Проектирование передвижного канавного гидроподъемника

Содержание

Введение

1. Техническое задание

2. Расчет координат центра масс и реакций на колесах автомобиля

3. Прочностной расчет исполнительного механизма

4. Оценка устойчивости автомобиля

5. Расчет объемного гидропривода

6. Выбор электродвигателя

7. Проверка опасных сечений конструкции

8. Оценка безопасности конструкции при несимметричной установке автомобиля

9. Корректирование размеров деталей оборудования по динамической силе при плавном и резком нагружении

10. Инструкция по применению

11. Список литературы

Введение

Передвижной канавный гидроподъемник, предназначенный для вывешивания над осмотровой канавой или подъемником передних или задних мостов легковых автомобилей, а так же отдельных агрегатов автомобиля.

Подъемник монтируется в осмотровой канаве. Представляет собой гидроцилиндр с ручным приводом (для облегчения заменим электродвигателем). Механизм смонтирован на каретке, катки которой опираются на поперечные балки рамы тележки. Рама тележки устанавливается на направляющие швеллеры, закрепленные на продольных стенках канавы. Таким образом, механизм можно перемещать вдоль и поперек канавы. В зависимости от рода выполняемой работы, на плунжер подъемника насаживают либо захват, служащий для упора в ось (раму) автомобиля, либо универсальное быстро налаживаемое приспособление для удерживания агрегатов автомобиля. Прототип - модель П-113 передвижного канавного гидроподъемника приведен на рисунке 1.

1. Техническое задание

Разработать передвижной канавный гидроподъемник, предназначенный для выполнения работ по поднятию автомобиля, а также его отдельных агрегатов рассчитанных на грузоподъемность 0,5 т.

Технические характеристики.

Тип подъёмника - гидравлический, одноплунжерный, канавный, передвижной;

Грузоподъемность - 0,5т;

Максимальный ход плунжера - 600 мм;

Колея тележки - 1100 мм;

Максимальные поперечные перемещения - 580 мм.

Технические требования.

Конструкция подвижного канавного гидроподъемника должна обеспечивать его передвижение по длине и по ширине канавы, а также поднятие и опускание груза. Трущиеся поверхности, шарниры должны быть смазаны солидолом, а сам подъемник - покрашен.

Конструкция технических составляющих гидравлической системы, электрооборудования и других составляющих частей должна производиться без демонтажа.

Условия эксплуатации:

Передвижной канавный гидроподъемник используется внутри помещения.

Требования безопасности:

Конструкция и компоновка элементов гидроподъемника в части требований к безопасности должны соответствовать ГОСТ 12.2 820-88 "Требования к транспортировке, хранению и консервации".

Конструкция гидроподъемника должна предусматривать возможность транспортировки автомобильным, железнодорожным, водным и воздушным транспортом.

Гаражный срок хранения - 12 месяцев.

Консервация при хранении должна производиться в соответствии с ГОСТ 9.014-78.

2. Расчет координат центра масс и реакций на колёсах автомобиля

Расчет координат центра масс и реакций на колёсах автомобиля необходимы для дальнейшего расчета электрогидравлического подъемника оценки устойчивости автомобиля и др.

Исходные данные:

Расчётная схема для определения координат центра масс и статических нагрузок на оси ходовой части автомобиля представлена на рисунке 2, где указаны силы, действующие на автомобиль и расстояния до этих сил в системе координат.

Исходные данные по автомобилю представлены в таблице 1.

Автомобиль - ВАЗ-2107.

Таблица 1

Автомобиль - ВАЗ-2107
Элемент автомобиля	Масса, кг	Координаты, м
		Xi	Yi
Кузов	412	1,2	0,64
Мост передний	98	0	0,34
Мост задний	82	Б	0,34
Колесо запасное	15	2,96	0,57
Агрегат	173	0,21	0,58
Водитель	75	1,17	0,57
Пассажир	75	1,17	0,62
Бензобак	55	2,75	0,33
База	2,42

Рис. 2. Расчетная схема определения координат центра масс и статических нагрузок на оси ходовой части автомобиля ВАЗ-2107.

1. Определим суммарные значения массы m=?m_i и произведений ?m_i·x_i и ?m_i·y_i. Полученные данные сведём в таблицу 2.

