Проект установки для стряхивания шишек хвойных пород деревьев

2.2 Проектирование гидропривода захвата и улавливателя

2.2.1 Выбор гидрораспределителя

 

Исходя из давления в гидросистеме Р=14 МПа и технической характеристики насоса, подбираем гидрораспределитель.

 

Таблица  2.2.1 – Техническая характеристика насоса.

Марка насоса	Раб. объем	Подача, л/мин	Давление нагнетателя  МПа	Частота вращ. Об/мин	Мощн. насоса, кВт	КПД
						Объем-ный	Пол-ный
НШ 100-3	98,8	139,3	14	1500	42,8	0,94	0,85

 

Для данного гидропривода выбираем гидрораспределитель золотниковый реверсивный, с ручным управлением.

 

Таблица 2.2.2 – Технические характеристики гидрораспределителя.

Типо размер	Макс. расход, л/мин	Номинальное давление, МПа	Максим. давление, МПа	Давление предохранительного клапана, МПа
Р80-2/1	120	14	17,5	14,5

 

2.2.2 Расчёт потерь напора в системе гидропривода

 

Суммарные потери давления в гидросистеме гидропривода ∆Р определяются по формуле [7]:

 

∆Р =∑∆Р_тр+ ∑∆Р_м+∑∆Р_г, (2.2.1)

 

где  ∆Р_тр – потери давления при трении движущейся рабочей жидкости в трубопроводах, МПа;

∆Р_м – потери давления в местных сопротивлениях трубопроводов, МПа;

∆Р_г – потери давления в гидроаппаратуре, МПа.

 

Потери давления на трение определяются по формуле:

 

, (2.2.2)

 

где    γ – объемный вес рабочей жидкости, Н/м³;

λ – коэффициент сопротивления  трения;

D_у – внутренний диаметр трубопровода, м;

 l – длина участка трубопровода без местных сопротивлений, м;

υ – скорость движения рабочей  жидкости на рассматриваемом участке, м/с;

g – ускорение свободного  движения, м/с².

 

Для определения коэффициента сопротивления трения предварительно определяется число Рейнольдса:

 

,                                                (2.2.3)

 

где   – коэффициент кинематической вязкости жидкости, м²/с.

 

 

При числах Рейндсольса 2300<Re>10000 режим движения является переходным, отсюда коэффициент сопротивления для стальных шероховатых труб равен:

                       (2.2.4)

 

где ∆ - высота выступов шероховатости, м,для стальных труб ∆ =4×10^-5м.

 

 

 МПа

 

 

Потери давления в местных  сопротивлениях определяются по формуле [7]:

 

,                                   (2.2.5)

 

где    ζ – коэффициент местного сопротивления;

b – поправочный коэффициент, при переходном и турбулентном движениях b=1.

 

Для колена 45^о ζ=0,42, а для колена с закруглением на 90⁰ ζ=1,2.

 

 

Потери давления в гидроаппаратуре определяются суммой потерь в аппаратуре:

 

∑∆Р_г=0,3+0,15+0,4=0,85 МПа

 

∆Р=0,0248+0,0565+0,85=0,93 МПа

 

2.2.3 Определение КПД гидропривода

 

Полный КПД гидропривода определяется по формуле [7]:

 

η = η_г η_о η_м, (2.2.6)

 

где    η_г – гидравлический КПД;

η_о – объемный КПД;

η_м – механический КПД.

 

Гидравлический КПД гидропривода, учитывающий гидравлические потери в насосе, гидродвигателе, трубопроводе и определяется по формуле:

 

, (2.2.7)

 

где   Р_н – давление, развиваемое насосом, МПа;

Р_ц – давление, в цилиндре, МПа.

 

 

Объемный КПД гидропривода, учитывающий потери жидкости в насосе, гидроцилиндре, трубопроводе и определяется по формуле:

 

, (2.2.8)

 

где Q_н – подача насоса, л/мин;

∆Q – общие потери жидкости, л/мин.

 

Общие потери жидкости в  гидросистеме складываются из утечек в насосе, в цилиндре гидродвигателя, в золотнике:

 

∆Q=σ_н Р_н + σ_ц Р_ц + σ_з Р_з,                               (2.2.9)

 

где    σ_н – удельная утечка жидкости в насосе, σ_н=5 см³/мин на 0,1 МПа;

σ_ц – удельная утечка жидкости в цилиндре гидродвигателя, σ_ц=0,15 см³/мин на 0,1 МПа;

σ_з – удельная утечка жидкости в золотнике, σ_ц=0,15 см³/мин на 0,1 МПа;

Р_н – рабочее давление, развиваемое насосом, МПа;

Р_ц – давление в гидроцилиндре, МПа;

Р_з – давление в золотнике, МПа.

 

∆Q=0,05^.14+0,0015^.13,07+0,0015^.14=0,74 л/мин.

 

 

Механический КПД гидропривода, учитывающий потери мощности на преодоление  сил трения в сальниках, манжетах, цилиндрах насоса и гидродвигателя и определяется по формуле:

η_м= η_мн η_мц,,                                         (2.2.10)

 

где   η_мн – механический КПД насоса, η_мн=0,99

η_мц – механический КПД гидродвигателя, определяемый по формуле:

 

, (2.2.11)

 

где    Т_тр – суммарное усилие трения в гидроцилиндре, Н;

Р_п – давление, воспринимаемое поршнем гидроцилиндра, МПа.

 

                                                (2. 2.12)

 

 

                                       (2.2.13)

 

где   – диаметр уплотнительного соединения, м;

– ширина рабочей части манжеты, м;

– рабочее давление, МПа;

– монтажное давление, составляющее 0,2…0,5 МПа;

– коэффициент трения, равный для резины 0,1…0,13.

 

 

 

Механический КПД гидропривода

 

η_м=0,99^.0,97=0,96

 

Полный КПД гидропривода

 

η =0,93^.0,99^.0,96=0,88

 

2.2.4 Определение усилия развиваемого гидроцилиндром

 

После определения потерь давления в системе гидропривода и действительного давления в  гидроцилиндре, можно рассчитать силу, передаваемую поршнем гидроцилиндра  рабочему органу [7]:

 

                            (2.2.14)

 

где - механический КПД привода.

 

 

2.2.5  Определение скорости выдвижения штока захвата

 

Скорость выдвижения штока захвата при средних оборотах двигателя n=1000 об/мин., определяется по формуле:

                         (2.2.15)

 

где   – производительность насоса при n=1000 об/мин;

 – ход поршня, м, =0,2 м;

– оббьем гидроцилиндра, м³;

 – число параллельно соединенных гидроцилиндров.

– объемный КПД гидропривода, =0,99.

 

Оббьем гидроцилиндра  захвата определяется по формуле:

 

                                (2.2.16)

 

 м³

 

 

Производительность насоса при n=1000 об/мин определяется по формуле:

 

                                     (2.2.17)

 

где   – рабочий оббьем насоса, =98,8 см³;

– объемный КПД насоса, =0,94.

 

   м³/с

 

м/с

 

2.3 Расчет на прочность пальца крепления гидроцилиндра к кронштейну рамы

 

Рисунок 2.3.1 – Расчетная схема пальца

 

2.3.1 Расчет по условию  прочности на срез

 

Расчет по условию  прочности  на срез определяется по формуле [8]:

 

                                 τ_ср = ≤ [τ_ср],                                    (2.3.1)

 

где   А_ср – площадь среза в соединении, мм²;

[τ_ср] – допускаемое напряжение на срез, МПа, для стали 45 по ГОСТ 380-71  [τ_ср] =100МПа;

Q – сила действующая на палец, кН, принимаем Q = 39 кН.

 

Площадь среза в соединении А_ср , мм², определяется по формуле

 

                                       А_ср = k ,                                      (2.3.2)

 

где  k – количество площадей среза у одного пальца;

d – диаметр пальца, мм.

k = 2; d = 25 мм.

 

Исходя из формулы площади  среза, условие  прочности на срез определяется по формуле 

                           τ_ср = ≤ [τ_ср],                                     (2.3.3)

 

τ_ср =

= 39,7 МПа < 100 МПа

 

Условие прочности на срез выполнилось.

 

Определим допустимую силу, действующую на палец из условия прочности на срез

 

τ_ср =

≤ [τ_ср],

 

                               [Q] ≤ ,                                      (2.3.4)

 

[Q] =

= 98,1 кН

 

По данному расчету  можно приложить на палец силу Q =98,1 кН.

 

 

 

2.3.2 Расчет пальца на смятие

 

Расчет пальца на смятие определяется по формуле, [8]:

                         

  σ_см = ≤ [σ_см],                            (2.3.5)

 

где    F – сила нагрузки на палец, Н;

[σ_см] - допускаемое напряжение на смятие, МПа, для стали 45 по ГОСТ 380-71  [σ_см] = 320 МПа;

- минимальная длина участка смятия пальца, мм.

 

σ_см =

= 130 МПа > 320 МПа

 

Условие прочности на смятие выполняется.

 Допустимая сила нагрузки на палец из условия прочности на смятие, определяется по формуле:            

         

                              [F] ≤ [σ_см] δ_min d ,                                   (2.3.6)

                                 

[F] = 320

12 25=96 кН

 

2.3.3 Проверка прочности  кронштейна на разрыв

 

Проверка прочности кронштейна на разрыв осуществляется по формуле:

 

   σ_р = ≤ [σ_р],                                      (2.3.7)

 

где    А_НЕТТО – площадь детали, мм²;

[σ_р ] - допускаемое напряжение на разрыв, МПа, для стали 45 по ГОСТ 380-71  [σ_р] = 140 МПа.

Рисунок 2.3.2 – Расчетная схема кронштейна рамы

 

Площадь сечения разрыва определяется по формуле:

 

                         А_НЕТТО = b δ,                                          (2.3.8)

 

А_НЕТТО = (50-25)

12=300 мм²

 

σ_р =

= 130 МПа > 140 МПа

 

Условие прочности на разрыв выполняется.

Допустимая сила нагрузки на кронштейн, кН, определяется по формуле

 

                                [F] ≤ А_НЕТТО [σ_р],                                       (2.3.9)

 

[F] = 300

140 =42 кН

 

Вывод: Воспринимаемая нагрузка пальцем и кронштейном крепления гидроцилиндра к раме удовлетворяет всем условия прочности.

 

2.4 Определение усилия развиваемого вибратором