Изготовление дверей

Расчет домкрата гидравлического


Расчет домкратов (стр. 1 из 2)

Федеральное агентство по образованию РФ

ГОУ ВПО БрГУ

Кафедра СДМ и О

Лабораторная работа № 1

РАСЧЕТ ДомкратОВ

Выполнил:

ст.группы СДМ 06-2 C.М. Рябчиков

Проверил:

преподаватель А.Ю. Кулаков

Братск 2009

Домкраты обычно предназначаются для подъема грузов на небольшую высоту и находят широкое применение на монтажных работах при подъемах и выверке как отдельных частей, так и целых сооружений. Домкрат устанавливают под грузом и упирают в него выдвижной частью. Высота рабочего хода домкрата невелика, поэтому подъем груза на высоту, превышающую ход домкрата, производят в несколько приемов. В этих случаях под груз подкладывают. например шпальные клетки, либо отдельные брусья или доски. Скорость подъема домкратами незначительна.

Домкраты выпускаются с различной грузоподъемностью - от 0.5 до 300 т и в большинстве своем имеют ручной привод.

По конструкции домкраты разделяются на реечные (рис.1), винтовые (рис.2) и гидравлические (рис.3). Целью настоящей работы является изучение устройства, принципа работы домкратов и расчета элементов винтового домкрата.

Реечный домкрат

Он состоит из корпуса / (рис. 1), в котором по направляющим перемещается рейка 2, имеющая поворотную головку 3 и лапу 4, Рейка с грузом поднимается или опускается вращением рукоятки 5 через зубчатые передачи 6. Для безопасной работы домкрат оборудован грузоупорным тормозом, который действует следующим образом. Вал 7 и зубчатое колесо 8 имеют винтовую нарезку. Между торцевыми поверхностями втулки и рукоятки расположено храповое колесо 9 с собачкой. При подъеме груза рукоятка перемещается по резьбе влево, заклинивает храповое колесо и через зубчатую передачу выдвигает рейку вверх, поднимая груз. По окончании подъема груза вал рукоятки фиксируется собачкой храпового колеса, препятствующей вращению вала в обратную сторону. При опускании груза рукоятка вращается в обратную сторону и одновременно перемещается по резьбе вправо, освобождая храповое колесо. Под действием момента от силы тяжести груза через зубчатую передачу втулка зубчатого колеса ввинчивается в рукоятку, зажимает храповое колесо и препятствует свободному падению груза.

Рис. 1. Реечный домкрат: а - общий вид; б - грузоупорный тормоз.

Процесс опускания груза состоит из чередующихся падений и остановок. В отрегулированном тормозе (минимальном зазоре между храповиком и рукояткой) неравномерность опускания груза практически не ощущается. Усилие Р .на рукоятке при подъеме груза 0(Н) определяется из уравнения моментов относительно оси шестерни, связанной с рейкой:

где - диаметр начальной окружности шестерни, м; - длина рукоятки, м; -общее передаточное число зубчатой передачи; = 0,65...0.85 - КПД передачи.

При ручном приводе и кратковременной работе усилие на рукоятке допускается не более 200 Н, а при непрерывной - не более 80 Н. Грузоподъемность реечных домкратов - до 6 т., высота подъема - до 0,6 м.

Винтовой домкрат

Он состоит из корпуса 1 (рис. 2) с бронзовой гайкой 8, винта 2 с прямоугольной или трапецеидальной резьбой, грузовой головки 3 и рукоятки 6 с трещоткой. Рукоятка свободно надета на круглую часть винта. Трещотка представляет собой колесо 4 с зубьями, надетое на квадратную часть винта, и собачку 7, В зависимости от направления винта собачку поворачивают на оси 5 в одно из крайних положений, где собачка удерживается стопором 9 с пружиной 10. Винтовые домкраты не требуют дополнительных устройств для удержания груза, так как винтовая пара (винт - гайка) - самотормозящаяся. В самотормозящихся передачах( угол подъёма винтовой линии К меньше угла трения р) (обычно 4...6). Это одновременно является и недостатком таких передач, так как у них КПД всегда меньше 0,5. Грузоподъёмность винтовых домкратов - до 50 т., высота подъёма до 0,35 м. При грузоподъёмности более 20 т. усилие на рукоятке становится значительным и поэтому рукоятка с трещоткой заменяется червячной передачей, а ручной привод - машинным.

Усилие Р(Н) на рукоятке при ручном вращении винта, нагруженного силой Q(H) при среднем радиусе винта г, длине рукоятки R и КПД домкрата определяется из выражения:

Гидравлический домкрат

Домкрат (рис.3) состоит из цилиндра 6, являющегося одновременно его корпусом, поршня 5, насоса 1, всасывающего 3, нагнетательного 4 и спускного 7 клапанов. При ручном приводе насос и бак 2 с жидкостью объединены с корпусом домкрата.

Рабочей жидкостью служит минеральное масло или незамерзающая смесь (вода, смешанная со спиртом или глицерином). Рукояткой 8 плунжеру насоса сообщается возвратно — поступательное движение. При движении плунжера вправо цилиндр насоса через всасывающий клапан заполняется жидкостью, а при движении влево жидкость под давлением через нагнетательный клапан поступает под поршень основного цилиндра.

Усилие на рукоятке (Р), необходимое для подъёма груза Q (рис. 3, а). Из формулы следует, что выигрыш в силе пропорционален соотношению квадратов диаметров поршней и плеч рукоятки. Гидравлические домкраты с ручным приводом имеют грузоподъемность до 200 т., и высоту подъема до 0,18 - 0.2 м. При машинном приводе жидкость в цилиндр домкрата подается от отдельного гидравлического насоса, а грузоподъемность одиночного домкрата может достигать 500 т. при машинном приводе несколько домкратов могут быть приведены в действие от одной насосной станции и осуществлять подъем крупных сооружений.

Для натяжения стержней или канатов при монтаже предварительно напряженных конструкций применяют тянущие домкраты (рис. 3, б). Такой домкрат состоит из цилиндра 11, штока 10 с поршнем 12, стоики 13 и упорной плиты 14. на конце штока имеется гайка 9 для соединения его со стержнем. Домкрат закрепляют в стойке, служащей упором. При подаче масла в домкрат шток вместе с поршнем перемещается, производя натяжение стержня. Тянущие домкраты развивают усилие 630 и 1000 кН при ходе штока 315 и 400 мм., и работают от насосной станции с рабочим давлением 40 Мпа.

Рис. 3. Гидравлический домкрат: а - с ручным приводом; б - тянущий для натяжения стержней.

Расчетные зависимости для винтового домкрата

домкрат монтажный груз сооружение

Винтовой домкрат (изображенный на рис.4), состоит из стального корпуса 1 с заделанной гайкой 5, в которую входит винт 2 домкрата. Для вращения винта имеется рычаг 4 с трещоткой (на рис.4 отсутствует), позволяющей работать домкратом в стесненных условиях. Вращение винта может производиться также при помощи ломика, вставляемого в отверстие головки 3. Винт домкрата имеет трапецеидальную или прямоугольную мелкую резьбу. Чем меньше ее шаг, тем больше подъемная сила домкрата.

Важнейшим достоинством винтового домкрата является свойство самоторможения, которое заключается в том, что под действием груза домкрат сам не опускается. Оно объясняется тем, что угол подъема винтовой линии меньше угла трения, т.е. меньше того угла, при котором груз, положенный на наклонную плоскость (которую и представляет собой винтовая линия), начинает скользить по ней под влиянием собственного веса.

Зависимость усилия Q развиваемого домкратом, от усилия Р, прилагаемого к рукоятке рычага, определяется по формуле:

где Q - усилие, развиваемое домкратом, в Н;

Р - усилие на рукоятке, в Н;

- длина рычага, в мм;

t - шаг резьбы, в мм;

- коэффициент полезного действия.

Формула полученная из предположения о равенстве работ силы, приложенной к рукоятке рычага домкрата, и силы, развиваемой его винтом.

В винтовых домкратах коэффициент полезного действия:

где а - угол подъема винтовой линии резьбы;

р - угол трения между материалом винта и материалом гайки.

При подъеме винта домкрата работает на сжатие от веса поднимаемого груза и на кручение от сил трения, возникающих между винтом и гайкой.

Сжимающее напряжение от осевой нагрузки в винте определяется формулой:

Н/мм

где Q - вес поднимаемого груза, в Н;

- внутренний диаметр винта, в мм.

Скручивающие напряжения от крутящего момента определяются по формуле:

Н/мм

- момент сопротивления кручению.

Где - крутящий момент, определяемый по формуле:

mirznanii.com

Лабораторно-практическая работа №4 "Расчет гидравлического домкрата"

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА №4

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ»

Тема: Грузоподъёмные механизмы. Гидравлический домкрат

Лабораторно-практическая работа №4

Тема «Определение грузоподъемности домкрата по заданным условиям»

Цель: Сформировать представление о принципе работы гидравлического домкрата, приобрести навыки расчета грузоподъемности гидравлического домкрата.

Литература:

  1. В.Г. Ерохин, М.Г. Маханько «Сборник задач по основам гидравлики и теплотехники», М.: «Энергия», 1979, стр. 80 - 84.

