курсовая. Исходные данные грузоподъемность Q5,5т (5500 кг) длина платформы l3,2 м (3200 мм) высота h0,97 м (970 мм) угол подъема 600 Определение кинематических и силовых параметров подъемного механизма
![]()
|
1 2 Введение Автомобили-самосвалы предназначены для массовых перевозок сыпучих и вязких грузов. Применение механической разгрузки путем наклона кузова в сочетании с механической погрузкой экскаватором, транспортером или из бункера позволяет значительно увеличить производительность автомобиля. Автомобильная промышленность выпускает самосвалы различной грузоподъемности — от 2,25 т (ГАЗ-93А) до 40 т (БелАЗ-548), причем все самосвалы (за исключением сверхтяжелых машин Белорусского и Могилсвского заводов) изготавливают на базе стандартных автомобилей. Шасси автомобиля-самосвала имеет следующие основные отличия от шасси базовой модели автомобиля с бортовым кузовом: укороченную раму и меньшую базу, усиленные задние рессоры, уменьшенную длину заднего карданного вала, измененное место крепления заднего фонаря, измененное место крепления держателя запасного колеса. На всех самосвалах устанавливают гидравлические подъемные механизмы с одним или двумя цилиндрами. Цилиндры подъемников бывают телескопические и простые. Платформа самосвала обычно опрокидывается назад. У некоторых самосвалов платформа опрокидывается на две боковые или на три стороны. На автомобилях-самосвалах встречаются две схемы подъемных механизмов: а) с непосредственным воздействием штока гидроцилиндра на платформу, с воздействием штока гидравлического цилиндра на платформу посредством рычажно-балансирнЬй системы. Управление подъемом платформы бывает механическим и пневматическим (МАЗ-503). Исходные данные: грузоподъемность Q=5,5т (5500 кг) длина платформы l=3,2 м (3200 мм) высота h=0,97 м (970 мм) угол подъема φ=600 1.Определение кинематических и силовых параметров подъемного механизма. Для проектирования подъемного механизма необходимо иметь следующие исходные данные: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Положение центра тяжести платформы определяется компоновкой. Для определения радиуса поворота платформы необходимо задаться положением O поворотного шарнира. Для определения геометрических параметров звеньев системы соединим точку О шарнирного соединения платформы с рамой автомобиля точками О1 и О2 крепления гидроцилиндра к раме автомобиля и к платформе и определим углы a и f0 полученного треугольника, а также а также длину L гидроцилиндра в процессе выдвижения подвижных ступеней и плечо b действия силы F приложенной к платформе гидроцилиндром. Пользуясь теоремой косинусов определим первоначальные параметры платформы до ее подъема при задвинутых ступенях гидроцилиндра ![]() ![]() подставив значение L из выражения (1) в (2) получим: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Плечо lі действия силы от веса груза с платформой является переменной величиной, зависящей от угла f подъёма платформы с грузом ![]() ![]() ![]() где r радиус действия силы отвеса груза с платформой, определяемый по построению; ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() По результатам расчета усилий построен график зависимости силы Fi, создаваемой гидроцилиндром в зависимости от угла f подъема платформы. ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() В общем случае сила Fi, создаваемая плунжером соответствующей ступени телескопического гидроцилиндра определяется по известной формуле ![]() ![]() где p рабочее давление в гидросистеме, создаваемое шестеренным насосом, p=pн=10…12,5 МПа; Ai площадь поперечного сечения плунжера соответствующей ступени гидроцилиндра, м2; hм=0,96…0,97 механический КПД гидроцилиндра; Di расчетный диаметр плунжера соответствующей ступени гидроцилиндра, м; Диаметр поперечного сечения уплотняющего резинового кольца d = 4…7 мм. При гидравлическом