Расчет подъемного механизма самосвала

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 ц=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

угол между радиусом и плечом действия силы от веса груза с платформой в исходном положении при опущенной платформе:

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 = pн = 10 МПа; механический КПД гидроцилиндра ; диаметр поперечного сечения уплотняющего кольца мм; допускаемое напряжение на растяжение гидроцилиндра из материала Сталь 45 с пределом текучести sт=360 МПа (табл. 2.1 прилож. I).

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= кН соответствует окончанию выдвижения второй ступени и началу выдвижения плунжера первой ступени гидроцилиндра;F2= кН соответствует окончанию выдвижения третьей ступени и началу выдвижения второй ступени; F3= кН соответствует началу выдвижения третьей ступени гидроцилиндра.

Из формулы определяем диаметр Di плунжера соответствующей ступени гидроцилиндра.

Диаметр D1 плунжера 1 первой ступени гидроцилиндра

мм

Определяем минимальное значение диаметра второй ступени гидроцилиндра:

Па

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

мм

Принимаем за расчетный диаметр D2 второй ступени большее из двух вычисленных ранее значений диаметров а именно =63мм.

Определяем минимальное значение диаметра D3 третьей ступени 3 гидроцилиндра

мм

Проверяем полученное расчетное значение диаметра второй ступени по усилию F3

мм

Принимаем за расчетный диаметр D3 второй ступени большее из двух вычисленных ранее значений диаметров а именно =76 мм.

Диаметр Dк корпуса гидроцилиндра определяем конструктивно исходя из условия размещения в нем третьей ступени гидроцилиндра

мм

Минимальную толщину стенки днища гидроцилиндра ?дн принимаем в пределах ?дн = (2…4)?к; мм.

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

мм

Тогда внутренний диаметр d0 плунжера:

мм

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.

м2

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:

Па

мм принимаем 36мм

мм принимаем ближайщее большее 34мм

Определяем расчетное значение расхода рабочей жидкости Qр трехступенчатым телескопическим гидроцилиндром, при средней скорости vср подъема платформы

дм/м

Принимаем шестеренный насос типа НШ32У, подача которого л/м при частоте вращения приводного вала 1440 об/м и ?об.= 0,92.

Необходимая частота вращения n приводного вала выбранного насоса для обеспечения расчетной подачи Qр = 24 л/м.

Определяем мощность потребляемую насосом:

Вт

Определение средней скорости. Для этого определяем скорость движения каждой ступени гидроцилиндра

m/c

Определяем диаметр подводящего трубопоровода dтр

дм

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, ц=60? -- угол подъема платформы, p=pн=10 МПа -- давление в гидросистеме.

Кроме того R - радиус поворота платформы; ц0- угол, определяющий исходное положение радиуса поворота при опущенной платформе; цmax - угол, определяющий положение радиуса поворота при полностью поднятой платформе цmax -ц 0 = ц, (ц - заданный угол подъема платформы).

Усилие F гидроподъемника зависит от угла ц 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 б и ц0 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:

(1)

подставив значение b из выражения (3) в (2) получим:

. (2)

, (3)

?ц0 = 18,74o).

Аналогично найдем углы подъёма кузова ц4 и ц9 при полностью выдвинутых 1-й и 2-й ступенях гидроцилиндра.

ц4+ц0=37,35? => ц4=37,35?- ц0=37,35?-18,74o=18,61?

ц9+ц0=57,3? => ц9=57,3?- ц0=57,3?-18,74?=38,56? =

(б=50,076? ).

, м (4)

Плечо lі действия силы от веса груза с платформой является переменной величиной, зависящей от угла цi подъёма платформы с грузом:

li=r·cos(г+ц), (5)

где r - радиус действия силы отвеса груза с платформой, определяемый по построению;

г- 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

цi		li
0		1799,3
5		1753,2
10		1693,7
15		1621,3
18,61		1561,4
20		1536,6
25		1440,2
30		1332,8
35		1215,3
38,56		1125,9
40		1088,5
45		953,45
50		811,14
55		662,66
60		509,13

, (г=14,07). (6)

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).

(7)

По результатам расчета усилий (табл.2) построен график (рис.2) зависимости силы Fi, создаваемой гидроцилиндром в зависимости от угла цi подъема платформы.

Таблица 2

цi	li	bi	Fi=G·9,81·(li/bi)	Fi,кН
0	1799,3	3308,7	Fi=5,5·9,81·(1799,3/3308,7)=	29,34
5	1753,2	3338,3	Fi=5,5·9,81·(1753,2/3338,3)=	28,34
10	1693,7	3335,2	Fi=5,5·9,81·(1693,7/3335,2)=	27,4
15	1621,3	3312,9	Fi=5,5·9,81·(1621,3/3312,9)=	26,41
18,61	1561,4	3288,5	Fi=5,5·9,81·(1561,4/3288,5)=	25,62
20	1536,6	3277,6	Fi=5,5·9,81·(1536,6/3277,6)=	25,3
25	1440,2	3232	Fi=5,5·9,81·(1440,2/3232)=	24,04
30	1332,8	3177,8	Fi=5,5·9,81·(1332,8/3177,8)=	22,63
35	1215,3	3115,9	Fi=5,5·9,81·(1215,3/3115,9)=	21,04
38,56	1125,9	3067,5	Fi=5,5·9,81·(1125,9/3067,5)=	19,8
40	1088,5	3047	Fi=5,5·9,81·(1088,5/3047)=	19,27
45	953,45	2971,5	Fi=5,5·9,81·(953,45/2971,5)=	17,31
50	811,14	2889,8	Fi=5,5·9,81·(811,14/2889,8)=	15,14
55	662,66	2802,1	Fi=5,5·9,81·(662,66/2802,1)=	12,76
60	509,13	2708,8	Fi=5,5·9,81·(509,13/2708,8)=	10,14

, (8)

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

МПа. (9)

Рис.2

2.2 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

. (10)

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

мм (12)

Проверяем полученное расчетное значение диаметра второй ступени по усилию F2

мм. (13)

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

, (15)

Проверяем полученное расчетное значение диаметра третьей ступени по усилию F3

мм (16)

Принимаем за расчетный диаметр D3 второй ступени большее из двух вычисленных ранее значений диаметров а именно D3 =76 мм.

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

мм, (18)

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

=мм,(19)

где Fmax-максимальное усилие развиваемое гидроцилиндром (Fmax = F3);

С учетом выполненных расчетов

. (20)

Тогда внутренний диаметр d0 плунжера:

d0 = D1 - 2??min = 50 - 2 •10 = 30 мм.

2.3 Расчет давления рабочей жидкости в гидроцилиндре

, (21)

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

--	цi	Рi
1-я ступень	0	6,46795
	5	6,24612
	10	6,03991
	15	5,82058
	18,61	5,6469
2-я ступень	20	8,11523
	25	7,71328
	30	7,25995
	35	6,75125
	38,56	6,35343
3-я ступень	40	9,81656
	45	8,81706
	50	7,71317
	55	6,49832
	60	5,16473

2.4 Расчет гидроцилиндра на продольную устойчивость

Продольная устойчивость телескопического гидроцилиндра обеспечивается при соотношении длины хода l плунжера к его диаметру D lD 10. При большем соотношении lD > 10 необходимо выполнить расчет на продольную устойчивость.

2.5. Расчет параметров опор гидроцилиндра

Диаметр dц цапфы или шаровой опори dк (рис.5)рассчитывают исходя из условий не выдавливания смазки при допустимом давлении в шарнирном соединении q = 15…20 МПа за формулою

, (22)

де Fmax = F3 = 29,341852 кН определено выше;

k - конструктивный коэффициент, принимается для цапфы, kц = 0,8 и для шаровой опори kш =1.

Принимаем допустимое давление q = 20 МПа рассчитываем диаметры dц и dш

;

Расчетное значение диаметров dц та dк округляем до большего ближайшего значения ряду стандартных диаметров, тогда примем dц=45 мм.

(23)

где ,

здесь z = 3 - число ступеней гидроцилиндра; l = 1100 мм - ход одной ступени гидроцилиндра; t = 20 с - время подъема платформы.

Принимаем шестеренный насос типа НШ-32У, подача которого Qн = 42 л/м при частоте вращения приводного вала n=1440 об/м, КПД: объемный ?об.= 0,92, общий зобщ.=0,83, рабочий объём Vo=31,7 смі.

Необходимая частота вращения n приводного вала выбранного насоса для обеспечения расчетной подачи Qр = 31,74 л/мин

. (24)

где Qн = 42 л/м - паспортное значение подачи выбранного типоразмера шестеренного насоса при частоте вращения приводного вала nн = 1440 об/м.

Определяем мощность, потребляемую насосом:

. (25)

Определение средней скорости:

, (26)

где l1, l2, и l3 - длина хода соответствующей ступени гидроцилиндра, (l1 = l2 = l3);

v1, v2, и v3 - скорости движения соответствующей ступени гидроцилиндра.

Определяем скорость движения каждой ступени гидроцилиндра

; (27)

; (28)

. (29)

где ?об -- объемный КПД гидроцилиндра. При манжетном уплотнении или уплотнении маслостойкими резиновыми кольцами принимается ?об = 1.

Тогда .

Определяем диаметр подводящего трубопоровода dтр

, (30)

где v0 - скорость движения рабочей жидкости в трубопроводе принимаем м/с.

По вычисленному диаметру dтр принимаем ближайшее меньшее значение из ряда стандартных номинальных диаметров труб или так званых условных проходов.

Для рассматриваемого примера принимаем dтр=13 мм.

Приложение.

Таблиця АI. Коротка технічна характеристика шестеренних насосів

№№ ПП	Модель, тип насоса	Робочий об'єм, см3	Тиск МПа	Подача	ККД
				л/хв	об/хв	Об'ємний	Загальний
		V0	pн	Qн	nн	об	н
1 2 3 4 5 6 7 8	НШ-10Е НШ-16 НШ-32У НШ-46У НШ-50-2 НШ-67 НШ-98К НШ-140	10 16 31,7 46,5 48,8 69 98,8 140	10 10 10 10 10 10 10 10	13 21 42 62 65 92 135 192	1440 1440 1440 1450 1450 1450 1455 1460	0,90 0,91 0,92 0,92 0,92 0,92 0,94 0,94	0,80 0,81 0,83 0,83 0,83 0,84 0,85 0,86

Таблиця А 2. Нормальні лінійні розміри

Нормальні лінійні розміри, мм

3,2

3,4

3,6

3,8

4,0

4,2

4,5

4,8

5,0

5,3

5,6

6,0

6,3

6,7

7,1

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,5

11,5

34/35

45/47

50/52

53/55

60/62

63/65

67/70

71/72

100

105

110

120

125

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

240

250

260

280

300

320

340

360

380

400

420

450

480

500

530

560

600

630

670

710

750

800

850

900

950

Примітка. Під косою рискою наведені розміри посадочних місць для підшипників кочення.

Таблиця А 3. Насыпна вага материалів в т/м

Матеріал	Насипна вага	Матеріал	Насипна вага
Алебастр молотий	1,2 - 1,3	Земля рихла суха	1,2
Алебастр кусками	1,6	Земля мерзла	1,4
Алюміній у чушках	1,3 -1,7	Камінь бордюрний	2,25
Алюміній брухт	0,7	Камінь брусчатка	1,9 - 2,7
Антрацит	0,8 - 0,95	Камінь булижник	1,8 - 2,2
Апатит концентрат	1,7	Камінь пісчаник	2,3
Асфальт у плитах	1,2 - 1,5	Камінь шлакобетонний	1,2 - 1,35
Бетон (маса із гравієм)	2,0 - 2,4	Картопля	0,65 - 0,73
Бетон із золою	1,8	Кварц полевий дроблений	1,45 -1,6
Бетон шлаковий	1,5 - 1,7	Кварц полевий куски	2,7 -2,85
Бетон з пісчаником	2,3	Кокс кам'яновугільний домений	0,42 - 0,5
Бетон з цегляним щебнем	1,8 - 2,0	Кукурудза (зерно)	0,7 - 0,75
Брухта стальна	2,0	Крига кусками	0,88 - 0,92
Брухта мідна	2,3	Крейда кускова	1,2 -1,35
Брухта алюмінієва	0,7	Мармур куски і крошка	1,69
Вапняк (камінь)	2,2 - 2,8	Сміття будівельне	1,2 -1,4
Вапняк (тісто) у рихл. стані	1,3 - 1,5	Овочі різні	0,5 -0,6
Вугілля камінне	0,8 - 0,85	Пісок сухий	1,4 -1,65
Гіпс (камінь)	1,3 - 1,5	Пісок сирий	1,9 - 2,05
Глина свіжа комова	1,5 - 2,7	Пшениця (зерно)	0,7 - 0,8
Глина суха кусками	1,0 - 1,8	Ракушечник	1,0 - 1,4
Глина суха кусками	1,0 - 1,8	Рис	0,89
Гравій	1,6 - 1,86	Руда - боксит, мідна	1,1 - 1,75
Дрова листових порід сухі	0,55	Сніг мокрий	0,79
Дрова хвойних порід сухі	0,4	Сіль суха	0,9 - 1,3
Деревна тріска мало ущільнена	0,5 - 0,7	Торф вологий	0,5 - 0,65
Залізо чушки	4,35	Шлак доменний	1,2 - 1,35
Земля рихла волога	1,7	Шлак котельний	0,7 - 1,0
Земля рихла суха	1,2	Щебінь цегляний	1,2 - 1,35
Земля мерзла	1,4	Щебінь гранітний	1,5 - 1,8

Рефераты

Расчет подъемного механизма самосвала

Расчет подъемного механизма самосвала