Курсовая работа (т): Проектирование гидропривода опрокидывания ковша скрепера

Проектирование гидропривода опрокидывания ковша скрепера

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.И.НОСОВА»

ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА И ТРАНСПОРТА

Кафедра ГМ и ТТК

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Гидравлика и гидропривод»

на тему: «Проектирование гидропривода опрокидывания ковша скрепера»

Исполнитель: Дорогин А.О.

Руководитель: Филатов А.М.

Магнитогорск, 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Краткое описание, назначение и принцип действия проектируемой машины

. Описание работы гидросистемы машины

. Обоснование и выбор рабочей жидкости с учетом климатических условий эксплуатации гидросистемы

. Построение механической характеристики исполнительного механизма

. Определение параметров гидроцилиндра

. Установление расхода в гидросистеме и потребная производительность насоса

. Определение проходных сечений и диаметров всех трубопроводов

. Обоснование и выбор всех элементов гидроаппаратуры

. Нахождение потери напора в магистралях: на прямых участках, местные сопротивления, на гидроаппаратуре и обоснование необходимого давления насоса

. Выбор типоразмера насоса привода насоса

. Прочностной расчет гидроцилиндра

. Результаты расчетов по выбору гидроаккумуляторов

. Выбор устройства для фиксирования исполнительных механизмов в нужном положении

. Определение полного КПД гидросистемы

Заключение

Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ

Строительные и дорожные машины предназначены для выполнения работ и создания строительной продукции заданного качества, регламентируемого определенными нормами или техническими условиями.

Создание строительно-дорожных машин - процесс творческий, требующий глубоких знаний, практических навыков и интуиции.

Разработать эффективную конструкцию машины возможно тогда, когда в процессе анализа найденных компромиссных вариантов разработчик преодолеет целый ряд противоречивых требований.

Так, например, конструкция должна быть прочной и одновременно легкой, иметь малый вес и обладать высокой надежностью, долговечностью.

Сконструированная машина должна быть технологичной, а эксплуатационные расходы в процессе ее работы должны сводиться к минимуму и т. п.

Совершенство машины, ее надежность, а также механические, энергетические, прочностные и другие характеристики закладываются на этапе конструирования.

Таким образом, от принятия правильных конструкторских решений во многом зависят качество работы и конкурентоспособность создаваемого механического оборудования.

Этот факт заставляет при выполнении проекта использовать новейшие достижения практики конструирования, современные компьютерные средства, пакеты прикладных программ.

Существующие программные продукты в основном удовлетворяют потребность конструкторских бюро, научно-исследовательских организаций и промышленности в универсальных, быстрых, надежных и удобных для пользователя программах, реализующих широкий спектр расчетов (статических, динамических и др.). Но окончательное слово при выборе той или иной конструкции остается за инженером-конструктором владеющим знаниями, опытом и интуицией. Создание машины, в полной мере отвечающей всем вышеперечисленным требованиям, исходя из существующего развития науки и техники, невозможно. Но стремление к этой цели - тот путь, который позволяет, непрерывно повышая качество машины, приближать ее к идеалу.

1. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ, НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРОЕКТИРУЕМОЙ МАШИНЫ

Скреперы предназначены для послойного копания грунтов в материковом залегании, их транспортирования и отсыпки в земляные сооружения с планированием слоями равномерной толщины. Скреперы применяют для разработки талых грунтов I и II групп, в том числе грунтов с каменистыми включениями.

При работе на непереувлажненных суглинках, лессах, черноземах и почвах с примесями гравия и гальки скреперы загружаются с "шапкой" и разгружаются полностью; эти же грунты, но высохшие и отвердевшие, а также глины, солончаки и дресву необходимо предварительно разрыхлить плугами или рыхлителями, чтобы обеспечить нормальную загрузку скреперов.

При сухих сыпучих песках скреперы загружаются на 60-70 % геометрической вместимости.

На липких и переувлажненных грунтах работа скреперов малопроизводительна вследствие прилипания грунта к днищу и стенкам ковшей. На горизонтах ниже уровня грунтовых вод скреперы неработоспособны.

Применяют прицепные (с объемом ковша 3-10 куб.м), полуприцепные (4,5-5 куб.м) и самоходные (8-25 куб.м) скреперы. Прицепные и полуприцепные скреперы наиболее эффективны при транспортировке грунта на расстояние до 1000 м, а самоходные - на расстояние до 3000 м.

Рабочий цикл скрепера состоит из последовательно повторяющихся операций: порожний ход, загрузка ковша, груженый ход и разгрузка.

Скрепер снимает ковшом стружку фунта толщиной 0,12-0,35м.

Набор грунта производят при прямолинейном движении скрепера или движении под уклон. При разработке плотных грунтов для увеличения толщины стружки применяют тракторы-толкачи, число которых зависит от типа скрепера, вместимости ковша и дальности транспортировки (1 толкач на 2-6 скреперов).

. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ГИДРОСИСТЕМЫ МАШИНЫ

Гидравлическая система служит для разгрузки скрепера путём поворота (опрокидование) ковша. Силовой цилиндр работает от насоса, находящегося на тягаче, перемещаемый скрепер.