?m_i = 412+98+82+15+173+75+75+55 = 985 кг

?m_i·x_i = 494,40+198,44+44,40+36,33+87,75+87,75+151,25 = 1100,32 кг·м

?m_i·y_i = 263,68+33,32+27,88+8,55+100,34+42,75+46,5+18,15 = 541,17 кг·м

Таблица 2

Автомобиль - ВАЗ-2107
Элемент автомобиля	mi, кг	mi·xi, кг·м	mi·yi, кг·м
Кузов	412	494,40	263,68
Мост передний	98	0	33,32
Мост задний	82	198,44	27,88
Колесо запасное	15	44,40	8,55
Агрегат	173	36,33	100,34
Водитель	75	87,75	42,75
Пассажир	75	87,75	46,5
Бензобак	55	151,25	18,15
?	985	1100,32	541,17

2. Определяем координаты центра тяжести масс по соотношениям:

X_С = ?m_i·x_i / ?m_i = 1100,32/985=1,12 м

Y_С = ?m_i·y_i / ?m_i =541,17/985=0,55 м

3. Вычисляем нормальную нагрузку R_k2 (H), действующую на задний мост автомобиля из уравнения моментов действующих сил относительно оси передних колес:

?М_К1=0,

G·X_С - R _k2·L = 0, откуда

R _k2 = G·X_С/L = mgX_С/L = 985·9,81·1,12/2,42 = 4472,06 H

4. Определяем нормальную нагрузку R_Кl(H), на переднюю ось автомобиля из уравнения моментов действующих сил относительно оси задних колёс:

?М_К2 = 0,

G·(L - X_С) - R_k1L = 0, откуда

R_k1 = G·(L - X_С)/L = mg·(L - X_С)/L = 985·9,81·(2,42 - 1,12)/2,42 = 5190,79 Н

3. Прочностной расчет исполнительного механизма

Исходные данные:

Нагрузка: Р = 500 кг = 500·9,81 = 4905 Н,

Вылет (длина стержня): l = 500мм,

Материал: Ст.4,

Е = 2,1 · 10⁶ (кг/см²) - модуль продольной упругости материала для стали.

Расчетная схема:

	Расчетная схема соответствует положению, при котором груз поднят на максимальную высоту. 1. Определяем критическую силу: Рk = Р·[nу] где [nу] - нормативный или требуемый коэффициент запаса по устойчивости Для стали [nу] = 1,8-3,0; принимаем [nу]=1,9 Рk = 4905·1,9=9319,5 (Н)

2. Формула Эйлера:

где I_min - минимальный момент инерции площади поперечного сечения стержня;

µ - коэффициент, учитывающий способ закрепления концов стержня (один закреплён), µ = 2,0.

3. Определяем минимальный момент инерции:

4. Определяем диаметр штока:



4. Оценка устойчивости автомобіля

Исходные данные:

Подъем в гору;

Угол продольного наклона б₀ = 14°;

Угол поперечного наклона б_s = 19°.

1. Определим реакции на передних, задних, правых и левых колесах автомобиля:

2.

R_K1 = R_A + R_Б = 0,5G(о_A + о_Б) = 0,5Gо₁

R_K2 = R_В + R_Г = 0,5G(о_В + о_Г) = 0,5Gо₂

R_KЛ = R_А + R_В = 0,5G(о_A + о_В) = 0,5Gо₃

R_KП = R_Б + R_Г = 0,5G(о_Б + о_Г) = 0,5Gо₄

где о₁, о₂, о₃, о₄ - коэффициенты перераспределения нормальных реакций.



2. Определяем момент запаса устойчивости автомобиля:

3. Определим критический угол устойчивости:

5. Расчет объемного гидропривода

Основными параметрами, характеризующими поток рабочей жидкости в гидроприводе, является расход и давление. От величины расхода зависит скорость движения выходного звена. Давление жидкости определяется внешней нагрузкой (масса автомобиля), действующей на выходное звено.

Подберём параметры гидроцилиндра из условия грузоподъёмности 500 кг по МН 2255-61.

Исходные данные:

N = 500 кг - нагрузка;

L = 400 мм - ход поршня;

d = 30 мм - диаметр штока;

D = 60 мм - диаметр цилиндра;

Ход штока - 700 мм;

Максимальное усилие - 1200 кг;

Скорость перемещения штока исполнительного цилиндра - 10 см/с.

Подбираем параметры шестеренного насоса типа НШ:

1. Определяем расход жидкости исполнительного гидроцилиндра, см³/мин

2. Исходя из этого выбираем марку насоса НШ-24:
Рабочий объем - V_H =24 см³/об;

Частота вращения - n_H = 1200 об/мин;

Объемный КПД - з_V = 0,96.

3. Рассчитываем подачу насоса:

Так как подача насоса больше расхода исполнительного гидропривода Q_H>Q_И, то насос марки НШ-24 подходит для данного гидропривода.

4. Момент на валу двигателя:

где ?P - перепад давления;

з_Н - полный КПД насоса:

где з_мех - механический КПД;

з_Г - гидравлический КПД.

5. Мощность насоса:

6 Выбор электродвигателя

1. Определим мощность насоса, кВт:

,

где ?Р = 10,8 МПа - перепад давления в гидросистеме;

Q_H = 27648 см³/мин - подача насоса;

з_H = 0,857 - КПД насоса.

2. По мощности и частоте вращения насоса подбираем электродвигатель привода:

Тип электродвигателя: АО-2-42-2

Номинальная мощность - 7,5 кВт;

Частота вращения - 2900 об/мин;

Момент инерции муфты - М_{ин муфт} = 0,07 кг·см²;

Момент инерции ротора - М_{ин рот.} = 0,098 кг·см²;

Коэффициент перегрузки - М_H/М_Д = 1,6.

7. Проверка опасных сечений конструкции

Расчетная схема осей каретки:

Материал Ст 3

1. Определяем опасное сечение:

Нагрузка (Р), на оси каретки, распределена равномерно, значит на одну ось действует нагрузка Р/2.

Находим реакции опор и строим эпюру изгибающих моментов М_Х.



Ось каретки имеет два силовых участка:

1 участок: 0?Z₁?l/2 M_X1 = R_B•Z₁ 2 участок: 0?Z₁?l/2 M_X1 = R_A•Z₂

при Z₁ = 0 M_X1 = 0 при Z₁ = 0 M_X2 = 0

при Z₁ = l/2 M_X1 = R_B• l/2 = P/4•l/2 при Z₂ = l/2 M_X2 = R_A• l/2 = P/4•l/2

Схема оси и эпюра изгибающих моментов показана на рис 3-б:

Опасное сечение 1-1, где , но т.к. ось упрочнена пластиной длиной l₁, то опасным будет сечение по краям этой пластины, где

l = 440 мм

l₁ = 400 мм

2. Составляем условие прочности при изгибе:

3. Определяем допускаемое напряжение:

у_T = 220 H/мм² - предел текучести;

n_T = 3 - коэффициент запаса прочности.

4. Из условия прочности определяем размеры поперечного сечения:

для круглого сечения:

Расчетная схема осей тележки:

Материал Ст- 3

1. Определение опасного сечения:

Нагрузка на пары осей тележки (1-4 и 2-3) распределена равномерно. Величины нагрузки на оси изменяются в зависимости от положения каретки. Будем считать, что вся нагрузка (Р) распределена на одной из пар осей тележки 1-4 или 2-3 (каретка смещена в крайнее правое или крайнее левое положение), а на одну ось, соответственно Р/2.

Строим эпюры изгибающих моментов М_Х.

Ось имеет один силовой участок:

0 ? Z₁ ? l/2 M_X1 = - P/2•Z

при Z₁ = 0 M_X1 = 0

при Z₁ = l M_X1 = P/2•l

Схема оси и эпюры изгибающих моментов показана на расчетной схеме рис. 4-б. Опасным будет сечение, где



l = 30 мм

2. Из условия прочности определяем размеры поперечного сечения:

для круглого сечения:

Принимаем диаметры осей тележки и каретки:

тележки d = 12 мм;

каретки d = 17 мм

8. Оценка безопасности конструкции при несимметричной установки автомобиля

Безопасность конструкции передвижного канавочного гидроподъемника при несимметричной установке автомобиля соблюдается. Так как гидроподъемник конструктивно предназначен и может быть использован для поднятия и опускания автомобиля или его отдельных агрегатов в независимости от координат точки (упора) поднятия автомобиля (автомобиль может перемещаться как вдоль, так и поперек оси симметрии автомобиля).

9. Корректирование размеров деталей оборудования по динамической силе при плавном и резком нагружении

- при подъёме:

V = 0,05м/с;t = 0,5c;

j = V/t = 0,1м/с²;

Р_П = Р + Р_И = 500 + 500•0,1 = 550 Н

- при торможении:

V = 0,05м/с;

t = 0,01с;

j = V/t = 5м/c²;

Р_Т = Р + Р_И = 500 + 500•5 = 3000 Н

P > Р_Т > Р_П, следовательно, подобранный нами шток удовлетворяет условиям прочности.

10. Инструкция по применению

Настоящая инструкция по эксплуатации предназначена для ознакомления обслуживающего персонала с устройством, порядком работы и основными техническими данными канавного гидроподъемника и служит руководством по хранению, монтажу, эксплуатации, а также технике безопасности при работе с данным изделием.

