Проектирование и расчет гидравлической схемы крана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Исходные данные к курсовой работе

Введение

1. Кинематический расчет гидравлической схемы крана

1.1 Кинематический расчет стрелы

1.2 Кинематический расчет поворотной платформы

1.3 Кинематический расчет грузовой лебедки

2. Предварительная гидравлическая схема крана

3. Расход жидкости в гидросистеме крана

3.1 Расход жидкости в стреле крана

3.2 Расход жидкости в механизме поворотной платформы крана

3.3 Расход жидкости в механизме грузовой лебедки

3.4 Расход жидкости подаваемой насосом в систему

4. Подбор рабочего оборудование

4.1 Выбор гидроцилиндра

4.2 Выбор гидромотора

4.2.1 Гидромотор поворотной платформы

4.2.2 Гидромотор грузовой лебедки

4.3 Выбор насоса

4.4 Выбор распределителей

4.4.1 Распределитель потока рабочей жидкости в механизме грузовой лебедки

4.4.2 Распределитель потока рабочей жидкости в механизме поворотной платформы

4.4.3 Распределитель потока рабочей жидкости в механизме стрелы крана

4.5 Выбор редукционного клапана

4.6 Выбор предохранительного клапана

4.7 Выбор фильтра

4.8 Выбор гидрозамка

5. Расчет объема гидробака

6. Выбор трубопровода

Список используемой литературы

Исходные данные к курсовой работе

Спроектировать и рассчитать гидравлическую схему крана. Кран состоит из поворотной платформы 1, на которой установлена стрела 2 с изменяющимся углом наклона. Подъем-опускание груза осуществляется при помощи грузовой лебедки 3.

Некоторые технические характеристики крана:

гидравлический кран насос

Таблица 1

Температурный диапазон работы машины	+15С…+35С
Передаточное отношение редуктора поворотной платформы	2,5102
Угловая скорость поворотной платформы	0,46с-1
Передаточное отношение редуктора грузовой лебедки	8
Грузоподъемность крана	2,2 тонны
Скорость подъема (опускания) груза	мин 0,08 м/с макс 0,55 м/с
Масса стрелы крана	570 кг
Масса поворотной части крана	1700 кг
Кратность полиспаста	2
Масса противовеса	0,6 тонн
Угловая скорость подъема стрелы	0,2 с-1
Вылет стрелы	4,2 метра
Диаметр барабана	300 мм
Время подъема стрелы	8 с

Рисунок 1 - Исходная схема гидравлического крана

Введение

Гидропривод - это совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии. Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель.

Основное назначение гидропривода, как и механической передачи, - преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.).

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; широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена; большая передаваемая мощность на единицу массы привода; надежная смазка трущихся поверхностей при применении минеральных масел в качестве рабочих жидкостей.

К недостаткам гидропривода относятся: утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления; нагрев рабочей жидкости, что в ряде случаев требует применения специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты; более низкий КПД (по приведенным выше причинам), чем у сопоставимых механических передач; необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости и защиты от проникновения в нее воздуха; пожароопасность в случае применения горючей рабочей жидкости.

При правильном выборе гидросхем и конструировании гидроузлов некоторые из перечисленных недостатков гидропривода можно устранить или

значительно уменьшить их влияние на работу машин. Тогда преимущества гидропривода перед обычными механическими передачами становятся столь существенными, что в большинстве случаев предпочтение отдается именно ему.

Сейчас трудно назвать область техники, где бы ни использовался гидропривод. Эффективность, большие технические возможности делают его почти универсальным средством при механизации и автоматизации различных технологических процессов.

1. Кинематический расчет гидравлической схемы крана

Кинематический расчет производится с целью выяснения силовых нагрузок на гидродвигателе, а также для определения скорости движения выходных звеньев гидродвигателя и величин их перемещения.

1.1 Кинематический расчет стрелы

Рисунок 2 - Схема крана для кинематического расчета стрелы

1. Определяем ход поршня гидроцилиндра:

,

где S1 =1,20 м., S2 =1,8 м.

