Расчет гидропривода рабочего оборудования гусеничного одноковшового полноповоротного экскаватора ЭО-4121

Размещено на Аllbest.ru

Реферат

Пз. - 26 стр., илл. - 3, табл. - 4, библ. - 4 наим.

Экскаватор, насос, гидроцилиндр, гидробак, трубопровод, распределитель, фильтр, скорость рабочая, нагрузка внешняя, давление номинальное.

Целью курсовой работы является расчет гидропривода рабочего оборудования гусеничного одноковшового полноповоротного экскаватора ЭО-4121.

- Элемент рабочего оборудования - рукоять,

- Скорость выходного звена - 0, 04 м/с,

- Тип разрабатываемого грунта - супесь,

- Диапазон температуры окружающего воздуха: -10 ч +20°С.

При выполнении курсового проекта использовалась нормативно-справочная и другая справочная техническая литература. Построение чертежей производилось в программе КОМПАС-3D V16. 1.

Введение

Гидравлические приводы возникли достаточно давно, но интенсивно стали развиваться только в XX в. Современную историю своего развития гидропривод ведет с корабельных механизмов, в частности с механизмов рулевого управления и поворота орудийных башен. Затем гидропривод нашел применение в металлорежущих станках, в авиационной технике и т. д.

В настоящее время гидроприводы успешно используются практически во всех сферах промышленного производства, в том числе - в отрасли строительного, дорожного, коммунального машиностроения. Малые габаритные размеры и масса при значительной вырабатываемой мощности, большая перегрузочная способность по мощности и моменту, возможность обеспечения достаточно больших передаточных чисел и бесступенчатого регулирования скорости выходного звена, легкая реверсивность, обеспечивающая высокое быстродействие и точность отработки управляющих воздействий, доступность автоматизации - это те основные преимущества гидравлического привода, которые предопределяют его широкое применение в конструкциях транспортных и технологических машин.

К существенным недостаткам гидропривода по сравнению с механическим и электроприводом следует отнести: меньшее значение коэффициента полезного действия (0, 6-0, 8), зависимость характеристик гидропривода от параметров рабочего тела - жидкости, возможность наружных и внутренних утечек рабочей жидкости, более высокие требования к точности изготовления деталей и сборки гидроагрегатов, достаточно жесткие требования к культуре технического обслуживания и ремонта.

1. Исходные данные для расчета гидросистемы

1.1 Расчет внешней нагрузки на выходном звене гидропривода

Действующие на штоки гидроцилиндра усилия определяются аналитически. При таком расчете составляется уравнение моментов всех внешних сил движения и сил сопротивления, приложенных к рабочему органу.

На рукоять рабочего оборудования действуют следующие силы: вес грунта в ковше Gгр, вес ковша Gк, вес рукояти Gр, сила сопротивления грунта копанию Ркоп и усилие на штоке гидроцилиндра Т.

Как правило, результирующая сила сопротивления копанию раскладывается на две составляющие: касательную Р1 и нормальную составляющую Р2.

Расчет выполним для двух случаев: начало копания и окончание копания.

I расчетное положение: процесс копания только начинается, ковш еще без грунта (рисунок 1).



Рисунок 1 - Схема к определению усилия на гидроцилиндр управления рукоятью экскаватора

Составляем уравнения моментов всех сил относительно точки О

;

; (1)

, Н (2)

Вес ковша находятся по формуле

Gк = mк · g, Н (3)

Gр = mр · g, Н (4)

где mк - масса ковша, кг;

mр - масса рукояти, кг;

g - ускорение свободного падения, g = 9, 81 м/с2.

Принимаем mк = 1000 кг, mр = 1500 кг [4]

Gк = 1000 · 9, 81 = 9810 Н.

Gр = 1500 · 9, 81 = 14715 Н.

Касательная сопротивлению грунта Р1 определяется по формуле

Р1 = k0·B·hmax, Н (4)

где k0 - удельное сопротивление копанию грунта;

В - ширина резания, м; [2]

hmax - максимальная высота срезаемого слоя, м.

Для супеси: k0 = 1ч2·105 Н/м2. [5]

Максимальная высота срезаемого слоя определяется по формуле [5]

, Н (5)

где Vк - объем ковша, м3;

kн - коэффициент наполнения ковша;

lк - условная длина снимаемой стружки, м

kр - коэффициент разрыхления грунта;

Принимаем Vк = 1, 0 м3. [4]

Для супеси: kн = 0, 95ч1, 0; kр = 1, 08ч1, 1.

При копании только поворотом рукояти условная длина снимаемой стружки определяется по формуле [6]

, Н (6)

где бр - угловое перемещение рукояти, принимаем бр=60°

Rк - радиус ковша, м (рисунок 1)

lр - длина рукояти, м; (рисунок 1)

м.

Максимальная высота срезаемого слоя

м.

Касательная сопротивлению грунта Р1

Р1 = 2, 0·105·1, 2·0, 2 = 48000 Н.

Определим необходимое усилие

Н.

II расчетное положение: ковш наполнен грунтом, ковш находится в горизонтальном положении, процесс копания почти окончен (рисунок 2).

Составляем уравнения моментов всех сил относительно точки О

;

; (7)

В нашем случае центр тяжести рукояти совпадает с точкой О при проектировании в горизонтальной проекции, поэтому плечо для Gр равно 0.

, Н (8)

Вес ковша определен ранее по формуле (3).

Вес грунта находится по формуле

(9)

где сгр - плотность грунта, кг/м3;

Для супеси: сгр = 1600ч1800 кг/м3 [5].

Определим вес грунта

Н.

Касательная сопротивлению грунта Р1 определена ранее по формуле (4).

Определим необходимое усилие Т2

Н.

Для дальнейших расчетов используем Т2=256409 Н.

Рисунок 2 - Схема к определению усилия на гидроцилиндр управления ковшом экскаватора

1.2 Обоснование уровня номинального давления в гидросистеме

Давление рабочей жидкости в гидросистеме зависит от типа насоса и назначения гидропривода на данной машине. Давления насоса должно быть тем больше, чем больше нагрузка или мощность приводимого в движение механизма. В гидроприводах экскаваторов обычно применяют аксиально-поршневые насосы с номинальным давлением 16, 20, 25 МПа.

Рабочее давление в гидросистеме в первую очередь влияет на срок службы насоса. В целях повышения срока службы насосов за величину расчетного давления принимают номинальное давление - это наибольшее избыточное давление, при котором гидроэлемент должен работать в течение установленного срока.

Номинальное давление согласно с ГОСТ 12445-80.

Выбираем давление Рном=20 МПА.

1.3 Выбор рабочей жидкости

Рабочую жидкость выбираем с учетом рекомендаций завода изготовителя гидрооборудования. Температурный интервал от -10 до +20є С, значит наиболее подходящей будет являться жидкость, представленная в таблице 1.

Таблица 1 - Технические характеристики рабочей жидкости (ГОСТ 17479-3-85)

Марка жидкости	Плотность, кг/м3	Вязкость, мм2/с	Температура, єС	Температурные пределы применения, єС
		при 40?С	при 0єС	вспышки	застывания
МГ-22-А	890	22	170	165	-45	-30 ч +60

2. Расчет и выбор гидрооборудования

2.1 Расчет мощности, подачи гидронасосов и их выбор

Полезная мощность , на штоке гидроцилиндра находится по формуле:

кВт (8)

где Т - усилие на штоке гидроцилиндра, Т = 256409 Н;

х - скорость перемещения штока, х = 0, 04 м/с;

- общий КПД гидроцилиндра, = 0, 95ч0, 98; [3]

Вт.

Мощность насоса определяется по формуле:

(9)

где - коэффициент запаса по усилию, =1, 1ч1, 2; [3]

- коэффициент запаса по скорости, =1, 1ч1, 3. [3]

Режим работы гидропривода экскаватора - весьма тяжелый, поэтому необходимо принять большие значения коэффициентов.

Вт.

Требуемая подача насоса в гидросистему находится по формуле:

(10)

где - номинальное давление в гидросистеме, Рном = Па.

.

Выбор марки насоса производится по рабочему объему, который определяется:

(11)

где - угловая скорость вала насоса, щн = 32 об/с;

объемный КПД насоса, зн = 0, 85ч0, 95.

Принимаем нерегулируемый аксиально-поршневой насос 210. 16.

