Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке

Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке

Курсовая работа на тему «Расчет гидропривода механизмов одноковшового экскаватора»

Основным типом машин для производства земляных работ и перемещению грузов являются одноковшовые экскаваторы и краны с гидравлическим приводом. По сравнению с канатным приводом они имеют ряд преимуществ конструктивного, технологического и экономического характера.

Содержание

Введение

1. Выбор гидравлической схемы и ее описание

2. Определение мощности первичного двигателя

3. Определение параметров насосной установки

4. Определение геометрических размеров рабочего оборудования

5. Определение энергоёмкости операций и подбор силовых гидроцилиндров

5.1 Копание поворотом рукояти

5.2 Копание поворотом ковша

5.3 Подъём рабочего оборудования

6. Расчёт механизма поворота

6.1 Расчёт параметров механизма поворота

Литература

Нужна помощь в написании курсовой?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Заказать курсовую

Основным типом машин для производства земляных работ и перемещению грузов являются одноковшовые экскаваторы и краны с гидравлическим приводом. По сравнению с канатным приводом они имеют ряд преимуществ конструктивного, технологического и экономического характера.

С конструктивной точки зрения гидропривод позволяет реализовать большие передаточные числа от ведущего звена источника энергии к рабочим механизмам и органам машин без применения громоздких и сложных по кинематике устройств; обеспечить простое преобразование вращательного движения в поступательное; иметь независимое расположение источника энергии и рабочих механизмов, а также осуществлять удобное и независимое регулирование скоростей рабочих движений в широком диапазоне.

С технологической точки зрения улучшаются условия заполнения ковша при копании на большой глубине за счёт возможности реализовать большие усилия копания, а также за счет поворота ковша относительно рукояти в конце процесса копания. Это способствует повышению производительности экскаватора.

Экономические преимущества являются следствием конструктивных и технологических преимуществ, которые позволяют в конечном итоге повысить темпы строительных и других видов работ и снизить стоимость разработки грунта или перемещения груза.

Указанные преимущества гидравлического привода обусловили широкое его распространение в машинах различного назначения, и в первую очередь, в землеройных. Поэтому успешная эксплуатация таких машин требует достаточно высокого уровня подготовки по гидравлическим приводам. Этой цели и служит предусмотренная учебным планом курсовая работа по проектированию гидравлической системы одноковшового экскаватора.

Исходные данные: q = 0,55м 3;

Рабочее оборудование — обратная лопата

1. Выбор гидравлической схемы и ее описание

Применяемые схемы подразделяются на одно — и многопоточные. Однопоточные схемы находят применение только на неполноповоротных экскаваторах вместимостью ковша до 0,3 м3.

С целью сокращения продолжительности цикла путём совмещения рабочих операций принимаем двухпоточную систему.

Схемой предусматривается возможность работы с обратной лопатой, погрузчиком и грейфером. В состав её входят два насоса, два гидрораспределительных блока, гидрораспределители поворота грейфера и следящей системы поворота колес, гидромоторы поворота платформы и передвижения экскаватора, а также гидроцилиндры: рукояти, стрелы, ковша обратной лопаты, поворота грейфера и поворота колес.

Основные механизмы приводятся в движение от двухсекционного автоматически совместно регулируемого аксиально-поршневого насоса. Второй насос (шестеренный, нерегулируемый) используется для питания гидроцилиндров поворота грейфера и поворота колес.

От секций А и Б насоса рабочая жидкость параллельными потоками подается в гидрораспределительные блоки соответственно и от них на питание гидродвигателей. Исключение составляет рабочая секция Р7, имеющая раздельное от всех остальных секций питания за счет использования промежуточной секции.

Включение в действие того или иного механизма экскаватора производится с помощью соответствующих трехпозиционных золотников. В положении, показанном на рисунке, все золотники находятся в нейтральном положении. В этом случае обе секции насоса подают полный поток к гидрораспределительному блоку. При включении любого из золотников гидрораспределительного блока потоки жидкостей от секций А и Б разъединяются и питание блока производится только от насоса Б.

гидравлический привод одноковшовый экскаватор

Полный поток может подаваться также и в гидроцилиндр рукояти при приведении его в действие от гидрораспределительной секции Р7. Но при необходимости совмещения операций он может быть включен и через золотник секции РЗ. В этом случае потоки разъединяются и это дает возможность совмещать движение рукояти с движением стрелы или же ковша обратной лопаты.

