Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Институт авиамашиностроения и транспорта
наименование института
Кафедра строительные, дорожные машины и гидравлические системы.
наименование кафедры
Допускаю к защите
Руководитель .
И.О.Фамилия.
Разработка гидравлической системы скрепера МоАЗ-60071
наименование темы
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине
Гидропривод транспортно-технологических средств
1.006.00.00.ПЗ
обозначение документа
Выполнил студент группы _.1 _________ .
шифр группы подпись И.О.Фамилия
Нормоконтролер _________ .
подпись И.О.Фамилия
Курсовой проект защищен с оценкой __________________________
Иркутск 2021 г.
Изм.
Изм
Лист
т
№ документа
документа№
Подпись
Подпис
Дата
Дата
Лист
2
1.006.00.00 ПЗ
Разраб
..
Куличков С.Д.
Пров..
Стрельников А.Н.
Контр.
Стрельников
А.Н.
Разработка гидравлической
системы скрепера МоАЗ
Пояснительная записка
Лит
Листов
53
СДМ-18-1
Содержание
Введение .................................................................................................................... 4
1. Технические характеристики скрепера МоАЗ-60071 ....................................... 5
2. Расчет усилий гидроцилиндров подъема/опускания заслонки ....................... 9
3. Расчет усилий гидроцилиндров задней стенки Error! Bookmark not defined.
4. Расчет усилий гидроцилиндров ковша ............................................................ 20
5. Расчет усилий гидроцилиндров поворотного механизма. ............................. 20
6. Расчет диаметров гидроцилиндров. . ............... Error! Bookmark not defined.
7. Расчет подачи насоса и выбор насоса. ............. Error! Bookmark not defined.
8. Выбор рабочей жидкости .................................. Error! Bookmark not defined.
9. Выбор гидроаппаратуры .................................... Error! Bookmark not defined.
10. Расчет трубопроводов ........................................ Error! Bookmark not defined.
11. Определение объема масляного бака ............... Error! Bookmark not defined.
12. Расчет потерь давления в гидросистеме .......... Error! Bookmark not defined.
13. Расчет КПД гидропривода ................................................................................. 30
14. Тепловой расчет гидросистемы. ....................... Error! Bookmark not defined.
Заключение. .............................................................. Error! Bookmark not defined.
Список литературы ............................................... Error! Bookmark not defined.
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
4
1.006.00.00 ПЗ
Введение
Объемным гидроприводом называется совокупность устройств –
гидромашин объемного действия и гидроаппаратов, предназначенных для
передачи механической энергии и преобразования движения посредством
жидкости. Для объемных гидромашин характерно то, что их рабочий процесс
основан на переменном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении ее
из рабочей камеры. Достоинством гидропривода является возможность создания
больших передаточных отношений и бесступенчатое регулирование скорости
движения выходного звена и усилий в широком диапазоне, малая инерционность,
возможность просто и надежно предохранять элементы гидропривода и рабочей
машины от перегрузок. Недостатками являются потери энергии, более высокие
чем у электропривода, зависимость от условий эксплуатации, снижение КПД за
счет роста утечек по мере износа деталей привода. Объемный гидропривод
широко используется в строительных и дорожных машинах, станках,
транспортных и сельскохозяйственных машинах и в других отраслях техники.
Объемный гидропривод используется при создании промышленных роботов и
манипуляторов, позволяющих совершенствовать производственные процессы.
Целью данной курсовой работы является проектирование гидравлической
системы скрепера МоАЗ – 60071.
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
5
1.006.00.00 ПЗ
1 Технические характеристики базовой машины
Самоходный скрепер МоАЗ-60071 производства Могилевского
автомобильного завода (Республика Беларусь) имеет снаряженную массу 30 т,
вместимость ковша 10 м3. Скрепер состоит из одноосного тягача МоАЗ-6442 и
полуприцепного скрепера.
