Проектирование подъемника П-126
1. Назначение разрабатываемого
оборудования, описание конструкции и принципа действия разрабатываемого
оборудования, обоснование (или расчет) технических характеристик
Рис. 1. Подъемник
электрогидравлический двухплунжерный модели П-126:
- станция насосная; 2 - каретка
направляющая; 3 - шланг; 4 - каретка, передвигающаяся по направляющим; 5 -
цилиндр подвижной; 6 - электродвигатель; 7 - редуктор; 8 - передача цепная; 9 -
цилиндр неподвижный; 10 - траверсы; 11 - подхваты.
Подъемник модели П-126 (рис. 1)
имеет насосную станцию 1, направляющую каретку 2 подвижного цилиндра, каретку
4, передвигающуюся по направляющим; подвижный цилиндр 5, закрепленный на
каретке; электродвигатель 6 привода подвижного цилиндра, обеспечивающего через
редуктор 7 и цепную передачу перемещение последнего до необходимого межосевого
расстояния обслуживаемого автомобиля; неподвижный цилиндр 9, траверсы 10 штока
цилиндра и подхваты 11.
Изменением проходного сечения
перепускных клапанов с помощью рукояток управления ускоряют или замедляют ход
штока каждого из цилиндров 5 и 9. Электромеханическая система, включающая по
две зубчатые рейки на каждый цилиндр, защелки и электромагниты, предупреждает
самопроизвольное опускание штоков.
Настил, закрывающий канаву
сверху, при перемещении подвижного цилиндра смещается, постоянно перекрывая
канаву.
Набор сменных подхватов
позволяет поднимать автомобили различных марок с упором под раму или оси.
У автомобиля КрАЗ передние два
подхвата упирают в поперечные рамы под бампером так, чтобы лонжероны упирались
в резиновую подушку подхвата, а скоба охватывала лонжероны. Задние два подхвата
упирают в горизонтальные участки лонжеронов рамы рессорной подвеской за задним
мостом. Нельзя упирать подхваты в бампер вне лонжеронов рамы.
При техническом обслуживании в
первый месяц, ежедневно, затем один раз в неделю проверяют надежность крепления
всех резьбовых соединений, особенно балок, траверсы, предохранительного и
синхронизирующего устройств.
С той же периодичностью
проверяют уровень масла в маслобаке и доливают до отметки П на мерном стержне.
Не допускают воздух в систему
подъемника.
Раз в неделю проверяют
равномерность натяжения и надежность заделки концов канатов синхронизирующего
устройства, не допуская их значительного провисания или чрезмерной натяжки. Не
реже одного раза в месяц смазывают канаты и оси блоков через пресс-масленки.
Следят за чистотой сетчатого
фильтра всасывающего трубопровода в маслобаке, не реже одного раза в шесть
месяцев его снимают, очищают и промывают. Одновременно очищают маслобак от
грязи и осадков.
Чтобы устранить неполное опускание штоков с
ненагруженной рамой, несколько раз поднимают шток с рамой, нагруженной автомобилем.
2 Проектирование и
расчет силовых механизмов привода разрабатываемого оборудования
.1 Расчет гидропривода
.1.1 Расчетная схема и
определение требуемого усилия на штоке гидроцилиндра
Для требуемого усилия на штоке гидроцилиндра
составляем расчетную схему (рисунок 2).
Рис. 2 Расчетная схема (W1
и W2 - усилия на
штоках гидроцилиндров, Gавт
- вес автомобиля, L - ход штока
гидроцилиндра).
При нахождении усилия на штоке гидроцилиндра
будем исходить из условия, что на каждый шток гидроцилиндра будет действовать
только половина веса автомобиля. Отсюда имеем:
, (1)
где 
- вес автомобиля,
(2)
где 
- масса автомобиля, 
g - ускорение
свободного падения,
2.1.2 Выбор и обоснование
номинального давления в гидросистеме
По давлению различают
гидроприводы низкого (до 1,6 МПа), среднего (1,6-6,3 МПа) и высокого (6,3-20
МПа) давлений.
Приводы среднего давления
мощностью до 20 кВт применяются наиболее часто. Они обеспечивают высокую
жесткость оборудования; их преимущество - возможность использования дешевых
пластинчатых и шестеренных насосов.
Исходя из условий эксплуатации,
назначения и возможностей комплектования гидропривода выпускаемыми
гидродвигателями, выбирают номинальное давление 
в его напорной линии. Последнее
выбирается по ГОСТ 12445-50 из следующего ряда (МПа): ... 1,0; 1,6; 2,5; 4,0;
6,3; 10; 12,5; 16; 20; 25, 32, 40, 50... Необходимо иметь в виду, что с
увеличением давления уменьшается масса и стоимость гидрооборудования. Но
одновременно повышаются требования к точности изготовления деталей, к чистоте и
качеству рабочей жидкости. При малой нагрузке на штоке не следует применять
чрезмерно высокое давление, так как внутренний диаметр гидроцилиндра окажется
малым, что очень ограничивает выбор гидроцилиндров.
Исходя из выше сказанных условий
принимаем 
.
Учитывая, что потеря давления могут
достигать 10% от номинального давления, определяют максимальное давление в
гидродвигателях, равное (0,8 … 0,9) .
Отсюда 
(3)
Принимаем p = 5,04.
.1.3 Схема гидропривода
Рис.3, 4 Схема гидравлического
привода гидростанции
В кантователе используется
гидропривод. Гидропривод (рисунок 3, 4) обычно состоит из гидравлической
станции (рисунок 3) (включает гидробак 1, электродвигатель 2, насос 3, манометр
4, фильтр 5, обратный клапан 6 и предохранительный клапан 7; слив рабочей
жидкости от гидравлического цилиндра 8 осуществляется через теплообменник 9), а
также аппаратуры управления и регулирования, гидроцилиндра и трубопроводов.
Преимуществом гидравлического
привода является возможность получения больших усилий при малых его размерах и
бесступенчатого регулирования усилий зажима и скоростей перемещения. К
недостаткам относятся утечки жидкости, ухудшающие характеристики работы
гидропривода, изменение свойств рабочей жидкости в зависимости от температуры,
приводящее к изменению характеристики работы, довольно высокая стоимость,
необходимость квалифицированного обслуживания.
Оптимальным при применении гидропривода
считается давление в пределах 5...10 МПа, однако в последнее время применяется
и более высокое - до 16...20 МПа. Рабочие скорости составляют от 0,01 до 1 м/с.
.1.4 Определение параметров
гидроцилиндра
При расчете гидроцилиндра
должны быть заданы значения требуемого усилия Q
или диаметра цилиндра D
и длина хода поршня L, которые
определяют основные конструктивные параметры. Для обеспечения плавной работы
гидроцилиндра следует назначать рабочую скорость v
в пределах 0,01... 1 м/с. В необходимых случаях устанавливается время рабочего
или холостого хода t. Следует,
однако, учитывать, что при рабочих скоростях выше 0,1 м/с для безударной работы
гидроцилиндра в конце хода желательно предусматривать торможение.
Применяемые гидроцилиндры
подразделяются:
а) по направлению действия
рабочей среды на цилиндры одностороннего действия, у которых движение выходного
эвена под воздействием рабочей среды возможно только в одном направлении, и
двустороннего действия, у которых движение возможно в двух взаимно
противоположных направлениях;
б) по конструкции рабочей
камеры на поршневые цилиндры, у которых рабочие камеры образованы рабочими
поверхностями корпуса и поршня со штоком (односторонним или двусторонним), и
плунжерные, у которых рабочая камера образована рабочими поверхностями корпуса
и плунжера.
Основные параметры цилиндров
регламентируются ГОСТ 6540-68.
Определяем диаметр
гидроцилиндра D:
, (4)
где 
- КПД гидроцилиндра;
= 0,6
.
Из стандартного ряда принимаем D = 180 мм.
Диаметр штока d определяем
конструктивно из соотношения d/D = 0.2
...0.7. С учетом стандартных значений принимаем d = 80 мм.
Определяем площадь поршня 
и
площадь штоковой полости 
:
(5)
;
(6)
Определяем толщину донышка
гидроцилиндра. Для плоского донышка
, (7)
где
- допускаемое напряжение растяжения
для
углеродистой стали;
= 110...120 МПа;
Принимаем b = 16 мм.
Определяем толщину стенки
гидроцилиндра:
Принимаем S = 4мм.
Выполняем расчет гидроцилиндра
на прочность, для этого находим напряжение растяжения на внутренней поверхности
стенки цилиндра
(9)
где 
- наружный диаметр гидроцилиндра,
= D + 2S, (10)
= 180 + 
= 188мм;
Условие на прочность выполняется,
т.к.
Определяем скорость 
движения
поршня за рабочий ход:
(11)
где L = 1600мм -
ход поршня,
t = 225с -
время поднятия автомобиля,
Рекомендуемое значение скорости
составляет 0,01...1мм/с. Потому принимаем 
.
Определяем расход V жидкости за
рабочий ход:
(12)
.
2.1.5 Определение внутреннего
диаметра трубопровода
Для гидросистем, работающих при
давлении до 10 МПа, используются стальные бесшовные холоднотянутые и
горячекатаные трубы по ГОСТ 8733-87 и ГОСТ 8731-67.
Холоднотянутые трубы применяют
для трубопроводов с наружным диаметром до 30 мм, горячекатаные - 30 мм.
Материал труб - сталь марок 10 и 20. Внутренний диаметр трубопровода может быть
определен по формуле
(13)
где 
- скорость движения масла в
трубопроводе, м/с;
принимаем = 5 м/с при
р = 6,3…10 МПа;
Выбираем холоднодеформируемые
стальные бесшовные трубы по ГОСТ 8733-87 с наружным диаметром 14 мм и толщиной
стенки 1,8 мм.
.1.6 Выбор рабочей жидкости для
гидропривода
В качестве жидкостей для
гидроприводов, работающих при температуре до 60
с легкими нагрузочными режимами,
используются индустриальные масла общего назначения без присадок: И-12А, И-20А,
И-30А, И-40А, И-50А. Если гидроприводы работают при температурах свыше 60 и давлении
15...20 МПа, применяются турбинные масла с антиокислительными и
противокоррозионными присадками: Тп-22, Тп-30, Тп-46. При работе с давлениями
16...35 МПа рекомендуются масла ИГП-18, ИГП-30, ИГП-38, ИГП-49.
Принимаем индустриальное масло
И-20А.
Для очистки рабочей жидкости от
взвешенных ферромагнитных частиц в гидростанции предусмотрены сепараторы,
выполненные в виде постоянных магнитов, установленных в пробках, завинченных в
днище гидробака. При обычных требованиях к работе гидропривода необходимо
обеспечить фильтрацию масла с тонкостью 25...40 мкм, при повышенных - до 10
мкм.
.1.7 Определение основных параметров
и выбор насоса, приводящего электродвигателя насоса
Основные параметры насоса:
номинальное давление насоса 
, номинальная подача 
, рабочий
объем V0, частота
вращения приводного вала n. Выбранный типоразмер насоса должен
обеспечивать работу гидродвигателей (гидроцилиндра или гидромотора) на
максимальных нагрузках и скоростях. Чтобы КПД гидропривода был максимальным,
давление и подача, по которым обычно подбирается насос, должны быть по
возможности более близки к номинальным, рекомендуемым заводом-изготовителем.
Давления насоса принимается
равным предварительно выбранному номинальному давлению рном по ГОСТ
12445-80. Подача насоса определяется по расходам гидродвигателей с учетом
одновременности их работы. При неодновременной работе нескольких
гидродвигателей с различными расходами подача насоса принимается равной
большему расходу, а при одновременной их работе - сумме расходов.
В гидравлических установках широко
используются шестеренчатые, лопастные и поршневые насосы. Шестеренные и
лопастные насосы применяются для давлений до 12,0... 15,0 МПа. Они компактны,
просты в эксплуатации, однако чувствительны к перегреву, а при работе на предельных
давлениях недолговечны. Аксиальные и радиальные поршневые насосы применяются
для давлений до 20.. 30 МПа, а поршневые эксцентриковые - до 50 МПа.
Для нашего подъемника выбираем
лопастной насос.
Приводная (потребляемая) мощность
насоса:
(14)
где 
- общий КПД,
где 
- механический КПД насоса,
учитывающий
потери на трение и гидравлические
сопротивления;
- объемный КПД. учитывающий
утечку рабочей жидкости через зазор;
= 0,55...0,85 - для пластинчатых
насосов;
Исходя из требуемых номинального
давления насоса ,
производительности (подачи) насоса V и приводной
мощности насоса N выбираем пластинчатый нерегулируемый насос Г12-З2АМ по ГОСТ
13167-82 со следующими параметрами: рабочий объем V0= 16 см3;
давление на выходе насоса: номинальное - 6,3 МПа, предельное - 7 МПа; частота
вращения вала насоса: номинальная - 960 мин-1, максимальная - 1500
мин-1, минимальная - 600 мин-1; КПД при номинальном
режиме работы: объемный - 0,83; полный - 0,7.
Чтобы выбранный насос обеспечил
расчетную подачу (требуемую производительность насоса) V (л/мин),
соответствующую заданной скорости гидродвигателя, приводной вал его должен
иметь следующую частоту вращения:
(15)
где V0 - рабочий
объем насоса, см3,
- объемный КПД насоса, для
нерегулируемых
пластинчатых насосов - 0,76...0,9.
Требуемая мощность двигателя, кВт,
определяется:
(16)
где N- приводная
(потребляемая) мощность насоса, кВт;
k = 1,05 ...
1,1 - коэффициент запаса.
Требуемый номинальный момент на валу
двигателя:
(17)
- КПД насоса при номинальном режиме
работы, 
Двигатель привода при продолжительном
режиме работы следует выбирать по моменту, определенному максимально
необходимой подачей насоса при максимальном его давлении.
Исходя из требуемой мощности,
частоты вращения и номинального момента, выбираем требуемый электродвигатель:
,
,
Выбираем электродвигатель 4А100S4УЗ с
номинальной мощностью 
=3,0 КВт,
номинальной асинхронной частотой вращения 
=1425мин-1.
Номинальный момент электродвигателя,
определяется:
Так как номинальная частота вращения
двигателя отличается от требуемой, то определяем:
фактические значения подачи насоса
скорости движения поршня
времени движения поршня
подъемник
электрогидравлический конструкция эксплуатация
3. Расчет наиболее
нагруженного элемента конструкции на прочность
Наиболее нагруженным элементом
является цепная передача, которая перемещает один из гидроцилиндров.
Исходные данные передачи:
а) масса гидроцилиндра, m
= 50кг;
б) коэффициент трения f
= 0,3;
в) делительный диаметр звездочки 
;
г) частота вращения звездочки n = 10мин-1
д) передаточное число u = 1.
В цепных приводах наибольшее
распространение получили цепи типа ПР - приводные роликовые. Во всех случаях
следует отдавать предпочтение однорядным цепям. Применение трех - и
четырехрядных цепей нежелательно, так как они дороги требую повышенной точности
изготовления звездочек и монтажа провода. Однако многорядные цепи позволяют
выбирать цепь с меньшим шагом и, следовательно, уменьшить радиальные размеры
звездочек передачи и снизить уровень шума ее работы.
Для нашей передачи выбираем цепь
3ПР-38,1-381 со следующими параметрами:
разрушающая сила цепи F = 381кН,
площадь опорной поверхности шарнира S = 1,182мм2
,
масса одного метра цепи m = 16,5кг.
Сила трения на салазках по которым
перемещается гидроцилиндр или окружное усилие:
где N -
нормальная сила реакции опоры,
N = 
,
где 
N = 
Удельное давление в шарнирах цепи
где 
- коэффициент рядности при
трёхрядной цепи,
Значение давления должно быть в
предела
где [p] -
допускаемое удельное давление [p] = 40МПа.
Условие выполняется.
4. Эксплуатация и
техническое обслуживание оборудования, правила техники безопасности при его
работе
Надежность гидропривода
значительно повышается при правильной организации его технического
обслуживания. Исключительно большое значение имеет профилактика неисправностей.
Поскольку стоимость узлов
гидропривода сравнительно невелика, производить их трудоемкий ремонт обычно
нецелесообразно, проще заменить узел новым, однако замена быстроизнашиваемых
элементов (шарики, пружины, уплотнения, электромагниты и т. п.) широко
применяется при эксплуатации.
Содержание, периодичность и
время выполнения работ по техническому обслуживанию и ремонту тех или иных
конкретных гидроприводов могут быть различными (уточняются в процессе
эксплуатации), однако при составлении регламентов обслуживания следует иметь в
виду некоторые общие рекомендации, приведенные в таблице Д.З. Запуск
гидропривода в эксплуатацию
Часто поломки гидропривода
происходят при его первом запуске в эксплуатацию, поэтому необходимо соблюдать
следующий строга определенный порядок запуска.
. Заполнить бак маслом.
. Ослабить регулировочный винт
предохранительного клапана.
. Проверить положение рабочих
органов и распределителей. Поставить распределители в положение, обеспечивающее
поджим рабочих органов к упору. Поскольку при первоначальном запуске возможны
любые случайные движения рабочих органов, следует установить упоры, тщательно
наблюдать за движением каждого рабочего органа в момент запуска, предварительно
установив их в неопасной зоне.
. Провернуть рукой вал насоса
на несколько оборотов.
. Запустить толчком приводной
электродвигатель, проверив правильность направления вращения (указано в
руководствах насосов, чаще всего - по часовой стрелке со стороны вала насоса).
. Проверить наличие давления
при включении насосной установки,
. Устранить наружные утечки.
. Начать работу на низком
давлении,
. Выпустить воздух из верхних
частей трубопроводов и гидродвигателей.
. Проверить уровень масла в
баке; при необходимости долить масло.
. Промыть гидросистему.
. Установить нормальное
давление в гидросистеме.
. Переключая распределители,
проверить полный ход всех рабочих органов.
. Убедиться, что на поверхности
масла в баке нет пены. Если лена имеется (повышенное содержание воздуха в
масле), проверить уплотнение вала насоса, герметичность всасывающего и сливного
трубопроводов, а также глубину погружения концов трубопроводов ниже уровня
масла в баке на 4-5 их диаметров, увеличить подпор в сливной линии, установить
в напорной линии обратный клапан, исключающий возможность слива масла из
гидросистемы при ее остановке, изменить конструкцию бака с целью улучшения
деаэрации.
. Произвести регулировку
аппаратов на заданные режимы работы.
. Подключить схему
электроавтоматики.
. После 1,5-2 ч работы в
заданных режимах определить установившуюся температуру масла; при перегреве
проверить устройства разгрузки и систему охлаждения.
. Проверить расход масла через
дренажную линию.
. Тщательно устранить наружные
утечки.
Общие требования по технике
безопасности гидроприводов.
Для защиты гидроприводов от
перегрузок и контроля давления в напорных пиниях должны быть установлены
предохранительные клапаны и манометры, причем на шкале или корпусе последних
должны быть нанесены красные метки, соответствующие максимально допустимому
давлению. В линиях, ведущих к манометрам, запрещается производить отбор рабочей
жидкости.
Конструкция гидроприводов
должна исключать представляющие опасность для обслуживающего персонала
перемещения выходных звеньев гидродвигателей в любые моменты цикла работы.
Гидросистемы должны иметь блокировки, исключающие возможность ошибочного
включения несовместимых движений рабочих органов. Если снижение давления в
системе может создать опасность для работающих или вызвать аварию машины,
должна быть предусмотрена блокировка, останавливающая машину при снижении
давления ниже значения, установленного в стандартах или технических условиях.
При этом не должны отключаться устройства, перерыв в работе которых связан с
возможностью травмирования работающих (зажимные, тормозные и т. л.).
Гидроприводы с несколькими
насосами должны иметь блокировки, исключающие появление опасных и вредных
факторов в случае остановки одного из насосов или изменения последовательности
их работы.
Конструкция гидроприводов
должна исключать разбрызгивание или растекание рабочей жидкости. Концентрация
минеральных масел в воздухе рабочей зоны должна быть не более 5 мг/м3.
Внутренние полости гидробаков должны быть доступны для осмотра, очистки и
промывки.
Гидроприводы с
гидроаккумуляторами должны иметь предохранительные устройства, защищающие от
перегрузки, и устройства, обеспечивающие отключение гидроаккумулятора от
гидросистемы и соединение его жидкостной полости со сливной линией. Пневмогидроаккумуляторы
следует заряжать азотом или другим инертным газом. Испытание газовой полости
пневмогидроаккумулятора на прочность следует проводить жидкостью. При испытании
и эксплуатации масляных емкостей и гидроаккумуляторов вместимостью не более 25
л, у которых произведение вместимости (л) на рабочее давление (МПа) составляет
более 20, необходимо руководствоваться «Правилами устройства и безопасной
эксплуатации сосудов, работающих под давлением». Емкости и аккумуляторы, у
которых указанное произведение превышает 1000, подлежат регистрации (до пуска в
работу) соответствующими органами.
Технологическая вибрация,
воздействующая на операторов стационарных машин или передающаяся на рабочие
места, не имеющие источников вибраций, в производственных помещениях не должна
превышать заданных значений.
Для постоянных рабочих мест в
производственных помещениях в соответствии с ГОСТ 12.1.003-83 установлен
допустимый средний уровень звука 85 дБА.
Допустимые средние уровни звука
для насосов и насосных агрегатов гидроприводов определяются по ГОСТ
12.2.040-79.
О наличии воздуха в
гидросистеме свидетельствует пена на поверхности масла в баке, изменение цвета
масла и его плотности. Обычно воздух попадает в гидросистему через неисправные
уплотнения валов насосов, неплотности соединений всасывающих и сливных
трубопроводов, а также в случае нерациональной конструкции гидробаков . Для
снижения шума (кроме удаления воздуха} рекомендуется выполнить виброизоляцию
насосных агрегатов на баке (например, с помощью амортизаторов АКСС по ГОСТ
17053.1-80), установить насос на виброизолирующем эластичном фланце
(пербутановое кольцо, привулканизированное к металлической втулке) и соединить
его с электродвигателем с помощью зубчатой муфты с эластичной оболочкой;
сократить длину и количество изгибов трубопроводов, закрепить их скобами (через
упругие прокладки); применить малотрубные методы монтажа гидроаппаратуры,
установить аккумуляторы или другие гасители пульсаций давления; исключить
резонансные явления (на основе анализа частот собственных и возмущающих
колебаний); использовать звукоизолирующие кожухи; заменить жесткие трубопроводы
рукавами высокого давления; заменить тип насоса (например, поршневого на
пластинчатый); использовать централизованный гидропривод.
Заземление систем и устройств
должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.007.0-75 и ГОСТ 21130-75.
Электрооборудование должно иметь степень защиты не ниже IP44
по ГОСТ 14254-80. Если гидропривод может работать в полуавтоматическом или
автоматическом режимах, на пульте управления должно быть предусмотрено
устройство для его переключения на ручное управление в наладочном режиме.
Перед началом испытаний систем и
устройств следует установить органы управления в исходные позиции; максимально
ослабить регулирующие пружины предохранительных клапанов; проверить наличие и
надежность закрепления предусмотренных ограждений, а также наличие заземления
электрооборудования: проверить состояние манометров (наружным осмотром) и
наличие пломб, правильность направления вращения насосов кратковременным включением;
удалить воздух из системы; проверить, нет ли течи в системе, и уровень
жидкости. Удалять воздух нужно через специальные устройства, допускается
удалять воздух через соединения трубопроводов при минимальном давлении,
обеспечивающем движение гидродвигателей без нагрузки. Проверка на отсутствие
течи проводится в течение не менее 3 мин при давлении не более 0,5. Место
проведения испытаний следует ограждать и вывешивать предупредительные таблички.
Перед демонтажем следует полностью
разгрузить систему (от давления), отключить энергоисточники и слить масло (при
необходимости). Испытания и эксплуатация гидроприводов и устройств должны
производиться при строгом соблюдении правил пожарной безопасности и
электробезопасности.
Дополнительные требования,
учитывающие особенности конструкции конкретных узлов гидропривода, при
необходимости устанавливаются в стандартах, технических условиях или
руководствах по эксплуатации.