Расчёт гидропривода лебёдки крана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача № 1

Рассчитать регулируемый объемный гидропривод лебедки крана, имеющий замкнутую систему циркуляции рабочей жидкости.

Гидропривод состоит из регулируемого насоса 7, работающего от первичного двигателя 8, гидромотора 11, соединенного с валом лебедки, тормозного блока 17, управляемого через гидрораспределитель 16, системы предохранительных 10 и обратных клапанов 15 и гидростанции подпитки системы, состоящей из подпиточного насоса 2, гидробака 1, фильтра 3 с перепускным клапаном 4 и редукционного клапана 5.

Включением подпиточного насоса 2 осуществляется подача рабочей жидкости из гидробака 1 через фильтр 3 и редукционный клапан 5 в напорный трубопровод 6. Из трубопровода 6 производится подпитка (восполнение утечек жидкости поддержание заданного давления) в трубопроводе 9 или 14, (основной системы гидровода), соединяющий насос 7 с гидромотором 11, а также подача рабочей жидкости в тормозной гидроцилиндр 17.1 через управляющий гидрораспределитель 16. В системе подпитки поддерживается редукционным клапаном 5 постоянное давление.

Рис. 1 Схема гидропривода лебедки крана

Описание работы лебёдки:

Пуск лебедки для перемещения груза производится одновременно включением насоса 7 при минимальной подаче и растормаживанием лебедки гидроцилиндром 17.1 путем включения электромагнитов, управляющих, работой гидрораспределителя 16 и установки его в позицию II. Согласование по времени обеих операций выполняется настройкой гидродросселя 17.3. Регулированием подачи насоса устанавливается определенная частота вращения гидромотора 11 и заданная скорость перемещения груза.

При торможении лебедки производится уменьшение подачи насоса и накладывание с заданной скоростью v тормоза. При этом гидрораспределитель переставляется в позицию I и поршень гидроцилиндра 17.1 под действием возвратной пружины перемещается влево, вытесняя жидкость из поршневой полости через обратный клапан 17.2 на слив. В это время подпиточный насос направляет жидкость через редукционный клапан 5 по трубопроводу 19 в бак 1.

При изменении знака исходного положения регулирующего органа насоса осуществляется реверс гидромотора и обратное вращение вала лебедки. Манометры 13 и 18 контролируют давление в гидросистеме, причем манометр 13, благодаря наличию обратных клапанов 12, позволяет измерять давление в напорной гидролинии 9 или 14, независимо от реверса гидромотора.

Заданы:

- номинальное давление =5,5•Па, определяющее тип гидрооборудования,

- номинальная n = 0,005 об/мин и минимальная = 0,2n частоты вращения,

- крутящий момент М = 160 Нм, на валу гидромотора,

- скорость торможения v = 0,15 м/с,

- ход штока l = 0,6 м,

- тормозное усилие F = 1200 Н, приложенное к штоку тормозного гидроцилиндра.

Требуется рассчитать рабочие параметры гидропривода, необходимые для выбора типоразмеров гидрооборудования.

Решение задачи.

Расчет гидропривода начинается с определения параметров, по которым производится выбор основного гидрооборудования: насоса 7 и гидромотора 11.

Гидромотор выбирается по величине расчетного рабочего объема по формуле:

= = = 0,215 •, где

- - гидромеханический КПД гидромотора (по паспорту = 0,85).

Полезная мощность гидромотора определяется по формуле:

N = M • щ = 160 • = 160 • = 0,84 кВт,

где щ -- угловая скорость вращения вала при номинальной частоте вращения n = 0,005 об/мин.

Выбор насоса производится по расчетной величине давления Pн, подаче Qн, ее минимального значения Qн min и мощности Nн.

Давление Рн определяется по номинальному значению с учетом гидравлических и механических потерь в системе, характеризуемых гидромеханическим КПД ( = 0,80)

Рн = = =6,875 МПа.

Расчетная подача насоса Qн с учетом объемных потерь в системе, характеризуемых объемным КПД ( = 0,95) составляет:

Qн = = 0,226 • /с.

Минимальная регулируемая подача насоса Qн min :

Qн min = • / = 0,215 • 0,2 • 0,005 / 0,95 = 0,23 • /с.