1 – рама; 2 – заслонка; 3 – ковш в сборе; 4 – задняя стенка
Рисунок 1.1 - Самоходный скрепер МоАЗ-60071 с одноосным тягачом МоАЗ-6442:
Скрепер предназначен для послойной разработки грунтов I – II категорий,
их транспортировки и отсыпки слоями заданной толщины в возводимые
сооружения или отвалы. Допускается его применение для разработки грунтов III –
IV категорий с обязательным предварительным рыхлением.
Набор грунта скрепером производится с помощью «толкача»,
оборудованного специальным устройством для толкания или усиленным отвалом
бульдозера путем наварки на отвал листа толщиной 12…16 мм. В качестве
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
6
1.006.00.00 ПЗ
«толкача» рекомендуется применять гусеничные тракторы мощностью 100…180
л. с. или колесные тракторы и тягачи мощностью 200…300 л. с.
Наиболее эффективным является использование самоходного скрепера при
дальности транспортировки грунта от 0,5 до 5 км. При этом необходимо
организовать работу так, чтобы не было простоев самоходных скреперов в
ожидании «толкача» или простоев «толкача» в ожидании самоходных скреперов.
Число самоходных скреперов на один «толкач» зависит от дальности
транспортирования грунта и должно быть в количестве 3 –8 штук.
Таблица 1.1 - Технические характеристики скрепера самоходного МоАЗ-60071
Показатель
Значение
1
2
Вместимость ковша, м3
- геометрическая
10,0±0,5
- номинальная с ("шапкой")
14,0±0,5
Грузоподъемность, кг
22000
Снаряженная масса скрепера, кг
30000
Полная масса скрепера, кг
52000
Распределение снаряженной массы самоходного скрепера на дорогу, кг
- через передний мост
20100
- через заднюю ось
9900
Распределение полной массы скрепера на дорогу, кг
- через передний мост
27600
- через заднюю ось
24400
Скорость скрепера, км/ч
- транспортная максимальная
50±10
- рабочая, не более
5,5
Глубина резания, мм, не менее
300
Ширина резания, мм,не менее
2920
Толщина слоя отсыпки, мм, не менее
450
Наименьший радиус поворота в обе стороны, мм, не более
1100
Дорожный просвет при полной нагрузке, мм
- под стремянками рессор моста тягача, мм, не менее
450
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
7
1.006.00.00 ПЗ
Окончание таблицы 1.1
1
2
- под ножами скрепера, мм, не менее
460
Наименьший радиус поворота в обе стороны, м
- по колее внешнего колеса тягача
8,2
- по крайней выступающей точке тягача
9,2
Угол складывания тягача относительно продольной оси
скрепера в каждую сторону, град, не более
85
Наибольший преодолеваемый угол подъема с полной нагрузкой на сухом и твердом грунте
- в процентах
15
- в градусах
8°30'
Угол поворота тягача относительно скрепера в
вертикальной плоскости (качание) в каждую сторону,
град
15
Двигатель
- модель
«CUMMINS» М11-С350
- мощность, кВт (л.с.)
261 (350)
Трансмиссия
гидромеханическая 6+1
Подвеска
рессорная с подрессорником и
гидравлическими амортизаторами
двухстороннего действия
Колеса
25.00-29" бездисковые,
односкатные
Шины
пневматические бескамерные
29,50-29 с рисунком протектора
повышенной проходимости
Тормоза
колодочного типа
Электрооборудование
- номинальное напряжение в сети, В
24
Скрепер самоходный МоАЗ-60071 предназначен для послойной
разработки, транспортирования и отсыпки грунтов I и II категорий и
предварительно разрыхленных грунтов III и IV категорий.
Самоходные скреперы относятся к внедорожным транспортным средствам
для эксплуатации вне автомобильных дорог - на карьерных и грунтовых дорогах.
Загрузка ковша самоходного скрепера осуществляется при помощи толкача,
оборудованного специальным толкающим устройством или бульдозером с
усиленным отвалом.