Таблица 2 - Техническая характеристика насоса

Параметры	Размеры	Марка 210. 16
Рабочий объем	см3/об	28, 1
Давление: - номинальное - максимальное	МПа МПа	20 35
Частота вращения: - номинальная - максимальная	об/мин (об/с) об/мин (об/с)	1920 (32) 4000 (66, 7)
Мощность, потребляемая насосом при номинальном числе оборотов и давлении	кВт	19, 1
Крутящий момент гидромотора: - номинальный	Н·м	87, 6
Температура рабочей жидкости: - минимальная - максимальная	°С	-40 +80
КПД при вязкости рабочей жидкости 33·106 м2/с, номинальных числу оборотах и давлении: - объемный - механический - общий		0, 96 0, 92 0, 82
Масса	кг	12, 5

Действительная подача насосной установки

; (12)

где - число насосов;

- значение рабочего объема выбранного насоса, м3/об;

- объемный КПД выбранного насоса.

= 51, 8 л/мин.

Приводная мощность насосной установки

, Вт; (13)

где К - коэффициент запаса, К =1, 05ч1, 1; [3]

зн - полный КПД выбранного насоса;

Вт.

2.2 Расчет и выбор гидроцилиндров

Наибольшее распространение в гидроприводах СДМ получили гидроцилиндры двухстороннего действия с односторонним штоком.

Основными параметрами силовых гидроцилиндров являются номинальное давление, внутренний диаметр цилиндра, диаметр штока и ход поршня.

Усилие, развиваемое на штоке гидроцилиндра, определяется по формуле:

а) при подаче жидкости в поршневую полость:

Н (14)

б) при подаче жидкости в штоковую полость

, Н (15)

где Р - давление жидкости в сливной магистрали, Р=0, 2ч0, 5 МПа [3];

Д - диаметр внутренней полости цилиндра, м;

d - диаметр штока;

- механический КПД гидроцилиндра, = 0, 85ч0, 95; [3]

Внутренний диаметр гидроцилиндра:

; (16)

м

Принимаем ближайший больший гидроцилиндр ЦГ-140. 80Ч1250. 22 с параметрами: диаметр поршня D = 140 мм; диаметр штока d = 80 мм; ход S = 1250 мм. [3]

При подаче жидкости в поршневую полость:

Н.

При подаче жидкости в штоковую полость:

Н.

Усилия, развиваемого на штоке выбранного гидроцилиндра, будет достаточно, т. к. 270024 Н > 256409 Н.

Действительные значения скоростей поршня:

а) при выталкивании

, м/с; (17)

где зоц - объемный КПД цилиндра, зоц = 0, 98ч0, 99; [3]

 м/с;

б) при втягивании:

м/с; (18)

м/с.

Расчетное значение скорости поршня гидроцилиндра, а следовательно и значение скорости штока гидроцилиндра оказалось больше заданного значения. Чтобы уменьшить величину скорости необходимо в гидролинию установить 2 дросселя.

2.3 Выбор направляющей и регулирующей гидроаппаратуры

Направляющая гидроаппаратура предназначена для изменения направления, запирания потока рабочей жидкости путем полного открытия или полного закрытия проходных каналов гидроэлементов. К ней относятся гидрораспределители, обратные клапаны, гидрозамки, гидроусилители.

Регулирующая гидроаппаратура применяется для регулирования величин давления и потока рабочей жидкости путем изменения площади проходного сечения отверстия. К ней относятся предохранительные, переливные редукционные клапаны, дроссели, регуляторы потока.

Основными параметрами направляющей гидроаппаратуры являются номинальное давлении Рном, номинальный поток Qном и условный поток Ду.

Таблица 3 - Техническая характеристика распределителя

Параметры	Размерность	Марка Р-16
Условный проход	мм	16
Расход рабочей жидкости: номинальное максимальное	л/мин	63 80
Давление на входе: номинальное максимальное	МПа	20 25

Таблица 4 - Техническая характеристика дросселя

Параметр	Единица измерения	ДО-20/20
Расход рабочей жидкости номинальный	л/мин	63
Давление номинальное	МПа	20
Масса	кг	3, 7

2.4 Выбор фильтров

В гидросистемах СДМ применяются магистральные и встроенные фильтры с бумажным и проволочным (сетчатым) фильтроэлементами, обеспечивающими тонкость фильтрации 25, 40 и 63 мкм. Фильтры устанавливаются, как правило, на сливной линии, магистральные - обычно перед масляным баком, а встроенные - в масляном баке.

Выбираем магистральный фильтр марки 1. 1. 32-25 со следующими характеристиками, представленными в таблице 5.

