Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Кран стреловой самоходный КС - 3577-4

1.1 Технические характеристики и описание крана

1.2 Описание и работа гидравлической системы

2. Проектирование и расчет объемного гидропривода

2.1 Выбор рабочей жидкости и величины рабочего давления

2.2 Расчет основных параметров и выбор гидроцилиндра

2.3 Подбор трубопроводов

2.4 Выбор регулирующей аппаратуры и вспомогательного оборудования

2.5 Расчет гидравлических потерь в магистралях

2.6 Расчет основных параметров и выбор насоса

2 2.7 Расчет КПД гидропривода

Заключение

Список используемых источников



Введение

В большинстве современных дорожных и строительных машин нашли широкое применение гидравлические системы, которые наиболее удачно отвечают условиям работы СДМ (большие мощности и усилия при малых габаритах устройства, сглаживание пиковых нагрузок, податливость, регулирование и др.)

Существенными недостатками гидропривода являются нагрев рабочей жидкости и, вследствие этого, изменение ее свойств, нагрев и тепловые деформации деталей механизмов, наружные и внутренние утечки жидкости, технологическая сложность изготовления точных сопрягаемых пар и др.

Перечисленные недостатки могут быть сведены к минимуму в правильно спроектированном, изготовленном и эксплуатируемом гидроприводе. При этом необходимо учитывать, что гидроприводы всех дорожных и строительных машин работают в тяжелых условиях: сильная запыленность окружающего воздуха, частое включение гидропривода, подвижность агрегатов и резко выраженный неустановившейся режим движения и нагружения машины.

Данная работа предназначена для получения теоретических знаний и практических навыков по исследованию гидропривода и разработки его наилучшей конструкции.



1. Кран стреловой самоходный КС - 3577-4

1.1 Технические характеристики и описание крана

Многофункциональный и универсальный кран автомобильный КС-3577-4 грузоподъемностью 20 т на шасси автомобиля двухосного типа автомашины МАЗ при колесной формуле 4х2 (Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3) предназначен для выполнения погрузочно-разгрузочных, строительно-монтажных работ в промышленности, строительстве и сельском хозяйстве (выполнение рабочих операций с обычными грузами) или участвуя в монтаже строительных конструкций с массой не более 16 тонн.

Кран рассчитан на эксплуатацию при температуре окружающего воздуха от минус 40 °С до +40 °С и относительной влажности 80 % при 20 °С и хранении при температуре окружающего воздуха не ниже минус 50 °С.

Транспортное передвижение крана между объектами работ предусмотрено по дорогам, допускающим осевую нагрузку не менее 8,5 тс.

Установка крана возможна на подготовленной площадке с размерами 5,0х6,0 м и уклоном не более 3°.

Допустимая скорость ветра для рабочего состояния крана не должна превышать 14 м/с на высоте 10 м, для нерабочего состояния - 40 м/с.

Технические характеристики крана КС-3577-4приведены в Таблице 1, Таблице 2 и Таблице 3.

Таблица 1 - Технические характеристики крана КС-3577-4

Наименование показателя	Значение
Грузоподъемность максимальная, нетто (на крюке), т	16
Высота подъема крюка максимальная, м	10-21,8
Вылет при максимальной грузоподъемности, м	3,2
Глубина максимальная при работе с грузом массой, равной 50 % грузоподъемности, м	12
Максимальная скорость подъема-опускания груза, м/с (м/мин):	0,17(10)
Скорость посадки, м/с (м/мин)	0,005(0,3)
Скорость механизма поворота (частота вращения), рад/с (об/мин): наименьшая, не более наибольшая, с грузом, не менее	0,031(0,3) 0,23(2,2)
Время полного изменения вылета (для основной стрелы), с (мин): от максимального до минимального от минимального до максимального	40(0,67) 40(0,67)
Скорость механизма телескопирования секций стрелы (выдвижения-втягивания секций стрелы), м/с (м/мин)	0,13(8,8)
Максимальная масса груза, с которой допускается телескопирование стрелы, т: стрела длиной 14 м стрела длиной 5м	1,4 8,5
Угол поворота, рад(…)	6,28(360)
Габаритные размеры крана (длина Ч ширина Ч высота), м	12,0Ч2,5Ч3,55
Размеры опорного контура (база выносных опор/расстояние между выносными опорами), м	4,2/5,6
Контрольный расход топлива в крановом режиме, л/ч, не более	9
Преодолеваемый уклон пути, % (…°)	0-46,6 (0-25)
Транспортная скорость на горизонтальном участке дороги с твердым покрытием, км/ч	60
Конструктивная масса крана в транспортном положении с основной стрелой (в заправленном состоянии), т	20,35
Масса крана в транспортном положении, т	20,5