Рабочая жидкость подаётся от насоса (ГМ) через распределитель (Р) в гидроцилиндр (ГЦ) в любую из полостей (зависит от того, поднимаем или опускаем ковш). Фильтр (Ф) необходим для очистки рабочей жидкости. Байпасный клапан (КО) нужен на тот случай, если фильтр засорится.

Предохранительный клапан (КП) служит для поддержания постоянного давления в системе, и работает в критических ситуациях при резком увеличении сопротивления передвижению цилиндра.

Рабочая жидкость подаётся и сливается в гидробак (ГБ).

. ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ С УЧЕТОМ КЛИМАТИЕСКИХ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГИДРОСИСТЕМЫ

Основным параметром климатических условий в нашем случае является температура при которой эксплуатируется скрепер. Рабочая жидкость подбирается таким образом, чтобы вязкость не принимала максимально/минимально допустимых значений.

Таким образом, в качестве рабочей жидкости принимаем масло АМг-10, которое имеет следующие характеристики:

вязкость при 50⁰С, мм²/с: 50;

плотность, кг/ м³: 850;

температура застывания, ⁰С: -70.

4. ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА И ОБОСНОВАНИ СПОСОБА РЕГУЛИРОВАНИЯ ЕГО СКОРОСТИ

Рисунок 1 - Гидравлическая схема подъема ВИМ

На гидроцилиндры во время подъема действуют силы тяжести и силы инерции.

Общая статическая нагрузка, приходящаяся на 1 цилиндр,

где кг - масса ВИМ;

 - число приборов ЭМАП ВИМ;

 кг - масса одного ЭМАП;

кг - масса рымы ЭМАП.

Н

Для того, чтобы найти численное значение ускорения зададим закон изменения скорости:

В соответствии с нормальным рядом зададим высоту подъема рамы  200 мм. Тогда скорость подъема рамы будет равна

м/с

Ускорение при разгоне

м/с²

Сила инерции при разгоне

,

где - суммарная разгоняемая масса.

кг

Н

Силу инерции при разгоне также можно определить используя формулу

Н

Общая нагрузка на 1 цилиндр

Н

Т.к. процесс подъема/опускания не требует сложного регулирования скорости, то расход будет регулироваться обычными дросселями.

гидропривод скрепер трубопровод сечение

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОЦИЛИНДРА

Диаметр поршня может быть определен по значению расчетной нагрузки  и расчетному давлению  без учета потерь

,

где  - расчетное давление; предварительно примем МПа.

м.

Учитывая дальнейшую проверку на потерю устойчивости, коэффициент запаса по преодолению инерционных нагрузок, коэффициент утечки, снижение производительности насоса и паспортные данные машины примем мм.

Диаметр штока  выбирается из условия

мм.

Определение параметров узлов уплотнений

В качестве уплотнителей поршня и штока используем эластомерные материалы - шевронные манжеты. Количество манжет определяется диаметром поршня: для мм - 4 шт. Среднюю высоту манжеты можно принять 6 мм [1, стр. 33].

Сила трения для резинотканевых манжет уплотнений из шевронных манжет определяется по формуле:

,

где - высота манжеты; - количество манжет;

- напряжение силы трения, Па

Н

Сила трения в уплотнениях для штока:

Н

Определение уточненного рабочего давления

Давление в поршневой полости по заданному значению расчетной нагрузки без учета потерь:

Мпа

 МПа

В соответствии с нормальным рядом примем номинальное давление 6,3 МПа.

Давление жидкости в полостях гидроцилиндра с учетом сил трения в уплотнительных узлах поршня при установившемся движении определяется согласно уравнению:

,

где - давления в поршневой и штоковой полостях соответственно;

- площади поршня и штока соответственно;

Рисунок 3 - Схема к определению давления

Сила давления в штоковой полости равна:

Давление  равно потере давлении в линии слива, в которое входят: потери давления в реверсивном золотнике, в регулирующем гидроаппарате и в трубопроводе. Так как все эти потери зависят от расхода жидкости, то в первом приближении потерю давления  можно принять произведение средней потери давления на гидроаппарате на их количество в сливной линии. потерей в трубопроводе пренебрегаем за неимением его длины.

,

где - количество гидроаппаратов в сливной линии, примем 2;

- средняя потеря в гидроаппарате, примем МПа.

МПа,

м²,

м²

Н

Давление  будет равно:

МПа

Отношение площади поршня к штоковой площади:

6. Установление расхода в гидросистеме и потребная производительность насоса

Расчетный расход жидкости Q, подаваемый в поршневую полость гидроцилиндра, определяется по скорости перемещения рамы  и площади поршня . С учетом утечек жидкости в гидроцилиндре расход рабочего хода равен:

.

где м² - площадь поршня.

 - объемный кпд гидроцилиндра, значение которого при использовании манжетных уплотнений равно 0,99.

 м³/с

Расход при подаче жидкости в штоковую полость:

м³/с

Результаты расчетов приведены в таблице 1

Таблица 1

Более точную подачу насоса можно определить как:

,

где  - объемный кпд насоса, цилиндра и золотника.