2018-02-14
438Проектирование гидропривода подъема отвала автогрейдера тяжелого типа
Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Основы гидравлики и гидропривода»
Выполнил студент: группы 7901/Б
Антипина Оксана Ивановна
Проверил: Мельков В.И.
Белово 2011г.
Содержание
1. Исходные данные для проектирования 3
2. Описание работы гидропривода автогрейдера тяжёлого типа 4
3. Расчётная схема 7
4. Выбор рабочей жидкости 8
5. Определение мощности гидропривода и подачи насоса 9
6. Расчёт гидролиний 11
7. Подбор гидравлического оборудования 12
|
|
|
8. Расчёт потерь давления в гидросистеме 14
9. Выбор гидродвигателя 16
10. Построение статической характеристики работы гидропривода 17
11. Составление таблицы действительных характеристик 18
Список литературы 19
1. Исходные данные для проектирования
Проектируемый привод – подъём отвала автогрейдера тяжёлого типа
Нагрузка на штоке гидроцилиндра Т=270 кН;
Скорость движения штока цилиндра ν=18 см/с
Температура окружающей среды t=200C;
Длина всасывающей гидролинии ℓ=2,5 м;
Длина напорной гидролинии ℓ=2,5 м;
Длина исполнительной гидролинии ℓ=5,4 м;
Длина сливной гидролинии ℓ=4,2 м.
Задача проектирования – составить гидравлическую схему, рассчитать привод, подобрать насос, гидродвигатель, систему управления, защиты и вспомогательные органы, при которых спроектированный гидропривод имел бы выходные параметры, максимально приближённые к заданным.
2. Описание работы гидропривода автогрейдера тяжёлого типа
Гидравлический привод в автогрейдерах применяется для подъёма-опускания сменного оборудования кирковщика, бульдозера, подъёма-опускания и поворота отвала, изменения положения выноса тяговой рамы, наклона колёс, поворота передних колёс, рулевого управления.
Гидравлическая схема автогрейдера тяжёлого типа (рис.1) включает:
|
|
|
Гидробак – 1;
Нерегулируемые насосы – 2 и 3;
Секционный распределитель – 4;
Гидроцилиндр подъёма-опускания отвала правый – 5;
Гидроцилиндр выдвижения отвала – 6;
Гидроцилиндр подъёма-опускания кирковщика бульдозерного отвала – 7;
Гидромотор поворота отвала в плане – 8;
Гидроцилиндр выноса тяговой рамы – 9;
Гидроцилиндр подъёма-опускания отвала левый – 10;
Гидроцилиндр управления колёс – 11;
Золотник поворота колёс – 12;
Предохранительный клапан – 13;
Делитель потока – 14;
Гидроусилитель – 15;
Фильтр с переливным клапаном – 16;
Манометры – 17;
Термометр – 18.
Золотники «А» и «Е» управляют гидроцилиндрами 5 и 10 изменения угла наклона отвала в вертикальной плоскости. При подаче жидкости в противоположные полости гидроцилиндров 5 и 10 изменяется угол наклона, а при подаче жидкости в одноименные полости происходит подъём или опускание отвала. Золотник «Б» управляет гидроцилиндром 6 выдвижения отвала в горизонтальной плоскости, а золотник «Д» гидроцилиндром 9 бокового выноса тяговой рамы. Золотники «В» и «Г» управляют соответственно гидромотором 8 поворота круга и подъёмом-опусканием отвала бульдозера кирковщика.
Гидроусилитель 15 и золотник 12 имеют механическую связь с рулевой колонкой автогрейдера. При повороте руля и в зависимости от его положения направляет поток жидкости от насосов в поршневую или штоковую полости гидроцилиндра 11. Делитель потока 14 предназначен для обеспечения рабочей жидкостью двух потребителей гидроусилителя 15 и гидроцилиндра 11 управления колёс одного источника насоса 3 при различных величинах внешних нагрузок, фильтр 16 с переливным золотником установлен на объединенной сливной линии. Для измерения давления в напорных линиях насосов и сливной линии применены манометры 17, а для измерения температуры – дистанционный термометр 18.
С целью повышения точности выполнения планировочных работ на автогрейдерах применяют автоматическое управление отвалом. В качестве управляющих устройств используют системы «Профиль-1» и «Профиль-2».
3. Расчётная схема
4. Выбор рабочей жидкости
Рабочая жидкость выбирается исходя из назначения гидропривода и условий его работы. Для обеспечения работоспособности гидрооборудования рабочая жидкость должна иметь температуру застывания на 10…150С ниже возможной рабочей температуры, вязкость +50 0С – не менее 10 сСт, при – 40 0С – не более 1500 сСт. Из справочной литературы (4,с.23) выбираем масло марки МГ – 30 при температуре окружающей среды 20 0С.
Таблица №1. Характеристика рабочей жидкости МГ – 30
| Плотность при 200С, кг/м3 | Вязкость при 500С, сСт | Температура застывания, 0С | Температура вспышки, 0С | ГОСТ, ТУ |
| 885 | 27…33 | -35 | 190 | ТУ 38 10150-70 |
5. Определение мощности гидропривода и подачи насоса
Мощность гидродвигателя проектируемого привода определяется по заданной нагрузке и скорости движения. Для приводов возвратно-поступательного движения мощность на штоке цилиндра вычисляется по формуле:
Nц=ν∙T
Nц= 0,18 м/с ∙270кН=48,6 кВт
Мощность насоса Nн находится по мощности гидродвигателя с учётом потерь энергии в гидроприводе:
Nн=К∙Nц, где К-коэффициент запаса, учитывающий потери энергии в гидроприводе. Для гидропривода подъёма-опускания отвала, работающего в среднем режиме принимаем К=1,2 (4,с.21).
Nн=1,2∙48,6кВт=58,3кВт (насос регулируемый, т.к. 58,3кВт>10кВт)
Подача насоса рассчитывается как:
Qн= 
, где Р – рабочее давление насоса, определяется по прототипу машины или параметрическому ряду.
По мощности насоса Nн=58,3 кВт из справочной литературы выбираем насос марки 207.32 и выписываем техническую характеристику данного насоса (4,с.26).
|
|
|
Таблица №2. Техническая характеристика аксиально-поршневого регулируемого насоса типа 207.32
| Рабочий объём, см3/об | Давление, МПа с бронзовым блоком цилиндров
| Давление, МПа со стальным блоком цилиндров
| Частота вращения, об/мин максимальная, с-1 | Номинальная подача при αmax, дм3/с | Мощность потребляемая насосом, кВт | КПД при номинальных параметрах
| Масса, кг | |||||
| номинальное | максимальное | номинальное | максимальное | Номинальная, с-1 | максимальная, с-1 | Объёмный | Гидромеханический | Полный | ||||
| 225 | 16 | 25 | 25 | 32 | 20 | 29,2 | 3,5 | 62 | 0,975 | 0,933 | 0,910 | 140 |
Qн= 
3,65 дм3/c
Действительная подача регулируемого насоса Qдн равна расчётной подаче Qн.
Qдн= Qн.=3,65 дм3/c
Действительный рабочий объём при этом:
qдн= 
,
где nн – номинальная частота вращения вала насоса,
ηон – объёмный КПД насоса
qдн= 
=0,187 дм3
6. Расчёт гидролиний
Гидролинии бывают всасывающими, напорными, исполнительными и сливными. Они могут выполняться из труб или резинометаллических шлангов.
Расчётный внутренний диаметр каждой из линий находится как:
d′=2 
,
где ν – рекомендуемые скорости потока жидкости в линиях:
- всасывающей νв=0,5…1,5 м/с;
- сливной νс=1,4…2 м/с;
- напорной и исполнительной νн= νи=3…6 м/с.
Принимаем νв=1,5 м/с; νс=2 м/с; νн= νи=6 м/с (4, с.9).
dв= 
=0,557 дм=55,7 мм
dс= 
=0,482 дм=48,2 мм
dн=dи= 
=0,278 дм=27,8 мм
Действительный диаметр линий выбираем по стандартному ряду выпускаемых труб (4,с.37), принимая d≥ d′ и составляем таблицу
Таблица 3. Размеры стальных бесшовных труб
| Условный проход, мм | Номер ГОСТ | Номинальное давление, МПа | ||||||||
| до 6,3 | до 10 | до 32 | ||||||||
| D | S | d | D | S | d | D | S | d | ||
| 32 | 8732-78 | 50 | 8 | 34 | ||||||
| 50 | 8732-78 | 60 | 5 | 50 | ||||||
| 63 | 8732-78 | 68 | 4 | 60 | ||||||
7. Подбор гидравлического оборудования
В основе подбора оборудования лежат действительные значения подачи насоса Qдн и рабочего давления Р.
Распределители должны обеспечивать функционирование гидропривода. Тип и марку распределителя выбирают по номинальному давлению, подаче насоса или условному проходу и количеству гидродвигателей. У нас секционный распределитель, следовательно по номинальной подаче насоса и номинальному давлению выбираем распределитель марки Р-32.16. и выписываем его технические характеристики (4,с.39)
|
|
|
Таблица №4. Технические характеристики секционного распределителя типа Р-32.16
| Условный проход, мм | Расход масла, дм3/с | Давление, МПа | Максимальное число секций | Внутр.утечки, см3/с | Потери давления, МПа | Масса, кг | ||
| номинальный | максимальный | номинальный | максимальный | |||||
| 32 | 4,2 | 5,3 | 16 | 17,5 | 6 | 18,3 | 0,7/1 | Зависит от числа секций |
Объём бака гидропривода машины рассчитывается по формуле:
W= B∙Qдн,
где Qдн – действительная подача насоса, дм3/с;
В – время прохождения бака жидкостью, с.
Для гидроприводов, работающих в среднем режиме В=70…90 с.
Принимаем В=90 с (4, с.10)
W=90 с∙3,65 дм3/с=328,5 л.
По ГОСТу 12448-80 принимаем бак W=350 л.
В качестве очистителей рабочей жидкости в гидроприводах применяют фильтры. При выборе устройства тонкость очистки принимается с учётом технических требований по эксплуатации насосов, гидромоторов и другого гидрооборудования, примененного в приводе. Типоразмер очистителя выбирается исходя из его пропускной способности, места установки и условий эксплуатации машины (2,с.205) Фильтры тонкой и нормальной очистки, как правило, имеют предохранительный клапан.
Для привода подъёма автогрейдера тяжёлого типа по номинальному расходу насоса выбираем фильтр типоразмера 1.1.50-25 и выписываем технические характеристики (4,с.41)
Таблица №5. Технические характеристики линейного фильтра 1.1.50-25 по ОСТ 22-883-75
| Условный проход, мм | Номинальный расход, дм3/с | Номинальное давление, МПа | Потери давления, МПа | Тонкость фильтрации, мкм | Ресурс фильтроэлемента, ч | Масса сухого фильтра, кг |
| 50 | 4,2 | 0,63 | 0,25...0,35 | 25 | 300 | 18,2 |
8. Расчёт потерь давления в гидросистеме
Потери давления в гидросистеме складываются из потерь во всасывающей (∆Рв), напорной (∆Рн), исполнительной (∆Ри) и сливной (∆Рс) гидролиниях и потерь в элементах гидрооборудования (∆Ро), установленных на этих линиях и работающих в расчётном цикле:
∆Р=∆Рв+∆Рн+∆Ри+∆Рс+∆Ро
∆Рвс=κ 
=0,024 МПа
κ 
=0,00057
∆Рвс=0,00057 
=0,024 МПа
∆Рн=0,00057 
=0,042 МПа
∆Ри=0,00057 
=0,091 МПа
∆Рс=0,00057 
=0,048 МПа
∆Р=0,024+0,042+0,091+0,048+0,7+0,35=1,26 МПа
Результаты расчёта потерь давления в линиях и гидрооборудовании сводим в таблицу №6, подсчитываем суммарные потери давления ∆Р
Таблица №6. Расчёт потерь давления
| Элемент гидросистемы | ℓ,м | d, м | Q, м3/с | ∆Р, МПа |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Всасывающая линия | 2,5 | 0,06 | 3,65 | 0,024 |
| Напорная линия | 2,5 | 0,034 | 3,65 | 0,042 |
| Исполнительная линия | 5,4 | 0,034 | 3,65 | 0,091 |
| Сливная линия | 4,2 | 0,05 | 0,048 | |
| Элемент гидросистемы | ℓ,м | d, м | Q, м3/с | ∆Р, МПа |
| Распределитель | 3,65 | 0,7 | ||
| Фильтр | 2,17 | 0,35 | ||
| Суммарные потери давления, ∆Р | 1,26 | |||
Потери давления во всасывающей линии не должны превышать 0,024 МПа. Суммарные потери давления в гидроприводе составляют не более 10 % давления, развиваемого насосом (Р=16 МПа).
9. Выбор гидродвигателя
В качестве гидродвигателя мы применяем гидроцилиндры.
Выбор нормализованных гидроцилиндров осуществляется по величине хода штока и внутреннему диаметру цилиндра.
По расчётной схеме рабочий ход осуществляется при подаче жидкости в поршневую полость. Следовательно внутренний диаметр цилиндра определяем по формуле:
D= 
,
где ηгм=0,94 – гидромеханический КПД гидроцилиндра
D=2∙ 
=0,11 м=110 мм
По расчётному диаметру выбираем цилиндр и выписываем параметры гидроцилиндра (4,с.35).
Таблица №7. Параметры гидроцилиндра (ОСТ 22-1417-79)
| D мм | d, мм при φ | Ход поршня S, мм | ||||||||||
| 1,2 | 1,6 | |||||||||||
| 110 | 50 | 70 | 250 | 280 | 360 | 400 | 630 | 800 | 1000 | |||
Действительная скорость движения штока при подаче в поршневую полость и работе гидропривода в режиме постоянного расхода равна:
νд= 
= 
=1,92 дм/с =19,2 см/с
∙100 = 
∙100= - 6%
Относительное отклонение в скорости не превышает 10%.
10. Построение статической характеристики работы гидропривода
С целью проведения графического анализа работы и возможностей регулирования проектируемого гидропривода строится его статическая характеристика.
4. Составление таблицы действительных характеристик
Таблица составляется с целью контроля правильности проведённого расчёта, увязки действительных характеристик всех устройств проектируемого привода.
Таблица №8. Действительные характеристики привода
| Устройство | Рд МПа | Qд дм3/с | Nд кВт | νд м/с | Тд кН | nд с-1 | qд дм3 | ηг % | Примечание |
| Насос | 16 | 3,65 | 58,4 | 20 | 0,183 | 0,98 | 207.32 | ||
| Цилиндр | 14,74 | 3,65 | 53,8 | 0,19 | 280 | 0,94 | ОСТ 22-1417-79 | ||
| Распределитель | 15,96 | 3,65 | Р-32.16 | ||||||
| Фильтр | 0,35 | 2,17 | 1.1.50-25 ОСТ 22-883-75 | ||||||
| Бак | 0 | 3,65 | 350 | ГОСТ 12448-80 | |||||
| Кран | -0,024 | 3,65 | 11ч6бк Диаметр 60 мм | ||||||
| Манометр 1 | 16 | 0 | 0–25МПа | ||||||
| Манометр 2 | 0,35 | 0 | 0–1 МПа | ||||||
| Гидросистема | 0,92 |
Список литературы
1. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика: Справочное пособие. – М.: Машиностроение, 1971. – 425 с.
2. Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник. – М.: Машиностроение, 1983. – 301 с.
3. Каверзин С.В. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу самоходных машин. – Красноярск, 1997. – 382 с.
4. Мельков В.И. Проектирование гидроприводов машин: Методические указания. – Томск: ТГАСУ, 2001. – 43 с.
5. Метревели В.Н. Сборник задач по курсу гидравлики с решениями: Учебное пособие для вузов – М.: Высшая школа, 2008. – 192 с.