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
8
1.006.00.00 ПЗ
Рисунок 1.2 – Габаритный чертеж скрепера МоАЗ-60071
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
9
1.006.00.00 ПЗ
2. Расчет усилий гидроцилиндров подъема/опускания заслонки.
Рисунок 1. Нагрузки передней заслонки МоАЗ – 60071
Необходимо найти усилие на гидроцилиндре, сделать это можно составив
уравнение моментов:
×1 = цил ×2
Где – вес заслонки; 1 = 1,22 м – плечо силы ; 2 = 0,31 м – плечо силы
цил. = засл.×сталь × = 0,47×7,8 ×1000 ∙ 9,8 = 36 кН
цил = × 1 ×2 = 36×1,22×0,31= 142 кН (на 2 гидроцилиндра)
Следовательно для 1 гидроцилиндра цил = 71 кН
.
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
10
1.006.00.00 ПЗ
3. Расчет усилий гидроцилиндров задней стенки.
Рисунок 2. Нагрузки задней стенки скрепера МоАЗ – 60071
Для нахождения максимального усилия гидроцилиндров выдвижения
задней стенки необходимо знать следующие данные: грунт. – вес грунта в ковше,
стенки – вес задней стенки с направляющей, а так же бок.с. – давление грунта на
стенки ковша:
грунт. = ковш× грунт× = 8,3×1,7×9,8×1000 = 140 кН
стенки = стенки ×сталь × = 0,477×7,8×1000×9,8 = 40 кН
бок.с. = 1/2 ×грунт. = 70 кН
Следовательно:
цил = (грунт. + стенки + бок.с.) /2 =140+40+70= 125 кН
В итоге на один шток гидроцилиндра усилие составит 125 кН.
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
11
1.006.00.00 ПЗ
4. Расчет усилий гидроцилиндров ковша.
Рисунок 3. Схема нагрузок/реакций ковша скрепера
Для того чтобы определить максимальное усилие на штоках гидроцилиндра
ковша смоделируем ситуацию, при которой скрепер, опуская ковш, упирается в
непреодолимое препятствие, например камень. Из-за этого задняя ось скрепера
поднимается относительно передней. Так как вес распределяется на переднюю и
заднюю ось по 52% и 48% соответственно, то можно определить реакцию на
заднюю ось (R) и реакцию воздействия камня на нож ковша (P02):
02× = ×a
Реакция на заднюю ось равна:
= 48% ×скрепера × грунта = 48% ×((20000 + 14110)×9,8)= 160 кН
Следовательно:
02 = (×)/ = (160×6,9)/4 м = 276 кН
Далее через уравнение моментов находим усилие на штоке гидроцилиндра:
цил ×1 = 02 ×2
Отсюда:
цил = 02 × 2 ×1 = 276×3,2×3,8 = 240 кН (на 2 гидроцилиндра)
В итоге на один шток гидроцилиндра усилие составит 120 кН.
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
12
1.006.00.00 ПЗ
5. Расчет усилий гидроцилиндров поворотного механизма.
Рисунок 4. Схема нагрузок на поворотном механизме скрепера
Для расчета усилия на гидроцилиндре поворота необходимо составить
уравнение моментов относительно оси вращения механизма:
цил × = тр ×
Для решения данного уравнения необходимо найти силу трения колеса о
грунт:
тр = ×a
– вес на передней оси скрепера, = 0,7 – коэффициент трения скольжения
резины о рыхлый грунт.
– находим по формуле:
= 52% ∙ скрепера × грунта = 52% ×((20000+ 14110) ×9,8 )= 174 кН
Определяем силу трения:
тр = × = 174 ×0,7 = 122 кН
Далее определяем усилие на штоке:
цил = тр × × = 122×0,39 ×0,26 = 92 кН (на одном гидроцилиндре)
В итоге на один шток гидроцилиндра усилие составит 92 кН.