Оборудование и принадлежности: инструкционная карта, калькулятор, справочные таблицы.

Домкраты обычно предназначаются для подъема грузов на небольшую высоту и находят широкое применение на монтажных работах при подъемах и выверке как отдельных частей, так и целых сооружений. Домкрат устанавливают под грузом и упирают в него выдвижной частью. Высота рабочего хода домкрата невелика, поэтому подъем груза на высоту, превышающую ход домкрата, производят в несколько приемов. В этих случаях под груз подкладывают, например, шпальные клетки, либо отдельные брусья или доски. Скорость подъема домкратами незначительна. Домкраты выпускаются с различной грузоподъемностью - от 0,5 до 300 т и в большинстве своем имеют ручной привод. По конструкции домкраты разделяются на реечные, винтовые и гидравлические.

Гидравлический домкрат (рис.1) состоит из цилиндра 6, являющегося одновременно его корпусом, поршня 5, насоса 1, всасывающего 3, нагнетательного 4 и спускного 7 клапанов. При ручном приводе насос и бак 2 с жидкостью объединены с корпусом домкрата.

Рисунок 1- Гидравлический домкрат: а — с ручным приводом; б — тянущий для натяжения стержней

Рабочей жидкостью служит минеральное масло или незамерзающая смесь (вода, смешанная со спиртом или глицерином). Рукояткой 8 плунжеру насоса сообщается возвратно — поступательное движение. При движении плунжера вправо цилиндр насоса через всасывающий клапан заполняется жидкостью, а при движении влево жидкость под давлением через нагнетательный клапан поступает под поршень основного цилиндра.

Гидравлические домкраты с ручным приводом имеют грузоподъемность до 200 т. и высоту подъема до 0,18 — 0,2 м. При машинном приводе жидкость в цилиндр домкрата подается от отдельного гидравлического насоса, а грузоподъемность одиночного домкрата может достигать 500 т. при машинном приводе несколько домкратов могут быть приведены в действие от одной насосной станции и осуществлять подъем крупных сооружений.

Для натяжения стержней или канатов при монтаже предварительно напряженных конструкций применяют тянущие домкраты (рис. 1, б). Такой домкрат состоит из цилиндра 11, штока 10 с поршнем 12, стойки 13 и упорной плиты 14. на конце штока имеется гайка 9 для соединения его со стержнем. Домкрат закрепляют в стойке, служащей упором. При подаче масла в домкрат, шток вместе с поршнем перемещается, производя натяжение стержня. Тянущие домкраты развивают усилие 630 и 1000 кН при ходе штока 315 и 400 мм и работают от насосной станции с рабочим давлением 40 Мпа.

Гидравлические домкраты имеют большое количество достоинств, среди которых:

- быстрый и легкий подъем;

- отличная устойчивость груза в поднятом положении;

- удобная и небольшая по размерам конструкция.

Рабочее давление жидкости в таких устройствах может быть создано вручную при помощи рукоятки насоса или же электрокомпрессора. По конструкции гидравлические домкраты бывают вертикальными бутылочными и подкатными. Последние устанавливаются на колесики, за счет которых они становятся мобильными. Такие подъемники предназначены для интенсивного использования.

Бутылочные домкраты бывают одноштоковыми и двуштоковыми. Первые считаются более надежными и долговечными. Они используются преимущественно для грузового транспорта, потому как имеют высокий подхват. Такие устройства не подходят для легковых машин.

Двуштоковые домкраты обладают такими же характеристиками, как и одноштоковые. Единственным отличием является то, что в их конструкции имеется телескопический шток. Главным преимуществом таких устройств является возможность подъема груза на довольно большую высоту.

Гидравлические домкраты имеют компактные размеры, но при этом высокую грузоподъемность, большое значение КПД и достаточный коэффициент передачи усилия. Их подъемный механизм перемещается очень плавно. К минусам таких устройств можно отнести небольшую высоту подъема, необходимость в проведении регулярного техобслуживания, непродолжительный срок службы и дорогой ремонт.

Грузоподъемность гидравлических домкратов составляет от одной до нескольких сотен тонн. Данные устройства - одни из самых сложных в обслуживании. Так, чтобы домкрат был в рабочем состоянии, необходимо регулярно проверять уровень масла, следить за тем, чтобы сальники и клапаны были герметичными. Транспортировать и хранить такое устройство можно только в вертикальном положении. В ином случае рабочая жидкость просто вытечет из резервуара.

  1. Задание: Ознакомиться с конструкцией домкрата и произвести его расчет по заданным параметрам: усилие на рукоятке Рр, Н; диаметр поршня D, мм; диаметр плунжераd, мм; отношение длины рычага к длине толкателя L/l; ход плунжера h, мм; КПД механизма η, высота подъема груза Н, мм.

Исходные данные для расчета:

№ варианта

Рр, Н

D, мм

d, мм

L/l

h, мм

η

Н, мм

60

150

17

10

8

0,75

180

70

160

18

12

10

0,75

190

80

170

19

14

12

0,75

200

90

180

20

15

15

0,75

180

100

190

17

12

8

0,78

190

110

200

18

13

10

0,78

200

120

210

19

14

12

0,78

180

130

220

20

15

15

0,8

190

140

230

17

12

10

0,8

200

150

240

18

15

15

0,8

180

  1. Определим усилие на плунжере по формуле (1):

где Рр - усилие на рукоятке, Н

L/l - отношение длины рычага к длине толкателя;

η - КПД механизма.

  1. Определим давление рабочей жидкости под плунжером, передаваемое в цилиндр по формуле (2):

  1. Определим грузоподъемность домкрата по формуле (3):

где D – диаметр поршня, см;

Переводим грузоподъёмность в кг (тонны).

  1. Определим объем рабочей жидкости, подаваемый плунжером в единицу времени по формуле (4):

(см3/мин), (4)

где d – диаметр плунжера, см;

h – величина хода плунжера, см;

z – возможное число рабочих ходов рукоятки в минуту, z = 30;

α–коэффициент, учитывающий утечку жидкости через уплотнения, α = 0,9 … 0,95

  1. Определим скорость подъема поршня с грузом по формуле (5):

где D – диаметр поршня, см;

V - объем рабочей жидкости, подаваемый плунжером в единицу времени, см3/мин.

  1. Определим время подъема груза на высоту Н по формуле (6):

Результаты вычислений оформите в виде таблицы:

вариант

Рп, Н

р, бар

Q, Н

V, см3/мин

v, см/мин

t, мин

Вывод: В ходе выполнения лабораторно-практической работыпознакомились ……, приобрели навыки …….

1) Назначение домкратов.

2) Классификация домкратов по конструкции.

3) Конструкция гидравлического домкрата.

4) Рабочие жидкости гидравлического домкрата.

5) Преимущества гидравлического домкрата.

multiurok.ru

РАСЧЕТ ГИДРОДОМКРАТА С РУЧНЫМ ПРИВОДОМ

Определить основные параметры (силы, давления, мощности, рабочие объемы, подачи, скорости и т.д.) на различных участках системы, а также толщину стенки цилиндра гидродвигателя при двух вариантах:

  • 1. идеальный (условный) - КПД 100%;
  • 2. реальный, с учетом КПД.

Дано: F1=80 H; V1=0,8 м/с, h2=90 мм; l1=180 мм; l2=18 мм; d2=10 мм; d3=150 мм; ?м=0,92; ?о=0,95; ?г=0,90.

Определить: S2, S3, Uм, Uг, Uп, F2, p, F3, V2, V3, h3, h4, q2, Q2, Q3, N1, N2, N3, t, у, Vт, Re, q3, Qб, ?п, F2р, p2p, N2p, p3p, F3p, V3p, Q3p, N3p, t3p, у3p, t3pмах, tґ3pмах, уґ3рмах.

Расчет гидродомкрата с ручным приводом без учета КПД

1. Определяем площадь плунжера гидронасоса

S2 = рd22/4 = 0,785d22 = 0,785*102 = 78,50 мм2 = 78,50*10-6 м2.

где d2 - диаметр плунжера, мм.

2. Определяем площадь поршня гидродвигателя

S3 = рd32/4 = 0,785*1502 = 17662 мм2.

где d3 - диаметр поршня, мм.

3. Определяем механическое передаточное число рычага ручного привода

Uм = l1/l2 = 180/18 =10.

где l1 и l2 - плечи действия сил F1 и F2 соответственно, мм.

4. Определяем гидравлическое передаточное число гидравлической силовой передачи

Uг = S3/S2 = 17662/78,50 = 225;

Uг = (d3/d2)2 = (150/10)2 = 225.

5. Определяем полное (общее) передаточное число устройства

Uп = UмUг = 10*225 = 2250.

6. Определяем силу, действующую на плунжер гидронасоса

F2 = F1Uм = 80*10 = 800 Н.

7. Рассчитываем давление рабочей жидкости в системе

p = F2/S2 = 800/(78,50*10-6) = 10,19*106 Па = 10,19 МПа;

p = F2/S2 = 800/78,50 = 10,19 МПа.

Расчет удобно вести в Н и мм2, так как 106 компенсируются.

