Проектирование гидропривода пусковой установки БМ-21
Достоинства и недостатки пневматического привода. Разработка кинематической и гидравлической схемы привода. Определение скоростей и усилий подъема балки, внутреннего диаметра гидроцилиндра. Скорость движения выходного звена гидравлического двигателя.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 07.01.2016 |
Размер файла | 382,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Южно-Уральский государственный университет»
(национально-исследовательский университет)
Кафедра «Летательные аппараты и автоматические установки»
Курсовой проект на тему:
«Проектирование гидропривода ВН пусковой установки БМ-21»
Группа: АК-403
Выполнил: Русских Н.В.
Проверил: Логинов М.С.
2014
Задание
«Спроектировать привод вертикального наведения для ПУ БМ-21»
1. Обзор приводов подъема.
2. Выбор типа привода.
3. Разработка кинематической и гидравлической схемы привода.
4. Силовой и прочностной расчет гидроцилиндра.
5. Гидравлические расчеты.
Графика:
1. Общий вид установки.
2. Гидравлическая схема.
3. Расчетная схема.
4. Основные зависимости, графики.
Введение
Привод является одной из основных частей любой машины. Правильный выбор типа привода, его рациональная компоновка и проектирование в значительной степени определяют возможность получения наиболее благоприятных технико-экономических характеристик.
Под приводом подразумевают двигатель и те устройства, которые управляют его работой. Наиболее распространены три типа приводов:
· Электрический
· Пневматический
· Гидравлический
И для того, чтобы обоснованно выбрать тип привода, необходимы знания физических основ работы приводов, принципиальных возможностей и ограничений, заложенных в каждом типе привода.
Описание РСЗО БМ-21
Полевая 122-мм дивизионная реактивная система залпового огня (РСЗО) БМ-21 «Град» предназначена для поражения открытой и укрытой живой силы, небронированной техники и бронетранспортеров в районе сосредоточения артиллерийских и минометных батарей, командных пунктов и других целей.
Создание БМ-21 является, по сути, дальнейшим развитием легендарной «Катюши». Разработка системы началась Постановлением Совета Министров СССР № 578-236 от 30 мая I960 года. Выполнение главных работ по созданию было поручено НИИ-147 (ныне ГНПП «Сплав»). Конструктивно система должна была выглядеть классически: пусковая установка на базе серийного автомобиля.
Ключевую роль в формировании окончательного вида установки сыграла разработка уникального неуправляемого реактивного 122-мм снаряда М-21-ОФ (9М22). Главной его особенностью являются складывающиеся плоскости стабилизатора, удерживаемые в закрытом положении специальным кольцом и не выходящими за габариты снаряда. Эта особенность позволила спроектировать установку трубчатой, а соответственно - многоствольной и компактной. Другое отличие нового снаряда - использование нетрадиционного для этого вида боеприпасов способа изготовления. Корпус снаряда было предложено изготавливать не традиционным методом нарезания из стальной болванки, а методом раскатки и вытяжки из стального листа, что облегчает изготовление и повышает производительность. Автором решения стал главный конструктор НИИ-147 А. Н. Ганичев, который позаимствовал такой способ из технологии производства гильз обычных артиллерийских боеприпасов.
Создание нового снаряда оказало революционное действие на дальнейшее развитие реактивной артиллерии.
Стабилизация нового снаряда в полете обеспечивалась как хвостовым оперением, так и вращением. Вращательное движение было весьма незначительным - несколько десятков оборотов в секунду и не могло создавать достаточного гироскопического эффекта, но зато компенсировало отклонение силы тяги двигателя. Таким образом, решалась проблема рассеивания снарядов во время полета. Такая система стабилизации оказалась оптимальной и в последующем использовалась при создании систем большего калибра «Ураган» и «Смерч».
В конце 1961 года были проведены заводские испытания двух опытных установок БМ-21. На вооружение Советской Армии система «Град» была принята 28 марта 1963 года.
Система залпового огня БМ-21 состоит из пусковой установки, 122-мм неуправляемых реактивных снарядов, системы управления огнем и транспортно-заряжающей машины 9Т254. При стрельбе в составе батареи, подготовка данных для стрельбы РСЗО БМ-21 осуществляется в машине управления 1В110 «Береза» на шасси автомобиля ГАЗ-66.
Боевая машина БМ-21 состоит из артиллерийской части, смонтированной на корме автомобильного шасси «Урал-375Д». Артиллерийская часть - пакет из 40 трубчатых направляющих, установленный на поворотном основании, с возможностью наведения в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Длина направляющих - 3 м, внутренний диаметр гладкого канала ствола составляет 122,4 мм. Направляющие скомпонованы в четыре ряда по десять труб в каждом. Пакет направляющих наводится в вертикальной плоскости в диапазоне углов от 0° до +55°. Угол горизонтального обстрела равен 172° (102° влево от автомобиля и 70° вправо). Наведение может осуществляться как с помощью электропривода, так и вручную. Заряжание направляющих проводится вручную, передвижение машины может осуществляться с заряженными снарядами.
