Рефетека.ру / Промышленность и пр-во

Курсовая работа: Расчет механизма подъема стрелы

Министерство образования и науки Украины


Курсовая работа

По «Гидропневмоприводу»

Тема: «Расчет механизма подъема стрелы»


Содержание


Введение

Расчет основных параметров гидроцилиндра

Выбор посадок

Выбор уплотнений

Описание гидравлической схемы механизма подъема стрелы

Схема установки гидроаппаратов

Расчет потерь давления

Расчет емкости бака

Расчет теплового режима гидросистемы

Список литературы


Введение


Одной из важнейших задач отечественного машиностроения является максимальное ускорение научно-технического прогресса. Большая роль в решении этой задачи принадлежит отраслям промышленности, создающим современные гидравлические и пневматические приводы.

Применение гидравлического и пневматического привода позволяет создавать прогрессивные конструкции машин, расширять возможности автоматизации производства. Автоматические приводы составляют основные рабочие, транспортирующие, и вспомогательные агрегаты и широко применяются в строительных, дорожных, горных, сельскохозяйственных и любых иных самодвижущихся и мобильных машинах, в промышленных, космических и подводных роботах-манипуляторах, авиационных и космических системах управления.

Масштабы применения гидравлических и пневматических приводов непрерывно растут. Поэтому знание гидро- и пневмопривода, его технических и производственных возможностей является необходимым условием создания высокопроизводительных машин, комплексов, агрегатов и систем, обеспечивающих эффективную работу промышленности.

В данной курсовой работе рассчитывается механизм подъема стрелы крана КС-6473. Стреловые самоходные краны достаточно распространены в народном хозяйстве. Они маневренны, обладают малыми габаритами, большой грузоподъемностью, большой высотой подъема груза.

Данные

Длина стрелы - L=34.5 м

Скорость подъема стрелы – υ=0,09 м/с

Температура рабочей жидкости - t=-5…45о С

Координаты насоса – x=0; y=0; z=1,5;

Координаты двигателя – x=0; y=5; z=1,5


Расчет механизма подъема стрелы

1. Расчет основных параметров гидроцилиндра


Механизм подъема стрелы

Вылет длиной 18.2 м

Усилие на шток определяется из уравнения моментов относительно точки крепления стрелы


Расчет механизма подъема стрелы (1)


где G = 0.2т – вес груза;

Gс = 3,5т – вес стрелы;

Тогда


Расчет механизма подъема стрелы


Аналогично рассчитываем усилия, действующие на шток при других вылетах.

б) Вылет длиной 17 м

G = 0.3т – вес груза;

Gс = 3,5т – вес стрелы;


Расчет механизма подъема стрелы


в) Вылет длиной 23.7 м

G = 0.75т – вес груза;

Gс = 3,5т – вес стрелы;


Расчет механизма подъема стрелы


г) Вылет длиной 27.8 м

G = 1.5 т – вес груза;

Gс = 3,5т – вес стрелы;


Расчет механизма подъема стрелы


д) Вылет длиной 30.2 м

G = 4.5 т – вес груза;

Gс = 3.5 т – вес стрелы;


Расчет механизма подъема стрелы


Максимальное усилие на шток будет в крайнем верхнем положении и будет равно Расчет механизма подъема стрелы

Задаемся рабочим давлением 16МПа

Находим диаметр цилиндра по формуле:


Расчет механизма подъема стрелы; (2)


где Fраб ,Н– усилие, действующее на шток;

Р, МПа – рабочее давление;


Расчет механизма подъема стрелы


Принимаем диаметр равным140 мм.

Находим площадь цилиндра в поршневой полости:


Расчет механизма подъема стрелы


Толкающее усилие равно:


Расчет механизма подъема стрелы


Находим расход рабочей жидкости в поршневой полости:


Расчет механизма подъема стрелы; (3)


где υпор ,м/мин – скорость движения поршня;

Sп ,м2 - площадь поршневой полости.

Расчет механизма подъема стрелы


Вычисляем условный проход:


Расчет механизма подъема стрелы; (4)


где Q, л/мин – подача насоса;

υж =4,5 м/с – скорость жидкости.


Расчет механизма подъема стрелы


Принимаю Расчет механизма подъема стрелы

Определяем толщину стенки цилиндра:


Расчет механизма подъема стрелы; (5)


где Дц ,мм - диаметр цилиндра;

R=260МПа – расчетное сопротивление материала, для стали 45;

m=0.85 – коэффициент условий работы;

Pmax=(1.05…1.2) Pн=20МПа – максимальное рабочее давление.


