Міністерство освіти Російської Федерації
Сибірська державна автомобільно-дорожня академія
(СібАДІ)
Кафедра «Підйомно-транспортні, тягові машини і гідропривід»
Курсова робота
Розрахунок об'ємного гідроприводу автомобільного крана
Варіант № 10.10
Виконав: студент
гр. АП-03Т1 Піжун
Перевірив: Мурсеев І. М.
Омськ-2007
Зміст
Введення
1. Вихідні дані для розрахунку гідроприводу зворотно-поступального руху
2. Опис принципової гідравлічної схеми
3. Розрахунок об'ємного гідроприводу
3.1 Визначення потужності гідроприводу і насоса
3.2 Вибір насоса
3.3 Визначення внутрішнього діаметра гідроліній, швидкостей руху рідини
3.4 Вибір гідроапаратури, кондиціонерів робочої рідини
3.5 Розрахунок втрат тиску в гидролінія
3.6 Розрахунок гідромоторів
3.7 Тепловий розрахунок гідроприводу
Висновок
Список літератури
Введення
Під об'ємним гідроприводом розуміють сукупність пристроїв, до числа яких входить один або кілька об'ємних гідродвигунів, призначених для приведення в рух механізмів і машин з допомогою робочої рідини під тиском.
Сучасний рівень розвитку будівельного і дорожнього машинобудування характеризується широким застосуванням об'ємного гідравлічного приводу. Широке застосування гідравлічного приводу пояснюється цілим рядом його переваг у порівнянні з іншими типами приводу:
1. Висока компактність при невеликих масі і габаритних розмірах гідрообладнання в порівнянні з масою і габаритними розмірами механічних приводних пристроїв тієї ж потужності, що пояснюється відсутністю або застосуванням у меншій кількості таких елементів, як вали, шестеренні і ланцюгові редуктори, муфти, гальма, канати та ін
2. Можливість реалізації великих передавальних чисел. В об'ємному гідроприводі з використанням високомоментних гідромоторів передавальне число може досягати 2000.
3. Невелика інерційність, забезпечує гарні динамічні властивості приводу. Це дозволяє зменшити тривалість робочого циклу і підвищити продуктивність машини, тому що включення і реверсування робочих органів здійснюються за частки секунди.
4. Безступінчасте регулювання швидкості руху, що дозволяє підвищити коефіцієнт використання приводного двигуна, спростити автоматизацію приводу і поліпшити умови роботи машиніста.
5. Зручність і простота управління, які зумовлюють невелику витрату енергії машиністом і створюють умови для автоматизації не тільки окремих операцій, але і всього технологічного процесу, що виконується машиною.
6. Незалежне розташування складальних одиниць приводу, що дозволяє найбільш доцільно розмістити їх на машині. Насос зазвичай встановлюють у приводного двигуна, гідродвигуни - безпосередньо у виконавчих механізмів, елементи управління - біля пульта машиніста, виконавчі Гідроапарати - у найбільш зручному за умовами компонування місці.
7. Надійне запобігання від перевантажень приводного двигуна, системи приводу, металоконструкцій і робочих органів завдяки установці запобіжних і переливних гідроклапанов.
8. Простота взаємного перетворення обертального і поступального рухів в системах насос - гідромотор і насос - гідроциліндр.
9. Застосування уніфікованих складальних одиниць (насосів, гідромоторів, гідроциліндрів, гідроклапанов, гідророзподільників, фільтрів, з'єднань трубопроводів та ін), що дозволяє знизити собівартість приводу, полегшити його експлуатацію та ремонт, а також спростити і скоротити процес конструювання машин.
Більшість СДМ - бульдозери і розрихлювачі, фронтальні навантажувачі і лісонавантажувачі, скрепери, автогрейдери і грейдер-елеватори, одноківшеві універсальні і багатоковшеві траншейні екскаватори, самохідні крани, дорожні катки, бетоноукладачі, асфальтоукладальники - мають гідравлічний привід робочих органів.
1. Вихідні дані для розрахунку гідроприводу зворотно-поступального руху
Номінальний тиск в гідросистемі р ном, МПа | 6,3 |
Момент на валу гідромотора М, Н · м | 180 |
Частота обертання вала гідромотора n м, об / хв | 800 |
Довжина гідролінії від бака до насоса (всмоктуючої) l нд, м | 0,2 |
Довжина гідролінії від насоса до розподільника (напірній) l нап, м | 5 |
Довжина гідролінії від розподільника до ГЦ (виконавчої) l ісп, м | 7 |
Довжина гідролінії від розподільника до бака (зливний) l сл, м | 3 |
Кутник сверлених, шт | 6 |
Кутник з поворотом 90 0, шт | 2 |
Штуцер приєднувальний, шт | 4 |
Муфта роз'ємна, шт | 2 |
Коліно плавне з поворотом 90 0, шт | 2 |
Максимальна температура робочої рідини t ж, 0 С | +65 |
Температура навколишнього середовища t в, 0 С | - 10 ... +50 |
2. Опис принципової гідравлічної схеми
На малюнку 1 зображено принципова гідравлічна схема приводу повороту платформи автокрана.
Малюнок 1 Принципова гідравлічна схема приводу платформи автокрана
На поворотній платформі розміщується робоче устаткування крана з приводом від гідромоторів. Робоча рідина від насоса Н подається через центральне обертове з'єднання до секционному гідророзподільника Р4 і одночасно до запобіжних клапанів КП1, а також в гидролінію управління гідрозамикателямі гальм через золотник Р2 з електроуправлінням. Золотник Р1 встановлений також в гідролінії управління запобіжного клапана.
При відсутності напруги в електромагнітах золотник Р1, гідроциліндр Ц гідроразмикателя гальм і гидролінія управління запобіжного клапана КП2 з'єднуються з дренажною лінією. При цьому гальма механізмів замкнуті, а робоча рідина подається насосом через переливний гідроклапан в зливну гидролінію, звідки через фільтр Ф зливається в гідробак.
При подачі напруги на електромагніти золотників Р1, Р2 вони переключаються в робочу позицію. У цьому випадку робоча рідина через гідророзподільник Р4 надходить в зливну гидролінію і подається до додаткових золотникам, а злив через запобіжний клапан КП2 стає можливим тільки при перевищенні тиску його налаштування.
При переміщенні золотника гідророзподільника Р4 переміщається додатковий золотник, внаслідок чого переливний гідроклапан закривається, робоча рідина від насоса надходить до гідромоторів М і одночасно до гідроциліндра гальма, розмикаючи гальмівний пристрій. Протилежна порожнину гідромотора при цьому з'єднується з зливний гідролінії.
3. Розрахунок об'ємного гідроприводу
3.1 Визначення потужності гідроприводу і насоса
Корисну потужність гідродвигуна зворотно-поступальної дії (гідроциліндра) N ГДВ, кВт, визначають за формулою:
N ГДВ = М · 2π · n м, (1)
де - момент на валу гідромотора, кН · м;
n м - частота обертання вала гідромотора, об / с.
N ГДВ = 0,18 · 2.3, 14.13, 33 = 15,1 кВт
Корисну потужність насоса N нп, кВт, визначають за формулою:
N нп = k зу · k ЗС · N ГДВ, (2)
де k зу - коефіцієнт запасу по зусиллю, що враховує гідравлічні втрати тиску в місцевих опорах і по довжині гідроліній, а також втрати потужності на подолання інерційних сил, сил механічного тертя в рухомих опорах (1,1 ... 1,2);
k Зс - коефіцієнт запасу за швидкістю, що враховує витікання робочої рідини, зменшення подачі насоса із збільшенням тиску в гідросистемі (1,1 ... 1,3).
N нп = 1,1 · 1,1 · 15,1 = 18,3 кВт
3.2 Вибір насоса
Подача насоса Q н, дм 3 / с, визначають за формулою:
Q н = N нп / р ном, (3)
де р ном - номінальний тиск, МПа.
Q н = 18,3 / 6,3 = 2,9 дм 3 / с
Робочий об'єм насоса q н, дм 3 / об, визначають за формулою:
q н = N нп / (р ном · n н), (4)
де n н - частота обертання вала насоса, з -1 (n н = 1500 об / хв = 25 с -1).
q н = 18,3 / (6,3 · 25) = 0,12 дм 3 / об
Вибираємо насос НШ-250-3 по відповідним параметрам р ном і q н.
По технічній характеристиці вибраного насоса (Таблиця 1) виробляємо уточнення дійсної подачі насоса Q нд, дм 3 / с, за формулою:
Q нд = q нд · n нд · ŋ про, (5)
де q нд - дійсний робочий об'єм насоса, дм 3 / об;
n нд - дійсна частота обертання насоса, с -1;
ŋ про - об'ємний ККД насоса.
Q нд = 0,25 · 25.0, 94 = 5,88 дм 3 / c
Таблиця 1
Параметр
Значення
Робочий об'єм, см 3 / об
250
Тиск на виході, МПа:
номінальне
максимальне
16
20
Тиск на вході в насос, МПа:
мінімальне
максимальне
0,08
0,15
Частота обертання вала, об / хв:
мінімальна
номінальна
максимальна
960
1500
1920
Номінальна споживана потужність, кВт
106,2
ККД насоса
0,85
Об'ємний ККД
0,94
Маса, кг
45,6
3.3 Визначення внутрішнього діаметра гідроліній, швидкостей руху рідини
Задамося швидкостями руху рідини / 4 /.
Для всмоктуючої гідролінії приймемо V НД = 1,2 м / с.
Для зливний гідролінії приймемо V сл = 2 м / с.
Для напірної гідролінії приймемо V нап = 6,2 м / с.
Розрахункове значення діаметра гідролінії d p, м, визначається за формулою:
(6)
Для всмоктуючої гідролінії:
За розрахунковим значенням внутрішнього діаметра гідролінії d p НД = 79мм виробляємо вибір трубопроводу по ГОСТ 8734-75, при цьому дійсне значення діаметра всмоктувального трубопроводу d НД = 80 мм.
Значення товщини стінки трубопроводу приймемо 4 мм.
Для зливний гідролінії:
За розрахунковим значенням внутрішнього діаметра гідролінії d p сл = 61 мм виробляємо вибір трубопроводу по ГОСТ 8734-75, при цьому дійсне значення діаметра зливного трубопроводу d сл = 64 мм.
Значення товщини стінки трубопроводу приймемо 4 мм.
Для напірної гідролінії:
За розрахунковим значенням внутрішнього діаметра гідролінії d p нап = 35 мм виробляємо вибір трубопроводу по ГОСТ 8734-75, при цьому дійсне значення діаметра напірного трубопроводу d нап = 40 мм.
Значення товщини стінки трубопроводу приймемо 4 мм.
Дійсна швидкість руху рідини V жд, м / с, визначається за формулою:
(7)
Для всмоктуючої гідролінії:
Для зливний гідролінії:
Для напірної гідролінії:
3.4 Вибір гідроапаратури, кондиціонерів робочої рідини
Технічна характеристика секційного гідророзподільника Р-40.160-20.1-07.1-30, / 6 /:
Таблиця 2
Параметр
Значення
Номінальний тиск, МПа
16
Витрата робочої рідини, дм 3 / хв
360
Максимальне зусилля для переміщення золотника з нейтральної позиції в робочі при номінальному тиску і витрати, Н
500
Кількість всіх секцій, що збираються в одному блоці, не більше
6
Тиск на зливний гідролінії, МПа, не більше
0,8
Втрати тиску при робочій позиції золотника, МПа, не більше
0,65
Витікання робочої рідини через зворотний клапан напірної секції при номінальному тиску, см 3 / хв, не більше
10
Технічна характеристика гідророзподільника системи управління У4690.90, / 6 /:
Таблиця 3
Параметр
Значення
Номінальний тиск, МПа
16
Витрата робочої рідини, дм3/хв
360
Втрата тиску при номінальному потоці, МПа
0,5
Тиск на зливний гідролінії, МПа, не більше
0,8
Номінальна напруга, В
12/24
Номінальна сила струму, А
1
Початкове тягове зусилля, Н
150
Витікання робочої рідини по зазорах при номінальному тиску, см3/хв
100
Основні параметри запобіжного клапана прямої дії типу К31602, / 6 /:
Таблиця 4
Параметр
Значення
Умовний прохід, мм
40
Максимальна витрата, дм3/хв
420
Діапазон регулювання тиску, МПа
8-20
Маса, кг
4,2
Основні параметри дроселя типу 63100, / 6 /:
Таблиця 5
Параметр
Значення
Умовний прохід, мм
40
Номінальна витрата, дм3/хв
360
Максимальний тиск, МПа
35
Маса, кг
4,0
Технічна характеристика фільтра типу 1.1.64-25, / 6 /:
Таблиця 6
Параметр
Значення
Умовний прохід, мм
64
Номінальна витрата через фільтр, дм3/хв
360
Номінальна тонкість фільтрації, мкм
25
Номінальний тиск, МПа
0,63
Номінальний перепад тиску при номінальній витраті, МПа, не більше
0,11
Перепад тиску на фільтроелемента при відкриванні перепускного клапана, МПа
0,3
Ресурс роботи фільтру, год
300
Маса сухого фільтра, кг
20
В якості робочої рідини приймемо ВМГЗ (ТУ 101479-74), / 5 /:
Таблиця 7
Параметр
Значення
Щільність при 20 ° С, кг/м3
855
В'язкість при 50 ° С, сСт
10
Температура застигання, ° С
-60
Температура спалаху, ° С
135
3.5 Розрахунок втрат тиску в гидролінія
Для всмоктуючої гідролінії:
Визначаємо число Рейнольдса Re за формулою:
(8)
де V жд - дійсна швидкість руху рідини в гідролінії, м / с;
d - внутрішній діаметр гідролінії, м;
ν - кінематичний коефіцієнт в'язкості робочої рідини, м 2 / с.