Таблица 5 - Техническая характеристика фильтров

Параметры	Размерность	Марка 1. 1. 32-25
Условный проход	мм	32
Номинальный поток через фильтр	л/мин	100
Номинальное давление	МПа	0, 63
Максимальный допускаемый перепад давления	МПа	0, 35
Масса сухого фильтра	кг	10

2.5 Расчет и выбор трубопроводов

Для соединения элементов гидропривода, не имеющих взаимного перемещения, применяются стальные бесшовные трубы, а для соединения гидроагрегатов имеющих взаимное перемещение, применяются гибкие рукава с нитяными оплетками, для высоких давлений - с металлическими оплетками.

Внутренний диаметр трубы:

; (19)

где Q - подача насоса, м3/с;

- скорость потока жидкости, м/с.

Внутренний диаметр трубы:

; (19)

где Q - подача насоса, м3/с;

- скорость потока жидкости, м/с.

Для всасывающего трубопровода , [4];

м.

Для напорного трубопровода , [4];

 м.

Для сливного трубопровода , [4];

м.

В дренажных трубопроводах необходимо обеспечить свободный слив утечет, поэтому независимо от количества этих утечек минимальный диаметр дренажной магистрали выбирается в пределах 8-10 мм.

Расчет на прочность состоит в определении толщины стенки металлического трубопровода по формуле:

, м; (20)

где - допускаемое напряжение на разрыв стали 20, =140 МПа.

Для всасывающего трубопровода

м.

Для напорного трубопровода:

м.

Для сливного трубопровода:

м.

Полученные значения диаметров трубопроводов согласованием со стандартными:

- для всасывающего трубопровода

d=40 мм; S=10 мм; d=60 мм;

- для напорного:

d=15 мм; S=5 мм; d=25 мм;

- для сливного трубопровода:

d=26 мм; S=8 мм; d=42 мм

Действительные скорости потока жидкости в трубопроводе рассчитываются по формуле:

, м/с (21)

Скорость в напорном трубопроводе:

м/с.

Скорость в сливном трубопроводе:

м/с.

2.6 Расчет и выбор емкости гидробака

Гидробаки предназначены для содержания запаса, отстоя (деаэрации), фильтрации рабочей жидкости и отвода тепла из гидросистемы в атмосферу. Вместимость гидробака, его форма, месторасположение на машине, некоторые конструктивные особенности оказывают существенное влияние на работоспособность гидравлического привода.

Главным параметром гидробака является его вместимость. От этого параметра зависят значения установившейся температуры рабочей жидкости и интенсивность ее нарастания при пуске машины, время выхода гидропривода на оптимальный тепловой режим, объемный КПД гидропривода и, в конечном итоге, производительность машины в целом.

Для гидросистем мобильных машин рекомендуется выбирать объем бака на основании следующего соотношения:

; (22)

где V - объем гидробака;

Q - подача насосной установки, дм3/мин.

Для весьма тяжелого режима работы:

, м3; (23)

м3.

Принимаем, согласно ГОСТ 12448-80, объем бака Vб = 160 дм3.

3. Поверочный расчет гидропривода

расчет гидропривод

3.1 Расчет потерь давления в гидросистеме

Сумма потерь давления в отдельных элементах гидросистемы:

; (24)

где - суммарные путевые потери давления на прямолинейных участках трубопроводов;

- суммарные местные потери давления;

- суммарные потери давления в гидроагрегатах.

Рисунок 3 - Гидравлическая схема соединений к расчету потерь давления

, МПа.

Путевые потери:

 ; (25)

где - коэффициент трения жидкости о стенки трубопровода;

- плотность жидкости, кг/м;

- длина участка трубопровода, м;

- внутренний диаметр трубопровода, м/с.

Коэффициент зависит от числа Рейнольдса - Rе и в зависимости от режима течения рассчитывается по формулам:

а) при ламинарном режиме (Re ? 2300) :

; (26)

б) при турбулентном режиме (Re > 2300) :

; (27)

Число Рейнольдса находится из выражения:

; (28)

где - кинетическая вязкость рабочей жидкости, сСт.

Число Рейнольдса (напорный трубопровод) :

.

Режим турбулентный

.

Число Рейнольдса (сливной трубопровод) :

.

Режим ламинарый

.

Местные потери давления в гидросистеме определяются по формуле:

(29)

где о - коэффициент местных сопротивлений;

, Па (30)

где о1 - прямое колено, о1 = 1, 3; [3]

n1 - количество прямых колен;

.

