Расчет и проектирование загрузочного устройства

Производительность установки, кг/мин270-400

Ширина тракового питателя, мм500

Скорость движения тракового полотна, м/мин3,44

Вес загрузочного устройства, кг2800

1.3 Расчет усилий, действующих на гидроцилиндры

Рис. 1.1 Расчетная схема нагрузок на гидроцилиндры

где G - вес лотка и груза;

Fц - усилие гидроцилиндра подъема лотка;

Gг - вес груза, действующий на отсекатель;

Fц' - усилие гидроцилиндра привода отсекателя;

G = 7900 Н;

Gг = 600 Н;

Составим уравнение моментов относительно точки В:

Fц' • 0,178 - Gг • 0,322=0,

Тогда усилие гидроцилиндра привода отсекателя:

Fц' = ;

Fц' = =1078 Н.

Составим уравнение моментов относительно точки А:

Fц • 0,834 -G • 0,346=0,

Тогда усилие гидроцилиндра подъема лотка:

Fц = ;

Fц = =3277 Н.

Раздел 2.

Рис. 2.1 Гидравлическая схема

2.2 Описание работы гидросистемы

2.3.1 Расчет гидроцилиндра

Внутренний диаметр D1 гильзы гидроцилиндра вычисляется по найденному значению расчетной нагрузки на гидроцилиндр F и давлению без учета потерь:

D1 =,

где F =3277 H - расчетная нагрузка на гидроцилиндр;

= 0.4 МПа - давление в системе;

D1= = 102.2 мм;

Найденное значение D1 округляется до ближайшего нормального:

D1 =105 мм;

Диаметр штока D2 выбирается из соотношения:

D2 / D1 =0,4….0,5;

D2= (0,4…..0,5) • D1 = (0,4….0,5) •105=42…..52.5 мм;

Найденное значение D2 округляется до ближайшего нормального:

D2 =50 мм;

гидроцилиндр гидравлический устройство трубопровод

В качестве уплотнений поршня и штока рекомендуется использовать эластомерные материалы, резинотканевые шевронные манжеты.

Количество манжет назначается в зависимости от уплотняемого диаметра и давления.

При давлении 0.4 МПа количество манжет n принимается равным:

На поршень: D1=105 мм.;

для 55<D?280 мм;

n1=4 шт.

На шток: D2 =50мм.; для 55 ? D2;

n2 =3 шт.;

Среднею высоту h одной манжеты можно принять равной 6 мм, в уплотнении с четырьмя манжетами:

h1=6 мм

И h= 4 мм - в уплотнениях с тремя манжетами:

h2=4 мм.

Сила трения Т для резинотканевых уплотнителей из шевронных манжет определяется по формуле:

Т =Т•D•h•n•,

где D - уплотняемый диаметр, мм;

h - высота манжеты, мм.;

n - число манжет;

- напряжение силы трения (удельное трение);

?0,2МПа;

Сила трения Т1 в уплотнении поршня:

Т1 =• D1 • h1• n1• = 3,14•105 • 6 • 4 • 0,2 = 1583H;

Сила трения Т2 в уплотнений штока:

Т2 =• D2 • h2 • n2 • = 3,14 • 50 • 4 • 3 • 0,2 = 377H;

Давление жидкости в полостях гидроцилиндра (р1 - в поршневой и р2 - в штоковой ) с учетом сил трения в уплотнительных узлах поршня и штока при установившемся движении определяется согласно уравнению:

р1 • S1 - р2 (S1 - S2) - F -T1 - T2 =0;

где р1- давление в поршневой полости гидроцилиндра;

р2 = 0,2 МПа, - давление в штоковой полости гидроцилиндра (р2= потеря давления в линии слива и ? 0,2 МПа;

S1 и S2 - рабочие площади соответственно поршня и штока;

Определим S1:

S1 = == 8655 мм2;

Определим S2:

S2 = == 1963 мм2;

Тогда давление в полости гидроцилиндра р1 определяется по формуле:

р1 =;

р1 = =0.76 МПа;

Толщина стенки гильзы определяется по величине давления р1 и допускаемому напряжению[р]:

= + а1, мм;

где а1 - допуск на обработку;

а1 =0,8мм.;

- допускаемое напряжение растяжения;

Для стального литья ? (80-100) МПа;

=90 МПа;

= + 0,8 =0.44мм;

=1мм.;

Выбор способа крепления гидроцилиндра и определение минимального диаметра штока из условий прочности при расчете на устойчивость.

