Розрахунок піднімального механізму самоскида

Введення
Автомобілі-самоскиди призначені для масових перевезень сипучих і в'язких вантажів. Застосування механічної розвантаження шляхом нахилу кузова у поєднанні з механічною навантаженням екскаватором, транспортером або з бункера дозволяє значно збільшити продуктивність автомобіля.
Автомобільна промисловість випускає самоскиди різної вантажопідйомності - від 2,25 т (ГАЗ-93А) до 40 т (БелАЗ-548), причому всі самоскиди (за винятком надважких машин Білоруського і Могілсвского заводів) виготовляють на базі стандартних автомобілів. Шасі автомобіля-самоскида має такі основні відмінності від шасі базової моделі автомобіля з бортовим кузовом: укорочену раму і меншу базу, посилені задні ресори, зменшену довжину заднього карданного валу, змінене місце кріплення заднього ліхтаря, змінене місце кріплення утримувача запасного колеса.
На всіх самоскидах встановлюють гідравлічні підйомні механізми з одним або двома циліндрами. Циліндри підйомників бувають телескопічні і прості. Платформа самоскида зазвичай перекидається тому. У деяких самоскидів платформа перекидається на дві бічні або на три сторони.
На автомобілях-самоскидах зустрічаються дві схеми підйомних механізмів: а) з безпосереднім впливом штока гідроциліндра на платформу, з впливом штока гідравлічного циліндра на платформу за допомогою важільно-балансирний системи.
Управління підйомом платформи буває механічним і пневматичним (МАЗ-503).

Вихідні дані:
вантажопідйомність Q = 5,5 т (5500 кг)
довжина платформи l = 3,2 м (3200 мм)
висота h = 0,97 м (970 мм)
кут підйому φ = 600

1.Визначення кінематичних і силових параметрів підйомного механізму.
Для проектування підйомного механізму необхідно мати такі вихідні дані:








Положення центра ваги платформи визначається компонуванням.
Для визначення радіуса повороту платформи необхідно задатися становищем O поворотного шарніра.
Для визначення геометричних параметрів ланок системи з'єднаємо точку Про шарнірного з'єднання платформи з рамою автомобіля точками О1 і О2 кріплення гідроциліндра до рами автомобіля і до платформи і визначимо кути a та f0 отриманого трикутника, а також а також довжину L гідроциліндра в процесі висунення рухливих ступенів і плече b дії сили F прикладеної до платформи гідроциліндром.
Користуючись теоремою косинусів визначимо початкові параметри платформи до її підйому при засунуті щаблях гідроциліндра


підставивши значення L з виразу (1) в (2) отримаємо:






Плече lі дії сили від ваги вантажу з платформою є змінною величиною, яка залежить від кута f підйому платформи з вантажем
кут між радіусом і плечем дії сили від ваги вантажу з платформою у вихідному положенні при опущеною платформі:


де r радіус дії сили схилу вантажу з платформою, який визначається з побудови;














За результатами розрахунку зусиль побудований графік залежності сили Fi, створюваної гідроциліндром в залежності від кута f підйому платформи.






У загальному випадку сила Fi, створювана плунжером відповідної ступені телескопічного гідроциліндра визначається за відомою формулою
=
де p робочий тиск у гідросистемі, створюване шестеренних насосів, p = pн = 10 ... 12,5 МПа;
Ai площа поперечного перерізу плунжера відповідної ступені гідроциліндра, м2;
Hм = 0,96 ... 0,97 механічний ККД гідроциліндра;
Di розрахунковий діаметр плунжера відповідної ступені гідроциліндра, м;
Діаметр поперечного перерізу ущільнюючого гумового кільця
d = 4 ... 7 мм.
При гідравлічному розрахунку телескопічного гідроциліндра приймаємо:
робочий тиск = Pн = 10 МПа; механічний ККД гідроциліндра ; Діаметр поперечного перерізу ущільнюючого кільця мм; допустима напруга на розтяг гідроциліндра з матеріалу Сталь 45 з межею текучості SТ = 360 МПа (табл. 2.1 прогр. I).
Приймаючи коефіцієнт запасу міцності [s] = 3, отримаємо
[ p] =     s] = 120 МПа
Визначення геометричних параметрів гідроциліндра
Розрахунковим зусиллям Fi є максимальне зусилля відповідне початку висування чергової сходинки гідроциліндра прийняте за графіком.
Кути відповідних зусиль знаходимо за формулою:






а саме: усіліеF1 = кН відповідає закінчення висування другого ступеня і початку висування плунжера першого ступеня гідроциліндра; F2 = кН відповідає закінчення висування третього ступеня і початку висування другого ступеня; F3 = кН відповідає початку висування третього ступеня гідроциліндра.
З формули визначаємо діаметр Di плунжера відповідної ступені гідроциліндра.
Діаметр D1 плунжера 1 першої ступені гідроциліндра




мм
Визначаємо мінімальне значення діаметру другого ступеня гідроциліндра:
Па


мм


мм
де a2 габаритний розмір в конструкції під ущільнення плунжера 1 першої ступені гідроциліндрі.
  товщина стінки другого ступеня гідроциліндра