расчете телескопического гидроцилиндра принимаем: рабочее давление ![]() ![]() ![]() Принимая коэффициент запаса прочности [s]=3, получим [p]=s]=120 Мпа Определение геометрических параметров гидроцилиндра Расчетным усилием Fi является максимальное усилие соответствующее началу выдвижения очередной ступени гидроцилиндра принимаемое по графику. Углы соответствующих усилий находим по формуле: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() а именно: усилиеF1= ![]() ![]() ![]() Из формулы определяем диаметр Di плунжера соответствующей ступени гидроцилиндра. Диаметр D1 плунжера 1 первой ступени гидроцилиндра ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Определяем минимальное значение диаметра второй ступени гидроцилиндра: ![]() ![]() ![]() мм ![]() ![]() мм где a2 габаритный размер в конструкции под уплотнение плунжера 1 первой ступени гидроцилиндре. толщина стенки второй ступени гидроцилиндра ![]() ![]() мм Проверяем полученное расчетное значение диаметра второй ступени по усилию F2 ![]() ![]() Принимаем за расчетный диаметр D2 второй ступени большее из двух вычисленных ранее значений диаметров а именно ![]() Определяем минимальное значение диаметра D3 третьей ступени 3 гидроцилиндра ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Проверяем полученное расчетное значение диаметра второй ступени по усилию F3 ![]() ![]() Принимаем за расчетный диаметр D3 второй ступени большее из двух вычисленных ранее значений диаметров а именно ![]() Диаметр Dк корпуса гидроцилиндра определяем конструктивно исходя из условия размещения в нем третьей ступени гидроцилиндра ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Минимальную толщину стенки днища гидроцилиндра дн принимаем в пределах дн = (2…4)к; ![]() ![]() При величине наружного диаметра плунжера 1 первой ступени D1 > 40 мм рекомендуется плунжер изготовлять полым из (трубы). С этой целью определяем его внутренний диаметр d0: ![]() ![]() ![]() где Fmax максимальное усилие развиваемое гидроцилиндром (Fmax = F3); Исходя из условий эксплуатации телескопического гидроцилиндра подъемного механизма автомобиля-самосвала минимальная толщина стенки полого плунжера 1 не должна быть менее 10 мм. т. е. min = 10 мм. С учетом выполненных расчетов ![]() ![]() Тогда внутренний диаметр d0 плунжера: ![]() ![]() Расчет давления рабочей жидкости в гидроцилиндре Расчет давления p рабочей жидкости в телескопическом гидроцилиндре в зависимости от угла подъема платформы проводится для каждой выдвижной ступени с учетом ее площади по формуле: Pi=Fi/Ai где Fi усилие создаваемое гидроцилиндром в зависимости от угла подъема платформы; Ai-площадь поперечного сечения соответствующей ступени гидроцилиндра. Результаты расчета давления представлены графически. Из графика следует, что в момент окончания выдвижения предыдущей ступени и начала выдвижения последующей давление возрастает, а затем плавно падает до полного выдвижения данной ступени. Это вызвано тем, что для каждой выдвижной ступени давление p в гидроцилиндре определяется делением усилия на меньшую площадь последующей выдвижной ступени. ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Расчет гидроцилиндра на продольную устойчивость Продольная устойчивость телескопического гидроцилиндра обеспечивается при соотношении длины хода l плунжера к его диаметру D: l/D<10. При большем соотношении необходимо использовать другую методику. ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Продольная устойчивость телескопического гидроцилиндра обеспечивается Розрахунок параметров опор гидроцилиндра Диаметр dц или щаровой опори dк расчитывают, исходя из условия невыдавливания масла при допустимом давлении в шарнирном соединении q = 15…20 МПа по формуле: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Определяем расчетное значение расхода рабочей жидкости Qр трехступенчатым телескопическим гидроцилиндром, при средней скорости vср подъема платформы ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Принимаем шестеренный насос типа НШ32У, подача которого ![]() Необходимая частота вращения n приводного вала выбранного насоса для обеспечения расчетной подачи Qр = 24 л/м. ![]() ![]() Определяем мощность потребляемую насосом: ![]() ![]() Определение средней скорости. Для этого определяем скорость движения каждой ступени гидроцилиндра ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Определяем диаметр подводящего трубопоровода dтр ![]() ![]() По вычисленному диаметру dтр принимаем ближайшее меньшее значение из ряда стандартных номинальных диаметров труб или так званых условных проходов. Диаметр остается тот же. Расчет подъемного механизма автомобиля-самосвала Определение кинематических и силовых параметров подъемного механизма. Исходные данные: G=5500 кг=5,5 т — вес груза с платформой, l=3,2 м — длина кузова, h=0,97 м — высота кузова, φ=60˚ — угол подъема платформы, p=pн=10 МПа — давление в гидросистеме. Кроме того R – радиус поворота платформы; φ0– угол, определяющий исходное положение радиуса поворота при опущенной платформе; φmax – угол, определяющий положение радиуса поворота при полностью поднятой платформе φmax –φ 0 = φ, (φ – заданный угол подъема платформы). Усилие F гидроподъемника зависит от угла φ рис.1. Положение центра тяжести платформы определяется компоновкой. Для определения радиуса поворота платформы необходимо задаться положением O поворотного шарнира. Для определения геометрических параметров звеньев системы соединим точку О шарнирного соединения платформы с рамой автомобиля точками О1 и О2 крепления гидроцилиндра к раме автомобиля и к платформе и определим углы α и φ0 полученного треугольника, а также а также длину L гидроцилиндра в процессе выдвижения подвижных ступеней и плечо b действия силы F приложенной к платформе гидроцилиндром. Пользуясь теоремой косинусов, определим первоначальные параметры платформы до ее подъема при задвинутых ступенях гидроцилиндра: ![]() ![]() подставив значение b из выражения (3) в (2) получим: ![]() ![]() φ0 = 18,74o). Аналогично найдем углы подъёма кузова φ4 и φ9 при полностью выдвинутых 1-й и 2-й ступенях гидроцилиндра. ![]() φ4+φ0=37,35˚ => φ4=37,35˚- φ0=37,35˚-18,74o=18,61˚ φ9+φ0=57,3˚ => φ9=57,3˚- φ0=57,3˚-18,74˚=38,56˚ ![]() ![]() (α=50,076˚ ). ![]() ![]() ![]() Плечо lі действия силы от веса груза с платформой является переменной величиной, зависящей от угла φi подъёма платформы с грузом: li=r·cos(γ+φ), (5) где r – радиус действия силы отвеса груза с платформой, определяемый по построению; γ– угол между радиусом и плечом действия силы от веса груза с платформой в исходном положении при опущенной платформе. Результаты расчетов в табл.1. Таблица 1
![]() Усилие создаваемое гидроцилиндром необходимое для подъема платформы определяем аналитическим методом используя уравнение моментов всех сил, действующих на платформу относительно точки О (оси вращения платформы) (рис.1). ![]() По результатам расчета усилий (табл.2) построен график (рис.2) зависимости силы Fi, создаваемой гидроцилиндром в зависимости от угла φi подъема платформы. Таблица 2
В общем случае сила Fi, создаваемая плунжером соответствующей ступени телескопического гидроцилиндра определяется по известной формуле ![]() где p – рабочее давление в гидросистеме, создаваемое шестеренным насосом, p=pн=10…12,5 МПа; Ai – площадь поперечного сечения плунжера соответствующей ступени гидроцилиндра, м2; hм=0,96…0,97 – механический КПД гидроцилиндра; Di – расчетный диаметр плунжера соответствующей ступени гидроцилиндра, м; Диаметр поперечного сечения уплотняющего резинового кольца d = 4…7 мм. При гидравлическом расчете телескопического гидроцилиндра принимаем: рабочее давление p = pн = 10 МПа; механический