Проектирование и расчет гидравлической системы привода подъема (опускания) стрелы автомобильного крана КС-55713-1

 

Кран стреловой самоходный КС-55713-1

Содержание

Введение

. Технические характеристики и описание крана

. Описание работы гидросистемы

. Проектирование и расчет объемного гидропривода

.1 Выбор рабочей жидкости и величины рабочего давления

.2 Расчет основных параметров и выбор гидродвигателя

.3 Подбор трубопроводов

.4 Выбор регулирующей аппаратуры и вспомогательного оборудования

.5 Расчет гидравлических потерь в магистралях

.5.1 Расчет потерь в напорной и сливной магистралях

.5.2 Расчет гидравлических потерь во всасывающей магистрали

.6 Расчет основных параметров и выбор насоса

.7 Расчет КПД гидропривода

.8 Тепловой расчет гидропривода

Заключение

Список использованных источников

Введение

В большинстве современных дорожных и строительных машин нашли широкое применение гидравлические системы, которые наиболее удачно отвечают условиям работы СДМ (большие мощности и усилия при малых габаритах устройства, сглаживание пиковых нагрузок, податливость, регулирование и др.)

Существенными недостатками гидропривода являются нагрев рабочей жидкости и, вследствие этого, изменение ее свойств, нагрев и тепловые деформации деталей механизмов, наружные и внутренние утечки жидкости, технологическая сложность изготовления точных сопрягаемых пар и др.

Перечисленные недостатки могут быть сведены к минимуму в правильно спроектированном, изготовленном и эксплуатируемом гидроприводе. При этом необходимо учитывать, что гидроприводы всех дорожных и строительных машин работают в тяжелых условиях: сильная запыленность окружающего воздуха, частое включение гидропривода, подвижность агрегатов и резко выраженный неустановившейся режим движения и нагружения машины.

Данная работа предназначена для получения теоретических знаний и практических навыков по исследованию гидропривода и разработки его наилучшей конструкции.

1. Технические характеристики и описание крана

Кран автомобильный КС-55713-1 (рис.1) грузоподъемностью 25 т на шасси грузового автомобиля КамАЗ-55111 предназначен для выполнения погрузочно-разгрузочных, строительно-монтажных работ в промышленности, строительстве и сельском хозяйстве (выполнение рабочих операций с обычными грузами).

Кран рассчитан на эксплуатацию при температуре окружающего воздуха от +40 °С до минус 40 °С и относительной влажности 80 % при 20 °С и хранение при температуре окружающего воздуха не ниже минус 50 °С.

Транспортное передвижение крана между объектами работ предусмотрено по дорогам с твердым покрытием, допускающим осевую нагрузку не менее 9 тс.

Установка крана возможна на подготовленной площадке с размерами 5,0´6,0 м и уклоном не более 3°.

Допустимая скорость ветра для рабочего состояния крана не должна превышать 14 м/с на высоте 10 м, для нерабочего состояния - 40 м/с.

Технические характеристики крана КС-55713-1 приведены в табл. 1-3

Таблица 1. Технические характеристики крана КС-55713-1

Наименование показателейЗначенияГрузоподъемность максимальная, нетто (на крюке), т25Высота подъема крюка максимальная, м10-21,9Вылет при максимальной грузоподъемности, м3,2Глубина опускания максимальная (при 6-кратной запасовке), м5,5Номинальная скорость механизма подъема, м/с (м/мин): - при 8-кратной запасовке грузового каната - при 6-кратной запасовке грузового каната - при 1-кратной запасовке грузового каната 0,083 (5) 0,111 (6,7) 0,667 (40,0)Скорость посадки, м/с (м/мин)0,005 (0,3)Частота вращения поворотной платформы, рад/с (об/мин): - наименьшая, не более - наибольшая, с грузом, не менее 0,016 (0,15) 0,15 (1,4)Время полного изменения вылета (для основной стрелы), с (мин): - от максимального до минимального - от минимального до максимального 50 (0,83) 50 (0,83)Скорость механизма телескопирования секций стрелы (выдвижения-втягивания секций стрелы), м/с (м/мин) 0,13 (8)Максимальная масса груза, с которой допускается телескопирование стрелы, т: - стрела длиной 9,7-14,7 м - стрела длиной 14,7-21,7 м 4 2Угол поворота, рад (…°)6,28 (360°)Габаритные размеры крана (длина ´ ширина ´ высота), м12,0´2,5´3,6Размер опорного контура (база выносных опор/расстояние между выносными опорами), м 4,2/5,6Контрольный расход топлива в крановом режиме, л/ч, не более10Преодолеваемый уклон пути, % (…°) 0-46,6 (0°-25°)Транспортная скорость на горизонтальном участке дороги с твердым покрытием, км/ч5-60Конструктивная масса крана в транспортном положении (в заправленном состоянии), т: - кран с основной стрелой - кран с основной стрелой и гуськом 20,35 20,85Масса крана в транспортном положении, т: - кран с основной стрелой - кран с основной стрелой и гуськом 20,5 21,0Распределение нагрузки по осям в транспортном положении, кН (т): кран с основной стрелой: - передняя ось - задняя тележка кран с основной стрелой и гуськом - передняя ось - задняя тележка 45,0 (4,5) 160 (16,0) 54,0 (5,4) 156 (15,6)Заправочные емкости, л: - гидросистема (в том числе гидробак) - топливный бак отопителя - картер механизма поворота - редуктор лебедки 350 (280) 7 5 15

Таблица 2. Технические характеристики механизмов крана КС-55713-1.