Рис. 2.2 К расчету гидроцилиндра.

Зная расчетное усилие F = 3277H, определяем критическое усилие Fкр.по формуле:

F= F кр /m;

где m = 2-3- коэффициент запаса прочности;

m=2;

F кр= F • m= 3277 • 2=6594H;

Зная критическую силу можно определить момент инерции i :

F кр = ;

где iш - момент инерции штока,мм4;

Е= 2,1*105 МПа - модуль упругости;

?пр. - длина продольного изгиба, определяемая при полностью выдвинутом штоке гидроцилиндра с учетом размеров креплений гидроцилиндра и его штока.

Определим ?пр :

?пр=0,5( ?1+2•?хода+?2);

где

?1 = 200мм - конструкционные размеры;

?хода =300 мм - длина рабочего хода;

?2 =200мм - конструкционные размеры;

?пр=0.5(200 + 2 • 300 + 200)=500мм;

Из формулы выразим i штока:

iш = = = 3359 мм4;

Для определения i штока используют и такую формулу:

i штока=

тогда

D2min = / ==16.6мм;

То есть минимальный диаметр штока D2min = 16.6мм;

Так как принятый ранее D2 = 50мм > D2min , то D2 =50мм, удовлетворяет условию прочности.

2.3.2 Определение расхода жидкости в гидроцилиндре

Расчетный расход жидкости, подаваемой в поршневую полость гидроцилиндра с учетом утечек жидкости в гидроцилиндре:

Q = (V•S1)/;

где S1 =8655 мм2=0.008655 м2;

.- объемный КПД гидроцилиндра, значение которого при использовании манжетных уплотнений =0,99;

V - скорость движения штока гидроцилиндра

Принимаем V=0.25 м/с.

Q = (0,25 • 0.008655)/0,99=0,0021856м3/с=0,1311 м3/мин.;

Расчетный расход гидролинии слива (подача жидкости в штоковую полость гидроцилиндра) с учетом утечек жидкости в гидроцилиндре:

Qсл=[V(S1 - S2)]/ ;

Qсл=[0,25(0,008655 - 0,001963)]/ 0,99= 0.0017 м3/с= 0,102 м3/мин;

2.4 Расчет гидроцилиндра отсекателя

2.4.1 Расчет гидроцилиндра

Внутренний диаметр D1 гильзы гидроцилиндра вычисляется по найденному значению расчетной нагрузки на гидроцилиндр F и давлению без учета потерь:

D1 =,

где F =1078 H - расчетная нагрузка на гидроцилиндр;

= 0.4 МПа - давление в системе;

D1= = 58.6 мм;

Найденное значение D1 округляется до ближайшего нормального:

D1 =65 мм;

Диаметр штока D2 выбирается из соотношения:

D2 / D1 =0,4….0,5;

D2= (0,4…..0,5) • D1

D2 = 0,45 • 65 =29,6 мм;

Найденное значение D2 округляется до ближайшего нормального:

D2 =32 мм;

В качестве уплотнений поршня и штока рекомендуется использовать эластомерные материалы, резинотканевые шевронные манжеты.

Количество манжет назначается в зависимости от уплотняемого диаметра и давления.

При давлении 0.4 МПа количество манжет n принимается равным:

На поршень: D1=65 мм.;

для 55<D?280 мм;

n1=4 шт.

На шток: D2 =32 мм; для 55 ? D2;

n2 =3 шт.;

Среднею высоту h одной манжеты можно принять равной 6 мм, в уплотнении с четырьмя манжетами:

h1=6 мм

И h= 4 мм - в уплотнениях с тремя манжетами:

h2=4 мм.