КПД гидроцилиндра hм=0,97; диаметр поперечного сечения уплотняющего кольца d = 5 мм; допускаемое напряжение на растяжение гидроцилиндра из материала Сталь 45 с пределом текучести sт=360 МПа. Принимая коэффициент запаса прочности [s]=3, получим ![]() ![]() ![]() Рис.2 Определение геометрических параметров гидроцилиндра Расчетным усилием Fi является максимальное усилие, соответствующее началу выдвижения очередной ступени гидроцилиндра принимаемое по графику (рис.2), а именно: усилие F1=19,80363 кН соответствует окончанию выдвижения второй ступени и началу выдвижения плунжера первой ступени гидроцилиндра; F2=25,61715804 кН соответствует окончанию выдвижения третьей ступени и началу выдвижения второй ступени; F3=29,341852 кН соответствует началу выдвижения третьей ступени гидроцилиндра. Из формулы (8) определяем диаметр Di плунжера соответствующей ступени гидроцилиндра (рис.3). Диаметр D1 плунжера 1 первой ступени гидроцилиндра ![]() Принимаем D1=50 мм. Определяем минимальное значение диаметра D2 второй ступени гидроцилиндра: D2 = D1+2(a2 + =50+2∙(3,5+3)=63 мм где a2 – габаритный размер в конструкции под уплотнение плунжера 1 первой ступени гидроцилиндре (рис.3). Принимаем a2 = 0,7d= 0,7 5=3,5 мм; d=5 мм — диаметр уплотнения; – толщина стенки второй ступени гидроцилиндра ![]() Проверяем полученное расчетное значение диаметра второй ступени по усилию F2 ![]() Принимаем за расчетный диаметр D2 второй ступени большее из двух вычисленных ранее значений диаметров, а именно D2=63 мм. Определяем минимальное значение диаметра D3 третьей ступени 3 гидроцилиндра D3 = D2+2(a3 + =63+2∙(3,5+3)=76 мм (14) где a3–габаритный размер в конструкции под уплотнение второй ступени в гидроцилиндре. Принимаем a3 = 0,7d = 0,7 5=3,5 мм; –толщина стенки третьей ступени гидроцилиндра ![]() Проверяем полученное расчетное значение диаметра третьей ступени по усилию F3 ![]() Принимаем за расчетный диаметр D3 второй ступени большее из двух вычисленных ранее значений диаметров а именно D3 =76 мм. Диаметр Dк корпуса гидроцилиндра определяем конструктивно исходя из условия размещения в нем третьей ступени гидроцилиндра Dк = D3+2(aк + к=76+2∙(3,5+4)=91 мм где aк–габаритный размер в конструкции под уплотнение третьей ступени в гидроцилиндре. Принимаем aк = 0,7d = 0,7 5=3,5 мм; к–толщина стенки корпуса 4 гидроцилиндра ![]() Минимальную толщину стенки днища гидроцилиндра дн принимаем в пределах дн = (2…4)к = 34,0 = 12 мм. При величине наружного диаметра плунжера 1 первой ступени D1 > 40 мм рекомендуется плунжер изготовлять полым (из трубы). С этой целью определяем его внутренний диаметр d0 ![]() ![]() где Fmax–максимальное усилие развиваемое гидроцилиндром (Fmax = F3); Исходя из условий эксплуатации телескопического гидроцилиндра подъемного механизма автомобиля-самосвала минимальная толщина стенки полого плунжера 1 не должна быть менее 10 мм. т. е. min 10 мм. С учетом выполненных расчетов ![]() Тогда внутренний диаметр d0 плунжера: d0 = D1 – 2min = 50 – 2 ∙10 = 30 мм. 2.3 Расчет давления рабочей жидкости в гидроцилиндре Расчет давления p рабочей жидкости в телескопическом гидроцилиндре в зависимости от угла подъема платформы проводится для каждой выдвижной ступени с учетом ее площади по формуле ![]() где Fi–усилие создаваемое гидроцилиндром в зависимости от угла подъема платформы; Ai–площадь поперечного сечения соответствующей ступени гидроцилиндра. ![]() ![]() Результаты расчета давления представлены графически на рис.4 и в табл. 3. Таблица 3
Из графика следует, что в момент окончания выдвижения предыдущей ступени и начала выдвижения последующей давление возрастает, а затем плавно падает до полного выдвижения данной ступени. Это вызвано тем, что для каждой выдвижной ступени давление p в гидроцилиндре определяется делением усилия на меньшую площадь последующей выдвижной ступени. 1 2 |