8. Определяем силу, действующую на поршень гидродвигателя

F3 = F2Uг = 800*225 = 180000 Н = 180 кН;

F3 = F1Uп = 80*2250 = 180000 =180 кН;

F3 = pS3 = 10,19*17662 = 179976 Н = 180 кН.

(МПа*мм2 = Па*м2 = Н/м2*м2 = Н)

Определяем скорость перемещения плунжера гидронасоса

V2 = V1/Uм = 0,8/10 = 0,08 м/с = 80 мм/с.

где V1 - скорость перемещения рукоятки рычага, м/с.

9. Определяем скорость перемещения поршня гидродвигателя

V3 = V2/Uг = 0,08/225 = 0,000355 м/с;

V3 = V1/Uп = 0,8/2250 = 0,000355 м/с = 0,355 мм/с.

10. Определяем ход (величину перемещения) плунжера гидронасоса

h3 = h2/Uм = 90/10 = 9 мм.

где h2 - ход рукоятки рычага, мм.

11. Определяем ход поршня гидродвигателя

h4 = h3/Uг = 9/225 = 0,04 мм.

12. Определяем рабочий объем гидронасоса

q2 = q3 = S2h3 = 78,50*9 = 706 мм3 = 0,706 см3.

13. Определяем разовую подачу гидронасоса при рабочем ходе

Q2 = V2S2 = 80*78,50 = 6280 мм3/с = 6,28 см3/с

Q3 = V3S3 = 0,000355*17662 = 6270 мм3/с.

14. Рассчитываем мощность на рукоятке рычага ручного привода

N1 = F1V1 = 80*0,8 = 64 Вт.

15. Рассчитываем мощность создаваемую плунжером гидронасоса

N2 = F2V2 = 800*0,08 = 64 Вт;

N2 = p2Q2 = 10,19*6,28 = 64 Вт.

где p2 - давление жидкости в системе, МПа; Q2 - подача рабочей жидкости, см3/с. (106Н/м2*см3/с = Н/м2*м3/с = Нм/с).

16. Рассчитываем мощность создаваемую поршнем гидродвигателя

N3 = F3V3 = 180000*0,000355 = 64 Вт.

17. Рассчитываем толщину стенки цилиндра гидродвигателя

t = pd3/(2[у]) = 10,19*150/(2*157) = 1528,5/314 = 4,87= 5мм

где [у] - допускаемое напряжение в стенках цилиндра гидродвигателя, МПа; [у] = ут/n, для цилиндра из стали 35 - [у] = ут/n = 314/2 = 157 МПа, n = 2 - коэффициент запаса прочности.

у = (D32+d32)p/(D32-d32) = (1602+1502)10,19/(1602-1502) = 158,11 МПа

где D3 = d3+2t = 150+2*5= 160 мм - наружный диаметр гидроцилиндра.

Полученный результат превышает допускаемое напряжение, для гарантии прочности гидроцилиндра необходимо увеличить толщину стенки или применить более прочный материал - сталь 45 - [у] = ут/n = 353/2 = 176,5 МПа.

у = 158,11 МПа ? [у] = 176,5 МПа.

Условие обеспечения прочности гидроцилиндра выполнено.

18. Рассчитываем скорость потока жидкости в трубопроводе напорной магистрали

Vт = Q2/Sт = 4Q2/(рdт2) = Q2/(0,785dт2) = 6280/(0,785*22) = 1000 мм/с = 1 м/с.

где dт = 2 мм - внутренний диаметр трубопровода.

19. Рассчитываем безразмерное число Рейнольдса и определяем характер течения жидкости в напорной магистрали

Re = dтVт/х = 2*1000/6 = 333,3.

(мм*мм/с)/(мм2/с)

где х = 6,0 мм2/с - кинематическая вязкость рабочей жидкости.

Если число Рейнольдса меньше 2200, то движение потока рабочей жидкости ламинарное.

20. Определяем полный объем цилиндра гидродвигателя при максимальном ходе поршня, равном 100 мм,

q3max = S3hmax = 17662*100 = 1766200 мм2 = 1766,2 см3 = 1,7662 дм3 = 1,7662 л.

Рассчитываем объем масляного бака

Qб = 1,5(q3max+qт) = 1,5*1,7662 ? 2,65 л.

где qт - вместимость трудопроводов, шлангов, насоса и вспомогательных устройств гидросистемы. При малой величине объемов перечисленных устройств условно примем qт ? 0.

Вместимость масляного бака должна превышать полную вместимость гидросистемы не менее чем в полтора раза для компенсации утечек рабочей жидкости и сохранения в баке определенного уровня жидкости над отверстиями подводящих и отводящих трубопроводов, исключения возможности вспенивания масла и смешения его с воздухом.

Расчет гидродомкрата с ручным приводом с учетом КПД

Мощность при передаче энергии в системе снижается.

  • 1. Определяем полный (общий) КПД технической системы
  • ?п = ?общ = ?м?0?г = 0,92*0,95*0,90 = 0,787.

где ?м = 0,92 - механический КПД системы; ?0 = 0,95 - объемный КПД системы; ?г = 0,90 - гидравлический КПД системы.

2. Определяем реальную силу, действующую на плунжер гидранососа

F2p = F2?м = 800*0,92 = 736 Н.

3. Рассчитываем реальное давление рабочей жидкости под плунжером гидронасоса

p2p = F2p/S2 = 736/78,50 = 9,37 МПа.

4. Рассчитываем реальную мощность создаваемую плунжером гидронасоса

N2p = F2pV2 = 736*0,08 =59 Вт;

N2p = p2pQ2 = 9,37*6,28 = 59 Вт.

  • 5. Проверим результаты расчетов по механическому КПД
  • ?м = N2p/N1 = 59/64 = 0,92

Полученный результат соответствует заданным условиям.

6. Определяем реальное давление рабочей жидкости на поршень гидродвигателя

p3p = p2p?г = 9,37*0,90 = 8,433 Мпа

  • 7. Проверим полученный результат по произведению механического и гидравлического КПД
  • ?м?г = 0,92*0,90 = 0,828;

p3p/p = 8,433/210,19= 0,828.

Результат правильный.

8. Определяем реальную силу, действующую на поршень гидродвигателя с учетом потери давления жидкости

F3p = F2p?гUг = 736*0,90*225 = 149040 Н = 149 кН;

F3p = p3pS3 = 8,433*17662 = 148943 Н = 149 кН.

  • (МПа*мм2 = Па*м2 = Н/м2*м2 = Н)
  • 9. Определяем реальную скорость поршня гидродвигателя с учетом утечек жидкости

V3p = (V2?0)/Uг = (0,08*0,95)/225 = 0,0003377 м/с.

10. Определяем реальную подачу рабочей жидкости гидродвигателя с учетом ее утечек

Q3p = Q3?0 = 6,28*0,95 = 5,966 см2/с.

11. Рассчитываем реальную мощность создаваемую поршнем гидродвигателя

N3p = F3pV3p = 149040*0,0003377 = 50,3 Вт;

N3p = p3pQ3p = 8,433*5,966 = 50,3 Вт.

  • 12. Проверим результаты расчетов по полному КПД
  • ?п = N3p/N3 = 50,3/64 = 0,786.

Полученный результат соответствует ранее рассчитанному значению.

13. Рассчитываем толщину стенки цилиндра гидродвигателя при реальном давлении жидкости

t3p = (p3pd3)/(2[у]) = 8,433*150/(2*157) = 4,03 мм ? 4 мм

где, [] - допускаемое напряжение в стенках цилиндра гидродвигателя, МПа; [] = т/ n; для цилиндра из стали 30 - т = 294 МПа; из стали 35 - т = 314 МПа, из стали 40 - т = 333 МПа; из стали 45 - т = 353 МПа; из стали 20Х - т = 637 МПа; 30Х - т = 686 МПа; 40Х - т = 785 МПа; 18ХГТ - т = 883 МПа. Коэффициент запаса прочности принимают n = 2. Для цилиндра из стали 45 - [] = т/ n = 353/2 = 176,5 МПа.

у3р = (D32+d32)p3p/(D32 - d32) = (1582+1502)8,433/(1582 - 1502) = 162,44 МПа ? [у] = 176,5 МПа

где D3=d3+2t = 150+24=158 мм - наружный диаметр гидроцилиндра.

Условие обеспечения прочности гидроцилиндра выполнено.

15. Рассчитаем толщину стенки гидроцилиндра при максимальном давлении 32 МПа

t3рмах = (pмахd3)/(2[]) = (32*150)/(2*176,5) = 13,6 мм.

Для уменьшения габаритных размеров применим более прочный материал - сталь 18ХГТ

t3рмах = (pмахd3)/(2[]) = (32*150)/(2*441,5) = 5,43 ? 5,5 мм.

  • 16. Выполним проверочный расчет прочности гидроцилиндра при заданных условиях
  • 3рмах = (D32 +d32)pмах/(D32-d32) = (1612+1502)32,0/(1612 - 1502) = 452,9 МПа ? [у] = т/n = 883/2 = 441,5 МПа.

Условие обеспечения прочности гидроцилиндра выполнено.