, Па; (31)

где о1 - прямое колено, о1 = 1, 3; [3]

о2 - закругленное колено, о2 = 0, 2; [3]

о3 - дроссель, о3 = 2, 0; [3]

n1 - количество прямых колен;

n2 - количество закругленных колен;

n3 - количество дросселей;

.

, Па; (32)

где о1 - прямое колено, о1 = 1, 3; [3]

о2 - закругленное колено, о2 = 0, 2; [3]

о3 - дроссель, о3 = 2, 0; [3]

n1 - количество прямых колен;

n2 - количество закругленных колен;

n3 - количество дросселей;

.

, Па; (33)

где о1 - прямое колено, о1 = 1, 3; [3]

о2 - закругленное колено, о2 = 0, 2; [3]

о4 - фильтр, о4 = 2, 5; [3]

n1 - количество прямых колен;

n2 - количество закругленных колен;

n4 - количество фильтров;

Потери давления в распределителе:

, Па (34)

где ор - коэффициент местных сопротивлений в распределители, ор = 4; [3]

.

? ДР=92741+200440+23392+1643+41669+65175+6949+4557+42738=479304 Па.

3.2 Расчет действительного значения КПД гидропривода

Для оптимально разработанной гидросистемы общий КПД находится в пределах 0, 6-0, 8. Общий КПД привода определяется по формуле:

; (35)

Гидравлический КПД рассчитывается исходя из суммарных потерь давления в гидросистеме:

; (36)

;

Механический КПД:

; (37)

где - механический КПД насоса;

- механический КПД распределителя;

- механический КПД гидроцилиндра.

;

Объемный КПД:

; (38)

;

Общий КПД:

.

3.3 Тепловой расчет гидросистемы

Тепловой расчет гидросистемы выполняется с целью определения установившейся температуры рабочей жидкости гидропривода, уточнение объема гидробака и поверхности теплоотдачи. А также выяснение необходимости применения теплообменников.

Количество тепла:

; (39)

где СЭ - коэффициент эквивалентности, СЭ =860 ккал/кВт·ч. ; [3];

- затраченная мощность привода насоса, кВт;

К1 - коэффициент продолжительности работы гидропривода нагрузкой.

ккал/ч.

Максимально установившаяся температура жидкости определяется по формуле:

; (40)

где k - коэффициент теплоотдачи, k = 20ч45 ккал/м2·ч·град [3];

F - суммарная площадь теплоизлучаемых поверхностей гидропривода, м;

- максимальная температура окружающего воздуха, °С.

Площадь теплоизлучающих поверхностей гидропривода находится из соотношения:

; (41)

; (42)

м;

м;

С.

Максимальная установившаяся температура рабочей жидкости не должна превышать 70°С. В результате расчета максимальная установившаяся температура рабочей жидкости равна 47, 4єС, что допустимо и соответствует всем параметрам.

Заключение

В ходе выполнения данной курсовой работы были выбраны следующие гидроэлементы и получены следующие результаты:

- номинальное давление в гидросистеме, МПа 20

- рабочая жидкость, масло МГ-22-А

- гидронасос 210. 16

- гидроцилиндр, шт. 1

- внутренний диаметр, мм 140

- диаметр штока, мм 80

- фильтр 1. 1. 32-25

- гидробак емкостью, дм 160

- общий КПД 0, 74

- максимально установившаяся температура

рабочей жидкости, °С 47, 4

Список используемой литературы

1. Полосин М. Д. Машинист дорожных и строительных машин: справочное пособие / М. Д. Полосин. - Москва: Издательский центр «Академия», 2002. - 288 с.

2. Чебунин А. Ф. Гидропривод транспортных и технологических машин: учеб. пособие / А. Ф. Чебунин. - Чита: ЧитГУ, 2012. - 135 с.

3. Чебунин А. Ф. Расчет объемного гидропривода транспортных и технологических машин: метод. указ. / А. Ф. Чебунин. - Чита: ЧитГУ, 2011. - 43 с.

4. Сайт «ОАО «Михневский ремонтно-механический завод»« - Запчасти для экскаваторов ЭО-4121, 4124, 4224, 4225, 4225А [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: //www. mrmz. ru/index. html. - Загл. с экрана.

5. Машины для земляных работ. Экскаватор одноковшовый гидравлический. Обратная лопата: методические указания / Сост. В. А. Слепченко / Томск: Изд-во Том. гос. архит. -строит. ун-та, 2013. - 49 с.

Размещено на Аllbest.ru

...