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
13
1.006.00.00 ПЗ
6. Расчет диаметров гидроцилиндров.
Для расчетов необходимо принять разность давлений в напорной и
сливной магистрали:
∆ = −
Где = 16 МПа - давление в напорной магистрали, = 0,5 МПа -
давление в сливной магистрали
∆ = 16 – 0,5=15,5 Мпа
Гидроцилиндр заслонки.
Диаметр цилиндра:
= 1,15 … 1,3 - поправочный коэффициент
цил = 71000 Н - усилие на штоке гидроцилиндра
0,09 м
Принимаем = 90 мм
Диаметр штока:
Т.к. давление в системе больше 5 МПа, то:
Ш / = 0,7
Следовательно:
Ш = ×0,7 = 90×0,7 = 63 мм
Принимаем Ш = 63 мм
В итоге принимаем гидроцилиндр – ГЦ - 100 х 63 х 1000
Гидроцилиндр задней стенки.
Диаметр цилиндра:
цил = 88000 Н - усилие на штоке гидроцилиндра
0,1 м
Принимаем = 100 мм
Диаметр штока:
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
14
1.006.00.00 ПЗ
Ш = × 0,7 = 90×0,7 = 70 мм
Принимаем Ш = 70 мм
В итоге принимаем гидроцилиндр – ГЦ - 100 х 70 х 2000
Гидроцилиндр ковша.
Диаметр цилиндра:
0,13 м
Принимаем = 130 мм
Диаметр штока:
Ш = ×0,7 =130×0,7 = 91 мм
Принимаем Ш = 91 мм
В итоге принимаем гидроцилиндр – ГЦ - 140 х 91 х 1000
Гидроцилиндр поворота.
Диаметр цилиндра:
цил = 91500 Н - усилие на штоке гидроцилиндра
0,1 м
Принимаем = 100 мм
Диаметр штока:
Ш = 100 ×0,7 =130×0,7 = 70 мм
Принимаем Ш = 91 мм
В итоге принимаем гидроцилиндр – ГЦ - 100 х 70 х 400
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
15
1.006.00.00 ПЗ
7. Расчет подачи насоса и выбор насоса.
Расход определяется по формуле:
= 0,018 м⁄с - скорость выдвижения штока
Гидроцилиндр заслонки ГЦ - ГЦ - 100 х 63 х 1000:
=8,5 л/мин
Гидроцилиндр задней стенки ГЦ - ГЦ - 100 х 70 х 2000:
=8,5 л/мин
Гидроцилиндр ковша ГЦ - 140 х 91 х 1000:
=16,62 л/мин
Гидроцилиндр поворота ГЦ - 100 х 70 х 400:
=8,5 л/мин
Выбор насоса
Насос выбираем по максимальному расходу одновременно работающих
гидроцилиндров:
= (З + К + П ) × 2 = (8,5 + 16,62 + 8,5) ×2= 67,24 л⁄мин
Принимаем = 80 л⁄мин
Выбираем насос НШ – 67 – 2
Частота вращения вала:
= 0,000067 м 3 - рабочий объем насоса
= 0,92 - объемный КПД насоса
= 0,85 – механический КПД насоса
Следовательно выбранный насос соответствует требованиям
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
16
1.006.00.00 ПЗ
Таблица 2 – Характеристики насоса
Тип
Подача насоса,
QH, л/мин
Давление, Р,
МПа
Рабочий
объем, V, см3
Частота
вращения
вала, n, об/мин
НШ – 67 – 2
96,2
16
67
1500
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
17
1.006.00.00 ПЗ
8. Выбор рабочей жидкости.
Рабочая жидкость кроме основной функции – передача энергии от насоса к
гидродвигателю – выполняет ряд важных функций: смазка трущихся
поверхностей детали, удаление продуктов износа трущихся пар, предохранение
их от коррозии, а так же охлаждение гидравлической системы. Поэтому
работоспособность и долговечность гидрооборудования зависит от правильности
выбора рабочей жидкости.
В гидроприводах строительно-дорожных и подъемно-транспортных машин
применяются только загущенные минеральные масла, обладающие хорошей
смазывающей способностью, химической стабильностью при повышенных
температурах, хорошими антикоррозийными и противопенными свойствами.
Рабочая жидкость вбирается в соответствии с климатическими и
температурными условиями и условий эксплуатации данного гидропривода, а
также должно соответствовать рекомендациям завода-изготовителя.
Данный гидропривод будет эксплуатироваться в условиях Крайнего Севера
и Сибири при температуре –50...+35 °С. В соответствии с этим выбираем
всесезонное масло гидравлическое МГ – 15В.
Таблица 3 – Характеристики масла МГ – 15В
Параметр
Рабочая жидкость
МГ-15В
Кинематическая вязкость, мм/с, при
температуре:
+100°С, не ниже
4,3
+50°С, не менее
10,4
+40°С, не менее
11,0
-20°С, не выше
220
-40°С, не выше
1 290
Индекс вязкости, не менее
282
Температура застывания, °С, не выше
-65
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
18
1.006.00.00 ПЗ
9. Выбор гидроаппаратуры.
Гидроаппаратура (распределители, дроссели, обратные клапаны, фильтры,
предохранительные клапаны и пр.) выбираются по номинальному давлению P,
условному проходу и расходу равному подаче насоса Н.
Таблица 4 – Гидроаппаратура
Наименование
Тип
Давление, Р,
МПа
Расход, Q,
л/мин
Условный
проход, d, мм
Гидрозамок
ГЗМ 16/3
2…32
125
16
Предохранительный
клапан прямого
действия
КП 16.16.000
16
63
16
Обратный клапан
4121
25
80
16
Фильтр
Ф10 20-
40/6,3
6,3
63
25
Гидрораспределители
Р 80
16
80
25
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
19
1.006.00.00 ПЗ
10. Расчет трубопроводов.
Внутренний диаметр трубы:
где v - скорость потока жидкости:
- для всасывающего трубопровода = 1 … 2 м⁄с
- для сливного трубопровода = 1,5 … 2 м⁄с
- для напорного трубопровода = 4 … 10 м⁄с
Для напорного трубопровода при = 16 МПа, = 6 м⁄с :
Диаметр:
Принимаем = 16 мм
Толщина стенки:
= 60 МН м 2 ⁄ - допускаемое напряжение на растяжение
Принимаем = 2 мм
Для всасывающего трубопровода при = 1 м⁄с :
Диаметр:
Принимаем = 32 мм
Толщина стенки:
Принимаем = 4 мм
Для сливного трубопровода = 1,5 м⁄с :
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
20
1.006.00.00 ПЗ
Диаметр:
Принимаем = 25 мм
Толщина стенки:
Принимаем = 3,5 мм
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
21
1.006.00.00 ПЗ
11. Определение объема масляного бака.
Выбор емкости масляного бака осуществляется конструктивно в
зависимости от назначения и режима работы гидропривода.
Масляный бак обеспечивает хранение запаса рабочей жидкости и
охлаждение ее. Размеры масляного бака устанавливается таким, чтобы
температура рабочей жидкости при непрерывной работе гидропривода не
поднималась выше максимально допустимой.
Для ориентировочного расчета можно принять емкость бака Vб по формуле:
Б = 2 × = 2 ×96,2 = 192,4 л
Принимаем Б = 200 л
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
22
1.006.00.00 ПЗ
12. Расчет потерь давления в гидросистеме.
Общая величина потерь давления:
∑ ∆Т - сумма потерь на трение по длине трубопровода
∑ ∆М - сумма местных потерь
∑ ∆Г - сумма потерь в гидроагрегатах
Сумма потерь давления по длине трубопровода: