|
Содержание работы или список заданий
|
Контрольная №1-вариант 41, контрольная №2-вариант 17.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1
«ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА
ГАРАЖНОГО ОБОРУДОВАНИЯ»
1.1 Цель работы
Рассчитать механический привод для различных видов технологического оборудования для технического обслуживания, ремонта и диагностики автомобилей.
1.2 Теоретическое обоснование
В качестве исходных данных для расчета механического привода обычно назначаются силовые факторы, действующие на рабочий орган оборудования, и усилие, прикладываемое рабочим к органам управления приводом (рукояткам, рычагам, маховичкам и т.п.). При этом разработку механического привода на уровне эскизного проекта рекомендуется выполнять в следующей последовательности:
составление предварительного варианта расчетно-кинематической схемы привода, назначение вида элементов привода и их описание;
силовой расчет и корректирование кинематической схемы привода;
расчет нестандартных деталей и узлов привода;
выбор стандартных элементов привода (редукторов, муфт, подшипников и т.д.);
разработка эскизной компоновки привода.
Составление расчетно-кинематической схемы привода производится исходя из его назначения и вида движения, совершаемого исполнительным элементом в процессе работы.
В качестве примера на рисунке 1.1 приведена расчетно-кинематическая схема механического привода грузоподъемного устройства.
Рисунок 1.1 – Расчетно-кинематическая схема механического привода грузоподъемного устройства
В рассматриваемой схеме рабочим элементом привода является грузовой канат к концу которого может быть прикреплено какое-либо грузозахватное приспособление (крюк, стропы, полиспаст и пр.), совершающее поступательное движение вверх или вниз, при этом требуемая скорость перемещения рабочего органа может быть достаточно мала (например, при установке двигателя на автомобиль). Органом управления приводом является ворот, совершающий вращательное движение под действием усилия руки рабочего. В данном случае в качестве передаточного механизма привода использована червячная передача, имеющая достаточно большое передаточное отношение. Это позволяет уменьшить максимальное усилие на органе управления механизмом даже при значительном весе поднимаемого груза.
Силовой расчет выполняется с целью определения величины нагрузок (сил, крутящих моментов) на его элементы. Общее передаточное отношение привода определяется исходя из его расчетно-кинематической схемы, нагрузки на рабочий орган и усилия на входном элементе привода. Для приведенного примера общее передаточное отношение привода UОБЩ определяется из следующего соотношения
(F_РАБ⋅D_Б)/2=F_"ВХ" ⋅l_Р⋅U_ОБЩ⋅η_ОБЩ, (1.1)
где FРАБ – нагрузка на рабочий орган привода, Н (таблица 1.3);
FВХ – усилие на входном элементе привода (в данном случае на рукоятке ворота), Н;
DБ – диаметр барабана, м;
lР – длина рычага ворота, м;
ηОБЩ – общий коэффициент полезного действия (в дальнейшем – КПД) привода.
Нагрузка на рабочий элемент привода FРАБ (в рассмотренном случае – грузоподъемность устройства) назначается как исходный показатель для проектирования (таблица 1.3). Усилие на входном элементе FВХ (в рассматриваемом примере – на рукоятке ворота) назначается исходя из эргономических требований в зависимости от режима работы устройства и в соответствие с рекомендациями, приведенными в таблице 1.1. При кратковременном режиме работы, в котором, как правило, используют механизмы такого рода, допустимое усилие на рукоятке должно быть не более 200 Н.
Длина рычага ворота lР так же выбирается с учетом требований эргономики, плечо вращения рукояток должно быть не более 0,4 м. При этом следует учитывать, что применение большого радиуса вращения рукоятки ворота создаст определенные неудобства при использовании механизма.
Таблица 1.1 – Рекомендуемые величины силы воздействия руки рабочего на рукоятку привода механических устройств при различных режимах их работы
Режим работы механических устройств Рекомендуемое усилие на рукоятке ручного привода (не более), Н
Непрерывный или с кратковременными перерывами в течение 6...8 часов 80…100
Периодический в течение 6...8 часов с частыми перерывами 150…160
Кратковременный (до 5 минут) 200
Весьма кратковременный (рывок) 300
При определении диаметров барабанов DБ грузоподъемных устройств должно быть соблюдено соотношение, устанавливаемое правилами Госгортехнадзора
D_Б≥e⋅d_к, (1.2)
где e – коэффициент, принимаемый по нормам Госгортехнадзора; для ручного привода принимается равным e = 18;
dк – диаметр каната, м [1, 2, 3].
Диаметр каната определяется исходя из условия прочности на разрыв так же в соответствии с нормами Госгортехнадзора с учетом следующего соотношения
F_max⋅n_k≤F_РАЗ, (1.3)
где Fmax – максимальная рабочая сила в ветви каната, Н; в рассматриваемом случае, для заданной кинематической схемы механизма, ее величина равна Fmax = FРАБ;
nk – коэффициент запаса прочности для стальных канатов; при ручном приводе грузоподъемного механизма назначается равным nk = 4;
FРАЗ – разрывная нагрузка для каната, Н.
С учетом рассчитанной по формуле 1.3 величины разрывной нагрузки FРАЗ по справочникам определяется требуемый диаметр каната dк, а затем по формуле 1.2 рассчитывается диаметр барабана. Общий КПД механического привода определяется исходя из его кинематической схемы и с учетом КПД, входящих в него составляющих элементов. Значения коэффициентов полезного действия для некоторых видов механических передач и других элементов механических устройств приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2 – Величины коэффициентов полезного действия для некоторых видов механических передач и других элементов механических устройств
Виды и типы элементов механических устройств Значения КПД
Зубчатая цилиндрическая передача:
закрытая
открытая
0.96…0,97
0,93…0,95
Зубчатая коническая передача:
закрытая
открытая
0,95…0,97
0,92…0,94
Червячная передача при передаточном отношении:
свыше 30
свыше 14 до 30
свыше 8 до 14
0,70…0,75
0,80…0,85
0,85…0,95
Цепная передача:
закрытая
открытая
0,95…0,97
0,90…0,93
Ременная передача:
с плоским ремнем
с клиновыми ремнями
0,96…0,98
0,95…0,97
Винтовая передача при угле подъема винтовой линии резьбы β, угле профиля рабочей поверхности резьбы α и коэффициенте f трения скольжения для материалов винта и гайки (ηВП) η_ВП=tg〖(β)〗/tg〖(β+ρ)〗 ,
где
ρ=arctg f/(cos(α));
для проектных расчетов можно предварительно принимать
ηВП = 0,30…0,40
Пара подшипников качения 0,990…0,995
Пара подшипников скольжения 0,98…0,99
Муфта соединительная 0,97…0,98
Блок или барабан для каната с неподвижной осью (η_БЛ^Н, η_БАР^Н), с учетом потерь в подшипниковых опорах:
на подшипниках качения
на подшипниках скольжения
0,97…0,98
0,95…0,96
Блок для каната с подвижной осью η_БЛ^П η_БЛ^П=(1+η_БЛ^Н)/2
Полиспаст при кратности a (ηПП) η_ПП=(1-〖(η_БЛ^Н)〗^a)/((1-η_БЛ^Н)⋅a)
Отклоняющая (натяжная) звездочка цепной передачи:
закрытая
открытая
0,95…0,97
0,90…0,93
В приведенном варианте расчетно-кинематической схемы общий КПД привода ηОБЩ определяется по формуле
η_ОБЩ=η_ПЕР⋅ƞ_п^(m_по )⋅η_М⋅η_БАР, (1.4)
где ηПЕР – КПД червячной передачи.
ηП – КПД одной пары подшипниковых опор (в данном случае – подшипников качения);
ηМ – КПД соединительной муфты;
ηБАР – КПД барабана с учетом потерь в подшипниковых опорах;
mПО – число пар подшипниковых опор.
Далее, исходя из формулы 1.1 с учетом полученных выше результатов расчетов, определяется требуемое передаточное отношение UОБЩ привода. При этом расчетная зависимость будет иметь вид
U_ОБЩ=(F_РАБ⋅D_Б)/(2⋅〖(F〗_"ВХ" ⋅l_Р⋅η_ОБЩ)) (1.5)
Крутящий момент на входном валу червячного редуктора МВХ, Н•м, для заданной кинематической схемы механизма будет равен
M_ВХ=F_ВХ⋅l_Р (1.6)
Крутящий момент на выходном валу редуктора МВЫХ, Н•м, для рассматриваемого случая, рассчитывается по формуле
M_ВЫХ=M_ВХ⋅U_ОБЩ⋅η_ПЕР⋅ƞ_п^(m_по ) (1.7)
На основании полученных величин передаточного отношения UОБЩ и крутящих моментов на входном МВХ и выходном МВЫХ валах по специальным каталогам или справочникам выбирается соответствующий типоразмер червячного редуктора и его передаточное значение U_Р^ФАКТ. После этого производится корректирование крутящего момента на выходном валу M_ВЫХ^ФАКТ по формуле 1.7 с учетом фактического (справочного) значения передаточного отношения U_Р^ФАКТ и уточненной величины коэффициента полезного действия червячной передачи η_ПЕР^ФАКТ.
