Конструкторская разработка подъемника для легковых автомобилей

Конструкторская разработка подъемника для легковых автомобилей

1. Анализ существующих аналогичных конструкций

В данной конструкторской разработке представлен подъемник для легковых автомобилей. Разработка относится к гаражному оборудованию, а именно к подъемникам при техническом обслуживании и ремонте легковых автомобилей. Целью разработки является повышение надежности и улучшение условий эксплуатации.

К подъемникам такого типа предъявляются следующие эксплуатационные требования:

- надежность при эксплуатации;

- безопасность при работе с ними;

- удобство использования;

- высокая производительность;

- простота конструкции;

- доступность его составных при ремонте и т.д.

Большинство уже разработанных подобных подъемников являются стационарными, т.е. для подъема автомобиля необходимо сначала на него заехать, что не всегда возможно на неисправном автомобиле. Разработанный же подъемник, передвижной, то есть его можно передвигать по территории гаража или ремонтной мастерской, подводить к недвижимым автомобилям и поднимать их с целью проведения технического обслуживания и ремонта.

Кроме того, на разработанных ране подъемниках автомобиль мог быть вывешен только в горизонтальном положении, что затрудняло некоторые виды технического обслуживания и ремонта. Разрабатываемый же подъемник может быть использован как опрокидыватель, так как на нем можно устанавливать автомобиль под углом до 300 к горизонту, что обеспечивает удобство при выполнении некоторых видов технического обслуживания и ремонта.

2. Описание разрабатываемой конструкции и ее особенности

Подъемник относится к гаражному оборудованию, а именно к передвижным подъемникам для подъема и наклона автомобилей при их техническом обслуживании и ремонте.

Целью разработки является повышение надежности и улучшение условий эксплуатации.

На общем виде показан подъемник для легковых автомобилей: в положении перед началом работы, в рабочем положении и вид сверху.

Подъемник содержит раму, состоящую из А-образного основания и двух пар параллельно расположенных стоек и. Стойки короткие и стойки высокие соединены между собой наклонными балками. Наклонные балки жестко соединены между собой верхней и средней поперечинами. В средней части верхней и средней поперечин закреплены параллельно наклонным балкам два кронштейна с рядом отверстий.

Рама снабжена неуправляемыми передники и управляемыми рукоятками задними колесами. На задней части смонтированы выдвижные опоры.

Подъемник имеет грузовую платформу, состоящую из основания рамкой конструкции, жестко связанного с ним подкоса и гидроцилиндров и. Свободный верхний конец подкоса посредством шарнира соединен с тягой, выполненной с рядом отверстий. Второй конец тяги установлен между кронштейнами и закреплен посредством пальца.

На основании грузовой платформы одним концом с помощью шарнира установлен грузовой рычаг.

Второй конец грузового рычага посредством шарнира соединен со стойками короткими.

На основании рамы шарнирно закреплен корпус силового цилиндра, а шток его шарнирно соединен с грузовым рычагом. Силовой гидроцилиндр и грузовые гидроцилиндры управляются гидрораспределителем.

Подъемник имеет, кроме того, стопорное устройство, состоящее из закрепленной на грузовом рычаге секторной рейки и шарнирно закрепленной на раме зубчатой собачки.

Рукоятка гидрораспределителя посредством поводка шарнирно соединена с тягой. На другом конце тяги закреплена вилка с пазом, в котором размещена ось, закрепленная на конце зубчатой собачки. Зубчатая собачка подпружинена пружиной, закрепленной на раме.

Подъемник работает следующим образом. Подъемник, управляемый за рукоятку, подводится под автомобиль, стоящий на ровной площадке. Выдвижные опоры устанавливаются до упора в площадку, обеспечивая тем самым устойчивое положение подъемника при подъеме автомобиля.

Поворотом рукояток управления гидрораспределителя включается электрогидравлический привод силового и грузовых гидроцилиндров. Шток грузового цилиндра выдвигается под автомобиль. Шток силового цилиндра, перемещаясь, осуществляет подъем грузовой платформы. В зависимости от вида выполняемых работ с автомобилем можно менять угол наклоне поднятого автомобиля от 0 до 300.

Для регулировки угла наклона грузовой платформы с автомобилем палец вставляется в совмещенные отверстия кронштейнов и отверстия тяги. Для обеспечения максимального угла наклона грузовой платформы палец устанавливается в крайние нижние отверстия.

Для обеспечения горизонтального плоскопараллельного подъема палец устанавливается в крайние верхние отверстия.

При подъеме грузовой платформы секторная рейка поворачивает зубчатую собачку, при этом ось перемещается в пазу вилки. Зубчатая собачка взаимодействует с зубьями секторной рейки и не дает ей повернуться, что исключает произвольное падение грузовой платформы с автомобилем.

При опускании грузовой платформы рукоятку гидрораспределителя поворачивают вниз, при этом поводок через тягу и ость поворачивает зубчатую собачку вокруг собственной оси и выводит ее из зацепления с секторной рейкой. Гидрораспределитель соединяет полость силового гидроцилиндра со сливом, грузовая платформа с автомобилем опускается.

3. Расчет основных деталей конструкции

Расчет на прочность подвергаем следующие детали: рычаг грузовой, секторную рейку, тягу.

На грузовой рычаг действует расчетная нагрузка G = 25000 Н.

Рычаг представляет собой сварную конструкцию с трубчатым сечением.

Конструктивно принятые размеры рычага:

длина первого колена l1 = 550 мм, а = 300 мм, d = 250 мм,

длина второго колена l2 = 850 мм,

ширина трубчатого сечения b = 320 мм,

толщина трубчатого сечения h = 70 мм,

толщина стенки трубчатого сечения д = 7 мм, б = 1100.

Материал, из которого изготовлен грузовой рычаг - сталь 40 с механическими характеристиками: предел прочности при растяжении ур = 570 Н/мм2, предел текучести при растекании ут = 320 Н/мм2.

Рассмотрим грузовой рычаг в двух крайних положениях: поднятом и опущенном. В качестве расчетной схемы, для упрощения спроецировав оба колена грузового рычага, принимаем двух опорную балку, нагруженную с краю пролета сосредоточенной силой.

Определим реакцию из условия УМА = 0

RВа cos б?- G(a + d) cos б? = 0)

RВ =

RВ = = 45833 H

Определим реакцию RА из условия Уzi = 0

RА + RВ - G = 0

RА = G - RВ

RА = 25000 - 45833 = -20833 Н

Строим эпюры изгибающих моментов.

На участке АВ: М1 = RА • х,

где 0 ? х ? а cos б?

х = 0, М?1 = 0

х = аcosб, М??1 = -20833 • 300cos200 = -5873078 Н•мм = 5873 Н•м

На участке ВС: М2 = G • х,

где 0 ? х ? dcosб?

х = 0, М?2 = 0

х = dcosб, М??2 = 25000 • 250cos200 = -5873078 Н•мм = 5873 Н•м

Рассчитаем рычаг в опущенном положении.

Определим реакцию из уравнения УМА = 0

RВаsinв- G(l2 + (a + d)sinв) = 0

RВ =

RВ = = 319512 H

Определим реакцию RА из условия Уzi = 0

RА + RВ - G = 0

RА = G - RВ

RА = 25000 - 319512 = -294512 Н

Строим эпюры изгибающих моментов.

На участке АВ: М1 = RА • х,

где 0 ? х ? sinв

х = 0, М?1 = 0

х = аsinв, М??1 = 294512 • 300sin150 = 22867594 Н•мм = 22,8 кН•м

На участке ВС: М2 = G (l2 + dsinв),

где 0 ? х ? l2 + dsinв

х = 0, М?2 = 0

х = l2 + dsinв, М??2 = 25000(850 • 250sin150) = 22867594 Н•мм = 22,8 кН•м

Определим момент сопротивления опасного поперечного сечения

W = ,

где b, h, b0, h0 - размеры трубчатого сечения рычага, (рисунок 1).

W = = 159936 мм3

Номинальное значение максимального напряжения

уmax = ,

где Мmax - наибольший изгибающий момент, Н•мм.

уmax = = 142,5 Н/мм2

Коэффициент запаса по отношению к пределу текучести

nt = уt/уmax,

nt = 320/142,5 = 2,24

Такой коэффициент запаса более чем достаточен.

Рисунок 1 Трубчатое сечение рычага.

Проверим на прочность секторную рейку, на которую действует расчетная нагрузка G = 25000 Н. Конструктивно принятые размеры элементов рейки: ширина сектора рейки b = 30 мм, катет сварного шва К = 7 мм. Материал рейки - сталь 40 с механическим характеристиками: предел прочности при растяжении ур = 570 Н/мм2, предел текучести при растяжении ут = 320 Н/мм2, допускаемое напряжение на срез [фср] = 350 Н•мм.

Рассчитаем сварное тавровое соединение на срез

фср = ,

фср = = 170 Н/мм2

Определим коэффициент запаса

n = [фср]/ фср,

n = 350/170 = 2,05

Такой коэффициент запаса вполне достаточен.

Проверим на прочность тягу регулировочную. На тягу действует нагрузка расчетная G =25000 Н.

Материал тяги - сталь 3 с механическими характеристиками: предел прочности при растяжении ур = 160 Н/мм2, допускаемое напряжение на смятие рекомендуют принять [усм] = 288 Н/мм2.

Дополнительные данные:

диаметр отверстия под палец d = 25 мм,

толщина тяги д = 12 мм,

радиус закругления R = 30 мм, ширина тяги b = 60 мм.



Рисунок 2 Расчетная схема тяги регулировочной.

Из расчета на смятие определяем создаваемое напряжение, которое сравниваем с допускаемым напряжением на смятие

усм = ,

усм = = 83 Н/мм2

Определим коэффициент запаса

n = [усм]/усм,

n = 288/83 = 3,46

Такой коэффициент запаса более чем достаточен.

4 Расчет гидропривода

Для механизма подъема грузового рычага необходимо выбрать силовой гидроцилиндр и установить его на раму. Гидропривод надо рассчитать на нагрузку G = 25000 H. Конструктивно принятые размеры:

плечо рычага r = 300 мм,

длина рычага R = 550 мм,

высота подъема рычага H = 800 мм,

высота расположения шарнира рычага h = 550 мм,

углы б = 1100, в = 150,

г = 600,

ход штока lш = 500 мм.

Определим диаметр цилиндра, для этого из уравнения моментов

Fшhsinг = GRcos(б - 900),

определяем усилие на штоке Fш

Fш = ,

Fш = = 46981 Н

При максимальном грузовом моменте (б = 900)

Fш max = = 50033 Н

Принимая номинальное давление гидросистемы Р= 10 МПа и коэффициент запаса по усилию на штоке КF = 1,1, находим диаметр цилиндра

D = ,

D = = 79 мм

По полученному диаметру цилиндра и ходу поршня выбираем гидроцилиндр Ц80Ч500 ГОСТ 16514-74.

В качестве рабочей жидкости выбираем гидравлическое масло МГ-30 ТУ 33-101150-79.

Полагая, что температурный режим гидропривода будет нормальным, то есть температура масла Тм = 60 0С и номинальное давление Р = 10 МПа. Тогда кинематическая вязкость масла н = 20 мм2/с и его плотность с = 860 кг/м3.

Примем время подъема t = 12 с и объемный КПД гидропривода зv = 0,8 и определим производительность насоса

Qн = ,

Qн = = 2,61 • 10-4 м3/с

- рабочих объем, см3/об	10
- давление нагнетания: номинальное, МПа максимальное, МПа	10 14
- объемный КПД	0,92
- мощность, кВт	2,9
- масса, кг	2,5
- частота вращения, с-1: номинальная Максимальная Минимальная	27 33,5 16,5

По каталогу выбираем насос НШ-10Е с характеристиками:

Заданная скорость движения жидкости в нагнетательном трубопроводе х = 4 м/с и найдем его внутренний диаметр

dн = ,

где зvн - объемный КПД насоса.

dн = = 7,8 мм

Для улучшения нагнетательной магистрали от насоса до распределителя выбираем бесшовную трубку диаметром dн = 8 мм из стали 20 по ГОСТ 8734-75, а для участка от распределителя до гидроцилиндра - гибкий рукав высокого давления с тем же внутренним диаметром по ГОСТ 6286-73.

Поскольку скорость движения жидкости во всасывающей и сливной магистралях меньше, чем в нагнетательной, то их внутренний диаметр назначают обычно равным

dс = dв = 2dн,

dс = dв = 2 • 8 = 16 мм

Вместимость гидробака должна быть такой, чтобы он заполнялся за время tз = 1…1,5 мин работы насоса. При такой вместимости обеспечивается охлаждение масла и выделение из него воздуха.

Vд = tз • Qн,

Vд = 90 • 2,7 • 10-4 = 0,0243 м3

Для распределения потока рабочей жидкости выбираем гидрораспределитель Р50-3 ГОСТ 8754-80. Золотник распределителя в позициях "Подъем", "Опускание" фиксируют вручную, а возврат из этих позиций в нейтральную происходит автоматически.

Выберем электродвигатель для привода насоса по мощности

Рдв = Рн/зм,

где зм - КПД муфты, зм = 0,95.

Рдв = 2,9/0,95 = 3,005 кВт

Выбираем электродвигатель 4А100S4УЗ ГОСТ 12139-74 с мощностью Рдв = 3 кВт, частотой вращения nдв = 1500 об/мин, кратность пускового момента л = 2,2.

С учетом назначения гидропривода разрабатываем его гидравлическую схему. Длина трубопроводов определяем из условий компоновки гидрооборудования на раме механизма.