Передвижной канавный гидроподъемник

     Введение 

     Передвижной канавный гидроподъемник, предназначенный  для вывешивания над осмотровой канавой или подъемником передних или задних мостов легковых автомобилей, а так же отдельных агрегатов автомобиля.

     Подъемник монтируется в осмотровой канаве. Представляет собой гидроцилиндр с ручным приводом (для облегчения заменим электродвигателем). Механизм смонтирован на каретке, катки которой опираются на поперечные балки рамы тележки. Рама тележки устанавливается на направляющие швеллеры, закрепленные на продольных стенках канавы. Таким образом, механизм можно перемещать вдоль и поперек канавы. В зависимости от рода выполняемой работы, на плунжер подъемника насаживают либо захват, служащий для упора в ось (раму) автомобиля, либо универсальное быстро налаживаемое приспособление для удерживания агрегатов автомобиля. Прототип - модель П-113 передвижного канавного гидроподъемника приведен на рисунке 1. 

      1. Техническое задание 

     Разработать передвижной канавный гидроподъемник, предназначенный для выполнения работ по поднятию автомобиля, а также его отдельных агрегатов рассчитанных на грузоподъемность 1 т.

     Технические характеристики.

     Тип подъёмника – гидравлический, одноплунжерный, канавный, передвижной;

     Грузоподъемность  – 1т;

     Максимальный  ход плунжера – 600 мм;

     Колея тележки – 1100 мм;

     Максимальные  поперечные перемещения – 580 мм.

     Технические требования.

     Конструкция подвижного канавного гидроподъемника  должна обеспечивать его передвижение по длине и по ширине канавы, а также поднятие и опускание груза. Трущиеся поверхности, шарниры должны быть смазаны солидолом, а сам подъемник - покрашен.

     Конструкция технических составляющих гидравлической системы, электрооборудования и других составляющих частей должна производиться без демонтажа.

     Условия эксплуатации:

     Передвижной канавный гидроподъемник используется внутри помещения.

     Требования  безопасности:

     Конструкция и компоновка элементов гидроподъемника  в части требований к безопасности должны соответствовать ГОСТ 12.2 820-88 "Требования к транспортировке, хранению и консервации".

     Конструкция гидроподъемника должна предусматривать  возможность транспортировки автомобильным, железнодорожным, водным и воздушным  транспортом.

     Гаражный  срок хранения - 12 месяцев.

     Консервация при хранении должна производиться  в соответствии с ГОСТ 9.014-78. 
 
 
 
 
 

     2. Расчет координат  центра масс и  реакций на колёсах  автомобиля. 

     Расчет  координат центра масс и реакций  на колёсах автомобиля необходимы для дальнейшего расчета электрогидравлического подъемника оценки устойчивости автомобиля и др.

     Исходные данные:

     Расчётная схема для определения координат  центра масс и статических нагрузок на оси ходовой части автомобиля представлена на рисунке 2, где указаны  силы, действующие на автомобиль и  расстояния до этих сил в системе  координат.

     Исходные  данные по автомобилю представлены в таблице 1.

     Автомобиль  – ВАЗ-2107. 

     Таблица 1

     Рис. 2. Расчетная схема определения  координат центра масс и статических  нагрузок на оси ходовой части автомобиля ВАЗ-2107.

     1. Определим суммарные значения  массы m=∑m_i и произведений ∑m_i·x_i и ∑m_i·y_i. Полученные данные сведём в таблицу 2. 