Наименование механизмаХарактеристикаПривод насосов От коробки передач через карданный вал и коробку отбора мощности Механизм поворота Редуктор цилиндрический, двухступенчатый. Передаточное число 48,67; тормоз колодочный, нормально-замкнутый автоматическийМеханизм подъема стрелыГидроцилиндр: диаметр поршня 200 мм; ход штока 2275 ммЛебедкаРедуктор цилиндрический двухступенчатый передаточное число 31,5; диаметр барабана 480 мм; тормоз ленточный, нормально-замкнутый, автоматическийМеханизм выдвижения-втягивания секций стрелы2 гидроцилиндра, диаметр поршня - 125 и 100 мм ход штока - 6000 ммВыносные опорыВыдвижные с гидроцилиндрами для вывешивания крана диаметр поршня 125 мм; ход штока 580 мм; в рабочее положение приводятся гидроцилиндрами выдвижения балок диаметр поршня 63 мм; ход штока 1680 мм Опорно-поворотное устройствоОпора поворотная, роликовая, с зубьями наружного зацепленияУправление механизмами кранаГидрораспределители с ручным управлениемПривод управления двигателемПедаль в кабине крановщикаКабинаЗакрытая, одноместная, с регулируемым сиденьем, открывающимся верхним окном стеклоочистителем, системой отопления и обдува стекол, вентилятором и противосолнечным козырьком

Таблица 3. Технические характеристики устройств безопасности крана КС-55713-1.

Наименование устройстваХарактеристикаОграничитель подъема крюка лебедкиКонечный выключатель на оголовке стрелыОграничитель сматывания канатаКонечный выключатель на плите лебедкиОграничитель нагрузки кранаОграничитель нагрузки ОНК-140-33МУказатели угла наклона кранаЖидкостный прибор на опорной раме и в кабине крановщикаЗвуковая сигнализацияЭлектрический звуковой сигнал крановой установкиПротивоугонное устройствоСтояночный тормоз шасси

Рисунок 1 - Кран автомобильный КС-55713-1

кран гидродвигатель насос

2. Описание работы гидросистемы

Гидравлический привод механизмов крана (см. схема гидравлическая принципиальная крана КС-55713-1 рис. 2 и табл. 4) выполнен по открытой двухнасосной гидравлической схеме и предназначен для передачи энергии силовой установки шасси к гидродвигателям крановой установки.

Работа гидрооборудования выносных опор. При установке крана на выносные опоры кран двухходовой Р6 устанавливается в указанное на схеме положение.

При нейтральном положении золотников гидрораспределителя Р1 полости гидроцилиндров Ц1 - Ц4 заперты гидрозамками ЗМ1 - ЗМ4, а полости гидроцилиндров Ц5 - Ц8 заперты золотниками гидрораспределителя Р1. Напорная магистраль через переливной канал гидрораспределителя Р1 соединена со сливом. Рабочая жидкость от насоса НА1 направляется в гидробак Б.

При движении балок выносных опор золотник IV гидрораспределителя Р1 переводится в верхнее, по схеме, положение.

Далее в тексте верхнее положение золотника означает, что верхний прямоугольник мысленно устанавливается на место среднего, а нижнее положение золотника - нижний прямоугольник мысленно устанавливается на место среднего.

При этом рабочая жидкость от насоса через гидрораспределитель поступает в поршневую полость гидроцилиндров Ц5 - Ц8, которые приводят балки выносных опор в рабочее положение.

Втягивание балок выносных опор производится тем же золотником, который переводится в нижнее, по схеме, положение. Рабочая жидкость при этом поступит в штоковые полости гидроцилиндров Ц5 - Ц8.

Для установки крана на опоры, золотники II, III, V, и VI гидрораспределителя Р1 устанавливаются в верхнее положение. При этом рабочая жидкость от насоса через распределитель и гидрозамки ЗМ1 - ЗМ4 поступит в поршневые полости гидроцилиндров Ц1 - Ц4.

После выдвижения штоков гидроцилиндров Ц1, Ц2, Ц3 и Ц4 гидрозамки ЗМ1 - ЗМ4 запирают поршневые полости, предотвращая самопроизвольное втягивание штоков в случае обрыва трубопровода и утечки рабочей жидкости через гидрораспределитель.

Для приведения крана в транспортное положение золотники гидрораспределителя Р1 переводятся в нижнее, по схеме, положение. При этом рабочая жидкость поступает в штоковые полости гидроцилиндров Ц1, Ц2, Ц3 и Ц4.

Так как выход из поршневых полостей этих гидроцилиндров закрыт гидрозамками ЗМ1 - ЗМ4, давление в штоковых полостях растет до значения давления соответствующего открытию гидрозамков. Гидрозамки открываются, пропуская рабочую жидкость на слив в бак.

Для предотвращения воздействия сливного давления на гидрозамки во время работы механизмов поворотной рамы в сливной магистрали установлен обратный клапан КО.

Работа гидрооборудования механизма поворота. Для выполнения крановых операций двухходовой кран Р6 должен занимать правое, по схеме, положение. В этом случае подача рабочей жидкости на поворотную часть крана и обратно осуществляется через вращающееся соединение СВ.

При нейтральном положении золотников гидрораспределителя Р2 рабочие отводы заперты, напорная магистраль соединена со сливом и рабочая жидкость направляется в бак.

