Проектирование стрелового самоходного крана на автомобильном ходу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование стрелового самоходного крана на автомобильном ходу

гидропривода капельный давление автомобильный

Введение

Строительные стреловые самоходные краны предназначены для монтажа строительных конструкций, ремонтных работ, погрузки и разгрузки штучных грузов. Стреловые самоходные краны относятся к грузоподъёмным машинам циклического действия.

Привод механизмов проектируемого крана является гидравлическим. В на - стоящее время гидравлический привод находит всё более широкое применение в механизмах грузоподъёмных машин благодаря ряду преимуществ:

- компактен;

- большая перегрузочная способность по мощности и по моменту;

- возможность передавать большие моменты и мощности при малых размерах и массе гидропередачи;

- возможность реверсирования и частых переключений скорости движения;

- возможность дистанционного управления работой машины, регулирование и автоматизация рабочего процесса с помощью относительно простых средств;

- малый момент инерции механизма, элементы которого вращаются с боль ми ускорениями;

- возможность одновременного подвода энергии к нескольким рабочим механизмам;

- устойчивая работа при любых скоростных режимах;

- высокая износоустойчивость элементов привода;

- высокий КПД.

Объёмным гидроприводом называется совокупность объемных гидромашин, гидроаппаратуры, гидролиний (трубопроводов) и вспомогательных устройств, предназначенная для передачи энергии и преобразования движения посредством жидкости.

Применение гидравлических приводов в механизмах подъёма, поворота и изменения вылета стрелы позволило существенно увеличить производительность кранов.

Наиболее широкое применение получил насосный гидропривод - гидропривод, в котором рабочая жидкость подаётся в гидродвигатель объёмным насосом, входящим в состав этого гидропривода. Также в его состав входят распределительная и регулирующая аппаратура, гидролинии.

Принцип действия объемного гидропривода основан на малой сжимаемости капельных жидкостей и передаче давления в них по закону Паскаля.

Целью данной курсовой работы является проектирование гидропривода стрелового самоходного крана на автомобильном ходу грузоподъёмностью 27 тонн, для достижения которой требуется выполнить следующие задачи:

- на основе анализа современного состояния отечественного и зарубежного краностроения выбрать кран прототип;

- используя геометрические и кинематические параметры крана прототипа произвести расчёт силовых и кинематических параметров всех механизмов проектируемого крана;

- выполнить структурный синтез гидропривода проектируемого крана;

- произвести параметрический синтез гидроприводов механизмов проектируемого крана.

1. Анализ современного состояния отечественного и зарубежного краностроения и выбор крана прототипа

Для анализа моделей стреловых самоходных кранов на автомобильном ходу, выпускаемых отечественными предприятиями, выбираем следующие модели кранов: КС 55713 - 4 и КС 55713 - 1 выпускаемых галичским заводом автомобильным заводом, КС 557 Кр выпускаемый одесским им. Январского восстания, КС 45717 - 1 выпускаемый ивановским заводом автомобильных кранов.

Основные характеристики моделей стреловых самоходных кранов на авто - мобильном ходу представлены в таблице 1.

Таблица 1 - основные характеристики стреловых самоходных кранов на автомобильном ходу.

Марка крана.	Грузоподъёмность, т.	Мин. и макс. вы - лет стрелы, м.	Скорость подъёма (опускания) груза, м/мин.	Скорость посадки, м/мин.	Частота Вращения платформы, об/мин	Кратность полиспаста.
КС 55713-4	25	3-22	12	0,3	1,4	6
КС 55713-1	25	3-22	12	0,3	1,4	6
КС 557 Кр	30	3-24	7	0,2	0,2-2	6
КС 45717-1	25	3-22	6,8	0,2	1,9	6

На основе приведённой таблицы 1, выбираем в качестве прототипа стреловой самоходный кран на марки КС 557 Кр на шасси Краз-65101,так как вылет стрелы этого крана выше, чем у представленных моделей.

Основные параметры и характеристики крана марки КС 557 Кр:

- грузоподъёмность, т 30;

- максимальный вылет стрелы, м 24;

- минимальный вылет стрелы, м 3;

- скорость подъёма - опускания груза, м/мин. 7;

- посадочная скорость, м/мин. 0,2;

- время полного изменения вылета, с 60;

- частота вращения поворотной части, мин^-1 1,6;

- диаметр опорно-поворотного устройства, мм 1600;

- диаметр барабана механизма подъёма груза, мм 460;

- передаточное отношение редуктора механизма подъёма груза, 41,25;

- конструктивная масса крана, т 25,5.

Выбранный прототип представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 - общий вид крана марки КС - 557 Кр.

2. Расчёт силовых и кинематических параметров исполнительных механизмов крана

2.1 Механизм грузовой лебёдки

Расчёт силовых и кинематических параметров механизма грузовой лебёдки производим в соответствии с рисунком 2.

Рисунок 2 - кинематическая схема грузовой лебёдки.

гидропривод кран стрела

Для увеличения производительности проектируемого крана примем скорость подъёма (опускания) груза равной 7 м/мин.

Силу натяжения каната навиваемого на барабан F_кан., вычисляем по формуле: , (1)где G_гр. - вес поднимаемого груза, Н;

I_п. - кратность полиспаста механизма подъёма груза.

, (2)

где m - масса поднимаемого груза, кг;

g - ускорение свободного падения, м/с.



Скорость каната навиваемого на барабан _кан., м/мин вычисляем по формуле:

, (3)

где _гр. - скорость подъёма груза, м/с.