2. Определяем усилие на штоке гидроцилиндра. Составляем сумму моментов всех сил относительно точки О:

где Q - грузоподъемность крана,

Gстр - масса стрелы крана.

3. Определяем скорость выдвижения штока гидроцилиндра:

где S - ход поршня гидроцилиндра;

tпод - время подъема стрелы.

1.2. Кинематический расчет поворотной платформы

2. Определяем угловую скорость гидромотора поворотной платформы:

где - угловая скорость гидромотора поворотной платформы;

- угловая скорость поворотной платформы;

Uр - передаточное отношение редуктора поворотной платформы.

3. Определяем крутящий момент поворотной платформы:

Момент на валу гидромотора механизма поворота

Момент сопротивления повороту (Нм) крана, действующий в период разгона механизма, равен

;

где MТР - момент сил трения в опорно-поворотном устройстве;

MВ - момент ветровой нагрузки (если кран работает на открытом воздухе), принимаем MВ = 0;

MИН - момент сил инерции, действующих на груз, металлоконструкцию поворотной части, противовес и т.д.

Рисунок 3 - Схема крана для кинематического расчета поворотной платформы

Определим момент сил трения в опорно-поворотном устройстве. Для этого рассмотрим схему крана с опорно-поворотным устройством (рис.1) и определим геометрические размеры крана, которые принимаются из указанных пропорций.

Основой для расчета действительных размеров является коэффициент пропорциональности a, который для данных соотношений размеров можно определить из формулы:

,

где L - вылет стрелы (см. исходные данные), L = 4,2 м; .

a) Находим момент сил трения в опорно-поворотном устройстве:

Для крана на неподвижной колонне момент сил трения в опорно-поворотном устройстве равен сумме моментов сил трения в верхней и нижней опорах:

;

;

,

где f - приведены коэффициент трения в подшипнике, f = 0,015

Поворотная часть крана устанавливается на двух опорах: верхней и нижней. В этих опорах возникают вертикальная RV и горизонтальная реакции RH, которые определяются путем составления уравнений статики.

Составим уравнение моментов относительно точки А, в которой пересекаются линии действия опорных реакций в нижней опоре:

0,5аGПР - 1,31аGСТ - 0,19аRH - 2,9а GГР;

= 600 кг - масса противовеса,

= 570 кг - масса стрелы крана,

кг - масса груза.

Знак «-» перед полученным значением говорит о том, что RН направлена в другую сторону.

Вертикальную опорную реакцию RV найдем из суммы проекций всех сил на вертикальную ось:

b) Находим момент сил инерции, действующих на груз, металлоконструкцию поворотной части, противовес и т.д.

Момент сил инерции

,

где J - момент инерции (относительно оси поворота крана) медленно поворачивающихся частей крана, груза и вращающихся частей механизма поворота, кгм2;

- угловое ускорение крана, рад/с2.

Момент инерции

,

где = 1,2…1,4 - коэффициент учета инерции вращающихся частей механизма поворота;

JМ.П.Ч. - момент инерции (относительно оси поворота крана) груза и медленно поворачивающихся частей крана, кгм2;

;

где - масса j-й медленно поворачивающейся части, кг (груз, стрела, противовес и т.д.);

- расстояние от центра массы j-й медленно поворачивающейся части до оси поворота крана, м;

= 1,2…1,4 - коэффициент приведения геометрических радиусов вращения к радиусам инерции.

Определим момент инерции груза:

= 1,3(6000,53 + 5703,61 + 220017,7)= 53710,41 кгм2.

1,3  53710,41=69823,53 кгм2 ? 69,82 тм2.

Угловое ускорение крана при разгоне может быть найдено по допустимому линейному ускорению груза ([a] = 0,2 м/с2) и максимальной величине вылета стрелы L (берем из исходных данных):

рад/с2.

Тогда момент сил инерции

= 69823,530,048 = 3352 Нм.

Момент сопротивления повороту крана

3352 + 945,6 = 4297,6 Нм.

1.3 Кинематический расчет грузовой лебедки

4. Определяем угловую скорость гидромотора грузовой лебедки:

где - угловая скорость гидромотора грузовой лебедки;

- угловая скорость барабана грузовой лебедки;

Uр - передаточное отношение редуктора грузовой лебедки.



где Vк - скорость, с которой канат наматывается на барабан;

Rб - радиус барабана.

где Uп - кратность полиспаста;

Vmax - максимальная скорость подъема груза.

5. Определяем крутящий момент грузовой лебедки:

где МБ - вращающий момент на барабане грузовой лебедки;

Uр - передаточное отношение редуктора грузовой лебедки.

где Fк - усилие, с которым канат наматывается на барабан;

DБ - диаметр барабана грузовой лебедки.

где Q - грузоподъемность крана;

Uп - кратность полиспаста.

Полученные результаты кинематического расчета сведем в таблицу 2.

Таблица 2

Гидродвигатель	Крутящий момент / Усилие	Угловая скорость / скорость перемещения	Угол поворота / Ход
Гидромотор механизма поворота	19,1 Нм	115 рад/с или 18,3 об/с	-
Гидромотор лебедки	159,4 Нм	58,4 рад/с или 9,3 об/с	-
Гидроцилиндр подъема стрелы	166 кН	0,075 м/с	600 мм

2. Предварительная гидравлическая схема крана

В соответствии с особенностями машины проектируем предварительную гидравлическую схему.

Рисунок 4 - Предварительная гидравлическая схема крана

3. Расход жидкости в гидросистеме крана

3.1 Расход жидкости в стреле крана

a) Находим площадь поршня со стороны поршневой полости гидроцилиндра:

где Рн - давление, развиваемое насосом;

F - усилие на штоке гидроцилиндра;

А - площадь поршня.

b) Находим диаметр поршня:

c) Находим расход жидкости, поступающий в гидроцилиндр:

где V - скорость выдвижения штока гидроцилиндра;

А - площадь поршня.

3.2 Расход жидкости в механизме поворотной платформы крана

a) Определяем рабочий объем гидромотора поворотной платформы:

где Кз.у. - коэффициент запаса по усилию, Кз.у. = 1,1 - 1,2;

Мкр - крутящий момент на валу;

Рн - давление, развиваемое насосом;

- общий КПД гидромотора, =0,8 - 0,93.

b) Определяем расход жидкости гидромотора поворотной платформы:

где n - частота вращения вала гидродвигателя.

3.3 Расход жидкости в механизме грузовой лебедки

a) Определяем рабочий объем гидромотора грузовой лебедки:

b) Определяем расход жидкости гидромотора грузовой лебедки:

3.4 Расход жидкости подаваемой насосом в систему

где - утечки в гидросистеме.

Определяем рабочий объем насоса:

Полученные результаты расчета расхода жидкости в гидросистеме крана сведем в таблицу 3.

Таблица 3

Механизм Параметр	Гидроцилиндр подъема стрелы	Гидромотор механизма поворота	Гидромотор лебедки	Насос
Расход жидкости, л/мин	47	9	38	123

4. Подбор рабочего оборудование

4.1 Выбор гидроцилиндра

По диаметру поршня DП = 0,115 м. и ходу поршня S=0,60м. выбираем гидроцилиндр ГЦ 125.56х630.11. [3]

Рисунок 5 - Гидроцилиндр ГЦ 125.56х630.11

4.2 Выбор гидромотора

4.2.1 Гидромотор поворотной платформы

По рабочему объему гидромотора и крутящему моменту на валу Мкр1 = 19,1 Н·м подбираем гидромотор аксиально - поршневой нерегулируемый гидромотор F11 - 12 [4] со следующими параметрами

Таблица 4

Аксиально - поршневой гидромотор серии F11

Основные параметры	F11 - 12
Рабочий объем q, см3	12,5
Давление на входе, МПа: номинальное максимальное	10 32
Частота вращения вала n, об/мин: номинальная максимальная	9400 10300
Крутящий момент не менее, Нм: номинальный	19,8
Полный КПД	0,8

Рисунок 6 - Аксиально - поршневой гидромотор серии F11

1 - Корпус гильзы; 2 - пластина клапанов; 3 - гильза цилиндров; 4 - направляющая прокладка с уплотнительными кольцами; 5 - распределительная шестерня; 6 - роликовый подшипник; 7 - корпус подшипника; 8 - уплотнение вала; 9 - выходной/входной вал; 10 - поршень с многослойным поршневым кольцом.

4.2.2 Гидромотор грузовой лебедки

По рабочему объему гидромотора и крутящему моменту на валу Мкр2 = 159,4 Н·м подбираем планетарный гидромотор МГП - 80. [5] со следующими параметрами:

Таблица5

Гидромоторы планетарные МГП

Основные параметры	МГП - 80
Рабочий объем q, см3	80
Давление на входе, МПа: номинальное максимальное	16 21
Частота вращения вала n, об/мин: номинальная максимальная	345 810
Крутящий момент не менее, Нм: номинальный максимальный	170 200
Полный КПД	0,76

Рисунок 7 - героторный гидромотор МГП

4.3 Выбор насоса

По рабочему объему насоса и расходу жидкости подаваемой насосом в систему подбираем аксиально - плунжерный нерегулируемый насос A2FO [6] со следующими параметрами:

Таблица 6

Характеристики аксиально - плунжерного насоса A2FO

Основные параметры	A2FO
Рабочий объем q, см3	125
Номинальная подача Q, л/мин	196
Максимальное давление P, бар	400
Масса, кг	32

Рисунок 8 - аксиально - плунжерный насос A2FO

4.4 Выбор распределителей

4.4.1 Распределитель потока рабочей жидкости в механизме грузовой лебедки

По номинальному давлению на входе Рном = 16МПа и расходу жидкости QГМ2 =38 л/мин подбираем гидрораспределитель с электромагнитным управлением S-DSG-01 [7] со следующими параметрами:

Таблица 7

Характеристики гидрораспределителя типа DSG

Параметр	S-DSG-01
Диаметр условного прохода, мм	10
Расход масла, л/мин: максимальный	63
Давление, МПа: номинальное максимальное	16 35

Рисунок 9 - гидрораспределитель с электромагнитным управлением DSG

4.4.2 Распределитель потока рабочей жидкости в механизме поворотной платформы

По номинальному давлению на входе Рном = 16 МПа и расходу жидкости QГМ1 =9,3 л/мин подбираем гидрораспределитель ПГ73-11[8] со следующими параметрами:

Таблица 8

Характеристики гидрораспределителя типа ПГ73-11

Параметр	ПГ73-11
Диаметр условного прохода, мм	8
Расход масла, л/мин: номинальный максимальный	8 16
Давление, МПа: номинальное в сливной линии, не более	16 7



Рисунок 10 - Конструкция распределителей ПГ73-11

Распределитель ПГ 73 - 11 состоит из корпуса 9, а также из золотника 8 (диаметром до 6 мм), из втулок 5, шайб 2, пружин 3, толкателей 11, гильзы 7, чашек 6, штепсельного разъема 1 и электромагнитов 4. Золотник 8 перемещается в крайнюю позицию, осуществляется это благодаря электромагнитам 4 толкающего типа, которые воздействуют на золотник при помощи толкателя 11. Сразу после отключения электромагнита все пружины 3, как правило, возвращают золотник в определенную среднюю позицию. Если произошла утечка масла из какой-либо торцовой полости золотника, должно отводится в специальное дренажное отверстие 10. Двухпозиционные распределители обладают фиксацией золотника в наиболее крайних позициях, а это позволяет полностью отключать электромагнит сразу после срабатывания распределителя, а также совсем не обязательно держать его длительный промежуток времени под током. Кроме того двухпозиционные распределители также могут иметь исполнение Б всего с одним электромагнитом, причем возврат золотника на исходную позицию, то есть на левую позицию, при отключении данного электромагнита производится пружиной.