Для поворота поворотной части крана золотник I гидрораспределителя Р2 устанавливается в зависимости от направления поворота в нижнее или верхнее, по схеме, положение. При этом рабочая жидкость поступает к гидромотору М1 и размыкателю тормоза Ц12 через клапан «ИЛИ» КИ1, который выключает тормоз механизма вращения и вал гидромотора начинает вращаться.

Клапаны КПЗ и КП4 клапанного блока БК1 предназначены для предохранения гидромотора от перегрузок при резком изменении частоты вращения и остановке поворотной части.

Вентиль ВН5 соединяет напорную и сливную магистрали гидромотора при приведении поворотной части крана в транспортное положение в случае выхода из строя привода крана.

Работа гидрооборудования механизма телескопирования секций стрелы. Гидроцилиндры Ц9 и Ц10 механизма телескопирования секций стрелы управляются золотником II гидрораспределителя Р2.

Для выдвижения секций стрелы золотник переводится в верхнее, по схеме, положение. Рабочая жидкость от насоса НА1 через секцию гидрораспределителя, клапан тормозной КТ1 поступает в поршневую полость гидроцилиндра Ц9. Когда гидроцилиндр Ц9 полностью выдвинется давление рабочей жидкости превысит давление настройки клапанного блока БК2 и рабочая жидкость через гидрозамок ЗМ5 будет поступать в поршневую полость гидроцилиндра Ц10. Из штоковых полостей гидроцилиндров Ц9 и Ц10 рабочая жидкость поступает на слив.

Для втягивания секций стрелы золотник переводится в нижнее, по схеме, положение. Рабочая жидкость поступает в штоковую полость гидроцилиндра и линию управления тормозного клапана КТ1 и гидрозамка ЗМ5. При этом клапан и гидрозамок открываются, пропуская рабочую жидкость из поршневой полости на слив. Втягивание штока гидроцилиндра Ц9, когда средняя секция стрелы зафиксирована, возможно при включении гидрораспределителя Р4 с электроуправлением. При этом золотник гидрораспределителя Р4 займет левое, по схеме, положение и рабочая жидкость поступит в размыкатели Ц13 и Ц14, которые выключат механизм блокировки секции стрелы.

Клапан КТ1 обеспечивает стабильность скорости перемещения секции стрелы для всего диапазона нагрузок.

Работа гидрооборудования механизма подъема стрелы. Управление гидроцилиндром подъема стрелы производится золотником I гидрораспределителя Р3.

Для подъема стрелы золотник переводится в верхнее, по схеме, положение. При выдвижении штока рабочая жидкость проходит в поршневую полость гидроцилиндра Ц11 через клапан тормозной КТ1. При втягивании штока рабочая жидкость подается в штоковую полость, линию управления клапана, а из поршневой полости через клапан КТ2 - на слив в бак.

Работа гидрооборудования механизма грузовой лебедки. Подъем (опускание) груза осуществляется перемещением золотника I гидрораспределителя Р3.

Для подъема груза золотник переводится в верхнее, по схеме, положение. При этом рабочая жидкость через тормозной клапан КТЗ подается к гидромотору М2 и через клапан «ИЛИ» КИ2 - к размыкателям Ц15 Ц16 тормоза грузовой лебедки. Тормоз размыкается, гидромотор начинает вращаться, а затем из гидромотора рабочая жидкость сливается в бак.

При опускании груза тот же золотник переводится в нижнее, по схеме, положение. Рабочая жидкость поступает в противоположную полость гидромотора М2 и линию управления тормозного клапана КТЗ. Тормозной клапан пропускает рабочую жидкость на слив, обеспечивая стабильность частоты вращения гидромотора во всем диапазоне нагрузок.

Включение ускоренного режима работы лебедки возможно при включении гидрораспределителя Р5 с электроуправлением. При этом рабочая жидкость поступит в узел управления гидромотора М2 лебедки и переключит его в режим увеличенной частоты вращения.

Вентиль ВН6 предназначен для соединения магистралей гидромотора при проверке тормоза грузовой лебедки, а также для опускания груза при выходе из строя привода грузовой лебедки.

Срабатывание приборов безопасности. При срабатывании приборов безопасности обесточиваются электромагниты узлов управления гидрораспределителей Р2 и РЗ, золотники которых займут указанное на схеме положение. При этом линии управления предохранительных клапанов КП5 и КП7 и размыкателей тормозов Ц12, Ц15 и Ц16 соединятся со сливной магистралью. В результате предохранительные клапаны КП5 и КП7 разгружаются, соединяя напорную магистраль со сливной. Тормоза грузовой лебедки и механизма поворота замыкаются и выполнение крановых операций становится невозможным до момента подачи электрического тока в обмотки узлов управления гидрораспределителей Р2 и РЗ.

Разогрев рабочей жидкости. Для разогрева рабочей жидкости золотник I гидрораспределителя Р1 устанавливается в верхнее, по схеме, положение. Рабочая жидкость при этом поступает в гидробак через предохранительный клапан, настроенный на давление 14 МПа. Разогрев рабочей жидкости происходит при дросселировании потока на кромках предохранительного клапана. Золотник имеет фиксацию в рабочем положении.

Работа ручным насосом. Ручной насос НР предназначен для приведения крана в транспортное положение при выходе из строя привода крана.

При работе ручным насосом вентиль ВН3 должен быть открыт, а двухпозиционный кран Р6 необходимо перевести в правое, по схеме, положение. Втягивание штоков гидроцилиндров механизма выносных опор производится при включении соответствующих золотников гидрораспределителя Р1.

Таблица 4. Перечень элементов гидрооборудования

Обознач. на схемеНаименование и краткая характеристикаТипКол.СВСоединение вращающееся ;dy = 25 ммКС-55713-1.83.5001ББак масляный; V = 300 дм3КС-55713-1.83.300-021БК1Блок клапанный; dy = 20 мм; pном = 20 МПа БК 20-00.0001БК2Блок клапанный; dy = 12 мм; pном = 16 МПа КС-4572.84.6001ВН1, ВН2Вентиль запорный; dy = 50 ммКС-4572.83.3302ВН3Вентиль; dy = 8 ммКС-4572А.83.2701ВН4Вентиль; dy = 8 ммКС-4572А.83.270-011ГТ1-ГТ8Рукав; dy = 10 мм; pном = 25 МПаРВД 12-25,0-1650 ТУ 22-4756-808ГТ9-ГТ14Рукав; dy = 12 мм; pном = 25 МПаРВД 12-25,0´650 ТУ 22-4756-805ГТ15-ГТ22Рукав; dy = 25 мм; pном = 25 МПаРВД 25-25-580-4-У ТУ 22-5923-857РН2-РН8Рукав; dy = 32 мм; pном = 1,6 МПа32´43-1,6 ГОСТ 10362-766РН9-РН13Рукав; dy = 50 мм; pном = 1,6 МПа50´61,5-1,6 ГОСТ 10362-764РН1Рукав; dy = 25 мм; pном = 1,6 МПа25´35-1,6 ГОСТ 10362-761ЗМ1-ЗМ5Гидрозамок односторонний; dy = 8 мм; pном = 25 МПаКС-4572А.84.3805КОКлапан обратный; dy = 16 мм; pном = 20 МПаКС-4572.83.9001КП1Клапан предохранительный; dy = 16 мм; p = 10 - 32 МПаУ462.815.1У1 ТУ 22-3663-761КТ1, КТ2Клапан тормозной; dy = 20 мм; pном = 25 МПаКТ 20-00.0002КТ3Клапан тормозной; dy = 20 мм; pном = 25 МПаКТ 20-00.000-031КИ1, КИ2Клапан ИЛИ; dy = 6 ммКИ 6.00.0002М1Гидромотор; q = 56 см3/об; pном = 20 МПа310.3.56.001М2Гидромотор; q = 31…112 см3/об; pном = 20 МПа303.3.112.5011МН1Манометр МТП-60/4-1,6´4 ГОСТ 2405-88 (с демпфером)1МН2-МН3Манометр МТП-60/4-40´4 ГОСТ 2405-88 (с демпфером)2НА1Насос; q = 56 см3/об; pном = 20 МПа310.3.56.031НА2Насос; q = 112 см3/об; pном = 20 МПа310.3.112.031НРНасос ручной; Q = 0,05 л/дв.ход; pmax = 16 МПаКС-35719-1.83.8001Р1Гидрораспределитель; dy = 12 мм; pном = 20 МПаРМ121Р2Гидрораспределитель; dy= 20 мм; pном = 25 МПаГРС 20-10.1-51.5-51-30.11Р3Гидрораспределитель; dy = 20 мм; pном = 25 МПаГРС 20-10.1-51.2-51.4-30.11Р4, Р5Гидрораспределитель; dy = 8 мм; pном = 25 МПаГР 2-32Р6Кран двухходовой; dy = 20 мм; pном = 20 МПаКС-4572А.83.2901Р7Кран затяжки крюка КС-4572А.84.3501ФФильтр линейный; m = 25 мкмС 270.2.250.16.0,451Ц1-Ц4Гидроцилиндр; Æ125´ Æ100´580; pном = 16 МПаКС-55713-2.31.2004Ц5-Ц8Гидроцилиндр; Æ63´ Æ40´1680; pном = 16 МПаКС-55713-2.31.3003Ц9Гидроцилиндр; Æ125´ Æ100´6000; pном = 20 МПаКС-55715.63.800-011Ц10Гидроцилиндр; Æ100´Æ80´6000; pном = 20 МПаКС-55715.63.900-011Ц11Гидроцилиндр; Æ200´Æ160´2275; pном = 24 МПаКС-55713-3.63.400-011Ц12Размыкатель тормоза; Æ25 мм; pном = 16 МПаКС-3577.28.2001Ц13-Ц16Размыкатель; Æ25,5´20; рном = 24 МПаКС-4572А.26.3603Ц17Гидротолкатель; Æ40,5´35; pном = 16 МПаКС-4572А.56.3001

3. Проектирование и расчет объемного гидропривода

.1 Выбор рабочей жидкости и величины рабочего давления

Рабочая жидкость в гидроприводе выполняет функции рабочего тела (передача энергии), смазки трущихся деталей, охлаждение узлов, защиты деталей от коррозии и удаления продуктов износа из зон трения.

Современные рабочие жидкости должны удовлетворять следующим требованиям:

1.обладать хорошими смазывающими свойствами, сравнительно небольшой вязкостью;

2.иметь минимальную зависимость вязкости от температуры и давления;

3.иметь высокий объемный модуль упругости;

.предохранять от коррозии металлические детали и быть неагрессивными к резиновым уплотнениям;

.не поглощать и не выделять газов;

.иметь высокую температуру вспышки и низкую температуру застывания;

.обладать высокими значениями коэффициентов теплопроводности и удельной теплоемкости;

.иметь высокую химическую стойкость, обладать стабильностью свойств при хранении и эксплуатации;

.сама жидкость и продукты ее горения не должны быть токсичны.