Угловую скорость барабана _бар., с^-1, вычисляем по формуле:

, (4)

где R_бар. - радиус барабана, м.

Крутящий момент на барабане М_бар., кНм, вычисляем по формуле:

, (5)

Момент на валу гидромотора М_гм., кНм, вычисляем по формуле:

, (6)где u_ред. - передаточное число редуктора.



Угловую скорость гидромотора _гм., с^-1, вычисляем по формуле :

, (7)

Мощность на валу гидромотора N, кВт, вычисляем по формуле:

, (8)

2.2 Механизм телескопирования стрелы

Максимальная нагрузка на гидроцилиндр при телескопировании второй секции стрелы будет при максимальном угле подъёма стрелы.

\

В соответствии с рисунком 3 составим сумму проекций всех сил на ось У и выразим из него усилие на штоке гидроцилиндра F_шт.тел. , кН:

, (9)

где - угол телескопирования стрелы, град.



Рисунок 3 - Расчётная схема механизма телескопирования стрелы

Скорость штока гидроцилиндра телескопирования стрелы _шт.тел. , м/с, вычисляем по формуле:

, (10)

где _гр. - скорость подъёма (опускания) груза, м/мин;

- угол между направлением скорости штока и направлением скорости груза, град.

Выбираем по ГОСТ 1575 - 87 из ряда линейных скоростей скорость штока равную _шт.=0,12 м/с

Мощность на выходе гидроцилиндра механизма телескопирования стрелы, N_тел., кВт, вычисляем по формуле:

, (11)

2.3 Стрелоподъёмный механизм

Силовой расчёт стрелоподъёмного механизма заключается в определении усилия на штоке гидроцилиндра, при подъёме стрелы с грузом. Для этого в соответствии с рисунком 4, составим сумму моментов сил в каждом положении стрелы относительно точки А.

Рисунок 4 - Расчётная схема стрелоподъёмного механизма при работе одной секцией

1 Положение

, (12)

2 Положение

, (13)

3 Положение

, (14)



Силовой расчёт стрелоподъёмного механизма при работе крана с тремя секциями крана проводим в соответствии с рисунком 5:

Рисунок 5 - Расчётная схема стрелоподъёмного механизма

1 Положение

, (15)

2 Положение

, (16)

3 Положение

, (17)

Для определения скорости штока гидроцилиндра при подъёме груза стрелой,

представим стрелоподъёмный механизм (рисунок 5 ,2 положение) в виде кулисного и построим план скоростей, показанный на рисунке 6.

Рисунок 6 - Кинематическая схема и план скоростей кулисного механизма

Скорость на оголовке стрелы ₁, м/с, вычисляем по формуле:

, (18)

где - длина АВ, м

Угловую скорость стрелы , с^-1, вычисляем по формуле:

, (19)

где R_стр. - длина секции, м.

Скорость в узле крепления гидроцилиндра ₂, м/с, вычисляем по формуле:

, (20)

Длину вектора ,мм, в плане скоростей вычисляем по формуле:

, (21)

где - масштаб плана скоростей,.

Относительную скорость ползуна кулисного механизма ,м/с, вычисляем по формуле:

, (22)

где - длина вектора аb₃, мм, в плане скоростей.



Выбираем по ГОСТ 1575 - 87 из нормальных линейных скоростей скорость штока _шт=0,04.

Мощность на выходе гидроцилиндра механизма подъёма стрелы N_п.с., кВт, вычисляем по формуле:

, (23)

2.4 Механизм поворота платформы

Составим сумму проекций всех сил на ось У и выразим вертикальную реакцию V опорно-поворотного устройства в соответствии с рисунком 7:

, (24)

, (25)

Горизонтальной реакцией N опорно-поворотного устройства пренебрегаем из-за её малой величины.

Момент сопротивления вращению опорного круга от сил трения М, кНм, вычисляем по формуле:

, (26)

где f - приведённый коэффициент сопротивления [1];

D_ср. - средний диаметр по дорожке катания роликов, м;

- угол наклона к горизонтали сил, действующих на ролики опорного круга, град.

Рисунок 7 - Схема механизма поворота платформы

Динамический момент сопротивления вращению в период разгона М_д, кНм, вычисляем по формуле:

, (27)

где J_гр. - момент инерции груза, кгм²;

J_ст. - момент инерции стрелы, кгм²;

J - момент инерции противовеса, кгм²;

_П - угловая скорость платформы, с^-1;

t_р - время разгона платформы, с.

 , (28)

, (29)

, (30)

Угловую скорость платформы _П, с^-1, вычисляем по формуле:

, (31)

где n_П - частота вращения поворотной части, об/мин^-1

Общий момент сопротивления вращению платформы М_сопр., кНм, вычисляем по формуле:

, (32)

Крутящий момент на валу гидромотора М_гм.п., кНм, вычисляем по формуле:

, (33)

где u - передаточное число привода платформы;

_чп. - КПД червячной передачи

_цп. - КПД цилиндрической передачи

,

Угловую скорость вала гидромотора механизма поворота платформы _гм.п, с^-1, вычисляем по формуле:

, (34)

Мощность на выходе из гидромотора механизма поворота платформы N_гм.п., кВт, вычисляем по формуле:

, (35)

.

В результате данного расчёта нами были получены параметры исполнительных механизмов проектируемого крана. Эти параметры представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Параметры проектируемого крана

Параметр	Механизм подъёма груза	Механизм подъёма стрелы	Механизм выдвижения (втягивания) стрелы	Механизм поворота платформы
Усилие на штоке гидроцилиндра, кН	___	867,9	48,2	___
Скоростьштока гидроцилиндра, м/с.	___	0,04	0,12	___
Момент на валу гидромотора, кНм.	0,246	___	___	0,05
Угловая скорость вала гидромотора, с-1.	132	___	___	85
Мощность на выходе, кВт	33	36	5,7	4,3

3. Определение максимальной выходной мощности гидропривода при совмещении операций

При работе автомобильных кранов производят совмещение следующих операций:

а) подъём (опускание) стрелы с поворотом платформы;

б) подъём (опускание) груза с телескопированием секций стрелы;

в) подъём (опускание) груза с поворотом платформы.

Максимальную выходную мощность гидропривода при совмещении операций подъёма (опускания) стрелы с поворотом платформы N_max.1, кВт, вычисляем по формуле:

, (36)

Максимальную выходную мощность гидропривода при совмещении операций подъёма (опускания) груза и телескопирования секций стрелы N_max.2, кВт, вычисляем по формуле:

, (37)

Максимальную выходную мощность гидропривода при совмещении операций подъёма (опускания) груза и поворота платформы N_max.3, кВт, вычисляем по формуле:

, (38)

В результате данного расчёта мы выявили, что максимальная выходная мощность затрачивается при совмещении операций подъёма (опускания) груза и телескопирования секций стрелы.

4. Определение функций гидропривода автомобильного крана и выбор элементов, предназначенных для их выполнения

Функции гидропривода и их элементы, предназначенные для их реализации, представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Функции и элементы гидропривода

Функции гидропривода	Элементы гидропривода
Подъём груза	Насос, гидрораспределитель, гидромотор
Опускание груза	Насос, гидрораспределитель, гидромотор, тормозной блок
Предохранение механизма от работы с грузом, вес которого больше номинального	Напорный предохранительный гидроклапан
Фиксация груза	Тормозной блок
Стабилизация скорости опускания груза	Тормозной блок
Торможение груза при неработающем гидроприводе	Размыкатель тормоза
Аварийное опускание груза	Размыкатель тормоза
Подъем (опускание) стрелы	Насос, гидрораспределитель, гидроцилиндр, клапан-регулятор.
Фиксация стрелы	Тормозной блок
Стабилизация скорости опускания стрелы	Тормозной блок
Торможение стрелы при неработающем гидроприводе	Тормозной блок
Поворот крановой платформы вправо и влево на 2700	Насос, гидрораспределитель, гидромотор
Функция поворота платформы	Гидрораспределитель
Ограничение поворота платформы	Конечный выключатель
Торможение платформы при неработающем гидроприводе	Размыкатель тормоза
Выдвижение стрелы	Насос, гидрораспределитель, гидроцилиндр
Втягивание стрелы	Насос, гидрораспределитель, гидроцилиндр, тормозной блок
Фиксация секций стрелы	Тормозной блок
Стабилизация скорости втягивания стрелы	Тормозной блок
Торможение секций стрелы при неработающем гидроприводе	Тормозной блок
Чистота рабочей жидкости	Фильтр
Нормальный тепловой режим	Теплообменник
Предохранение гидропривода при засо- рении фильтра	Переливной гидроклапан
ПрПредотвращение «просадки груза» при пуске ске механизмов на подъём груза	Об Обратный гидроклапан
От Отключение гидропривода при срабатывании пр приборов безопасности	Дв Духсекционный гидрораспределитель

5. Предварительный расчёт гидропривода механизмов крана

Поскольку, мощности на выходе из гидродвигателей механизмов подъёма груза и подъёма стрелы значительно больше мощностей на выходе из гидродвигателей механизмов телескопирования стрелы и поворота платформы, поэтому спроектируем двухконтурный гидропривод исполнительных механизмов крана. Первый контур будет управлять механизмами подъёма груза и подъёма стрелы, а второй - механизмами телескопирования стрелы и поворота платформы.

Так как сливные гидролинии двух контуров будут соединяться в одну, следовательно будем выбирать однин фильтр и один теплообменник для всего гидропривода.

Контур гидропривода управления механизмами подъёма груза и стрелы

5.1 Выбор насоса

Определение мощности, которую должен развивать насос, производим по мощности на выходе из гидромотора привода грузоподъёмного механизма.

Мощность гидронасоса N_гн., кВт, вычисляем по формуле:

, (39)

где К_зу. - коэффициент запаса по усилию [2];

К_зс. - коэффициент запаса по скорости [2].

Гидронасос выбираем по рабочему объёму, который требуется для реализации полученной мощности гидронасоса и по номинальному давлению.

Рабочий объём q_н., м³, рассчитываем для трёх значений номинального давления

и вычисляем по формуле:

, (40)

где р_ном. - номинальное давление, МПа;

n_н. - частота вращения вала насоса, с^-1.

По рабочему объёму q_н.=0,000107м³ и номинальному давлению р_ном.=20МПа выбираем аксиально - поршневой насос марки 210.25 со следующими характеристиками [2]:

- рабочий объём q_н., м³ 0,000107;

- давление на выходе из насоса, МПа

а) номинальное 20;

б) максимальное 32;

- объёмный КПД 0,95;

- температура окружающей среды, град. от - 40 до +40.

Действительную подачу насоса Q_д.н., м³/с, вычисляем по формуле:

, (41)

где _об. - объёмный КПД.

5.2 Выбор скоростей движения жидкости в гидролиниях. Определение диаметров труб и выбор труб

Принимаем скорость движения жидкости [1] для ламинарного течения рабочей жидкости:

- всасывающая гидролиния 2м/с;

-напорная гидролиния 9м/с;

-сливная гидролиния 6м/с.

Требуемый диаметр трубы всасывающей гидролинии d_всас., м, вычисляем по формуле:

, (42)

где _всас. - скорость движения жидкости в всасывающей гидролинии, м/с.

Требуемый диаметр трубы напорной гидролинии d_нап., м, вычисляем по формуле:

, (43)

где _нап. - скорость движения жидкости в напорной гидролинии, м/с.

Требуемый диаметр трубы сливной гидролинии d_слив., м, вычисляем по формуле :

, (44)

где _слив. - скорость движения жидкости в сливной гидролинии, м/с.

По найденным значениям внутренних диаметров труб, выбираем [3] для них следующие виды труб:

- для всасывающей гидролинии Труба 38 1 ГОСТ 8734 - 75;

- для напорной гидролинии Труба 25 4 ГОСТ 8734 - 75;

- для сливной гидролинии Труба 24 1,5 ГОСТ 8734 - 75.

5.3 Определение действительных скоростей движения жидкости

Действительную скорость движения жидкости в всасывающей гидролинии _д.всас. ,м/с, вычисляем по формуле :

, (45)

.

Действительную скорость движения жидкости в напорной гидролинини _д.нап. , м/с, вычисляем по формуле:

, (46)

.

Действительную скорость движения жидкости в сливной гидролинии _д.слив., м/с, вычисляем по формуле:

, (47)

.

5.4 Выбор гидроаппаратов

По результатам расчета выбираем гидроаппараты. Гидроаппараты подбираются по следующим параметрам:

- по номинальному давлению, МПа 20;

- по действительной подаче насоса, м³/с 0,002.

По [1] выбираем фильтр марки 1.1.40 - 25 со следующими характеристиками:

- номинальный расход, м³/с 0,003;

- тонкость фильтрации, м 2510⁶;

- номинальное давление, МПа 0,63;

- потери давления, МПа 0,16;

- условный проход, м 0,048;

- марка фильтрующего элемента 661 - 1 - 05;

- материал фильтрующей шторы БФМ.

По [1] выбираем гидрораспределитель марки Р-32 со следующими характеристиками:

- число секций в одном блоке 4;

- максимальный расход рабочей жидкости, м³/с 0,00668;

- условный проход, м 0,032;

- максимальные внутренние утечки рабочей жидкости м³/с 0,00000267;

- потери давления, МПа 0,52;

- номинальное давление на входе, МПа 25;

По [1] выбираем гидроклапан - регулятор марки ГКР - 20 - 160 - 25 который используется в качестве предохранительного гидроклапана, со следующими характеристиками:

- максимальный расход рабочей жидкости, м³/с 0,00334;

- давление настройки, МПа:

а) максимальное 30;

б) минимальное 2;

- условный проход, м 0,02; - потери давления, МПа 0,2;

- максимальные внутренние утечки рабочей жидкости, м³/с 0,0000041; - номинальная тонкость фильтрации, м 25 10⁶.

По [1] выбираем тормозной блок марки со следующими характеристиками: - максимальный расход рабочей жидкости, м³/с 0,004175;

- максимальное давление на входе, МПа 32;

- условный приход, м 0,025;

- потери давления, МПа 0,3;

- максимальные внутренние утечки рабочей жидкости, м³/с 0,00000344; - давление управления, МПа 1,5- 6; - давление открытия обратного гидроклапана, МПа 1,15.

По [2] выбираем переливной гидроклапан прямого действия марки К2.10.02 со следующими характеристиками:

- номинальный расход рабочей жидкости, м³/с 0,00315;

- диапазон регулирования давления, МПа 5 - 42;

- условный проход, м 0,02;

- потери давления, МПа 0,1; - максимальные внутренние утечки рабочей жидкости, м³/с 0,0000056;

По [3] выбираем размыкатель тормоза марки КС-3577.26.310-1 со следующими характеристиками:

- диаметр плунжера, м 0,025;

- ход штока, м 0,032.

Выбираем [4] тормозной гидроклапан типа У4610.33А, со следующими характеристиками:

- условный проход, мм 20;

- величина потока (объемный расход), м³/с

а) номинальная 0,00267;

б) минимальная 0,0025;

- давление на входе, МПа

а) номинальное 16;

б) максимальное 20;

в) минимальное 0,5;

- максимальное давление на сливе, МПа 1;

- давление управления, МПа

а) минимальное давление начала открытия дросельной щели 0,8;

б) максимальное давление конца открытия дросельной щели 4,5;

- максимальные внутренние утечки, м³/с 4,210^-6;

- масса, кг 10,45;

Выбираем [5] клапан-регулятор типа 510.32.03, со следующими характеристиками:

- условный проход, мм 20;

- величина потока, м³/с

а) номинальная 0,00266;

б) максимальная 0,003;

в) минимальная 0,002;

- давление настройки, МПа

а) номинальное 25;

б) максимальное 32;

в) минимальное 2;

- масса, кг 7.

5.5 Выбор рабочей жидкости

Выбор рабочей жидкости производится на основе анализа режима работы и условий эксплуатации гидропривода с учетом конструктивных особенностей установленного гидрооборудования, главным образом, конструктивных особенностей используемого насоса.

Выбираем [1] рабочую жидкость марки МГ-30 ТУ 38-10150-79 (основная), со следующими характеристиками:

- режим эксплуатации, ⁰С

а) кратковременный -15…+75;

б) длительный -5…+70;

- кинематическая вязкость при температуре 30⁰С, м²/с 20 10^-6;

- плотность масла, г/см³ не более 0,89.

Контур гидропривода управления механизмами телескопирования и поворота платформы.

5.6 Выбор насоса

Определение мощности, которую должен развивать насос, производим по мощности на выходе из гидроцилиндра привода механизма телескопирования стрелы.

Мощность гидронасоса N _н., кВт, вычисляем по формуле:

, (48)

Исходя из того, что давление на входе в насос мало по сравнению с номинальным давлением на выходе из насоса, то им можно принебреч.

Рабочий объём q_н., м³, рассчитываем для трёх значений номинального давления и вычисляем по формуле:

, (49)

По рабочему объёму q_н.=0,000016м³ и номинальному давлению р_ном.=20МПа выбираем аксиально - поршневой насос марки Н16РД со следующими характеристиками [6]:

- рабочий объём q_н., м³ 0,000016;

- давление на выходе из насоса, МПа

а) номинальное 16;

б) максимальное 32;

- частота вращения, с^-1 25;

- объёмный КПД 0,95;

- температура окружающей среды, град. от - 40 до +40.

Действительную подачу насоса Q_д.н., м³/с, вычисляем по формуле:

, (50)

5.7 Выбор скоростей движения жидкости в гидролиниях. Определение диаметров труб и выбор труб

Принимаем скорость движения жидкости [1] для ламинарного течения рабочей жидкости:

-напорная гидролиния 6м/с;

-сливная гидролиния 3м/с.

Требуемый диаметр трубы всасывающей гидролинии d_всас., м, вычисляем по формуле:

, (51)

Требуемый диаметр трубы напорной гидролинии d_нап., м, вычисляем по формуле:

, (52)

Требуемый диаметр трубы сливной гидролинии d_слив., м, вычисляем по формуле :

, (53)

По найденным значениям внутренних диаметров труб, выбираем [3] для них следующие виды труб:

- для всасывающей гидролинии Труба 18 1 ГОСТ 8734 - 75;

- для напорной гидролинии Труба 14 2,5 ГОСТ 8734 - 75;

- для сливной гидролинии Труба 14 0,5 ГОСТ 8734 - 75.

5.8 Определение действительных скоростей движения жидкости

Действительную скорость движения жидкости в всасывающей гидролинии _д.всас. ,м/с, вычисляем по формуле :

, (54)

.

Действительную скорость движения жидкости в напорной гидролинини _д.нап. , м/с, вычисляем по формуле:

, (55)

.

Действительную скорость движения жидкости в сливной гидролинии _д.слив., м/с, вычисляем по формуле:

, (56)

.

5.9 Выбор гидроаппаратов

Для контура гидропривода управления механизмами телескопирования и поворота платформы гидроаппаратуру принимаем ту же, что и для контура гидропривода управления механизмами подъёма груза и стрелы.

6. Проверочный расчёт гидропривода механизмов крана

6.1Определение потерь давления для контура гидропривода механизмов подъёма груза и стрелы

Расчет потерь давления (напора) при движении рабочей жидкости в гидроприводе необходимо для более точного выбора или расчета гидроцилиндра и гидромотора, а также для определения гидравлического коэффициента полезного действия гидропривода, используемого при выполнении теплового расчета.

При движении рабочей жидкости в гидроприводе определяется согласно принципу наложения потерь.

Гидроразводку берём со стенда стрелового крана, установленного на кафедре «Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные машины и системы гидропривода» ивановской государственной архитектурно-строительной академии.

Так как, потери давления при работе грузоподъёмного механизма незначительно отличаются от потерь давления при работе механизмом подъёма стрелы, то примем их равными.

Суммарные потери давления р, Па, вычисляют по формуле

, (57)

где р_н.п - суммарные путевые потери давления в напорной гидролинии, МПа;

р_н.м - суммарные местные потери давления в напорной гидролинии, МПа;

Др_сл.п - суммарные путевые потери давления в сливной гидролинии, МПа;

Др_сл.м - суммарные местные потери давления в сливной гидролинии, МПа;

Др_р - потери давления в гидрораспределителе, МПа;

Др_тб - потери давления в тормозном блоке, МПа;

Др_Ф - потери давления в фильтре, МПа;

, (58)

где - коэффициент потерь давления по длине трубопровода;

L_i - длина рассматриваемого участка гидролинии, м;

d_i - диаметр рассматриваемого участка гидролинии, м;

- плотность рабочей жидкости, кг/м³.

Коэффициент сопротивления трению определяют в зависимости от режима движения жидкости, поэтому сначала необходимо установить режим движения жидкости по числу Рейнольдса Rе, которое вычисляем по формуле:

, (59)

где - кинематическая вязкость рабочей жидкости при 30⁰С.

.

Из полученного значения следует, что режим движения жидкости является турбулентным. Коэффициент потерь давления по длине трубопровода, при турбулентном движении рабочей жидкости, вычисляют по формуле [2]

, (60)

где к_Э - эквивалентная абсолютная шероховатость [2];

R_е - число Рейнольдса.

, (61)

где - абсолютная шероховатость.

,

.

.

Суммарные местные потери давления в напорной гидролинии р_н.м, Па, вычисляют по формуле:

, (62)

где о_i - коэффициент местного сопротивления [3].

Выбираем по [3] коэффициенты местного сопротивления в гидрораспределителе:

- на входе в гидрораспределитель, равен 0,07;

- на выходе из гидрораспределителя, равен 0,11;

- на входе в тормозной блок, равен 0,105; - на выходе из тормозного блока, равен 0,05;

- штуцеры, присоединяющие трубы к переходникам и переходники, соединяющие участки труб, равен 0,12.

Выбираем по [3] коэффициент местного сопротивления в плавных коленах трубопроводов под углом 90⁰ равен 0,12.

.

Число Рейнольдса, для жидкости в сливной гидролинии, R_е.слив, вычисляют по формуле:

, (63)

Из полученного значения следует, что режим движения жидкости является турбулентным. Суммарные путевые потери давления в сливной гидролинии р_сл.п, МПа, вычисляют по формуле

, (64)

По формуле (60) вычисляем коэффициент потерь давления по длине трубопровода при турбулентном движении рабочей жидкости.

.

.

Суммарные местные потери давления в сливной гидролинии р_сл.м, МПа, вычисляют по формуле:

, (65)

По [3] принимаем следующие коэффициенты местных сопротивлений в сливной гидролинии:

- поворот трубопровода на 90⁰ , 0,12;

- тройник, соединяющий сливные гидролинии двух контуров в одну 1,5;

- переходник, соединяющий гидролинию и вход фильтра 0,42;

- переходник, соединяющий гидролинию и вход теплообменника 0,15;

- переходник, соединяющий гидролинию и выход фильтра 0,24;

- переходник, соединяющий гидролинию и выход теплообменника 0,31;

.

.

6.2 Выбор гидромотора механизма подъёма груза

Перепад давления на гидромоторе Др_гм, МПа, вычисляют по формуле

, (66)

.

Требуемый рабочий объём гидромотора q_гм, м³, вычисляют по формуле

. (67)

где М_гм - момент на валу гидромотора, Нм.

.

По требуемому рабочему объёму q_гм.тр=0,000089м³ и номинальному давлению

Р_ном.=20МПа, выбираем гидромотор, выпускаемый шахтинским заводом «Гидропривод», марки РНА - 90 со следующими характеристиками [5]:

- рабочий объём q_гм.д, м³ 0,000090;

- максимальный перепад давления Др_гм.ном, МПа 20;

- номинальный расход рабочей жидкости Q_гм.ном, м³/с 0,00225;

- гидромеханический КПД 0,965.

Действительный момент, развиваемый гидромотором М_гм.д., кНм вычисляем по формуле:

, (68)

.

Отклонение значений между требуемым моментом и действительным М, %, вычисляем по формуле:

, (69)

.

Действительную частоту вращения вала гидромотора n_гм.д, с^-1, вычисляют по формуле

, (70)

где ДQ_ут - суммарные утечки рабочей жидкости через гидроаппараты, м³/с.

, (71)

где ДQ_ут.гр - максимальные внутренние утечки рабочей жидкости через гидрораспределитель;

Q_ут.тб - максимальные внутренние утечки рабочей жидкости через тормозной блок, м³/с.

,

.

Отклонение значения действительной частоты вращения вала гидромотора от требуемой Дn_гм, %, вычисляют по формуле

, (72)

,

,

.

В результате данного расчёта нами было выявлено, что отличие характеристик выбранного нами гидромотора от заданных составляет не более 10%, что допустимо.

6.3 Расчёт гидроцилиндра механизма подъёма стрелы и определение его параметров

Требуемый диаметр поршня D_п., мм, в гидроцилиндре вычисляем по формуле:

, (73)

где F- заданное усилие на штоке, Н;

Р_п.- давление в поршневой полости, МПа;

Р_шт.- давление в штоковой полости, МПа.

, (74)

где Р_н.- номинальное давление насоса, МПа.

,

, (75)

,

По требуемому диаметру поршня D_П.=0,25м выбираем [6] гидроцилиндр , выпускаемый людиновским ПО «Агрегатный завод», тип 3 ОСТ 2Г25 - 1 - 86 со следующими параметрами:

- диаметр поршня, м 0,25;

- диаметр штока, м 0,08;

- ход поршня, м 1,1;

- номинальное давление, МПа 16;

- максимальное давление, МПа 32;

- максимальная скорость, м/с 0,7.

Рассмотрим баланс сил, действующих на перемещаемые элементы гидроцилиндра, и определим силу F_р, кН, которую разовьет выбранный гидроцилиндр:

, (76)

где d_шт.- диаметр штока, м.

.

Отклонение значения силы которая, разовьет выбранный гидроцилиндр, от требуемого усилия на штоке F, %, вычисляют по формуле

, (77)

.

Действительную скорость подъема стрелы _п., м/с, вычисляют по формуле

, (78)

.

Отклонение значения требуемой скорости от действительной , %, вычисляют по формуле

, (79)

.

В результате данного расчёта нами было установлено, что отличие характеристик выбранного нами гидроцилиндра от заданных составляет не более 10%. Из этого следует, что выбранный гидроцилиндр подходит.

6.4 Определение потерь давления для контура гидропривода механизмов телескопирования и поворота платформы

Суммарные потери давления р, Па, вычисляют по формуле

, (80)

где р_н.п - суммарные путевые потери давления в напорной гидролинии, МПа;

р_н.м - суммарные местные потери давления в напорной гидролинии, МПа;

Др_сл.п - суммарные путевые потери давления в сливной гидролинии, МПа;

Др_сл.м - суммарные местные потери давления в сливной гидролинии, МПа;

Др_р - потери давления в гидрораспределителе, МПа;

Др_кр - потери давления в клапане - регуляторе, МПа;

Др_Ф - потери давления в фильтре, МПа;

Др_т - потери давления в теплообменнике, МПа.

Число Рейнольдса, для жидкости в напорной гидролинии, R_е, вычисляют по формуле:

, (81)

.

Из полученного значения следует, что режим движения жидкости является турбулентным.

Суммарные путевые потери давления в напорной гидролинии р_н.п, Па, вычисляют по формуле:

, (82)

Коэффициент потерь давления по длине трубопровода, при турбулентном движении рабочей жидкости, вычисляют по формуле [2]

, (83)

,

.

.

Суммарные местные потери давления в напорной гидролинии р_н.м, Па, вычисляем по формуле:

, (84)

Выбираем по [3] коэффициенты местного сопротивления в гидрораспределителе:

- поворот трубопровода на 90⁰, равен 0,12;

- переходник, соединяющий гидролинию и выход гидрораспределителя 0,4;

- переходник, соединяющий гидролинию и выход гидрораспределителя 0,35;

- переходник, соединяющий гидролинию и вход клапана - регулятора 0,3;

- переходник, соединяющий гидролинию и выход клапана - регулятора 0,2;

.

Число Рейнольдса, для жидкости в сливной гидролинии, R_сл, вычисляем по формуле:

, (85)

Из полученного значения следует, что режим движения рабочей жидкости является ламинарным.

Суммарные путевые потери давления в сливной гидролинии р_сл.п, Па, вычисляем по формуле:

, (86)

, (87)

.

.

Суммарные местные потери давления в сливной гидролинии р_сл.м, Па, вычисляем по формуле:

, (88)

Выбираем по [3] коэффициенты местного сопротивления в гидрораспределителе:

- поворот трубопровода на 90⁰, равен 0,12;

- переходник, соединяющий гидролинию и вход гидрораспределителя 0,9;

- переходник, соединяющий гидролинию и выход гидрораспределителя 0,35;

- переходник, соединяющий гидролинию и вход фильтра 0,37;

- переходник, соединяющий гидролинию и выход фильтра 0,3;

- переходник, соединяющий гидролинию и вход теплообменника 0,2;

- переходник, соединяющий гидролинию и выход теплообменника 0,4;

- тройник, соединяющий сливные гидролинии двух контуров в одну 1,7;

- переходник, соединяющий гидролинию и вход клапана - регулятора 0,5;

- переходник, соединяющий гидролинию и выход клапана - регулятора 0,35.

.

.

6.5 Выбор гидромотора механизма поворота платформы

Перепад давления на гидромоторе Др_гм, Па, вычисляем по формуле:

, (89)

.

Требуемый рабочий объём гидромотора q_гм, м³, вычисляем по формуле:

, (90)

.

По требуемому рабочему объёму q_гм.тр=0,000016м³ и номинальному давлению Рном.=20МПа, выбираем гидромотор типа 4М4Н со следующими характерис тиками:

- номинальное давление, МПа 25;

- номинальный расход рабочей жидкости Q_ном., м³/с 0,00038;

- гидромеханический КПД 0,96.

Действительный момент, развиваемый гидромотором М_гм.д., Н м вычисляем по формуле:

, (91)

.

Отклонение значений между требуемым моментом и действительным М, %, вычисляем по формуле:

, (92)

.

Действительную частоту вращения вала гидромотора n_гм.д, с^-1, вычисляют по формуле

, (93)

где ДQ_ут - суммарные утечки рабочей жидкости через гидроаппараты, м³/с.

, (94)

где ДQ_ут.гр - максимальные внутренние утечки рабочей жидкости через гидрораспределитель, м³/с;

Q_ут.кр - максимальные внутренние утечки рабочей жидкости через клапан - регулятор, м³/с.

,

.

Отклонение значения действительной частоты вращения вала гидромотора от требуемой Дn_гм, %, вычисляют по формуле

, (95)

, (96)

,

.

В результате данного расчёта нами было выявлено, что отличие характеристик выбранного нами гидромотора от заданных составляет не более 10%, что допустимо.

6.6 Расчёт гидроцилиндра механизма телескопирования и определение его параметров

Требуемый диаметр поршня D_п., м, в гидроцилиндре вычисляем по формуле:

, (97)

, (98)

,

, (99)

,

.

По требуемому диаметру поршня D_П.=0,059м выбираем [6] гидроцилиндр типа 6ГЦ, выпускаемый Павловским ПО (А), со следующими параметрами:

- диаметр поршня, м 0,06;

- диаметр штока,м 0,02;

- ход поршня, м 0,125;

- номинальное давление, МПа 21;

- максимальное давление, МПа 28;

- максимальная скорость,м/с 0,05.

Рассмотрим баланс сил, действующих на перемещаемые элементы гидроцилиндра, и определим силу F, Н, которая разовьет выбранный гидроцилиндр:

, (100)

.

Отклонение значения силы которая, разовьет выбранный гидроцилиндр, от требуемого усилия на штоке F, %, вычисляют по формуле

, (101)

.

Действительную скорость подъема стрелы _п., м/с, вычисляют по формуле

, (102)

.

Отклонение значения требуемой скорости от действительной , %, вычисляют по формуле

, (103)

.

В результате данного расчёта нами было установлено, что отличие характеристик выбранного нами гидроцилиндра от заданных составляет не более 10%. Из этого следует, что выбранный гидроцилиндр подходит.

7. Тепловой расчёт гидропривода крана

Поскольку, в гидроприводе установлен один теплообменник на оба контура, то тепловой расчёт будем производить при совмещении краном операций подъёма груза и выдвижения (втягивания) стрелы, так как при этом затрачивается максимальная мощность.

Для обеспечения нормальной работы гидропривода необходимо чтобы тепло, выделяемое в процессе работы гидропривода отводилось в окружающую среду, через боковые поверхности элементов гидропривода.

Тепловой расчет ведется на основе баланса тепла, выделяемого в гидроприводе и отводимого из гидропривода.

Уравнение баланса имеет следующий вид:

Q^т_выд.=Q^т_отв., (104)

где Q_т.выд - количество тепла, выделяемое гидроприводом, Дж/с;

Q_т.отв - количество тепла, отводимое из гидропривода, Дж/с.

, (105)

где с_э - коэффициент эквивалентности, Дж/с Вт [5];

N_пр1 - мощность на входе в насос, питающий гидродвигатели механизмов подъёма груза и подъёма стрелы, Вт;

_гм1 - гидромеханический КПД контура гидропривода механизмов подъёма груза и подъёма стрелы;

N_пр1 - мощность на входе в насос, питающий гидродвигатели механизмов поворота платформы и телескопирования стрелы, Вт;

_гм1 - гидромеханический КПД контура гидропривода механизмов поворота платформы и телескопирования стрелы.

, (106)

где з_н1 - полный КПД насоса [2];

р_н.д1 - действительное давление на выходе из насоса, Па.

, (107)

где Др_гм.д1 - действительный перепад давления на гидромоторе, Па.

, (108)

где з_гм.м1 - гидромеханический КПД гидромотора;

,

,

.

где з_н.гм1 - гидромеханический КПД насоса;

з_дв.гм1 - гидромеханический КПД гидродвигателя [2];

з_тр1 - гидравлический КПД гидропривода.

, (110)

,

, (111)

,

.

, (112)

где з_н2 - полный КПД насоса [5];

р_н.д2 - действительное давление на выходе из насоса, Па.

, (113)

где з_н.гм2 - гидромеханический КПД насоса;

з_дв.гм2 - гидромеханический КПД гидродвигателя [5];

з_тр2 - гидравлический КПД гидропривода.

, (114)

,

, (115)

,

,

. Количество тепла, отводимое из гидропривода Q_т.отв, Дж/с, вычисляем по формуле

, (116)

где б_i - коэффициент теплоотдачи поверхности соответствующего элемента гидропривода, Дж/м² с ⁰С [1];

S_i - площадь поверхности соответствующего элемента гидропривода, м²;

Дt - перепад температур, ⁰С.

Объём бака V_б, л, принимаем в зависимости от минутной подачи насоса по выражению

, (117)

.

Принимаем форму бака в виде цилиндра, высота которого в 2 раза больше диаметра, тогда площадь его поверхности S_Б, м³, вычислим по формуле:

, (118)

де Н - высота бака, м;

d_б - диаметр основания бака, м.

Подставив в формулу (118) значение высоты, выраженное через диаметр основания бака, получим:

, (119)

Зная объём бака, вычислим диаметр его основания по формуле

, (120)

,

.

где Q_отв.н1 - тепло, отводимое насосом привода грузоподъёмного механизма, кДж;

Q_отв.н2 - тепло, отводимое насосом привода механизма телескопирования стрелы, кДж;

Q_отв.р.- тепло, отводимое гидрораспределителем, кДж;

Q_отв.тб.- тепло, отводимое тормозным блоком, кДж;

Q_отв.гм.- тепло, отводимое гидромотором, кДж;

Q_отв.рт- тепло, отводимое размыкателем тормоза, кДж;

Q_отв.кр.- тепло, отводимое клапаном - регулятором, кДж;

Q_отв.гц.- тепло, отводимое гидроцилиндром, кДж;

Q_отв.ф.- тепло, отводимое фильтром, кДж;

Q_отв.б.- тепло, отводимое баком, кДж;

Q_отв.тр.- тепло, отводимое трубопроводом, Дж/с.

Отклонение значения действительного количества отводимого тепла от значения выделяемого ДQ, %, вычисляют по формуле

, (122)

.

В результате данного расчёта нами было установлено, что количество выделяемого от гидропривода тепла больше отводимого на 10%. Такая разница в значениях допустима.

Заключение

В данной курсовой работе был проведен расчет параметров элементов гидропривода стрелового самоходного крана. Таким образом был спроектирован гидропривод автомобильного крана по заданной грузоподъёмности 27000 килограмм. Полученные нами отклонения всех действительных значений параметров гидропривода от заданных не превышают 10%.

Литература

1. Анурьев В. И. ,,Справочник конструктора - машиностроителя.» , 3т.-6-е изд., перераб. И доп. -М .: Машиностроение, 1982 г. 576 с., ил.

2. Ульяновский завод, ,, Паспорт распределителей типа 2Р203В10 и

2Р323В10.» 1989г. 25с.

3. Васильченко В. А. ,,Гидравлическое оборудование мобильных машин»:

справочник - М.: Машиностроение, 1983- 301с.

4. Гидро- и пневмопривод и его элементы. Рынок продукции: Каталог/Г46 Коллектив составителей. - М.: Машиностроение, 1992. - 232с., ил.

5 Вильнер Я. М. , Ковалев Я. Т. , Некрасов Б. Б. ,, Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам.'' , под редакцией Некрасова Б.Б.-

изд. Минск, Высшая школа 1976 г. 415с.

6. Вайсон А.А. Подъёмно - транспортные машины: Учебник для вузов по специальности «Подъёмно - транспортные машины и оборудование». - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. - 536с.: ил.

7. ПО «Московский машиностроительный завод им. Калинина». Гидроклапаны предохранительные 510.32.00, 510.32.10. Паспорт 510.32.00 ПС. - М.: ПО «ММЗ им. Калинина», 1995. - 8с.

Размещено на Allbest.ru