Крутящий момент, передаваемый муфтой ММУФ, Н•м, равен моменту на выходном валу редуктора: M_МУФ=M_ВЫХ^ФАКТ. А крутящий момент на валу барабана МБАР, Н•м, равен
M_БАР=M_МУФ⋅η_М (1.8)
Максимальные нагрузки на подшипниковые опоры барабана определяются на основании расчетной схемы, составленной для наиболее нагруженной ситуации: случая, когда действует номинальная рабочая нагрузка FРАБ и когда сбег каната находится в одном из крайних положений на рабочей поверхности барабана. Для рассматриваемого случая расчетная схема для определения опорных реакций будет иметь вид, показанный на рисунке 1.2.
Из приведенной расчетной схемы следует, что максимальная реакция опор барабана (в данном случае для левой опоры – R1) Rmax, Н, будет равна
R_max=R_1=F_РАБ⋅(L_БАР+0,5⋅(L_ОП-L_БАР))/L_ОП (1.9)
Рабочую длину барабана LБАР и расстояние между опорами барабана LОП определяют пользуясь известными методиками, изложенными в соответствующих литературных источниках, применительно к рассматриваемому варианту конструкции механизма.
FРАБ – рабочая нагрузка на канат; R1, R2 – реакции подшипниковых опор барабана, Н; LОП – расстояние между опорами барабана, м; LБАР – рабочая длина барабана, м.
Рисунок 1.2 – Расчетная схема для определения реакций опор барабана
Рабочая длина барабана LБАР ориентировочно вычисляется по формуле, при условии, что длина каната lк должна быть равной высоте подъема (таблица 1.3)
L_БАР=d_к⋅n, (1.10)
где n – количество витков каната на барабане.
n=l_к/(D_Б⋅π) (1.11)
Расстояние между опорами барабана LОП принимается на 0,1 м больше размера барабана LБАР.
На основание результатов, полученных в ходе силового расчета производится выбор стандартных элементов привода. При этом следует отметить, что выбор стандартных элементов конструкции производится также, по мере необходимости, и в ходе силового расчета.
Так, в рассматриваемом примере, ранее был произведен выбор стандартного каната, по диаметру которого определялся диаметр барабана (который так же стандартизован). Выбирается также стандартный редуктор, параметры которого использовались для уточнения силовых параметров, действующих на элементы привода. Помимо вышеизложенного необходимо, используя полученную величину крутящего момента ММУФ, выполнить выбор стандартной соединительной муфты и, используя величину максимальной нагрузки Rmax, выполнить выбор подшипников для опор барабана. При выборе стандартных элементов конструкции используются известные соответствующие методики. В частности, для рассматриваемого варианта следует учитывать, что тип привода – механический ручной, рабочая частота вращения барабана невелика и ударные нагрузки на элементы привода практически отсутствуют. При этом в качестве критерия выбора подшипников следует использовать статическую грузоподъемность.
Разработка эскизной компоновки механического привода осуществляется на основание ранее полученных результатов проектных расчетов основных размеров нестандартных деталей и узлов и основных справочных размеров стандартных элементов конструкции. При этом выполняется разработка чертежа общего вида устройства на уровне эскизного проекта, определяются установочные, присоединительные и габаритные размеры базовой детали или сборочной единицы (плиты, рамы или другой металлоконструкции) изделия и назначается способ ее изготовления.