Применяемые в СДМ рабочие жидкости имеют нефтяную или синтетическую основу. Для улучшения комплекса свойств в рабочие жидкости добавляются присадки. Выбираем рабочую жидкость - ВМГЗ для зимнего времени и МГЕ-46В для летнего времени. Рабочее давление 24 МПа по ГОСТ 12445-80, на это давление настроен гидрораспредилитель - регулятор по ГОСТ 12445-80.т.к. кран эксплуатируется в летнее и зимнее время года. Рабочий режим масла при температурах от -40°С до +35°С, но так как летом температура масла доходит до 80°С и выше, включается теплообменник и масло не теряет своих свойств.

.2 Расчет основных параметров и выбор гидродвигателя

Эффективный перепад давления на гидродвигателе:

где pвх -давление на входе в гидродвигатель с учетом потерь в гидролиниях и гидроаппаратах, МПа.

pвых - давление на выходе изгидродвигателя, МПа.

Давление на входе в гидродвигатель с учётом потерь в гидролиниях и гидроаппаратах:

где pн - максимальное давление насоса

?г = 0,75 - 0,85 - гидравлический КПД системы трубопроводов и аппаратов.

Давление на выходе из гидродвигателя:

- для открытой гидравлической системы.

Диаметр поршня гидроцилиндра при работе поршневой полостью

При вылете стрелы на 6 м. усилие на штоке составляет:

,

где - усилие на штоке, Н;

- гидромеханический КПД гидроцилиндра ().

Принимаем гидроцилиндр: ; ;; [2, т. 2.11, с. 49].

Проверка усилия на втягивание штока:

Уточняем эффективный перепад давления

Расход, необходимый для обеспечения гидроцилиндру заданной скорости штока:

,

где - эффективная площадь поршня гидроцилиндра, ;

- объемный КПД гидроцилиндра ().

Переведем в л/мин:

.3 Подбор трубопроводов

Принимаем внутренние диаметры трубопроводов по ГОСТ 16516-80

[1, т. 1.3, с. 12]:

напорный ;

всасывающий ;

сливной ;

Уточняем скорость потока жидкости в каждом трубопроводе:

- расход в гидросистеме (при небольших утечках может быть принят равным расходу гидродвигателя - гидроцилиндра

.4 Выбор регулирующей аппаратуры и вспомогательного оборудования

При проектировании гидропривода применяемое гидрооборудование обычно не рассчитывается, а выбирается из серийно выпускаемого оборудования по номинальному давлению, расходу жидкости и условному проходу.

Принимаем гидрораспределитель типа РМ-20 [1, т. 2.15, с. 52]:

Условный проход, мм: 20 мм

Давление, МПа:

номинальное 25

максимальное 32

Расход, л/мин:

номинальный 125

максимальный 180

Потери давления при рабочей позиции при номинальном расходе, МПа: не более 1,2

Давление в сливной гидролинии, МПа: 2,5

Способ управления: ручное

Принимаем тормозной гидроклапан типа КТ-20

Условный проход, мм: 20 мм

Давление, МПа:

номинальное 25

максимальное 32

Расход, л/мин:

номинальный 125

максимальный 180

Выбираем фильтр 1.1.32 - 25

Условный проход, мм: 32

Расход номинальный, л/мин 100

Тонкость фильтрации, мкм 25

Давление номинальное, МПа 0,63

Давление открытия переливного клапана, МПа 0,35

Определяем вместимость гидробака

,

где - суммарная минутная подача насосов, л.

Принимаем гидробак вместимостью 100 л.

.5 Расчет гидравлических потерь в магистралях

Расчет гидравлических потерь необходим для уточнения необходимого давления, развиваемого насосом, определения КПД гидропривода и уточнения типоразмера гидродвигателя. Гидросистема считается оптимально спроектированной, если потери давления не превышают 6% от номинального давления в гидросистеме для машин обычного климатического исполнения. Для машин северного исполнения потери давления в зимнее время не должны превышать 12%, а в период разогрева - 20%.

Потери давления в гидросистеме зависят от длины, диаметра и формы трубопроводов, скорости течения и вязкости рабочей жидкости и применяемого гидрооборудования, поэтому для начала ориентировочно определим длины участков трубопровода нашего контура.

Рисунок 2 Схема магистралей, вид сбоку.

Рисунок 3 Схема магистралей, вид спереди.

Принимаем длины магистралей:

всасывающая lвс = 1,2 м

напорная lн = 11 м

сливная lсл = 5,3 м

Рисунок 4 Трубопроводы.

Гидравлические потери рассчитываются отдельно для всасывающего, напорного и сливного трубопроводов.

.5.1 Расчет потерь в напорной и сливной магистрали

Общая величина потерь давления в напорной и сливной магистрали при заданной температуре t:

Потери давления в напорной магистрали определяются как сумма потерь давления по длине , потерь давления на местных сопротивлениях и потерь давления в гидрооборудовании:

Потери давления на прямолинейных (или близких к прямолинейным) участках трубопроводов определяются по формуле Дарси-Вейсбаха, Па:

где n - количество участков напорного трубопровода с различными диаметрами (принимаем n=1); ? - коэффициент трения жидкости о стенки трубопровода; ? - плотность рабочей жидкости, кг/м3; l - длина напорного трубопровода, м; d - диаметр напорного трубопровода, м; Vж - скорость рабочей жидкости в трубопроводе, м/с.

Плотность рабочей жидкости определяется с учетом температуры по графику или рассчитывается по формуле:

- плотность рабочей жидкости при 20 , кг/м3 (таблица 1.1 [1]).

- для ВМГЗ (зимнее масло);

- МГЕ-46В (летнее масло);

- температурный коэффициент расширения;

Значение ? зависит от режима течения жидкости в трубопроводе, определяемого числом Рейнольдса Re и материалом трубопровода.

Коэффициент кинематической вязкости рабочей жидкости ? при заданной температуре t выбирается по графику (рис. 1.2 [1]).

Значение Re для течения жидкости со скоростью рабочей жидкости вязкостью по трубопроводу круглого сечения диаметром d определяется по формуле:

При ламинарном режиме (Re2200…2320):

;

Для резиновых шлангов и рукавов высокого давления коэффициент трения жидкости рассчитывается по формуле:

Местные потери напора возникают при изменении скорости потока жидкости и (или) его направления, Па:

,

где m - количество местных сопротивлений;

- коэффициенту j-го местного сопротивления;

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние вязкости жидкости на местные потери (берется из зависимости ) (рис. 1.3 [1]).

Расчет гидравлических потерь в сливной магистрали производится аналогично расчету потерь напора в напорной магистрали при значениях скорости потока жидкости и диаметре трубопровода, соответствующих сливной магистрали.

Коэффициент местных сопротивлений определяется в зависимости от вида местных сопротивлений.

Местные сопротивления:

Потери давления в гидроаппаратах и вспомогательном гидрооборудовании (гидрораспределителях, дросселях, фильтрах, маслоохладителе и др.) определяются по техническим характеристикам оборудования. Ввиду отсутствия данных о влиянии температуры рабочей жидкости на значения потерь давления и расхода в гидрооборудовании, принимаем эти потери постоянными.

Значения коэффициента местного сопротивления и число местных сопротивлений на различных участках трубопровода

Таблица 5

Вид местного сопротивления?Количество местных сопротивлений на магистраляхнапорнойсливнойвсасывающейШтуцер, переходник0,151882Угольник с резким поворотом на 90º 2,063-Угольник с плавным поворотом на 90° (РВД)0,15 - 0,20531Тройник прямоугольный с встречным соединением потоков 2,0-2,5---Тройник прямоугольный с соединением потоков под углом 90°0,5 - 0,643-Тройник прямоугольный с разделением потоков0,9-1,5---Предохранительный клапан2-311-Обратный клапан, быстроразъемное (самозапирающееся) устройство3-41--Внезапное расширение трубопровода0,8 - 1,0111Внезапное сужение трубопровода0,5 - 0,711

Таблица 6 (расчет потерь давления в напорной магистрали)

ПараметрТемпература рабочей жидкости t, ºС.-40-200+20+40+60+80МаслоДля зимнего сорта ВМГЗ?, сСт0,00130,00020,000070,0000290,000050,000090,000006?, кг/м3912896880865850835822Напорный трубопроводRe31,346203,75582,14291405,1722716,6674527,7786791,66?2,2330,34350,12020,04980,02570,0150,010b253,51,81,6111?pн, МПа1,1900,1790,06180,0250,01280,00750,0049?pм, МПа0,7460,1020,05180,0450,02780,0270,0269?pго, МПа1,31,31,31,31,31,31,3?p, МПа3,2371,58261,41371,37051,34061,3341,331МаслоДля летнего сорта МГЕ 46-В?, сСт-0,010,0010,000180,000050,0000230,000012?, кг/м3-922905890874860845Напорный трубопроводRe-4,07540,75226,38898151771,7393395,833?-17,1771,7170,30920,0850,0390,0206b-165183,51,111?pн, МПа-9,2570,9080,1600,0430,01980,0101?pм, МПа-4,9810,5330,10200,03140,02810,0276?pго, МПа-1,31,31,31,31,31,3?p, МПа-15,5392,7421,5621,3751,3481,337

Таблица 7 (расчет потерь давления в сливной магистрали)

ПараметрТемпература рабочей жидкости t, ºС.-40-200+20+40+60+80МаслоДля зимнего сорта ВМГЗ?, сСт0,00130,00020,000070,0000290,0000150,0000090,000006?, кг/м3912896880865850835822сливной трубопроводRe24,492159,2454,8571097,9312122,6673537,7785306,667?2,8580,43960,15380,06370,03290,01970,0131b3251,71,31,111?pс,МПа0,21370,03230,01110,00450,00220,00130,0008?pго, МПа1,31,31,31,31,31,31,3?pм, МПа0,17980,02760,00920,00690,00570,00510,0050?p, МПа1,6931,3591,32031,3111,3081,3061,305МаслоДля летнего сорта МГЕ 46-В?, сСт0,010,0010,000180,000050,0000230,000012?, кг/м3922905890874860845сливной трубопроводRe3,18431,84176,8889636,81384,3482653,333?21,9842,1980,3950,10990,05050,026b200224,51,41,11?pс, МПа1,66180,16310,02880,00780,00350,0018?pго, МПа1,31,31,31,31,31,3?pм, МПа1,13640,12270,02460,00750,00580,0052?p, МПа4,09831,5851,35351,31541,30931,3070Таблица 8 Расчет суммарных потерь давления в гидросистеме

