Расчет манипулятора

 

Содержание

1. Задание на курсовую работу
2. Введение
3. Расчёт гидравлического привода
4. Выбираем типоразмер направляющей и регулирующей гидроаппаруры
5. Определяем объём бака
6. Расчет  диаметров трубопроводов
7. Расчёт гидроцилиндра стрелы
8. Рассчитаем потери давления в напорном трубопроводе
9. Вывод

 

 

2. Введение

     Более 70% изделий в машиностроении изготовляют  в условиях мелкосерийного и серийного  производства. Эффективным средством  автоматизации является программное  управление металлорежущими станками.

     По  заданной программе можно управлять: регулированием направления и скорости перемещения исполнительных органов  станка, циклом работы станка, сменой инструмента  и т.д.

     На  станках с ЧПУ могут быть применены  различные виды адаптивного управления, обеспечивающие оптимальное значение одного или нескольких параметров(составляющая сила резания, температура инструмента  или детали, шероховатость обработанной поверхности, оптимальные режимы резания, уровень шумов и др.).

     Программное управление позволяет: автоматизировать процесс обработки; сократить время  наладки станка, сведя всю наладку  к установке инструмента, заготовки  и программы на станке; организовать многостаночное обслуживание в серийном и мелкосерийном производстве; повысить производительность труда, культуру производства и качество обработанных деталей.

     Широкое использование гидроприводов в  станкостроении определяется рядом  их существенных преимуществ перед  другими типами приводов и прежде всего возможностью получения больших  усилий и мощностей при ограниченных размерах гидродвигателей. Гидроприводы  обеспечивают широкий диапазон бесступенчатого  регулирования скорости, возможность  работы в динамических режимах с  требуемым качеством переходных процессов, защиту системы от перегрузки и точный контроль действующих усилий.

     Недостатки  гидроприводов – это потери на трение и утечки, снижающие КПД  и вызывающие разогрев рабочей жидкости.

     Достоинства гидропривода в сравнении с электроприводом  в том, что он обладает лучшими  массогабаритами, обеспечивает плавное  регулирование скорости в широком  диапазоне изменения скоростей, обеспечивает легкое соединение с механизмами  поступательного движения, хорошее  качество переходного процесса, но уступает в быстродействии, создает  больший уровень шума. Достоинства  гидропривода в сравнении с пневмоприводом: обеспечивает большие усилия на выходном звене, выше точность позиционирования, меньше шума при работе, лучше качество переходного процесса, а недостатки – менее экологичен, уступает по взрывоопасности.

Объемные  гидропередачи на колесных и гусеничных машинах имеют следующие преимущества перед механическими трансмиссиями:

— бесступенчатое регулирование скорости передвижения;

— плавную  передачу крутящего момента;

— возможность  исключения коробки передач и  всей механической трансмиссии (карданный  вал, задний мост, бортовые редукторы);

— свободную  компоновку агрегатов гидропередачи  на машине;

— простоту реверсирования и легкость автоматизации  управления скоростью движения и  реверсированием;

— возможность  торможения без использования двигателя и специальных тормозных устройств;

— простоту устройств предохранения двигателя  от перегрузок;

— стабильный крутящий момент при малой угловой  скорости;

— широкую  унификацию гидрооборудования.

Это позволяет  на 25—30% повысить производительность мобильных машин, а долговечность  их при работе на номинальных режимах достигает 10000 ч.

Объемные  гидропередачи применяются на погрузчиках, автогрейдерах, экскаваторах, колесных и гусеничных тягачах, катках, тракторах, комбайнах и других машинах.

Цель  данной курсовой работы разработать принципиальную схему и работу гидропривода манипулятора. Изучить его возможности и условия оптимальной эксплуатации. 

Принципиальная  гидравлическая схема манипулятора.

Одним из основных параметров работы погрузочных  устройств манипуляторного типа, предназначенных для выполнения сортировочных и погрузочно-разгрузочных операций на лесопромышленных складах, является их зона действия.  Зона действия манипулятора – пространство, в  котором совершаются действия по перемещению круглых лесоматериалов. Контур зоны действия и ее объем  полностью определяются кинематическими  параметрами гидравлического манипулятора, такими как главная кинематическая цепь, (число подвижных элементов  и способов их сопряжения), а также  величиной и соотношением длины  ее элементов, установочных углов между  ними и углов их относительного поворота.

Манипуляторы  широко применяются в коммунальной, лесозаготовительной, строительной спецтехники.

Гидросистема  включает в себя гидробак 1, аксиально-поршневой нерегулируемый насос 10, секционного распределителя 4, гидроцилиндра стрелы 5, гидроцилиндра рукояти 6, гидроцилиндра захвата 7, гидрозамка 2, дросселя с обратным клапаном 3, фильтра 8, манометра 9. 

 

3. Расчёт гидравлического привода

3.1. Определяем сумму моментов от веса всех элементов манипулятора относительно точки «О». 
 

3.2. Определяем, момент от гидроцилиндра стрелы относит точки «О» 

где F-усилие на гидроцилиндре стрелы. 

Выразим F, получим: 

3.3. Определим диаметр гидроцилиндра стрелы: 

Выразим из формулы диаметр гидроцилиндра: 

Принимаем p=16 МПа. 
 

Принимаем гидроцилиндр D=100 мм; d_ш=50 мм

Корректируем  давление согласно диаметру выбранного гидроцилиндра: 
 

3.4. Определим подачу насоса: 
 

Переведём в  л/мин:

3.5. Определим рабочий объем насоса: 

n=1440 об/мин (электропривод)

η_об=0.97 –объёмный КПД насоса

3.6. Подберем насос. 

Нашим требованием  удовлетворяет насос нерегулируемый аксиально-поршневой насос типа 210.25

q_н=107 см³; n=1400 об/мин; N=46,8 кВт

4.1. Выбираем типоразмер направляющей и регулирующей гидроаппаруры. Подбор осуществляется по номинальному давлению и подаче насоса. Выбираем трёх секционный распределитель марки Р-20, который включает в себя:

- напорную секцию;

- три  рабочие секции;

- сливную  секцию.

Напорная  секция включает в себя предохранительный  и обратный клапан.

Рабочая секция, трехпозиционная, с двумя  запертыми отводами. Нагнетательная линия соединена с баком при  нейтральном положении золотника. Золотник имеет автоматическую фиксацию в нейтральном положении и  пружинный возврат из положений  «подъём» и «опускание».

4.2. Клапаны: Используем предохранительный клапан который устанавливаем в напорной секции распределителя.

4.3. Фильтр устанавливаем в сливную линию, подбираем его по расходу и тонкости фильтрации. Этим требованием удовлетворяет фильтр 1.1.32-25.

4.4 Гидрозамок 61600.

5. Объем бака выбираем из расчета минутной производительности насоса.

Q=0.00117 м³/с 

 
Принимаем объем бака по (ГОСТ 12448-80) V=100л. 
 
 

6. Рассчитываем диаметры трубопроводов

Задаёмся скоростями потока в трубопроводах:

в напорном-4 м/с

в сливном-2 м/с

во всасывающем-1 м/с

Рассчитаем диаметр  труб нашего трубопровода; м 

где v – скорость в напорном трубопроводе, м/с; 
 
 

В соответствии с ГОСТ 16516-80 выбираем стандартный  диаметр:  

Теперь  уточним действительные скорости потока жидкости в трубопроводах 
 
 

7. Расчёт гидроцилиндра стрелы

Рассчитываем  толщину стенки гидроцилиндра 

Где G- допустимое напряжение на растяжение

 µ- коэффициент  Пуансона (µ=0.29)

Р_у- давление 

8. Рассчитаем потери давления в напорном трубопроводе.

Потери давления в трубопроводе суммируются из:

- потерь на  трение по длине трубопровода (прямые участки труб);

- потерь на  преодоление местных изгибов  (колено, изгиб).

Потери  давления в гидрооборудовании можно  определить простым суммированием  без расчета потерь в гидроаппаратах, встречающихся по ходу напорного  трубопровода. В этом случае потери даны в технических характеристиках.

Путевые потери давления жидкости: 

где λ – коэффициент  сопротивления трения;

ρ – плотность  жидкости (ρ=870 кг/м³ масло АМГ-10).

При ламинарном движении жидкости (Re < 2300): 

При турбулентном движении жидкости (Re > 2300): 
 

Где ν – коэффициент  вязкости, зависит от температуры (в  нашем случаем принимаем температуру  рабочей жидкости 20°С).

Турбулентный  режим:  

1) Потери на первом участке  l₁=4,5м: 

Потери на втором участке l₂= 6м: 

Потери на участке  l₃=2.5м: 
 

Общие путевые  потери в напорном трубопроводе 

Местные потери в изгибах трубопровода определяем по формуле: 

где ξ –  коэффициент сопротивления:

- для гидрораспределителя  = 0.5

- для изгиба  трубопровода по углом 90° =0.03

-для изгиба трубопровода по углом 120⁰=0.014

для изгиба трубопровода по углом 45⁰=0.045 

Потери в  гидрораспределителе: 

Потери в изгибах на первом участке 3 изгиба под 45⁰: 

Потери в изгибах на втором  участке 3 изгиба под 90⁰ 

Потери в изгибах на третьем  участке 3 изгиба под 120⁰ 

Общее количество местных потерей составит: 
 

В итоге суммируем  путевые и местные потери, получим  общие потери в напорной гидролинии нашего гидропривода: 
 
 
 
 

9. Вывод:

При проектировании самоходных гидрофицированных машин  необходимо знать потери давления рабочей  жидкости, так как они позволяют  установить эффективность спроектированного  гидропривода и определить предел его  работоспособности при низких температурах.

Гидросистема  считается оптимально спроектированной, если потери давления не превышают 6% от номинального давления насосов. 
 

 

Список  используемой литературы

1. С. В. Каверзин. Курсовое и дипломное проектирование по гидроприводу самоходных  машин: Учеб. Пособие.- Красноярск: ПИК «Офсет», 1997.-384с.
2. Курс лекций  В.Г Мельникова за 2010.г