Так як отримане число Рейнольдса Re = 9360> 2320, то рух рідини у всмоктувальній гідролінії турбулентний.
Визначаємо коефіцієнт колійних втрат λ (коефіцієнт Дарсі) для турбулентного режиму за формулою:
, (10)
Втрати тиску по довжині гідролінії Δ p l, МПа, (дорожні) визначаються за формулою:
(11)
де l - довжина гідролінії, м (для всмоктуючої l = l нд, для напірної l = l нап + l ісп, для зливної l = l сл + l ісп);
ρ - щільність робочої рідини, кг / м 3.
Втрати тиску в місцевому опорі Δ p м, МПа, визначаються за формулою:
(12)
де ξ - коефіцієнт місцевого опору (для рознімної муфти ξ = 1).
Втрати тиску в гідролінії Δ p, МПа, визначаються за формулою:
Δ p = Δ p l + Δ p м, (13)
Δ p НД = 0,00005 +0,0012 = 0,00125 МПа
Для напірної гідролінії:
Визначаємо число Рейнольдса у напірній гідролінії за формулою (8):
Так як отримане число Рейнольдса Re = 18720> 2320, то рух рідини в напірній гідролінії турбулентний.
Визначаємо коефіцієнт колійних втрат для турбулентного режиму за формулою (10):
Визначаємо втрати тиску по довжині гідролінії Δ p l, МПа, (дорожні) за формулою (11):
Визначаємо втрати тиску в місцевому опорі Δ p м, МПа, за формулою (12), для кутника свердлене коефіцієнт місцевого опору ξ = 2:
Визначаємо втрати тиску в напірній гідролінії Δ p, МПа, за формулою (13):
Δ p нап = 0,076 +0,112 = 0,188 МПа
Для зливний гідролінії:
Визначаємо число Рейнольдса в зливний гідролінії за формулою (8):
Так як отримане число Рейнольдса Re = 11712> 2320, то рух рідини в зливний гідролінії турбулентний.
Визначаємо коефіцієнт колійних втрат для турбулентного режиму за формулою (10):
Визначаємо втрати тиску по довжині гідролінії Δ p l, МПа, (дорожні) за формулою (11):
Визначаємо втрати тиску в місцевому опорі Δ p м, МПа, за формулою (12), для штуцера приєднувального коефіцієнт місцевого опору ξ = 0,1:
Визначаємо втрати тиску в зливний гідролінії Δ p, МПа, за формулою (13):
Δ p сл = 0,0067 +0,00057 = 0,00727 МПа
3.6 Розрахунок гідромоторів
Потужність гідромотора N м, кВт, визначають за формулою:
(14)
де q м - робочий об'єм гідромотора, дм 3 / об,
p м - перепад тиску на гідромотори, МПа, який знаходиться за формулою:
р м = (р ном - Δр нап) - Δр сл, (15)
р м = (6,3 · 10 6 - 0,188 · 10 6) - 0,00727 · 10 6 = 6,105 · 10 6 Па
Робочий об'єм гідромотора q м, дм 3, визначається з формули:
(16)
Так само має виконуватися Q нд = Q м, тоді:
(17)
Знаходимо середнє значення робочого об'єму гідромотора q м, дм 3 / об, за формулою:
(18)
Приймемо гідромотор МГП-200 з наступними характеристиками:
Таблиця 8
Параметр | Значення |
Номінальний робочий об'єм, см 3 | 200 ± 9 |
Частота обертання, об / с | 5,41 |
Тиск на вході, МПа | 16 |
Крутний момент, Н. М | 300 |
Гидромеханічеській ККД | 0,9 |
ККД | 0,85 |
Маса, кг | 11,1 |
Дійсні значення крутного моменту і частоти обертання вала гідромотора визначають за формулами:
(19)
(20)
де ŋ гм - гідромеханічний ККД гідромотора;
ŋ про - об'ємний ККД гідромотора.
Порівнюємо дійсні і задані параметри за відносним величинам:
(21)
де М - заданий момент, Н. м.
Відхилення дійсного значення моменту від заданого перевищує ± 10%.
(22)
Відхилення дійсного значення частоти обертання від заданого перевищує ± 10%.
3.7 Тепловий розрахунок гідроприводу
Визначаємо гідравлічний ККД η г гідроприводу за формулою:
(23)
Визначаємо гідромеханічний ККД η ГМП приводу за формулою:
ŋ ГМП = ŋ ДМН · ŋ гм · ŋ р, (25)
ŋ ГМП = 0,9 · 0,9 · 0,97 = 0,79
Визначаємо кількість виробленого тепла Q вид, Вт, за формулою:
(26)
де ŋ ГМП - гідромеханічний ККД гідроприводу;
k в - коефіцієнт тривалості роботи гідроприводу (k в = 0,5);
k д - коефіцієнт використання номінального тиску (k д = 0,7).
Визначаємо кількість тепла Q отв, Вт, відведеного в одиницю часу від поверхонь металевих трубопроводів, гідробака при сталій температурі рідини, за формулою:
(27)
де k тп - коефіцієнт теплопередачі від робочої рідини в навколишнє повітря, Вт / м 2 град (k тп = 12 Вт / м 2 град);
t ж - усталена температура робочої рідини, ° С;
t 0 - температура навколишнього повітря, ° С;
S б - площа поверхні гідробака, м 2;
- Сумарна площа зовнішньої тепловідводної поверхні трубопроводів, м 2, яка визначається за формулою:
(28)
де S нап, S нд, S сл - площі зовнішньої поверхні трубопроводів напірного, всмоктувального, зливного відповідно, м 2, які знаходяться за формулою:
(29)
де d i - внутрішній діаметр i-го трубопроводу, м;
δ i - товщина стінки i-го трубопроводу, м;
l i - довжина i-го трубопроводу, м.
Відповідно до рівняння теплового балансу Q вид = Q отв, тоді:
Обсяг гідробака V, дм 3, визначається за формулою:
(30)
Хвилинна подача насоса Q нд = 352,8 дм 3 / хв.
Так як обсяг гідробака V> 3 Q нд (3050> 1058,4), то потрібне встановлення теплообмінника.
Задамося обсягом гідробака з обліку, що V = (0,8 ÷ 3,0) Q нд. Нехай V = 500 дм 3, тоді з формули (33) площа бака S б, м 2, дорівнює:
(31)
Визначаємо площу тепловідводної поверхні теплообмінника S т, м 2, з формули:
(32)
де k ТПТ - коефіцієнт теплопередачі від поверхні теплообмінника в повітря, Вт / м 2 град (k ТПТ = 150 Вт / м 2 град).
Висновок
У курсовій роботі було проведено розрахунок гідросистеми повороту платформи автокрана. Була обрана гідроапаратура, насос, гідроциліндр і гидробак з теплообмінником.
Відхилення дійсного значення швидкості від заданого перевищує ± 10%. Відхилення дійсного значення зусилля від заданого перевищує ± 10%.
Список літератури
1. Розрахунок об'ємного гідроприводу мобільних машин. Методичні вказівки. / Укл. Н.С.Галдін.-Омськ СібАДІ, 2003.-28с.
2. Завдання на курсову роботу з гідроприводу дорожньо-будівельних машин. / Укл. Т. В. Алексєєва. Н. С. Галдін .- Омськ СібАДІ, 1984.-36с.
3. Додатки до завдань на курсову роботу з гідроприводу дорожньо-будівельних машин. / Укл. Т. В. Алексєєва. Н. С. Галдін .- Омськ СібАДІ, 1984.-36с.
4. Основи машинобудівної гідравліки. / Т. В. Алексєєва, М. С. Галдін, В. С. Щербаков .- Омськ: ОмПІ, 1986.-87с.
5. Елементи об'ємних гідроприводів будівельних і дорожніх машин і їх вибір при курсовому і дипломному проектуванні. Ч.1. Насоси та гідродвигуни: Методичні вказівки / Укл.: Т. В. Алексєєва, В. С. Башкіров, Н. С. Галдін; СібАДІ .- Омськ, 1983. -30с.
6. Елементи об'ємних гідроприводів будівельних і дорожніх машин і їх вибір при курсовому і дипломному проектуванні. Ч.2. Гідроапаратура: Методичні вказівки / Укл.: Т. В. Алексєєва, В. С. Башкіров, Н. С. Галдін; СібАДІ .- Омськ, 1983.-26с.