Расчет гидропривода фронтального погрузчика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Политехнический институт

Технологические машины и оборудование кафедра

КУРСОВАЯ РАБОТА

Расчет гидропривода фронтального погрузчика

тема работы

Руководитель ________ Хомутов М. П.

подпись, дата инициалы, фамилия

Студент МТ11-04Б, 071103944 ________ Сайбель Д. В.

номер группы, зачетной книжки подпись, дата инициалы, фамилия

Красноярск 2014 г.



Введение

Гидравлический привод применяется на строительно-дорожных, подъемно-транспортных, сельскохозяйственным, лесозаготовительных и лесохозяйственных, мелиоративных, транспортных и других самоходных машинах различного технологического назначения. Основные преимущества гидропривода: плавность и равномерность движения рабочих органов, возможность получения больших передаточных отношений, возможность бесступенчатого регулирования скоростей в широком диапазоне, простота преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и возвратно-поворотное, малый момент инерции, обеспечивающий быстрое реверсирование, легкость стандартизации и унификации основных элементов, небольшой вес и малые габариты гидрооборудования; высокий КПД, мгновенность передачи командных импульсов, простота предохранительных устройств и их высокая надежность; легкость управления и регулирования, самосмазываемость оборудования.

При выполнении курсовой работы по гидроприводу студенты изучают принципиальные гидравлические схемы конкретных машин, выполняют силовой расчет рабочего оборудования, рассчитывают гидравлическую систему и на основе этого расчета выбирают типоразмеры гидрооборудования.

насос гидроаппаратура теплообменник трубопровод



1. Расчет гидравлического привода

1.1 Исходные данные для расчета гидропривода

Т= 14• Н; = 0,1 м/с; = 16 МПа; = 800 кг; Длина гидролиний: = 8,5 м; = 6 м; = 2,8 м. Коэффициенты местных сопротивлений: = 11; = 8; = 3.

1.2 Выбор рабочих жидкостей

Рабочая жидкость для аксиально-поршневых насосов ВМГ3(зимой), МГЕ-46B(летом).

1.3 Расчет мощности и подачи насосов

Мощность привода нерегулируемого насоса определяется по формулам:

для привода гидроцилиндров-

(1)

Зная мощность привода, можно рассчитать требуемую подачу насосов:

(2)

По известной подаче и числу оборотов вала определим рабочий объем насоса:



(3)

1.4 Выбор распределителей, выбор типоразмера направляющей и регулирующей гидроаппаратуры

Тип и марку распределителя выбирают по номинальному давлению, подаче насоса и количеству гидродвигателей. Для гидроприводов, работающих в тяжелом режиме эксплуатации (с аксиально-поршневыми насосами), обычно выбирают секционные распределители.

Гидравлическая схема секционного распределителя состоит из напорной секции, требуемого числа рабочих секций в соответствии с количеством гидродвигателей и сливной секции.

Подбор осуществляем по номинальному давлению и подаче насосов. Из рекомендаций выбираем секционные распределители марки РС 25.20 с двумя и шестью секциями. Обратные клапаны 61300. В качестве предохранительных клапанов типа 521.25.

1.5 Выбор фильтров

Фильтр выбирается по подаче и требуемой тонкости фильтрации. Из рекомендаций выбираем фильтр типоразмера 1.1.32-25 с тонкостью фильтрации 25 мкм.

1.6 Расчет трубопроводов

Внутренний диаметр трубы и площадь ее поперечного сечения, находят из уравнения неразрывности потока жидкости:

(4)

(5)

где Q- величина потока жидкости через трубу, ; V- скорости потока жидкости, м/с.

Отечественный и зарубежный опыт проектирования и эксплуатации самоходных машин с гидроприводом позволяет рекомендовать следующие значения скорости потока жидкости, м/с:

а) для всасывающего трубопровода: 0,8-1;

б) для сливного трубопровода: 1,4-2;

в) для напорного трубопровода: 3,6-4.

Определим диаметры трубопроводов:

(6)

(7)

(8)

После расчета всасывающего, сливного и напорного трубопроводов их диаметры уточним в соответствии с ГОСТ 8732-78: , а затем по уточненным данным определим действительные скорости потока жидкости в указанных трубопроводах:

(9)

(10)

(11)



1.7 Расчет давления во всасывающем трубопроводе

Экспериментальными исследованиями установлено, что для исключения кавитации необходимо иметь давление в конце всасывающего трубопровода 0,07 МПа для аксиально-поршневых насосов. Это давление определяется из уравнения Бернулли:

(12)

Расчет выполняется в диапазоне температур от -40 до +80 и интервалом 20 ?С.

По графикам из методических указаний определим плотность и вязкость рабочей жидкости для всех указанных температур. Вначале вносим в таблицу 1 значения величин для зимнего масла ВМГ3.

Таблица 1 - зависимость давления во всасывающей камере аксиально-поршневого насоса от температуры (зимнее масло ВМГЗ)

Параметр	Температура рабочей жидкости, ?С
	-40	-20	0	20	40	60	80
н, /с•	1400	220	70	27	13,8	8,6	6
с	895	877	863	850	834	820	805
	2,14	0,33	0,1	0,04	0,041	0,036	0,033
Re	35	224,9	707	1832,9	3586,2	5754,6	8248,3
	20	3,3	1,7	1,2	1	1	1
		0,564	0,1001	0,1045	0,1016	0,8068	0,10332	0,10057
		0,04	0,0915	0,096	0,072	0,0951	0,0952	0,0923



Определим число Рейнольдса:

При t= -40 ?С, ;(13)

При t= -20 ?С, ;(14)

При t= 0 ?С, ;(15)

При t= 20?С, ;(16)

При t= 40?С, ;(17)

При t= 60?С, ;(18)

При t= 80?С, .(19)

Ламинарному режиму течения жидкости в трубопроводах круглого поперечного сечения соответствуют числа Рейнольдса Re?2200-2300, турбулентному - Re?2200-2300.

По формулам: при ламинарном режиме; , определим коэффициент трения для всех температур:

При t= -40 ?С, = 2,14;(20)

При t= -20 ?С, = = 0,33;(21)

При t= 0 ?С,;(22)

При t= 20?С,;(23)

При t= 40?С,;(24)

При t= 60?С,;(25)

При t= 80?С,.(26)

По графику из методических указаний определим поправочный коэффициент .

Результаты заносим в таблицу.

Расчет давления во всасывающем трубопроводе определяем для выбранных температур при высоте всасывания h =

При t= -40 ?С, (27)

При t= -20. ?С, (28)

При t= 0 ?С, (29)

При t= 20 ?С, (30)

При t= 40 ?С, (31)

При t= 60 ?С, (32)

При t= 80 ?С, (33)

Расчет давления во всасывающем трубопроводе определяем для выбранных температур при высоте всасывания h =

При t= -40 ?С, (34)

При t= -20. ?С, (35)

При t= 0 ?С, (36)

При t= 20 ?С, (37)

При t= 40 ?С, (38)

При t= 60 ?С, (39)

При t= 80 ?С, (40)

Для расчета на летнем масле МГЕ-46В составляем таблицу 2. Расчеты выполняем аналогично.

Таблица 2 - зависимость давления во всасывающей камере аксиально-поршневого насоса от температуры (летнее масло МГЕ-46В)

Параметр	Температура рабочей жидкости, ?С
	-40	-20	0	20	40	60	80
н, /с•	30000	8500	650	135	40	18,3	10,2
с	924	910	895	880	866	854	838
	46,9	12,9	1	0,2	0,06	0,043	0,037
Re	1,6	5,8	76,1	366,6	1237,2	2704,3	4851,9
	400	110	10	2	1,4	1	1
		-0,954	-0,18	0,0825	0,100	0,103	0,103	0,1037
		-0,96	-0,19	0,073	0,091	0,0947	0,0949	0,0955

Определим число Рейнольдса:

При t= -40 ?С, ;(41)

При t= -20 ?С, ;(42)

При t= 0 ?С, ;(43)

При t= 20?С, ;(44)

При t= 40?С, ;(45)

При t= 60?С, ;(46)

При t= 80?С, .(47)

Ламинарному режиму течения жидкости в трубопроводах круглого поперечного сечения соответствуют числа Рейнольдса Re?2200-2300, турбулентному - Re?2200-2300.

По формулам: при ламинарном режиме; , определим коэффициент трения для всех температур:

При t= -40 ?С, = 46,9;(48)

При t= -20 ?С, = = 12,9;(49)

При t= 0 ?С,;(50)

При t= 20?С,; (51)

При t= 40?С,;(52)

При t= 60?С,;(53)

При t= 80?С,.(54)

Расчет давления во всасывающем трубопроводе определяем для выбранных температур при высоте всасывания h =

При t= -40 ?С, (55)

При t= -20. ?С, (56)

При t= 0 ?С, (57)

При t= 20 ?С, (58)

При t= 40 ?С, (59)

При t= 60 ?С, (60)

При t= 80 ?С, (61)

Расчет давления во всасывающем трубопроводе определяем для выбранных температур при высоте всасывания h =

При t= -40 ?С, (62)

При t= -20. ?С, (63)

При t= 0 ?С, (64)

При t= 20 ?С, (65)

При t= 40 ?С, (66)

При t= 60 ?С, (67)

При t= 80 ?С, (68)

На основании полученных таблиц строим рисунок 1 для летнего и зимнего масла в координатах при высотах всасывания = -0,5, = +0,5.

1- высота всасывания +0,5 м; 2. высота всасывания - 0,5 м; а- рабочая жидкость ВМГЗ; б- рабочая жидкость МГЕ-46В.

Рисунок 1 - Зависимость давления во всасывающей камере аксиально-поршневого насоса от температуры.

1.8 Расчет потерь давления в гидросистеме

Суммарные потери давления в напорной и сливной гидролиниях определяются из следующих выражений:

напорная линия:

(69)

сливная линия:

(70)

Как и при расчете давления во всасывающем трубопроводе, составим таблицу, в которую занесем все переменные величины, полученные из графиков или расчетным путем.

Таблица 3 - зависимость потерь давления в гидросистеме стрелового монтажного крана (зимнее масло ВМГЗ)

Параметры	Температура рабочей жидкости, ?С
	-40	-20	0	20	40	60	80
н, /с•	1400	220	70	27	13,8	8,6	6
с	895	877	863	850	834	820	805
	1,17	0,18	0,058	0,042	0,035	0,031	0,029
	1,44	0,23	0,072	0,044	0,037	0,033	0,030
	64,3	409	1286	3333	6522	10465	15000
	52	330	1037	2689	5261	8442	12100
	11	1,9	1,3	1	1	1	1
	14	2,2	1,4	1	1	1	1
	1,882	0,288	0,106	0,077	0,0665	0,0602	0,0556
	0,581	0,0906	0,0329	0,0208	0,0183	0,0167	0,0155
	2,463	0,3786	0,1389	0,0978	0,0848	0,0769	0,0711

Определим число Рейнольдса для выбранных температур напорного и сливного трубопровода:

При t= -40 ?C,

(71)

(72)

При t= -20 ?C,

(73)

(74)

При t= 0 ?C,

(75)

(76)

При t= 20 ?C,

(77)

(78)



При t= 40 ?C,

(79)

(80)

При t= 60 ?C,

(81)

(82)

При t= 80 ?C,

(83)

(84)

По числу Рейнольдса определим коэффициенты трения жидкости и Все результаты заносим в табл. 3.

При t = -40 ?С,

(85)

(86)

При t = -20 ?С,

(87)

(88)

При t = 0 ?С,

(89)

(90)

При t = 20 ?С,

(91)

(92)

При t = 40 ?С,

(93)

(94)

При t = 60 ?С,

(95)

(96)

При t = 80 ?С,

(97)

(98)

По графику из методических указаний находим поправочный коэффициент для напорного и сливного трубопроводов. Результаты также заносим в таблицу 3. Теперь рассчитаем потери в напорной и сливной гидролиниях:

При t= -40 ?C,

=

(99)

(100)

При t= -20 ?C,

(101)

(102)

При t= 0 ?C,

(103)

(104)

При t= 20 ?C,

(105)

(106)

При t= 40 ?C,

(107)

(108)

При t= 60 ?C,

(109)

(110)

При t= 80 ?C,

(111)

(112)

По этой же схеме определим потери давления для летнего масла. Прежде всего определим по соответствующим графикам вязкость и плотность масла. Все данные заносим в табл. 4.

Таблица 4 - зависимость потерь давления в гидросистеме стрелового монтажного крана (зимнее масло МГЕ-46В)

Параметры	Температура рабочей жидкости, ?С
	-40	-20	0	20	40	60	80
н, /с•	150	80	650	135	40	18,3	10,2
с	924	910	895	880	866	854	838
	25	7,1	0,54	0,11	0,033	0,038	0,033
	31	8,8	0,67	0,14	0,041	0,04	0,034
	3	10,6	138	667	2250	4918	8823
	2,42	8,5	112	538	1815	3967	7118
	200	70	6,5	1,7	1,1	1	1
	250	80	7	1,8	1,2	1	1
	20,816	26,358	2,073	0,447	0,181	0,184	0,167
	27,413	7,628	0,456	0,0134	0,0525	0,0494	0,0451
	48,229	33,986	2,529	0,4604	0,2335	0,2334	0,2121

Определим число Рейнольдса для выбранных температур напорного и сливного трубопровода:

При t= -40 ?C,

(113)

(114)

При t= -20 ?C,

(115)

(116)

При t= 0 ?C,

(117)

(118)

При t= 20 ?C,

(119)

(120)

При t= 40 ?C,

(121)

(122)

При t= 60 ?C,

(123)

(124)



При t= 80 ?C,

(125)

(126)

По числу Рейнольдса определим коэффициенты трения жидкости и Все результаты заносим в табл. 3.

При t = -40 ?С,

(127)

(128)

При t = -20 ?С,

(129)

(130)

При t = 0 ?С,

(131)

(132)

При t = 20 ?С,

(133)

(134)

При t = 40 ?С,

(135)

(136)

При t = 60 ?С,

(137)

(138)

При t = 80 ?С,

(139)

(140)

По графику из методических указаний находим поправочный для напорного и сливного трубопроводов. Результаты также заносим в табл. 3. Теперь рассчитаем потери в напорной и сливной гидролиниях:

При t= -40 ?C,

=

; (141)

(142)



При t= -20 ?C,

(143)

(144)

При t= 0 ?C,

(145)

(146)

При t= 20 ?C,

(147)

(148)

При t= 40 ?C,

(149)

(150)

При t= 60 ?C,

(151)

(152)

При t= 80 ?C,

(153)

(154)

По результатам расчета строим рисунок 2 в координатах для зимнего масла ВМГ3 и летнего масла МГ-30.

1-зимнее масло ВМГЗ, 1-летнее масло МГЕ-46В

Рисунок 2 - Зависимость потерь давления в гидросистеме крана от температуры

1.9 Расчет КПД гидропривода машины

Общий КПД гидропривода определяют произведением гидравлического, механического и объемного КПД:

(155)

Гидравлический КПД определим по суммарным потерям давления:

(156)

Расчеты выполним только для зимнего масла ВМГ3:

При t= -40 ?C, ;(157)

При t= -20 ?C, ;(158)

При t= 0 ?C, ;(159)

При t= 20 ?C, ;(160)

При t= 40 ?C, ;(161)

При t= 60 ?C, ;(162)

При t= 80 ?C, .(163)

Механический КПД находят произведением механических КПД всего последовательно соединенного гидрооборудования, в котором происходят потери энергии на трение:

Механический КПД насоса 210.16 равен 0,925, а из рекомендации: в практических расчетах механический КПД гидроцилиндра выбирают в пределах 0,92-0,98. Меньшие значения его рекомендуется выбирать для давления рабочей жидкости до 10 МПа, а большие - для давления свыше 20 МПа. Механический КПД распределителей принимаем равным 1.

(164)

В расчетах покажем, что механический КПД не зависит от температуры. Это предположение приближенно, так как механический КПД так же, как гидравлический и объемный, существенно зависит от температуры. Однако в технической литературе нет данных по влиянию температуры на механический КПД насосов и гидроцилиндров.

Объемный КПД гидропривода рассчитывают из выражения:

(165)

В этом выражении объемные КПД распределителей и гидроцилиндров можно принимать равными 1, так как внутренние утечки по отношению к подаче насоса пренебрежительно малы. Объемный КПД насоса выбираем по графику из методических указаний.

При t= -40 ?С, (166)

При t= -20 ?С, (167)

При t= 0 ?С, (168)

При t= 20 ?С, (169)

При t= 40 ?С, (170)

При t= 60 ?С, (171)

При t= 80 ?С, (172)

Результаты расчета заносим в таблицу 5 и определяем общий КПД гидропривода стрелового монтажного крана.

Таблица 5 - зависимость КПД гидропривода стрелового монтажного крана от температуры

КПД	Температура рабочей жидкости, ?С
	-40	-20	0	20	40	60	80
Гидравлический	0,877	0,981	0,993	0,995	0,996	0,9962	0,9964
Механический	0,9	0,9	0,9	0,9	0,9	0,9	0,9
Объемный	0,58	0,8	0,88	0,85	0,77	0,65	0,53
Общий	0,46	0,71	0,79	0,76	0,69	0,58	0,47

Далее строим рисунок 3 в координатах -t, который показывает оптимальный диапазон температуры рабочей жидкости.



1.10 Выбор гидроцилиндров

Гидроцилиндры выбирают по двух параметрам: величине хода и диаметру гильзы цилиндра. В курсовой работе ход поршня не известен. Поэтому гидроцилиндр можно выбрать только по диаметру. В задании на курсовую работу указано усилие на гидроцилиндре Т=14• Н. Необходимо учесть только гидромеханический КПД гидропривода, который при t= 20 ?С равен 0,896.

D= = 0,11 м.(173)

Выбираем из рекомендаций гидроцилиндр диаметром D= 125 мм и диаметр штока d= 80 мм.

1.11 Определение объема и площади теплоотдачи гидробаков

Предварительно вместимость бака выбираем:

- для гидропривода крана - (1,0-1,5)•=(1,0-1,5)•150= от 150 до 225 л.

После предварительного выбора объема бака согласуем его значение по ГОСТ 12448-80, выбираем вместимость гидробака 200 л, для которого определим площадь теплоотдачи:

(174)

Определим площадь теплоизлучающих поверхностей гидропривода стрелового монтажного крана:

(175)

1.12 Тепловой расчет гидропривода и расчет теплообменника

Этот расчет выполняем при температуре рабочей жидкости .

Количество тепла, получаемое в единицу времени, соответствует потерянной в гидроприводе мощности и может быть определено по формуле:

(176)

где коэффициент продолжительности работы под нагрузкой ; коэффициент использования номинального давления при тяжелом режиме работы.

Определим установившуюся температуру рабочей жидкости в гидроприводе:

(177)

Так как установившаяся температура рабочей жидкости на 111 ?С превышает допустимую, то в гидроприводе стрелового монтажного крана необходимо применить теплообменник, площадь которого:

(178)

Теперь определим текущую температуру рабочей жидкости в гидроприводе по формуле:

(179)

где (180)

Определим массу жидкости, пологая, что ее объем в гидросистеме превышает объем жидкости в гидробаке в 1,5 раза:

(181)

(182)

Придавая значения ф, определим текущую температуру.

Через ф= 1200 с после начала работы:

(183)

Через ф= 2400 с после начала работы:

(184)

Через ф= 3600 с после начала работы:

(185)

Через ф= 4800 с после начала работы:

(186)

Через ф= 6000 с после начала работы:

(187)

Через ф= 7200 с после начала работы:

(188)

Через ф= 10800 с после начала работы:

(189)

Через ф= 13200 с после начала работы:

(190)

При достижении температуры 70 ?С полагаем, что произойдет автоматическое включение теплообменника. Площадь теплоизлучающих поверхностей увеличится, что исключает перегрев гидросистемы. По результатам расчета строим рисунок 200 в координатах . Если предположить, что коэффициент теплоотдачи не меняется, то можно построить график , приняв за начальную температуру -40?С. Построенный расчетным путем график позволяет судить о тепловом режиме гидропривода стрелового монтажного крана.



1- с теплообменником; 2. без теплообменника

Рисунок 4 - Зависимостьтемпературы рабочей жидкости в гидроприводе стрелового монтажного кана от продолжительности работы:

Позиция	Наименование	Примечание
1	Гидробак	200 литров
2	Нерегулируемый насос	210.16
3	Нерегулируемый насос	210.16
4	Ручной насос
5	Секционный распределитель	РС 25.20 6 секций
6	Гидроцилиндры блокировки рессор	D= 125 мм, d= 80 мм
7	Гидроцилиндр выносной опоры	D= 125 мм, d= 80 мм
8	Гидроцилиндр выносной опоры	D= 125 мм, d= 80 мм
9	Гидроцилиндр выносной опоры	D= 125 мм, d= 80 мм
10	Гидроцилиндр выносной опоры	D= 125 мм, d= 80 мм
11	Вентиль
12	Вентиль
13	Гидроцилиндр тормозов	D= 125 мм, d= 80 мм
14	Гидроцилиндр тормозов	D= 125 мм, d= 80 мм
15	Секционный распределитель	РС 25.20 2 секции
16	Секционный распределитель	РС 25.20 2 секции
17	Гидроклапан с электронным управлением
18	Гидроклапан с электронным управлением
19	Гидроклапан с электронным управлением
20	Предохранительный клапан	521.25
21	Предохранительный клапан	521.25
22	Дроссель с регулятором давления
23	Гидроцилиндр изменения длины стрелы	D= 125 мм, d= 80 мм
24	Тормозные гидроклапаны
25	Тормозные гидроклапаны
26	Тормозные гидроклапаны
27	Гидроцилиндр изменения вылета стрелы	D= 125 мм, d= 80 мм
28	Гидромотор поворота платформы
29	Гидромотор грузовой лебедки
30	Фильтр с переливным клапаном	1.1.32-25
31	Манометр
32	Датчик температуры
33	Манометр
34,35,36	Обратный клапан	61300



Список использованной литературы

Каверзин С. В., курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу самоходных машин: Учеб. Пособие. - Красноярск: ПИК «Офсет», 1997. - 384 с.

Размещено на Allbest.ru

...