1.3 Порядок выполнения работы
Контрольную работу рекомендуется выполнять в следующей последовательности:
для расчетной схемы привода грузоподъемного устройства, показанной на рисунке 1.1, выполнить силовой расчет на основании исходных данных, приведенных в таблице 1.3;
2) определить геометрические параметры барабана грузоподъемного устройства и разработать его эскиз;
3) произвести выбор стандартных элементов привода (редуктора, соединительной муфты и подшипников);
Таблица 1.3 – Исходные данные для выполнения расчета основных параметров электромеханического подъемника
Вариант Максимальная высота подъема, м Грузоподъемность (FРАБ), кН Усилие на рукоятке привода, Н
1 2,0 20 110
2 2,2 25 120
3 2,4 30 130
4 2,6 35 140
5 2,8 40 150
6 3,0 50 160
7 3,2 60 170
8 3,4 80 180
9 3,6 100 190
10 3,8 10 200
11 4,0 20 210
12 4,2 25 220
13 4,4 30 230
14 4,6 35 240
15 4,4 40 250
16 4,2 50 260
17 4,0 60 270
18 3,8 80 280
19 3,6 100 290
20 3,4 35 100
21 3,2 40 110
22 3,0 50 120
23 2,8 60 130
24 2,6 80 140
25 2,4 100 150
26 2,0 10 80
27 2,2 20 90
28 2,4 25 95
29 2,6 30 70
30 2,8 35 75
31 3,0 40 80
32 3,2 50 85
33 3,4 60 90
34 3,6 80 95
35 3,8 90 100
36 4,0 100 110
37 4,2 110 120
38 4,4 30 130
39 4,6 35 140
40 2,0 40 150
41 2,2 50 70
42 2,4 60 80
43 3,8 80 90
44 4,0 10 100
45 4,2 20 115
46 4,4 30 120
47 4,6 40 125
48 4,4 50 130
49 4,2 60 60
50 4,0 70 50
51 3,8 80 40
52 3,6 90 70
53 3,4 100 80
54 3,2 110 90
55 3,0 50 100
56 2,8 60 110
57 2,6 70 100
1.4 Содержание отчета и его форма
Отчет по работе выполняется каждым обучающимся самостоятельно и должен включать в себя следующие материалы:
наименование и цель работы;
кинематическую схему механического привода грузоподъемного устройства;
силовой расчет грузоподъемного устройства, выполненный в соответствие с индивидуальным вариантом обучающегося;
расчет геометрических параметров барабана грузоподъемного устройства;
эскиз барабана грузоподъемного устройства;
характеристики выбранных стандартных элементов привода грузоподъемного устройства (редуктора, соединительной муфты и подшипников);
дату выполнения и подпись обучающегося.
Отчет оформляется в виде отдельного документа, выполненного на листах формата А4, титульный лист показан в приложении 1.
1.5 Контрольные вопросы и защита работы
Для оценки уровня усвоения материала контрольной работы рекомендуется следующий перечень контрольных вопросов:
дать характеристику механического привода гаражного оборудования;
последовательность разработки механического привода гаражного оборудования;
каков порядок силового расчета механического привода оборудования?
как рассчитывается общее передаточное отношение механического привода;
Защита контрольной работы производится индивидуально каждым обучающимся только при наличии отчета по работе, оформленного в соответствие с вышеприведенными требованиями.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2
«ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА ГАРАЖНОГО ОБОРУДОВАНИЯ»
2.1 Цель работы
Усвоение методики проектирования гидравлического привода для различных видов технологического оборудования для технического обслуживания, ремонта и диагностики автомобилей.
2.2 Теоретическое обоснование
Исходные данные и порядок разработки гидравлического привода
Гидравлический привод приводится в действие мускульной силой человека. В гаражном оборудовании гидропривод обычно используется в устройствах, рабочий орган которых совершает поступательное движение с относительно небольшим ходом при воздействии на него значительной рабочей нагрузки. Скорость движения рабочего органа, при этом, как правило, не регламентируется.
В качестве исходных данных для расчета гидравлического привода обычно назначаются максимальное усилие F_РАБ^max, Н, действующее на рабочий орган, и допустимое усилие F_УП^ДОП, Н, прикладываемое рабочим к органу управления приводом (рукоятке, рычагу и т.п.). Разработку гидравлического привода на уровне эскизного проекта рекомендуется выполнять в следующей последовательности:
составление гидравлической схемы привода, назначение вида входящих в него элементов и их описание; выбор вида рабочей жидкости для гидропривода;
расчет основных параметров элементов гидропривода;
выбор стандартных элементов привода (гидроцилиндров, клапанов, трубопроводов, соединительной арматуры и т.д.);
разработка эскизной компоновки привода.
Составление схемы гидропривода
При составлении схемы гидропривода чаще всего (при отсутствии специальных требований к конструкции или условиям работы) используются известные варианты схем гидравлических систем, которые достаточно хорошо зарекомендовали себя в различных видах технологического оборудования. Как правило, в качестве гидродвигателя (исполнительного элемента) для такого рода систем обычно используется гидроцилиндр, а в качестве насоса – чаще всего используются поршневые (плунжерные) насосы. На рисунке 2.1 рассмотрена типовая схема гидропривода, которая широко используется в гаражном оборудовании (ручных гидравлических прессах и приспособлениях, грузоподъемных устройствах с ручным управлением и т.д.).
FУП усилие на органе управления приводом; FРАБ усилие на
рабочем органе привода
Рисунок 2.1 – Принципиальная схема гидропривода
грузоподъемного устройства с ручным управлением
Данный гидропривод включает в себя рабочий гидроцилиндр, гидронасос плунжерного типа (главный гидроцилиндр, поршень которого приводится в действие через шток и рычаг рукой человека), соединительные трубопроводы и арматуру (штуцеры, тройники и пр.), впускной, выпускной и управляемый клапаны и емкости для рабочей жидкости. При перемещении поршня главного гидроцилиндра влево (на приведенной схеме) в его полости создается разрежение, и рабочая жидкость из емкости через открывающийся впускной клапан поступает в главный гидроцилиндр. Когда поршень главного гидроцилиндра перемещается вправо, в его полости создается давление. При этом впускной клапан закрывается, а выпускной открывается, и рабочая жидкость из главного гидроцилиндра по трубопроводу поступает в полость рабочего гидроцилиндра, заставляя его шток перемещаться вверх (на приведенной схеме), преодолевая действующее на него рабочее усилие и совершая полезную работу. Таким образом, осуществляя возвратно-поступательные движения поршня главного гидроцилиндра (перемещая его вручную при помощи рычага и штока), можно поднять шток рабочего гидроцилиндра на определенную высоту. Для опускания штока рабочего гидроцилиндра необходимо открыть управляемый клапан. При этом жидкость из полости рабочего гидроцилиндра под действием силы на его штоке выдавливаться через открытый управляемый клапан обратно в емкость.
Определение основных параметров элементов гидропривода с ручным управлением
Определение основных параметров элементов гидропривода с ручным управлением заключается в определении параметров плунжерного насоса и рабочего гидроцилиндра. Исходными данными для расчетов гидравлического привода, как ранее отмечалось, являются максимальное усилие, действующее на рабочий орган, и допустимое усилие, прикладываемое рабочим к органу управления приводом (рукоятке, рычагу и т.п.). При назначении максимального усилия на рабочем органе F_РАБ^max, Н, исходят из технической характеристики и кинематической схемы устройства, для которого предназначен гидропривод. Допустимое усилие F_УП^ДОП, Н, прикладываемое рабочим к органу управления приводом (в приведенной схеме – к рычагу плунжерного насоса), как и при разработке механического привода, определяется исходя из эргономических требований в зависимости от режима работы устройства. Оно может быть назначено в соответствие с рекомендациями, приведенными в таблице 1.1. При кратковременном режиме работы, в котором чаще всего используют механизмы с ручным гидравлическим приводом, допустимое усилие на рукоятке должно быть не более 200 Н.
Для обеспечения нормальной работы гидравлического привода с ручным управлением должно выполняться следующее расчетное соотношение между его силовыми и геометрическими параметрами рабочего гидроцилиндра
D_РС^РАС≥√((4⋅F_РАБ^max)/(π⋅P_РЦ^РАБ )), (2.1)
гдеD_РС^РАС – расчетный диаметр рабочего гидроцилиндра, м;
P_РЦ^РАБ – рабочее давление в полости рабочего гидроцилиндра, Па.
При выборе величины рабочего давления в гидравлических системах технологического оборудования рекомендуется пользоваться данными, приведенными в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Рекомендуемые величины рабочего, условного и пробного давлений рабочей жидкости в зависимости от технологического усилия на рабочем органе гидропривода
Рабочее усилие на
исполнительном элементе гидропривода, кН Рекомендуемое давление рабочей жидкости, МПа
Условное, PУ Рабочее, PРАБ Пробное, PПР
До 10 0,25 0,25 0,4
Свыше 10 до 20 0,63 0,63 0,9
Свыше 20 до 30 1,6 1,6 2,4
Свыше 30 до 40 2,5 2,5 3,8
Свыше 40 до 120 6,3 6,3 9,6
Свыше 120 до 250 10,0 10,0 15,0
Свыше 250 до 400 16,0 16,0 24,0
Свыше 400 до 600 25,0 25,0 35,0
Свыше 600 40,0 40,0 56,0
В этой таблице под рабочим давлением (РРАБ) понимается наибольшее избыточное рабочее давление при котором обеспечивается длительная работа арматуры и соединительных частей из стали при рабочей температуре проводимой среды (в данном случае до 200ºС). Под условным давлением (РУ) понимается наибольшее избыточное рабочее давление при котором обеспечивается длительная работа арматуры и соединительных частей при температуре 20ºС. Под пробным давлением (РПР) понимается избыточное давление, при котором арматура и соединительные части подвергаются гидравлическому испытанию на прочность и плотность материала при температуре не выше 100ºС.
При окончательном назначении размеров диаметров рабочих и главных гидроцилиндров привода, а также диаметров и хода штока (плунжера), следует использовать рекомендации, приведенные в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Рекомендуемые величины размеров диаметров цилиндров, диаметров штока цилиндров и хода штока (плунжера) цилиндров
Показатели Значения показателей, мм (без скобок дан основной ряд, в скобках – дополнительный)
Диаметры цилиндров 10, 12, 16, 20, 25, 32 (36), 40 (45), 50 (56), 63 (70), 80 (90), 100 (110), 125 (140), 160 (180), 200 (220), 250 (280), 320 (360), 400 (450)
Диаметры штока (плунжера) цилиндров 4, 5, 6, 8, 10, 12 (14), 16 (18), 20 (22), 25 (28), 32 (36), 40 (45), 50 (56), 63 (70), 80 (90), 100 (110), 125 (140), 160 (180), 200 (220), 250 (280), 320 (360), 400 (450)
Ход штока (плунжера) цилиндров 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50 (56), 63 (70), 80, 100 (110), 125 (140), 160 (180), 200 (220), 250 (280), 320 (360), 400 (450), 500 (560), 630 (710), 800, 1000 (1120), 1250 (1400), 1600 (1800), 2000
Для обеспечения требуемой величины давления в рабочем гидроцилиндре (РРЦ) необходимо в плунжерном насосе (главном цилиндре) создать давление, величина которого РН, Па, равна
P_Н=P_РЦ/(η_М⋅η_Г ), (2.2)
где ηМ – механический КПД гидропривода, учитывает потери на трение в механических сопряжениях элементов привода;
ηГ – гидравлический КПД гидропривода, учитывает линейные потери напора в трубопроводах и местные потери в соединительной арматуре, управляющих и регулирующих элементах гидросистемы.
Для проектных расчетов на уровне эскизного проекта предварительно можно принимать следующие величины механических и гидравлических потерь: ηМ = 0,94…0,96 и ηГ = 0,80…0,90 в зависимости от сложности конструкции привода. В дальнейшем, при выполнении технического проекта, величины гидравлических потерь корректируются в зависимости от фактической длины и диаметров трубопроводов, а также количества элементов соединительной арматуры и управляющих и регулирующих аппаратов системы.
Исходя из полученной величины давления насоса, а также допустимого усилия на рычаге управления, определяется расчетный диаметр его плунжера D_Н^РАС, м. При этом используется следующее соотношение
D_Н^РАС=√((4⋅F_УП^ДОП⋅L_Р)/(π⋅P_Н⋅L_ОН )), (2.3)
где LP – условная длина рычага управления плунжерным насосом (от оси качания до места приложения усилия рабочего), м; при выборе размеров органов ручного управления целесообразно соблюдать условие LP ≤ 0,4 м;
LОН – расстояние от оси качания рычага до оси цилиндра плунжерного насоса, м; данная величина задается предварительно из расчета примерно половины ожидаемого диаметра цилиндра насоса, а затем уточняется, с учетом полученных результатов расчета диаметра цилиндра насоса.
Задавшись величиной угла качания рычага насоса αР, рад. (обычно не более 60º, αР ≤ π/3), можно определить ход штока рабочего цилиндра за один цикл работы плунжерного насоса H_РАБ^ЦИКЛ, м, по следующей формуле
H_РАБ^ЦИКЛ≅(D_Н^2)/(D_РЦ^2 )⋅L_ОН⋅α_Р (2.4)
Общее теоретическое число циклов работы плунжерного насоса, необходимое для подъема штока на максимальную высоту M_МАХ^ЦИКЛ, ед., равно
M_МАХ^ЦИКЛ=H_MAX/(H_РАБ^ЦИКЛ ) (2.5)
Исходя из полученных значений основных параметров, производится выбор по возможности стандартных элементов гидропривода: гидроцилиндров, соединительной арматуры, распределительной и управляющей гидроаппаратуры. Если невозможно, по каким-либо причинам, использовать в проектируемом приводе стандартных узлов или деталей, предлагаются их оригинальные конструкции. При этом обязательно следует производить прочностные расчеты (проектные и проверочные) основных элементов этих узлов.
В частности, при проектировании нестандартных гидроцилиндров (изготовленных из стали), толщину стенки δ_ГЦ^СТ, м, рекомендуется рассчитывать по следующей формуле
δ_ГЦ^СТ=(D_Ц^ВН)/2⋅√(([σ_Р^ГЦ ]+0,4⋅P_У)/([σ_Р^ГЦ ]-1,3⋅P_У )-1), (2.6)
где D_Ц^ВН – внутренний диаметр гидроцилиндра, м;
РУ – условное давление в цилиндре, МПа;
[σ_Р^ГЦ ] – допустимые напряжения растяжения для стали, из которой изготовлен гидроцилиндр, МПа.
Определение допустимых напряжений растяжения производится по формуле
[σ_Р^ГЦ ]=(σ_Т^ГЦ)/[n] , (2.7)
где σ_Т^ГЦ – предел текучести стали, из которой изготовлен гидроцилиндр, МПа;
[n] – коэффициент запаса прочности; [n] = 3…4.
Проверочный расчет, при необходимости, производится по следующей зависимости
σ_Р=(0,4⋅D^2+1,3⋅(D_Ц^Н )^2)/((D_Ц^Н )^2-D^2 )⋅P_У≤[σ_Р^ГЦ ], (2.8)
где D_Ц^Н – наружный диаметр гидроцилиндра, м; D_Ц^Н=D_Ц^ВН++2〖⋅δ〗_ГЦ^СТ.
При значительной длине штока (плунжера) рабочего гидроцилиндра необходимо выполнять его проверочный расчет на устойчивость при продольном изгибе. Данный вид расчета следует производить, когда имеет место следующее соотношение
γ⋅l_ШТ≥7,5⋅d_ШТ, (2.9)
где γ•lШТ – приведенная длина штока (плунжера), м;
lШТ – максимальное расстояние от точки приложения нагрузки на шток (плунжер) до места его соединения с поршнем, м;
γ – коэффициент приведения, зависящий от способа соединения концов штока (плунжера); когда оба конца штока (плунжера) жестко защемлены γ = 0,5; когда один конец заделан, а второй соединен шарниром – γ = 0,7; если один конец защемлен, а второй свободен γ = 2;
dШТ – диаметр штока (плунжера), м.
Условие устойчивости штока (плунжера) определяется выражением
(π^2⋅E⋅J_ШТ)/((γ⋅l_ШТ )^2⋅F_РАБ^max )≥[n_У ], (2.10)
где JШТ – осевой момент инерции сечения штока (плунжера), м4; рассчитывается в зависимости от формы сечения штока;
Е – модуль упругости материала штока (плунжера), Па;
[nУ] – допустимый коэффициент запаса устойчивости; [nУ] = 3…4.
Если длина штока (плунжера) не велика (γ⋅l_ШТ<7,5⋅d_ШТ), то производится простой проверочный расчет его на прочность при сжатии по формуле
σ_СЖ=(F_РАБ^max)/S_ШТ ≤[σ_СЖ^ШТ ], (2.11)
где SШТ – площадь поперечного сечения штока (плунжера), м2; рассчитывается в зависимости от формы сечения штока;
[σ_СЖ^ШТ ] – допустимые напряжения сжатия для материала штока, Па, определяемые из условия [σ_СЖ^ШТ ]≤(σ_Т^ШТ)/[n] .
2.3 Порядок выполнения работы
Контрольную работу рекомендуется выполнять в следующей последовательности:
для расчетной схемы гидравлического привода грузоподъемного устройства с ручным управлением, показанной на рисунке 2.1, выполнить расчет основных параметров системы на основании исходных данных, приведенных в таблице 2.3;
Таблица 2.3 – Исходные данные для выполнения расчета основных параметров гидравлического подъемного устройства
Вариант Максимальная грузоподъемность F_РАБ^max, кН Допустимое усилие, прикладываемое к органу управления приводом F_УП^ДОП, Н Максимальная высота подъема, НМАХ, м Условная длина рычага управления плунжерным насосом, м Угол качания рычага управления плунжерным насосом, рад
1 10 60 1,0 0,20 π/6
2 15 65 0,8 0,25 π/5
3 20 70 0,9 0,30 π/4,5
4 25 80 0,7 0,35 π/4
5 30 90 0,8 0,40 π/3
6 35 100 0,6 0,45 π/6
7 40 110 0,7 0,5 π/5
8 45 120 0,4 0,6 π/4,5
9 50 140 0,6 0,5 π/4
10 55 150 0,3 0,4 π/3
11 60 160 0,5 0,3 π/6
12 65 150 0,6 0,2 π/5
13 70 160 0,5 0,20 π/4,5
14 75 150 0,55 0,25 π/4
15 80 140 0,6 0,30 π/3
16 85 130 0,65 0,35 π/6
17 90 120 0,7 0,40 π/5
18 95 110 1,0 0,45 π/4,5
19 100 100 0,8 0,5 π/4
20 95 90 0,9 0,6 π/3
21 90 80 0,7 0,5 π/6
22 85 70 0,8 0,4 π/5
23 80 220 0,6 0,3 π/4,5
24 75 210 0,7 0,2 π/4
25 70 200 0,4 0,20 π/3
26 65 190 0,6 0,25 π/6
27 60 180 0,3 0,30 π/5
28 55 170 0,5 0,35 π/4,5
29 100 160 0,6 0,40 π/4
30 110 150 0,5 0,45 π/3
31 120 140 0,55 0,5 π/6
32 130 130 0,6 0,6 π/5
33 140 120 0,65 0,5 π/4,5
34 150 110 0,7 0,4 π/4
35 80 100 1,0 0,3 π/3
36 90 90 0,8 0,2 π/6
37 100 80 0,9 0,20 π/5
38 110 70 0,7 0,25 π/4,5
39 120 100 0,8 0,30 π/4
40 60 110 0,6 0,35 π/3
41 70 160 0,7 0,40 π/6
42 800 150 0,4 0,45 π/5
43 85 140 0,6 0,5 π/4,5
44 90 130 0,3 0,6 π/4
45 95 120 0,5 0,5 π/3
46 50 110 0,6 0,4 π/6
47 60 100 0,5 0,3 π/5
48 120 90 0,55 0,2 π/4,5
49 110 80 0,6 0,20 π/4
50 100 70 0,65 0,25 π/3
51 90 220 0,7 0,30 π/6
52 80 210 1,0 0,35 π/5
53 70 200 0,8 0,40 π/4,5
54 60 190 0,9 0,45 π/4
55 80 180 0,7 0,5 π/3
56 90 160 0,8 0,6 π/6
57 100 150 0,9 0,5 π/5
произвести выбор стандартных элементов привода;
выполнять проверочный расчет штока (плунжера) рабочего гидроцилиндра на устойчивость при продольном изгибе;
выполнить расчет толщины стенок соединительных трубопроводов гидравлической системы.
2.4 Содержание отчета и его форма
Отчет по работе выполняется каждым обучающимся самостоятельно и должен включать в себя следующие материалы:
наименование и цель работы;
гидравлическую схему и описание назначения, устройства и принципа действия гидравлического подъемного устройства;
проектный расчет основных параметров системы, выполненный на основании исходных данных, приведенных в таблице 2.3;
параметры стандартных элементов гидропривода;
проверочный расчет штока (плунжера) гидроцилиндра на устойчивость при продольном изгибе;
расчет толщины стенок соединительных трубопроводов гидравлической системы;
дату выполнения и подпись обучающегося.
Отчет оформляется в виде отдельного документа, выполненного на листах формата А4, титульный лист показан в приложении 1.
1.5 Контрольные вопросы и защита работы
Для оценки уровня усвоения материала контрольной работы рекомендуется следующий перечень контрольных вопросов:
составить гидравлическую схему, пояснить устройство и принцип работы грузоподъемных гидроцилиндров подъемного механизма;
какие исходные данные используются для расчета основных параметров гидравлических подъемников;
по какой формуле производится предварительное определение диаметра рабочего гидроцилиндра подъемника;
по какой формуле производится определение суммарного рабочего объема гидроцилиндров подъемника;
от каких факторов зависит величина давления в рабочих гидроцилиндрах и требуемое давление гидронасоса подъемника;
как рассчитывается толщина стенки рабочего гидроцилиндра;
в каких случаях следует производить расчет штоков гидроцилиндров на устойчивость.
Защита работы производится индивидуально каждым обучающимся только при наличии отчета по работе, оформленного в соответствие с вышеприведенными требованиями.
|