Введение 5
1. Обзор научно-технической и патентной литературы 12
2. Устройство и принцип работы крана 24
3. Расчет гидропривода 26
3.1 Энергетический расчет гидропривода 26
3.2 Гидравлический расчет гидропривода 30
3.3 Энергетический расчет насосной установки 72
3.4 Тепловой расчет гидропривода 75
4. Разработка математической модели гидропривода телескопического крана с учетом устройства регулирования температуры с орошением и без орошения 80
5. Исследование силовых характеристик типового гидропривода управления
подъема и выноса стрелы крана 87
Заключение 93
Список использованной литературы 94
Автомобильный кран предназначен для выполнения строительно-монтажных и погрузочно-разгрузочных работ с обычными и разрядными грузами на рассредоточенных объектах, а также эксплуатация по дорогам, рассчитанным на пропуск автомобилей с большой осевой нагрузкой.
Рассмотрим индикацию автомобильного крана КС-3575А. Стреловым самоходным кранам присваивают индекс, в большинстве случаев состоящий из двух букв и четырёх цифр. Для нашего крана имеем следующую расшифровку: «КС» - кран стреловой самоходный общего назначения; первая цифра - грузоподъёмность крана (в нашем случае 3, что соответствует грузоподъемности 10т.); вторая цифра - ходовое устройство крана (в нашем случае 5, что указывает на шасси грузового автомобиля); третья цифра - исполнение подвески стрелового оборудования (в нашем случае 7, что означает «жёсткая»); четвёртая цифра - порядковый номер модели.
Эффективность и надежность систем гидроприводов машин, эксплуатируемых на открытом воздухе, во многом зависит от климатических условий. Состояние рабочей жидкости сказывается на эффективности эксплуатации гидропривода, поскольку за ее счет осуществляется функционирование гидро-оборудования путем передачи энергии, смазки поверхностей трения, защиты от коррозии, отвода тепла и удаления продуктов износа. Также температурные колебания влияют на изменение зазоров сопрягаемых деталей элементов гидропривода, трение контактирующих поверхностей и физико-механические свойства материала.
Качество рабочей жидкости определяется основными показателями: вязкостью, классом чистоты, наличием влаги и газов и коэффициентом сжатия.
Негативное влияние на данные параметры оказывает повышенная температура окружающей среды, характерная для районов с субтропическим и тропическим климатом [17].
Для оценки влияния климатических условий на эффективность работы гидропривода, необходимо знать допустимый диапазон изменения температуры рабочей жидкости. Верхний предел температуры рабочей жидкости складывается из максимальной температуры окружающей среды с учетом скорости ветра и солнечной радиации, а также из конструктивных особенностей гидропривода и режима его работы[27].
Повышенные температуры (выше 60°С) ускоряют процесс старения масла, способствуя процессам окисления и окислительной полимеризации с выделением и выпадением в осадок органических кислот и асфальтосмолстых веществ. В результате окислительных процессов возникает коррозийный износ гидроагрегатов и преждевременный выход из строя фильтрующих элементов[26]. Повышение температуры рабочей жидкости до +70°С приводит к снижению производительности телескопических кранов до 35 % за счет увеличения времени рабочего цикла. При перегреве рабочей жидкости до 90°С наблюдается снижение рабочих скоростей штоков гидроцилиндров, увеличение в 2-3 раза времени рабочего цикла, падение давления нагнетания с 250’105 до 200’105 Н/м2, уменьшение часовой технической производительности более чем вдвое. Увеличение рабочего цикла и снижение скоростей исполнительных органов обусловлены увеличением объемных утечек в гидроприводе, вызванных повышением температуры рабочей жидкости [12], [28].
Тепло, выделяемое гидроприводом, рассеивается в окружающую среду в зависимости от перепада температур. Тепловое состояние гидросистемы зависит от температуры окружающей среды, конструкции и режима работы гидропривода.
Для поддержания требуемого диапазона температуры рабочей жидкости в гидросистеме машин, эксплуатирующихся при высоких температурах окружающей среды, необходима принудительная система охлаждения, выполненная в виде орошаемого теплообменника. Все чаще можно встретить промышленные теплообменные устройства, дополнительно осуществляющие очистку рабочей жидкости от механических примесей. К таким устройствам относятся фильтрационно-охладительные устройства, оборудованные дополнительно насосом и фильтрующими элементами. Кондиционеры с принудительным охлаждением потоком воздуха, способны рассеивать до 25 кВт мощности при температурном перепаде до 40 °С. Такие теплообменники оснащаются датчиками и системами автоматического управления вентиляторами потока охлаждающего воздуха.
Тип теплообменника и его параметры выбираются в зависимости от режима нагружения и температуры окружающей среды. В настоящее время широко применяются воздушные теплообменники с электрическим приводом вентилятора. Электрический привод управляется в автоматическом режиме в зависимости от сигнала датчика размещенного в баке гидросистемы. Теплообменники подразделяются на воздушные, водяные и компрессорные. На мобильных машинах применяются воздушные теплообменники.
Для повышения теплоотдачи в нашем случае наиболее эффективно использовать воздушный теплообменник с орошением теплоотдающих трубок теплообменника.
Воздушные теплообменники выполняются по типу автомобильных радиаторов. Для увеличения теплоотдачи теплоотдающие трубки обдуваются потоком воздуха от вентилятора
Следует отметить, что все эти способы снижения температуры рабочей жидкости могут применяться в гидроприводах мобильных и стационарных машин. Эти факторы учитываются при создании машин, предназначенных для работы в жарком климате.
Устройство регулирование температуры представляет собой теплообменник (рисунок 3) [24], [27]. Теплообменник содержит верхний 1 и нижний 2 коллекторы, между которыми расположен охлаждающий элемент в виде теплоотдающих трубок 3. Коллекторы 1 и 2 объединены боковыми щитками 4 и 5, которые выполнены полыми, и их полости сообщены с полостями коллекторов 1 и 2. Над нижним коллектором 2 имеется емкость 6 для охлаждающей жидкости. В боковых щитках 4 и 5 установлены соответственно входной 7 и выходной 8 патрубки. Теплообменник имеет вентилятор 9 и размещенный между поверхностью теплообмена (теплоотдающие трубки 3) и вентилятором 9 распылитель 10 охлаждающей жидкости. В распылитель 10 охлаждающая жидкость поступает посредством насоса 11 из нижней емкости 6, расположенной над нижним коллектором 2.
Теплообменник работает следующим образом. Теплоноситель из гидросистемы через входной патрубок 7 поступает в полость бокового щитка 4 и через отверстия (не показаны) поступает в верхний коллектор 1, а затем в хода теплообменника, образованные теплоотдающими трубками 3. С целью повышения теплоотдающих способностей этих трубок их поверхность обдувается вентилятором 9 и смачивается водой из распылителя 10, расположенного между вентилятором и поверхностью теплообмена. Неиспарившаяся с поверхности теплообмена вода стекает в нижнюю емкость 6, расположенную над нижним коллектором 2. Насос 11 подает жидкость из нижней емкости 6 в распылитель 10, имеющий несколько форсунок, для постоянного смачивания теплоотдающих трубок 3. Из последнего хода теплоноситель поступает в боковой щиток 5 и через выходной патрубок 8 поступает в следующее звено гидросистемы.
Смоченная поверхность теплоотдающих трубок обеспечивает более интенсивный теплоотвод с поверхности трубок, и большую теплопроизводительность теплообменника.
Предлагаемое выполнение теплообменника позволяет создавать устройства с более интенсивным теплоотводом, и делает возможным снижение температуры теплоносителя ниже температуры окружающей среды, что увеличивает эффективность теплообменника.
Цель работы. Обеспечение оптимального температурного режима рабочей жидкости для повышения эффективности работы гидроприводов самоходных машин при эксплуатации в условиях высоких температур.
Задачи исследования.
1. Проанализировать влияние высоких температур окружающей среды на основные параметры гидропривода и эффективность работы гидравлических самоходных машин и возможностей использования технических решений.
2.Разработать математическую модель теплового режима гидропривода самоходного телескопического крана с учетом теплообменника, оснащенного устройством орошения.
Для выполнения поставленной задачи по проектированию специального транспортного средства с гидравлическим оборудованием для погрузочно-разгрузочных и строительно-монтажных работ на рассредоточенных объектах были проведены следующие работы:
1. Проведен обзор патентной документации, в ходе которого были рассмотрены механизмы для специальной погрузочной техники.
2. Разработана конструктивная компоновка и конструкция элементов гидропривода.
3. Проведены: энергетический, гидравлический и тепловой расчеты гидропривода; энергетический расчет насосной установки.
4. Разработана математическая модель, позволяющая определить тепловой режим гидропривода самоходного телескопического крана, оснащенного орошаемым теплообменником при высоких температурах окружающей среды.
5. Разработаны математические модели и методика расчета динамических нагрузок при переходных режимах работы КМУ с учетом влияния упругих деформаций стрел и особенностей гидроприводов стрел (податливостей рабочей жидкости и элементов гидропривода, характеристик предохранительных клапанов).
В результате исследования математической модели получены зависимости теплопроизводительности теплообменника, температуры охлаждаемой жидкости на выходе через теплообменник.
Расчеты проведены для двух случаев: первый - без орошения поверхности водой, второй - при орошении наружной поверхности теплообменника охлаждающей водой.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