При работе с грейфером рабочие гидролинии резервной секции Р2 используются для управления гидроцилиндром подъема (опускания) верхней части составной стрелы, секция Р6 — для управления гидроцилиндром челюстей грейфера, а гидрораспределитель поворота грейфера — для управления гидроцилиндром поворота грейфера.

Слив рабочей жидкости в бак от всех гидродвигателей производится через золотник. С помощью этого золотника поток может направляться либо в охладитель, если в этом имеется надобность, либо минуя его на параллельно установленные фильтры.

При их засорении поток может перепускаться через предохранительные клапаны в бак мимо фильтров.

Число фильтров, установленных в сливной линии, определяется необходимостью обеспечить минимальное сопротивление движению жидкости.

Напорные гидролинии обеих секций насоса 1 и насоса 13 защищены от давлений, превышающих допускаемые, с помощью предохранительных клапанов. Кроме того, в напорных гидролиниях секций А и Б насоса 1 установлены еще и обратные клапаны.

В рабочих гидролиниях моторов, а также гидроцилиндров установлены предохранительные и обратные клапаны. Первые из них служат для защиты по допускаемому давлению. Через вторые может осуществляться подпитка или же перепуск рабочей жидкости из одной гидролинии в другую при срабатывании предохранительного клапана.

Для контроля настройки предохранительных клапанов в напорных гидролиниях установлен манометр, который поочередно может подключаться к напорным линиям секций А и Б насосов. В сливной гидролинии давление может контролироваться с помощью манометра.

2. Определение мощности первичного двигателя

Мощность первичного двигателя определяется из условия обеспечения процесса копания с заданной скоростью.

Максимальную продолжительность копания определяем по формуле:

(2.1)

= 5,16 с, (2.2)

где

q — вместимость ковша м3.

Принимаем = 5,2с.

Параметры, определяющие энергоемкость копания, принимаем следующими:

Ауд = 2,2 = 1,0; ηсум = 0,56;  квых = 0,9; кн = 0,85.

где

Ауд — удельная энергоемкость, Ауд = (2,2-2,5) ∙103 Н∙м/м3; кнр — отношение коэффициента наполнения к коэффициенту разрыхления; ηсум — расчетный суммарный коэффициент полезного действия привода и рабочего оборудования (ηсум = 0,52-0,64 — при использовании насосов с регуляторами мощности); квых — коэффициент снижения выходной мощности двигателя; кн — коэффициент использования мощности насосной установки.

Мощность двигателя из условия заполнения ковша за заданное время

Ne = (Aудн 10-3) / (tkηсумквыхкркн);

Ne = (2,2∙105·0,55∙10-3) / (5,2∙0,55∙0,9∙0,85) = 55,3 кВт.

Радиус ковша определяем по формуле:

 

или

 

= 1,17 м;

bк = 1,5q1/3 — 0,26 = 1,50,26 = 0,97 м. (2.5)

принимаем bк = 1м, = 1,2 м.

где

Rk — радиус окружности, описываемой лезвием среднего зуба, м;

bk — ширина режущей кромки ковша.

Максимальная сила копания

 

Масса экскаватора:

m = Р mах/μg = 95,79/0,7∙9,81 = 13,9 т.

Рmax — максимальное горизонтальное усилие, возникающее при работе экскаватора;

μ — коэффициент сцепления ходового устройства с грунтом, μ = 0,7.

Принимаем двигатель СМД — 14Н, для него: Nе = 59 кВт и n = 1800 об/мин.

Удельный эффективный расход топлива q = 0,252 кг/кВт∙ч

Масса m = 675 кг

3. Определение параметров насосной установки

Принимаем: Рн = 20 МПа; насоса ηн = 0,85; ηп. н = 0,9; Рmах = 32 МПа; Рmax p = 0,9∙32 = 29 МПа; диапазон регулирования n = 2,0.

Подача насосной установки:

при насосах постоянной подачи:

Qн = (60Neηп. н. ηн) /рн = (60∙59∙0,9∙0,85) /20 = 135,4 л/мин; (3.1)

при насосах переменной подачи:

Qн = (60nNeηп. н. ηн) /Рmах р = (60∙2∙59∙0,9∙0,85) /29 = 187 л/мин (3.2)

Принимаем регулируемый сдвоенный аксиально — поршневой насос типа 223.20.156. Для него Q =156,2 л/мин; рн = 20 МПа; рmах = 32 МПа; nн=1500 об/мин.

Присоединение насоса к двигателю предусматривается через редуктор с передаточным отношением

i=nд/nн=1800/1500=1,2. (3.3)

4. Определение геометрических размеров рабочего оборудования

Полубаза экскаватора:

= 1,3 м. (4.1)

где m — масса экскаватора, т.