Сила трения Т для резинотканевых уплотнителей из шевронных манжет определяется по формуле:

Т =Т • D • h •n •,

где D - уплотняемый диаметр, мм;

h - высота манжеты, мм.;

n - число манжет;

- напряжение силы трения (удельное трение);

?0,2МПа;

Сила трения Т1 в уплотнении поршня:

Т1 =• D1•h1•n1• = 3,14 • 65 • 6 • 4 • 0,2 = 980 H;

Сила трения Т2 в уплотнений штока:

Т2 =• D2•h2• n2• = 3,14 • 32 • 4 • 3 • 0,2 = 241 H;

Давление жидкости в полостях гидроцилиндра (р1 - в поршневой и р2 - в штоковой ) с учетом сил трения в уплотнительных узлах поршня и штока при установившемся движении определяется согласно уравнению:

р1•S1- р2 (S1-S2)-F-T1-T2 =0;

где р1- давление в поршневой полости гидроцилиндра;

р2 = 0,2 МПа, - давление в штоковой полости гидроцилиндра (р2= потеря давления в линии слива и ? 0,2 МПа;

S1 и S2 - рабочие площади соответственно поршня и штока;

Определим S1:

S1 = == 3318 мм2;

Определим S2:

S2 = == 804 мм2;

Тогда давление в полости гидроцилиндра р1 определяется по формуле:

р1 =;

р1 = =0,83 МПа;

Толщина стенки гильзы определяется по величине давления р1 и допускаемому напряжению[р]:

= + а1, мм;

где а1 - допуск на обработку;

а1 =0,8мм.;

- допускаемое напряжение растяжения;

Для стального литья ? (80 -100) МПа;

=90 МПа;

= + 0,8 =0,29мм;

=1 мм.;

Выбор способа крепления гидроцилиндра и определение минимального диаметра штока из условий прочности при расчете на устойчивость.

Рис. 2.3 К расчету гидроцилиндра.

Зная расчетное усилие F = 1078 H, определяем критическое усилие Fкр.по формуле:

F= F кр /m;

где m = 2-3- коэффициент запаса прочности;

m=2;

F кр= F • m= 1078 • 2=2156 H;

Зная критическую силу можно определить момент инерции i :

F кр = ;

где iш - момент инерции штока,мм4;

Е= 2,1*105 МПа - модуль упругости;

?пр. - длина продольного изгиба, определяемая при полностью выдвинутом штоке гидроцилиндра с учетом размеров креплений гидроцилиндра и его штока.

Определим ?пр :

?пр= ?1+2 • ?хода+?2;

где

?1 = 200мм - конструкционные размеры;

?хода =400 мм - длина рабочего хода;

?2 =200мм - конструкционные размеры;

?пр=200 + 2 • 400 + 200=1200 мм;

Из формулы выразим i штока:

iш = = = 1497 мм4;

Для определения i штока используют и такую формулу:

i штока=

тогда

D2min = ==13,2 мм;

То есть минимальный диаметр штока D2min = 13,2 мм;

Так как принятый ранее D2 = 32 мм > D2min , то D2 = 32 мм, удовлетворяет условию прочности.

2.4.2 Определение расхода жидкости в гидроцилиндре

Расчетный расход жидкости, подаваемой в поршневую полость гидроцилиндра с учетом утечек жидкости в гидроцилиндре:

Q = (V • S1)/;

где S1 =3318 мм2=0,003318 м2;

.- объемный КПД гидроцилиндра, значение которого при использовании манжетных уплотнений =0,99;

V - скорость движения штока гидроцилиндра

Принимаем V=0,25 м/с.

Q = (0,25 • 0,003318)/0,99=0,00084 м3/с=0,051 м3/мин.;

Расчетный расход гидролинии слива (подача жидкости в штоковую полость гидроцилиндра) с учетом утечек жидкости в гидроцилиндре:

Qсл=[V • (S1 - S2)]/ ;

S2=804 мм2;

Qсл=[0,25(0,003318 - 0,000804)]/ 0,99= 0.00063 м3/с= 0,038 м3/мин;

2.5 Определение проходных сечений трубопроводов