Таблица 2 - Механизмы крана

Наименование механизма	Характеристика
Привод насосов	От коробки передач через карданный вал и коробку отбора мощности
Механизм поворота	Редуктор цилиндрический, двухступенчатый. Передаточное число - 48,67, тормоз колодочный, нормально-замкнутый автоматический
Механизм подъема стрелы	Диаметр поршня - 200 мм, ход штока - 2275 мм
Лебедка	Редуктор планетарный, передаточное число - 31,5, диаметр барабана - 430 мм тормоз ленточный, нормально-замкнутый, автоматический
Механизм выдвижения-втягивания секций стрелы	2 гидроцилиндра, диаметр поршня - 125 и 100 мм, ход штока - 6000 мм
Выносные опоры	Выдвижные с гидроцилиндрами для вывешивания крана, диаметр поршня 125 мм, ход штока 580 мм; в рабочее положение приводятся гидроцилиндрами выдвижения балок, диаметр поршня 63 мм, ход штока - 1680 мм
Управление механизмами крана	Гидрораспределители с ручным управлением
Привод управления двигателем	Педаль в кабине крановщика
Кабина	Закрытая, одноместная, с регулируемым сиденьем, открывающимся верхним окном, стеклоочистителем, системой отопления и обдува стекол, вентилятором и противосолнечным козырьком
Система создания микроклимата кабины	Отопительная установка 030-В4
Механизм выдвижения-втягивания секций стрелы	2 гидроцилиндра, диаметр поршня - 125 и 100 мм, ход штока - 6000 мм

Таблица 3 - Предохранительные устройства

Наименование устройства	Характеристика
Ограничитель подъема крюка лебедки	Конечный выключатель на оголовке стрелы
Ограничитель подъема крюка лебедки	Конечный выключатель на оголовке стрелы
Ограничитель сматывания каната	Конечный выключатель на плите лебедки
Ограничитель нагрузки крана	Ограничитель нагрузки ОНК - 140-33М
Указатели угла наклона крана	Звуковая сигнализация
Звуковая сигнализация	Электрический звуковой сигнал крановой установки
Объемы заправочных емкостей, л: гидросистема (в том числе гидробак) топливный бак-отопителя картер механизма поворота редуктор лебедки	400 (300) 7 5 15

Рисунок 1 - Общий вид крана КС-3577-4



Рисунок 2 - Кран автомобильный КС-3577-4, вид спереди

Рисунок 3 - Кран автомобильный КС-3577-4, вид сзади

гидропривод кран стреловый самоходный

1.2 Описание и работа гидравлической системы

Гидравлический привод механизмов крана (см. схему гидравлическую принципиальную крана КС-3577-4Таблица 4) выполнен по открытой двухнасосной гидравлической схеме и предназначен для передачи энергии силовой установки шасси к гидродвигателям крановой установки.

Работа гидрооборудования выносных опор. При установке крана на выносные опоры кран двухпозиционный Р6 устанавливается в указанное на схеме положение.

При нейтральном положении золотников гидрораспределителя Р1 полости гидроцилиндров Ц1 - Ц4 заперты гидрозамками ЗМ1 - ЗМ4, а полости гидроцилиндров Ц5 - Ц8 заперты золотниками гидрораспределителя Р1. Напорная магистраль через переливной канал гидрораспределителя Р1 соединена со сливом. Рабочая жидкость от насоса НА1 направляется в гидробак Б.

При выдвижении балок выносных опор золотник IV гидрораспределителя Р1 переводится в верхнее, по схеме, положение.

Далее в тексте верхнее положение золотника означает, что верхний прямоугольник мысленно устанавливается на место среднего, а нижнее положение золотника - что нижний прямоугольник мысленно устанавливается на место среднего.

При этом рабочая жидкость от насоса через гидрораспределитель поступает в поршневую полость гидроцилиндров Ц5 - Ц8, которые приводят балки выносных опор в рабочее положение.

Втягивание балок выносных опор производится тем же золотником, который переводится в нижнее, по схеме, положение. Рабочая жидкость при этом поступит в штоковые полости гидроцилиндров Ц5 - Ц8.

Для установки крана на опоры золотники II, III, IV и V гидрораспределителя Р1 устанавливаются в верхнее положение. При этом рабочая жидкость от насоса через гидрораспределитель и гидрозамки ЗМ1 - ЗМ4 поступит в поршневые полости гидроцилиндров Ц1 - Ц4.

После выдвижения штоков гидроцилиндров Ц1, Ц2, Ц3 и Ц4 гидрозамки ЗМ1 - ЗМ4 запирают поршневые полости, предотвращая самопроизвольное втягивание штоков в случае обрыва трубопроводов и утечки рабочей жидкости через гидрораспределитель.

Для приведения крана в транспортное положение золотники гидрораспределителя Р1 переводятся в нижнее, по схеме, положение. При этом рабочая жидкость поступает в штоковые полости гидроцилиндров Ц1, Ц2, Ц3 и Ц4.

Так как выход из поршневых полостей этих гидроцилиндров закрыт гидрозамками ЗМ1 - ЗМ4, давление в штоковых полостях растет до значения давления, соответствующего открытию гидрозамков. Гидрозамки открываются, пропуская рабочую жидкость на слив в бак.

Для предотвращения воздействия сливного давления на гидрозамки во время работы механизмов поворотной рамы в сливной магистрали установлен обратный клапан КО.

Работа гидрооборудования механизма поворота. Для выполнения крановых операций двухпозиционный кран Р6 должен занимать правое, по схеме, положение. В этом случае подача рабочей жидкости на поворотную часть крана и обратно осуществляется через вращающееся соединение СВ.