ПараметрыТемпература рабочей жидкости, °C-40-200+20+40+60+80МаслоДля зимнего сорта ВМГЗ?pс+ ?pн4,93062,94252,73402,68192,64862,64132,6378Для летнего сорта МГЕ 46-В?pс+ ?pн-19,63764,32792,91642,69072,65742,6448

3.5.2 Расчет гидравлических потерь во всасывающей магистрали

Производится для определения минимальной температуры бескавитационной работы насоса. Расчет давления в конце всасывающего трубопровода , производится по уравнению Бернулли, Па:

где - атмосферное давление ( = 760 мм рт. ст. = 101325 Па); - плотность рабочей жидкости, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2; h - высота всасывания, м; - скорость потока рабочей жидкости в трубопроводе, м/с; - суммарный коэффициент местных сопротивлений; b - поправочный коэффициент, учитывающий влияние вязкости жидкости на местные потери (берется из зависимости ); - коэффициент трения жидкости о стенки трубопровода; l - длина всасывающего трубопровода, м; d - диаметр всасывающего трубопровода, м.

В формуле выбирается знак плюс, когда гидробак расположен выше всасывающей линии насоса, и минус для гидробака, расположенного ниже линии всасывания. Для изучения влияния высоты, всасывания h на работу насоса расчет производится для высот всасывания 0,5 м выше осевой линии насоса и 0,5 м ниже.

Результаты расчета заносятся в таблицу, по которой строится график (t). На этом графике проводят горизонтальную линию, соответствующую давлению бескавитационной работы насосов: =0,08 МПа для аксиально-поршневых насосов. Пересечение этой линии с кривой (t) определяет минимальную температуру бескавитационной работы на летнем и зимнем масле.

Таблица 9 Расчет потерь давления во всасывающей магистрали

ПараметрТемпература рабочей жидкости t, ºС.-40-200+20+40+60+80МаслоДля зимнего сорта ВМГЗ?, сСт0,00130,00020,000070,0000290,0000150,0000090,000006?, кг/м3912896880865850835822всасывающая линияRe15,384100285,714689,6551333,3332222,2223333,333?4,550,70,2450,10150,05250,03150,021b6082,81,91,111рв, Мпа-0,5м0,08300,09460,09600,09640,09660,09670,0968+0,5м0,09200,10340,10460,10490,10490,10490,1050МаслоДля летнего сорта МГЕ 46-В?, сСт-0,010,0010,000180,000050,0000230,000012?, кг/м3-922905890874860845всасывающая линияRe-220111,111400869,5651666,667?-353,50,630,1750,08050,042b-3003071,81,11рв, Мпа-0,5м-0,00680,08770,09490,09620,09650,0967+0,5м-0,01590,09660,10360,10480,10490,1051

Рисунок 5 График зависимости зимнего масла ВМГЗ

Рисунок 6 График зависимости летнего масла МГЕ 46-В

Вывод: Минимальная температура бескавитационной работы насоса на масле МГЕ 46-В, когда гидробак расположен выше всасывающей линии насоса, равна t=-6°C.

Минимальная температура бескавитационной работы насоса на масле МГЕ 46-В, когда гидробак расположен ниже всасывающей линии насоса, равна t=-4 С0

3.6 Расчет основных параметров и выбор насоса

Основными параметрами насоса являются номинальное давление pн и номинальный расход Qн.

Рабочее давление насоса определяется при установившемся режиме работы гидродвигателя и при температуре рабочей жидкости +40 С0:

;

где - эффективный перепад давления на гидродвигателе, = 16 МПа; - суммарные потери давления в напорной и сливной магистралях, = 2,6907 МПа;

Требуемая производительность насоса определяется с учетом утечек в гидрооборудовании:

;

где - расход, необходимый для обеспечения заданной скорости движения гидродвигателя,= 48 л/мин; - утечки в магистралях и гидрооборудовании (в распределителе), =0,03 л/мин.

Наружные утечки в магистралях и гидрооборудовании не учитываются.

По номинальному давлению pн выбирается тип насоса. Номинальное давление насоса должно быть несколько большим или равным pн. Типоразмер насоса (рабочий объем qн) и скорость вращения его вала пн определяется из условия обеспечения требуемого расхода Qн.

Для данного гидрооборудования выбираем аксиально - поршневой нерегулируемый гидронасос 310.28

рабочий объем, см3: 28

давление на выходе, Мпа: номинальное 20

Давление на входе, МПа: минимальное 0,08

Частота вращения, об/мин:

минимальная 400

номинальная 1920

максимальная 3000

Расход номинальный, л/мин: 51

Номинальная мощность, кВт: 18,5

КПД объемный: 0,95

КПД полный: 0,91

Масса, кг: 9

3.7 Расчет КПД гидропривода

Коэффициент полезного действия гидропривода позволяет оценить эффективность спроектированной гидросхемы. Для оптимально спроектированной гидросистемы общий (полный) КПД должен находиться в пределах = 0,65…0,75.

Общий КПД гидропривода может быть определен как отношение полезной мощности (снимаемой с рабочего органа ) к мощности, потребляемой насосом :

;

Полезная мощность, в зависимости от характера движения гидродвигателя, определяется для возратно-поступательного движения (гидроцилиндра), Вт:

;

где P - усилие на штоке,;

V - скорость движения штока,

Малый КПД связан с малой скоростью движения штока, что оптимально для данной ситуации.