мм
Перевіряємо отримане розрахункове значення діаметра другого ступеня по зусиллю F2

мм
Приймаються за розрахунковий діаметр D2 другого ступеня більша з двох обчислених раніше значень діаметрів а саме = 63мм.
Визначаємо мінімальне значення діаметру D3 третього ступеня 3 гідроциліндра


мм

мм
Перевіряємо отримане розрахункове значення діаметра другого ступеня по зусиллю F3

мм
Приймаються за розрахунковий діаметр D3 другого ступеня більша з двох обчислених раніше значень діаметрів а саме = 76 мм.
Діаметр Dк корпусу гідроциліндра визначаємо конструктивно виходячи з умови розміщення в ньому третього ступеня гідроциліндра


мм

мм
Мінімальну товщину стінки днища гідроциліндра  дн приймаємо в межах  дн = (2 ... 4)  к; мм.
мм
При величині зовнішнього діаметра плунжера 1 першої ступені D1> 40 мм рекомендується плунжер виготовляти порожнистим з (труби). З цією метою визначаємо його внутрішній діаметр d0:


м
де Fmax максимальне зусилля розвивається гідроциліндром (Fmax = F3);
Виходячи з умов експлуатації телескопічного гідроциліндра підйомного механізму автомобіля-самоскида мінімальна товщина стінки порожнистого плунжера 1 не повинна бути менше 10 мм. тобто  min = 10 мм.
З урахуванням виконаних розрахунків

мм
Тоді внутрішній діаметр d0 плунжера:

мм
Розрахунок тиску робочої рідини в гідроциліндрі
Розрахунок тиску p робочої рідини в телескопічному гідроциліндрі в залежності від кута підйому платформи проводиться для кожної висувною ступені з урахуванням її площі за формулою: Pi = Fi / Ai
де Fi зусилля створюване гідроциліндром в залежності від кута підйому платформи;
Ai-площа поперечного перерізу відповідної ступені гідроциліндра.
Результати розрахунку тиску представлені графічно.
З графіка випливає, що в момент закінчення висування попереднього ступеня і почала висунення наступної тиск зростає, а потім плавно падає до повного висунення даному ступені. Це викликано тим, що для кожної висувною щаблі тиск p в гідроциліндрі визначається діленням зусилля на меншу площу подальшої висувною щаблі.

м2




м2




м2




Розрахунок гідроциліндра на поздовжню стійкість
Поздовжня стійкість телескопічного гідроциліндра забезпечується при співвідношенні довжини ходу l плунжера до його діаметра D: l / D <10. При більшому співвідношенні
необхідно використовувати іншу методику.






Поздовжня стійкість телескопічного гідроциліндра забезпечується
Розрахунок параметрів опор гідроциліндра
Діаметр DЦ або щаровой опори dк розраховують, виходячи з умови невидавліванія масла при допустимому тиску в шарнірному з'єднанні q = 15 ... 20 МПа за формулою:

Па

мм приймаємо 36мм



мм приймаємо найближчий більше 34мм
Визначаємо розрахункове значення витрати робочої рідини Qр триступінчатим телескопічним гідроциліндром, при середній швидкості vср підйому платформи


дм / м


Приймаються шестерневий насос типу НШ32У, подання якої л / м при частоті обертання приводного валу 1440 об / м і  про .= 0,92.
Необхідна частота обертання n приводного валу вибраного насоса для забезпечення розрахункової подачі Qр = 24 л / м.


Визначаємо потужність споживану насосом:

Вт
Визначення середньої швидкості. Для цього визначаємо швидкість руху кожного ступеня гідроциліндра

m / c

m / c

m / c

m / c
Визначаємо діаметр підвідного трубопоровода dтр

дм
За обчисленому діаметру dтр приймаємо найближчим менше значення з ряду стандартних номінальних діаметрів труб або так званих умовних проходів. Діаметр залишається той самий.
Розрахунок піднімального механізму автомобіля-самоскида
Визначення кінематичних і силових параметрів підйомного механізму.

Вихідні дані: G = 5500 кг = 5,5 т - вага вантажу з платформою, l = 3,2 м - довжина кузова, h = 0,97 м - висота кузова, φ = 60 ˚ - кут підйому платформи, p = pн = 10 МПа - тиск в гідросистемі.
Крім того R - радіус повороту платформи; φ0-кут, що визначає вихідне положення радіусу повороту при опущеною платформі; φmax - кут, що визначає положення радіусу повороту при повністю піднятою платформі φmax-φ 0 = φ, (φ - заданий кут підйому платформи).
Зусилля F гідропідйомника залежить від кута φ рис.1. Положення центра ваги платформи визначається компонуванням. Для визначення радіуса повороту платформи необхідно задатися становищем O поворотного шарніра.
Для визначення геометричних параметрів ланок системи з'єднаємо точку Про шарнірного з'єднання платформи з рамою автомобіля точками О1 і О2 кріплення гідроциліндра до рами автомобіля і до платформи і визначимо кути α і φ0 отриманого трикутника, а також а також довжину L гідроциліндра в процесі висунення рухливих ступенів і плече b дії сили F прикладеної до платформи гідроциліндром.
Користуючись теоремою косинусів, визначимо початкові параметри платформи до її підйому при засунуті щаблях гідроциліндра:
(1)
,
підставивши значення b з виразу (3) в (2) отримаємо:
. (2)
, (3)
 φ0 = 18,74 o).
Аналогічно знайдемо кути підйому кузова φ4 і φ9 при повністю висунутих 1-й і 2-II рівнях гідроциліндра.