Page 2

Оценим влияние механического передаточного числа за счет изменения длины рычага 1-l1 = 180 мм на величину отрезков l2 = 18 мм по два отрезка в каждую сторону, получим l1 = 144, 162, 180, 198 и 216 мм.

Uм1 = l1/l2 = 144/18 = 8; Uм2 = 9; Uм3 = 10; Uм4 = 11; Uм5 = 12

Без учета КПД:

F3,1 = F1 Uм1 Uг = 80*8*225 = 144000 Н = 144 кН;

F3,2 = 162 кН; F3,3 = 180 кН; F3,4 = 198 кН; F3,5 = 216 кН.

С учетом полного КПД:

F3р,1 =F1Uм1Uгп=80*8*225*0,79=113760 Н=113,76 кН; F3р,2 =127,98 кН;

F3р,3 = 142,2 кН; F3р,4 = 156,42 кН; F3p,5 = 170,64

Оценим влияние гидравлического передаточного числа за счет изменения диаметра цилиндра гидродвигателя d3 = 150 мм на величину, равную диаметру цилиндра насоса d2 = 10 мм, также по два отрезка в каждую сторону, получим d3 = 130, 140, 150, 160 и 170 мм.

Uг,1 = (d3 / d2)2 = (130/10)2 = 132 = 169; Uг,2 = 142 = 196; Uг,3 =152 = 225;

Uг,4 = 162 = 256; Uг,5 = 172 = 289.

Без учета КПД:

F3,1г = F1 Uм Uг1 = 80*10*169 = 135200 Н = 135,2 кН;

F3,2г = 156,8 кН; F3,3г = 180 кН; F3,4г = 204,8 кН; F3,5г = 231,2кН.

С учетом полного КПД:

F3р,1г = F1Uм Uг1п = 80*10*169*0,79 = 106808 Н = 106,808 кН;

F3р,2г=123,82 кН; F3р,3г=142,2 кН; F3р,4г=161,792 кН; F3р,5г =182,648 кН

На каждом графике надо нанести равномерные шкалы по осям координат, обозначить на них величины: на оси абсцисс (по горизонтали) первого графика длину рычага l1 в мм, второго графика - диаметр цилиндра гидродвигателя d3 в мм; на оси ординат (по вертикали) - силу F3 в кН. На шкалах должны быть нанесены значения величин в расчетной зоне с дополнением на шаг в каждую сторону. Например, для первого графика по горизонтали: l1 = 210, 240, 270, 300, 330, 360 и 390 мм; по вертикали: F3 = 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120 и 130 кН. Для второго графика по горизонтали: d3 = 70, 80, 90, 100, 110, 120 и 130 мм; F3 = 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140 и 150 кН.

Рис.2.2. Влияние гидравлического передаточного числа на величину силы гидродвигателя.

studwood.ru

6. Пример расчета домкрата

Грузоподъемность Н.

Высота подъема мм.

1. Определяем средний диаметр резьбы d2 по условию износостойкости (формула 4.2)

ммм.

На основе рекомендаций принимаем коэффициент высоты гайки ΨН=2; коэффициент высоты резьбы Ψh=0,75 (резьба упорная)

=10 МПа (для пары «незакаленная сталь-бронза»).

2. Рассчитываем минимальный внутренний диаметр резьбы из условия прочности тела винта (формула 4.4)

==0,0278 м = 27,8 мм,

=117 МПа, принимаем материал винта сталь 40Х.

3. Определяем минимальный внутренний диаметр резьбы из условия устойчивости тела винта (формула 4.7)

ммм,

П=2,82 при μ=1–винт с одной опорой и направлением в гайке, т.е. шарнирное закрепление концов;

l=+3=300+3×27,8=383,4 мм;

коэффициент запаса устойчивости принимаем S=3,5.

4. По ГОСТ 10177-82 (приложение 2) подбираем стандартную упорную резьбу

Из условия ≥27,8, а≥ 32,6 принимаем резьбуS40×6 у которой:

– наружный диаметр – 40 мм;

– средний диаметр – 35,5 мм;

– внутренний диаметр – 29,586 мм;

– шаг Р = 6 мм

Проверяем выполняется ли для выбранной резьбы условие самоторможения Ψ

studfiles.net

Лабораторно-практическая работа №4 "Расчет гидравлического домкрата"

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА №4

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ»

Тема: Грузоподъёмные механизмы. Гидравлический домкрат

Лабораторно-практическая работа №4

Тема «Определение грузоподъемности домкрата по заданным условиям»

Цель: Сформировать представление о принципе работы гидравлического домкрата, приобрести навыки расчета грузоподъемности гидравлического домкрата.

Литература:

  1. В.Г. Ерохин, М.Г. Маханько «Сборник задач по основам гидравлики и теплотехники», М.: «Энергия», 1979, стр. 80 - 84.

Оборудование и принадлежности: инструкционная карта, калькулятор, справочные таблицы.

Домкраты обычно предназначаются для подъема грузов на небольшую высоту и находят широкое применение на монтажных работах при подъемах и выверке как отдельных частей, так и целых сооружений. Домкрат устанавливают под грузом и упирают в него выдвижной частью. Высота рабочего хода домкрата невелика, поэтому подъем груза на высоту, превышающую ход домкрата, производят в несколько приемов. В этих случаях под груз подкладывают, например, шпальные клетки, либо отдельные брусья или доски. Скорость подъема домкратами незначительна. Домкраты выпускаются с различной грузоподъемностью - от 0,5 до 300 т и в большинстве своем имеют ручной привод. По конструкции домкраты разделяются на реечные, винтовые и гидравлические.

Гидравлический домкрат (рис.1) состоит из цилиндра 6, являющегося одновременно его корпусом, поршня 5, насоса 1, всасывающего 3, нагнетательного 4 и спускного 7 клапанов. При ручном приводе насос и бак 2 с жидкостью объединены с корпусом домкрата.

Рисунок 1- Гидравлический домкрат: а — с ручным приводом; б — тянущий для натяжения стержней

Рабочей жидкостью служит минеральное масло или незамерзающая смесь (вода, смешанная со спиртом или глицерином). Рукояткой 8 плунжеру насоса сообщается возвратно — поступательное движение. При движении плунжера вправо цилиндр насоса через всасывающий клапан заполняется жидкостью, а при движении влево жидкость под давлением через нагнетательный клапан поступает под поршень основного цилиндра.

Гидравлические домкраты с ручным приводом имеют грузоподъемность до 200 т. и высоту подъема до 0,18 — 0,2 м. При машинном приводе жидкость в цилиндр домкрата подается от отдельного гидравлического насоса, а грузоподъемность одиночного домкрата может достигать 500 т. при машинном приводе несколько домкратов могут быть приведены в действие от одной насосной станции и осуществлять подъем крупных сооружений.

Для натяжения стержней или канатов при монтаже предварительно напряженных конструкций применяют тянущие домкраты (рис. 1, б). Такой домкрат состоит из цилиндра 11, штока 10 с поршнем 12, стойки 13 и упорной плиты 14. на конце штока имеется гайка 9 для соединения его со стержнем. Домкрат закрепляют в стойке, служащей упором. При подаче масла в домкрат, шток вместе с поршнем перемещается, производя натяжение стержня. Тянущие домкраты развивают усилие 630 и 1000 кН при ходе штока 315 и 400 мм и работают от насосной станции с рабочим давлением 40 Мпа.

Гидравлические домкраты имеют большое количество достоинств, среди которых:

- быстрый и легкий подъем;

- отличная устойчивость груза в поднятом положении;

- удобная и небольшая по размерам конструкция.

Рабочее давление жидкости в таких устройствах может быть создано вручную при помощи рукоятки насоса или же электрокомпрессора. По конструкции гидравлические домкраты бывают вертикальными бутылочными и подкатными. Последние устанавливаются на колесики, за счет которых они становятся мобильными. Такие подъемники предназначены для интенсивного использования.

Бутылочные домкраты бывают одноштоковыми и двуштоковыми. Первые считаются более надежными и долговечными. Они используются преимущественно для грузового транспорта, потому как имеют высокий подхват. Такие устройства не подходят для легковых машин.

Двуштоковые домкраты обладают такими же характеристиками, как и одноштоковые. Единственным отличием является то, что в их конструкции имеется телескопический шток. Главным преимуществом таких устройств является возможность подъема груза на довольно большую высоту.

Гидравлические домкраты имеют компактные размеры, но при этом высокую грузоподъемность, большое значение КПД и достаточный коэффициент передачи усилия. Их подъемный механизм перемещается очень плавно. К минусам таких устройств можно отнести небольшую высоту подъема, необходимость в проведении регулярного техобслуживания, непродолжительный срок службы и дорогой ремонт.

Грузоподъемность гидравлических домкратов составляет от одной до нескольких сотен тонн. Данные устройства - одни из самых сложных в обслуживании. Так, чтобы домкрат был в рабочем состоянии, необходимо регулярно проверять уровень масла, следить за тем, чтобы сальники и клапаны были герметичными. Транспортировать и хранить такое устройство можно только в вертикальном положении. В ином случае рабочая жидкость просто вытечет из резервуара.