     ∑m_i = 412+98+82+15+173+75+75+55 = 985 кг

     ∑m_i·x_i = 494,40+198,44+44,40+36,33+87,75+87,75+151,25 = 1100,32 кг·м

     ∑m_i·y_i = 263,68+33,32+27,88+8,55+100,34+42,75+46,5+18,15 = 541,17 кг·м 

     Таблица 2

     2. Определяем координаты центра  тяжести масс по соотношениям: 

     X_С = ∑m_i·x_i / ∑m_i = 1100,32/985=1,12 м

     Y_С = ∑m_i·y_i / ∑m_i =541,17/985=0,55 м 

     3. Вычисляем нормальную нагрузку R_k2 (H), действующую на задний мост автомобиля из уравнения моментов действующих сил относительно оси передних колес: 

     ∑М_К1=0,

     G·X_С - R _k2·L = 0, откуда

     R _k2 = G·X_С/L = mgX_С/L = 985·9,81·1,12/2,42 = 4472,06 H 
 

     4.  Определяем нормальную нагрузку R_Кl(H), на переднюю ось автомобиля из уравнения моментов действующих сил относительно оси задних колёс: 

     ∑М_К2 = 0,

     G·(L - X_С) – R_k1L = 0, откуда

     R_k1 = G·(L – X_С)/L = mg·(L – X_С)/L = 985·9,81·(2,42 – 1,12)/2,42 = 5190,79 Н 

     3. Прочностной расчет  исполнительного  механизма. 

     Исходные данные:

     Нагрузка: Р = 1000 кг = 1000·9,81 = 9810 Н,

     Вылет (длина стержня): l = 500мм,

     Материал: Ст.4,

     Е = 2,1 · 10⁶ (кг/см²) – модуль продольной упругости материала для стали.

     Расчетная схема:

     2. Формула Эйлера: 

     где I_min – минимальный момент инерции площади поперечного сечения стержня;

     µ – коэффициент, учитывающий способ закрепления концов стержня (один закреплён), µ = 2,0. 
 

     3. Определяем минимальный момент  инерции: 

     4. Определяем диаметр штока:

     4. Оценка устойчивости автомобиля. 

     Исходные  данные:

     Подъем  в гору;

     Угол  продольного наклона α₀ = 14°;

     Угол  поперечного наклона α _s = 19°.

1. Определим реакции на передних, задних, правых и левых колесах автомобиля:

     R_K1 = R_A + R_Б = 0,5G(ξ_A + ξ_Б) = 0,5Gξ₁

     R_K2 = R_В + R_Г = 0,5G(ξ_В + ξ_Г) = 0,5Gξ₂

     R_KЛ = R_А + R_В = 0,5G(ξ_A + ξ_В) = 0,5Gξ_лк

     R_KП = R_Б + R_Г = 0,5G(ξ_Б + ξ_Г) = 0,5Gξ_пк 

     где ξ₁, ξ₂, ξ_лк, ξ_пк – коэффициенты перераспределения нормальных реакций. 
 

     2. Определяем момент запаса устойчивости автомобиля: 

3. Определим критический угол устойчивости:

          5. Расчет объемного гидропривода 

     Основными параметрами, характеризующими поток  рабочей жидкости в гидроприводе, является расход и давление. От величины расхода зависит скорость движения выходного звена. Давление жидкости определяется внешней нагрузкой (масса автомобиля), действующей на выходное звено.

     Подберём  параметры гидроцилиндра из условия грузоподъёмности 1000 кг по МН 2255-61.

     Исходные  данные:

     N = 1000 кг – нагрузка;

     L = 400 мм – ход поршня;

     d = 37 мм – диаметр штока;

     D = 80 мм – диаметр цилиндра;

     Ход штока – 1200 мм;

     Максимальное  усилие – 5000 кг;

     Скорость  перемещения штока исполнительного  цилиндра – 10 см/с.

     Подбираем параметры шестеренного насоса типа НШ:

     1. Определяем расход жидкости исполнительного гидроцилиндра, см³/мин 

     2. Исходя из этого выбираем марку насоса НШ-32: 
Рабочий объем – V_H =32 см³/об;

     Частота вращения – n_H = 1200 об/мин;

     Объемный  КПД – η_V = 0,96.