1. Техническое описание.

1.1. Назначение подъемника.

Канавный гидроподъемник подземного типа (в дальнейшем - подъемник) предназначен для подъёма автомобилей собственной массой до 1000 кг на максимальную высоту 700 мм над уровнем пола, при выполнении работ по техническому обслуживанию и ремонту.

1.2. Техническая характеристика.

Техническая характеристика представлена в таблице 1.

Таблица 1

Тип	Стационарный, одноплунжерный, с электрогидравлическим приводом
Грузоподъемность максимальная, кг	500
Высота подъема, мм	700
Время подъема, с	32
Время опускания с нагрузкой, с	32
Привод	Насос шестеренный НШ - 24
Электродвигатель	АО-2-42-2 7,5 кВт 2900 об/мин, 220/230 В
Рабочая жидкость	Масло индустриальное И5ОА
Количество рабочей жидкости в гидравлической системе, л	170
Масса (без рабочей жидкости), кг	550

2. Описание конструкции и принципа действия

2.1. Подъемник состоит из следующих основных узлов: насосной станции баком, трубопровода, цилиндра в сборе, подъемной платформы с предохранительным устройством.

Управление подъемником осуществляется одной рукояткой блока клапанов. При перемещении рукоятки вверх ее кулачок перемещает толкатель конечного выключателя и включает электродвигатель, приводя в действие шестеренный насос.

Масло из бака через всасывающий патрубок, на конце которого имеется сетчатый фильтр, насосом нагнетается в блок клапанов.

Манометр, установленный в блок клапанов, показывает давление масла на нагнетательной линии насоса. При работающем насосе масло, преодолевая сопротивление пружины, открывает обратный клапан и подается по трубопроводу в цилиндр.

Подъем и опускание платформы осуществляется только при удержании рукоятки в верхнем или нижнем положении. При отпускании рукоятки она автоматически устанавливается в нейтральное положение и подъемник останавливается.

Для опускания штока подъемника необходимо переместить рукоятку с кулачком вниз, при этом шток перепускного клапана опуститься, открыв тем самым канал, по которому масло из цилиндра по сливной трубе попадет в бак, минуя шестеренный насос.

При превышении максимальной нагрузки на подъемник и максимального давления в гидравлической системе срабатывает предохранительный клапан и масло сбрасывается в бак.

Предохранительный клапан регулируется на начало срабатывания при гидравлическом давлении 12 кг·с /см², что соответствует полному открытию клапана при работающем насосе и давлению, равному примерно 16 кг·с /см². Отверстие, в котором устанавливается предохранительный клапан, снаружи закрыто пробкой.

2.2. Для подъема автомобиля необходимо:

- свести между собой попарно балки подхватов;

- установить автомобиль на рабочей площадке;

- развести балки;

- установить подхваты по местам упора в автомобиль и проверить
правильность их положения;

- поднять шток с платформой подъемника до упора в кузов автомобиля, а затем незначительно оторвать колеса от земли и проверить правильность расположения подхватов и устойчивость положения автомобиля. Только после этого можно осуществлять дальнейший подъем;

- по достижении необходимой высоты подъема установить рукоятку в
нейтральное положение, выключить электродвигатель, остановив тем
самым подъемник, и вставить в отверстие трубы предохранительного
устройства страхующий палец.

2.3. Для опускания автомобиля необходимо:

- вынуть страхующий палец из отверстия трубы предохранительного устройства;

- переместить рукоятку блока клапанов вниз, открыв тем самым перепускной клапан, опустить автомобиль;

- после полного опускания платформы с автомобилем свести между собой балки подхватов, обеспечив тем самым возможность свобідного выезда автомобиля.

3. Маркировка.

Маркировка нанесена на табличке, укреплённой на подъемнике неразъёмным соединением. Маркировка содержит:

- товарный знак и наименование предприятия-изготовителя;

- модель изделия;

- заводской номер;

- год выпуска;

- знак соответствия (при его наличии).

4. Монтаж подъемника.

4.1. Транспортирование подъемника к месту монтажа должно исключить возможность загрязнения и попадания предметов во внутренние полости.

4.2. Перед монтажом проверить состояние внутренних полостей и их
работоспособность.

4.3. После установки подъемника проверить легкость хода механизмов
и герметичность уплотнений.

5. Меры предосторожности и указания по технике безопасности.

К работе с подъемником допускается персонал, изучивший устройство, правила техники безопасности и требования настоящей инструкции.

Подъемник должен быть закреплен за лицом, ответственным за его эксплуатацию.

Насосная станция и пульт должны быть надежно заземлены в соответствии с требования безопасности.

Запрещается:

поднимать автомобиль, масса которого превышает максимальную грузоподъемность 1000 кг;

находиться в автомобиле, под ней или в зоне ее возможного падения во время подъема или опускания;

пользоваться подъемником не по назначению;

производить какие -- либо работы с подъемником и его механизмами; управления при поднятом автомобиле, во время подъема или опускания.

Перед подъемом автомобиля следить за правильной установкой подхватов. Установка подхватов должна обеспечить правильное расположение автомобиля, без перекосов.

До начала работ под поднятым автомобилем вставить в отверстие предохранительного устройства страхующий палец.

При самопроизвольном опускании штока сразу же прекратить эксплуатацию подъемника, найти и устранить причину самопроизвольного опускания штока.

В случае возникновения какой -- либо опасности при подъеме или опускании автомобиля сразу же остановить подъемник.

Подъем автомобиля с работающим двигателем запрещается.

При появлении течи масла в соединениях гидросистемы сразу же прекратить эксплуатацию подъемника до ее устранения.

6. Техническое обслуживание.

Перед началом работы проверить комплектность подъемника, осмотреть подъемник и убедиться, нет ли наружных повреждений, подготовить подъемник к работе.

При ежедневном техническом обслуживании (после окончания работы):

очистить подъемник от пыли и грязи ветошью;

проверить уровень масла в баке и при необходимости долить до отметки П на мерном стержне.

При ежемесячном техническом обслуживании выполнить работы ежедневного технического обслуживания и дополнительно:

проверить надежность крепления всех резьбовых соединений, обратив особое внимание на состояние крепления балок;

проверить чистоту сетчатого фильтра всасывающего трубопровода в баке и при необходимости очистить и промыть фильтр.

7. Возможные неисправности и их устранение.

Таблица 2

Неисправность	Причина неисправности	Способ устранения
Шток поднимается пружинящими скачками Шестеренный насос не закачивает масло Просачивается масло через уплотнения штока или фланец При полном поднятии штока насос «срывается» Произвольно опускается шток Утечка масла по валу через уплотнение насоса	Наличие воздуха в гидросистеме Засорение фильтра всасывающего трубопровода Не плотность соединения во всасывающем трубопроводе Недостаточный уровень масла в баке Наличие воздуха в полости насоса Расслаблены гайки фланца кожуха Неправильно или установлены или изношены уплотнения Малый уровень масла в баке, оголился всасывающий трубопровод с фильтром и попал воздух в систему Неисправны обратный, перепускной или предохранительный клапан Повреждено уплотнительное кольцо	Незначительно вывернуть пробку из отверстия во фланце и после появления масла из отверстия завернуть Очистить и промыть сетку фильтра Подтянуть соединения во всасывающем трубопроводе Долить масло в бак Залить полость насоса маслом через отверстие для манометра Подтянуть гайки фланца кожуха Проверить и правильно установить или заменить уплотнительное кольцо штока Долить масло в бак до нормы Немедленно прекратить эксплуатацию подъемника. Устранить неисправность клапанов: промыть, протереть клапаны, отрегулировать пружину предохранительного клапана Проверить уплотнительное кольцо и в случае повреждения заменить его

8. Гарантийные обязательства

Предприятие-изготовитель гарантирует исправную работу подъемника в течение 12 месяцев со дня ввода его в эксплуатацию, при условии соблюдения правил эксплуатации, хранения, транспортирования и монтажа, но не более 18 месяцев со дня получения потребителем.

Список используемой литературы

1. B.C. Козлов. Расчет координат центра масс и реакций на колесах автомобиля. Метод, указания к выполнению лабораторних работ / НГТУ; Н.Новгород. 1998г. 11с.

2. B.C. Козлов. Оценка устойчивости автомобиля. Метод, указания к выполнению лабораторных работ / НГТУ; Н.Новгород. 1998г. 11с.

3. B.C. Козлов. Расчет объемного гидропривода. Метод, указания к выполнению лабораторных работ / НГТУ; Н.Новгород. 1998г. 11с.

4. B.C. Козлов. Расчет электропривода. Метод, указания к выполнению лабораторных работ / НГТУ; Н.Новгород. 1998г. 11с

5. B.C. Козлов.Прочностной расчет исполнительных механизмов техоборудования. Метод, указания к выполнению лабораторних работ / НГТУ; Н.Новгород. 1998г. 11с.