидролинией насоса. В этом замкнутом контуре циркуляции жидкость не имеет свободной поверхности. Замкнутые системы гидропривода обладают рядом достоинств, среди которых важным является меньшая стоимость эксплуатации, окупающая повышенные затраты на изготовление.
Выбору системы объёмного гидропривода должно предшествовать ознакомление с литературой по гидроприводу строительных машин.
Рис. 1.
Пример размещения оборудования на подъемнике:
1 – насосная станция; 2 – гидроцилиндры стрелы; 3 - гидроцилиндры рукояти; 4 – гидроцилиндр выдвижения рабочей площадки; 5 – гидромотор поворота; 6,7 – гидроцилиндры аутригеров; 8 – гидробак; 9 – фильтры; 10 – система управления; 11 – гидрораспределители; 12 – коллектор.
Описание работы схемы
В объеме данного курсового проекта рассматривается проектирование объемного гидропривода подъемника с шарнирно-сочлененной стрелой. С одним насосом. Секционный распределитель с гидроуправлением.
Для работы подъемника ему необходимо создать дополнительные точки опоры. Для этого служат аутригеры. Для выдвижения аутригеров необходимо запустить насос, который начнет подавать жидкость в секционный распределитель. Далее нужно нажать кнопку электроуправления на блоках гидроуправления, которые подадут сигнал и жидкость управления переведет золотниковые распределители в блоке секционных распределителей в соответствующее выдвижению аутригеров положение. Жидкость пойдет к цилиндрам аутригеров и выдвинет их. На гидроцилиндрах аутригеров, отсутствуют синхронизаторы потока жидкости. Это объясняется тем, что подъемник чаще всего работает на неровной поверхности, и для прямой фиксации подъемника необходимо неравномерное выдвижение штоков гидроцилиндров аутригеров.
Втягивание аутригеров, а также выдвижение и втягивание гидроцилиндров подъема стрелы и рукояти осуществляется аналогичным образом: при работающем насосе подается сигнал управления, золотниковые распределители передвигаются в нужную позицию и осуществляется перемещение рабочих органов.
Так как при подаче насоса скорости выдвижения гидроцилиндров аутригеров и рукояти слишком высоки, в схеме предусмотрены дроссели, необходимые для снижения скорости жидкости. Также в схеме присутствует блок питания гидроуправления, необходимый для равномерной подачи жидкости к блокам управления.
В схеме представлен бак, необходимый для содержания, частичного охлаждения и частичной очистки жидкости. Более тонкая очистка жидкости осуществляется фильтрами в сливных магистралях схем. В случае засорения фильтров, параллельно с ними установлены предохранительные клапаны и жидкость, минуя фильтры, по клапанам попадает в бак.
1. Выбор гидроцилиндров и гидромоторов
Для предварительного расчёта перепад давления на гидродвигателе принимают на 10…20% меньше выбранного номинального давления.
Выбираю =16 МПа, Мпа
1.1.Диаметр поршня гидроцилиндра 1-й секции стрелы
, м
где:
H -максимальное усилие на штоке поршня ;
=0,96 –гидромеханический КПД гидроцилиндра;
м
Принимаю =140мм, L=1800мм, d=63мм
ГЦ-1-16-О-У-140х63х1800
1.2.Диаметр поршня гидроцилиндра 2-й секциии стрелы
, м
где:
H -максимальное усилие на штоке поршня ;
=0,96 –гидромеханический КПД гидроцилиндра;
м
Принимаю =125мм, L=1500мм, d=56мм
ГЦ-1-16-О-У-125х56х1500
1.3.Диаметр поршня гидроцилиндра рабочей площадки
, м
где:
H -максимальное усилие на штоке поршня ;
=0,96 –гидромеханический КПД гидроцилиндра;
м
Принимаю =50мм, L=1400мм, d=22мм
ГЦ-1-16-О-У-50х22х1400
1.4.Диаметр поршня гидроцилиндра аутригера
, м
где:
кH -максимальное усилие на штоке поршня, где G=160кН вес машины;
=0,96 –гидромеханический КПД гидроцилиндра;
- постоянная величина для гидроцилиндров
м
Принимаю =63мм, L=1000мм, d=28мм
ГЦ-1-16-О-У-63х28х1000
1.5. Требуемая установочная мощность на рабочем органе
где:
- требуемая мощность на рабочем органе;
- установочная мощность на рабочем органе;
для поворота относительно оси вращения
,кВт
где:
=1 – диапазон регулирования передаточного числа механической передачи;
=0,97 – КПД механической передачи;
- максимальный крутящий момент на рабочем органе;
,кНм
-момент инерции поворотной платформы;
- угловое ускорение поворотной платформы;
кНм
- максимальная угловая скорость на рабочем органе;
,
-частота вращения поворотной платформы;
кВт
По каталогу выбирем требуемый гидромотор: аксиально-поршневой 310...12
- рабочий объём нерегулируемого гидромотора;
=0,96- гидромеханический КПД гидромотора;
,кВт
=2400- номинальная угловая скорость гидромотора;
кВт
, 6,555,79 условие не выполняется
По каталогу выбирем гидромотор аксиально-поршневой 310...28
-рабочий объём нерегулируемого гидромотора;
=0,96- гидромеханический КПД гидромотора;
=2000- номинальная угловая скорость гидромотора;
кВт
, 6,411,6 условие выполняется
Принимаем гидромотор аксиально-поршневой 310...28
2.Определение расходов гидродвигателей
Расход рабочей жидкости, потребляемой гидродвигателями, определяется, исходя из требуемых максимальных скоростей по формулам
для гидромотора поворота
где:
=0,96- объёмный КПД гидромотора;
=2000- максимальная частота вращения вала гидромотора
,
для гидроцилиндра рабочей площадки
при подаче в поршневую полость
где:
=50мм
=0,985- объёмный КПД гидроцилиндра;
- скорость штока гидроцилиндра площадки;
для гидроцилиндра 1-ой секции стрелы
при подаче в поршневую полость
где:
=140мм
=0,985- объёмный КПД гидроцилиндра;
- скорость штока гидроцилиндра стрелы;
для гидроцилиндра 2-й секции стрелы
при подаче в поршневую полость
где:
- скорость штока гидроцилиндра 2-й секции стрелы;
=125 мм
для гидроцилиндра аутригеров
при подаче в поршневую полость
где:
- скорость штока гидроцилиндра аутригера;
=63мм
3. Выбор насоса
Выбор насоса управления стрелой и площадкой
,кВт
кВт
Выбираем насос НШ-140
где: =140*10-6 м3
=25 - номинальная частота вращения вала насоса, выбранного по каталогу
=0,96- объёмный КПД насоса
,кВт
кВт
53,7649,6 условие выполняется;
Требуемая частота вращения приводного вала насоса для выбранного насоса
4.Выбор трубопроводов
Типоразмер любого трубопровода характеризуется диаметром условного прохода, примерно равным внутреннему диаметру трубы.
-условный проход всасывающего трубопровода
где:
=-расход жидкости во всасывающем трубопроводе;
= 0,8…1,4-скорость жидкости во всасывающем трубопроводе;
Принимаем мм
-условный проход напорного трубопровода
,м
где:
=-расход жидкости напорного трубопровода;
= 3,5…5,35-скорость жидкости напорного трубопровода;
мм
Принимаем мм
-условный проход сливного трубопровода
,м
где:
=-расход жидкости в сливном трубопроводе;
= 1,4…2,0-скорость жидкости в сливном трубопроводе;
Принимаю мм
- условный проход трубопровода 1-ой секции стрелы
-расход жидкости в трубопроводе 1-ой секции стрелы;
= 3,5…5,35-скорость жидкости напорного трубопровода;
мм
Принимаем мм
- условный проход трубопровода 2-ой секции стрелы
-расход жидкости в трубопроводе 2-ой секции стрелы;
= 3,5…5,35-скорость жидкости напорного трубопровода;
мм
Принимаем мм
- условный проход трубопровода рабочей площадки
-расход жидкости в трубопроводе рабочей площадки;
= 3,5…5,35-скорость жидкости напорного трубопровода;
