1.9 Расчет и подбор сечения стрелы

Стрела выполняется в виде коробчатого сечения из Стали Ст5 [σ_ИЗГ]=140МПа.

На рисунке 7 изображена расчетная схема стрелы.

Рисунок 7 – Расчетная схема стрелы

G_ГР – номинальный вес груза, кН; G_секции – вес І, ІІ, ІІІ секции стрелы 0,5 кН, 1кН, 1,5 кН соответственно; Р – сила от действия гидроцилиндра удерживающая стрелу, кН.

Определим изгибающие моменты относительно каждой секции

; (27)

; (28)

; (29)

кН·м;

кН·м;

кН·м.

Расчет коробчатого сечения ведется по максимальному изгибающему моменту, для определения толщины стенок отдельно взятой секции. Расчетная схема сечения изображена на рисунке 8.

Рисунок 8 – Расчетная схема коробчатого сечения

, (30)

, (31)

где S – толщина стенки, мм;

H – высота, мм;

B – ширина, мм.

Для секции І: S=5мм, H=50мм, B=40мм, следовательно W=14166 мм³

МПа.

Для секции ІІ: S=5мм, H=74мм, B=66мм, следовательно W=33546 мм³

МПа.

Для секции ІІІ; S=6мм, H=105мм, B=90мм, следовательно, W=78750 мм³

МПа.

1.10 Расчет механизма подъема стрелы

Д ля расчета принимается наиболее неблагоприятный случай – максимально выдвинутая по горизонтали стрела с грузом на крюке соответствующим для данного вылета (принимаем по прототипу). При высоте подъема Н=5 м – длина стрелы принимается L₁=3,8 м. При данной длине стрелы при вылете L=3,6 м грузоподъемность составляет Q=0,5 т. Составим схему для определения усилия на выходном звене гидропривода.

Рисунок 9 – Схема для определения внешней нагрузки на выходном звене.

Составим уравнение моментов относительно т. 0

∑М₀=0 G_стр∙l_стр+G_кр+гр∙l_гр-Т∙l_т=0, (32)

где G_стр – вес стрелы, Н;

G_кр+гр – вес крюковой подвески и груза, Н;

Т – усилие гидроцилиндра, Н;

l_стр – плечо до центра тяжести стрелы, м;

l_гр – плечо до центра тяжести груза, м;

l_т – плечо до оси движения гидроцилиндра, м.

Выразим из этого уравнения искомое усилие Т, кН

Т= ; (33)

Т= =67097 Н;

Т=67,1 кН.

Определим внутренний диаметр гидроцилиндра D, м, по формуле

D = , (34)

где Р_ном=16,0 МПа – давление жидкости в напорной магистрали;

Р_сл=0,3 МПа – давление жидкости в сливной магистрали;

η_мех=0,85÷0,95 – механический КПД гидроцилиндра.

D= =0,078 м.

Диаметр штока гидроцилиндра d, м определяется из соотношения

=0,3÷0,7, (35)

откуда

d=(0,3÷0,7)∙D, (36)

d=(0,3÷0,7)∙0,078,

d=0,023÷0,055 м.

Принимаем гидроцилиндр Ц80.250.160.001-II.

D=80 мм, d=40 мм, ход поршня l=200…800 мм.

После расчета гидроцилиндра, пересчитаем усилие, развиваемое на штоке гидроцилиндра при подаче жидкости в поршневую полость по формуле

Т= ∙ , (37)

Т= ∙(16,0∙10³-0,2∙10³)∙0,9=70,345 кН.

Полезная мощность на штоке силового гидроцилиндра , Вт определяется по формуле

= , (38)

где – скорость перемещения штока, м/с;

η_ц=0,95÷0,98 – общий КПД гидроцилиндра.

= =3795,39 Вт.

При расчете мощности насоса, приводящего в действие гидродвигатели, учитываются возможные потери давления и подачи в гидросистеме коэффициентами запаса по усилию и скорости , Вт и определяется по формуле

=К_у∙К_с∙ , (39)

где К_у=1,1÷1,2 – коэффициент запаса по усилию;

К_с=1,1÷1,3 – коэффициент запаса по скорости;

– полезная мощность гидропривода, Вт.

=1,15∙1,15∙3795,39=5019,4 Вт.

Требуемая подача насоса в гидросистему , м³/с определяется по формуле

= , (40)

= =2,99∙10^-4 м³/с.

Действительное значение скорости поршня гидроцилиндра при выталкивании υ₁, м/с определяется по формуле

υ₁= , (41)

где η_оц=0,98÷0,99 – объемный КПД гидроцилиндра;

υ₁= =0,045 м/с.

Выбор конкретной марки насоса производится по рабочему объему , м³/об, расчетное значение которого вычисляется по формуле

= , (42)

где – угловая скорость вала насоса, об/с;

η_он – объемный КПД насоса.

= =9,44∙10^-6 м³/об.

По полученному значению рабочего объема предварительно выбираем в качестве основного гидронасоса системы – насос шестеренного типа НШ-10 техническая характеристика которого, приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Техническая характеристика шестеренного насоса НШ-10.

Показатели	Марка насоса
	НШ-10
Рабочий объем,	10
Давление на выходе, МПа:
номинальное	16
максимальное	20
Давление на входе, МПа:
минимальное	0,08
максимальное	0,15
Частота вращения, об/мин
номинальная	2400
минимальная	960
максимальная	3000
Номинальная мощность, кВт	7,5
КПД: объемный	0,92
механический	0,9
общий	0,82
Масса, кг	2,48

Действительная подача насосной установки Q_н, м³/с определяется по формуле

Q_н=z₁∙q_н∙ω_н∙η_он, (43)

где z₁ – число насосов;

q_н – значение рабочего объема выбранного насоса, м³/об;

ω_н – номинальная частота вращения выбранного насоса, принимается равной частоте вращения приводного вала, об/с;

η_он – объемный КПД выбранного насоса.

Q_н=1∙10∙10^-6∙25∙0,92=2,3∙10^-4 м³/с.

При одновременной работе гидромотора механизма подъема груза и механизма подъема стрелы подача уменьшается вдвое, поэтому частота вращения гидромотора определяется по формуле

ω_м= ; (44)

ω_м= =78,5 1/с.

Скорость выдвижения штока гидроцилиндра подъема стрелы будет составлять

υ^`= =0,02 м/с.

Полезная мощность гидропривода при одновременной работе гидромотора подъема груза и гидроцилиндра подъема стрелы , Вт определяется по формуле

= + , (45)

= + =8744,1 Вт.

Вывод: для обеспечения режима одновременной работы механизмов подъема груза и подъема стрелы, как самый максимально нагруженный, выбранный гидронасос НШ-32У.

Таблица 2 – Техническая характеристика шестеренного насоса НШ-32У.

Показатели	Марка насоса
	НШ-32
Рабочий объем,	31,5
Давление на выходе, МПа:
номинальное	16
максимальное	20
Давление на входе, МПа:
минимальное	0,08
максимальное	0,15
Частота вращения, об/мин
номинальная	1820
минимальная	1200
максимальная	2400
Номинальная мощность, кВт	17,6
КПД: объемный	0,94
механический	0,91
общий	0,83
Масса, кг	6,4