Конструктивные размеры:

li = kiB (1 ± kв) (4.2)

где l — искомый размер;

кi — относительный коэффициент;

В — полубаза, м;

kв — коэффициент вариации.

Длина рукояти 1р = 1,5.1,3 = 1,95 м;

Длина стрелы 1с = 1,64.1,3 = 2,13 м;

Радиус ковша Rk = 0,89.1,3 = 1,16 м;

Высота пяты стрелы уо = 1,22.1,3 = 1,59 м;

Расстояние от пяты стрелы

до оси поворота платформы хо = 0,32.1,3 = 0,42 м;

Высота шарнира поворота стрелы yс = 0,93.1,3 = 1,21 м;

Расстояние от шарнира поворота стрелы

до оси поворота платформы xс = 0,67.1,3 = 0,87 м;

Расстояние от пяты стрелы до

шарнира штока цилиндра стрелы l1 = 1,5.1,3 = 1,95 м;

Расстояние от шарнира штока цилиндра

стрелы до оси поворота рукояти l2 = 2,32.1,3 = 3,01 м;

Длина консоли рукояти lк = 0,49.1,3 = 0,64 м;

Расстояние между шарнирами l3 = 0,24.1,3 = 0,31 м;

l4 = 0,35.1,3 = 0,46 м;

l5 = 0,35.1,3 = 0,46 м;

l6 = 0,27.1,3 = 0,35 м;

Расстояние от пяты стрелы до

шарнира цилиндра поворота рукояти l7 = 2,34.1,3 = 3,04 м

Угол излома стрелы Δ = 23∙1,3= 300.

5. Определение энергоёмкости операций и подбор силовых гидроцилиндров
5.1 Копание поворотом рукояти

Длина рабочего хода поршня гидроцилиндра рукояти:

xр = 1k = 0,82 м; (5.1)

Принимаем: vшт = 0,25 м/с; ψ = 1,65.

Минимальное время копания:

tmin = (ψ·xр) /vшт = (1,65 ∙ 0,82) /0,25 = 5,4 с. (5.2)

где ψ — отношение площади и полости цилиндра F1 к площади штоковой полости F2.

Работа копания поворотом рукояти:

Ар = Ауд ·q· (кнp) = 260∙0,55 = 143 кН∙м. (5.3)

где Ауд — удельная работа копания, Ауд = 200.280 кН∙м/м3;

q — ёмкость ковша, м3;

kн и kр — коэффициенты наполнения и разрыхления, kн /kр = 1,0;

Расчётное давление в гидросистеме при насосах переменной подачи:

Ррасч = Рmах р/n = 3/2 = 16 МПа. (5.4)

где

рmах — давление настройки предохранительного клапана;

n — диапазон регулирования насоса.

Площадь поршневой полости гидроцилиндра:

F1 = Ap/ (Pрасч·xp·ηр. о) = 143∙103/ (16∙106∙0,82∙0,85) = 0,0128 м2. (5.5)

Диаметр цилиндра:

(5.6)

dц

Полный ход поршня:

xр. п = 2·lk·sin (φp/2) = 2∙0,82∙sin (100/2) = 1,25 м. (5.7)

Принимаем по ГОСТ 6540-68 гидроцилиндр второго исполнения 1.2 — 140×1250.

5.2 Копание поворотом ковша

Работа копания:

Ак = kАуднр) q = 1,2.260∙1.0,55 = 171,6 кН∙м. (5.8)

Максимальное усилие копания:

Pmax = (0,95Aудq) /R (5.9)

Рmax = (0,95∙ 260∙0,55) /1,2 = 113,2 кН,

где Rk — радиус окружности, описываемой лезвием среднего зуба, м.

Расчетное давление в гидроцилиндре:

ррасч = pmax/n, (5.10)

Ррасч. = 32/2=16 МПа.

где рmах — давление настройки предохранительного клапана

n — диапазон регулирования насоса.

Необходимый рабочий объем гидроцилиндра:

W = Ak/ (Pрасчηп. к) = 171,6∙103/ (16 ∙106∙0,88) = 0,0122 м3. (5.11)

где ηп. к. — коэффициент полезного действия механизма поворота ковша, включая коэффициент полезного действия гидроцилиндра.

Полный угол поворота ковша:

αк = 155°.

Угол поворота звена l4:

α4 = αк (l6/l4) = 155 (0,35/0,46) = 117,9°. (5.12)

Ход поршня:

хп = 2l4sin (α4/2) = 2∙0,46∙sin (117,9/2) = 0,8 м. (5.13)

Принимаем по ГОСТ 6540-68 гидроцилиндр поворота ковша с диаметром, равным диаметру гидроцилиндра рукояти 1.1-140х800.

Рабочий объем цилиндра при принятых значениях dц и xп:

W’ = π·dц2·xп/4 = 0,785∙0,142∙0,8= 0,0123 м; (5.14)

W’ ≥ W.

,0123>0,0122

Скорость движения штока при номинальной подаче обеими секциями насоса:

vшт = (4Q η0) / (π·dц2) = (4∙156,2∙10-3.0,96) / (60∙3,14∙0,1252) = 0,2 м/с (5.15)

где Qн — номинальная подача насоса;

η0 — объёмный коэффициент полезного действия системы от насоса до гидроцилиндра, η0 = 0,96.

Угол поворота ковша в рад:

αк = 155/57,3 = 2,7 рад.

Время перемещения штока:

tшт = xп/vшт = 0,8/0,2 = 4 с. (5.16)

Угловая скорость:

ω = αк/tшт = 2,7/4 = 0,68 с-1. (5.17)

5.3 Подъём рабочего оборудования

Работа, затрачиваемая на подъём рабочего оборудования.

Ас = 380∙103 Н∙м. Принимаем z=2, Ррасч = 32/2 = 16 МПа, ηс. м = 0,8.

Рабочий объем гидроцилиндров подъема стрелы:

W =Асрас Z ηс. м =380.103/ (16∙106.2∙0,8) = 0,0148 м3. (5.18)

где Ррасч — расчётное давление рабочей жидкости;

ηс. м-коэффициент полезного действия стрелоподъёмного механизма, ηс. м=0,8;

z — число цилиндров (обычно z = 2).

Из расчета геометрических размеров рабочего оборудования имеем: хс=0,87 м; ус=1,21 м; хо=0,42 м; уо=1,59 м; ОА=l1=1,95м; αc = 500, αc’’ = 450.

Параметры, определяющие величину хода поршня подъема стрелы:

 

Диаметр цилиндра подъема стрелы

(5.25)

Принимаем цилиндр и гидроцилиндр d x S=160 x900 по ГОСТ6540-68.

6. Расчёт механизма поворота
6.1 Расчёт параметров механизма поворота

Выбираем открытую схему с насосами, автоматически регулируемыми по суммарному давлению. Во время поворота платформы поток от одного насоса используется для питания гидромотора поворота, другой насос в это время может питать один из гидроцилиндров рабочего оборудования.

Исходные данные: подача насоса Qн. max = 78,1 л/мин; номинальное давление насоса Рн = 20 МПа; угол поворота платформы φ0 = 900; диапазон регулирования насоса n’ = 2. Момент инерции платформы:

I = 1000m5/3 = 1000∙13,95/3 = 81 кН. м∙с2. (6.1)

Момент сцепления ходовой части с грунтом:

Мсц = 1850m4/3 = 1850∙13,9 4/3 = 61,77 кН. м. (6.2)

Допускаемый тормозной момент:

Мт = (0,7.0,85) Мсц = 0,7∙61,77 = 43,24 к Н. м. (6.3)

Принимаем коэффициент снижения разгоняющего момента по отношению к тормозному r = Мрт = 0,6 и находим значение разгоняющего момента:

Мр = r·Мт = 0,6∙43,24 = 25,94 кН. м. (6.4)

Допускаемые угловые ускорения:

при разгоне — εр = Мр/I = 25,94/81 = 0,32 с-2; (6.5)

при торможении — |εт| = Мт/I = 43,24/81 = 0,53 c-2. (6.6)

Угловая скорость вращения платформы в конце разгона:

(6.7)

где φ0 — угол поворота платформы, принимаемый 1,57 рад (900).

Время разгона и торможения:

tp = ωпр = 0,774/0,32 = 2,42 с; (6.8)

tт = ωпт = 0,774/0,53 = 1,46 с. (6.9)

Время включения и выключения tвв = 0,35.0,4 с. Принимаем tвв = 0,4 с.

Время поворота:

tп = tp + tт + tвв = 2,42 + 1,46 + 0,4 = 4,28 с. (6.10)

Потребная мощность гидромотора:

Nгм = (Мрωп) / (1000ηг-пn’) = (25940∙0,774) / (1000∙0,9∙2) = 11 кВт, (6.11)

где ηг-п = КПД передач от вала гидромотора до поворотного круга.