4.4.3 Распределитель потока рабочей жидкости в механизме стрелы крана

По номинальному давлению на входе Рном = 16 МПа и расходу жидкости QГЦ = 46,8 л/мин подбираем гидрораспределитель с электромагнитным управлением 4WE 6 G S01 - 12DG [9] со следующими параметрами:

Таблица 9

Гидрораспределители серии 4WE

Параметр	4WE 6 G S01-12DG
Диаметр условного прохода, мм	10
Расход масла, л/мин: номинальный максимальный	40 60
Давление, МПа: номинальное в сливной линии, не более	16 7
Масса, кг	2,0

Рисунок 11 - гидрораспределитель 4WE 6 G S01 - 12DG

4.5 Выбор редукционного клапана

Редукционный клапан предназначен для изменения или поддержания в требуемых пределах основных параметров потока рабочей жидкости: давления и расхода. Т.к. расход рабочей жидкости насоса значительно превышает расход рабочей жидкости в отдельно взятых гидросистемах механизмов крана (механизма грузовой лебедки, механизма стрелы и механизма поворотной платформы), то устанавливаем после насосной станции редукционный клапан серии 1PD [10], со следующими параметрами:

Таблица 10

Характеристики редукционного клапана серии 1PD

Параметр	1PD
Диаметр условного прохода Dу , мм	20
Расход масла, л/мин: номинальный максимальный	100 200
Давление редукционное, МПа	1 - 20
Номинальное давление перед клапаном, Мпа	35
Минимальная разница между давлением перед клапаном и давлением редукционным Рном , Мпа	0,5

Рисунок 12 - редукционный клапан серии 1PD

4.6 Выбор предохранительного клапана

Предохранительный клапан устанавливают на насосной станции для предотвращения разрыва трубопровода, вследствие повышения давления, или разрушения деталей насоса. Предохранительный клапан начинает сбрасывать часть рабочей жидкости обратно в бак, при достижении давления в напорной линии некоторого предельного допустимого значения.

Расход жидкости предохранительного клапана должен быть чуть больше расхода жидкости насоса. Следуя этому условию, выбираем предохранительный клапан типа VMD 80 [10], со следующими параметрами:

Таблица 11

Характеристики предохранительного клапана VMD 80

Параметр	VMD 80
Расход масла, л/мин: номинальный	80
Давление, МПа	26

Рисунок 13 - предохранительный клапан VMD 80

4.7 Выбор фильтра

Фильтры серии MHT [10] предназначены для основного предохранения всей гидравлической системы, они устанавливаются непосредственно за насосом. Фильтрующие элементы (элементы из химволокна имеют абсолютную эффективность фильтрации для указанного размера частиц) обеспечивают высокий коэффициент фильтрации и хорошую защиту чувствительных к загрязнению гидроаппаратов.

Таблица 12

Характеристики напорного фильтра высокого давления серии MHT

Параметр	MHT
Номинальная пропускная способность, л/мин	420
Диаметр условного прохода Dу , мм	16 - 46
Максимальное рабочее давление, МПа	42
Перепускной клапан, МПа	0,6; 0,8

Рисунок 14 - напорный фильтр высокого давления серии MHT

4.8 Выбор гидрозамка

Гидрозамки предназначены для пропускания потока рабочей жидкости при отсутствии управляющего воздействия в одном направлении, а при наличии управляющего воздействия в обоих направлениях.

Обычно гидрозамки устанавливают между гидрораспределителем и гидроцилиндром для надежной фиксации и предотвращения самопроизвольного (неуправляемого) движения рабочих органов машины, вызванного неизбежными перетечками рабочей жидкости в зазоре запорно-регулирующего элемента направляющего гидроаппарата. Подбираем гидрозамок ГОУ 12 000 [3] со следующими параметрами:

Таблица 13.

Характеристики гидрозамка ГОУ 12 000

Параметр	ГОУ 12 000
Давление, МПа	28
Давление управления, МПа	5
Масса, кг	1,02

Рисунок 15 - гидрозамок ГОУ 12 000

5. Расчет объема гидробака

Рисунок 16 - Схема проведения трубопровода в устройстве крана

1) Определения объема жидкости в гидроцилиндре.

,

А - площадь поршня

2) Определения объема жидкости в трубопроводе.

,

где - сумма длин трубопровода на рис.15,

- диаметр трубопровода, который определяется по формуле:

,

где - расход жидкости в насосе, л/мин

- скорость жидкости в трубе, м/с

Согласно [1, стр. 218], на стадии предварительного расчета внутренние диаметры трубопроводов определяют на основе рекомендуемых значений средних скоростей движения жидкости в гидролиниях:

§ во всасывающих - 1,5 м/с

§ в напорных - 6 м/с

§ в сливных - 2 м/с

§ в линиях управления - 5 м/с

3) Определения объема бака:

Подбираем объем гидробака из стандартного ряда емкостей. Выбираем Vбака =60 л. [10]

6. Выбор трубопровода

1) Выбор рукава

Подбираем рукав 10 33 L M20x1,5 ГОСТ 6286-73 [3]. Рукав резиновый высокого давления с металлическими оплетками неармированный. Рукав с внутренним диаметром 10 мм., рабочим давлением до 33МПа, работоспособным в районах с умеренным и тропическим климатом.

Рисунок 17 - рукав высокого давления

1) Выбор промежуточного соединения

Подбираем промежуточное соединение из [2] для стальной трубы с диаметром 10 мм.

Рисунок 18 - Прямое промежуточное соединение

Таблица 12

Трубы стальные по ГОСТ 8734-75, dнЧS,мм	D1,мм	S2,мм	L3,мм
10Ч1	10	19	42

Выбор штуцера для промежуточного соединения

Подбираем штуцер из [2] для стальной трубы с диаметром 10 мм.

Рисунок 19 - Штуцер проходной

Таблица 13

Трубы стальные по ГОСТ 8734-75 D1ЧS	Резьба метрическая, мм	D1, мм	D3, мм	S1, мм	L1, мм	L2, мм
10Ч1	М16Ч1,5	10	8	17	27	13

Список используемой литературы

1. Пневматические и гидравлические приводы и системы. Часть 2. Гидравлические приводы и системы. Основы. Учебное пособие / А.С.Наземцев, Д.Е. Рыбальченко. - М.: ФОРУМ, 2007.

2. http://www.virtuscontrols.ru - ООО «ВИРТУС Контролс», каталог промежуточных соединений.

3. http://www.gidroagregat.ru - официальный сайт ОАО «Елецгидроагрегат».

4. http://hydrosnab.ru/parker_apm.php - ООО «ГидроСнаб Холдинг» 2007 - 2012, каталог гидромоторов Parker.

5. http://www.remagr.ru/gidromotor_mgp_80 - ООО Фирма Ремагрегат, каталог гидромоторов.

6. http://www.gidroimpulse.ru/products/bosch_komp/b_motor.html - группа компаний «Гидроимпульс» 2008 - 2013, каталог гидронасосов фирмы Bosch Rexroth.

7. http://www.mikuni.ru/qa/e_direct.html - ЗАО «Энерпром-Микуни» 2005 - 2012, каталог гидрораспределителей.

8. http://www.mirgidravliki.ru/index-35.htm - ООО " ЯРИНТЕХСНАБ ", каталог гидрораспределителей.

9. http://www.hydac.com.ru/gidroraspredeliteli-dn6.html - ООО «HYDAK INTERNATIONAL» 2009, описание гидрораспределителей.

10. http://www.hydrapac.com/ - ООО «ГидраПак Силовые и Управляющие системы».

Размещено на Allbest.ru

...