Расчет механизма подъема стрелы


Принимаем δ=7 мм

Проверяем шток на устойчивость при сжатии

Расчет механизма подъема стрелы


Условие устойчивости штока:


Расчет механизма подъема стрелы; (6)


где φ – коэффициент снижения допускаемых напряжений;

Rm=221МПа – для стали 45.

Находим диаметр штока из условия:


Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы; (7)

Расчет механизма подъема стрелы


Принимаем d=110 мм


Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы; (8)


где λ – гибкость материала.


Расчет механизма подъема стрелы

φпри λ=80= 0,63

Расчет механизма подъема стрелы


Условие выполняется т.к. Rm <[Rm]

Находим площадь поршня в штоковой полости:


Расчет механизма подъема стрелы


Определяем толкающее и тянущее усилие:


Расчет механизма подъема стрелы

Выбор посадок


Выбираем посадку поршня с цилиндром исходя из диаметра цилиндра и номинального давления в системе основного отверстия Н8/f7,


Smax=0.168мм, Smin=0,05мм.


Такую же посадку выбираем для штока и направляющей.

Выбираем посадку штока с поршнем в системе основного отверстия Н8/js7 [1], Smax=0,071мм, Nmax=0,017мм.

Между втулкой и направляющей выбираем посадку натягом H8/s7,


Nmax=0.114мм, Nmin=0,024мм.


Выбор уплотнителей


Между поршнем и цилиндром выбираем уплотнительные манжеты 500*200-2 ГОСТ 14896-74 [1;6]. Коэффициент трения поршня о цилиндр:


Расчет механизма подъема стрелы; (8)


где Дц , мм - диаметр цилиндра;

b,мм – ширина уплотнительного пояска;

z – количество уплотнений;

f =0,5 - коэффициент трения резины о чугун;

k=0,22…0,3 – коэффициент удельного давления.

Коэффициент трения манжеты:


Расчет механизма подъема стрелы

Т.к. зазор составляет больше 0,02мм, то принимаем защитные кольца из полиамида 610 литиевого (Н=4мм, Д=500мм). Коэффициент трения защитных колец:


Расчет механизма подъема стрелы


Между штоком и втулкой устанавливаем уплотнительную манжету 110*90-2 ГОСТ 14896-74 [1;6]. Коэффициент трения манжеты:


Расчет механизма подъема стрелы


Принимаем защитные кольца для уплотнения цилиндра из полиамида 610 литиевого. Коэффициент трения защитных колец:


Расчет механизма подъема стрелы


Для удаления грязи с поверхности штока устанавливаем грязесъемники 2-90 по ГОСТ 24811-81.

Для уплотнения втулки с гильзой устанавливаем уплотнительные кольца круглого сечения 190*200*46*1*2 по ГОСТ 9833-73.

Для уплотнения штока с поршнем устанавливаем уплотнительное кольцо круглого сечения 082*90*58*1*2 по ГОСТ 9833-73.

Суммарная сила трения подвижных соединений равна:


Расчет механизма подъема стрелы

Проверяем толкающее и тянущее усилия:


Расчет механизма подъема стрелы


Описание гидравлической схемы механизма подъема стрелы


Расчет механизма подъема стрелы

При подаче жидкости под давлением в нижнюю пустоту цилиндра шток выдвигается и стрела поднимается. Это осуществляется путем переключения распределителя Р в позицию 1 и масло через гидравлический замок ГЗ подается в поршневую полость цилиндра. При переключении золотника распределителя

Р в позиции 2 жидкость под давлением замыкает гидравлический замок ГЗ, стрела надежно фиксируется, а магистраль и гидравлические аппараты разгружаются от давления жидкости при помощи предохранительного клапана не прямого действия (ПКНД), когда распределитель Р2 в положении открыто.

При опускании стрелы золотник распределителя переводят в позицию 3. Жидкость одновременно подается в поршневую полость гидрозамка (принудительно открывая его) и штоковую полости цилиндра. Из нижней полости цилиндра масло через открытый гидрозамок, тормозной клапан КТ и распределитель Р1 выдавливается в бак.

Предохранительный клапан КПНД защищает систему от опасного давления, Р1 в только тогда, когда распределитель закрытом положении, а термоклапан КТер для устранения в бак лишнего объема жидкости при повышении температуры рабочей жидкости и стабилизации давления. Для контроля давления жидкости используют реле давления Рл, которое включается в нужную магистраль с помощью логического клапана КЛ.

На рисунке представлена гидравлическая схема привода с одним силовым цилиндром, которая используется в механизмах подъема стрелы кранов на пневмоколесном ходу большой грузоподъемности.

Принимаем аксиально-поршневой насос НАР 125/200 у которого:

V=125см3; Qн=178 л/мин; Qmin=10 л/мин; Pн=20МПа; Pmax=25МПа; ηоб=0,96; ηпол=0,9. Выбираем гидрораспределитель Г72-35 у которого dу=32мм, Q=160…320 л/мин, Δp=0.6МПа, допустимые утечки Qут=306 см3/мин. Выбираем гидрозамок типа 1КУ32 : dу=32мм, Qmax=250 л/мин, Р=32МПа, Δp=0.7МПа. Предохранительный клапан – МКПВ по ТУ2-053-1737-85. Принимаем фильтр Ф7М (dу=32мм, Q=170 л/мин, при тонкости 0,25мм; Δp=0.06МПа,).

Принимаем трубопровод из стальных бесшовных холоднодеформируемых труб ш40*4 по ГОСТ 8734-75. Рукава высокого давления принимаем по ГОСТ 6286-73 ш32 группы В тип 2 20/12 ; минимальный радиус перегиба 240о.

Принимаем индустриальное масло И-40А по ГОСТ 20799-75 ρ=895кг/м3, ν=35…43 сСт при t=200…-15оС.


Расчёт потерь давления


Суммарные потери в гидросистеме рассчитываются по формуле:


Расчет механизма подъема стрелы; (9)


где ΔРl , МПа– потери давления по длине трубопровода;

ΔРап – потери давления в аппаратах;

ΔРм – потери давления на переходных участках (местные потери).

1. Потери давления при t=5оС

Определяем режим течения жидкости в трубопроводе по формуле:


Расчет механизма подъема стрелы; (10)


где Q, л/мин – подача насоса;

dу , мм – условный проход;

ν, сСт – вязкость жидкости.

Находим потери давления по длине трубопровода:


Расчет механизма подъема стрелы; (11)


где l,м – длина трубопровода на данном участке;

Vж,м/с – скорость течения жидкости в трубопроводе;

dу , мм – условный проход;

ρ,кг/м3 – плотность жидкости;

λ – коэффициент гидравлического трения при турбулентном течении жидкости.

Определяем число Ренольса:


Расчет механизма подъема стрелы


Т.к. Re >2300 то течение жидкости в трубопроводе турбулентное. Для турбулентного течения λ вычисляется по формуле:


Расчет механизма подъема стрелы; (12) Расчет механизма подъема стрелы


Потери при нагнетании:


Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелыРасчет механизма подъема стрелы


Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы


Потери на сливе:


Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы


Потери в аппаратах:

Потери в клапанах незначительны, поэтому мы ними пренебрегаем.


Расчет механизма подъема стрелы;


Местные потери вычисляем по формуле:


Расчет механизма подъема стрелы; (13)


где ξ – местные потери

ξ1 = 0,3 – потери при повороте трубопровода на 90 оС

ξ2 = 0,3 – потери при резком сужении трубопровода

ξ3 = 0,6 – потери при резком расширении трубопровода

Сумма местных потерь при нагнетании:

Расчет механизма подъема стрелы


Сумма местных потерь на сливе:


Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы


Суммарные потери давления при нагнетании:


Расчет механизма подъема стрелы


Суммарные потери давления на сливе:


Расчет механизма подъема стрелы


2. Потери давления при t=45оС

Определяем число Ренольса:


Расчет механизма подъема стрелы


Т.к. Re >2300 то течение жидкости в трубопроводе турбулентное. Для турбулентного течения λ вычисляется по формуле:


Расчет механизма подъема стрелы;


Потери при нагнетании:


Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы


Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы

Потери на сливе:

Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы


Потери в аппаратах:

Потери в клапанах незначительны, поэтому мы ними пренебрегаем.


Расчет механизма подъема стрелы;


Местные потери вычисляем по формуле:

Расчет механизма подъема стрелы;


где ξ – местные потери.