При нейтральном положении золотников гидрораспределителя Р2 рабочие отводы заперты, напорная магистраль соединена со сливом и рабочая жидкость направляется в бак.

Для поворота поворотной части крана золотник I гидрораспределителя Р2 устанавливается в зависимости от направления поворота в нижнее или верхнее, по схеме, положение. При этом рабочая жидкость поступает к гидромотору М1 и размыкателю тормоза Ц12 через клапан «ИЛИ» КИ1, который выключает тормоз механизма вращения, и вал гидромотора начинает вращаться.

Клапаны КП3 и КП4 и клапанного блока БК1 предназначены для предохранения гидромотора от перегрузок при резком изменении частоты вращения и остановке поворотной части.

Вентиль ВН5 соединяет напорную и сливную магистрали гидромотора при приведении поворотной части крана в транспортное положение в случае выхода из строя привода крана.

Работа гидрооборудования механизма телескопирования секций стрелы. Гидроцилиндры Ц9 и Ц10 механизма телескопирования секций стрелы управляются золотником II гидрораспределителя Р2.

Для выдвижения секций стрелы золотник переводится в верхнее, по схеме, положение. Рабочая жидкость от насоса НА1 через секцию гидрораспределителя, клапан тормозной КТ1 поступает в поршневую полость гидроцилиндра Ц9. Когда гидроцилиндр Ц9 полностью выдвинется, давление рабочей жидкости превысит давление настройки клапанного блока БК2, и рабочая жидкость через гидрозамок ЗМ5 будет поступать в поршневую полость гидроцилиндра Ц10. Из штоковых полостей гидроцилиндров Ц9 и Ц10 рабочая жидкость поступает на слив.

Для втягивания секций стрелы золотник переводится в нижнее, по схеме, положение. Рабочая жидкость поступает в штоковую полость гидроцилиндра и линию управления тормозного клапана КТ1 и гидрозамка ЗМ5. При этом клапан и гидрозамок открываются, пропуская рабочую жидкость из поршневой полости на слив. Втягивание штока гидроцилиндра Ц9, когда средняя секция стрелы зафиксирована, возможно при включении гидрораспределителя Р4 с электроуправлением. При этом золотник гидрораспределителя Р4 займет левое, по схеме, положение и рабочая жидкость поступит в размыкатели Ц13 и Ц14, которые выключат механизм блокировки секций стрелы.

Клапан КТ1 обеспечивает стабильность скорости перемещения секций стрелы для всего диапазона нагрузок.

Работа гидрооборудования механизма подъема стрелы. Управление гидроцилиндром подъема стрелы производится золотником I гидрораспределителя Р3.

Для подъема стрелы золотник переводится в верхнее, по схеме, положение. При выдвижении штока рабочая жидкость проходит в поршневую полость гидроцилиндра Ц11 через тормозной клапан КТ1. При втягивании штока рабочая жидкость попадает в штоковую полость, линию управления клапана, а из поршневой полости через клапан КТ2 на слив в бак.

Работа гидрооборудования механизма грузовой лебедки. Подъем (опускание) груза осуществляется перемещением золотника I гидрораспределителя Р3.

Для подъема груза золотник переводится в верхнее, по схеме, положение. При этом рабочая жидкость через тормозной клапан КТ3 подается к гидромотору М2 и через клапан «ИЛИ» КИ2 к размыкателям Ц15 и Ц16 тормоза грузовой лебедки. Тормоз размыкается, гидромотор начинает вращаться, а затем из гидромотора рабочая жидкость сливается в бак.

При опускании груза тот же золотник переводится в нижнее, по схеме, положение. Рабочая жидкость поступает в противоположную полость гидромотора М2 и линию управления тормозного клапана КТ3. Тормозной клапан пропускает рабочую жидкость на слив, обеспечивая стабильность частоты вращения гидромотора во всем диапазоне нагрузок.

Включение ускоренного режима работы лебедки возможно при включении гидрораспределителя Р5 с электроуправлением. При этом рабочая жидкость поступит в узел гидромотора М2 лебедки и переключит его в режим увеличенной частоты вращения.

Вентиль ВН6 предназначен для соединения магистралей гидромотора при проверке тормоза грузовой лебедки, а также для опускания груза при выходе из строя привода грузовой лебедки.

Срабатывание приборов безопасности. При срабатывании приборов безопасности обесточиваются электромагниты узлов управления гидрораспределителей Р2 и Р3, золотники которых займут указанное на схеме положение. При этом линии управления предохранительных клапанов КП5 и КП7 и размыкатели тормозов Ц12, Ц15 и Ц16 соединятся со сливной магистралью. В результате предохранительные клапаны КП5 и КП7 разгружаются, соединяя напорную магистраль со сливной. Тормоза грузовой лебедки и механизма поворота замыкаются, и выполнение крановых операций становится невозможным до момента подачи электрического тока в обмотки узлов управления гидрораспределителей Р2 иР3.

Разогрев рабочей жидкости. Для разогрева рабочей жидкости золотник I гидрораспределителя Р1 устанавливается в верхнее, по схеме, положение. Рабочая жидкость при этом поступает в гидробак через предохранительный клапан, настроенный на давление 4 МПа. Разогрев рабочей жидкости происходит при дросселировании потока на кромках предохранительного клапана. Золотник имеет фиксацию в рабочем положении.

Работа ручным насосом. Ручной насос “НР” предназначен для приведения крана в транспортное положение при выходе из строя привода крана.

При работе ручным насосом вентиль ВН3 должен быть открыт, а двухпозиционный кран Р6 необходимо перевести в правое, по схеме, положение. Втягивание штоков гидроцилиндров механизма выносных опор производится при включении соответствующих золотников гидрораспределителя Р1.

Таблица 4 - Перечень элементов гидрооборудования

Обозначение по схеме	Наименование и краткая характеристика	Тип	Количество
СВ	Соединение вращающееся; dy = 25 мм	КС-55713-1.83.500	1
Б	Бак масляный; V = 300 дм3	КС-55713-1.83.300-02	1
БК1	Блок клапанный; dy = 20 мм; р ном = 20 МПа	БК-20.00.000	1
БК2	Блок клапанов; dy = 12 мм; р ном = 16 МПа	КС-4572.84.600	1
ВН1-ВН2	Вентиль запорный; dy = 50 мм	КС-4572.83.330	2
ВН3	Вентиль; dy = 8 мм	КС-4572А.83.270	1
ВН4	Вентиль; dy=8 мм	КС-4572А.83.270-01	1
ГТ1-ГТ8	Рукав; dy = 10 мм; pном = 25 МПа	РВД 12-25,0-1650 ТУ 22-4756-80	8
ГТ15-ГТ22	Рукав; dy = 25 мм; pном = 25 МПа	РВД 25-25-580-4-У ТУ 22-5923-85	7
РН2-РН8	Рукав; dy = 32 мм; pном = 1,6 МПа	32х43-1,6 ГОСТ 10362-76	6
РН9-РН13	Рукав; dy= 50 мм; pном = 1,6 МПа	50х61,5-1,6 ГОСТ 10362-76	4
РН1	Рукав; dy = 25 мм; p ном = 1,6 МПа	25х35-1,6 ГОСТ 10362-76	1
ЗМ1-ЗМ5	Гидрозамок односторонний; dy= 8 мм; pном = 25 МПа	КС-4572А.84.380	4
КО	Клапан обратный; dy = 16 мм; pном = 20 МПа	КС-4572.83.900	1
КП1	Клапан предохранительный; dy=16 мм; рном = 10 - 32 МПа	У462.815.1У1 ТУ 22-3663-76	1
КТ1, КТ2	Клапан тормозной; dy = 20 мм; pном = 25 МПа	КТ 20-00.000	2
КТ3	Клапан тормозной dy = 20 мм; pном = 25 МПа	КТ 20-00.000-03	1
КИ1, КИ2	Клапан «ИЛИ»; dy = 6 мм	КИ 6.00.000	2
М1	Гидромотор; q = 56 см3/об; pном = 20 МПа	310.3.56.00	1
М2	Гидромотор; q = 31…112 см3/об; p ном = 20 МПа	303.3.112.501	1
МН1	Манометр с демпфером	МТП-60/4-1,6х4 ГОСТ 2405-88	1
МН2- МН3	Манометр с демпфером	МТП-60/4-404 ГОСТ 2405-88	2
НА1	Насос; q= 56 см3/об; pном = 20 МПа	310.3.56.03	1
НА2	Насос; q = 112 см3/об; pном = 20 МПа	310.3.112.03	1
НР	Насос ручной; Q = 0,05 л/дв.ход; pmax = 16 МПа	КС-35719-1.83.800	1
Р1	Гидрораспределитель; dy = 20 мм; pном = 25 МПа	ГРС 20-10.1-51.5-51-30.1	1
Р2	Гидрораспределитель; dy = 20 мм; pном = 25 МПа	ГРС 20-10.1-51.5-51-30.1	1
Р3	Гидрораспределитель; dy= 20 мм; pном = 25 МПа	ГРС 20-10.1-51.2-51.4-30.1	1
Р4, Р5	Гидрораспределитель; dy = 8 мм; pном = 25 МПа	ГР2-3	2
Р6	Кран двухходовой; dy= 20мм; p ном = 20 МПа	КС-4572А.83.290	1
Р7	Кран затяжки крюка	КС-4572А.84.350	1
Ф	Фильтр линейный; µ = 25 мкм	С.270.2.250.16.0,45	1
Ц1-Ц4	Гидроцилиндр; 125100580 мм; pном = 16 МПа	КС-55713-2.31.200	4
Ц5-Ц8	Гидроцилиндр; 63401680 мм; pном = 16 МПа	КС-55713-2.31.300	3
Ц9	Гидроцилиндр; 125Ч1006000 мм; pном = 20 МПа	КС-55715.63.800-01	1
Ц10	Гидроцилиндр; 100Ч806000 мм; pном = 20 МПа	КС-55713.63.900-01	1
Ц11	Гидроцилиндр; 200Ч1602275 мм; pном = 20 МПа	КС-55713-3.63.400-01	1



2. Проектирование и расчет объемного гидропривода

Расчет объемного гидропривода производим по методике [1].