Мощность, забираемая от первичного двигателя:

 

где ηс = ηгм·ηмп — суммарный КПД механизма поворота, включающий гидромеханический КПД гидромотора ηгм и КПД механических передач от вала гидромотора до поворотного круга ηг-п.

По величине потребной мощности выбираем гидромотор аксиально-поршневой нерегулируемый типа 210.16.28, имеющий следующие паспортные данные: рабочий объем qm = 28,1 см3; давление на выходе: номинальное — 20 МПа, максимальное — 32 МПа; частота вращения: номинальная — 1920 об/мин; максимальная — 4000 об/мин; номинальный расход — 56,8 л/мин; номинальная эффективная мощность — 16,2 кВт; гидромеханический КПД — ηгм = 0,965; полный КПД — 0,92.

Передаточное отношение механической передачи:

(6.13)

где ηо — объемный КПД гидропередачи от насоса до гидромотора (включая насос, гидромотор и трубопроводы).

Частота вращения вала гидромотора:

nм = 30ipωп/π = 30∙341∙0,774/3,14 = 2522 об/мин. (6.14)

Сравнивая частоту вала гидромотора с максимальной, имеем:

nм = 2522 об/мин < 4000 об/мин.

Давление настройки предохранительных клапанов:

Рк = 6,28Мр/ (qмipηгмηмп) +рсл (6.15)

Рк = 6,28∙25,94∙103/ (28,1∙341∙0,965∙0,9) +0,5 = 19,6 МПа.

где ηгм — гидромеханический кпд гидромотора;

ηмп — кпд механической передачи от гидромотора до поворотного круга;

рсл — давление в сливной магистрали за гидромотором, рсл = 0,5-1,5 МПа. Проверяем выполнение условия Ркmax = 0,6.0,8:

Ркmax = 20/32 = 0,63 — условие выполняется.

Подача насоса при давлении настройки предохранительных клапанов:

Q0 = 60Nгм/ (Ркηгм) = 60∙11/ (20∙0,965) = 34,19 л/мин. (6.16)

Угловая скорость вращения платформы в конце первого этапа разгона:

(6.17)

Фактические значения разгоняющего и тормозного моментов:

Мр = 0,159 (0,95Рк — Рсл) qмiрηгмηм. п; (6.18)

Мр = 0,159· (0,95∙20 — 0,5) ·28,1∙341∙0,965∙0,9 = 24,479 кН. м;

Мт = Мр/ (ηгм·ηм. п) 2 = 24,479/ (0,965∙0,9) 2 = 32,638 кН. м; (6.19)

Отношение r =Mр/Mт = 24,479/32,638 = 0,75. (6.20)

Фактические угловые ускорения:

при разгоне εр = Мр/I = 24,479 /81 = 0,302 с-2; (6.21)

при торможении │εт│=Мт/I = 32,638 /81 = 0,402 c-2; (6.22)

Фактическая максимальная угловая скорость вращения платформы:

(6.23)

Фактические значения времени разгона и торможения:

tp = ωпр = 0,74/0,302 = 2,45 с; (6.24)

tт = ωпт = 0,74/0,402 = 1,86 с. (6.25)

Фактическое время поворота:

tп = tр + tт + tвв = 2,45 + 1,86 + 0,4 = 4,71 с. (6.26)

Общие затраты энергии:

Ао = Nп·tп = 7,7∙103∙4,71 = 36,3 кДж. (6.27)

Полезные затраты:

Апол = (Iωп2) /2 + Мсφо ≈ (Iωп2) /2 = (81∙0,742) /2 = 22,2 кН. м. (6.28)

 

1. Беркман И.Л. Одноковшовые строительные экскаваторы. — М., 1986.

. Щемелев А.М. Проектирование гидропривода машин для земляных работ. — Могилёв, 1995.

. Проектирование машин для земляных работ, под ред.А.М. Холодова. — Харьков, 1986.

. Смоляницкий Э.А., Перлов А.С., Королёв А.В. Рабочее оборудование одноковшовых полноповоротных гидравлических экскаваторов. Обзор. — М.; ЦНИИТЭСтроймаш, 1971.

. В.А. Абрамович, В.А. Довгяло. Расчет гидропривода механизмов одноковшового экскаватора. Пособие к курсовой работе по дисциплине «Гидравлика и гидравлические машины». — Г., 2003.

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Поставьте оценку первым.

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

946

Закажите такую же работу

Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке

Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке