Гидравлический привод манипулятора

Задание на курсовую работу

Данные для расчета:

1. Угловая скорость вала гидромотора:

2. Номинальное давление

3. Номинальная подача

4. Марка рабочей жидкости:

Летом: М-10

5. Масса гидропривода:

6. Длина гидролиний:

Напорной:

Сливной:

7. Коэффициент местных сопротивлений гидролиний:

Напорной:

8. Высота всасывания:

Минимальная:

9. Интервал температуры:

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

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 10 000 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 °C 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 (Р_ном=20 МПа), обычно выбирают секционные и моноблочные распределители.

Марка распределителя: РС-25.20.

Техническая характеристика моноблочного распределителя РС-25.20:

Таблица 1

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

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 16 516−80 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 — 101 325 [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;

— коэффициент местных сопротивлений в фильтре;

— 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

Определение объёма и площади теплоотдачи гидробака

Выбор вместимости гидробака и определение площади теплоизлучающих поверхностей.

На основании рекомендации п. 5.14 и ГОСТ 12 448–80 (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

1. С. В. Каверзин. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу самоходных машин: Учеб. Пособие.- Красноярск: ПИК «Офсет», 1997.-384с.

2. Стандарт технического предприятия.