Расчет гидравлики скрепера выполнение принципиальной гидравлической схемы

СНП-17.00.00.000Г3__ — копия.dwg

Скрепер с элеваорной
Схема гидравлическая
Фильтр 1.1.80-251 ОСТ 22-883-75
20.0.У-100x63x500 ОСТ 22-1417-79
РС 20.16-20-01.1-30 ТУ 22-829-74
Манометр МП50М"ЮМАС" ТУ РБ 373 002 - 96
Гидробак ГОСТ16770-86
Вентиль ВН30 ГОСТ 23405-78
Манометр МП40М"ЮМАС" ТУ РБ 373 002 - 96
Насос 210.20 ТУ Р3 05790352 - 94
20.0.У-100x63x1000 ОСТ 22-1417-79
Насос НШ-10-У3-Л ТУ 22-017-41-89
Гидрозамок 1КУ 20 ОСТ 38-01281-82

Записка_скрепер.doc

Гидравлический привод машин для различных работ получил широкое применение. Практически вся техника в той или иной степени оснащена гидроприводом. Причиной широкого использования гидропривода является ряд его преимуществ перед редукторными или канатно-блочным приводом.Этими преимуществами являются: 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; четкость стандартизации и унификации основных элементов; небольшой вес и малые габариты гидрооборудования; высокий к.п.д.; практическая мгновенность передачи командных импульсов; простота предохранительных устройств и их высокая надежность; легкость управления и регулирования; самосмазываемость оборудования.
При выполнении курсовой работы нам необходимо спроектировать объемный гидропривод для скрепера с элеваторной загрузкой. Выполнить силовой расчет рабочего оборудования произвести предварительный расчет гидросистемы проверочный расчет гидропривода а также тепловой расчет. На основе этих расчетов выбрать необходимую гидроаппаратуру и составить принципиальную схему.
Выбор гидродвигателей по заданным нагрузкам.
1 Выбор номинального давления.
Для расчетов принимаем номинальное давление в контуре привода рабочего оборудования скрепера Рном=20 МПа (в связи с установкой шестеренчатого насоса) в контуре привода элеватора скрепера принимаем аналогично Рном= 20 МПа. Для предварительных расчетов перепад давления DP принимают на 10 – 20 % меньшим чем выбранное номинальное давление т.е. DP = 20085 = 17 МПа.
Принципиальная гидравлическая схема машины приведена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Принципиальная гидравлическая схема скрепера с элеваторной загрузкой
Принципиальная гидравлическая схема скрепера с элеваторной загрузкой (рис. 1.1) состоит из масляного бака 1 насосов 2 и 9 секционных распределителей 3 и 8 гидроцилиндров 6 разгрузки ковша гидроцилиндров 4 подъема и опускания ножа гидроцилиндров 10 заслонки и гидромотора 7 привода элеватора фильтра с переливным клапаном и манометров.
От насоса 2 рабочая жидкость поступает к секционному распределителю 3. Золотник А управляет гидроцилиндрами 4 подъема и опускания ножа а золотник Б – гидроцилиндрами 5 разгрузки ковша.
От насоса 9 жидкость через секционный распределитель 8 поступает к гидромотору 7 элеватора. На сливной магистрали установлен фильтр с переливным клапаном. Давление в напорных магистралях насосов и сливной линии измеряется манометрами а температура рабочей жидкости – дистанционным термометром.
При последовательной схеме соединения секций Р1 и Р2 золотников гидрораспределителя 3 (рис. 1.1) несколько гидродвигателей (гидроцилиндры 4 и 6) также могут быть включены одновременно. Однако в этом случае весь поток жидкости от насоса поступает вначале в рабочую полость первого гидродвигателя 4 а из его сливной полости в напорную полость второго двигателя 6 и т.д. Отводящая гидролиния последнего из включенных гидродвигателей соединяется со сливной гидролинией.
Расход жидкости при такой схеме для каждого гидродвигателя является одинаковым что обеспечивает одновременную работу нескольких гидродвигателей с одинаковой скоростью. Но при такой схеме рабочее давление в каждом последующем гидродвигателе равно давлению на выходе из предыдущего а давление на выходе из насоса определяется суммой перепадов давлений на гидродвигателях.
2 Расчет и выбор гидроцилиндров.
Мы применяем гидроцилиндры с односторонним штоком. Диаметры гидроцилиндров определяется по формуле:
где FВЫТ- заданное усилие выталкивания гидроцилиндра;
FВТ- заданное усилие втягивания гидроцилиндра;
DP- перепад давления на гидроцилиндре DP =17 МПа;
hМЦ- механический КПД гидроцилиндра hМЦ=095;
y- коэффициент мультипликации.
При расчете гидроцилиндров мы задаемся величиной y =16 по ОСТ 22-1417-79. Принятое значение округляем до ближайшего стандартного. Расчет будем вести для двух режимов и выбирать наибольшее значение.
Принимаем диаметр гидроцилиндров подъема опускания ковша скрепера (Ц1Ц2) D=110 мм.
Для цилиндров подъема заслонки скрепера (Ц3 Ц4):
Принимаем диаметр гидроцилиндра заслонки скрепера (Ц3 Ц4) D=110 мм.
Для цилиндров выдвижения задней стенки скрепера (Ц5 Ц6):
Принимаем диаметр гидроцилиндра выдвижения задней стенки скрепера (Ц5 Ц6) D=100 мм.
Исходя из расчетов принимаем стандартные величины диаметров штока и поршня для гидроцилиндров и сводим значения в таблицу 1.1.
Таблица 1.1- Расчетные и принятые данные гидроцилиндров
Заданная скорость мс
Расчетный диаметр мм
3 Расчет гидромоторов.
Требуемый рабочий объем гидромотора определяется по формуле:
где М - заданный крутящий момент на валу гидромотора;
DP - перепад давления на гидромоторе DP = 17 МПа;
hмм- механический КПД гидромотора hмм =0968.
Для гидромотора привода элеватора скрепера (М1):
Исходя из расчетов принимаем гидромотор аксиально-поршневой нерегулируемый серии М32 производства фирмы HYDRO LEDUC технические характеристики которого приведены в таблице 1.2 [2].
Таблица 1.2- Расчетные данные гидромоторов
Заданная скорость с-1
Расчетный рабочий объем см3
Действительный рабочий объем см3
Принятый рабочий объем см3
Определение расхода жидкости потребляемой гидродвигателями подбор гидронасоса.
1 .Определение расхода жидкости потребляемой гидродвигателями.
Максимальный расход жидкости необходимый для обеспечения заданной скорости движения поршня v будет при подаче жидкости в поршневую полость гидроцилиндра когда шток работает на выталкивание:
гдеQ – расход жидкости при выталкивании штоков гидроцилиндров м3с;
z – число параллельно установленных и одновременно работающих гидроцилиндров;
= 095 объемный КПД гидроцилиндров;
Для обеспечения заданной частоты вращения nм гидромотора необходим расход:
где Qм – расход жидкости для гидромотора м3с;
nм– частота вращения гидромотора с-1.
Рассматриваем первый контур (Ц1и Ц2 Ц3 и Ц4 Ц5 и Ц6):
Для второго контура расход жидкости в контуре гидромотора (М1):
2 Подбор гидронасоса.
Подбор гидронасоса производится по расходу который необходимо обеспечить в системе. Рабочий объем насоса определяется по формуле:
где qнт- требуемый рабочий объём насоса;
nн - частота вращения вала насоса;
- объёмный КПД насоса.
Для первого контура (контура рабочего оборудования) максимальный расход будет при подъеме ковша скрепера т.е. при работе: гидроцилиндров Ц1 и Ц2:
По полученному значению выбираем шестеренный насос серии K.4087 производства фирмы CASSAPA рабочий объем которого .
Расхождение составляет 31 %.