В качестве транспортно-заряжающей машины используется автомобиль ЗИЛ-131 с двумя стеллажами 9Ф37 (на каждом стеллаже по 20 снарядов).
Огонь может вестись одиночными выстрелами и залпом. Продолжительность полного залпа - 20 секунд. Время перевода из походного положения в боевое - 3,5 минуты (при заранее заряженных направляющих).
При стрельбе выход снарядов из направляющих проходит последовательно и управляется бортовой автоматикой. Благодаря этому раскачивание пусковой установки сведено до минимума, что позволило отказаться от установки гидравлических опор на шасси и ограничиться лишь использованием механизма отключения рессор во время стрельбы.
Изначально для «Града» был разработан только один осколочно-фугасный снаряд 9М22 (М-21-ОФ) с взрывателем МРВ (9Э210). Длина снаряда 2870 мм, вес 66,4 кг. Головная часть весом 18,4 кг содержала 6,4 кг взрывчатки. Снаряд 9М22 оснащался головными взрывателями ударного действия с дальним взведением МРВ и МРВ-У. Взрыватели имеют три установки: на мгновенное действие, на малое замедление и на большое замедление. Максимальная дальность стрельбы 9М22 - 20,4 км, минимальная - 1600. Скорость схода снаряда с направляющих составляет 50 м/с, максимальная скорость полета - 715 м/с.
Для улучшения кучности при стрельбе на дистанции от 12 до 15,9 км на снаряд 9М22 надевается малое тормозное кольцо, а при стрельбе до 12 км - большое тормозное кольцо.
Максимальная дальность стрельбы снарядом БМ-210Ф составляет 20,75 км. Одним залпом (40 снарядов) обеспечивается поражение открыто расположенной живой силы на площади 1046 кв. м, небронированной техники - на площади: 840 кв.м.
Стабилизация нового снаряда в полете обеспечивалась как хвостовым оперением, так и вращением. Вращательное движение было весьма незначительным - несколько десятков оборотов в секунду и не могло создавать достаточного гироскопического эффекта, но зато компенсировало отклонение силы тяги двигателя. Таким образом, решалась проблема рассеивания снарядов во время полета. Такая система стабилизации оказалась оптимальной и в последующем использовалась при создании систем большего калибра «Ураган» и «Смерч».
В конце 1961 года были проведены заводские испытания двух опытных установок БМ-21. На вооружение Советской Армии система «Град» была принята 28 марта 1963 года.
Состав БМ-21
Система залпового огня БМ-21 состоит из пусковой установки, 122-мм неуправляемых реактивных снарядов, системы управления огнем и транспортно-заряжающей машины 9Т254. При стрельбе в составе батареи, подготовка данных для стрельбы РСЗО БМ-21 осуществляется в машине управления 1В110 «Береза» на шасси автомобиля ГАЗ-66.
Боевая машина БМ-21 состоит из артиллерийской части, смонтированной на корме автомобильного шасси «Урал-375Д». Артиллерийская часть - пакет из 40 трубчатых направляющих, установленный на поворотном основании, с возможностью наведения в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Длина направляющих - 3 м, внутренний диаметр гладкого канала ствола составляет 122,4 мм. Направляющие скомпонованы в четыре ряда по десять труб в каждом. Пакет направляющих наводится в вертикальной плоскости в диапазоне углов от 0° до +55°. Угол горизонтального обстрела равен 172° (102° влево от автомобиля и 70° вправо). Наведение может осуществляться как с помощью электропривода, так и вручную. Заряжание направляющих проводится вручную, передвижение машины может осуществляться с заряженными снарядами.
В качестве транспортно-заряжающей машины используется автомобиль ЗИЛ-131 с двумя стеллажами 9Ф37 (на каждом стеллаже по 20 снарядов).
Огонь может вестись одиночными выстрелами и залпом. Продолжительность полного залпа - 20 секунд. Время перевода из походного положения в боевое - 3,5 минуты (при заранее заряженных направляющих).
При стрельбе выход снарядов из направляющих проходит последовательно и управляется бортовой автоматикой. Благодаря этому раскачивание пусковой установки сведено до минимума, что позволило отказаться от установки гидравлических опор на шасси и ограничиться лишь использованием механизма отключения рессор во время стрельбы.
Максимальная дальность стрельбы снарядом БМ-210Ф составляет 20,75 км. Одним залпом (40 снарядов) обеспечивается поражение открыто расположенной живой силы на площади 1046 кв. м, небронированной техники - на площади: 840 кв.м.
Основными типами боеприпасов являются:
9М21ОФ ( 9М22У) - осколочно-фугасный;
9M21 - химический;
9М22С - зажигательный;
9М28Д - агитационный;
9М28Ф - осколочно-фугасный;
9М42 - осветительный (освещает на местности круг диаметром 1000м с высоты 450-500 м в течение 90 секунд);
9М43 - дымовой (десять снарядов этого типа создают сплошную завесу из дыма на площади 50 гектаров);
9М519-1...7 - комплект из семи снарядов для создания радиопомех;
3М16 - с кассетной головной частью для дистанционной постановки противопехотных мин;
9М28К - с кассетной головной частью для дистанционной постановки противотанковых мин;
9М521 - осколочно-фугасный;
9М522 - осколочно-фугасный, с отделяемой головной частью;
9М217 - с кассетной головной частью, оснащенной самонаводящимися боевыми элементами;
9М218 - с кассетной головной частью, оснащенной кумулятивно-осколочными боевыми элементами.
Серийное производство установок БМ-21 велось на заводе в г. Пермь. К 1995 году было поставлено свыше двух тысяч боевых машин БМ-21 в более чем 50 стран мира.
Выпуск этой системы и ее модификаций был налажен также в Китае, Египте, Ираке, Иране, Румынии и ЮАР. В настоящее время БМ-21 находится на вооружении армий более чем 30 стран мира.
Комплекс «Град» использовался практически во всех локальных конфликтах, происходивших в мире в 70-90-х годах. Причем тактика применения была весьма разнообразной. Так, например, война 1975-1976 годов в Анголе носила маневренный характер. Сплошного фронта, как такового, не было. Отряды правительственных войск и их противников перемещались колоннами, развертываясь в боевой порядок при столкновении. Получая развединформацию о движении колонн, батареи «Градов» наносили по ним точечные удары с очень высокой эффективностью.
Обзор приводов наведения
Для проведения в действие какой-либо машины или механизма применяют комплекс устройств, которые называются приводом. Под приводом подразумевают двигатель и те устройства, которые управляют его работой, изменяют скорость движения или частоту вращения, усилие или крутящий момент.
Привод вертикального наведения служит для наведения пусковой установки по вертикали (по углу возвышения).
Наиболее широкое применение получили три вида приводов: электрические, пневматические и гидравлические.
Электрический привод наведения
Электрический привод -- это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.
Достоинством этого привода является то, что в нем, для получения механического движения, используется электрический ток и не требуется какой-либо другой носитель энергии. Электрические приводы обеспечивают получение в пусковых установках практически всех технических характеристик по мощности, диапазону частоты вращения.
Привод вертикального наведения состоит из: исполнительного электродвигателя, генератора станции, которой питается от двигателя боевой машины, предохранительной муфты, планетарного редуктора.
Такой привод выполнен по системе: генератор-двигатель с вибрационным усилителем. Эта система позволяет осуществлять регулирование скоростью наведения направляющих БМ с кратностью регулирования (т.е. отношением максимальной скорости наведения к минимальной) , которая примерно равна 200.
Работа ПВН: при подаче питания на катушку электромагнита якорь притягивается к корпусу магнита и отходит от диска, который при этом может свободно вращаться. При работе подъемного механизма вращение от планетарного редуктора передается на коренную шестерню, далее на зубчатый сектор.
Достоинства электрического привода
· мощность электродвигателя для привода рабочей машины может быть подобрана достаточно близкой к требуемой;
· электрический двигатель в пожарном отношении менее опасен, чем, например, тепловой двигатель внутреннего сгорания;
· электропривод позволяет быстро, а если нужно, то и часто, пускать и останавливать машину, плавно тормозить ее;
· при изменении нагрузки на валу электродвигатель не требует специальных регуляторов подачи электроэнергии из сети. Увеличение подводимой к двигателю электроэнергии происходит автоматически с ростом нагрузки;
· электропривод позволяет подобрать такой тип электродвигателя, механическая характеристика которого лучше, чем других двигателей, подходит к характеристике рабочей машины;
· при электроприводе (воздействуя на электродвигатель, преобразователь или передачу) можно ступенчато или плавно регулировать частоту вращения рабочей машины в необходимых диапазонах;
· электрический двигатель способен преодолевать длительные и значительные перегрузки, создаваемые рабочей машиной;
· электрический привод позволяет получить наибольшую быстроходность и наивысшую производительность рабочей машины;
· электрический двигатель позволяет экономить электроэнергию, а в отдельных случаях, при рекуперативном торможении, отдавать ее в электрическую сеть (при этом механическая энергия преобразуется в электрическую)
· при электроприводе можно проще и полнее автоматизировать машины и установки;
· электродвигатель имеет более высокий к.п.д. по сравнению с другими типами двигателей;
· электродвигатели выпускают с высокой степенью уравновешенности, что позволяет встраивать их в рабочие машины, облегчать фундамент, а иногда и полностью отказываться от фундамента.
Недостатки электрического привода
· ограниченное использование во взрывоопасных средах;
· наличие дополнительной кинематической цепи между электродвигателем и рабочим органом ПР.
