Контрольная работа - Расчет гидродомкрата
Подождите немного. Документ загружается.
Министерство образования и науки Украины
ПГАСА
Кафедра строительных и дорожных машин
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ: "СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА"
НА ТЕМУ: "РАСЧЕТ ГИДРОДОМКРАТА"
Зав. кафедрой СДМ
д.т.н., профессор
Заслуженный изобретатель Украины
Академик АС Украины Хмара Л.А.
Выполнил:
Проверил: к.т.н., доцент Бондаренко Л.Н.
Днепропетровск 2010
1. Общие положения
1.1. Устройство, принцип действия
Схема гидродомкрата с ручным приводом представлена на рис. 1. На рис. 2
показан чертеж автомобильного домкрата. Он прост по устройству, обеспечивает
большой выигрыш в силе, высокий КПД (0,82…0,86). Детали и элементы
конструкции имеют следующие назначение и устройство (см. рис. 1,2).
Грузовой винт 1 с резьбой (1) выкручивается из гайки 2 без нагрузки до
соприкосновения с кузовом. Гайка 2 запрессована в подъемный плунжер 3.
Грузовой винт 1 внизу заклепан (2) для предотвращения полного выкручивания
гайки 2. Вверху он имеет головку (3) с углублениями (4) на опорной поверхности
для увеличения сцепления между грузом и грузовым винтом 1. При рабочем ходе
напорный плунжер 4 диаметром d движется вниз под действием силы Fpl/c, где Fp
– сила рабочего, приложенная на конце рукоятки 5; l и c – плечи рычага. Под
действием давления масла в полости "Д" открывается шариковый клапан (5),
рабочая жидкость поступает по каналам (6) в полость "Б" под подъемным
плунжером 3 диаметром D
η
. При этом шарик 6 клапана (7) прижат к седлу и масло
не может поступать в резервуар "В".
Давление масла в полостях "А" и "Б" одинаково (закон Паскаля). Поэтому за
счет разных диаметров (D
η
>d) достигается большее усилие на подъемном
плунжере 3:
F = F
p
(D
η
/d)
2
∙l/c∙η,
где η=0,93…0,97 – КПД, учитывающий потери на трение плунжеров о гильзы,
трение в шарнирах (8) рычага, внутреннее трение при движении рабочей
жидкости.
Таким образом, в гидродомкрате движение руки рабочего
трансформируется в движение подъемного плунжера 3, причем усилие рабочего
увеличивается в "(D
η
/d)
2
∙l/c∙η" раз за счет гидросистемы и рычага. В "(D
η
/d)
2
∙l/c"
уменьшается путь подъемного плунжера 3 по сравнению с ходом рукоятки 5 под
рукой рабочего.
В холостом ходе напорный плунжер 4 движется вверх рукояткой 5, при
этом открывается шариковый клапан (7) и новая порция масла всасывается из
резервуара "В" в полость "А". В это время шариковый клапан (5) закрыт, что
фиксирует груз в поднятом положении. Цикл может быть повторен, при этом
происходит подъем кузова автомобиля. Для опускания его выкручивается игла 7,
и полость "Б" сообщается с резервуаром "В". Под действием груза масло
вытесняется из полости "Б" в резервуар "В" через проточное отверстие (9).
Скорость опускания регулируется величиной перекрытия проточного отверстия
(9) иглой 7.
Груз может быть остановлен в любом положении по высоте полным
закручиванием иглы 7. Выходу подъемного плунжера 3 из гильзы 8 препятствует
канавка (10), которая открывает доступ масла под давлением через отверстие (11)
в резервуар "В", когда манжета 9 подходит в верхнее положение – дальнейший
подъем груза невозможен.
Отверстие (12), закрытое пробкой 10, служит для заправки гидродомкрата
смазкой и определяет необходимый ее объем для полного проектного хода
подъемного плунжера 3.
В литое чугунное основание 11 закручена гильза 8 на резьбе, уплотненной
резиновой прокладкой 12. Чугунная гайка 13 является направляющей для
подъемного плунжера 3, накручена на резьбу (13) гильзы 8 и прижимает трубу 14
внизу к основанию 11. Резервуар "В" образован между трубой 14 и гильзой 8.
Уплотнение достигается за счет прокладок 15 и 16, а центрирование
осуществляется поясками (14) и (15). Резиновое грязесъемное кольцо 17,
помещенное в канавку (16) гайки 13, снимает частицы с подъемного плунжера 3
при его движении вниз.
Внизу на хвостовике (17) подъемного плунжера 3 установлены
направляющие 18 грязесъемного кольца 19 и одета резиновая манжета 9. Конец
хвостовика 17 расклепан. Резиновая манжета 9 силой упругости благодаря
утолщению (18) препятствует снятию колец 18 и 19 с подъемного плунжера 3.
Диаметр d1 утолщения меньше, чем D`1 посадки колец 18 и 19, что при ремонтах
позволяет заменить эти детали, предварительно сняв резиновую манжету 9 через
утолщение (18).
Корпус 20 ручного насоса закручен на конической резьбе (19), создающей
хорошее уплотнение в основании 11. В корпусе 20 перемещается напорный
плунжер 4, на хвостовике (20) которого через утолщение (21) одета резиновая
манжета 21. Грязесъемное резиновое кольцо 22 удерживается гайкой 23. Деталь
20 является направляющей и поэтому изготовлена из чугуна, а 4 – из стали со
шлифованной высокотвердой поверхностью по диаметру d.
Наклонный и вертикальный каналы (23) сообщают резервуар "В" с
полостью "А". Они сверлятся в основании 11.
Пружина 24 клапана (7) фиксируется расклепыванием (24). Канал (6)
выполнен двумя сверлениями, заглушенными сваркой (25) и (26). Пружина 25
клапана (5) удерживается винтом 26. Игла 7 и основание 11 уплотнены резиновым
кольцом 27, поджатым гайкой 28 через шайбу 29.
В корпусе 30 рукоятки 5, двух тягах 31, основании 11 и напорном плунжере
4 имеются отверстия. Так образованы три шарнира (8). Поверхности (27) и (22) на
деталях 31 и 30 при упирании ограничивают ход рукоятки 5 соответственно вверх
и вниз. Гидродомкрат устанавливается на деревянную доску, для чего во
избежание ее смятия имеет внизу опорную поверхность (28) размерами L1×M1.
2. Указания по проведению примерного расчета гидродомкрата
2.1. Исходные данные и размеры гидродомкрата по высоте
Грузоподъемность F=9kH. Минимальная высота подхвата над полом
L
miη
=200 мм.
Вычисляем минимальную высоту домкрата (грузовой винт 1 и напорный
плунжер 3 находятся в крайнем нижнем положении):
L
gmiη
= L
miη
– L
доски
= 200 – 40 = 160 мм.
Высота подъема напорного плунжера:
Н
n
= L
gmiη
– (60… 100) мм, Н
n
= 160 – 60 = 100 мм.
Высота выкручивания грузового винта:
l
1
= (0,5… 0,7) Н
n,
l
1
= 0,5 ∙ 100 = 50 мм.
Максимальная высота подъема над полом:
L
mах
= L
доски
+ L
gmiη
+ Н
n
+ l
1
= 40 + 160 + 100 + 50 = 350 мм.
Сила рабочего: F
р
= 200 Н
Число двойных ходов рукоятки: К = 50 1/мин.
КПД: η = 0,95
Конструктивно задаемся плечами рычага: l : = 200 мм с: = 30мм.
Диаметр и ход напорного плунжера: d: = 10 мм h= 15 мм.
2.2. Диаметр подъемного плунжера
=
∙
р∙∙η
=10
∙
∙
∙∙,
=26,65 мм.
Принимаем
= 30 мм.
2.3. Давление рабочей жидкости (масла) в системе
Р =
=
∙
,∙
= 12,73 МПа.
2.4. Высота подъема груза за один ход рукоятки (напорного плунжера)
S = h
= 15∙
= 1,66 мм
2.5. Скорость подъема груза
= K ∙ S = 50∙ 1,66 мм = 83,33 мм/мин.
2.6. Ход рукоятки под рукой рабочего
H= h ∙
= 15∙
= 100 мм.
2.7 Расчет грузового винта
2.7.1. Расчет грузового винта на прочность
При подъеме груза винт работает на сжатие. Условие прочности:
σ
сж
=
≤
[
сж
]
Принимаем материал винта сталь 40х с пределом текучести
σ
т
= 5000 МПа
Допустимое напряжение
σ
сж
=
т
[
]
=
= 166 МПа
где
[
]
= 3…5 – коэффициент безопасности для грузовых винтов
Внутренний диаметр по дну впадины:
=
∙
[
ж
]
=
∙∙
,∙
= 8,31 мм.
2.7.2. Расчет грузового винта на устойчивость
Коэффициент безопасности устойчивости:
[
]
´
= 1,25
[
]
= 1,25 3 = 3,75
Критическая сила:
кр
= F
[
]
= 9∙3,75 =33,75 кН
Коэфициент приведения длинны = 2 (считаем, что нижний конец
грузового винта защемлен в гайке, а верхний свободен).
Расчетная длина винта:
= 0,5 180 =90 мм.
Модуль упругости материала винта Е = 2,1∙10
Мпа
Вычисляем диаметр
расчета на устойчивость по формуле Эйлера
=
∙
кр
Е
=
∙
∙
∙,∙
,
∙,∙
= 7,59
2.7.3. Указания по выбору резьбы
Так как грузовой винт выкручивается из гайки до соприкосновения с
кузовом без нагрузки, то можно применить вместо ходовой крепежную
метрическую резьбу. Из двух найденных значений
принимаем большое.
Размер резьбы М 10
= 8,16 мм,
=
=8,36 мм,
=
=9,026 мм, d=
D=10,00 мм, Р = 1,5мм.
2.7.4. Проверка на самоторможение
Для удобства и безопасности применения гидродомкрата (винт не должен
раскручиваться под действием груза) резьба должна удовлетворять условию
самоторможения, т.е. должно быть <
´
. Здесь:
=arctg
= arctg
∙,
,∙,
= 3,03
- угол подъема винтовой линии
по среднему диаметру. n =1- число заходов;
´
= arctg
= arctg
,
= arctg
,
.
=6
40
´
f- коэффициент трения.
Условие самоторможения выполнено.
2.8. Расчет гайки
Принимаем материал гайки сталь 45. Стенку гайки рассчитываем на сжатие.
Условие прочности:
ж
=
(
)
≤
[
сж
]
.
=
[
сж
]
+
=
∙∙
,∙
+ 10
= 13,00 мм.
Принимаем
г
= 16 мм
Толщина стенки:
∆
=
=
=3 мм.
Толщина стенки напорного плунжера 3 в месте посадки гайки:
∆
=
=
=7,0 мм.
Конструктивно должно быть ∆
≥ 7,0 мм.
Диаметр отверстия
в подъемном плунжере 3
= D+2 = 10+2 = 14 мм.
Проверяем на смятие опорную поверхность Е гайки:
м
=
(
)
=
∙
,
(
)
= 91,91 МПа <
[
см
]
=0,4
т
=0,4 ∙ 500= 200 МПа.
Высота гайки Н
г
= zp, где z- число витков резьбы, р – шаг. Значение z
найдем из трех условий, считая, что нагрузка неравномерно распределена по
виткам
Из условия прочности изгибу. Развернем виток резьбы винта и рассмотрим
его как консоль, нагруженную посредине сосредоточенной силой F/z (рис.4), где
Н
1
= 0,543 ∙ Р = 0,543 ∙ 1,5 = 0,8145 мм,
а= 0,750∙ Р = 0,750 ∙ 1,5 = 1,125мм.
Условие прочности изгибу сечения 1-1 витка:
изг
=
М
изг
=
∙
2
6
∙
∙
≤
[
изг
]
,
где
изг
=
[
изг
]
= 120 МПа.
К
= 0,6 – коэффициент неравномерности нагрузки по виткам резьбы,
учитывающий более высокую нагруженность витков, лежащих ближе к нагрузке
F, в нашем случа верхних витков;
К
= 0,88 – коэффициент полноты резьбы, учитывающий отличие по высоте
теоретического профиля от фактического, вызванного неточностью изготовления
и износом.
=
∙
[
изг
]
К
∙К
=
∙∙
∙,
,∙,∙,
∙∙.∙.
= 4,24.
Из условия среза в плоскости 1- 1:
ср
=
∙ ∙
∙
≤
ср
,
где
ср
= 0,2
т
= 0,2 500 = 100 МПа
=
∙
ср
К
∙К
=
∙
,∙,∙,∙∙.∙.
= 4,32.
Из условия смятия опорной поверхности ІІ витка:
см
=
4
(
2−
1
2
)
2
≤
[
см
]
,откуда
=
4
(
2−
1
2
)
2
[
см
]
=
4∙ 9 ∙ 10
3,14(10
− 8,376
) ∙0,6∙ 200
= 3,2.
Из трех найденных Z- выбираем большее и находим:
Н
г
=4,32∙ 2 = 8,64 мм.
Принимаем Н
= 9 мм.
2.9. Расчет гильзы
Гильза нагружена по оси силой F- вызывающей осевое растяжение
кольцевого сечения, ослабленного резьбами на концах. условие прочности:
р
=
(
)
≤
р
.
где
р
= 120 МПа для материала гильзы – сталь 45
=
р
+
+ (4…6)мм =
∙∙
,∙
+ 30
+(4…6)мм = 35,55…37,55 мм.
Добавка 4…6 мм учитывает ослабление сечения резьбы.
Принимаем метрическую резьбу с шагом 2 мм – М36х2.
Внутреннее давление масла Р вызывает растяжение стенки трубы в
тангенциальном направлении.
Используя формулу Лапласа получим:
=
= 12,73
= 63,7 МПа<
= 120 МПа
Длина гильзы
= Н
+ (40…70) мм = 100 + 40 = 140 мм.
2.10. Расчет деталей ручного насоса
2.10.1. Расчет рукоятки
Диаметр рукоятки 5 определяем из условия прочности на изгиб,
рассматривая ее как консольную балку, закрепленную в корпусе рукоятки 30
(рис.2). Длину защемления принимаем
= 50…70мм.
Длину консоли (І-с) берем с запасом.
Условие прочности:
изг
=
М
изг
=
(− )
0,1 ∙
≤
[
изг
]
Рукоятка должна быть изготовлена из нехрупкой. но прочной стали Ст.5 (
т
= 260 МПа).
Допускаемое напряжение на изгиб
[
изг
]
=
[
]
=
260
1,2
= 216 МПа
где
[
]
= 1,2…1,5 – коэффициент безопасности для неответственных
деталей.
Тогда:
=
(
)
,
[
изг
]
=
()
,∙
= 11,63 мм.