Для второго контура (контура привода элеватора) максимальный расход будет при работе гидромотора М1:
Исходя из расчетов принимаем насос шестеренчатый серии K.3022 производства фирмы CASSAPA технические характеристики которого приведены в таблице 2.1 [2].
Расхождение составляет 05 %
Расчетные данные гидронасосов сводим в таблицу 2.1.
Таблица 2.1- Расчетные данные гидронасосов
Расчетный рабочий объем м3
Реальный рабочий объем см3
Действительная подача 10-3мс
Выбор рабочей жидкости.
Для использования в гидроприводе назначаем гидравлическую жидкость марки МГЕ-46В – высококачественное минеральное масло для гидрообъемных передач гидравлических систем и гидростатических приводов сельскохозяйственной строительно-дорожной и другой техники работающей в тяжелых условиях эксплуатации при давлении до 35 МПа с кратковременным повышением до 42 МПа. Рабочий диапазон температур от минус 10 до +80 °С.
Таблица 3.1 – Характеристики масла
Наименование показателя
Класс вязкости по ISO
Вязкость кинематическая при 100°С
Вязкость кинематическая при 40°С
Вязкость кинематическая при 0°С
Температура вспышки в открытом тигле
Температура застывания
Необходимый объем масла требующийся для работы гидросистемы найдем позднее.
Расчет потерь давления в гидросистеме
1 Расчет диаметров трубопроводов
Для расчета трубопроводов гидросистема разбивается на участки при этом учитывается что по расчетному участку должен проходить одинаковый расход и участок должен иметь на всем протяжении одинаковый диаметр.
Определение скоростей движения жидкости по трубопроводам произведем в соответствии со значениями предельных скоростей указанными в таблице 4.1
Рисунок 4.1. –Схема контуров с участками.
Таблица 4.1 -Допускаемая скорость потока жидкости при Рном= 20 Мпа
Всасывающий трубопровод
Напорный трубопровод
Минимальный внутренний диаметр определяется по формуле:
где Q - расход жидкости на данном участке равен подаче выбранного насоса ;
[V]-допускаемая средняя скорость движения жидкости на участке определяемая по таблице 4.1.
Для первого участка первого контура (всасывающий):
Принимаем диаметр равный 50 мм.
Диаметр трубопровода полученный при расчете округляем в большую сторону до стандартного по ГОСТ 16516-80. Длина трубопроводов определяется исходя из расположения на машине.
Результаты расчетов диаметров трубопроводов сносим в таблицу 4.2 и таблицу 4.3
Таблица 4.2 – Расчет диаметров трубопроводов для первого контура
Окончание таблицы 42
Таблица 4.3 – Расчет диаметров трубопроводов для второго контура
Окончание таблицы 43
2. Расчет потерь давления на трение в трубопроводах расчет потерь давления в местных сопротивлениях трубопроводов.
Гидравлические потери в трубопроводах слагаются из потерь на гидравлические трения DРТ и потерь в местных сопротивлениях DРМ. Произведем расчет этих потерь в трубопроводах нашей гидравлической системы.
где -потери давления в гидролинии МПа;
- потери давления в местных сопротивлениях МПа.
Величина потерь давления для каждого расчетного участка определяется по формуле:
где r- плотность рабочей жидкости;
d- диаметр трубопровода на расчетном участке;
V- средняя скорость движения жидкости на расчетном участке.
Расчет проведем для первого всасывающего участка первого контура. Для вычисления коэффициента гидравлического трения l необходимо определить режим движения жидкости по числу Рейнольдса:
где n- кинематическая вязкость жидкости.
Подставляя значения в формулы получаем:
При ламинарном движении (RE2300) коэффициент гидравлического трения равен:
При турбулентном движении (RE>2300) для гладких труб:
Результаты расчетов потерь на трение по длине трубопроводов сносим в таблицу 4.4 и таблицу 4.5.
Таблица 4.4 – Расчёт потерь на трение по длине трубопроводов для первого контура
Окончание таблицы 4.4
Таблица 4.5 – Расчёт потерь на трение по длине трубопроводов для второго контура
Потери давления в местных сопротивлениях рассчитываются по формуле:
m- количество однотипных сопротивлений на участке. Вид и количество местных сопротивлений принимаем по конструкции гидравлической системы проектируемой машины. Например для первого участка:
Местное сопротивление – выход из гидробака с сопротивлением x=1:
Местное сопротивление-штуцер присоединения к насосу с сопротивлением x=015:
Местное сопротивление-вентиль с сопротивлением x=015:
Суммарные потери давления в местных сопротивлениях для первого участка второго контура определятся как сумма потерь для каждого вида местного сопротивления с учетом их количества:
Полученные расчетные значения сносим в таблицу 4.6 и таблицу 4.7
Таблица 4.6 - Потери давления в местных сопротивлениях трубопроводов первого контура
Вид местного сопротивления
Количество сопротивлений на участке m
Коэффициент местного сопротивления φ
Потери давления в местном сопротивлении ΔРiкПа
Потери давления на участке ΔРмкПа
Штуцер присоединения к насосу
Штуцер присоединения. к насосу и распределителю
Тройник с транзитным потоком
Штуцер к распределителю
Тройник разделения потока
Выход в гидроцилиндр
Тройник соединения потоков
Штуцер присоединения к фильтру и распределителю
Тройник со слиянием потоков
Таблица 4.7 - Потери давления в местных сопротивлениях второго контура
3. Подбор гидроаппаратов и определение потерь давления в них.
Таблица 4.8- Потери давления в гидроаппаратах
Параметры гидроаппаратов
Гидрораспределитель
STF10 20QL B S2ELC24 G
4 Расчет потерь давления в магистралях гидросистемы.
Определим суммарные потери давления контура рабочего оборудования скрепера (первый контур) в напорных и сливных трубопроводах гидродвигателей суммируя необходимые значения из таблиц 4.2 4.4 и 4.8 (без учета потерь во всасывающей гидролинии 1).
Для гидроцилиндров Ц1и Ц2 Ц3 и Ц4 при работе на выталкивание в напорной магистрали суммируем потери давления на трение и в местных сопротивлениях на участках 234 и 5 (2910 и 11) а также в распределителе с гидрозамком. В сливной магистрали – на участках 678 и 21 (121314 и 21) в распределителе с гидрозамком и в фильтре.
=2485+192+114+114+735+297+129+129+500+300 = 84195 кПа.
= 467+47+717+528+567+496+692+545+500+250 = 79482 кПа.
Для гидроцилиндров Ц1 и Ц2 Ц3 и Ц4 при работе на втягивание в напорной магистрали суммируем потери давления на трение и в местных сопротивлениях на участках 267 и 8 (21213 и 14) а также в распределителе и гидрозамке рабочего оборудования. В сливной магистрали – на участках 345 и 21 в распределителе рабочего оборудования гидрозамке и в фильтре.
=2485+752+752+1934+735+567+496+692+500+250 = 83413 кПа.
= 528+183+182+528+297+129+129+545+500+300+250 = 107521 кПа.
Для гидроцилиндров Ц5 Ц6 при работе на выталкивание в напорной магистрали суммируем потери давления на трение и в местных сопротивлениях на участках 21516 и 17 а также в распределителе и рабочего оборудования. В сливной магистрали – на участках 181920 и 21 в распределителе рабочего оборудования и в фильтре.
=2485+192+114+114+735+297+129+129+500 = 54195 кПа.
Для гидроцилиндров Ц5 Ц6 при работе на втягивание в напорной магистрали суммируем потери давления на трение и в местных сопротивлениях на участках 21213 и 14 а также в распределителе и гидрозамке рабочего оборудования. В сливной магистрали – на участках 91011 и 21 в распределителе рабочего оборудования гидрозамке и в фильтре.
= 528+183+182+528+297+129+129+545+500+250 = 77521 кПа.
Определим суммарные потери давления контура привода элеватора (второй контур) в напорных и сливных трубопроводах гидродвигателей суммируя необходимые значения из таблиц 4.3 4.5.
Для гидромотора М1 потери давления в напорной магистрали определяются потерями на участке 1 . В сливной – потерями на участке 2.
Для напорной магистрали:
=1845+1819+735+297 = 4696 кПа.
=375+1607+297+545 = 2824 кПа.
Для сливной магистрали:
Полученные значения сведем в таблицу 4.9
Таблица 4.9 – Потери давления в магистралях при работе гидродвигателей
Потери давления в напорных магистралях
Потери давления в сливных магистралях
Проверочный расчет гидросистемы.
1 Проверочный расчет гидроцилиндров.
Проверочный расчет проводится с целью определения действительных максимальных усилий и скоростей развиваемых гидродвигателями при номинальном давлении развиваемым насосом. Усилия развиваемые в этом случае гидроцилиндрами будут зависеть от направления движения их штоков.
При выталкивании штоков усилие развиваемое гидроцилиндром равно:
При втягивании штоков усилие определяется так:
гдеРНОМ - номинальное давление МПа;
DPН - потери давления в напорной магистрали МПа;
DPС- потери давления в сливной магистрали МПа;
D- диаметр гидроцилиндра м;
hМЦ- механический КПД гидроцилиндра hМЦ =095;
y- коэффициент мультипликации y=16.
Для гидроцилиндров Ц1 – Ц4:
Для гидроцилиндра Ц5 Ц6:
Скорость штоков также зависит от направления движения:
При втягивании штока:
где QЦ- расход потребляемый гидроцилиндрами;
hОЦ- объемный КПД гидроцилиндра hОЦ =095;
z- число параллельно установленных и одновременно работающих гидроцилиндров.
Для гидроцилиндров Ц1-Ц4:
Насос обеспечивает необходимое усилие на штоке и скорость перемещения штока выбранных гидроцилиндров.
2 Проверочный расчет гидромоторов.
Определим крутящие моменты развиваемые гидромоторами.
Крутящий момент развиваемый гидромотором №1 равен:
Подставляя соответствующие данные в формулу (5.3) получим крутящий момент для гидромотора.
При подаче насоса м3с к гидродвигателю будет подаваться расход равный:
где =25·10-6 м3с – утечки в гидроагрегатах [1].
Подставляя численные значения получим
Частота вращения гидромотора определяется по формуле
Насос второго контура обеспечивает необходимый момент и угловую частоту на валу гидромотора М1.
Расчет мощности и КПД гидропривода.
Для первого контура:
Полная мощность гидропривода N равна мощности потребляемой насосом:
где QH- действительная подача насоса;
hH- полный КПД hH=09.
Полезная мощность гидродвигателя возвратно-поступательного действия (гидроцилиндра) определяется по формуле:
где F- усилие на штоке Н;
V- скорость движения мс;
Общий КПД гидросистемы при включении гидроцилиндров равен отношению:
Для второго контура:
Полная мощность гидропривода N равна мощности потребляемой насосом 6.1:
Полезная мощность гидродвигателей вращательного действия (гидромоторов) определяется по формуле 6.4:
где М- крутящий момент на валу Нм;
nм- частота вращения вала гидромотора мин-1.
Общий КПД гидросистемы при включении гидромотора М1 равен отношению определяется по формуле 6.5:
Полученные КПД отдельных гидродвигателей сносим в таблицу 6.1.
Таблица 6.1- КПД гидравлической системы
Рассчитываемый элемент
Для объемного гидропривода СДМ значение общего КПД должно быть в пределе 06..08. Это условие выполнено.
Тепловой расчет гидропривода.
Коэффициенты характеризующие режим работы гидропривода приведены в таблице 7.1.
Потери мощности переходящей в тепло зависят от режима работы гидропривода дорожной машины.
Таблица 7.1- Показатели режима работы гидропривода
работы под нагрузкой
Снегоочистители трубоукладчики
автогрейдеры легкие рыхлители
Бульдозеры легкие скреперы при-
цепные автогрейдеры тяжелые
Бульдозеры тяжелые скреперы
Экскаваторы многоковшовые катки
и другие машины с гидроприводом
непрерывного действия
Потери мощности переходящие в тепло определяются по формуле:
где kН kД- коэффициенты характеризующие режим работы гидропривода;
- полная и полезная мощности гидропривода;
При выполнении теплового расчета под полезной мощностью можно понимать среднюю арифметическую мощность всех гидродвигателей.
Расчетный температурный перепад - равен:
где - максимально допускаемая температура рабочей жидкости зависящая от типа рабочей жидкости; принимаем равной 70 градусов;
- максимальная температура окружающего воздуха. Для умеренного климата .
Определим необходимую площадь теплоотдачи.
Для первого контура необходимая площадь поверхности теплообмена - равна:
где k- коэффициент теплопередачи k=15Вт(м2·град).
Определим теплоотдающую поверхность гидросистемы. Для трубопроводов и других цилиндрических гидороаппаратовтеплоотдающую поверхность можно определить по формуле:
где Dнар - наружный диаметр трубопроводов трубопровода гидроцилиндра;
l-длина трубопровода или ход штока гидроцилиндра.
Объем гидравлической жидкости в баке определяется по эмпирической зависимости:
где Vн1- минутная подача насоса.
Так как мы рассматриваем один контур то объем гидравлической жидкости определяется(суммируем подачи всех насосов):
Принимаем бак вместимостью 125 л по ГОСТ 16770-86. При этом учитываем что жидкость наполняет бак на 80 - 85% его высоты.
Площадь охлаждения бака равна:
где V- объем гидробака м3;
а=66 - для параллелепипеда.
Так как SбSтр то проводим расчет теплоотдающей поверхности трубопроводов который сводим в таблицу 7.2.
Таблица 7.2 - Фактическая теплоотдающая поверхность трубопроводов
Площадь теплоотдающей
Поскольку суммарная теплоотдающая поверхность бака и трубопроводов составляющая 1023 м2 достаточна для охлаждения жидкости то тепловой расчет окончен.
При выполнении курсовой работы мы спроектировали объемный гидропривод с дистанционным управлением машины скрепер с элеваторной загрузкой. Рассчитали параметры рабочего оборудования. По расчетам выбрали необходимое гидрооборудование.
Произвели расчет потерь давления в гидросистеме для контуров а также произвели проверочный расчет гидропривода определили КПД гидропривода произвели тепловой расчет гидропривода в соответствии с которым определили необходимый объем гидравлической жидкости в баке. В соответствии с ГОСТ 16770-86 приняли бак вместимостью 125 л.
Васильченко В. А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: справочник В. А. Васильченко. – М.: Машиностроение 1983. – 301 с.: ил.
Щемелев А. М. Проектирование гидропривода машин для земляных работ: учеб.пособие А. М. Щемелев. – Могилев : ММИ 1995. – 322 с.: ил.
Берестов Е. И. Гидропривод строительных и дорожных машин : учеб.пособие Е. И. Берестов. - Могилев : БРУ 2007. – 214.с. : ил.

Содержание_.DOC

Введение3 1Выбор гидродвигателей по заданным нагрузкам4
1 Выбор номинального давления4
2 Расчет гидроцилиндров4
3 Расчет гидромоторов6
Определение расхода жидкости потребляемой гидродвигателями
подбор гидронасоса.6
1 .Определение расхода жидкости потребляемой гидродвигателями.6
2 Подбор гидронасоса8
Выбор рабочей жидкости9
Расчет потерь давления в гидросистеме10
1 Расчет диаметров трубопроводов12
2. Расчет потерь давления на трение в трубопроводах
расчет потерь давления в местных сопротивлениях трубопроводов.15
4 Расчет потерь давления в магистралях гидросистемы
Проверочный расчет гидросистемы.21
1 Проверочный расчет гидроцилиндров.21
2 Расчет мощности и КПД гидромотора23
Тепловой расчет гидропривода24
1 Расчет требуемой поверхности теплоотдачи контура24