  1. Задание: Ознакомиться с конструкцией домкрата и произвести его расчет по заданным параметрам: усилие на рукоятке Рр, Н; диаметр поршня D, мм; диаметр плунжераd, мм; отношение длины рычага к длине толкателя L/l; ход плунжера h, мм; КПД механизма η, высота подъема груза Н, мм.

Исходные данные для расчета:

№ варианта

Рр, Н

D, мм

d, мм

L/l

h, мм

η

Н, мм

60

150

17

10

8

0,75

180

70

160

18

12

10

0,75

190

80

170

19

14

12

0,75

200

90

180

20

15

15

0,75

180

100

190

17

12

8

0,78

190

110

200

18

13

10

0,78

200

120

210

19

14

12

0,78

180

130

220

20

15

15

0,8

190

140

230

17

12

10

0,8

200

150

240

18

15

15

0,8

180

  1. Определим усилие на плунжере по формуле (1):

где Рр - усилие на рукоятке, Н

L/l - отношение длины рычага к длине толкателя;

η - КПД механизма.

  1. Определим давление рабочей жидкости под плунжером, передаваемое в цилиндр по формуле (2):

  1. Определим грузоподъемность домкрата по формуле (3):

где D – диаметр поршня, см;

Переводим грузоподъёмность в кг (тонны).

  1. Определим объем рабочей жидкости, подаваемый плунжером в единицу времени по формуле (4):

(см3/мин), (4)

где d – диаметр плунжера, см;

h – величина хода плунжера, см;

z – возможное число рабочих ходов рукоятки в минуту, z = 30;

α–коэффициент, учитывающий утечку жидкости через уплотнения, α = 0,9 … 0,95

  1. Определим скорость подъема поршня с грузом по формуле (5):

где D – диаметр поршня, см;

V - объем рабочей жидкости, подаваемый плунжером в единицу времени, см3/мин.

  1. Определим время подъема груза на высоту Н по формуле (6):

Результаты вычислений оформите в виде таблицы:

вариант

Рп, Н

р, бар

Q, Н

V, см3/мин

v, см/мин

t, мин

Вывод: В ходе выполнения лабораторно-практической работыпознакомились ……, приобрели навыки …….

1) Назначение домкратов.

2) Классификация домкратов по конструкции.

3) Конструкция гидравлического домкрата.

4) Рабочие жидкости гидравлического домкрата.

5) Преимущества гидравлического домкрата.

multiurok.ru

Расчет домкратов

Федеральное агентство по образованию РФ

ГОУ ВПО БрГУ

Кафедра СДМ и О

Лабораторная работа № 1

РАСЧЕТ ДомкратОВ

Выполнил:

ст.группы СДМ 06-2 C.М. Рябчиков

Проверил:

преподаватель А.Ю. Кулаков

Братск 2009

Домкраты обычно предназначаются для подъема грузов на небольшую высоту и находят широкое применение на монтажных работах при подъемах и выверке как отдельных частей, так и целых сооружений. Домкрат устанавливают под грузом и упирают в него выдвижной частью. Высота рабочего хода домкрата невелика, поэтому подъем груза на высоту, превышающую ход домкрата, производят в несколько приемов. В этих случаях под груз подкладывают. например шпальные клетки, либо отдельные брусья или доски. Скорость подъема домкратами незначительна.

Домкраты выпускаются с различной грузоподъемностью - от 0.5 до 300 т и в большинстве своем имеют ручной привод.

По конструкции домкраты разделяются на реечные (рис.1), винтовые (рис.2) и гидравлические (рис.3). Целью настоящей работы является изучение устройства, принципа работы домкратов и расчета элементов винтового домкрата.

Реечный домкрат

Он состоит из корпуса / (рис. 1), в котором по направляющим перемещается рейка 2, имеющая поворотную головку 3 и лапу 4, Рейка с грузом поднимается или опускается вращением рукоятки 5 через зубчатые передачи 6. Для безопасной работы домкрат оборудован грузоупорным тормозом, который действует следующим образом. Вал 7 и зубчатое колесо 8 имеют винтовую нарезку. Между торцевыми поверхностями втулки и рукоятки расположено храповое колесо 9 с собачкой. При подъеме груза рукоятка перемещается по резьбе влево, заклинивает храповое колесо и через зубчатую передачу выдвигает рейку вверх, поднимая груз. По окончании подъема груза вал рукоятки фиксируется собачкой храпового колеса, препятствующей вращению вала в обратную сторону. При опускании груза рукоятка вращается в обратную сторону и одновременно перемещается по резьбе вправо, освобождая храповое колесо. Под действием момента от силы тяжести груза через зубчатую передачу втулка зубчатого колеса ввинчивается в рукоятку, зажимает храповое колесо и препятствует свободному падению груза.

Рис. 1. Реечный домкрат: а - общий вид; б - грузоупорный тормоз.

Процесс опускания груза состоит из чередующихся падений и остановок. В отрегулированном тормозе (минимальном зазоре между храповиком и рукояткой) неравномерность опускания груза практически не ощущается. Усилие Р .на рукоятке при подъеме груза 0(Н) определяется из уравнения моментов относительно оси шестерни, связанной с рейкой:

где  - диаметр начальной окружности шестерни, м;  - длина рукоятки, м;  -общее передаточное число зубчатой передачи; = 0,65...0.85 - КПД передачи.

При ручном приводе и кратковременной работе усилие на рукоятке допускается не более 200 Н, а при непрерывной - не более 80 Н. Грузоподъемность реечных домкратов - до 6 т., высота подъема - до 0,6 м.

Винтовой домкрат

Он состоит из корпуса 1 (рис. 2) с бронзовой гайкой 8, винта 2 с прямоугольной или трапецеидальной резьбой, грузовой головки 3 и рукоятки 6 с трещоткой. Рукоятка свободно надета на круглую часть винта. Трещотка представляет собой колесо 4 с зубьями, надетое на квадратную часть винта, и собачку 7, В зависимости от направления винта собачку поворачивают на оси 5 в одно из крайних положений, где собачка удерживается стопором 9 с пружиной 10. Винтовые домкраты не требуют дополнительных устройств для удержания груза, так как винтовая пара (винт - гайка) - самотормозящаяся. В самотормозящихся передачах( угол подъёма винтовой линии К меньше угла трения р) (обычно 4...6). Это одновременно является и недостатком таких передач, так как у них КПД всегда меньше 0,5. Грузоподъёмность винтовых домкратов - до 50 т., высота подъёма до 0,35 м. При грузоподъёмности более 20 т. усилие на рукоятке становится значительным и поэтому рукоятка с трещоткой заменяется червячной передачей, а ручной привод - машинным.

Усилие Р(Н) на рукоятке при ручном вращении винта, нагруженного силой Q(H) при среднем радиусе винта г, длине рукоятки R и КПД домкрата  определяется из выражения:

Гидравлический домкрат

Домкрат (рис.3) состоит из цилиндра 6, являющегося одновременно его корпусом, поршня 5, насоса 1, всасывающего 3, нагнетательного 4 и спускного 7 клапанов. При ручном приводе насос и бак 2 с жидкостью объединены с корпусом домкрата.

Рабочей жидкостью служит минеральное масло или незамерзающая смесь (вода, смешанная со спиртом или глицерином). Рукояткой 8 плунжеру насоса сообщается возвратно — поступательное движение. При движении плунжера вправо цилиндр насоса через всасывающий клапан заполняется жидкостью, а при движении влево жидкость под давлением через нагнетательный клапан поступает под поршень основного цилиндра.

Усилие на рукоятке (Р), необходимое для подъёма груза Q (рис. 3, а). Из формулы следует, что выигрыш в силе пропорционален соотношению квадратов диаметров поршней и плеч рукоятки. Гидравлические домкраты с ручным приводом имеют грузоподъемность до 200 т., и высоту подъема до 0,18 - 0.2 м. При машинном приводе жидкость в цилиндр домкрата подается от отдельного гидравлического насоса, а грузоподъемность одиночного домкрата может достигать 500 т. при машинном приводе несколько домкратов могут быть приведены в действие от одной насосной станции и осуществлять подъем крупных сооружений.

Для натяжения стержней или канатов при монтаже предварительно напряженных конструкций применяют тянущие домкраты (рис. 3, б). Такой домкрат состоит из цилиндра 11, штока 10 с поршнем 12, стоики 13 и упорной плиты 14. на конце штока имеется гайка 9 для соединения его со стержнем. Домкрат закрепляют в стойке, служащей упором. При подаче масла в домкрат шток вместе с поршнем перемещается, производя натяжение стержня. Тянущие домкраты развивают усилие 630 и 1000 кН при ходе штока 315 и 400 мм., и работают от насосной станции с рабочим давлением 40 Мпа.

Рис. 3. Гидравлический домкрат: а - с ручным приводом; б - тянущий для натяжения стержней.

