Politechnika Krakowska im. T. KościuszkiInstytut Konstrukcji Maszyn M3

Praca przejściowa I

Wstępny projekt wciągarki hydraulicznej o udźwigu 2000 [kg].

Spis treści

1. Wstęp1.1 Wstęp1.2 Podstawowe zalety i wady napędów hydraulicznych:

2. Przegląd konstrukcji i przykładowe zastosowania2.1. Wstęp2.2. Wciągarka HWŁ-3/6e2.3. Wciągarka samochodowa z rodziny wciągarek produkcji „Superwinch”2.4. Wciągarki hydrauliczne Rexroth2.5. Samochodowa wiertnica hydrogeologiczna H50SV2.6. Żuraw drogowy DST-02852.7. Statek badawczo - prewencyjny2.8. Hydrauliczne przeciągarki kablowe

3. Projekt wciągarki3.1. Schemat wciągarki i zasada działania3.2. Obliczenia wstępne3.3. Dobór silnika.3.4. Pompa hydrauliczna.3.5. Straty hydrauliczne w instalacji.3.6. Reduktor3.7. Luzownik3.8. Zbiornik oleju3.9. Podsumowanie

4. Bibliografia

1. Wstęp

- łańcuchowe- linowe- stacjonarne- przejezdne- samochodowe

1 of 22

1.1 Wstęp

Urządzenia hydrauliczne są obecnie stosowane niemal w każdej dziedzinie techniki i szybko sięrozpowszechniają. Przypisać to można przede wszystkim względnej łatwości projektowania ikompletowania urządzeń hydraulicznych spełniających najrozmaitsze zadania, niekiedy bardzoskomplikowane. Inne ważne zalety urządzeń hydraulicznych to łatwość uzyskiwania bardzo dużychnacisków, niezawodność działania oraz prostota i mała pracochłonność obsługi. Jednocześnie urządzeniahydrauliczne są stosunkowo tanie i wymagają niewiele przestrzeni do zabudowania.

Typowe urządzenie hydrauliczne stanowi zespół jednego lub więcej układów hydraulicznych i częstojest wyposażone w odpowiednie podzespoły i elementy pomocnicze, traktowane jako składowe elementyjednego lub wybranych układów. Ogólnie jako hydrauliczne określa się wszystkie układy, w którychczynnikami roboczymi są ciecze. Do podstawowych podzespołów i elementów najczęściej spotykanych wukładach hydraulicznych zalicza się następujące urządzenia:

Pompy hydrauliczne – stanowią źródła energii w układach hydraulicznych, zadanie takiej pompypolega na zasilaniu układu hydraulicznego cieczą roboczą w stosownych ilościach.

1.

Akumulatory hydrauliczne – służą do akumulowania energii ciśnienia (potencjalnej) w postacizapasu cieczy o odpowiednio wysokim ciśnieniu. Energię tę wyzyskuje się zwykle do pokrywaniaszczytowego zapotrzebowania cieczy pod ciśnieniem, kiedy nie wystarcza chwilowa wydajnośćpompy zasilającej układ. Ponadto akumulator hydrauliczny wykorzystuje się dodatkowo jakokompensator przecieków oraz tłumik uderzeń hydraulicznych

2.

Urządzenia robocze (wykonawcze), jak siłowniki i silniki hydrauliczne, służące do uruchamianiaodpowiednich elementów obiektów roboczych (samolotów, samochodów, obrabiarek itp.) dziękienergii cieczy roboczej, która jest dostarczana ze źródła energii (pompy lub akumulatora) iodpowiednio skierowana przez urządzenia rozdzielcze. Energia ciśnienia cieczy w urządzeniuroboczym zostaje zużyta na wykonanie pracy mechanicznej liniowego ruchu tłoczyska lubobrotowego ruchu wału

3.

Zawory – każdy układ hydrauliczny zawiera odpowiednio skompletowane i rozmieszczone zawory,które spełniają rozmaite zadania, np. zabezpieczają przed nadmiernym wzrostem ciśnienia, regulująciśnienie i wydajność układu lub jednego z jego obwodów, wymuszają jednokierunkowy przepływcieczy itp.

4.

Rozdzielacze – kierują okresowo roboczą ciecz od źródła energii do odpowiednich przestrzeniroboczych w urządzeniach roboczych i umożliwiają jednoczesne wypływanie cieczy roboczej zniepracujących wówczas przestrzeni tych urządzeń

5.

Wzmacniacze hydrauliczne – pobierając stosunkowo niewielkie moce sterowania (moce sterującychstrumieni cieczy), rozwijają proporcjonalne do nich, lecz wielokrotnie większe moce robocze (mocerobocze strumieni cieczy) kosztem energii dostarczanej przez odpowiednie źródła (pompy lubakumulatory)

6.

Filtry – służą do oczyszczania roboczej cieczy wypełniającej układ hydrauliczny z wszelkichzanieczyszczeń – stałych i półstałych. Im czystsza ciecz robocza krąży w układzie hydraulicznym,tym dłużej działa on niezawodnie i tym mniejsza jest intensywność zużycia jego elementów

7.

Zbiorniki – spełniają zadania zasobników cieczy roboczej, łączna pojemność zbiorników powinnabyć tak duża, aby nie tylko mieściła się w nich ciecz powracająca z urządzeń roboczych, lecz abytakże w zbiornikach następowało dostateczne ochładzanie cieczy roboczej i jej zadowalająceoczyszczanie (ze stałych ciał obcych, które opadają w dół, oraz powietrza w postaci pęcherzykówunoszących się do góry)

8.

Połączenia - poszczególne urządzenia hydrauliczne dopiero dzięki połączeniu (zwykle za pomocąrurowych przewodów sztywnych lub giętkich oraz różnego rodzaju łączników) w funkcjonalnącałość tworzą układ lub układy zdolne do wykonywania określonych zadań

9.

(Jan Lipski, „Hydrauliczne urządzenia robocze i sterownicze”, WKŁ, W-wa 1974)

1.2 Podstawowe zalety i wady napędów hydraulicznych:

2 of 22

Zalety:1.· możliwość uzyskiwania bardzo dużych nacisków· duża prostota konstrukcji· możliwość płynnej regulacji prędkości i mocy w szerokim zakresie obrotów (lub posuwów)· osiąganie dużych mocy już przy zerowych obrotach (lub przy zerowej prędkości posuwu)· niski stosunek masy do mocy oraz wymiarów (gabarytów) do mocy· duża trwałość i niezawodność, dzięki dobrym warunkom smarowania i chłodzenia· łatwe zabezpieczenie układów przed przeciążeniem· szeroki dostęp i duży wybór znormalizowanych elementów składowych układów, co ułatwia

prace projektoweWady2.· niska sprawność całkowita układów· silna zależność właściwości cieczy roboczej od temperatury· problemy z utrzymaniem szczelności, co przysparza dodatkowych problemów, również w

kwestii ekologii· ze względu na stosowanie olejów, ograniczona jest możliwość stosowania w przemyśle, który

wymaga czystości i sterylności (np. przemysł spożywczy, farmaceutyczny)· w porównaniu z układami pneumatycznymi dodatkowy wymóg budowania instalacji

powrotnej dla cieczy powracającej z urządzeń wykonawczych i innych

Napędy hydrauliczne są dziś bardzo powszechnie stosowane. Decyduje o tym ich prostakonstrukcja, mała masa w stosunku do mocy, łatwość sterowania i przesyłania energii. Podstawową ichzaletą są bardzo duże momenty obrotowe lub naciski, rozwijane już od najmniejszych obrotów lubposuwów. Dlatego, w odróżnieniu od układów elektrycznych lub silników spalinowych znajdujązastosowanie tam, gdzie potrzeba płynnej regulacji dużego momentu obrotowego (lub nacisku) już odnajmniejszych obrotów. Nie da się tego uzyskać w przypadku silników spalinowych (max momentobrotowy przy określonych obrotach, stopniowana zmiana przełożeń, niebezpieczeństwo zatarcia sprzęgłaciernego), ani elektrycznych (dla zerowych obrotów silnik pobiera bardzo duży prąd i może dojść dostopienia izolacji na uzwojeniach). Stąd zastosowanie napędów hydraulicznych w przypadku wszelkiegorodzaju wciągarek. Dodatkową zaletą jest brak niebezpieczeństwa spowodowania wybuchu lub pożaru (wodróżnieniu od napędów elektrycznych i spalinowych), stąd możliwość stosowania układów w kopalniach,gdzie istnieje ryzyko występowania metanu.Z uwagi na prostą budowę układu i stosowanie normalizowanych oraz typowych elementów, układyhydrauliczne odznaczają się bezawaryjną pracą oraz długim okresem zdatności.Jednak układy takie posiadają również wady. Podstawową jest mała ich sprawność, w porównaniu znapędami elektrycznymi, a nawet spalinowymi. Drugą wadą jest silne uzależnienie parametrów układu odtemperatury, gdyż powoduje ona dużą zmienność charakterystyki cieczy roboczych (zwłaszcza lepkości).To automatycznie przekłada się na działanie całego układu.

2. Przegląd konstrukcji i przykładowe zastosowania

2.1. Wstęp Wciągarki hydrauliczne znajdują szerokie zastosowanie wszędzie tam, gdzie wymagana jest duża siłapodnoszenia od najmniejszych obrotów w dużym ich zakresie. Znalazły również zastosowanie wsamochodach ze względu na niewielkie rozmiary i kompaktową budowę. Można je stosować również tam,gdzie nie da się zastosować urządzeń elektryczny z uwagi na niebezpieczeństwo pożaru lub wybuchu tj. wkopalniach, młynach itp. Pomimo, że obecnie sterowanie silnikami elektrycznymi jest bardzo łatwe iwydajne dzięki zastosowaniu przemienników częstotliwości, wciągarki hydrauliczne nadal znajdujązastosowanie tam, gdzie wymagane jest precyzyjne podnoszenie i szeroki zakres regulacji obrotów.

3 of 22

Urządzenia hydrauliczne, ze względu na swoją budowę są bezawaryjne. Dzieje się tak dzięki temu, żewszystkie pracujące elementy są szczelnie oddzielone od otoczenia. Dlatego znajdują zastosowanie wwarunkach dużego zapylenia (np. kopalnie) i wilgotności (np. na morzu), warunkach terenowych.Czyszczenie mocno zabrudzonych elementów nie stanowi żadnego problemu i nie ma niebezpieczeństwazalania wodą. Te cechy sprawiają, że wciągarki hydrauliczne są bardzo szeroko stosowane.

Podział wciągarek

Wybrane poniżej wciągarki stanowią rodzinę wciągarek, w których moc jest przekazywana hydraulicznie.Są tu zarówno wciągarki małe, o niewielkim udźwigu jak i duże wciągarki samochodowe i trałowe.Przedstawiono tu również przeciągarki linowe ze względu na ich hydrauliczny napęd.Jeśli chodzi o ogólną budowę wciągarek hydraulicznych możemy wyodrębnić kilka podstawowychelementów:

a) bęben linowy z liną dla wciągarek linowych lub koło łańcuchowe, łańcuch i pojemnik na łańcuchdla wciągarek łańcuchowych

b) silnik hydrauliczny służący do napęduc) pompa hydrauliczna wraz z silnikiem (spalinowym lub elektrycznym)d) zbiornik czynnika roboczegoe) reduktor lub przekładnia (w zależności od modelu)f) luzownik dla wciągarek podnoszących ciężarg) rozdzielacze, zawory dodatkowe i zabezpieczająceh) zawiesiei) przewody hydraulicznej) czynnik roboczy – olej hydrauliczny lub emulsja olejowa

2.2. Wciągarka HWŁ-3/6e

Producent: Zakłady Mechaniczne UrządzeńGórniczych "DEZAM" Sp. z o.o.Materiały zaczerpnięte ze stronywww.dezam.com.pl

Wciągarki HWŁ-3/6e są przeznaczone dopodnoszenia i przeciągania ciężarów w stałychmiejscach przeładunkowych, komorachremontowych i montażowych kopalń oraz innychprac związanych z transportem bliskim.

Silnik hydrauliczny SP-100 jest silnikiempracującym w układzie nawrotnym. Mediumroboczym jest emulsja wodno olejowaniskoprocentowa (1-3%).

Do silnika podłączone są dwa przewodywysokociśnieniowe elastyczne, którymidoprowadzane i odprowadzane jest mediumrobocze na przemian w zależności od kierunkuobrotów. Rozrząd zamocowany do silnika

4 of 22

SP-100 każdorazowo (niezależnie od kierunkuobrotu silnika) rozdziela strugę medium naodhamowanie hamulca.

Włączanie silnika jak również zmianę jegoobrotów dokonuje się ręcznie przez rozdzielaczRBd1, który wraca do pozycji „0” po zwolnieniudźwigni. Do rozdzielacza RBd1 wbudowanozawór przelewowy. Na gałęzi zasilaniazainstalowano zawór redukcyjny, celemzredukowania ciśnienia sieci głównej kopalni do

ciśnienia 10 [MPa].

Silnik SP-100 poprzez łącznik z naciętym wieloklinem, przechodzi przez hamulec i zapośrednictwem wałka zębatego napędza przekładnię obiegową. Z przekładni obiegowej napęd jestprzekazywany na koło łańcuchowe zespołu nośnego. Za pośrednictwem koła łańcuchowego przewijanyjest łańcuch zakończony zaczepem o udźwigu 3t. Na łańcuchu znajduje się również zblocze 6t. Podczasprzemieszczania się zaczepu 3t w dół, zblocze 6t przemieszcza się ku górze i odwrotnie. W każdymprzypadku gdy nie jest podawane medium na silnik SP-100, hydrauliczny wciągnik łańcuchowy znajdujesię w stanie zahamowanym.Prędkość podnoszenia wynosi 3 lub 1,5 (m/min). Wysokość podnoszenia to 690-11800 [mm] lub830-6380 [mm]

Zapotrzebowanie emulsji z pompy hydraulicznej wynosi 30 – 40 [dm3/min]. Ciśnienie maksymalne wukładzie to 10 [MPa] ze względu na przystosowanie do ciśnienia stosowanego w górnictwie. Moc silnikawaha się w granicach 1,54 - 2,63 [kW]. Wciągarka ta waży 166 [kg].

2.3. Wciągarka samochodowa z rodziny wciągarek produkcji „Superwinch” Jest to największa z oferowanych prze firmę wciągarek

Wciągarka ta, w odróżnieniu od poprzedniej, nie posiada wbudowanego hamulca, gdyż zazwyczaj działaprzeciągając ciężar w poziomie lub przy lekkim nachyleniu. Wciągarka może być zamontowana na ramiesamochodu ciężarowego. Maksymalna siła udźwigu to 90800 [N]. Wciągarka wymaga solidnegozamocowania, ze względu na siłę uciągu i masę własną 198 [kg].Prędkość zwijania liny o średnicy 16

[mm] wynosi 10,2 [m/min]. Natężenie przepływu przez silnik wynosi 75 [dm3/min] przy ciśnieniu max 20[MPa]. Średnica bębna to 195 [mm], a długość liny, którą można na bębnie nawinąć to 70 [m]. Obroty zsilnika na bęben są przenoszone przez przekładnie planetarną, a rozwijana przez wciągarkę moc wynosi15,5 [kW]. Przykładowe zastosowanie na wozie strażackim. Z przodu ramy widać układ 4 rolek prowadzących linę. Zuwagi na niekorzystne warunki pracy (narażenie na deszcz, wilgoć, błoto) zastosowano tu linę stalową

5 of 22

ocynkowaną, która jest odporna na korozję.

6 of 22

2.4. Wciągarki hydrauliczne RexrothWciągarki hydrauliczne produkowane przez firmęRexroth są przeznaczone do podnoszeniaciężarów od 50 do 595 [kN]. Moment obrotowyna bębnie, w zależności od typu, leży w granicachod 9500 do nawet 275000 [Nm]. Dużą zaletąwciągarek firmy rexroth jest oszczędnezagospodarowanie miejsca, dzięki zabudowiewiększości elementów wewnątrz bębna. Prędkość

7 of 22

wciągania liny zależy od konkretnego modeluwciągarki i nie da się tu jednoznacznie podać.

Na rysunku poniżej jest uwidoczniony przekrój wciągarki.

Widzimy zabudowaną wewnątrz przekładnię planetarną. Znajduje się tam również hamulec wielotarczowyuruchamiany hydraulicznie. Wciągarka jest mocowana przy pomocy 2 kołnierzy. Bęben jest łożyskowanyz jednej strony przy pomocy 2 łożysk poprzeczno wzdłużnych stożkowych, a z drugiej strony za pomocąłożyska wałeczkowego wzdłużnego. Napęd bębna jest realizowany przez tłoczkowy silnik hydrauliczny.Przekładnia planetarna może być zaaplikowana w wykonaniu 2 lub 3 obiegowym. Wnętrze bębna jestszczelnie oddzielone od otoczenia za pomocą 2 uszczelek typu o-ring, gdyż ze względu na znajdującą sięwewnątrz przekładnie wymagane jest zachowanie należytej czystości.

2.5. Samochodowa wiertnica hydrogeologiczna H50SVProducent: Przedsiębiorstwo Innowacyjno - Wdrożeniowe WAMET Sp. z o.o.

Wiertnica służy do prac geologicznychi innych. Umieszczona jest nasamochodzie ciężarowym, na jegoplatformie. Większość urządzeń

8 of 22

wiertnicy jest napędzanychhydraulicznie. Mechanizm wiertniczyjest podnoszony przy pomocysiłownika hydraulicznego. Wiertarkajest napędzana silnikiemhydraulicznym. Wiertnica jestdodatkowo wyposażona we wciągarkęhydrauliczną ułatwiającą poruszaniesię w trudnym, nierównym terenie i poskarpach o dużym nachyleniu.Podwozie wiertnicy stanowi samochódciężarowy Volvo. Cała hydraulika,składająca się z 3 pomp o wydatku

odpowiednio 128, 65, 29 [dm3/min] iciśnieniu 16 [MPa] jest napędzana z

przystawki odbioru mocy o obrotach 1500 [1/min]. Pierwsza pompa odpowiada za napęd wrzecionawiertnicy. Na końcu wrzeciona jest umieszczone narzędzie skrawające. Moment obrotowy możliwy doosiągnięcia na wrzecionie wynosi, w zależności od biegu, 350 lub 700 [Nm] przy obrotach, odpowiednio,800 i 400 [1/min]. Aby zwiększyć efektywność wiercenia wrzeciono jest dociskane siłą 32 [kN].Wyrywanie z ziemi kolejnych segmentów wiertła odbywa się dzięki działaniu siły o wartości 62 [kN].Skok wrzeciona wiertnicy to 5 [m]. W pokonywaniu przeszkód terenowych lub dużych wzniesień wgrząskim terenie pomaga wciągarka, na której bębnie jest nawinięte 100 [m] liny o średnicy 14 [mm]. Siław linie to, w zależności od biegu, 30 lub 15 [kN]. Masa wiertnicy to 6000 [kg].

2.6. Żuraw drogowy DST-0285Producent: Bumar – Fablok S.A.

9 of 22

Parametry techniczne żurawia DST-0285Żuraw samochodowy jest mobilnym urządzeniem do podnoszenia ładunków. Zamocowany jest na

podwoziu samochodowym specjalizowanym, 3 osiowym z napędem na 2 osie.Wszystkie mechanizmy są napędzane hydrauliczne. Cały układ jest zasilany 2 pompami

tłoczkowymi o wydajności 2x144 [dm3/min] i ciśnieniu 22,5 [MPa]. Układ jest wyposażony w zbiornik

oleju o pojemności 450 [dm3], w którym znajduje się filtr zlewowy niskociśnieniowy. W razie potrzebyukład można rozbudować o dodatkowy wymiennik ciepła. Powyższe pompy, zabudowane na skrzynirozdzielczej są napędzane 6-cio cylindrowym silnikiem wysokoprężnym o mocy 178 [kW] (242 [KM]),który służy jednocześnie do napędu pojazdu.

Dużą wysokość, dochodzącą do 39 [m] uzyskuje się dzięki zastosowaniu dodatkowego przedłużaczakratowego (8 [m]) i wysięgnika pomocniczego (tzw. bociana) o długości 7 [m]. Wysięgnik główny składasię z 3 sekcji o długościach 10, 7 i 7 [m].Wysuwanie sekcji odbywa się za pomocą siłownikahydraulicznego, synchronicznie dzięki zastosowaniu układu linowego. Czas wysuwania wynosi okołojednej minuty. Główne zblocze hakowe 3 krążkowe waży 335 [kg] i ma udźwig 32 [t]. Przy zastosowaniuwysięgnika rurowego zblocze należy zmienić na mniejsze, o masie 115 [kg] i mogące podnieść 5 [t].Żuraw jest wyposażony w 2 wciągarki – główna i pomocniczą. Wciągarka główna z nawiniętą linadługości 190 [m] posiada 2 prędkości podnoszenia

- nominalną (6 ,1 - 8,5 [m/min] dla 6 pasm liny i 9,1 - 12,9 [m/min] dla 4 pasm liny)- przyspieszoną (12,2 - 17,2 [m/min] dla 6 pasm liny i 18,5 - 26 [m/min] dla 4 pasm liny)

Wciągarka pomocnicza dysponuje liną o długości 140 [m] i ma jedną prędkość podnoszenia wahającą sięw zakresie 55,5 - 66 [m/min].Maksymalna siła w linie o średnicy 18 [mm] wynosi 57 [kN]. Do napędu wciągarek służą silnikihydrauliczne tłoczkowe o stałej chłonności wyposażone w hamulce tarczowe. Napęd jest przekazywanyza pośrednictwem przekładni planetarnych.

Zmiana wysięgu odbywa się dzięki działaniu siłownika dwustronnego działania. Zakres działaniawysięgnika jest regulowany od –2,5° do +80°, pełna zmiana wysięgu zajmuje 40 [s].Mechanizm obrotu jest napędzany hydraulicznym silnikiem zębatym poprzez przekładnie planetarna zhamulcem tarczowym. Mechanizm żurawia jest posadowiony na łożysku obrotu z wieńcem zębatym.Prędkość obrotu jest regulowana i zależy w głównej mierze od ciężaru na haku i długości wysięgu. Dlahaka obciążonego prędkość ta zawiera się w granicach 0,2 - 1,6 [obr/min], maksymalnie można osiągnąć3,2 [obr/min] przy pracy bez obciążenia lub przy wysięgu do 20 [m].

Wszystkie ruchy robocze żurawia są płynnie regulowane. Sterowanie jest prowadzone z kabinyoperatora za pomocą sterowników hydraulicznych, które to dopiero oddziaływują na rozdzielaczehydrauliczne żurawia, a więc jest to sterowanie pośrednie. Ciśnienie sterowania wynosi 3 [MPa], a

czynnik roboczy jest dostarczany z dodatkowej pompy zębatej o wydajności 32 [dm3/min] zabudowanejna podwoziu.

10 of 22

2.7. Statek badawczo - prewencyjnyProducent: Damen Shipyards Gdynia

11 of 22

Jest to w pełni klimatyzowany, ogrzewany statek dla 16 osób, z 8 kabinami

pojedynczymi i 4 podwójnymi. Najwyżej umieszczona jest sterówka z kabiną nawigacyjną. Ponadto statekjest wyposażony w kabiny sanitarne, mesę, kuchnie, mokre i suche laboratorium, magazynek wyposażeniappoż., pomieszczenie CO2, warsztat, pralnie z suszarnią, pomieszczenia socjalne oraz magazynekbosmański. Kadłub statku jest wykonany w formie katamaranu, co pozwala na szybkie poruszanie.Maksymalna prędkość osiągana przez statek to 12 węzłów, a prędkość ekonomiczna to 10 węzłów. Zasięgstatku wynosi 2500 [Mm] przy zachowaniu pełnej autonomiczności przez 21 dni. Napęd statku jestwykonany w formie przekładni elektrycznej. Silniki spalinowe napędzają agregaty prądotwórcze produkcjiVolvo o łącznej mocy 800 [kVA]. Prąd z agregatów jest wykorzystywany przez 2 azymutalne pędnikirufowe o mocy 2x300 [kW] oraz 2 pędniki dziobowe o mocy 2x75 [kW].

Statek jest wyposażony w kilka wciągarek. Różnią się one między sobą zarówno dopuszczalnymobciążeniem roboczym jak i przeznaczeniem.

Na dziobie statku znajduje się wciągarka (kabestan) kotwiczno cumowniczy o udźwigu 4 [kN]. Służyona do wciągania łańcucha kotwicy (na wyposażeniu statku znajdują się 2 kotwice o masie 430 [kg], zczego 1 zapasowa) lub do przyciągania cumy przy cumowaniu do nabrzeża.

Bramownica rufowa umieszczona na rufie statku służy do wyciągania z wody ładunku iumieszczania na pokładzie rufowym. Obciążenie, które można podnieść wynosi 70 [kN]. Napęd wciągarkijest realizowany hydraulicznie.

Największa wciągarka hydrauliczna jest umieszczona na dźwigu pokładowym. Dźwig jestwyposażony w teleskopowe ramię i ma pełną swobodę obrotów w zakresie 360°. Za pomocą dwóchsiłowników hydraulicznych realizowany jest ruch pochylania i podnoszenia ramienia dźwigu. Maksymalnyciężar podnoszony przez dźwig to 120 [kN].

Do prac pomocniczych i podnoszenia niewielkich ciężarów służy hydrauliczna wciągarka o udźwigu4 [kN] na żurawiku pomocniczym.

Przy pracach pomiarowych na dnie lub dużych głębokościach zestaw pomiarowy zawieszony nakablo-linie jest opuszczany i wciągany przy pomocy wciągarki kablo-liny o udźwigu 10 [kN].

Aby nie uzależniać wszystkich systemów podnoszenia od działania układu hydraulicznego, statekjest wyposażony w klasyczną, elektryczną wciągarkę o dużym udźwigu 70 [kN].

2.8. Hydrauliczne przeciągarki kabloweProducent: GAMM s.c.Materiały ze strony internetowej gamm.home.pl

Przeciągarki kablowe mają zastosowanie przy układaniu kabli telekomunikacyjnych ienergetycznych. W zależności od wykonania mogą one być transportowane ręcznie, w przypadkumniejszych, lub ciągnięte za samochodem dzięki zabudowie na przyczepie samochodowej. Wciągarkiposiadają hamulec, który zapobiega odprężaniu i cofaniu przeciąganego kabla i liny.Ogólnie przeciągarki składają się z ramy nośnej stalowej spawanej z umieszczonymi na niej zespołami iczęściami:

- silnika spalinowego z pompą hydrauliczną na zbiorniku oleju,- rozdzielacza hydraulicznego do sterowania,

12 of 22

- silnika hydraulicznego napędzającego bęben linowy wciągarki poprzez przekładnię łańcuchową,- kół transportowych.

W zależności od modelu siła przeciągania jest stała (10 [kN]) lub płynnie regulowana (od 0 do 25

[kN]). Prędkość nawijania liny jest taka sama dla wszystkich typów i wynosi 14 [m/min]. Przeciągarki omniejszej sile uciągu mają moc 4 [kW], a przeciągarka o sile 25 [kN] posiada agregat hydrauliczny o mocy13,5 [kW]. Ze względu na warunki terenowe w jakich pracują te urządzenia, wyposażone są w linęstalową ocynkowaną.

3. Projekt wciągarki

3.1. Schemat wciągarki i zasada działania Ogólny schemat został przedstawiony na rysunku 1. Schemat szczegółowy jest dołączony do pracy jakozałącznik nr 1 .

13 of 22

Rys. 1. Ogólny schemat projektowanej wciągarki.

Po włączeniu silnika służącego do napędu pompy 1, pompa zaczyna generować przepływ czynnikaroboczego. Natężenie przepływu jest uzależnione od nastawy pompy. Również nastawa pompy decyduje,czy czynnik roboczy będzie dostarczany do linii A czy B, a wiec czy wciągarka będzie podnosić, czyopuszczać ciężar. Obroty silnika napędzającego pompę mają stały kierunek i obroty – 4000 [obr/min].Gdy w instalacji nie ma ciśnienia bęben jest zahamowany przez luzownik. Luzownik pozostajezahamowany, dopóki ciśnienie w instalacji nie wzrośnie do 10 [MPa], które to ciśnienie odpowiadamomentowi obrotowemu na silniku hydraulicznym 7 przy którym może zostać podniesiony ciężar 2000[kg].

W pierwszej chwili czynnik roboczy zostaje skierowany przez trójnik na końcu linii l1 do instalacjisłużącej odhamowaniu luzownika. Poprzez zawór dławiący 2 ograniczający natężenie przepływu i zawórzwrotny 3 zapobiegający przepływowi czynnika pomiędzy liniami A i B, olej hydrauliczny dociera dorozdzielacza 4 sterowanego ciśnieniem. Gdy osiągnie ono wartość 10 [MPa] zawór zostaje przesterowanyi następuje napełnianie przestrzeni roboczej siłownika jednostronnego działania, co powoduje zadziałanieluzownika i możliwe są obroty bębna. Od tego momentu cały przepływ jest skierowany do silnikahydraulicznego. Silnik, poprzez reduktor, napędza bęben. W przypadku zaniku ciśnienia rozdzielacz 4,dzięki działaniu sprężyny kieruje czynnik roboczy z siłownika do linii zlewowej i luzownik ponownieblokuje obroty bębna.

Zespół zaworów przelewowych 5 w układzie ABBA stanowi zabezpieczenie przed przeciążeniem.W przypadku, gdy na haku zawiesimy zbyt duży ciężar, lub ruch haka zostanie zablokowany z jakiejśprzyczyny, czynnik roboczy zostaje skierowany do linii o mniejszym ciśnieniu. Zawory są ustawiane naciśnienie 10,5 [MPa], tak, aby najpierw zadziałał luzownik.

Ogólne zabezpieczenie układu jest zabudowane w silniku hydraulicznym. Znajdują się tam zawory

przelewowe, które zabezpieczają układ w przypadku, gdyby wystąpiło zablokowanie przepływu w linii l1.Zespół 2 zaworów przelewowych i zwrotnych w pompie pozwala na doładowywanie czynnika roboczegodo linii roboczych AA lub BB, w zależności od tego w której panuje niższe ciśnienie. Dwa dodatkowezawory przelewowe odprowadzają nadmiar cieczy roboczej dostarczanej przez pompę doładowującą dolinii odprowadzania przecieków (króćce V1 i V2). Dodatkowo, pomiędzy króćcem V2 a czwórnikiem nalinii odprowadzania przecieków można, w razie potrzeby, zamontować wymiennik ciepła czynnikaroboczego.

Króćce przyłączeniowe M1 i M2 służą do pomiaru ciśnienia w liniach A i B. Króćce M3 służą dopomiaru ciśnienia pompy doładowującej.

Napełnianie całej instalacji odbywa się wyłącznie za pomocą pompy doładowującej, która zasysa

14 of 22

GNP x h1 h21 3,15 11,2 12,52 3,35 12,5 143 3,55 14 164 4 16 185 4,5 18 206 5,6 20 22,47 7,1 22,4 258 9 25 28

Vp <0,1 [m/s] >0,1 [m/s]<1 [m/s]

>1 [m/s]

x2 0,1 Vp 1

GNU x11,2,3 1,1

4 1,155 1,26 1,25

czynnik roboczy ze zbiornika 9 poprzez filtr oleju 8. Napełnianie zbiornika dokonywane jest przez filtrwlewowy z filtrem siatkowym dla oleju i filtrem powietrza. Filtr powietrza ma za zadanie oczyszczać je,gdy jest zasysane do zbiornika na skutek zmian objętości znajdującego się w zbiorniku oleju.

3.2. Obliczenia wstępne Obliczenia te obejmują dobór liny (norma PN-69/M-80208) i bębna (PN-61/M-84621 oraz przyjęcieodpowiednich współczynników z normy PN-86/M-06514.Zdecydowano, że wciągarka będzie projektowana do pracy w 4 grupie natężenia pracy mechanizmu.Prędkość podnoszenia została ustalona na 0,3 [m/s]. Lina będzie jednokrotnie przewijana przez krążek, naktórym znajduje się hak, a więc przełożenie wynosi i=2. Przy doborze liny oraz średnic krążka i bębnaposłużono się poniższą tabelą

W tabeli oznaczono:GNP – grupa natężenia pracy urządzeniax – współczynnik bezpieczeństwah1 – współczynnik średnicy bębnah2 – współczynnik średnicy krążka linowego

Z normy PN-86/M-06514 pobrano dane dotyczące dynamiki podnoszenia i obciążeń ruchowych

W tym przypadku czwartej GNP odpowiada trzecia GNU. Po wykonaniu obliczeń otrzymujemy maksymalną siłę w linie, która wystąpić może przy najbardziejniekorzystnym skojarzeniu zdarzeń. Mając tą siłę możemy policzyć bęben linowy. Zostanie on wykonanyz żeliwa. Kształt rowka linowego jest wykonany wg normy PN-61/M-84621. Zakres podnoszenia mawynosić 15 [m], co dyktuje nam konieczność nawinięcia na bęben 69 zwojów liny, dodajemy jeszcze3zwoje na zamocowanie liny do bębna, co w efekcie daje długość bębna równą 0,7 [m].

15 of 22

W wyniku obliczeń z programu MathCAD zamieszczonych powyżej, otrzymujemy:a) Lina:

- typ: T6*37+A0- średnica: 8 [mm]- max siła zrywająca: 45100 [N]

b) Bęben:- średnica: Db = 140 [mm]- grubość ścianki: 15 [mm]- długość bębna: 0,7 [m]

3.3. Dobór silnika.

16 of 22

Projektowana wciągarka posiada stosunkowo niewielką moc, zamykającą się w granicach 10 [kW]. Donapędu bębna postanowiono zastosować układ hydrauliczny pompa – silnik pracujący w układziezamkniętym (o zamkniętym obiegu czynnika roboczego). Firma Sauer Danfoss oferuje takie właśnierozwiązanie idealnie nadające się do zastosowania w powyższym przypadku. Gama produktów z serii„15” jest dedykowana do napędu urządzeń o niewielkiej mocy i łatwo daje się zamontować np. nasamochodzie ciężarowym. Silnik hydrauliczny rozwija żądaną moc już przy ciśnieniu 10 [MPa], podczasgdy ciśnienie nominalne to 17,5 [MPa]. Dodatkowym atutem przemawiającym za zastosowaniemproduktów tej firmy jest bardzo łatwe sterowanie wydajnością i ciśnieniem pompy oraz jej zabezpieczeniaprzeciążeniowe i pompa doładowująca zabudowane wewnątrz pompy głównej. Dzięki temu zewnętrznyukład hydrauliczny ulega znacznemu uproszczeniu, co ogranicza przestrzeń zajmowaną przez urządzenie.Obliczenia:

17 of 22

3.4. Pompa hydrauliczna.

Dobrano pompę z rodziny produktów firmy Sauer Danfoss serii „15”. Jest to bardzo rozbudowanapompa, zawiera wbudowane układy zabezpieczające. Główne parametry pracy:

Objętościowe natężenie przepływu: Q = 1 [dm3/s] przy 4000 [obr/min]Obroty (min, max, nom): 1000, 4200, 4000 [obr/min]Ciśnienie: 17,5 [MPa] (nominalne), 31 [MPa] maksymalne krótkotrwałeTemperatura robocza czynnika: max 82 st. C, wyjątkowo 104 st. CMoment obrotowy: 36,75 [Nm] przy 17,5 [MPa]

Lepkość oleju: min 6,4 [mm2/s], max 9 [mm2/s]Pompa wymaga czynnika roboczego przefiltrowanego przez filtr max 10 [mm]

Zabudowana wewnątrz pompa doładowująca wytwarza takie samo ciśnienie jak pompa główna.

Natężenie przepływu jest mniejsze i wynosi 0,36 [dm3/s].

Dobrana pompa: Sauer Danfoss 15 PV

18 of 22

3.5. Straty hydrauliczne w instalacji. Straty zostały obliczone tylko dla głównej instalacji wciągarki, czyli dla połączenia pomiędzy pompą asilnikiem. Zakładamy odległość od króćca przyłączeniowego pompy do trójnika rozdzielającego strugę dourządzeń dodatkowych (zawory przelewowe, odhamowanie zwalniaka) 15 [m]. Odnogę trójnika do tychurządzeń traktujemy jako zamkniętą, gdyż przepływ trwa tam tylko przez moment napełniania siłownikazwalniaka lub podczas nadmiernego wzrostu ciśnienia. Dla takiego przypadku współczynnik stratmiejscowych wynosi 0,1. Całkowita strata ciśnienia w instalacji głównej wynosi 0,157 [MPa], wporównaniu z ciśnieniem instalacji 10 [MPa] jest to niewiele. Obliczenia:

19 of 22

3.6. Reduktor Obliczenia:

Dobrany reduktor: SK 9062.1-132 m/40 Nord, moc przenoszona 9,2 [kW]

3.7. Luzownik Zdecydowano się zastosować luzownik typu DZEM 10A i cewkę elektryczną zastąpić spełniającym jejzadanie siłownikiem hydraulicznym. Dobór siłownika przedstawiono poniżej.

20 of 22

Minimalna średnica siłownika powinna wynosić 6 mm

3.8. Zbiornik oleju Podczas pracy w całej instalacji znajduje się olej. Orientacyjnie możemy obliczyć, że w liniach A, B oraz

linii przecieków znajduje się ok. 14 [dm3] czynnika roboczego. We wszystkich elementach i dodatkowychliniach znajduje się dodatkowo około 5 litrów. Widzimy więc, że zbiornik, aby zapełnić całą instalację

czynnikiem roboczym musi mieć pojemność co najmniej 20 [dm3]. Aby nie dopuścić do zbytniegonagrzewania się oleju, przyjmujemy, że w zbiorniku powinno znajdować się 2 razy więcej czynnika., copozwoli na wymianę ciepła oraz odpowiednie odpowietrzanie oleju, jak również osiadanie na dniezanieczyszczeń. W zbiorniku zostanie zamontowany filtr wlewowy oraz filtr na rurze ssącej o zdolnościfiltracji 10 [mm].

Ostatecznie przyjmujemy objętość zbiornika 40 [dm3].

3.9. Podsumowanie Praca obejmowała zaprojektowanie kompletnej wciągarki, o napędzie hydraulicznym i udźwigu 2000 [kg].Wciągarka taka ma bardzo szeroką możliwość regulacji zarówno prędkości obrotowej, jak i momentuobrotowego na bębnie. Umożliwia to precyzyjne i delikatne podnoszenie ładunku, jak i ograniczenie mocypobieranej przez cały układ. Trzeba zaznaczyć, że regulacja ta odbywa się w prosty sposób, również wprosty sposób cała wciągarka jest zabezpieczona przed przeciążeniem. Dzięki zastosowaniu układuhydraulicznego uzyskujemy prostą konstrukcję i jej niewielkie gabaryty. W porównaniu z innymi typaminapędu, silnik hydrauliczny jest kilkakrotnie mniejszy, przy zachowaniu tej samej mocy. W obrębie samejwciągarki nie znajdują się żadne elementy elektryczne oraz posiadające wysoką temperaturę (max tempoleju dopuszczalna to 82 st. C), może więc być stosowana w atmosferze stwarzającej możliwośćzaistnienia wybuchu lub pożaru.Przy doborze poszczególnych elementów decydowała ich obecna dostępność na rynku polskim.Zdecydowano się na zastosowanie produktów renomowanych producentów, tak by trwałość urządzeniabyła możliwie jak największa. Większość elementów jest bardzo nowoczesna, dostępna w najnowszychkatalogach. Główne zespoły wciągarki, czyli pompa i silnik hydrauliczny są produkcji firmy SauerDanfoss. Osprzęt hydrauliczny pochodzi z polskiej firmy Ponar Wadowice. Reduktor to produkcjarenomowanej firmy Nord, lidera w dziedzinie napędów i motoreduktorów.Cały zespół wciągarki jest oddalony od zasilacza hydraulicznego dzięki zastosowaniu długich na 15 [m]przewodów. Daje to korzyść w postaci oddalenia źródła ciepła jakim jest silnik służący do napędu pompyod miejsca pracy wciągarki. Nie neguje to oczywiście zbliżenia tych dwóch zespołów i ich zwartejzabudowy, jak również jeszcze większego ich oddalenia od siebie, ale wiąże się to z większymi stratami

21 of 22

ciśnienia w instalacji.Układ hydrauliczny zastosowany w tej wciągarce jest bardzo prosty, dzięki czemu zarówno konserwacja,jak i naprawa nie przysporzy żadnych trudności obsługującemu personelowi.

4. Bibliografia

Jan Lipski, „Hydrauliczne urządzenia robocze i sterownicze”, WKŁ, W-wa 19741.Stefan Stryczek, „'apęd hydrostatyczny”, W'T, W-wa 19842.J. Lipski, E. Zwolak, W. Balas, „Hydrauliczne urządzenia środków transportu”, WKŁ, W-wa 19803.A. Piątkiewicz, R. Sobolski, „Dźwignice” tom I i II, W'T, W-wa 19774.Z. Skrzyszowski, R. Kuczyński, „Wciągarka bębnowa, PKM – Projektowanie”, Wydawnictwo PK,

K-ów 2003

5.

Katalogi produktów firm:6.- Ponar Wadowice

- Sauer Danfoss

- Comatrol

- 'ord

- Rexroth

Internet, a w szczególności strony:7.- www.dezam.com.pl- www.superwinch.com

- www.wamet.com.pl

- www.fablok.com.pl

- www.damen.pl

- http://gamm.home.pl/a/index.html

22 of 22