Гидравлический привод манипулятора
Задание на курсовую работу
Данные для расчета:
1. Угловая
скорость вала гидромотора:
. Номинальное
давление
. Номинальная
подача
. Марка
рабочей жидкости:
Летом:
М-10
. Масса
гидропривода:
. Длина
гидролиний:
Напорной:
Сливной:
7. Коэффициент местных сопротивлений гидролиний:
Напорной:
8. Высота всасывания:
Минимальная:
9. Интервал температуры:
Содержание
Введение
Выбор рабочей
жидкости
Расчет
мощности и подачи насосов
Выбор
распределителя
Выбор
регулирующей и направляющей гидроаппаратуры
Расчёт диаметров
трубопроводов
Расчёт потерь
давления во всасывающем трубопроводе
Выбор
фильтров
Определение
объёма и площади теплоотдачи гидробака
Тепловой
расчет гидропривода
Список
литературы
Введение
Устройство и работа манипулятора.
Манипулятор МА-100 представляет собой подъемный механизм, обеспечивая
грузовой момент не менее 100 кНм.
Устойчивость транспортного средства, на котором установлен манипулятор, и
снижение нагрузок, действующих на транспортное средство при работе
манипулятора, обеспечивается аутригерами.
Поворот колонны в горизонтальной плоскости осуществляется механизмом с
реечным зацеплением.
В верхней части колонны шарнирно закреплена стрела.
Подъем и опускание стрелы осуществляется гидроцилиндром.
Стрела шарнирно соединена с рукоятью. Вращение рукояти осуществляется
гидроцилиндром через тяги.
Внутри рукояти размешен удлинитель. К удлинителю посредством подвески
присоединен грейфер с ротатором.
Для фиксации рукояти и грейфера в транспортном положении на стреле
имеется крюк, а на грейфере скоба.
Функционирование манипулятора обеспечивается гидроприводом.
Стенд испытательный СГИ-2 может использоваться в качестве автономного
источника энергии для привода иных гидравлических устройств, имеющих
собственную гидроаппаратуру управления потоком рабочей жидкости и защиты от
перегрузок, при давлении указанном в паспорте стенда.
Объемные гидропередачи на колесных и гусеничных машинах имеют следующие
преимущества перед механическими трансмиссиями:
бесступенчатое регулирование скорости передвижения;
плавную передачу крутящего момента;
возможность исключения коробки передач и всей механической трансмиссии
(карданный вал, задний мост, бортовые редукторы);
свободную компоновку агрегатов гидропередачи на машине;
простоту реверсирования и легкость автоматизации управления скоростью
движения и реверсированием;
возможность торможения без использования двигателя и специальных
тормозных устройств;
простоту устройств предохранения двигателя от перегрузок;
стабильный крутящий момент при малой угловой скорости;
широкую унификацию гидрооборудования.
Это позволяет на 25-30% повысить производительность мобильных машин, а
долговечность их при работе на номинальных режимах достигает 10000 ч.
Объемные гидропередачи применяются на погрузчиках, автогрейдерах,
экскаваторах, колесных и гусеничных тягачах, катках, тракторах, комбайнах и
других машинах.
Выбор рабочей жидкости
Жидкость в гидроприводе предназначена для передачи энергии и надеждой
смазки его подвижных элементов. Жидкость подвергается воздействию в широких
пределах давлений, скоростей и температур.
При выборе рабочей жидкости необходимо принимать во внимание следующие
рекомендации:
минеральные масла с вязкостью 20-40 сСт при 50°С применяют для
гидравлических систем с давлением до 7 МПа; для давлений до 20 МПа используют
масла с вязкостью 60-110 сСт; для давлений до 60 МПа выбирают рабочую жидкость
с вязкостью 100-175 сСт;
применение смеси масел в системах с высоким рабочим давлением не
рекомендуется;
температура застывания масла должна быть на 15-20° ниже минимальной
рабочей температуры гидросистемы;
в гидроприводах, работающих в условиях низких температур обычно применяют
морозостойкие рабочие жидкости у которых температура застывания ниже -60° С;
Принимаем рабочую жидкость для работы в условиях высокой температуры.
(М-10В2) ГОСТ 8581-78
плотность
при равна 930
вязкость
при равна
при
равна
Температура
застывания -150С
Температура
вскипания 1900С
Расчет
мощности гидронасоса.
По
известной подаче и выбираемому из технических характеристик рабочему объему
насоса определяем число оборотов вала:
Где:
D-диапазон регулирования равный 2.4
Z-число
одновременно работающих насосов
n-число оборотов
в минуту
Выберем
насос 311.25 его параметры практически совпадают с расчетными.
По
мощности гидронасоса выбираем асинхронный электромотор с короткозамкнутым
ротором серии АИР 132S4
Выбор
распределителя
Тип
и марку распределителя выбирают по номинальному давлению, расходу жидкости
(подаче) и количеству гидродвигателей. Для гидроприводов, работающих в тяжелом
и весьма тяжелом режиме эксплуатации (Рном=20 МПа), обычно выбирают
секционные и моноблочные распределители.
Марка
распределителя: РС-25.20.
Техническая
характеристика моноблочного распределителя РС-25.20:
Таблица
1
Давление, МПа:
|
номинальное
|
20
|
|
максимальное
|
32
|
Поток жидкости, л/мин:
|
номинальный
|
160
|
|
максимальный
|
200
|
Максимальное число рабочих
секций
|
3
|
Допустимое давление на
сливе, МПа
|
0,8
|
Масса, кг
|
Зависит от числа секций
|
Максимальное усилие на
перемещение золотника Рном, Н.
|
350
|
Выбор регулирующей и направляющей гидроаппаратуры
Устанавливаем блок подпиточных и предохранительных клапанов, он
предназначен для исключения кавитационных явлений в гидроматоре с одновременным
ограничением давления в его напорной линии.
Устанавливаем блок подпиточных и предохранительных клапанов типоразмера
521.20
Таблица 2. Техническая характеристика
Давление, МПа:
|
минимальное
|
5
|
|
максимальное
|
32
|
Условный проход, мм
|
20
|
Расход жидкости, л/мин
|
160
|
Масса, кг
|
8,7
|
Расчёт диаметров трубопроводов
Для этого зададимся скоростями потока жидкости:
в напорном трубопроводе - 3,8 м/с;
в сливном трубопроводе - 1,5 м/с;
во всасывающем трубопроводе - 1 м/с.
, м
где,
- величина потока жидкости через трубу, [м3/с];
-
скорость потока жидкости, [м/с].
В
соответствии с ГОСТом 16516-80 выбираем стандартные диаметры трубопроводов,
которые используем в дальнейших расчётах:
=
=
=
Площади
сечений в напорном, сливном и всасывающем трубопроводах находим по формуле:
Теперь
уточним действительные скорости потока жидкости в напорном, сливном и
всасывающем трубопроводах, по формуле:
где:
- величина потока жидкости через трубу, [м3/с];
-
диаметр трубы, [м].
Расчёт
потерь давления в трубопроводе.
Расчеты
для рабочей жидкости ( летнее масло М-10В2)
Расчёт
будем вести по уравнению Бернулли:
, Па
где:
- атмосферное давление - 101325 [Па];
-
плотность жидкости - 865 [кг/м3];
( определяется по графику зависимости плотности рабочих
жидкостей от температуры);
-
ускорение свободного падения - 9,8 [м/с2];
- высота
всасывания, [м];
-
скорость потока жидкости во всасывающем трубопроводе, [м/с];
-
коэффициент местных сопротивлений всасывающего трубопровода;
-
поправочный коэффициент, учитывающий влияние вязкости жидкости на местные
потери ;
( определяется по графику зависимости поправочного коэффициента
от числа Рейнольдса);
-
коэффициент трения жидкости о стенки всасывающего трубопровода:
где:
- число Рейнольдса, определяется:
Где:
- скорость потока жидкости во всасывающем
трубопроводе, [м/с];
-
диаметр всасывающего трубопровода, [м];
-
коэффициент кинематической вязкости, [м2/с];
( определяется по графику зависимости вязкости рабочих
жидкостей от температуры);
при
t=+20 2
Общая
величина потерь давления может быть определена как сумма потерь в отдельных
элементах гидросистемы:
Где:
- суммарные путевые потери давления на прямолинейных
участках трубопровода;
-
суммарные местные потери давления в изгибах трубопроводов, штуцерах,
переходниках, тройниках.
-
суммарные потери давления в гидрооборудовании
Определим
путевые потери давления на прямолинейных участках трубопровода:
А)
для напорного трубопровода:
где:
- плотность жидкости [мг/м3];
- длина
напорного трубопровода, [м];
-
диаметр напорного трубопровода, [м];
-
скорость потока жидкости в напорном трубопроводе, [м/с];
-
коэффициент трения жидкости о стенки напорного трубопровода:
(при
ламинарном режиме), где
- число
Рейнольдса, определяется:
Где:
- скорость потока жидкости в напорном трубопроводе,
[м/с];
-
диаметр напорного трубопровода, [м];
-
коэффициент кинематической вязкости, [м2/с].
В)
для сливного трубопровода:
где: - плотность жидкости [мг/м3];
- длина
сливного трубопровода, [м];
-
диаметр сливного трубопровода, [м];
-
скорость потока жидкости в сливном трубопроводе, [м/с];
-
коэффициент трения жидкости о стенки сливного трубопровода:
(при
ламинарном режиме), где
- число
Рейнольдса, определяется:
Где:
- скорость потока жидкости в сливном
трубопроводе,[м/с];
- диаметр
сливного трубопровода, [м];
-
коэффициент кинематической вязкости, [м2/с].
Получаем:
Определим
местные потери давления в изгибах трубопроводов, штуцерах, переходниках,
тройниках:
А)
для напорного трубопровода:
где:
- плотность жидкости [мг/м3];
-
коэффициент местных сопротивлений в напорном трубопроводе;
-
коэффициент местных сопротивлений золотникового распределителя;
-
поправочный коэффициент, учитывающий влияние вязкости жидкости на местные
потери в напорном трубопроводе ;
-
скорость потока жидкости в напорном трубопроводе, [м/с].
В)
для сливного трубопровода:
где,
- плотность жидкости [мг/м3];
-
коэффициент местных сопротивлений в сливном трубопроводе;
-
поправочный коэффициент, учитывающий влияние вязкости жидкости на
местные
потери в сливном трубопроводе;
-
скорость потока жидкости в сливном трубопроводе, [м/с].
.
Суммарные
потери давления в сливной гидролинии мотора:
Выбор
фильтров
гидропривод манипулятор трубопровод насос
Выбор унифицированных фильтров осуществляется по номинальному потоку жидкости
и требуемой номинальной тонкости фильтрации.
Устанавливаем линейный фильтр типоразмера 1.1.20-10/200
Таблица 7. Техническая характеристика фильтра типоразмера 1.1.20-10/200
Условный проход, мм
|
20
|
Гидролиния установки
|
Напорная
|
Номинальный поток через
фильтр при вязкости рабочей жидкости (20-30)10-6 м2/с,
л/мин
|
36
|
Номинальное давление, МПа
|
20
|
Номинальный перепад
давления при номинальном потоке и вязкости рабочей жидкости не более 30*10-6
м2/с, МПа
|
-
|
Перепад давления на фильтре
при открывании переливного клапана, МПа
|
21
|
Масса сухого фильтра, кг
|
16
|
Определение объёма и площади теплоотдачи гидробака
Выбор вместимости гидробака и определение площади теплоизлучающих
поверхностей.
На основании рекомендации п. 5.14 и ГОСТ 12448-80 (табл.14) выбираем
вместимость гидробака 100л, для которого определяем площадь теплоотдачи:
.
Определим
площадь теплоизлучающих поверхностей гидропривода:
Значение
берем из табл.73.
Тепловой
расчет гидропривода
Тепловой
расчёт выполняется с целью установления условий работы гидропривода, уточнения
объёма гидробака и поверхности теплоотдачи, а также выявления необходимости
применения теплообменника.
Количества
тепла, получаемое в единицу времени, соответствует потерянной в гидроприводе
мощности и может быть определено по формуле:
где:
- общий КПД гидропривода;
-
мощность привода насоса, [Вт];
-
коэффициент продолжительности работы под нагрузкой 0.9;
-
коэффициент использования номинального давления 0.7
Определим
суммарную площадь теплоизлучающих поверхностей гидропривода:
где:
- площадь гидробака [м2].
Найдём
максимальную установившуюся температуру рабочей жидкости, которая достигается
гидроприводом через два-три часа после начала эксплуатации и не зависит от
времени:
Найдём
максимальную установившуюся температуру рабочей жидкости, которая достигается
гидроприводом через два-три часа после начала эксплуатации и не зависит от
времени:
где:
- количества тепла, получаемое в единицу времени,
[Вт];
-
приближённое значение коэффициента теплоотдачи-[Вт/м2];
-
суммарная площадь теплоизлучающих поверхностей гидропривода-[м2];
-
максимальная температура окружающего воздуха (+20)˚С.
Так
как установившаяся температура рабочей жидкости на 75˚С превышает
допустимую, то в гидроприводе манипулятора МА-100 необходимо применить
теплообменник, площадь которого:
Теперь
определим текущую температуру рабочей жидкости в гидроприводе
Через
3600с после начала работы:
.
Таблица
9. Зависимость температуры раб. жидкости от продолжительности работы
τ,
с
|
1200
|
2400
|
4800
|
6000
|
7200
|
10800
|
tж,С
|
31.3
|
41.6
|
51
|
59.5
|
67.3
|
74.3
|
91.9
|
Список литературы
1. С. В.
Каверзин. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу самоходных машин:
Учеб. Пособие.- Красноярск: ПИК «Офсет», 1997.-384с.
. Стандарт
технического предприятия.