φ4 + φ0 = 37,35 ˚ => φ4 = 37,35 ˚ - φ0 = 37,35 ˚ -18,74 o = 18,61 ˚
φ9 + φ0 = 57,3 ˚ => φ9 = 57,3 ˚ - φ0 = 57,3 ˚ -18,74 ˚ = 38,56 ˚ =
,
(Α = 50,076 ˚).
, М (4)


Плече lі дії сили від ваги вантажу з платформою є змінною величиною, яка залежить від кута φi підйому платформи з вантажем:
li = r · cos (γ + φ), (5)
де r - радіус дії сили схилу вантажу з платформою, який визначається з побудови;
γ-кут між радіусом і плечем дії сили від ваги вантажу з платформою у вихідному положенні при опущеною платформі. Результати розрахунків в табл.1.
Таблиця 1

φi		li
0		1799,3
5		1753,2
10		1693,7
15		1621,3
18,61		1561,4
20		1536,6
25		1440,2
30		1332,8
35		1215,3
38,56		1125,9
40		1088,5
45		953,45
50		811,14
55		662,66
60		509,13

, (Γ = 14,07 °). (6)
Зусилля створюване гідроциліндром необхідне для підйому платформи визначаємо аналітичним методом використовуючи рівняння моментів усіх сил, що діють на платформу щодо точки О (осі обертання платформи) (рис.1).
(7)
За результатами розрахунку зусиль (табл.2) побудований графік (рис.2) залежності сили Fi, створюваної гідроциліндром в залежності від кута φi підйому платформи.
Таблиця 2

φi	li	bi	Fi = G · 9,81 · (li / bi)	Fi, кН
0	1799,3	3308,7	Fi = 5,5 · 9,81 · (1799,3 / 3308,7) =	29,34
5	1753,2	3338,3	Fi = 5,5 · 9,81 · (1753,2 / 3338,3) =	28,34
10	1693,7	3335,2	Fi = 5,5 · 9,81 · (1693,7 / 3335,2) =	27,4
15	1621,3	3312,9	Fi = 5,5 · 9,81 · (1621,3 / 3312,9) =	26,41
18,61	1561,4	3288,5	Fi = 5,5 · 9,81 · (1561,4 / 3288,5) =	25,62
20	1536,6	3277,6	Fi = 5,5 · 9,81 · (1536,6 / 3277,6) =	25,3
25	1440,2	3232	Fi = 5,5 · 9,81 · (1440,2 / 3232) =	24,04
30	1332,8	3177,8	Fi = 5,5 · 9,81 · (1332,8 / 3177,8) =	22,63
35	1215,3	3115,9	Fi = 5,5 · 9,81 · (1215,3 / 3115,9) =	21,04
38,56	1125,9	3067,5	Fi = 5,5 · 9,81 · (1125,9 / 3067,5) =	19,8
40	1088,5	3047	Fi = 5,5 · 9,81 · (1088,5 / 3047) =	19,27
45	953,45	2971,5	Fi = 5,5 · 9,81 · (953,45 / 2971,5) =	17,31
50	811,14	2889,8	Fi = 5,5 · 9,81 · (811,14 / 2889,8) =	15,14
55	662,66	2802,1	Fi = 5,5 · 9,81 · (662,66 / 2802,1) =	12,76
60	509,13	2708,8	Fi = 5,5 · 9,81 · (509,13 / 2708,8) =	10,14

У загальному випадку сила Fi, створювана плунжером відповідної ступені телескопічного гідроциліндра визначається за відомою формулою
, (8)
де p - робочий тиск в гідросистемі, створюване шестеренних насосів, p = pн = 10 ... 12,5 МПа;
Ai - площа поперечного перерізу плунжера відповідної ступені гідроциліндра, м2;
Hм = 0,96 ... 0,97 - механічний ККД гідроциліндра;
Di - розрахунковий діаметр плунжера відповідної ступені гідроциліндра, м;
Діаметр поперечного перерізу ущільнюючого гумового кільця d = 4 ... 7 мм.
При гідравлічному розрахунку телескопічного гідроциліндра приймаємо:
робочий тиск p = pн = 10 МПа; механічний ККД гідроциліндра Hм = 0,97; діаметр поперечного перерізу ущільнюючого кільця d = 5 мм; допустима напруга на розтяг гідроциліндра з матеріалу Сталь 45 з межею текучості SТ = 360 МПа. Приймаючи коефіцієнт запасу міцності [s] = 3, отримаємо
МПа. (9)
SHAPE \ * MERGEFORMAT

0

5

10

15

20

25

30

35