мм
Принимаем мм
- условный проход трубопровода поворотной платформы
-расход жидкости в трубопроводе поворотной платформы;
= 3,5…5,35-скорость жидкости напорного трубопровода;
мм
Принимаем мм
- условный проход трубопровода аутригеров
-расход жидкости в трубопроводе аутригеров;
= 3,5…5,35-скорость жидкости напорного трубопровода;
мм
Принимаем мм
5.Определение параметров и выбор гидрооборудования
Принимаю клапан прямого действия К2.20.02, диапазон регулирования =16-25 МПа
Принимаю обратный клапан 63300, условный проход 25 мм
Принимаю гидрораспределитель РС-32-16-20-3х0,1-10,4-30МПа, условный проход 32мм
Принимаю предохранительный клапан У4790.14, Q=63 л/мин,
Принимаю фильтр 1.1.32-25, тонкость фильтрации 25м.кН
Принимаю гидрозамок односторонний выдвижения площадки 61600
Принимаю гидрозамок односторонний аутригеров 61600
Расчет гидробака
Принимаем длины трубопроводов:
Всасывающий участок – 1м стальных трубопроводов
Напорный участок – 2м стальных трубопроводов
Выдвижения стрелы – 3,5м стальных трубопроводов, 2м рвд
Подъема стрелы – 3м стальных трубопроводов, 2м рвд
Поворота платформы – 2м стальных трубопроводов
Аутригеры – 1.5 м стальных трубопроводов, 3м рвд (4 участка)
Слив – 2м стальных трубопроводов
Объем трубопроводов:
|
участок
|
длина
|
Dy, м
|
V, м3
|
|
Всасывающий
|
1
|
0,063
|
0,003115
|
|
Напорный
|
2
|
0,032
|
0,003215
|
|
Выдвиж. стрелы
|
5,5
|
0,008
|
0,000276
|
|
Подъем стрелы
|
5
|
0,032
|
0,004019
|
|
Поворот платф.
|
2
|
0,025
|
0,000981
|
|
Аутригеры
|
18
|
0,010
|
0,001413
|
|
Слив
|
2
|
0,050
|
0,003925
|
|
|
|
|
0,016944
|
Объемы гидроцилиндров:
Выбор гидробака
-суммарный объём гидроцилиндров;
Объемы гидромоторов:
310…28 АПГ: V=
НШ-140: V=
Общий объем гидропривода:
Объем гидробака:
Принимаем гибробак 250х500х1000мм объемом 125л.
6.Расчёт теплового режима гидропривода
Условием приемлемости теплового режима в системе гидропривода является выполнение неравенства
где:
- максимально допустимая температура рабочей жидкости;
- максимальная температура окружающего воздуха;
=60-10=50
Поверхность теплообмена для основной схемы
где:
- коэффициент теплопередачи от рабочей жидкости к окружающему воздуху;
- количества тепла выделяемого в гидроприводе в единицу времени;
,кВт
где:
=0,7- общий КПД гидропривода
=2,5- коэффициент динамичности;
=0,87- полный КПД насоса;
=0,3- коэффициент использования номинального давления;
=0,2- коэффициент использования по времени;
=1 диапазон регулирования рабочего объёма насоса;
= м3/с - максимальная подача насоса в основной схеме;
кВт
кВт
Необходимая площадь теплообменника
где:
-фактическая площадь теплообменника
где:
-фактическая теплоотдающая поверхность регулируемого насоса;
- фактическая теплоотдающая поверхность фильтра;
-фактическая теплоотдающая поверхность гидромоторов;
аксиально-поршневой 310… 28:
- фактическая теплоотдающая поверхность гидроцилиндра
Гидроцилиндра 1-й секции стрелы:
Гидроцилиндра 1-й секции стрелы:
Гидроцилиндра выдвижения площадки:
Гидроцилиндра аутргигеров:
- фактическая теплоотдающая поверхность бака;
- фактическая теплоотдающая поверхность трубопроводов;
|
участок
|
L,м
|
Dy, м
|
S, м2
|
|
Всасывающий
|
1
|
0,063
|
0,197
|
|
Напорный
|
2
|
0,032
|
0,2
|
|
Выдвиж. стрелы
|
5,5
|
0,008
|
0,138
|
|
Подъем стрелы
|
5
|
0,032
|
0,502
|
|
Поворот платф.
|
2
|
0,025
|
0,157
|
|
Аутригеры
|
18
|
0,010
|
0,565
|
|
Слив
|
2
|
0,050
|
0,314
|
|
|
|
|
2,073
|
=0,08+2,073+0,21+1,115+2,377+1,65=7,5
, 5,127,5 условие выполняется, теплообменник не нужен.
Для предварительного расчёта установившаяся температура нагрева жидкости
7. Расчёт фактических параметров параметров гидропривода
Для схемы с аутригерами
Фактическая максимальная подача насоса определяется зависимостью
где:
рабочий объём регулируемого насоса;
=0,94- объёмный КПД насоса;
Требуемая частота вращения приводного вала насоса
где:
=0,0003- расход рабочей жидкости гидроцилиндра аутригера
об/мин
Фактические максимальные скорости движения гидродвигателей с учётом схемы привода определяются по формулам:
для гидромоторов:
поворотная платформа:
-для гидроцилиндра 1-й секции стрелы при подаче в поршневую полость
,
для гидроцилиндра 2-й секции стрелы при подаче в поршневую полость
,
-для гидроцилиндра аутригера при подаче в поршневую полость
Фактические максимальные перепады давления на гидродвигателях, соответствующие максимальным нагрузкам, определяются по формуле:
-для гидроцилиндра 1-й секции стрелы с поршневой рабочей полостью:
,Мпа
,МПа
-для гидроцилиндра 2-й секции стрелы с поршневой рабочей полостью:
,Мпа
МПа
-для гидроцилиндра рабочей площадки с поршневой рабочей полостью:
,Мпа
МПа
-для гидроцилиндров аутригеров с поршневой рабочей полостью:
,Мпа
Мпа
для гидромотора поворота платформы:
,МПа
МПа
8.Потери давления в гидролиниях
Потери давления в гидролиниях состоят из потерь давления на трение в трубопроводах и потерь давления на местных сопротивлениях . Величина определяется из двух значений температуры рабочей жидкости и двух скоростей движения рабочих элементов.
Рассматриваем только основную схему.
8.1. Вязкость рабочей жидкости
где:
-вязкость жидкости при температуре 60для масла МГ15В
-коэффициент;
,МПа
где:
-плотность рабочей жидкости;
-м длина трубопроводов;
-мм-диаметр трубопровода;
- поправочный коэффициент;
-коэффициент гидравлического трения;
-коэффициент местных сопротивлений;
-действительная скорость жидкости;
для всасывающего трубопровода
для напорного трубопровода
для сливного трубопровода
Значение коэффициента гидравлического трения определяют на основании числа Рейнольдса:
для всасывающего трубопровода
поэтому
для напорного трубопровода
поэтому
для сливного трубопровода
поэтому
где:
9.Расчёт КПД гидропривода
Полный КПД привода рабочих органов
где:
=0,99 – объёмный КПД распределителей
=0,9
=0,97
- КПД гидролиний
где:
МПа- потери давления в элементах гидропривода
МПа
=0,8
Заключение
При разработке курсовой работы я изучил гидропривод подъемника и методику расчета гидропривода. Также приобрел технические навыки составления гидросхем машин, производить расчет объемного гидропривода и обоснованный выбор серийного оборудования, гидроаппаратуры управления, пользоваться справочной литературой и каталогами по гидрооборудованю.
Список используемой литературы
1.Проектирование объёмного гидропривода строительных машин и строительного оборудования. М.А.Степанов,В.А.Халаджиев.
2.Основы гидравлики и Гидропривод Ф.М.Долгачев, В.С.Лейко.
3.Условные основные обозначения элементов и типовые схемы гидропривода
М.А.Степанов, Д.Ю.Густов.
|
|
|
|
|
|
|
Проектирование Гидропривода
|
Лист
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Изм
|
Лист
|
№ докум.
|
Подп.
|
Дата
|
|
|
|
Проектирование объемного гидропривода подъемника с шарнирно-сочлененной стрелой