Пневматический привод наведения
В пневматических приводах используют двигатели, в которых механическое движение получается за счет использования энергии сжатого воздуха. Наиболее распространенный пневмодвигатель - пневмоцилиндр, отличающийся простой конструкцией, невысокой стоимостью и достаточной надежностью. Ограничением для применения пневмоприводов является использование в качестве рабочей среды сжатого воздуха. Из-за значительной сжимаемости воздуха затрудненно регулирование и поддержание заданной скорости движения, получения равномерного движения при малых скоростях перемещения. Наибольшее распространение получили пневмоприводы, работающие при давлении около0,4…0,6 Мпа. Поэтому увеличение получаемых усилий возможно только за счет увеличения размеров пневмоцилиндров, что затрудняет их использование в ПУ.
Достоинства и недостатки пневматического привода
Достоинства
· в отличие от гидропривода -- отсутствие необходимости возвращать рабочее тело (воздух) назад к компрессору;
· меньший вес рабочего тела по сравнению с гидроприводом (актуально для ракетостроения);
· меньший вес исполнительных устройств по сравнению с электрическими;
· возможность упростить систему за счет использования в качестве источника энергии баллона со сжатым газом, такие системы иногда используют вместопиропатронов, есть системы, где давление в баллоне достигает 500 МПа;
· простота и экономичность, обусловленные дешевизной рабочего газа;
· быстрота срабатывания и большие частоты вращения пневмомоторов (до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту);
· пожаробезопасность и нейтральность рабочей среды, обеспечивающая возможность применения пневмопривода в шахтах и на химических производствах;
· в сравнении с гидроприводом -- способность передавать пневматическую энергию на большие расстояния (до нескольких километров), что позволяет использовать пневмопривод в качестве магистрального в шахтах и на рудниках;
· в отличие от гидропривода, пневмопривод менее чувствителен к изменению температуры окружающей среды вследствие меньшей зависимости КПД от утечек рабочей среды (рабочего газа), поэтому изменение зазоров между деталями пневмооборудования и вязкости рабочей среды не оказывают серьёзного влияния на рабочие параметры пневмопривода; это делает пневмопривод удобным для использования в горячих цехах металлургических предприятий.
Недостатки
· нагревание и охлаждение рабочего газа в процессе сжатия в компрессорах и расширения в пневмомоторах; этот недостаток обусловлен законами термодинамики, и приводит к следующим проблемам:
· возможность обмерзания пневмосистем;
· конденсация водяных паров из рабочего газа, и в связи с этим необходимость его осушения;
· высокая стоимость пневматической энергии по сравнению с электрической (примерно в 3-4 раза), что важно, например, при использовании пневмопривода в шахтах;
· ещё более низкий КПД, чем у гидропривода;
· низкие точность срабатывания и плавность хода;
· возможность взрывного разрыва трубопроводов или производственного травматизма, из-за чего в промышленном пневмоприводе применяются небольшие давления рабочего газа (обычно давление в пневмосистемах не превышает 1 МПа, хотя известны пневмосистемы с рабочим давлением до 7 МПа -- например, наатомных электростанциях), и, как следствие, усилия на рабочих органах значительно мемньшие в сравнении с гидроприводом). Там, где такой проблемы нет (на ракетах и самолетах) или размеры систем небольшие, давления могут достигать 20 МПа и даже выше.
· для регулирования величины поворота штока привода необходимо использование дорогостоящих устройств -- позиционеров.
Гидравлический привод наведения
В гидравлических приводах для получения механического движения используют давление жидкости. Высокая подвижность и малая сжимаемость жидкостей позволяют с помощью простого по конструкции двигателя-гидроцилиндра выполнить практически все требования, предъявляемые к движению дополнительных устройств: по скорости, равномерности движения, усилиям. Рабочие давления жидкости в гидроприводах значительно выше, чем давление сжатого воздуха в пневмоприводах, поэтому габаритные размеры гидравлических исполнительных механизмов соответственно меньше, чем пневматических и они легче встраиваются в станок.
Гидропривод состоит из: приводного двигателя, гидропередачи, устройств наведения, дополнительных и вспомогательных устройств.
Преимущества
К основным преимуществам гидропривода относятся:
· возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки;
· простота управления и автоматизации;
· простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; например, если усилие на штоке гидроцилиндра становится слишком большим (такое возможно, в частности, когда шток, соединённый с рабочим органом, встречает препятствие на своём пути), то давление в гидросистеме достигает больших значений -- тогда срабатывает предохранительный клапан в гидросистеме, и после этого жидкость идёт на слив в бак, и давление уменьшается;
· надёжность эксплуатации;
· широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена; например, диапазон регулирования частоты вращения гидромотора может составлять от 2500 об/мин до 30-40 об/мин, а в некоторых случаях, у гидромоторов специального исполнения, доходит до 1-4 об/мин, что для электромоторов трудно реализуемо;
· большая передаваемая мощность на единицу массы привода; в частности, масса гидравлических машин примерно в 10-15 раз меньше массы электрических машинтакой же мощности;
· самосмазываемость трущихся поверхностей при применении минеральных и синтетических масел в качестве рабочих жидкостей; нужно отметить, что при техническом обслуживании, например, мобильных строительно-дорожных машин на смазку уходит до 50% всего времени обслуживания машины, поэтому самосмазываемость гидропривода является серьёзным преимуществом;
· возможность получения больших сил и мощностей при малых размерах и весе передаточного механизма;
· простота осуществления различных видов движения -- поступательного, вращательного, поворотного;
· возможность частых и быстрых переключений при возвратно-поступательных и вращательных прямых и реверсивных движениях;
· возможность равномерного распределения усилий при одновременной передаче на несколько приводов;
· упрощённость компоновки основных узлов гидропривода внутри машин и агрегатов, в сравнении с другими видами приводов.
Недостатки
К недостаткам гидропривода относятся:
· утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления в гидросистеме, что требует высокой точности изготовления деталей гидрооборудования;
· нагрев рабочей жидкости при работе, что приводит к уменьшению вязкости рабочей жидкости и увеличению утечек, поэтому в ряде случаев необходимо применение специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты;
· более низкий КПД чем у сопоставимых механических передач;
· необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости, поскольку наличие большого количества абразивных частиц в рабочей жидкости приводит к быстрому износу деталей гидрооборудования, увеличению зазоров и утечек через них, и, как следствие, к снижению объёмного КПД;
· необходимость защиты гидросистемы от проникновения в неё воздуха, наличие которого приводит к нестабильной работе гидропривода, большим гидравлическим потерям и нагреву рабочей жидкости;
· пожароопасность в случае применения горючих рабочих жидкостей, что налагает ограничения, например, на применение гидропривода в горячих цехах;
· зависимость вязкости рабочей жидкости, а значит и рабочих параметров гидропривода, от температуры окружающей среды;
· в сравнении с пневмо- и электроприводом -- невозможность эффективной передачи гидравлической энергии на большие расстояния вследствие больших потерь напора в гидролиниях на единицу длины.
Гидрооборудование можно разделить на три группы: гидромашины, гидроаппаратуру управления и вспомогательные гидравлические устройства. К первой относят гидродвигатели и насосы. Во вторую входят различные клапаны, распределители, дроссели, реле давления, регуляторы. Надежная работа гидропривода обеспечивается при условии, что в гидросистеме поддерживается требуемое качество рабочей жидкости. Для этого служат устройства кондиционирования жидкости: фильтрующие устройства (фильтры), очищающие рабочую жидкость от механических загрязнений; устройства регулирования и поддерживания температуры жидкости (теплообменники, нагревательные элементы, терморегуляторы). Все они относятся к группе вспомогательных устройств. В эту же группу входят и устройства для хранения и передвижения рабочей жидкости: гидробаки, трубопроводы, уплотнения и соединительные элементы.
Выбор привода и обоснование выбора
Из перечисленных выше типов приводов наведения и их характеристик в данной работе для проектирования ПУ БМ-21 будет выбран гидравлический привод наведения.
Гидропривод выбран вследствие его основных достоинств:
· Отсутствие нужды в использование дорогостоящих цветных материалов;
· Высокая энергоемкость, т.е. получение больших сил и мощностей при сравнительно небольших габаритах и собственной массе гидродвигателей;
· Возможность получения простого бесступенчатого регулирования скорости в широком диапазоне;
· Малой инерционности двигателей гидропривода и возможностью получения быстрых и частых переключений (реверсов).
Разработка кинематической и гидравлической схемы привода. Гидравлическая схема привода ВН
Рисунок 2 Гидравлическая схема привода ВН. 1-гидробак; 2- фильтр грубой очистки; 3- обратный клапан; 4-насос; 5-предохранительный клапан; 6-гидроцилиндр; 7-золотниковый распределитель; 8-дроссель; 9-фильтр тонкой очистки; 10-предохранительный клапан.
Принцип работы гидросхемы привода ВН
Принцип работы гидропривода согласно указанной схеме заключается в следующем: из бака 1 рабочая жидкость (масло) забирается насосом 4 и, проходя через фильтр грубой очистки 2, обратный клапан 3 и регулируемый дроссель 8, подается к гидрораспределителю 7. В нейтральном положении золотника гидрораспределителя при работающем насосе на участке трубопровода между насосом и распределителем начинает увеличиваться давление, при этом срабатывает предохранительный клапан 5 и жидкость сливается обратно в бак 1. При смене позиции золотника (правая позиция на схеме) открываются проходные сечения в гидрораспределителе, и жидкость начинает поступать в полости нагнетания гидродвигателя 6 (поршневые полости гидроцилиндров). Из штоковой полости гидроцилиндров масло по гидролинии слива проходит через гидрораспределитель 7 и, очищаясь фильтром тонкой очистки 9, попадает на слив в бак 1. В случае засорения фильтра тонкой очистки 9, во избежание разрушения оборудования и трубопроводов избыточным давлением, сработает предохранительный клапан 10 и жидкость сольется в бак. Регулируемый дроссель 8 служит для регулирования расхода рабочей жидкости.
Определение скоростей и усилий подъема балки
Рисунок 3-Схема механизма подъема балки с наклонным цилиндром
На схеме механизма с наклонным цилиндром и в последующих расчетах введены следующие обозначения:
G- вес балки;
и K- исходное и текущее положение центра тяжести балки;
?-угол между линией горизонта и линией О;
и A- исходное и текущее положение шарнира А;
в-угол, образованный линиями ОВ и О в исходном положении механизма;
ц-угол подъема балки;
В=-расстояние между шарнирами гидроцилиндра в исходном положении;
АВ=а-текущее значение расстояния между шарнирами гидроцилиндра;
О=-расстояние между осью цапф и шарниром А.
Расчет усилия Р, необходимого для подъема балки проводятся при допущениях:
· Силы трения в месте контакта шарнира А и балки отсутствуют;
· Все силы трения, действующие в соединениях механизма, учитываются суммарным моментом трения , препятствующим подъему балки;
· Усилие, развиваемое гидроцилиндром, действует строго по его оси;
· Утечками в гидросистеме пренебрегаем;
· Динамическими нагрузками в момент начала движения пренебрегаем.
Исходные данные по схеме подъема балки
Следовательно, используя эти данные, найдем в прямоугольном треугольнике :
С учетом вышепринятых допущений получим задачу о равновесии балки под действием трех сил G, P и R, где R-реакция в шарнире. Условие равовесия этой системы запишется в виде:
Где -момент силы веса балки относительно точки О,
-момент силы Р относительно точки О.
Момент силы веса с учетом принятых обозначений запишется:
.
Момент силы Р относительно точки определяется выражением:
,
где h-плечо усилия Р относительно оси цапф.
Усилие Р из выражений (1,2,3):
.
По рисунку 3 определим величину G и плечо .
Из тактико-технических характеристик БМ-24 известно, что общий вессостоит из веса всех снарядов , веса всех контейнеров без снарядов и веса люльки . Найдем плечи этих сил относительно точки О. Плечо силы равняется ; плечо силы и плечо силы соответственно равны
Следовательно,
Тогда плечо общего веса
Так как балка условно располагается вертикально
Рисунок 4 Определение центра тяжести.
Текущее значение величины определим из условия:
Где
Эти рассуждения справедливы для всех текущих значений угла . Для
:
Угловую скорость подъема балки можно определить, дифференцируя зависимость
.
Исключая в выражениях ; и
, получаем:
;
Обратная зависимость из тех же выражений:
;
Линейная скорость перемещение штока:
;
Это выражение позволяет вычислить угловую скорость подъема по известной скорости и углу подъема качающейся части. Но так как из ТТХ БМ-24 известна угловая скорость , то мы можем найти линейные скорости при различных углах подъема.
Таким образом, зная , которое изменяется при изменении , и другие параметры, а так же используя формулу для определения давления по известной площади и изменяющейся нагрузке все расчеты сведем в таблицу 2.
Таблица 1 Данные расчетов усилия Р, давления р, перемещения х и угловой скорости
Определение размеров гидроцилиндра. Определение внутреннего диаметра гидроцилиндра
;
где -рабочее давление, Мпа; -максимальное усилие, Н; F- площадь гидроцилиндра.
Подберем давления:
.
Следовательно,
С другой стороны, площадь гидроцилиндра определяется из выражения:
;
Из этого равенства определим диаметр гидроцилиндра:
Полученный диаметр округляем до ближайшего по ГОСТ 12447-80 D=140мм. Тогда площадь гидроцилиндра:
Тогда, соответственно, диаметр штока
Рассчитаем расход:
;
Полученный расход округляем до ближайшего по ГОСТ 13825-80
Тогда потребная мощность для привода ВН будет равна:
.
Расчет гидроцилиндра
Гидроцилиндры испытывают в процессе работы воздействие от внутреннего давления жидкости и внешней нагрузки. Расчет цилиндров на прочность производится по отдельным элементам, основными из которых являются цилиндрический корпус и шток. При расчете гидроцилиндров на прочность в большинстве случаев ограничиваются расчетом напряжений, возникающих от внутреннего давления жидкости..
Отношение длины L хода поршня к диаметру D обычно выбирается:
Подставив данные проектируемого гидроцилиндра, получим:
Определим толщину стенки гидроцилиндра:
Где - коэффициент Пуассона (для стали =0,3);
-допускаемое напряжение для материала цилиндра по окружности;
-внутренний диаметр цилиндра, ;
-номинальное давление в гидроцилиндре, .
Допускаемое напряжение определяется по формуле:
;
Где -предел текучести, для стали 40Х ;
-коэффициент запаса прочности, ;
Следовательно
Тогда толщина стенки гидроцилиндра:
Для тонкостенных цилиндров должно выполняться условие:
Разделим наружный диаметр цилиндра на внутренний диаметр и получим что удовлетворяет заданному условию.
Расчет гидроцилиндра на устойчивость
Гидроцилиндры под действием давления жидкости и внешней осевой нагрузки работают на сжатие как балки переменного сечения, причем прочность их зависит от характера нагружения и вида заделки концов цилиндра. Наиболее распространенным является нагружение шарнирного закрепления цилиндра продольно сжимающей силой Р, направленной по оси цилиндра. При критическом значении этой силы может возникнуть прогиб цилиндра, который при дальнейшем увеличении нагрузки приводит к его разрушению.
Расчет на продольный изгиб производится по формуле Эйлера:
,
Где -разрушающая сжимающая нагрузка;
-модуль упругости материала, можно принять ;
-момент инерции;
-общая длинна цилиндра с выдвинутым штоком, ;
k-коэффициент, зависящий от способа заделки конца штока.
Считая, что оба конца заделаны на шарнирах, примем k=1.
Следовательно,
Тогда
Определим коэффициент запаса прочности:
Определение диаметра проушин гидроцилиндра
Для того, чтобы начертить получившийся гидроцилиндр, необходимо определить диаметр проушин и рассчитать проушины на срез.
Запишем формулу для определения площади среза:
;
Где -максимальное усилие подъема балки, ;
-площадь;
-среза, для стали примем ;
Следовательно
С другой стороны,
Гидравлический расчет трубопроводов
Гидравлический расчет трубопроводов включает в себя определение внутреннего диаметра и потери давления при заданной длине трубопровода. Диаметр может быть определен из уравнения расхода жидкости:
;
Где -допустимая скорость течения жидкости в трубопроводе. ();
Отсюда
Величину внутреннего диаметра округляем до ближайшего значения условного прохода в соответствии с ГОСТ 16516-80, .
Определим толщину стенки трубопровода:
Выбор насоса
Насосом называют гидравлическую машину, предназначенную для потока рабочей жидкости и сообщения ему энергии. В большинстве конструкций насосов энергия передается за счет механического воздействия на рабочую жидкость рабочих элементов насоса, которые приводятся в движение от первичного двигателя.
По известному максимальному расходу .Выбираем аксиально-поршневой насос АПН 210.12
Мощность, кВт |
8 |
|
Расход, л/мин |
27,84 |
|
Расчет потерь давления в гидросистеме ПВН
Расчет потерь давления производится с учетом всех потерь аппаратуры, работающей в определенный отрезок времени.
,
Где -удельные потери давления по длине на 1 метр;
-потери давления на местных сопротивлениях.
Определим потери давления по длине в напорной линии:
,
Где -коэффициент гидравлического сопротивления;
-длина трубопровода (принимаем =1м);
-диаметр трубопровода;
-расход жидкости на данном участке;
-плотность жидкости (примем , , ).
Определим удельные потери давления по длине при расходе :
Так как , то течение ламинарное. Относится к I зоне-зоне ламинарного сопротивления.
Рассчитаем местные потери:
;
Коэффициент местного сопротивления для ламинарного режима умножается на поправочный коэффициент b, который является функцией числа Рейнольдса, и определяется из графика. Коэффициент задан из условия: пневматический привод скорость балка
; ; .
Поправочный коэффициент .
;
Тогда
В итоге получим:
Описание и устройство работы ПВН
Скорость движения выходного звена гидравлического двигателя зависит от расхода рабочей жидкости, рабочей площади гидроцилиндра, рабочего объема гидромотора. На практике редко пользуются изменениями параметров гидродвигателей для регулирования скорости в узких диапазонах. Поэтому основным стал способ регулирования скорости движения рабочих органов путем регулирования расхода жидкости. Одним из распространенных видов такого регулирования является дроссельное регулирование благодаря его простоте, надежности, компактности, малой стоимости и широкому диапазону регулирования. Недостатком такого регулирования является то, что энергия потока рабочей жидкости, затраченная на дросселирование, переходит в тепловую, то есть, во-первых, теряется безвозвратно, а во-вторых, вызывает нагрев рабочей жидкости.
Потери мощности привода выражаются в снижении его КПД, а для уменьшения нагрева рабочей жидкости приходится увеличивать емкости гидробаков или вводить охлаждение воздушными, водяными или холодильными установками.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Разработка гидропривода фрезерного станка. Силовой расчет с целью выбора гидроцилиндра и кинематический расчет для выбора насосной установки. Проектирование гидравлической схемы привода, конструирование гидропанели. Расчет КПД и мощности на холостом ходу.
курсовая работа [845,2 K], добавлен 13.05.2011Разработка принципиальной гидравлической схемы. Тепловой расчет гидропривода. Расчет и выбор гидроцилиндра, гидронасоса, гидроаппаратов и гидролиний. Выбор рабочей жидкости. Расчет внешней характеристики гидропривода. Преимущества гидравлического привода.
курсовая работа [88,8 K], добавлен 23.09.2010Составление принципиальной гидравлической схемы привода. Разработка циклограммы работы гидропривода. Расчет временных, силовых и кинематических параметров цикла. Определение типа насосной установки. Нахождение потребного давления в напорной гидролинии.
контрольная работа [290,2 K], добавлен 23.12.2014Описание и принцип работы гидравлической схемы. Определение давлений в полостях нагнетания, слива и силового цилиндра гидропривода. Расчет диаметра трубопровода и скорости движения жидкости. Определение КПД привода при постоянной и цикличной нагрузке.
курсовая работа [964,2 K], добавлен 27.01.2011Особенности и требования, предьявляемые к коробкам скоростей. Выбор оптимальной компоновки кинематической схемы привода станка. Подбор шлицевых соединений, подшипников, системы смазки для проектирования коробки скоростей вертикально-сверлильного станка.
курсовая работа [297,2 K], добавлен 22.09.2010Конструкторское проектирование и кинематический расчет привода главного движения и привода подач металлорежущего станка 1И611П. Выбор оптимальной структурной формулы. Построение структурной сетки и графика частот вращения. Разработка коробки скоростей.
курсовая работа [995,1 K], добавлен 22.10.2013Анализ гидросхемы, применение гидравлического устройства. Предварительный расчет привода. Расчет гидроцилиндра и выбор рабочей жидкости. Определение потерь давления. Расчет дросселя и обратного клапана. Оценка гидравлической схемы на устойчивость.
курсовая работа [347,0 K], добавлен 11.12.2011Выбор структурной схемы привода и гидроцилиндра. Расчет конструктивных элементов гидропривода: насоса, электродвигателя, предохранительного клапана, гидрораспределителя. Нюансы построения нелинейной математической модели гидропривода. Переходные процессы.
курсовая работа [946,9 K], добавлен 24.10.2012Принцип действия и схема привода автокрана. Определение мощности гидропривода, насоса, внутреннего диаметра гидролиний, скоростей движения жидкости. Выбор гидроаппаратуры, кондиционеров рабочей жидкости. Расчет гидромоторов, потерь давления в гидролиниях.
курсовая работа [479,5 K], добавлен 19.10.2009Принцип действия и схема объемного гидропривода бульдозера. Определение мощности привода, насоса, внутреннего диаметра гидролиний, скоростей движения жидкости. Выбор гидроаппаратуры, кондиционеров рабочей жидкости. Расчет гидромоторов и гидроцилиндров.
курсовая работа [473,2 K], добавлен 19.10.2009Выбор двигателя и кинематический расчет привода. Определение требуемой мощности двигателя. Распределение передаточного числа привода по всем ступеням. Определение частот вращения, угловых скоростей, вращающих моментов и мощностей по валам привода.
курсовая работа [194,1 K], добавлен 01.05.2012Получение математических моделей пневматического привода переключения скоростей шпинделя и электромеханического привода главного движения станков. Проведение расчета параметров датчиков, необходимых для осуществления автоматизированного управления.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 28.03.2010Выбор режимов резания на токарных станках. Эффективная мощность привода станка. Выбор типа и кинематической схемы механизма главного движения. Расчет коробки скоростей, основных конструктивных параметров деталей привода. Определение чисел зубьев шестерен.
курсовая работа [874,8 K], добавлен 20.02.2013Описание и анализ принципиальной схемы гидропривода. Расчет основных параметров гидроцилиндра, гидросети, основных параметров насосного агрегата, КПД гидропривода. Возможность бесступенчатого регулирования скоростей гидропривода в широком диапазоне.
контрольная работа [262,5 K], добавлен 24.06.2014Разработка гидравлического циклического привода пресса ПГ-200 для изготовления металлочерепицы. Определение нагрузочных и скоростных параметров гидродвигателя. Выбор насосной установки и гидроаппаратуры. Расчет потерь давления в аппаратах и трубопроводах.
курсовая работа [214,7 K], добавлен 20.03.2017Проектирование объемной гидропередачи привода рабочего органа строительно-дорожной машины. Разработка принципиальной гидравлической схемы. Описание принципа действия гидропередачи, подбор и назначение ее гидроагрегатов. Расчет диаметра трубопровода.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 26.10.2011Проектирование привода механизма натяжения стальной полосы агрегата продольной резки. Разработка и описание кинематической схемы привода. Выбор насосной установки гидропривода, определение потерь давления в трубопроводах исполнительного гидродвигателя.
дипломная работа [3,4 M], добавлен 09.11.2016Расчет объемного гидропривода универсального одноковшового экскаватора. Описание принципиальной гидравлической схемы. Выбор насоса. Определение внутреннего диаметра гидролиний, скоростей движения жидкости, потерь давления в гидролиниях, гидроцилиндров.
курсовая работа [69,3 K], добавлен 19.02.2014Обоснование выбора нового привода коробки скоростей. Разработка зубчатой передачи и расчет шпинделя на усталостное сопротивление. Проектирование узлов подшипников качения и прогиба на конце шпинделя, динамических характеристик привода и системы смазки.
курсовая работа [275,3 K], добавлен 09.09.2010Обзор приводов и систем управления путевых машин. Расчет параметров привода транспортера. Разработка принципиальной гидравлической схемы машины. Расчет параметров и подбор элементов гидропривода, механических компонентов привода и электродвигателей.
курсовая работа [177,2 K], добавлен 19.04.2011