3. Рассчитываем подачу насоса:

     Так как подача насоса больше расхода исполнительного гидропривода Q_H>Q_И, то насос марки НШ-32 подходит для данного гидропривода. 

4. Момент  на валу двигателя:

     где ∆P – перепад давления;

          ηн– полный КПД насоса: 

     где η_мех – механический КПД;

     η_Г – гидравлический КПД.

5. Мощность  насоса:

          6 Выбор электродвигателя 

     1. Определим мощность насоса, кВт: 

      , 

     где ∆Р = 10,8 МПа – перепад давления в гидросистеме;

     Q_H = 36864 см³/мин – подача насоса;

     η_H = 0,857 – КПД насоса.

     2. По мощности и частоте вращения насоса подбираем электродвигатель привода:

     Тип электродвигателя: АО-2-51-2

     Номинальная мощность – 10 кВт;

     Частота вращения – 2900 об/мин;

     Момент  инерции муфты – М_{ин муфт} = 0,08 кг·см²;

     Момент  инерции ротора – М_{ин рот.} = 0,15 кг·см²;

     Коэффициент перегрузки – М_H/М_Д = 1,5. 
 
 

     7. Проверка опасных сечений конструкции 

     Расчетная схема осей каретки:

     Материал  Ст 3

     1. Определяем опасное сечение:

     Нагрузка (Р), на оси каретки, распределена равномерно, значит на одну ось действует нагрузка Р/2.

      Рис. 3-б

Находим реакции  опор и строим эпюру изгибающих моментов М_Х.

     Ось каретки имеет два силовых участка:

1 участок: 0≤Z₁≤L/2  

Q_y1 = P/4 (const)

M_X1 = P/4∙Z₁

при Z₁ = 0  M_X1 = 0

при Z₁ = L/2 M_X1 = P/4∙L/2 
 

2 участок: 0≤Z₂≤L/2

Q_y2 = P/4 (const)

M_X2 = P/4∙L/2

при Z₂ = 0  M_X2 = 0

при Z₂ = L/2 M_X2 = P/4∙L/2

Схема оси и  эпюра изгибающих моментов показана на рис 3-б: 

     Опасное сечение 1-1, где M_X1 = P/4∙L/2, но т.к. ось упрочнена пластиной длиной l₁, то опасным будет сечение по краям этой пластины, где 

     l = 440 мм

     l₁ = 400 мм

             2. Составляем условие прочности при изгибе:

             3. Определяем допускаемое напряжение: 

          _T = 220 H/мм² – предел текучести;

     n_T = 3 – коэффициент запаса прочности.

            4. Из условия прочности определяем размеры поперечного сечения:

     для круглого сечения:

     Расчетная схема осей тележки:

     Материал  Ст- 3

     1. Определение опасного сечения:

     Нагрузка  на пары осей тележки (1-4 и 2-3) распределена равномерно. Величины нагрузки на оси изменяются в зависимости от положения каретки. Будем считать, что вся нагрузка (Р) распределена на одной из пар осей тележки 1-4 или 2-3 (каретка смещена в крайнее правое или крайнее левое положение), а на одну ось, соответственно Р/2.

рис. 4-б

Строим эпюры  изгибающих моментов М_Х.

     Ось имеет один силовой участок:

           0 ≤ Z₁ ≤ L/2 

           Q_y1 = -P/2 (const)

          M_X1 = P/2∙Z

          при Z₁ = 0  M_X1 = 0

     при Z₁ = L  M_X1 = P/2∙L

     Схема оси и эпюры изгибающих моментов показана на расчетной схеме рис. 4-б. Опасным будет сечение, где

      L = 30 мм

          2. Из условия прочности определяем размеры поперечного сечения: 

     для круглого сечения: 

     Принимаем диаметры осей тележки и каретки:

     тележки d = 12 мм;

     каретки d = 17 мм 
 

8. Оценка безопасности  конструкции при  несимметричной установки автомобиля

          Безопасность конструкции передвижного канавочного гидроподъемника при несимметричной установке автомобиля соблюдается. Так как гидроподъемник конструктивно предназначен и может быть использован для поднятия и опускания автомобиля или его отдельных агрегатов в независимости от координат точки (упора) поднятия автомобиля (автомобиль может перемещаться как вдоль, так и поперек оси симметрии автомобиля).

9. Корректирование  размеров деталей  оборудования по  динамической силе при плавном и резком нагружении 

     – при подъёме:

     V = 0,05м/с;t = 0,5c;  

     j = V/t = 0,1м/с²;

     Р_П = Р + Р_И = 500 + 500∙0,1 = 550 Н 

     – при торможении:

     V = 0,05м/с;

     t = 0,01с; 

     j = V/t = 5м/c²;

     Р_Т = Р + Р_И = 500 + 500∙5 = 3000 Н 

     P > Р_Т > Р_П, следовательно,  подобранный нами шток удовлетворяет условиям прочности. 

     10. Инструкция по применению 

     Настоящая инструкция по эксплуатации предназначена  для ознакомления обслуживающего персонала с устройством, порядком работы и основными техническими данными канавного гидроподъемника и служит руководством по хранению, монтажу, эксплуатации, а также технике безопасности при работе с данным изделием.

     1. Техническое описание.

     1.1. Назначение подъемника.

     Канавный  гидроподъемник подземного типа (в  дальнейшем – подъемник) предназначен для подъёма автомобилей собственной массой до 2000 кг на максимальную высоту 700 мм над уровнем пола, при выполнении работ по техническому обслуживанию и ремонту. 
 
 
 

     1.2. Техническая характеристика.

     Техническая характеристика представлена в таблице 1.

     Таблица 1

     2. Описание конструкции и принципа  действия

     2.1. Подъемник состоит из следующих  основных узлов: насосной станции баком, трубопровода, цилиндра в сборе, подъемной платформы с предохранительным устройством.

     Управление  подъемником осуществляется одной  рукояткой блока клапанов. При перемещении рукоятки вверх ее кулачок перемещает толкатель конечного выключателя и включает электродвигатель, приводя в действие шестеренный насос.

     Масло из бака через всасывающий патрубок, на конце которого имеется сетчатый фильтр, насосом нагнетается в блок клапанов.

     Манометр, установленный в блок клапанов, показывает давление масла на нагнетательной линии насоса. При работающем насосе масло, преодолевая сопротивление пружины, открывает обратный клапан и подается по трубопроводу в цилиндр.

     Подъем  и опускание платформы осуществляется только при удержании рукоятки в  верхнем или нижнем положении. При  отпускании рукоятки она автоматически устанавливается в нейтральное положение и подъемник останавливается.

     Для опускания штока подъемника необходимо переместить рукоятку с кулачком вниз, при этом шток перепускного клапана опуститься, открыв тем самым канал, по которому масло из цилиндра по сливной трубе попадет в бак, минуя шестеренный насос.

     При превышении максимальной нагрузки на подъемник и максимального давления в гидравлической системе срабатывает  предохранительный клапан и масло сбрасывается в бак.

     Предохранительный клапан регулируется на начало срабатывания при гидравлическом давлении 12 кг·с /см², что соответствует полному открытию клапана при работающем насосе и давлению, равному примерно 16 кг·с /см². Отверстие, в котором устанавливается предохранительный клапан, снаружи закрыто пробкой.

     2.2. Для подъема автомобиля необходимо:

     – свести между собой попарно балки подхватов;

     – установить автомобиль на рабочей площадке;

     – развести балки;

     – установить подхваты по местам упора в автомобиль и проверить 
правильность их положения;

     – поднять шток с платформой подъемника до упора в кузов автомобиля, а затем незначительно оторвать колеса от земли и проверить правильность расположения подхватов и устойчивость положения автомобиля. Только после этого можно осуществлять дальнейший подъем;