Проектирование и расчет гидравлической схемы крана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Исходные данные к курсовой работе

Введение

1. Кинематический расчет гидравлической схемы крана

1.1 Кинематический расчет стрелы

1.2 Кинематический расчет поворотной платформы

1.3 Кинематический расчет грузовой лебедки

2. Предварительная гидравлическая схема крана

3. Расход жидкости в гидросистеме крана

3.1 Расход жидкости в стреле крана

3.2 Расход жидкости в механизме поворотной платформы крана

3.3 Расход жидкости в механизме грузовой лебедки

3.4 Расход жидкости подаваемой насосом в систему

4. Подбор рабочего оборудование

4.1 Выбор гидроцилиндра

4.2 Выбор гидромотора

4.2.1 Гидромотор поворотной платформы

4.2.2 Гидромотор грузовой лебедки

4.3 Выбор насоса

4.4 Выбор распределителей

4.4.1 Распределитель потока рабочей жидкости в механизме грузовой лебедки

4.4.2 Распределитель потока рабочей жидкости в механизме поворотной платформы

4.4.3 Распределитель потока рабочей жидкости в механизме стрелы крана

4.5 Выбор редукционного клапана

4.6 Выбор предохранительного клапана

4.7 Выбор фильтра

4.8 Выбор гидрозамка

5. Расчет объема гидробака

6. Выбор трубопровода

Список используемой литературы

Исходные данные к курсовой работе

Спроектировать и рассчитать гидравлическую схему крана. Кран состоит из поворотной платформы 1, на которой установлена стрела 2 с изменяющимся углом наклона. Подъем-опускание груза осуществляется при помощи грузовой лебедки 3.

Таблица 1 Некоторые технические характеристики крана

Температурный диапазон работы машины	-15С…+50С
Передаточное отношение редуктора поворотной платформы	300
Угловая скорость поворотной платформы	0,38с-1
Передаточное отношение редуктора грузовой лебедки	7
Грузоподъемность крана	1.8 тонны
Скорость подъема (опускания) груза	мин 0,05 м/с макс 0,4 м/с
Масса стрелы крана	540 кг
Масса поворотной части крана	1800 кг
Кратность полиспаста	2
Масса противовеса	0,4 тонн
Угловая скорость подъема стрелы	0,14 с-1
Вылет стрелы	3.6метра
Диаметр барабана	300мм
Время подъема стрелы	5с

Рисунок 1 - Исходная схема гидравлического крана

Введение

Гидропривод - это совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель.

Основное назначение гидропривода, как и механической передачи, - преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.).

К основным преимуществам гидропривода относятся: возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки; простота управления и автоматизации; простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена; большая передаваемая мощность на единицу массы привода; надежная смазка трущихся поверхностей при применении минеральных масел в качестве рабочих жидкостей.

К недостаткам гидропривода относятся: утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления; нагрев рабочей жидкости, что в ряде случаев требует применения специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты; более низкий КПД (по приведенным выше причинам), чем у сопоставимых механических передач; необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости и защиты от проникновения в нее воздуха; пожароопасность в случае применения горючей рабочей жидкости.

При правильном выборе гидросхем и конструировании гидроузлов некоторые из перечисленных недостатков гидропривода можно устранить или значительно уменьшить их влияние на работу машин. Тогда преимущества гидропривода перед обычными механическими передачами становятся столь существенными, что в большинстве случаев предпочтение отдается именно ему.

Сейчас трудно назвать область техники, где бы ни использовался гидропривод. Эффективность, большие технические возможности делают его почти универсальным средством при механизации и автоматизации различных технологических процессов.

1. Кинематический расчет гидравлической схемы крана

Кинематический расчет производится с целью выяснения силовых нагрузок на гидродвигателе, а также для определения скорости движения выходных звеньев гидродвигателя и величин их перемещения.

1.1 Кинематический расчет стрелы

Рисунок 2 - Схема крана для кинематического расчета стрелы

1. Определяем ход поршня гидроцилиндра:

,

где S₁ =1,05 м., S₂ =1,56 м.

1. Определяем усилие на штоке гидроцилиндра. Составляем сумму моментов всех сил относительно точки О:

где Q - грузоподъемность крана,

G_стр - масса стрелы крана.

2. Определяем скорость выдвижения штока гидроцилиндра:

где S - ход поршня гидроцилиндра;

t_под - время подъема стрелы.

1.2 Кинематический расчет поворотной платформы

1. Определяем угловую скорость гидромотора поворотной платформы:

где - угловая скорость гидромотора поворотной платформы;

- угловая скорость поворотной платформы;

U_р - передаточное отношение редуктора поворотной платформы.

1. Определяем крутящий момент поворотной платформы:

Момент на валу гидромотора механизма поворота

Момент сопротивления повороту (Нм) крана, действующий в период разгона механизма, равен

;

где M_ТР - момент сил трения в опорно-поворотном устройстве;

M_В - момент ветровой нагрузки (если кран работает на открытом воздухе), принимаем M_В = 0;

MИН - момент сил инерции, действующих на груз, металлоконструкцию поворотной части, противовес и т.д.

Определим момент сил трения в опорно-поворотном устройстве. Для этого рассмотрим схему крана с опорно-поворотным устройством (рис.1) и определим геометрические размеры крана, которые принимаются из указанных пропорций.

Рисунок 3 - Схема крана для кинематического расчета поворотной платформы

Основой для расчета действительных размеров является коэффициент пропорциональности a, который для данных соотношений размеров можно определить из формулы:

,

где L - вылет стрелы (см. исходные данные), L = 3,6 м;

.

a) Находим момент сил трения в опорно-поворотном устройстве:

Для крана на неподвижной колонне момент сил трения в опорно-поворотном устройстве равен сумме моментов сил трения в верхней и нижней опорах:

;

;

,

Где f - приведены коэффициент трения в подшипнике, f = 0,015

Поворотная часть крана устанавливается на двух опорах: верхней и нижней. В этих опорах возникают вертикальная R_V и горизонтальная реакции R_H, которые определяются путем составления уравнений статики.

Составим уравнение моментов относительно точки А, в которой пересекаются линии действия опорных реакций в нижней опоре:

0,5аG_ПР - 1,31аG_СТ - 0,19аR_H - 2,9а G_ГР;

Отсюда

где = 400 кг - масса противовеса,

= 540 кг - масса стрелы крана,

кг - масса груза.

Знак «-» перед полученным значением говорит о том, что R_Н направлена в другую сторону.

Вертикальную опорную реакцию R_V найдем из суммы проекций всех сил на вертикальную ось:

a) Находим момент сил инерции, действующих на груз, металлоконструкцию поворотной части, противовес и т.д.

Момент сил инерции

,

где J - момент инерции (относительно оси поворота крана) медленно поворачивающихся частей крана, груза и вращающихся частей механизма поворота, кгм²;

- угловое ускорение крана, рад/с².

Момент инерции

,

где = 1,2…1,4 - коэффициент учета инерции вращающихся частей механизма поворота;

J_М.П.Ч. - момент инерции (относительно оси поворота крана) груза и медленно поворачивающихся частей крана, кгм²;

;

где - масса j-й медленно поворачивающейся части, кг (груз, стрела, противовес и т.д.);

- расстояние от центра массы j-й медленно поворачивающейся части до оси поворота крана, м;

= 1,2…1,4 - коэффициент приведения геометрических радиусов вращения к радиусам инерции.

Определим момент инерции груза:



= 1,3(4000,38+5402,64+180012,94)= 32330,48 кгм².

1,332330,48 =42029,624 кгм² ? 42,02 тм².

Угловое ускорение крана при разгоне может быть найдено по допустимому линейному ускорению груза ([a]=0,2 м/с²) и максимальной величине вылета стрелы L (берем из исходных данных):

рад/с².

Тогда момент сил инерции

= 42029,6240,055 = 2311 Нм.

Момент сопротивления повороту крана

2311 + = 3141,8 Нм.

1.3 Кинематический расчет грузовой лебедки

1. Определяем угловую скорость гидромотора грузовой лебедки:

где - угловая скорость гидромотора грузовой лебедки;

- угловая скорость барабана грузовой лебедки;

U_р - передаточное отношение редуктора грузовой лебедки.



где V_к - скорость, с которой канат наматывается на барабан;

R_б - радиус барабана.

где U_п - кратность полиспаста;

V_max - максимальная скорость подъема груза.

2. Определяем крутящий момент грузовой лебедки:

где М_Б - вращающий момент на барабане грузовой лебедки;

U_р - передаточное отношение редуктора грузовой лебедки.

где F_к - усилие, с которым канат наматывается на барабан;

D_Б - диаметр барабана грузовой лебедки.

где Q - грузоподъемность крана;

U_п - кратность полиспаста.

Полученные результаты кинематического расчета сведем в таблицу 2.

Таблица 2

Гидродвигатель	Крутящий момент/Усилие	Угловая скорость/скорость перемещения	Угол поворота / Ход
Гидромотор механизма поворота	11,63Нм	114 рад/с или 18,1 об/с	-
Гидромотор лебедки	192,8 Нм	37,1 рад/с или 5,9 об/с	-
Гидроцилиндр подъема стрелы	74 кН	0,102 м/с	400 мм

2. Предварительная гидравлическая схема крана

В соответствии с особенностями машины проектируем предварительную гидравлическую схему.

Рисунок 4 - Предварительная гидравлическая схема крана

3. Расход жидкости в гидросистеме крана

3.1 Расход жидкости в стреле крана

a) Находим площадь поршня со стороны поршневой полости гидроцилиндра:

где Р_н - давление, развиваемое насосом;

F - усилие на штоке гидроцилиндра;

А - площадь поршня.

b) Находим диаметр поршня:

c) Находим расход жидкости, поступающий в гидроцилиндр:

где V - скорость выдвижения штока гидроцилиндра;

А - площадь поршня.

3.2 Расход жидкости в механизме поворотной платформы крана

a) Определяем рабочий объем гидромотора поворотной платформы:

где К_з.у. - коэффициент запаса по усилию, К_з.у. = 1,1 - 1,2;

М_кр - крутящий момент на валу;

Р_н - давление, развиваемое насосом;

- общий КПД гидромотора, =0,8 - 0,93.

b) Определяем расход жидкости гидромотора поворотной платформы:

где n - частота вращения вала гидродвигателя.

3.3 Расход жидкости в механизме грузовой лебедки

a) Определяем рабочий объем гидромотора грузовой лебедки:



b) Определяем расход жидкости гидромотора грузовой лебедки:

3.4 Расход жидкости подаваемой насосом в систему

где - утечки в гидросистеме.

Определяем рабочий объем насоса:

Полученные результаты расчета расхода жидкости в гидросистеме крана сведем в таблицу 3.

Таблица 3

Механизм Параметр	Гидроцилиндр подъема стрелы	Гидромотор механизма поворота	Гидромотор лебедки	Насос
Расход жидкости, л/мин	28	11	67	66

4. Подбор рабочего оборудование

4.1 Выбор гидроцилиндра

По диаметру поршня D_П = 0,086 м. и ходу поршня S=0,510м. выбираем гидроцилиндр ГЦ 90.50х400.11. [3]

Рисунок 5 - Гидроцилиндр ГЦ 90.50х400.11

4.2 Выбор гидромотора

4.2.1 Гидромотор поворотной платформы

По рабочему объему гидромотора и крутящему моменту на валу М_кр1=11,09Н·м подбираем гидромотор аксиально-поршневой нерегулируемый гидромотор MM 12,5 [4] со следующими параметрами

Таблица 4 Аксиально-поршневой гидромотор серии MM 12,5

Наименование агрегата	Рабочий объем, см3	Макс скорость, об/мин	Макс крутящий момент, Н/м	Макс мощность, кВт	Макс давление, бар	Макс расход, л/мин
Гидромотор MM 12,5	12,9	1550	16	2,4	140	20



4.2.2 Гидромотор грузовой лебедки

По рабочему объему гидромотора и крутящему моменту на валу М_кр2 = 192,8 Н·м подбираем планетарный гидромотор MTW 200 [5] со следующими параметрами:

Рисунок 7 - героторный гидромотор MTW 200

Таблица 5. Гидромотор MTW 200

Наименование агрегата	Рабочий объем, см3	Макс скорость, об/мин	Макс крутящий момент, Н/м	Макс мощность, кВт	Макс давление, бар	Макс расход, л/мин
Гидромотор MTW200	201,4	625	590	33,5	210	125

4.3 Выбор насоса

По рабочему объему насоса и расходу жидкости подаваемой насосом в систему подбираем аксиально-плунжерный нерегулируемый насос 310.3.56.06.06 [6] со следующими параметрами:

Таблица 6. Характеристики аксиально-поршневой нерегулируемый насос 310.3.56.06.06

Наименование агрегата	Рабочий объем, см3	Макс скорость, об/мин	Макс крутящий момент, Н/м	Макс потребл мощность, кВт	Номин давление нагнетания, бар	Макс подача, л/мин
Гидронасос 310.3.56.06.06	56	2500	328,36	81,66	200	140

Рисунок 8 - Аксиально-плунжерный насос A2FO

4.4 Выбор распределителей

4.4.1 Распределитель потока рабочей жидкости в механизме грузовой лебедки

По номинальному давлению на входе Рном = 24МПа и расходу жидкости QГМ2=68 л/мин подбираем гидрораспределитель с электромагнитным управлением 4FE6 [7] со следующими параметрами:

Таблица 7 Характеристики гидрораспределителя типа 4FE6

Параметр	4FE6
Расход масла, л/мин: максимальный	80
Давление, МПа: номинальное	до 31.5

Рисунок 9 - Гидрораспределители золотниковые с электромагнитным управлением - 4FE6

4.4.2 Распределитель потока рабочей жидкости в механизме поворотной платформы

По номинальному давлению на входе Рном = 24 МПа и расходу жидкости QГМ1 =11,8 л/мин подбираем гидрораспределитель РЕ 6.3[8] со следующими параметрами:

Таблица 8 Характеристики гидрораспределителя типа РЕ 6.3

Параметр	РЕ 6.3
Расход масла, л/мин: номинальный	16
Давление, МПа:	до 32

Рисунок 10 - Гидрораспределитель с электромагнитным управлением РЕ 6.3

4.4.3 Распределитель потока рабочей жидкости в механизме стрелы крана

По номинальному давлению на входе Р_ном = 24 МПа и расходу жидкости Q_ГЦ = 28,2 л/мин подбираем гидрораспределитель с электроуправлением 1РЕ10.24 [9] со следующими параметрами:

Таблица 9 Характеристики гидрораспределителя типа 1РЕ10.24

Параметр	1РЕ10.24
Расход масла, л/мин: номинальный	40
Давление, МПа:	до 32

Рисунок 11- гидрораспределитель типа 1РЕ10.24

4.5 Выбор предохранительного клапана

Предохранительный клапан устанавливают на насосной станции для предотвращения разрыва трубопровода, вследствие повышения давления, или разрушения деталей насоса. Предохранительный клапан начинает сбрасывать часть рабочей жидкости обратно в бак, при достижении давления в напорной линии некоторого предельного допустимого значения.

Расход жидкости предохранительного клапана должен быть чуть больше расхода жидкости насоса. Следуя этому условию, выбираем предохранительный клапан типа У462.8 [10], со следующими параметрами

Таблица 11 Характеристики предохранительного клапана У462.8

Параметр	У462.8
Расход масла, л/мин: номинальный	250
Давление, МПа	370

Рисунок 13 - предохранительный клапан У462.8

4.6 Выбор фильтра

Сливной или возвратный фильтр используется для обеспечения надежной и длительной фильтрации гидравлической жидкости и устанавливается в сливной линии гидросистемы, монтируется непосредственно на крышке бака.

Рисунок 14 - сливные фильтры среднего давления серии OMTF171C25NA1

Таблица 12 Характеристики сливного фильтра среднего давления серии OMTF

Параметр	OMTF
Максимальное рабочее давление, МПа	6
Максимальный расход, л/мин	600
Тонкость фильтрации, мкм	3-60
Перепускной клапан, МПа	0,6
Вид индикатора	визуальный, визуально-электрический, электрический
Входные порты	1/2

4.7 Выбор гидрозамка

Гидрозамки предназначены для пропускания потока рабочей жидкости при отсутствии управляющего воздействия в одном направлении, а при наличии управляющего воздействия в обоих направлениях.

Рисунок 15 - гидрозамок GU25 B3000

Обычно гидрозамки устанавливают между гидрораспределителем и гидроцилиндром для надежной фиксации и предотвращения самопроизвольного (неуправляемого) движения рабочих органов машины, вызванного неизбежными перетечками рабочей жидкости в зазоре запорно-регулирующего элемента направляющего гидроаппарата. Подбираем гидрозамок ГОУ 12000 [3] со следующими параметрами:

Таблица 13. Характеристики гидрозамка GU25 B3000

Параметр	GU25 B3 000
Давление, МПа	16
Давление управления, МПа	5
Масса, кг	1,02

кран гидросистема лебедка насос

5. Расчет объема гидробака

Рисунок 16 - Схема проведения трубопровода в устройстве крана

1) Определения объема жидкости в гидроцилиндре.

,

А - площадь поршня

2) Определения объема жидкости в трубопроводе.

,

где - сумма длин трубопровода на рис.15,

- диаметр трубопровода, который определяется по формуле:

,

где - расход жидкости в насосе, л/мин

- скорость жидкости в трубе, м/с

Согласно [1, стр. 218], на стадии предварительного расчета внутренние диаметры трубопроводов определяют на основе рекомендуемых значений средних скоростей движения жидкости в гидролиниях:

§ во всасывающих - 1,5 м/с

§ в напорных - 6 м/с

§ в сливных - 2 м/с

§ в линиях управления - 5 м/с

3) Определения объема бака:

Подбираем объем гидробака из стандартного ряда емкостей. Выбираем V_бака =30 л. [10]

6. Выбор трубопровода

1. Выбор рукава

Подбираем рукав D12 [3]. Рукав резиновый высокого давления с металлическими оплетками неармированный. Рукав с внутренним диаметром 10 мм., рабочим давлением до 25МПа, работоспособным в районах с умеренным и тропическим климатом.

Рисунок 17 - рукав высокого давления D12

Выбор промежуточного соединения

Подбираем промежуточное соединение из [2] для стальной трубы с диаметром 10 мм.

Рисунок 18 - Прямое промежуточное соединение

Таблица 12

Трубы стальные по ГОСТ 8734-75 dнЧS,мм	D1,мм	S2,мм	L3,мм
10Ч1	10	19	42

Выбор штуцера для промежуточного соединения

Подбираем штуцер из [2] для стальной трубы с диаметром 10 мм.

Рисунок 19 - Штуцер проходной M22xM16xM16

Таблица 13

Трубы стальные по ГОСТ 8734-75 D1ЧS	Резьба метрическая, мм	D1, мм	D3, мм	S1, мм	L1, мм	L2, мм
10Ч1	М16Ч1,5	10	8	17	27	13

Список используемой литературы

1. Пневматические и гидравлические приводы и системы. Часть 2. Гидравлические приводы и системы. Основы. Учебное пособие / А.С. Наземцев, Д.Е. Рыбальченко. - М.: ФОРУМ, 2007.

2. ООО «ВИРТУС Контролс», каталог промежуточных соединений.

3. Официальный сайт ОАО «Елецгидроагрегат».

4. ООО «Фирма Ремагрегат» 2007 - 2012, каталог гидромоторов Parker.

5. ООО Фирма Ремагрегат, каталог гидромоторов.

6. ООО Фирма Ремагрегат, 2008 - 2013, каталог гидронасосов фирмы Bosch Rexroth.

7. ICWT - динамично развивающаяся компания по производству и поставкам гидравлического оборудования.

8. Комплекс Промпоставка каталог гидрораспределителей.

9. ООО «Техногресс» описание гидрораспределителей.

10. ООО «ГидраПак Силовые и Управляющие системы».

Размещено на Allbest.ru