Суммарные потери давления при нагнетании:


Расчет механизма подъема стрелы


Суммарные потери давления на сливе:


Расчет механизма подъема стрелы


Проверяем толкающее усилие при температуре масла t=5оС:


Расчет механизма подъема стрелы


Проверяем толкающее усилие при температуре масла t=45оС:


Расчет механизма подъема стрелы


Расчёт ёмкости бака


Расчет объема жидкости для гидросистемы:


Расчет механизма подъема стрелы; (14)

где Vн – суммарный объем насосных установок;

Vдв – суммарный объем двигателей;

Vга - суммарный объем гидравлических аппаратов;

Vтр - суммарный объем трубопровода;

Vt – объем при расширении;

Vβ – объем при сжатии.

Полный объем бака равен:


Расчет механизма подъема стрелы; (15)

Расчет механизма подъема стрелы


Определяем приращение объема рабочей жидкости в баке при расширении:


Расчет механизма подъема стрелы; (16)


где Vo=Vб – начальный объем жидкости;

λ=7*10-4град-1 – коэффициент объемного расширения;

Δt – изменение температуры.


Расчет механизма подъема стрелы


Определяем приращение объема рабочей жидкости в баке при сжатии:

Расчет механизма подъема стрелы; (17)


где β=200-1 – коэффициент объемного сжатия;

ΔР – изменение давления в баке;

Vo=Vб – начальный объем жидкости;


Расчет механизма подъема стрелы


Суммарный объем жидкости:


Расчет механизма подъема стрелы


Принимаем форму бака цилиндрической диаметром 0,5м и длинной 0,6м.


Расчет теплового режима гидросистемы


Расчет механизма подъема стрелы; (18)


Разность температур Δt определяем по формуле:


Расчет механизма подъема стрелы; (19)


где tж,max – максимальная температура жидкости;

tв,ср. =40єС – температура воздуха в третьем регионе.


Расчет механизма подъема стрелы

Для того, чтобы гидросистема работала нормально необходимо, чтобы требуемая поверхность теплообмена была меньше фактической поверхности

теплообмена. Если это условие выполнится, значит система будет работать без перегрева.


Расчет механизма подъема стрелы; (20)


Требуемая поверхность теплообмена вычисляется по формуле:


Расчет механизма подъема стрелы; (21)


где ∑N – суммарная мощность развиваемая всеми механизмами одновременно работающими (у нас только гидроцилиндр)


Расчет механизма подъема стрелы; (22)


где Fтол. – толкающее усилие поршня;

υп – скорость движения поршня;

η=0,9…0,95 – полный к.п.д. цилиндра.

kσ – коэффициент теплопередачи, от рабочей жидкости в окружающий мир, kσ=15 Вт/м2 оС;

Δt – разность температур.

Определяем мощность развиваемую цилиндром:


Расчет механизма подъема стрелы; (23)


где ΔРнагн. – потери давления при нагнетании.


Расчет механизма подъема стрелы


Мощность развиваемая цилиндром:


Расчет механизма подъема стрелы


Требуемая поверхность теплообмена:


Расчет механизма подъема стрелы


Фактическая поверхность теплообмена:


Расчет механизма подъема стрелы; (24)

Расчет механизма подъема стрелы

Расчет механизма подъема стрелы


Условие не выполняется. Для того чтобы условие выполнялось устанавливаем вентилятор для обдувки бака со скоростью обдува равной 10м/с, тогда


Расчет механизма подъема стрелы; (25)


где kт – коэффициент теплопередачи в условиях принудительного обдува

(kт=0,75υв0,78, при υв>5м/с).


Расчет механизма подъема стрелы


Условие выполняется.


Список литературы


Свешников В.К. Усов А.А. Станочные гидроприводы. М.: Машиностроение , 1988 – 512c.

Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. Т.3.–

5-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1980 – 557c., ил.

Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. Т.1.–

5-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1979

4. Иванченко Ф.К. Бондарев В.С. Колесник Н.П.Барабанов Н.П. Расчеты грузоподъемных и транспортирующих машин: 2-е изд., перераб. и доп. –

К.: Вища школа, 1978

5. Ткачев А.В. Конспект лекций по дисциплине “ Гидравлические и пневматические приводы машин ” – О:ОНПУ, 2001 – 77с.

Рефетека ру refoteka@gmail.com