Мощность насоса Nн, по величине которой рассчитывается мощность приводного двигателя 8, составляет:

Nн = Рн • Qн = 6,875 • • 0,226 • = 1,554 кВт.

Коэффициент полезного действия гидропривода (без учёта КПД приводного двигателя):

з = N / Nн = 0,84 / 1,554 = 0,6.

При расчете тормозного гидроцилиндра определяется внутренний диаметр гильзы D1 (диаметр поршня). Диаметр штока D2, толщина стенки д, жесткость возвратной пружины с.

Диаметр гильзы определяется исходя из площади поршня, S1 = F/ с учетом КПД:

D1 = = = 18,6 • м,

где - гидромеханический КПД гидроцилиндра, среднее значение которого составляет 0,90.

Диаметр штока D2 принимается равным 0,45•D1,

D2 = 0,45 • 18,6 • = 8,37 • м.

В качестве уплотнителей поршня и штока рекомендуются резинотканевые шевронные манжеты, количество которых назначается в зависимости от размера уплотняемого диаметра и давления.

Сила трения Т в манжетных уплотнениях поршня и штока составляет:

Т = р • (D1 + D2) • n • h • ф = 3,14 • (18,6 + 8,37) • • 4 • 5• 0,22 • =372,6 Н.

где n -- количество манжет (n = 4); h -- высота манжеты (h = 5 мм); ф -- напряжение силы трения (ф = 0,22 МПа).

Давление жидкости в гидроцилиндре при растормаживании лебедки определяется из условия статического равновесия поршня:

Р • S1 - T - Fпр = 0

где S1 -- площадь поршня, Fпр - усилие, создаваемое возвратной пружиной,

Fпр = c • h

с = Fпр/ h = 1200/ 0,6 = 2,0 кН/мм,

где c -- жесткость пружины, Н/мм;

h = l -- ход пружины.

Принимая значение Fпр = F, определяется жесткость c.

Жёсткость пружины с = 2,0 кН/мм.

По величинам давления Рн и диаметра D1 рассчитывается толщина стенки гильзы:

д = Pн • D1/ 2 [у] = 6,875 • • 18,6 • / 2 • 90 • = 0,71• м,

где [у] -д допускаемое напряжение (для стали [у] = 90 МПа).

Выбор подпиточного насоса 2 производится по расчетным параметрам давления Pнп, подачи Qнп и мощности Nнп.

Для определения давления Pнп находится давление P1 в гидролинии 6 за редукционным клапаном. Без учета потерь давления в самой гидролинии давление P1 составляет:

P1 = Pн + ДPр + ДРкл = 6,875 + 0,2 + 0,2 = 7,3 Мпа,

где ДPр и ДPкл -- потери давления в гидрораспределителе 16 и обратном клапане 17.2 (ДPр = ДPКл = 0,2 МПа).

Давление P1 настраиваемое редукционным клапаном 5, меньше давления перед клапаном в среднем на 20%. Учитывая потери давления в фильтре (ДPф = 0,1 МПа), давление Pнп составляет:

Рнп = 1,2Р1 + ДРф = 1,2 • 7,3 + 0,1 = 8,83 МПа.

При определении подачи Qнп следует исходить из величины расхода жидкости, направляемой в тормозной гидроцилиндр с учетом общих объемных потерь в системе, характеризуемых объемным КПД ( = 0,90):

Qнп = v • S1 / = 0,15 • (3,14 • (/2) / 0,9 = 22,6• /с.

По каталогам гидроаппаратуры управления, приведенным в приложении (гидрораспределитель 16, гидродроссель 17.3, гидроклапаны предохранительные 4 и 10, обратные 12, 15, 17.2, редукционный 5) выбираем, исходя из расчетных значений расхода Q и давления Р, типоразмер фильтра 3 по требуемой тонкости фильтрации соответствующего класса чистоты. Для аксиально-поршневых регулируемых насосов с гидроусилителем типа 456 тонкость фильтрации жидкости не должна превышать 40 мкм.

Внутренний диаметр гидролиний 6, 9, 14 рассчитывается по расходу Q (можно принять Q = Qн) и допустимой средней скорости v, значение которой составляет ~ 4,5 м/с:

d = = = 7,9 • м.

Толщина стенки труб определяем по наибольшей величине давления:

д = P • D1 / 2[у] = 8,83 • • 18,6 • / 2,0 • 90 • = 0,9 • м.

Теперь по найденным значениям расхода рабочей жидкости и величине давления в гидросистеме по каталогам приложения определяю параметры требуемых элементов гидропривода: гидрораспределителя 16, гидродросселя 17.3, предохранительных гидроклапанов 4 и 10, обратных клапанов 12, 15, 17.2, редукционного клапана 5, главного насоса 7, подпитывающего насоса 2, используемых труб, фильтра тонкой очистки рабочей жидкости 3.

Сначала определимся с трубами: по рассчитанным данным следует выбрать трубопроводы диаметром d = 9 мм, с толщиной стенки д = 1,0 мм.

Далее выбираю по ТУ 2-024-0224533-025-089 пластинчатый насос типа Г 12 - 23А, предназначенный для подачи рабочей жидкости с нерегулируемым по величине потоком в гидросистемы металлорежущих станков и других машин, чтобы минимальное давление нагнетания было не менее Рн = 8,83 МПа и минимальная подача рабочей жидкости не менее Qнп = 22,6 • /с = 0.377 л/мин. Выбранная модель имеет рабочий объём 30,6 с, номинальное давление Р = 6,3 (600) Мпа, номинальную подачу Qнп = 25 л/мин.

Из высокомоментных гидромоторов типа МР с требуемой частотой вращения до 1 об/мин и мощностью не менее N = 0,84 кВт наиболее подходит МР - 450 по ГОСТ 15150 - 69 рабочим объёмом 462 .

В качестве главного насоса 7 требуется выбрать насос из предлагаемых в приложении УМК табл. № 13 аксиально - поршневых регулируемых реверсивных насосов типа 207.20.11.02. с гидроусилителем типа 452.20.07… с давлением на выходе не менее Рн = 8.83 МПа . Такими характеристиками обладает насос 207.20.11.02 с гидроусилителем типа 452.20.07.04 имеющий рабочий объём 54,8 , Nmin = 0,1 МПа, а Nmax = 25МПа, с частотой вращения вала от 400 до 2850 об/мин.

Для редуцирования давления в системе заданного гидропривода потребуется редукционный клапан АГ57 - 23, имеющий условный проход 16 мм. Для возможности расхода Q = 32 л/мин рабочей жидкости, который выбираем в приложении УМК по таблице № 14, что удовлетворяет необходимому Qнп = 22,6 л/ мин, а Рред = 1 ч 10 МПа.

Гидрораспределителем 16 будет гидрораспределитель типа:

Р102 - ЕЛ574А - Т - А220 50, имеющий основной проход, обеспечивающий требуемое давление нагнетания Рн = 20 МПа, в совокупности с давлением управления Ру = 0,5 ч 20 МПа, с допустимыми значениями скорости срабатывания на регулировании и реверсе гидромотора t = 0.03 с. Номинальная требуемая тонкость фильтрации 25 мкм. Его выбрали из приложения УМК по таблице № 15.

Предохранительными кламанами 4 и 10 выбирем клапаны типа Г54 - 22 по ТУ2 - 053 - 1628 - 83Е, т.к они имеют требуемые характаристики для работы гидропривода задания. Условный проход 16 мм. обеспечивает номинальный расход рабочей жидкости Q = 3 ч 40 л/мин. и работу в диапазоне давлений Р = 1,2 ч 10 МПа.

В роли обратных клапанов 12, 15 и 17.2 можно взять гидроклапаны типа КII002 из приложения УМК табл. № 17. У них условный проход в 12 мм обеспечивает номинальный расход рабочей жидкости Q = 25 л/мин. и работает по давлением до Р = 32 МПа. К лапан имеет давление открытия Роткр = 0.038 ч 0.087 МПа.

Гидродросселем 17.3 можно выбрать ДР-12 по таблице № 18 приложения УМК, который имеет условный проход 12 мм, при номинальном расходе рабочей жидкости гидропривода Q = 25 л/ мин, номинальное рабочее давление Р = 32 МПа и потерю давления при открытом дросселе и номинальном давлении - 0,2 МПа, что удовлетворяет условию наличия номинального давления Р = 8,83 МПа, требуемого для работы гидроцилиндра и гидромотора .

В качестве линейного выбираем фильтр по ОСТ 22 - 883 - 75 исполнения: 1.1.25.25 любого отечественного производителя масляных фильтров, например PEKAR в Санкт-Петербурге.

Гидроцилиндр, гидродвигатель прямолинейного возвратно - поступательного движения в заданном гидроприводе, выбираем по геометрическим характеристикам гидроцилиндров общего назначения из основного ряда по ГОСТ 12447 - 80 : внутренний диаметр принимаем D = 20 мм, диаметр штока: d = 10 мм, ход поршня по заданию l = 60 мм. Соответственно ГОСТ 17411 - 91

Принимаем в качестве основного ЦГ 20.10 х 60 - УХЛ.

Задача № 2

Определить скорость перемещения подвижного электрода 1 аппарата для точечной сварки кузова автомобиля.

Построить график скорости перемещения поршня в пневмоцилиндре при рабочем ходе в зависимости от нагрузки, приложенной к штоку, изменяющейся в пределах от F = до F = 3, где значение указано в таблице.

Рис. 2 Схема пневмопривода для точечной и рельефной сварки кузова автомобиля

Заданы:

- диаметр поршня -- D = 90 •м,

- длина трубопровода 3 -- l = 6,4 м,

- его внутренний диаметр d = 10 • ,

- коэффициент сопротивления распределителя 4 -- ж = 15.

- давление в ресивере 6 -- = 0,55 • Н/;

- давление в штоковой полости цилиндра принять равным атмосферному.

- температура воздуха в ресивере, в пневмоцилиндре и в окружающей среде -- 20 °С,

- начальное усилие на штоке 2 - = 0,22 кН.

Решение задачи.

Скорость установившегося движения поршня Vn определяется по величине массового расхода воздуха G, поступающего в пневмоцилиндр, и рабочей площади поршня Sn



Vn = G / Sn ; м/с (1)

Величина Sn определяется по диаметру D.

Для определения массового расхода воспользуемся зависимостью Сен-Венана-Вантцеля:

G= = (2)

=0,425 • •=0,032 /с

где y = Pабс/()абс = 34,61•/0,55•= 0,13 Н/, (3)

y -- относительное давление, вычисленное по абсолютным давлениям в ресивере ()абс и в поршневой полости гидроцилиндра Pабс;

-- коэффициент расхода подводящего трубопровода;

n -- показатель степени в уравнении политропного процесса (среднее значение для воздуха n = 1,35).

В формуле (2) неизвестные величины y, , определяем в следующем порядке:

Вычисляем площадь поршня

Sn = р = 3,14•( = 6,4•.

Определяем давление ()абс и Pабс, Н/;

()абс = + Pатм = 0,55• + 10 = 0,55 •Н/, (4)

Pабс = (/Sn) + Pатм = (220/6,4 • + 10 = 34,61 кН/, (5)



Ратм -- атмосферное давление (среднее значение Pатм = 10 Па = 10 Н/).

По формуле (3) находим значение y, которое сопоставляем с критическим значением , соответствущим переходу от подкритической области истечения воздуха в пневмоцилиндр при заполнении надпоршневой полости к надкритической области.

Для определения предварительно рассчитывается коэффициент гидравлического сопротивления трубопровода ос:

ос = овых + л • + о + овх = 0,5 + 15,67• • 6,4 / 0,01 + 15 + 1 = 16,51 (6)

где овых -- коэффициент сопротивления в выходном отверстии ресивера (овых = 0,5);

овх -- коэффициент сопротивления во входном отверстии цилиндра (овх = 1);

л -- коэффициент гидравлического трения трубопровода, рассчитываемый для квадратичной области сопротивления по формуле Прандтля-Никурадзе:

л===15,67•, (7)

Значение эквивалентной шероховатости Д принять равным 0,005 мм.

По графику зависимости = f(оc), представленному на рис.3 , определяем значение и сопоставляем с вычисленным значением y.

Т.к. y = 0,125 < = 0,22, то область истечения - надкритическая. И тогда в формулу (2) подставляем значение y = .



Рис. 3 График зависимости = f(оc)

Для определения коэффициента расхода , величина которого зависит от величины относительного давления y и коэффициента сопротивления оc, воспользуемся графиком м = f(у, оc), представленным на рис.4 взятым из работы [8].

Рис. 4 График зависимости м = f (y, оc)

В соответствии с графиком принимаю = 0,425

Для определения плотности воздуха в ресивере воспользуемся уравнением Клапейрона-Менделеева,

= абс / R = 0,55 • / 290 • 293,15 = 6,47 кг/, (8)



где R = 290 Дж/(кг • К) -- газовая постоянная.

Решение первого цикла задачи завершаем определением скорости Vn по формуле (1) , в которой плотность воздуха в пневмоцилиндре с определяется по формуле

с = Рабс / R = 34614 / 290 • 293,15 = 0,41 кг/. (9)

Vn = G/Sn = 0,032 / 6,4 • = 5,03 м/с.

Второй и третий циклы решения задачи повторяем при изменении усилия на штоке F = 2, F = 3, величины которых подставляются в формулу (5) .

При расчете гидравлического коэффициента л по формуле (7) априорно полагалась квадратичная область сопротивления, которой соответствуют числа Рейнольдса

Re > (Re)пред, где (Re)пред = 560 d/Д. Если Re < (Re)пред, то нужно будет выполнить проверку расчёта коэффициента л.

Определяем динамический к-т вязкости воздуха

м = 0,76 • у = 1,68 • • 0,76 • 0,22 • = 0,73 • Па/с ,

где = 1,68 • , Па•с -- вязкость воздуха при температуре = 273 + t °С.

Определяем число Рейнольдса:

Re = = = 5,6 •

вычисленное значение числа Re сопоставляется со вторым предельным числом Рейнольдса (Re)пред:

(Re)пред = 560 • = 560 • = 1120.

Т.к. Re (Re)пред , то проверку расчёта коэффициента л, выполнять не требуется.

Определяем скорость движения поршня при F = 2 по формуле:

Vn1 = = = 9,5 м/с.

Плотность воздуха в поршневой полости

с = = = 0,81 кг/,где

Рабс1 = (2F/Sn) + Ратм = (440 / 0,64 • + 10 = 68,75 кН/;

Sn -- площадь поверхности поршня Sn = 0,64 • .

y = = = 0,18.

Для определения коэффициента расхода , величина которого зависит от величины относительного давления y и коэффициента сопротивления оc, воспользуемся графиком м = f(у, оc), представленным на рис.4 взятым из работы [8]. Принимаем = 0,44, тогда:

G= 0,44 = 0,061 /с.

В заключении, третьим циклом решения задачи определяем скорость движения поршня при F = 3.

Плотность воздуха в поршневой полости

с = = = 1,2 кг/

Рабс2 = (3F/Sn) + Ратм = (660 / 0,64 • ) + 10 = 103.135 Н/м.

у = = = 0,27.

Для определения коэффициента расхода м_с, величина которого зависит от величины относительного давления y и коэффициента сопротивления оc, воспользуемся графиком м = f(у, оc), представленным на рис.4 взятым из работы [8]. Принимаем = 0,5 , тогда:

G = 0,5 = 0,087 /с

Скорость движения поршня составит : Vn = = 13,6 м/с.

График скорости перемещения поршня в пневмоцилиндре при рабочем ходе в зависимости от нагрузки изобразим в виде кривой изменения скоростей при разных значениях F.

гидропривод лебедка кран насос



Список использованной литературы

1. Учебно-методический комплекс «Гидравлические и пневматические системы автомобилей и гаражного оборудования» ОПД.Ф.2.5.01 предназначенный для студентов специальности 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство».

2. ТУ 2-024-0224533-025-089 для насосов типа Г12 - 23А.

3. ГОСТ 15150 - 69 «Машины, приборы и другие технические изделия».

4. ТУ2 - 053 - 1628 - 83Е «Гидроклапаны давления типа Г54-2».

5.Приложение каталогов гидроаппаратуры управления. УМК стр.110 - 114.

Размещено на Allbest.ru