Для исследования влияния температуры рабочей жидкости на КПД гидропривода и определения температурных пределов его использования на различных сортах масла целесообразно рассчитывать общий КПД гидропривода как произведение гидравлического , механического и объемного КПД. Произведение гидравлического и механического КПД представляет собой гидромеханический КПД :

;

Гидромеханический КПД гидропривода при заданной температуре t определяется:

;

где - номинальное давление в гидросистеме, =24.106 Па; - суммарные потери давления в напорной и сливной магистрали при данной температуре, МПа; - соответственно гидромеханический КПД насоса и гидродвигателя (= 0,96; = 0,97).

При температуре гидромеханический КПД равен:

Для зимнего сорта масла ВМГЗ

Для летнего сорта масла МГЕ 46-В:

Объемный КПД гидроцилиндра принимается 1.

Объемные КПД гидронасоса рассчитывается по формуле:

где - кинематическая вязкость рабочей жидкости при температуре t, сСт.

При температуре объемные КПД гидронасоса равен:

для зимнего сорта масла ВМГЗ:

для летнего сорта масла МГЕ 46-В:

Для гидрораспределителей при известных значениях внутренних утечек при номинальном давлении расчет объемного КПД производится по зависимости:

где Qyp - величина внутренних утечек в гидрораспределителе при номинальном давлении, м3/с, но так как нам не известны внутренние утечки в гидрораспределителе при номинальном давлении, то принимаем

Объемный КПД гидропривода рассчитывается из выражения:

где , , - соответственно объемный КПД насоса, распределителя и гидродвигателя (гидроцилиндра).

для зимнего сорта масла ВМГЗ:

для летнего сорта масла МГЕ 46-В:

В итоге получаем полный КПД гидропривода:

для зимнего сорта масла ВМГЗ:

для летнего сорта масла МГЕ 46-В:

По такой же методике вычисляем КПД гидропривода при температуре рабочей жидкости .

Таблица 10 - данные для расчета КПД гидропривода

ПараметрыТемпература рабочей жидкости-40-20020406080МаслоДля зимнего сорта масла ВМГЗ1300200702915960,7390,8170,8250,8270,8280,8280,8280,9980,9920,9780,9480,90,8330,750,7390,8100,8070,7840,7450,6900,621МаслоДля летнего сорта масла МГЕ 46-В-100001000180502312-0,1690,7630,8180,8260,8280,828-0,9990,9980,9910,970,9340,875-0,1690,7620,8110,8010,7740,725

Рисунок 7 Зависимость общего КПД гидропривода от температуры рабочей жидкости, соответственно для ВМГЗ, МГЕ 46-В

3.8 Тепловой расчет гидропривода

Выполняется для проверки теплового режима работы гидропривода, уточнения объема гидробака и определения необходимости установки теплообменников.

При эксплуатации гидросистемы вследствие наличия механического и гидравлического трения (особенно при дросселировании на кромках золотников, дросселей, предохранительных и других клапанов) происходит нагрев рабочей жидкости. При этом увеличиваются внутренние утечки, и уменьшается объемный и общий КПД гидропривода.

Количество теплоты, выделяемой в гидроприводе в единицу времени, Вт:

где - общий КПД гидропривода, = 0,38; NH - мощность, потребляемая насосом, NH = 18,5.103 Вт; - коэффициент продолжительности работы под нагрузкой; - коэффициент использования номинального давления.

При расчете гидропривода автокрана используют тяжелый режим работы, тогда коэффициенты равны: = 0,6; = 0,7 (2, табл. 1.10, с 30).

;

Количество отводимого тепла в единицу времени, Вт:

;

где k - коэффициент теплопередачи от масла воздуху через металлические детали гидрооборудования (при свободной циркуляции воздуха у самоходных машин k = 10, (2, табл. 1.11, с 31).

F - суммарная площадь теплоизлучающих поверхностей, м2;

t - температура рабочей жидкости, °С;

t0 - температура окружающего воздуха, °С.

Суммарная площадь теплоизолирующих поверхностей включает в себя площадь бака , площадь теплоизолирующих поверхностей оборудования гидропривода и площадь теплообменника .

Ориентировочная площадь гидробака в форме параллелепипеда определяется:

.

При установившемся режиме работы количество тепла, выделяемого в гидроприводе, равно количеству отводимого тепла:

Максимальная установившаяся температура гидропривода:

°С

где tomax- максимальная температура окружающего воздуха, °С.

Максимальная установившаяся температура гидропривода:

, значит, в гидроприводе теплообменник не устанавливается.

Заключение

В данной курсовой работе была спроектирована гидравлическая система подъёма (опускания) стрелы крана КС-55713-1, гидравлический контур механизма стрелового. Был подобран гидродвигатель подъёма (опускания) стрелы крана, оборудование и произведён тепловой расчёт.

Список использованных источников

1. Тюремнов И.С., Чабуткин Е.К. «Проектирование и расчёт гидравлических приводов строительных, дорожных, подъёмно-транспортных и коммунальных машин». Учебное пособие. - Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2004 - 48 с.

. Тюремнов И.С. Гидравлический привод строительных, дорожных, подъемно-транспортных и коммунальных машин. Часть 2. Подбор гидрооборудования и расчет: учебное пособие. - Ярославль: Издательство ЯГТУ, 2009. - 63 с. (№2823).

. Тюремнов И.С. Гидравлический привод строительных, дорожных, подъемно-транспортных и коммунальных машин. Часть 1. Общие сведения: учебное пособие. - Ярославль: Издательство ЯГТУ, 2008. - 68 с. (№2767).

Кран стреловой самоходный КС-55713-1 Содержание Введение . Технические характеристики и

Больше работ по теме: