KONSTRUKTION AV HYDRAULSYSTEM FÖR LASTBILSKRAN

Transkript

1 Linköpings Uniersitet Konstruktionsuppgift 1(7) KONSTRUKTION AV HYDRAULSYSTEM FÖR LASTBILSKRAN Konstruktionsuppgift i kursen Fluidmekanisk Systemteknik för M3, läsåret 2014

2 Linköpings Uniersitet Konstruktionsuppgift 2(7) Introduktion och anisningar för konstruktionsuppgift i Konstruktionsuppgiften har som målsättning att belysa några a de problem som ingenjörer ställs inför id konstruktion a hydrauliska styrsystem för lastbilskranar. Arbetets målsättning är att ge träning i problemlösning som har samband med hydraulisk systemkonstruktion. Den aktuella lastbilskranen är a fabrikat HIAB, som är en a de ärldsledande tillerkarna a kranar. Du skall alltså arbeta med en erklig maskinprodukt och behandla problem som är synnerligen realistiska med aseende på systemkonstruktion och -uteckling. Uppgiften kommer att introduceras den 30 januari För att arbetet skall löpa så smidigt som möjligt har i infört några få men iktiga anisningar: I. Allmänna kra: Konstruktionsuppgiften genomförs i grupper om tre (3) teknologer, eentuellt kan en grupp bestå a tå (2) studenter. Varje grupp anmäler sig på lista som kommer att finnas tillgänglig på kurshemsidan. Samtliga personer som skall göra konstruktionsuppgiften måste ara anmäld på listan senast måndagen den 5 februari 2014 d..s. id lektionstillfället efter att konstruktionsuppgiften introduceras. II. Rapportkra: Välstrukturerad och älskrien rapport. Fullständiga lösningar skall redoisas. Excel- eller Matlab-filen ska bifogas rapporten. Rapporten får lämnas in högst tå gånger, d..s. endast en komplettering. Eentuell retur skall lämnas in enligt sista returdatum som anges id retur. Samtliga medlemmar i gruppen måste underteckna rapporten. Anänd det försättsblad som tillhandahålls a assistenterna. Samtliga inlämningar ska skickas/lämnas till respektie assistent. III. Tänk på rimligheten i alla beräkningar. I rapporten ska diskussion ingå angående al a system och komponenter. Vid problem och frågor under arbetets gång hänisas främst till lektioner i kursen. I örigt får ni kontakta lärare och gruppassistenter i kursen. Inlämnings- och arapporteringstillfällen: Delrapport 1: Senast måndagen den 17 februari 2014 ska rapportens delar angående lyft- och sänkrörelsens mekaniska funktion skickas/lämnas in ilket innebär att kraft, cylindertryck, lyfthöjd och flöde ska ara beräknade. Delrapport 2: Senast måndagen den 3 mars 2014 ska rapportens delar om ilken styrprincip som alts, d..s. schematisk skiss på systemet skickas/lämnas in. Inlämning slutrapport: Senaste inlämningsdag för rapporten är söndagen den 16 mars 2014.

3 Linköpings Uniersitet Konstruktionsuppgift 3(7) KONSTRUKTION AV HYDRAULSYSTEM FÖR LASTBILSKRAN I lastbilskranar anänds uteslutande hydraulik för att styra lyft-/sänkrörelse. Med hydraulcylindrar erhålls en kompakt och med aseende på lyftkapacitet effekti systemlösning. Goda styregenskaper är ytterligare moti för att älja en hydraulisk systemlösning. Den kran som skall studeras i uppgiften är a ikarmstyp. Kranen består i princip a tre mekaniska delar, ilka enligt figur 1 är kranpelare, lyftarm och ipparm. Den ertikala kranpelaren innehåller en sängfunktion så att lasten kan roteras i horisontalplanet. A figuren framgår äen att ipparmen har en teleskopfunktion som medger ändring a armens längd. Figur 1: Vikarmskran och dess huuddelar. FÖRUTSÄTTNINGAR Uppgiften består i att konstruera ett hydraulsystem för att styra lyftarm och ipparm hos en lastbilskran a ikarmstyp. Kranpelarens sängfunktion och ipparmens teleskoprörelse behandlas inte i denna uppgift. Hydraulsystemet skall dimensioneras för att lyfta en last med totala massan m t en sträcka h på tiden t. Vid systemkonstruktionen skall energiförbrukning liksom säkerhetsaspekter id lastsänkning beaktas. KRANGEOMETRI OCH LASTSPECIFIKATION I figur 2 isas en principskiss a kranen med inlagda parametrar för geometribeskrining och laströrelse.

4 Linköpings Uniersitet Konstruktionsuppgift 4(7) Figur 2: Kranstruktur och dess parametrar. Enligt Figur 2 är kranen belastad med en massa M t, som antas koncentrerad till kranspetsen. Lyftrörelsen är rent ertikal och sker från utgångsläget Z 1. Vid läget Z 2 har lyfthöjden h uppnåtts. Lyftarmen är i figur 2 markerad med längden L 1 och ipparmen med längden L 2. Båda armlängderna antas ara konstanta. Krangeometrin definieras i örigt a armarnas inkellägen relatit horisontalplanet, θ 1 och θ 2 samt häarmar för cylindermoment kring kranarmens ledpunkter, e 1 och e 2. Hydraulcylindrarnas kolhastigheter betecknas p1 respektie p2. Aktuella ärden på relatia cylinderhastigheter ( p / p0 ), cylindrarnas momentarmar (e) samt inklar (θ) för kranarmen isas i Figur 3 till 5. Figur 3: Relatia cylinderkolhastigheter id ertikal lyftrörelse.

5 Linköpings Uniersitet Konstruktionsuppgift 5(7) Figur 4: Häarmar för moment från cylindrarna (ertikal lyftrörelse). Parameterärden Figur 5: Vinkellägen för kranarm (ertikal lyftrörelse). De gina grundparametrarna, ars ärden finns på kurshemsidan (unika ärden för arje grupp), är följande: Lastens totalikt: M t = kg Lyftarmens längd: L 1 = m Vipparmens längd: L 2 = m Ref. hast för cylindrar: V p0 = m/s Ref.tid för lyftrörelse: t 0 = s Verkningsgrad cyl: c1 = c2 = - Max systemtryck: p smax = MPa Cylindrar och manöerentiler kan betraktas som läckfria. Vid lyftrörelse för respektie cylinder kan cylindertrycket på returflödessidan antas ara konstant lika med 1,0 MPa. Slangförluster och entilförluster ska beaktas, ilket också innebär att cylindertrycket på tilloppssidan (lasttrycket) id lyftrörelse måste ara mindre än p smax. Obserera att max systemtryck (p smax ), i denna applikation, aser max pumptryck. Verkningsgradsmodeller för aktuella hydraulmaskiner redoisas i Bilaga 1.

6 Linköpings Uniersitet Konstruktionsuppgift 6(7) UPPGIFTER Konstruera ett säkert och bra fungerande hydraulsystem för kranens lyft- och sänkrörelse. Lämpliga referenser för komponental återfinns på kurshemsidan. Nedan följer lämplig arbetsgång för konstruktionen. Uppgift 1 och 2 är kopplade till delrapportinlämning, se sida Analysera kranens rörelse och ange hur kraft, cylindertryck och flöde arierar under lyftrörelsen. 2. Rita kopplingsschema för hydraulsystemet som styr kranen. Tänk på säkerheten och styrbarheten a kranen. I slutrapporten ska äen en analys och diskussion ingå för olika konstruktionsprinciper. 3. Beräkna hydraulsystemets totalerkningsgrad i mer än 5 punkter då lasten lyfts sträckan h, från Z 1 till Z 2. Pumpförluster, tryckförluster i systemet samt cylinder-förluster ska beaktas. 4. Komplettera systemschemat (uppgift 2) med kylare och filter. Dimensionering a kylare: Beräkna approximatit den hydrauliska förlusteffekt som måste kylas bort under en hel körcykel, alltså lyft- och sänkrörelse. Förlusteffektens medelärde är dimensionerande för kylaren. Filter: Bestäm lämplig filtreringsgrad för hydraulätskan och älj filter. (Lämpliga referenser för dimensionering och komponental återfinns på kurshemsidan.)

7 Linköpings Uniersitet Konstruktionsuppgift 7(7) BILAGA 1 VERKNINGSGRADSMODELLER FÖR HYDRAULMASKINER Nedanstående erkningsgradsmodeller för ariabla maskiner är framtagna genom en matematisk anpassning a modeller för fasta maskiner. De relatia förlustpolynomen, som antas gälla för både pump och motor, kan uttryckas som A = c p ε n A hm = k p + k n e p kε ( 1 ε ) Volymetriska och hydraulmekaniska erkningsgraden för pump respektie motor blir följande: Pump: p = 1 A hmp 1 = 1 + A hm Motor: m hmm hm + A = 1 1 = 1 A Verkningsgradsuttrycken är anändbara för både fasta och ariabla maskiner. För fasta maskiner sätts ställtalet ε = 1 och för ariabla maskiner gäller ställtalsområde 0 < ε 1. Koefficienterna c, k p och k kan fastställas med hjälp a diagram. För denna uppgift ges dock "medelärden" nedan, som kan anändas för samtliga maskiner a en iss typ. Enheter för artal (n) och tryckdifferens ( p) är [ar/s] respektie [Pa]. Oljans dynamiska iskositet,, antas lika för alla driftsfall och sätts till 0,03 [Ns/m2]. Koefficientärden för pumpar c = 1, [ar] k p = 5, [-] k = 6, [1/ar] För ariabla pumpar kan ställtalskoefficienten k ε = 0,3 anändas. Koefficientärden för motorer c = 1, [ar] k p = 5, [-] k = 6, [1/ar] För ariabla motorer kan ställtalskoefficienten k ε = 0,3 anändas.