Расчетные зависимости для винтового домкрата

домкрат монтажный груз сооружение

Винтовой домкрат (изображенный на рис.4), состоит из стального корпуса 1 с заделанной гайкой 5, в которую входит винт 2 домкрата. Для вращения винта имеется рычаг 4 с трещоткой (на рис.4 отсутствует), позволяющей работать домкратом в стесненных условиях. Вращение винта может производиться также при помощи ломика, вставляемого в отверстие головки 3. Винт домкрата имеет трапецеидальную или прямоугольную мелкую резьбу. Чем меньше ее шаг, тем больше подъемная сила домкрата.

Важнейшим достоинством винтового домкрата является свойство самоторможения, которое заключается в том, что под действием груза домкрат сам не опускается. Оно объясняется тем, что угол подъема винтовой линии меньше угла трения, т.е. меньше того угла, при котором груз, положенный на наклонную плоскость (которую и представляет собой винтовая линия), начинает скользить по ней под влиянием собственного веса.

Зависимость усилия Q развиваемого домкратом, от усилия Р, прилагаемого к рукоятке рычага, определяется по формуле:

где Q - усилие, развиваемое домкратом, в Н;

Р - усилие на рукоятке, в Н;

 - длина рычага, в мм;

t - шаг резьбы, в мм;

- коэффициент полезного действия.

Формула полученная из предположения о равенстве работ силы, приложенной к рукоятке рычага домкрата, и силы, развиваемой его винтом.

В винтовых домкратах коэффициент полезного действия:

где а - угол подъема винтовой линии резьбы;

р - угол трения между материалом винта и материалом гайки.

При подъеме винта домкрата работает на сжатие от веса поднимаемого груза и на кручение от сил трения, возникающих между винтом и гайкой.

Сжимающее напряжение от осевой нагрузки в винте определяется формулой:

 Н/мм

где Q - вес поднимаемого груза, в Н;

 - внутренний диаметр винта, в мм.

Скручивающие напряжения от крутящего момента определяются по формуле:

 Н/мм

 - момент сопротивления кручению.

Где - крутящий момент, определяемый по формуле:

 =Р1,

где - средний диаметр винта (см. рис.4), в мм.

Суммарное (эквивалентное) напряжение в винте от действия сжимающих и скалывающих (скручивающих) определится по формуле:

Грузовые винты, как правили, имеют угол подъема винтовой линии резьбы , угол трения  (соответствует коэффициенту трения 0,1) и средний диаметр , при которых после преобразований расчетное уравнение для винта имеет вид:

,

где  - коэффициент продольного изгиба принимается из таблицы в

зависимости от гибкости винта.

Винты домкрата рассчитываются только на сжатие от веса груза Q, а наличие скручивания учитывается коэффициентом 1,25.

Наружный диаметр винта d определяется по формуле:

,

где а - глубина нарезки, обычно:

мм;

t - шаг резьбы.

мм

Высота гайки домкрата определяется из условия прочности резьбы гайки и винта на срез и изгиб, а также по величине среднего удельного давления между витками винта и гайки.

Удельное давление на виток определяется по формуле:

Н/мм

где  - площадь поверхности соприкосновения винта с гайкой, в ММ ;

z - число витков резьбы гайки.

Из условия ограничения допускаемого давления необходимое число витков определяется по формуле:

.

Из условия прочности витков гайки на срез:

,

где b - ширина витка резьбы.

мм

Число витков z определяется по обеим формулам и для дальнейшего расчета принимается наибольшим из них. Высота гайки определяется по формуле:

где t - шаг резьбы, в мм.

При определении размеров винта по условиям прочности необходимо определить наибольшую высоту подъема по условиям устойчивости винта (учитывается коэффициентом  ).

Проверка устойчивости винта производится по формуле:

Н/мм2

где F - площадь сечения винта, в мм2 .

При определении гибкости винта и коэффициента

www.kazedu.kz

Расчет гидродомкрата с ручным приводом с учетом основных параметров объемного гидропривода

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЪЁМНЫЙ ГИДРОПРИВОД

1.1 Схема и устройство гидродомкрата с ручным приводом

1.2 Работа гидродомкрата с ручным приводом, основные параметры объёмного гидропривода

2. РАСЧЕТ ГИДРОДОМКРАТА С РУЧНЫМ ПРИВОДОМ

2.1 Задание - исходные данные

2.2 Расчет гидродомкрата с ручным приводом без учета КПД

2.3 Расчет и построение графика зависимости силы поршня гидродомкрата при изменении механического передаточного числа

2.4 Расчет и построение графика зависимости силы поршня гидродомкрата при изменении гидравлического передаточного числа

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Цель контрольной работы - закрепить знания в области гидропривода, приобрести навыки расчетов механических и гидравлических устройств, ощутить взаимосвязи между элементами этих устройств, рассчитать гидродомкрат с ручным приводом с учетом основных параметров объёмного гидропривода: рабочий объём, подача, давление, мощность, коэффициент полезного действия и т.д.
При выполнении контрольной работы недостаточно простого выполнения математических действий, необходимо внимательно контролировать проставляемые в формулы физические значения, их величины и размерности, последовательность расчетов, анализировать полученные результаты.
1. ОБЪЁМНЫЙ ГИДРОПРИВОД
1.1 Схема и устройство гидродомкрата с ручным приводом

Гидродомкрат предназначеный для подъёма грузов, с последующей их фиксацией в поднятом состоянии с помощью различных упоров для обеспечения безопасности при выполнении ремонтных работ и технического обслуживания транспортно-технологических машин, а также других машин и оборудования.

Гидродомкрат с ручным приводом (рис. 1) состоит из рычага 1 ручного привода, плунжера 2 объемного насоса, поршня 3 гидравлического двигателя поступательного движения, масляного

бака 4.

Рис.1. Схема гидродомкрата с ручным приводом

1 - рычаг ручного привода, 2 - плунжер гидронасоса, 3 - поршень гидродвигателя, 4 - масляный бак, 5 - гидроцилиндр насоса, 6 - гидроцилиндр двигателя, 7 - всасывающая магистраль, 8 - напорная (нагнетательная) магистраль, 9 - дополнительная магистраль слива, 10 и 11 - обратные клапаны, 12 - запорный вентиль, 13 - серьга рычага.

Плунжер 2 установлен в гидроцилиндре 5 насоса, а поршень 3 в гидроцилиндре 6 двигателя. Масляный бак 4 и гидроцилиндры 5 и 6 объединены трубопроводами 7, 8 и 9, которые называются гидролиниями. На гидролиниях 7 и 8 установлены обратные клапаны 10 и 11, которые выполняют функцию распределителей потока и обеспечивают непрерывность действия насоса 2 домкрата. Клапан 10 пропускает рабочую жидкость по трубопроводу 8 только в направлении от цилиндра 5 к полости цилиндра 6, а клапан 11 - по трубопроводу 7 от бака 4 к цилиндру 5.

Полость цилиндра 6 соединена дополнительной гидролинией 9 с баком 4. В гидролинии 9 установлен запорный вентиль 12, который перекрывает эту линию при работе насоса. Гидролиния 7, соединяющий бак 4 с насосом 2, называется всасывающей, а гидролиния 8, соединяющий насос 2 с гидродвигателем 3 - напорной. Рычаг 1 соединен с плунжером 2 серьгой 13, обеспечивающей их совместную работу без защемления.

1.2 Работа гидродомкрата с ручным приводом, основные параметры объёмного гидропривода

Объёмный гидропривод - это совокупность объёмных гидромашин, гидроаппаратуры, гидролиний (трубоприводов) и вспомогательных устройств, предназначенных для передачи энергии и преобразования движения посредством жидкости.

Принцип действия объёмного гидропривода основан на малой сжимаемости капельных жидкостей и передаче давления в них по закону Паскаля - давление, приложенное к внешней поверхности жидкости, передается всем точка этой жидкости и по всем направлениям одинаково.

Гидравлические машины служат для преобразования механической энергии в энергию перемещаемой жидкости (насосы) или для преобразования гидравлической энергии потока в механическую энергию (гидравлические двигатели - гидромоторы, которых может быть несколько).

Гидроаппаратура - это устройства управления гидроприводом, при помощи которых он регулируется, а также средства защиты его от чрезмерно высоких и низких давлений жидкости. К гидроаппаратуре относятся дроссели, клапаны разного назначения и гидрораспределители - устройства для изменения направления потока жидкости.

Вспомогательные устройства - это так называемые кондиционеры рабочей жидкости, обеспечивающие её качество и состояние. К ним относятся различные отделители твердых частиц, в том числе фильтры, теплообменники (нагреватели и охладители жидкости), гидробаки, а также гидроаккумуляторы.

Перечисленные элементы связаны между собой гидролиниями, по которым движется рабочая жидкость.

Принцип действия объёмных гидромашин основан на попеременном заполнении и опорожнении ограниченных пространств (рабочих камер), периодически сообщающихся с местами входа и выхода рабочей жидкости.

При перемещении рукоятки рычага 1 вверх серьга 13 поднимает плунжер 2 в гидроцилиндре насоса 5. Рабочая жидкость из бака 4 по всасывающей магистрали 7 и обратному клапану 11 поступает в под плунжерное пространство. Обратный клапан 10 напорной магистрали 8 в это время закрыт.

Если приложить силу F1 к наконечнику рычага 1, то серьга 13 передаст усилие F2 на плунжер 2. Рабочая жидкость под давлением p2 преодолевает сопротивление обратного клапана 10 и по нагнетательному каналу 8 поступает в гидроцилиндр двигателя 6. Обратный клапан 11 и запорный вентиль 12 в это время закрыты.

Если пренебречь потерями давления в системе, то по закону Паскаля давление в цилиндрах 5 и 6 будет одинаковым и равным

р = F2/S2 = F3/S3,

где, S2 и S3 - площади поршней цилиндров 5 и 6.

Совершая неоднократные движения рычагом 1 на величину h2, перемещаем плунжер 2 на величину h3, перекачиваем рабочую жидкость из бака 4 в цилиндр гидродвигателя 6, где, преодолевая силу F3, перемещаем поршень 3 на величину h4.

Если открыть запорный клапан 12, то рабочая жидкость по дополнительной магистрали 9 перетекает из цилиндра гидродвигателя 6 в масляный бак 4.

При ходе плунжера 2 насоса из одного крайнего положения в другое объем жидкости в цилиндре 5 изменяется на величину

q2 = h3 S2;

где, h3 - ход плунжера 2, S2 - площадь гидроцилиндра 5 насоса.

Этот объем определяет теоретическую подачу насоса за один рабочий ход и называется рабочим объёмом.

В насосах, где входное звено совершает не возвратно-поступательное, а непрерывное вращательное движение, рабочим объемом гидромотора называют подачу за один оборот вала.

Рабочий объем насоса служит его основным параметром и указывается в технической характеристике. Он измеряется в дм3 (литрах) или см3, обозначается q.

Для гидроприводов подобного типа хода плунжера насоса и поршня исполнительного цилиндра обратно пропорциональны квадратам диаметров их цилиндров (плунжеров, поршней) или рабочим площадям. Скорость плунжеров (поршней) также обратно пропорциональна их рабочим площадям, так как их перемещения происходят в одно и то же время.

Произведение рабочего объема «q» на число рабочих ходов или оборотов входного вала насоса «n» в единицу времени есть теоретическая подача насоса, она измеряется в дм3/с или л/мин и служит одним из основных параметров гидропривода, так как определяет скорость исполнительных механизмов, она обозначается Q.

Q = q n = V2 S2 = V3 S3.

К основным параметрам также относится рабочее давление жидкости «р», оно указывается в технической характеристике.

р = F / S; F2 = p S2; F3 = p S3;

F3 / F2 = (p S3) / (p S2) = d32 / d22 = (d3 / d2)2.

Сопоставив соотношения (8) и (5), получим

F3 / F2 = h3 / h4 = (d3 / d2) 2 = Uг.

2.1 Задание - исходные данные

Определить основные параметры (силы, давления, мощности, рабочие объемы, подачи, скорости и т.д.) на различных участках системы, а также толщину стенки цилиндра гидродвигателя при двух вариантах:

1. идеальный (условный) - КПД 100%;

2. реальный, с учетом КПД.

Дано: F1=80 H; V1=0,8 м/с, h2=90 мм; l1=180 мм; l2=18 мм; d2=10 мм; d3=150 мм; ?м=0,92; ?о=0,95; ?г=0,90.

Определить: S2, S3, Uм, Uг, Uп, F2, p, F3, V2, V3, h3, h4, q2, Q2, Q3, N1, N2, N3, t, у, Vт, Re, q3, Qб, ?п, F2р, p2p, N2p, p3p, F3p, V3p, Q3p, N3p, t3p, у3p, t3pмах, tґ3pмах, уґ3рмах.

2.2 Расчет гидродомкрата с ручным приводом без учета КПД

1. Определяем площадь плунжера гидронасоса

S2 = рd22/4 = 0,785d22 = 0,785*102 = 78,50 мм2 = 78,50*10-6 м2.

где d2 - диаметр плунжера, мм.

2. Определяем площадь поршня гидродвигателя

S3 = рd32/4 = 0,785*1502 = 17662 мм2.

где d3 - диаметр поршня, мм.

3. Определяем механическое передаточное число рычага ручного привода

Uм = l1/l2 = 180/18 =10.

где l1 и l2 - плечи действия сил F1 и F2 соответственно, мм.

4. Определяем гидравлическое передаточное число гидравлической силовой передачи

Uг = S3/S2 = 17662/78,50 = 225;

Uг = (d3/d2)2 = (150/10)2 = 225.

5. Определяем полное (общее) передаточное число устройства

Uп = UмUг = 10*225 = 2250.

6. Определяем силу, действующую на плунжер гидронасоса

F2 = F1Uм = 80*10 = 800 Н.

7. Рассчитываем давление рабочей жидкости в системе

p = F2/S2 = 800/(78,50*10-6) = 10,19*106 Па = 10,19 МПа;

p = F2/S2 = 800/78,50 = 10,19 МПа.

Расчет удобно вести в Н и мм2, так как 106 компенсируются.

8. Определяем силу, действующую на поршень гидродвигателя

F3 = F2Uг = 800*225 = 180000 Н = 180 кН;

F3 = F1Uп = 80*2250 = 180000 =180 кН;

F3 = pS3 = 10,19*17662 = 179976 Н = 180 кН.

(МПа*мм2 = Па*м2 = Н/м2*м2 = Н)

Определяем скорость перемещения плунжера гидронасоса

V2 = V1/Uм = 0,8/10 = 0,08 м/с = 80 мм/с.

где V1 - скорость перемещения рукоятки рычага, м/с.

9. Определяем скорость перемещения поршня гидродвигателя

V3 = V2/Uг = 0,08/225 = 0,000355 м/с;

V3 = V1/Uп = 0,8/2250 = 0,000355 м/с = 0,355 мм/с.

10. Определяем ход (величину перемещения) плунжера гидронасоса

h3 = h2/Uм = 90/10 = 9 мм.

где h2 - ход рукоятки рычага, мм.

11. Определяем ход поршня гидродвигателя

h4 = h3/Uг = 9/225 = 0,04 мм.

12. Определяем рабочий объем гидронасоса

q2 = q3 = S2h3 = 78,50*9 = 706 мм3 = 0,706 см3.

13. Определяем разовую подачу гидронасоса при рабочем ходе

Q2 = V2S2 = 80*78,50 = 6280 мм3/с = 6,28 см3/с

Q3 = V3S3 = 0,000355*17662 = 6270 мм3/с.

14. Рассчитываем мощность на рукоятке рычага ручного привода

N1 = F1V1 = 80*0,8 = 64 Вт.

15. Рассчитываем мощность создаваемую плунжером гидронасоса

N2 = F2V2 = 800*0,08 = 64 Вт;

N2 = p2Q2 = 10,19*6,28 = 64 Вт.

где p2 - давление жидкости в системе, МПа; Q2 - подача рабочей жидкости, см3/с. (106Н/м2*см3/с = Н/м2*м3/с = Нм/с).

16. Рассчитываем мощность создаваемую поршнем гидродвигателя

N3 = F3V3 = 180000*0,000355 = 64 Вт.

17. Рассчитываем толщину стенки цилиндра гидродвигателя

t = pd3/(2[у]) = 10,19*150/(2*157) = 1528,5/314 = 4,87= 5мм

где [у] - допускаемое напряжение в стенках цилиндра гидродвигателя, МПа; [у] = ут/n, для цилиндра из стали 35 - [у] = ут/n = 314/2 = 157 МПа, n = 2 - коэффициент запаса прочности.

у = (D32+d32)p/(D32-d32) = (1602+1502)10,19/(1602-1502) = 158,11 МПа

где D3 = d3+2t = 150+2*5= 160 мм - наружный диаметр гидроцилиндра.

Полученный результат превышает допускаемое напряжение, для гарантии прочности гидроцилиндра необходимо увеличить толщину стенки или применить более прочный материал - сталь 45 - [у] = ут/n = 353/2 = 176,5 МПа.

у = 158,11 МПа ? [у] = 176,5 МПа.

Условие обеспечения прочности гидроцилиндра выполнено.

18. Рассчитываем скорость потока жидкости в трубопроводе напорной магистрали

Vт = Q2/Sт = 4Q2/(рdт2) = Q2/(0,785dт2) = 6280/(0,785*22) = 1000 мм/с = 1 м/с.

где dт = 2 мм - внутренний диаметр трубопровода.

19. Рассчитываем безразмерное число Рейнольдса и определяем характер течения жидкости в напорной магистрали

Re = dтVт/х = 2*1000/6 = 333,3.

(мм*мм/с)/(мм2/с)

где х = 6,0 мм2/с - кинематическая вязкость рабочей жидкости.

Если число Рейнольдса меньше 2200, то движение потока рабочей жидкости ламинарное.

20. Определяем полный объем цилиндра гидродвигателя при максимальном ходе поршня, равном 100 мм,

q3max = S3hmax = 17662*100 = 1766200 мм2 = 1766,2 см3 = 1,7662 дм3 = 1,7662 л.

Рассчитываем объем масляного бака

Qб = 1,5(q3max+qт) = 1,5*1,7662 ? 2,65 л.

где qт - вместимость трудопроводов, шлангов, насоса и вспомогательных устройств гидросистемы. При малой величине объемов перечисленных устройств условно примем qт ? 0.

Вместимость масляного бака должна превышать полную вместимость гидросистемы не менее чем в полтора раза для компенсации утечек рабочей жидкости и сохранения в баке определенного уровня жидкости над отверстиями подводящих и отводящих трубопроводов, исключения возможности вспенивания масла и смешения его с воздухом.

Расчет гидродомкрата с ручным приводом с учетом КПД

Мощность при передаче энергии в системе снижается.

1. Определяем полный (общий) КПД технической системы

?п = ?общ = ?м?0?г = 0,92*0,95*0,90 = 0,787.

где ?м = 0,92 - механический КПД системы; ?0 = 0,95 - объемный КПД системы; ?г = 0,90 - гидравлический КПД системы.

2. Определяем реальную силу, действующую на плунжер гидранососа

F2p = F2?м = 800*0,92 = 736 Н.

3. Рассчитываем реальное давление рабочей жидкости под плунжером гидронасоса

p2p = F2p/S2 = 736/78,50 = 9,37 МПа.

4. Рассчитываем реальную мощность создаваемую плунжером гидронасоса

N2p = F2pV2 = 736*0,08 =59 Вт;

N2p = p2pQ2 = 9,37*6,28 = 59 Вт.

5. Проверим результаты расчетов по механическому КПД

?м = N2p/N1 = 59/64 = 0,92

Полученный результат соответствует заданным условиям.

6. Определяем реальное давление рабочей жидкости на поршень гидродвигателя

p3p = p2p?г = 9,37*0,90 = 8,433 Мпа

7. Проверим полученный результат по произведению механического и гидравлического КПД

?м?г = 0,92*0,90 = 0,828;

p3p/p = 8,433/210,19= 0,828.

Результат правильный.

8. Определяем реальную силу, действующую на поршень гидродвигателя с учетом потери давления жидкости

F3p = F2p?гUг = 736*0,90*225 = 149040 Н = 149 кН;

F3p = p3pS3 = 8,433*17662 = 148943 Н = 149 кН.

(МПа*мм2 = Па*м2 = Н/м2*м2 = Н)

9. Определяем реальную скорость поршня гидродвигателя с учетом утечек жидкости

V3p = (V2?0)/Uг = (0,08*0,95)/225 = 0,0003377 м/с.

10. Определяем реальную подачу рабочей жидкости гидродвигателя с учетом ее утечек

Q3p = Q3?0 = 6,28*0,95 = 5,966 см2/с.

11. Рассчитываем реальную мощность создаваемую поршнем гидродвигателя

N3p = F3pV3p = 149040*0,0003377 = 50,3 Вт;

N3p = p3pQ3p = 8,433*5,966 = 50,3 Вт.

12. Проверим результаты расчетов по полному КПД

?п = N3p/N3 = 50,3/64 = 0,786.

Полученный результат соответствует ранее рассчитанному значению.

13. Рассчитываем толщину стенки цилиндра гидродвигателя при реальном давлении жидкости

t3p = (p3pd3)/(2[у]) = 8,433*150/(2*157) = 4,03 мм ? 4 мм

где, [] - допускаемое напряжение в стенках цилиндра гидродвигателя, МПа; [] = т/ n; для цилиндра из стали 30 - т = 294 МПа; из стали 35 - т = 314 МПа, из стали 40 - т = 333 МПа; из стали 45 - т = 353 МПа; из стали 20Х - т = 637 МПа; 30Х - т = 686 МПа; 40Х - т = 785 МПа; 18ХГТ - т = 883 МПа. Коэффициент запаса прочности принимают n = 2. Для цилиндра из стали 45 - [] = т/ n = 353/2 = 176,5 МПа.

у3р = (D32+d32)p3p/(D32 - d32) = (1582+1502)8,433/(1582 - 1502) = 162,44 МПа ? [у] = 176,5 МПа

где D3=d3+2t = 150+24=158 мм - наружный диаметр гидроцилиндра.

Условие обеспечения прочности гидроцилиндра выполнено.

15.Рассчитаем толщину стенки гидроцилиндра при максимальном давлении 32 МПа

t3рмах = (pмахd3)/(2[]) = (32*150)/(2*176,5) = 13,6 мм.

Для уменьшения габаритных размеров применим более прочный материал - сталь 18ХГТ

t3рмах = (pмахd3)/(2[]) = (32*150)/(2*441,5) = 5,43 ? 5,5 мм.

16.Выполним проверочный расчет прочности гидроцилиндра при заданных условиях

3рмах = (D32 +d32)pмах/(D32-d32) = (1612+1502)32,0/(1612 - 1502) = 452,9 МПа ? [у] = т/n = 883/2 = 441,5 МПа.

Условие обеспечения прочности гидроцилиндра выполнено.

2.3 Расчет и построение графика зависимости силы поршня гидродомкрата при изменении механического передаточного числа

Оценим влияние механического передаточного числа за счет изменения длины рычага 1-l1 = 180 мм на величину отрезков l2 = 18 мм по два отрезка в каждую сторону, получим l1 = 144, 162, 180, 198 и 216 мм.

Uм1 = l1/l2 = 144/18 = 8; Uм2 = 9; Uм3 = 10; Uм4 = 11; Uм5 = 12

Без учета КПД:

F3,1 = F1 Uм1 Uг = 80*8*225 = 144000 Н = 144 кН;

F3,2 = 162 кН; F3,3 = 180 кН; F3,4 = 198 кН; F3,5 = 216 кН.

С учетом полного КПД:

F3р,1 =F1Uм1Uгп=80*8*225*0,79=113760 Н=113,76 кН; F3р,2 =127,98 кН;

F3р,3 = 142,2 кН; F3р,4 = 156,42 кН; F3p,5 = 170,64

2.4 Расчет и построение графика зависимости силы поршня гидродомкрата при изменении гидравлического передаточного числа

Оценим влияние гидравлического передаточного числа за счет изменения диаметра цилиндра гидродвигателя d3 = 150 мм на величину, равную диаметру цилиндра насоса d2 = 10 мм, также по два отрезка в каждую сторону, получим d3 = 130, 140, 150, 160 и 170 мм.

Uг,1 = (d3 / d2)2 = (130/10)2 = 132 = 169; Uг,2 = 142 = 196; Uг,3 =152 = 225;

Uг,4 = 162 = 256; Uг,5 = 172 = 289.

Без учета КПД:

F3,1г = F1 Uм Uг1 = 80*10*169 = 135200 Н = 135,2 кН;

F3,2г = 156,8 кН; F3,3г = 180 кН; F3,4г = 204,8 кН; F3,5г = 231,2кН.

С учетом полного КПД:

F3р,1г = F1Uм Uг1п = 80*10*169*0,79 = 106808 Н = 106,808 кН;

F3р,2г=123,82 кН; F3р,3г=142,2 кН; F3р,4г=161,792 кН; F3р,5г =182,648 кН

На каждом графике надо нанести равномерные шкалы по осям координат, обозначить на них величины: на оси абсцисс (по горизонтали) первого графика длину рычага l1 в мм, второго графика - диаметр цилиндра гидродвигателя d3 в мм; на оси ординат (по вертикали) - силу F3 в кН. На шкалах должны быть нанесены значения величин в расчетной зоне с дополнением на шаг в каждую сторону. Например, для первого графика по горизонтали: l1 = 210, 240, 270, 300, 330, 360 и 390 мм; по вертикали: F3 = 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120 и 130 кН. Для второго графика по горизонтали: d3 = 70, 80, 90, 100, 110, 120 и 130 мм; F3 = 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140 и 150 кН.

Рис.2.2. Влияние гидравлического передаточного числа на величину силы гидродвигателя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении контрольной работы недостаточно простого выполнения математических действий, необходимо внимательно контролировать проставляемые в формулы физические значения, их величины и размерности, последовательность расчетов. Определили основные параметры (силы, давления, мощности, рабочие объемы, подачи, скорости и т.д.) на различных участках системы, а также толщину стенки цилиндра гидродвигателя при двух вариантах:

1. идеальный (условный) - КПД 100 %; 2. реальный, с учетом КПД.

Анализировали полученные результаты и построили графики влияние механического передаточного числа на величину силы гидродвигателя. На каждом графике нанесли равномерные, шкале по осям координат, обозначили на них величины.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Автомобили: Специализированный подвижной состав: Учебное пособие / М.С. Высоцкий и др. Под ред. М.С. Высоцкого, А.И Гришкевича. - Мн.: Выш. шк., 1989. - 240 с.
2. Атлас конструкций гидромашин и гидропередач: Учебное пособие/ Б.М. Бим - Бад и др. - М.: Машиностроение, 1990. - 136 с.

3. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы/ Т. М. Башта и др. - М.: Машиностроение, 1982. - 423 с.

4. Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод: Учебное пособие / Под ред. С. П. Стесина. - М.: Издательский центр «Академия»,2005. - 336 с.

5. Калинушкин М.П. Насосы и вентиляторы: Учебное пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1987. - 176 с.

Размещено на Allbest.ru

...

revolution.allbest.ru


Смотрите также