2.1 Выбор рабочей жидкости и величины рабочего давления

Выбираем рабочую жидкость: летний сорт масла - МГ -- 30; зимний сорт масла -- ВМГЗ. Максимальное давление в данном контуре гидросистемы будет определяться давлением настройки клапанов КП 2 равное 20 МПа.

2.2 Расчет основных параметров и выбор гидродвигателя

Эффективный перепад давления на гидродвигателе:

,

где р_вх-давление на входе в гидродвигатель с учетом потерь в гидролиниях и гидроаппаратах, МПа; р_вых-давление на выходе из гидродвигателя (давление подпора), МПа.

Давление на входе в гидродвигатель при неизвестных потерях в магистралях и гидроаппаратах определяется:

,

где _н- максимальное давление в данном контуре гидросистемы, МПа; - гидравлический КПД системы трубопроводов и гидроаппаратов.

Принимаем = 0,8.

Для открытой схемы, потери в сливном трубопроводе учитываются гидравлическим КПД.

Диаметр поршня гидроцилиндра при работе поршневой полостью:

где R- усилие на штоке, Н;гидромеханический КПД гидроцилиндра. Принимаем (таблица 1.2).

Подбираем гидроцилиндр (таб. 2.10):

- Диаметр поршня- 125мм;

- Диаметр штока -100мм и ход штока -6000 мм;

- Усилие на штоке при давлении 14 МПа -233кН.

Необходимый расход гидродвигателя определяется из условия обеспечения заданной скорости движения исполнительного механизма.

Расход, необходимый для обеспечения гидроцилиндру заданной скорости штока V:

где - эффективная площадь поршня гидроцилиндра, ; - скорость штока гидроцилиндра, м/с; - объемный КПД гидроцилиндра ().

Время выдвижения штока 28сек.

2.3 Подбор трубопроводов

Основным параметром трубопровода и соединений является диаметр условного прохода. При известном расходе диаметр трубопровода определяется из условия обеспечения оптимальной скорости движения рабочей жидкости. Скорость потока жидкости выбирается в зависимости от назначения трубопровода, давления жидкости и условий эксплуатации. При расчете определяют диаметры всасывающего, напорного и сливного трубопроводов. Рекомендуемые значения диаметров трубопроводов и скоростей рабочей жидкости определяем по данным таблицы 1.3 [1]:

- для всасывающего трубопровода = 1,4 м/с, d_вc=50 мм;

- для сливного трубопровода =2,25м/с, = 25 мм;

- для напорного трубопровода =5,35 м/с, = 32 мм.

Зная расход Q (расход жидкости во всасывающей, напорной и сливной линиях), диаметр трубопровода определяется по формуле:

,

где - скорость движения рабочей жидкости.

Для всасывающей линии внутренний диаметр трубопровода равен:

d==48,33 мм

Принимаем d=50 мм

Для сливной линии:

Q_сл=Q_ном((F-f)/F))

Q_сл=154((0,0123-0,00785)/0,0123)=55,72 л/мин

Определяем диаметр трубы сливной линии:

d_сл==22,9 мм

Принимаем d=25 мм

Для напорной линии:

Q_н=Q_вс=154 л/мин

d_н==27,7 мм

Принимаем d=32 мм

После назначения внутреннего диаметра (условного прохода) всасывающего, напорного и сливного трубопроводов, из условия неразрывности потока жидкости уточняется скорость (м/с) потока жидкости в каждом трубопроводе:

где расход в гидросистеме, /с.



2.4 Выбор регулирующей аппаратуры и вспомогательного оборудования

Регулирующую аппаратуру выбираем из серийно выпускаемого оборудования по номинальному давлению и расходу жидкости.

Гидрораспределитель -ГРС-25- секционный гидрораспределитель [1, таблица 2.15]:

- Условный проход - 20 мм;

- Давление (номинальное - 20 МПа и максимальное - 30 МПа);

- Расход (номинальный - 140 л/мин и максимальный - 180 л/мин);

- Утечки по золотнику при номинальном давлении, л/мин, не более: по линии АТ, ВТ - 0,2; через напорную секцию - 0,72;

- Потери давления при рабочей позиции при номинальном расходе, МПа, не более: по линии РТ при нейтральной позиции золотников - 0,39; по линии РА, РВ, АТ, ВТ - 1,41.

Тормозной клапан -У4620.100[1, таблица 2.22]:

- Условный проход - 25 мм;

- Давление номинальное - 16 МПа;

- Расход номинальный - 160л/мин.

Фильтр - обозначение 1.1.40 - 10 [1, таблица 2.27]:

- Условный проход - 40 мм;

- Расход номинальный - 160 л/мин;

- Тонкость фильтрации - 10 мкм;

- Давление номинальное - 0,63 МПа;

- Давление открытия переливного клапана - 0,35 МПа;

- Гидролиния установки - сливная.

Гидробак:

Предварительно вместимость бака (литры) определяем по формуле:

где - суммарная минутная подача насоса, л.

Принимаем = 250 л из ряда емкости баков по ГОСТ 12448 - 80 [1. стр. 16].

Предохранительный клапан непрямого действия 510.20 [1, таблица 2.17]:

- Условный проход -20 мм;

- Давление настройки - 1-50 МПа;

- Давление управления - 0,1-5 МПа;

- Максимальное давление разгрузки - 1 МПа;

-Расход(номинальный -250л/мин, максимальный кратковременный - 400 л/мин; минимальный - 10 л/мин);

- Максимальные внутренние утечки (в основных гидролиниях - 0,14 и в гидролиниях управления - 0,03);

- Максимальное превышение давления настройки при мгновенном возрастании давления (не более 0,6 с) - 2,5 МПа;

- Масса - 0,31-0,62 кг.

Рисунок 4 - Схема расположения гидрооборудования

2.5 Расчет гидравлических потерь в магистралях

Длины магистралей

* напорная 11,5 м;

* сливная 6,5 м;

* всасывающей 0,32м.

2.5.1 Расчет потерь в напорной магистрали

Общая величина потерь давления в напорной исливной магистрали при заданной температуре t:

Потери давления в напорной магистрали определяются как сумма потерь давления по длине , потерь давления на местных сопротивлениях и потерь давления в гидрооборудовании:

Потери давления по длине на прямолинейных (или близких к прямолинейным) участках трубопроводов (Па) в каждой магистрали определяются по формуле Дарси - Вейсбаха:

где n -количество участков трубопровода с различными диаметрами (принимаем n = 1); i- номер участка трубопровода; л - коэффициент трения жидкости о стенки трубопровода; - плотность рабочей жидкости, кг/; l- длина трубопровода, м; d - внутренний диаметр трубопровода, м; - средняя скорость потока рабочей жидкости в трубопроводе, м/с.

Плотность рабочей жидкости (кг/) рассчитывается по формуле:



где - плотность жидкости при 20 C, кг/;- температурный коэффициент расширения, = 8,75?.

Значение л, зависит от материала трубопровода и режима течения жидкости в трубопроводе, определяемого числом Рейнольдса .

При Re < 2300 режим движения ламинарный. Для трубопроводов гидропривода коэффициент гидравлического трения определяется по формуле:

При 2300 < Re < 8000 коэффициент гидравлического трения определяется по формуле Блазиуса:

Значение для течения со скоростью рабочей жидкости вязкостью v пo трубопроводу круглого сечения диаметром d определяется по формуле:

Коэффициент кинематической вязкости рабочей жидкости v при заданной температуре t выбирается по графику [1, рис. 1.2].

Летний сорт масла (МГ - 30) при t = 40 °С:

При 2300 < Re < 8000 коэффициент гидравлического трения определяется по формуле Блазиуса:

Местные потери давления возникают при изменении скорости потока жидкости и (или) его направления, Па:

где - количество местных сопротивлении; о- коэффициент местного сопротивления;- поправочный коэффициент, учитывающий влияние вязкости жидкости на местные потери [1, рис 1.3].

Коэффициент местного сопротивления определяется в зависимости от вида местного сопротивления [1, таблица 1.4].

Таблица 5- Значения коэффициента местного сопротивления и количество местных сопротивлений в различных магистралях

Вид местного сопротивления	о	Количество сопротивлений в магистралях
		Напорная	Сливная	Всасывающая
Штуцер, переходник	0,15	14	8	5
Угольник с резким поворотом потока на 90	2,0	0	0	0
Угольник с плавным поворотом потока на 90 (рукав высокого давления, изгиб трубопровода)	0,2	9	10	2
Тройник прямоугольный с соединением потоков под углом 90	0,6	0	1	0
Тройник прямоугольный с разделением потоков	1,5	2	0	0
Предохранительный клапан	3	1	0	0
Обратный клапан, быстроразъемное (самозапирающееся) соединение	4	2	0	0
Внезапное расширение трубопровода (вход в бак под уровень, вход в гидроцилиндр и т.д.)	1	0	1	0
Внезапное сужение трубопровода (выход из бака, выход из гидроцилиндра и т.д.)	0,7	0	0	1

Летний сорт масла (МГ - 30) при t= 40 C

.

Потери давления в гидрооборудовании: .

Общие потери в напорной магистрали (при t = 40 C):

2.5.2Расчет потерь в сливной магистрали

Потери давления в сливной магистрали определяются как сумма потерь давления по длине потерь давления на местных сопротивлениях и потерь давления в гидрооборудовании:

.

Потери давления на прямолинейных (или близких к прямолинейным) участках трубопроводов определяются по формуле Дарси-Вейсбаха, Па:

где n -количество участков трубопровода с различными диаметрами (принимаем n = 1); i- номер участка трубопровода; л - коэффициент трения жидкости о стенки трубопровода; - плотность рабочей жидкости, кг/;l- длина трубопровода, м; d - внутренний диаметр трубопровода, м; - средняя скорость потока рабочей жидкости в трубопроводе, м/с.

Плотность рабочей жидкости (кг/) рассчитывается по формуле:

где - плотность жидкости при 20 C, кг/; - температурный коэффициент расширения, = 8,75 ? .

Значение л, зависит от материала трубопровода и режима течения жидкости в трубопроводе, определяемого числом Рейнольдса .

Значение для течения со скоростью рабочей жидкости вязкостью v пo трубопроводу круглого сечения диаметром d определяется по формуле:

Коэффициент кинематической вязкости рабочей жидкости v при заданной температуреt выбирается по графику [1, рис. 1.2].

Летний сорт масла (МГ - 30) при t = 40 °С:

Re < 2300 - режим движения ламинарный.

.

Потери давления в гидрооборудовании: = 0,39МПа.

Общие потери в сливной магистрали (при t = 40 C):

Результаты расчета гидравлических потерь в напорной и сливной магистралях сводятся в Таблица 6 и 7(приложение А1и A2).

По результатам расчета потерь давления в напорной и сливной магистралях проверяем установленное в данных магистралях гидрооборудование на возможность его использования для работы при данном давлении.

Расчет суммарных потерь давления в гидросистеме производится в Таблица 8(приложение А3) на основе данных Таблица 6 и 7.

2.5.3 Расчет потерь во всасывающей магистрали

Производится для определения минимальной температуры бескавитационной работы насоса. Расчет давления в конце всасывающего трубопровода р_в производится по уравнению Бернулли, Па:

,

где - атмосферное давление ( = 760 мм рт. ст. = 101325 Па); с - плотность рабочей жидкости, кг/м³; g - ускорение свободного падения, м/с;

h - высота всасывания, м; V_ж - скорость потока рабочей жидкости в трубопроводе, м/с; о - суммарный коэффициент местных сопротивлений; b- поправочный коэффициент, учитывающий влияние вязкости жидкости на местные потери; л- коэффициент трения жидкости о стенки трубопровода; l - длина всасывающего трубопровода, м; d - диаметр всасывающего трубопровода, м.

В формуле выбирается знак плюс, когда гидробак расположен выше всасывающей линии насоса, и минус для гидробака, расположенного ниже линии всасывания. Для изучения влияния высоты всасывания h на работу насоса расчет производится для высот всасывания 0,5 м выше осевой линии насоса и 0,5 м ниже.

Летний сорт масла (МГ - 30) при t = 40 °С:

Бак находится выше насоса на 0,5 м

Re < 2300 - режим движения ламинарный.

.

Результаты расчетов для других температур сведены в Таблица 9(приложение А4).

По результатам расчетов сопротивлений во всасывающем трубопроводе строим график зависимости (Рисунок 4, Рисунок 5)(Приложение А6 и А67).

Как видно из графиков минимальной температурой бескавитационной работы на летнем масле (МГ - 30) является: t = -17°C при уровне жидкости в баке на 0,5 м выше уровня всасывания насоса, t = -15°C при уровне жидкости в баке на 0,5 м ниже уровня всасывания насоса; на зимнем масле (ВМГЗ) является: t = - 40°C при уровне жидкости в баке на 0,5 м выше уровня всасывания насоса, t = - 40°C при уровне жидкости в баке на 0,5 м ниже уровня всасывания насоса.

2.6 Расчет основных параметров и выбор насоса

Основными параметрами насоса являются номинальное давление и номинальный расход .

Рабочее давление насоса определяется при установившемся режиме работы гидроцилиндра и температуре рабочей жидкости 40 °С:

где -- уточненный с учетом выбранного типоразмера гидродвигателя эффективный перепад давления на гидродвигателе, МПа; -- суммарные потери давления в напорной и сливной магистралях, МПа (Таблица 9).

Общая величина потерь давления в напорной исливной магистрали при заданной температуре t:

Требуемая производительность насоса определяется с учетом утечек в гидрооборудовании:

где - расход, необходимый для обеспечения заданной скорости движения гидроцилиндра ( = 154 л/мин);- утечки в магистралях и гидрооборудовании, л/мин ( = 0,72л/мин).

По номинальному давлению р_н выбирается тип насоса. Номинальное давление насоса должно быть несколько большим или равным р_н. Типоразмер насоса (рабочий объем q_н) и скорость вращения его вала n_н определяется из условия обеспечения требуемого расхода Q_н. При этом скорость вращения не должна более чем на 10 - 15% отличаться от номинальной:

где - требуемый расход, л/мин; - рабочий объем гидронасоса, см³/об; - объемный КПД гидронасоса.

Принимаем аксиально-поршневой нерегулируемый гидронасос типа 310.3.160 [1,табл.2.1]:

- Рабочий объем -160 см3;

- Частота вращения = 1200 об/мин;

- Номинальный расход - 182 л/мин;

- Давление на входе минимальное - 0,08 МПа;

-Давление на выходе, МПа: номинальное - 20, максимальное непрерывное - 28, максимальное пиковое - 40;

- Мощность номинальная (потребляемая) - 65 кВт;

- Коэффициент подачи - 0,95;

- Полный КПД - 0,91;

- Объемный КПД = 0,95;

- Масса - 45 кг.

Мощность, требуемая для привода насоса:

где - общий КПД насоса.

2.7 Расчет КПД гидропривода

Коэффициент полезного действия гидропривода позволяет оценить эффективность спроектированной гидросистемы. Для оптимально спроектированной гидросистемы общий (полный) КПД должен находиться в пределах = 0,65 - 0,75.

Общий КПД гидропривода может быть определен как отношение мощности (снимаемой с рабочего органа N_ро) к мощности, потребляемой насосом N_н:

Полезная мощность определяется для возвратно - поступательного движения (гидроцилиндра), Вт:

где Р - усилие на штоке, Н; V - скорость движения штока, м/с.

Для исследования влияния температуры рабочей жидкости на КПД гидропривода и определения температурных пределов его использования на различных сортах масла целесообразно рассчитывать общий КПД гидропривода как произведение гидравлического, механического и объемного КПД. Произведение гидравлического и механического КПД представляет собой гидромеханический КПД :

Гидромеханический КПД гидропривода при заданной температуре t определится:

где - номинальное давление в гидросистеме, МПа; - суммарные потери давления в напорной и сливной магистралях, МПа (таблица 9); и - соответственно гидромеханический КПД насоса и гидроцилиндра.

Значения и - принимаются по техническим характеристикам гидрооборудования. Для гидроцилиндров значения могут быть определены по таблице 1.2[1]: = 0,95; = 0,96

Объемный КПД гидропривода рассчитывается из выражения:

где ,, - соответственно объемный КПД насоса, распределителя и гидродвигателя.

Объемный КПД гидроцилиндра принимаем равным 1.

Для гидронасосов и гидромоторов объемный КПД при вязкости рабочей жидкости н ? 30 сСт принимается равным паспортным значениям.

При вязкости н 30 сСт объемный КПД определяется из выражения:

где н - кинематическая вязкость рабочей жидкости при температуре t, сСт.

Для гидрораспределителей при известных значениях внутренних утечек при номинальном давлении расчет объемного КПД производится по зависимости:

где (=0,35) - величина внутренних утечек в гидрораспределителе при номинальном давлении.

Общий КПД гидропривода:

Расчет общего КПД гидропривода для летнего и зимнего сортов масла выполняется для температур от минус 40 до плюс 80 °С. Значения и для различных температур сводим в Таблица 10(приложение А5), по которой строим график (Рисунок 7)(Приложение А8).

2.8 Тепловой расчет гидропривода

Рабочая температура масла в гидросистеме должна быть 50…55⁰С.

Установившаяся температура масла определяется по формуле:

,

где t_В = 20…25⁰С - температура воздуха в цехе,

К - коэффициент теплоотдачи от бака к окружающему воздуху, Вт/(м²?⁰С)

К=17,5 Вт/(м²?⁰С) - при отсутствии местной интенсивной циркуляции воздуха.

N_пот - потеря мощности, определяется, как:

N_пот=р_нQ_н(1-_гп)/_н (39)

N_пот=14,42510⁶0,72(1-0,73)/0,9660000=2,814кВт

Расчетная площадь гидробака F, определяется по формуле (40):

2,189 м² (40)

где б - коэффициент, зависящий от отношения сторон гидробака: б = 6,4 при отношении сторон бака от 1:1:1 до 1:2:3.

Используя формулу (38), получаем:

t_м=22+10500/(17,52,189)=95,45 ⁰С

Используя теплообменник Г44-24 (К=85 Вт/(м²?⁰С)), получаем:

t_м=22+2814/(852,189)=37,12 ⁰С

Получившаяся температура ниже допустимых 55 0С, такая температура допускается.



Заключение

В процессе разработки гидравлического механизма подъема (опускания) стрелы автомобильного крана КС - 45719 - 1 ознакомился с техническими характеристиками и описанием работы крана. Были приобретены навыки по расчету объемного гидропривода.

При проектировании объемного гидропривода:

· Выбирали рабочие жидкости и величины рабочего давления;

· Производили расчет основных параметров и выбирали гидроцилиндр.

· Подбирали трубопровод и регулирующую аппаратуру вспомогательного оборудования (гидрораспределитель, тормозной клапан, фильтр и гидробак).

· Производили расчет гидравлических потерь в напорной, сливной и всасывающей магистралях.

· Создавали таблицы и по результатам расчетов строили графики зависимостей.

· По результатам расчета потерь давления в напорной и сливной магистралях проверяли установленное в данных магистралях гидрооборудование на возможность его использования для работы при данном давлении.

· Определяли минимальную температуру бескавитационной работы насоса.

· Изучали влияние высоты всасывания h на работу насоса.

· Производили расчет основных параметров и выбирали насос.

· Рассчитывали КПД гидропривода для летнего и зимнего сортов масла.



Список используемых источников

1. Тюремнов И.С. Гидравлический привод строительных, дорожных, подъемно-транспортных и коммунальных машин. Часть 2. Подбор гидрооборудования и расчет: учебное пособие. - Ярославль: Издательство ЯГТУ, 2009. - 63 с. (№2823).

2. Тюремнов И.С. Альбом описаний и гидросхем стреловых самоходных кранов 3-6 размерных групп: учебное пособие. - Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2009. - 77с. (№2840).

3. Тюремнов И.С. Гидравлический привод строительных, дорожных, подъемно-транспортных и коммунальных машин. Часть 1. Общие сведения: учебное пособие. - Ярославль: Издательство ЯГТУ, 2008. - 68 с. (№2767).

4. Тюремнов И.С. Альбом конструкций гидрооборудования строительных, дорожных и подъемно-транспортных машин: учебное пособие. - Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2012. - 104с.

Размещено на Allbest.ru