Знакомство с этапами расчета механизмов и узлов, а также устойчивости автопогрузчика. Общая характеристика современных поточных технологических и автоматизированных линий. Рассмотрение ключевых способов определения основных параметров трансмиссии.
Масса выдвижной рамы с плунжером мв (кг) определяется исходя из удельного веса и высоты подъема груза где мот - масса выдвижной рамы с плунжером цилиндра и траверсой, отнесенная к 1 м высоты грузоподъемника, кг/м; Реакции по основным каткам наружной Rв (Н) и внутренней Rн рам можно рассчитать из выражения: Кроме указанных реакций по основным каткам у рам возникают реакции и , вызываемые парой сил 2F от внецентренного закрепления концов грузовых цепей на корпусе цилиндра подъема относительно оси плунжера на плече l2. Н1 - высота от шарового шарнира цилиндра подъема на нижней поперечине наружной рамы до оси роликов траверсы или выдвижной рамы, через которые перекинуты грузовые цепи, м.
Введение
В создании материально-технической базы в нашей стране значительная роль принадлежит подъемно-транспортному машиностроению, перед которым поставлена задача широкого внедрения во всех областях народного хозяйства комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, ликвидации ручных погрузо-разгрузочных работ и исключения тяжелого ручного труда при выполнении основных и вспомогательных производственных операций в народном хозяйстве.
Современные поточные технологические и автоматизированные линии, межцеховой и внутрицеховой транспорт, погрузочно-разгрузочные операции требуют применения разнообразных типов подъемно-транспортных машин и механизмов, обеспечивающих непрерывность и ритмичность производственных процессов. Именно поэтому подъемно-транспортное оборудование в настоящее время из вспомогательного превращается в один из решающих факторов производственного процесса, определяющих возможности современного производства.
Уровень комплексной механизации и автоматизации погрузо-разгрузочных и транспортно-складских (ПРТС) работ в различных отраслях производства в значительной мере зависит от их оснащенности машинами напольного безрельсового транспорта (МНБТ), которые являются универсальными и наиболее массовыми машинами, обеспечивающими высокую эффективность работ и высвобождающих большое количество подсобных рабочих, занятых тяжелым физическим трудом.
Машины напольного безрельсового транспорта по сравнению с другими видами подъемно-транспортных средств более компактны и маневренны, имеют меньшую массу и более высокие эксплуатационные показатели
Во всех отраслях народного хозяйства осуществляется последовательный переход от создания и внедрения отдельных машин, оборудования, приборов и технологических процессов к разработке, производству и массовому использованию высокоэффективных систем. Успешно претворяется в жизнь программа ускоренного развития перегрузочных машин, технического оснащения пунктов перегрузки и складов, совершенствования технологии погрузочно-разгрузочных работ.
1.Выбор аналога рассчитываемого погрузчика
Производим выбор аналога рассчитываемого погрузчика, исходя из заданных значений грузоподъемности m гр и высоты подъема груза Н.
Угол наклона грузоподъемника, град вперед 5 назад 10
Радиус поворота по наружному габариту, м 2,8
Колея колес, м передних 1,394
Задних 1,14
База погрузчика, м 1,875
Габаритные размеры, м длина 4,057
Высота 2,48
Ширина 1,865
Скорость передвижения погрузчика без груза, км/ч 22,4
Рабочее давление в системе, МПА 17,5
Масса снаряженного погрузчика, т 6,5
Страна изготовитель Болгария
2. Расчет механизмов и узлов автопогрузчика
2.1 Расчет суммарных сопротивлений подъему груза
Необходимое усилие подъема S ц по плунжеру цилиндра , Н: , где W1 - сопротивление подъему груза и подъемной каретки с вилами, Н;
где Qн - вес груза по заданию, Н (3,7 т =36297 Н);
Gk - вес каретки с вилами, Н (500 кг = 4905 Н);
?1; ?2 - механические КПД цепной передачи (грузовые цепи перекинуты через ролики траверсы) и цилиндра: ?1 ? 0,98; ?2 ? 0,96.
W2 - сопротивление подъему выдвижной рамы с плунжером, траверсой и грузовыми цепями, Н;
где Gв - вес выдвижной рамы с плунжером цилиндра подъема и траверсы с роликами, Н (120 кг = 1177 Н).
W4 - сопротивление качению боковых катков по направляющим, Н.
Масса выдвижной рамы с плунжером мв (кг) определяется исходя из удельного веса и высоты подъема груза где мот - масса выдвижной рамы с плунжером цилиндра и траверсой, отнесенная к 1 м высоты грузоподъемника, кг/м;
lв - длина выдвижной рамы, м где Н - высота подъема груза, м;
а1 - расстояние по вертикали между верхним катком наружной и нижним катком выдвижной рамы, м;
Dk - диаметр основных катков, м.
При максимально поднятых вилах обычно принимают а1 > а, а в расчетах где а - расстояние по вертикали между основными катками каретки, м.
м м кг
В этом случае реакция Rk (Н) по основным каткам каретки (рисунок 1):
где b и b1 - плечи приложения сил Qн и Gk относительно оси передней ветви грузовых цепей, м.
Реакции по основным каткам наружной Rв (Н) и внутренней Rн рам можно рассчитать из выражения:
Кроме указанных реакций по основным каткам у рам возникают реакции и , вызываемые парой сил 2F от внецентренного закрепления концов грузовых цепей на корпусе цилиндра подъема относительно оси плунжера на плече l2. В расчетах для упрощения можно принять, что = .
Пара сил определяется из выражения где S - усилие в одной ветви грузовых цепей, Н;
где - общий коэффициент сопротивления качению основных катков.
Общий коэффициент сопротивления качению ? основных катков где f - коэффициент трения второго рода, f ? 0,0004 м;
? - условный коэффициент трения, учитывающий качение шариков (роликов) по дорожке внутреннего кольца подшипника, ? = 0,01;
dk - диаметр оси катка, м. Принимается dk = 0,6Dk=0,6х0,13=0,078м
Н1 - высота от шарового шарнира цилиндра подъема на нижней поперечине наружной рамы до оси роликов траверсы или выдвижной рамы, через которые перекинуты грузовые цепи, м.
В расчетах принимается Н1 ? Н а1=3 0,81=3,81м
Зная пару сил, можно определить реакцию по верхнему катку наружной рамы где h - расстояние от оси нижнего катка выдвижной рамы до оси роликов для грузовых цепей на траверсе или верхней поперечине выдвижной рамы, h = H/2 а1=3/2 0,81=2,31 м
W3 - сопротивление качению основных катков по направляющим, Н
W4 - сопротивление качению боковых катков по направляющим, Н
где ?1 - общий коэффициент сопротивления качению боковых катков.
где - наружный диаметр бокового катка, м., принимается =0,5х0,13=0,065м;
- диаметр оси катка, м., принимается =0,6х0,065=0,039 м;
? - коэффициент трения скольжения, ? = 0,1
Хк, Хн, Хн - реакции по боковым каткам соответственно каретки, наружной и внутренней рам, Н;
Реакция по боковым каткам каретки, Н: .
Реакции по боковым каткам наружной и выдвижной рам, Н: ,
где с - расстояние по высоте между нижним катком каретки и верхним у наружной рамы (в расчетах можно принять с = Н/2 - а=3/2-0,65=0,85), м;
m - расстояние от оси основного катка до конца выдвижной рамы (в расчетах принимается m = 0,06м)
2.2 Расчет гидроцилиндра подъема груза
Диаметр плунжера D определяется, м где z - число гидроцилиндров подъема, работающих одновременно, принимаемое 1 или 2;
р - рабочее давление в системе, зависящее от марки используемого в грузоподъемнике гидронасоса аналога, Па;
??р - потери давления (суммарное сопротивление) в напорной линии от насоса до цилиндра (принимается равным 6% и 12% от рабочего давления в гидросистеме для средней полосы и крайнего севера России соответственно), Па. Принимаем потери давления 6% от 17,5МПА;
? ? 0,96 - механический КПД гидроцилиндра;
?п = 0,95 - КПД пары шарнирных подшипников с густой смазкой м
Ход плунжера Нпл (м) принимают равным половине максимальной высоты подъема груза, т.е. Нпл = 0,5Н=0,5х3=1,5 м.
2.3 Расчет поперечного сечения грузовых вил
Сила растяжения Р составляет, Н: Н где кд - коэффициент динамичности, равный 1,2
P
Изгибающий момент Мизг составит, Н•м:
где l - расстояние от центра тяжести груза до спинки вил, м.
Напряжение ? в указанном сечении составит, Па:
где Fв - площадь сечения вил, м2
где bв - ширина вилы, м.
[?] - допускаемое напряжение, Па.
где ?т - предел текучести материала вил (для стали 35л ).
W- момент сопротивления сечения, м3
Значение не удовлетворяет условию, значит, необходимо увеличить ширину вил.
2.4 Расчет механизма наклона грузоподъемника
Координата по оси Х составит, м:
где а - расстояние по горизонтали от середины рам до центра поворота грузоподъемника, м. При расчетах принимаем а = 1,5l2=1,5х0,11=0,165, м;
Gгр - суммарный вес груза и элементов грузоподъемника, Н, Gгр=QH Gk Gв Gн
Gн - вес наружной рамы, принимается на 10% больше чем Gв, Н, Gн= 1177х1,1=1294,7 Н
Gгр =36297 4945 1177 1294,7 =43713,7 Н
Координата по оси Y составит, м:
где - расстояние от оси поворота грузоподъемника до центров тяжести груза и подъемной каретки
;
- расстояние от оси поворота грузоподъемника до центра тяжести выдвижной рамы
, - расстояние от оси поворота грузоподъемника до центра тяжести наружной рамы, приблизительно равное
Составим уравнение моментов всех сил относительно точки О качения рамы (рисунок 2), Н•м:
где b2 - расстояние между шарнирами оси поворота грузоподъемника и штока цилиндра наклона на наружной раме. Примем b2 = 0,3 l2=0,3х0,11=0,69м;
- расстояние от оси поворота грузоподъемника до шарнира крепления штока цилиндров наклона к наружной раме, приблизительно равное
;
- усилие по штокам цилиндров, Н;
? - угол между гидроцилиндром и наклоненной рамой грузоподъемника (при проектировочных расчетах можно принять 70?);
1321 - коэффициент перевода величин (км/ч в м/с, л.с. в Вт, Вт в КВТ).
Тяговая сила РТ (Н) на ведущих колесах:
где GП - неполный вес аналога погрузчика, т.е. без учета веса каретки, выдвижной и наклонной рам, Н, Gп =Gсп -(Gk Gв G н )=63765-(4945 1177 1294,7)=56348,3Н где Gсп - масса снаряженного погрузчика, Н;
?с - коэффициент сопротивления качению колес погрузчика по покрытию дороги;
где квр - коэффициент (для погрузчика квр = 0,04…0,05);
ik - передаточное число коробки передач в момент начала движения (при проектировочном расчете ориентировочно принимаем 3,5…5)
Частота вращения коленчатого вала nmakc при максимальной скорости движения погрузчика не равна частоте вращения, соответствующей максимальной мощности двигателя, т.е. NN < nmakc, и, следовательно, ne<nmakc.
Максимальная мощность двигателя nmakc (КВТ):
где кх, ку, kz - эмпирические коэффициенты;
-для бензиновых двигателей кх=1; ку=1; kz=1.
Максимальное значение частоты вращения коленчатого вала для дизельных двигателей nmax=3000...4000 об/мин. Принимаем nmakc=4000 об/мин
При определении NN можно принять соотношение
Условие nmakc > ne выполняется.
Скорость VN, соответствующая максимальной мощности, км/ч: .
Координаты (Vmakc; Ne) и (VN; Nmakc) дают только две первые точки графика функции Ne = f(ne)
Находим остальные необходимые точки:
, где Ne и ne - текущие значения соответственно мощности двигателя (КВТ) и частоты вращения коленчатого вала (об/мин). при =0,1 , при =0,2 ,
при =0,3 , при =0,4 , при =0,5 , при =0,6 , при =0,7 , при =0,8 , при =0,9 , при =1,0 , при =1,1 , при =1,2 .
Для каждых значений Ne и ne определяем текущие значения крутящих моментов Me, Н•м:
Необходимая максимальная тяговая сила Рт макс , Н:
где Gcц - сцепной вес переднеприводного погрузчика (нагрузка на ведущие колеса), равный 55-65 % от общего веса погрузчика с грузом, Н;
Gн п=QH Gп=36297 56348,3=92645,3Н
Gcц=Gн п?0,06 = 5558,72Н
?сц - коэффициент сцепления колес с дорогой, зависит от качества дорожного покрытия.
Графики на рисунке 3.
3.2 Определение основных параметров трансмиссии
Передаточное отношение трансмиссии на высшей передаче uгл:
где nmakc - максимальная частота вращения коленчатого вала, принятая при построении внешней скоростной характеристики, об/мин;
rk - радиус качения ведущих колес rk = d= Gсц /количество колес на передней оси=566,64/2=284 мм, Расчета передаточного числа u1 первой передачи:
где Ммакс - максимальное значение крутящего момента, выбираемое из значений определенных по формуле, Н • м.
Увеличение передаточного числа первой передачи допустимо только до величины :
Т.к. , то для дальнейших расчетов используется передаточное число =1,98.
Пренебрегая падением скорости в процессе переключения передач, скорость движения погрузчика, достигнутая перед моментом переключения, например в конце разгона на первой передаче VI max, равна скорости, с которой начинается разгон на второй передаче VII, (км/ч):
где u2 - передаточное отношение второй передачи.
> u2= или =2
Для коробки передач с n ступенями передач передаточное число любой передачи можно определить по формуле: ,
где s - номер передачи;
i - число ступеней, исключая заднюю и ускоряющую передачи, i = 5.
Передаточное число заднего хода обычно принимается равным .
3.3 Расчет динамической тяговой характеристики погрузчика
Показатель динамического фактора D:
Скорости движения погрузчика на каждой передаче км/ч:
На первой передаче:
Результат вычислений в таблице 1
Таблица1
Частота вращения вала, ni Передача, ui Скорость, Vi
320 1,98 0,606092
640 1,212183
960 1,818275
1280 2,424367
1600 3,030459
1920 3,63655
2240 4,242642
2560 4,848734
2880 5,454826
3200 6,060917
3520 6,667009
3840 7,273101
4000 7,576147
320 1,67 0,7186
640 1,4372
960 2,155799
1280 2,874399
1600 3,592999
1920 4,311599
2240 5,030199
2560 5,748798
2880 6,467398
3200 7,185998
3520 7,904598
3840 8,623197
4000 8,982497
320 1,41 1,41 0,851108
640 1,702215
960 2,553323
1280 3,40443
1600 4,255538
1920 5,106645
2240 5,957753
2560 6,80886
2880 7,659968
3200 8,511076
3520 9,362183
3840 10,21329
4000 10,63884
320 1,18 1,017001
640 2,034003
960 3,051004
1280 4,068006
1600 5,085007
1920 6,102008
2240 7,11901
2560 8,136011
2880 9,153013
3200 10,17001
3520 11,18702
3840 12,20402
4000 12,71252
320 1 1,200062
640 2,400123
960 3,600185
1280 4,800247
1600 6,000308
1920 7,20037
2240 8,400432
2560 9,600493
2880 10,80055
3200 12,00062
3520 13,20068
3840 14,40074
4000 15,00077
Тяговая сила РТМАКС для каждой передачи при соответствующих значениях частот вращения и крутящих моментов , Н:
На первой передаче:
Результат вычислений в таблице 2
Таблица 2
Крутящий момент Мі Передача, ui Тяговая сила, РТ макс
V передача 0,043 0,045 0,047 0,048 0,049 0,048 0,047 0,045 0,043 0,039 0,035 0,03 0,027 механизм технологический автоматизированный погрузчик
4. Расчет устойчивости автопогрузчика
Расчет погрузчика на устойчивость
Рассмотрим продольную и поперечную устойчивость автопогрузчика при штабелировании и при повороте с малой скоростью.
Продольная устойчивость автопогрузчика при штабелировании.
Коэффициент грузовой устойчивости k (рис. 5)
где ап - плечо действия веса автопогрузчика относительно ребра опрокидывания (т. О1), м;
- плечо центра тяжести груза, и элементов грузоподъемника, м;
Мин - момент сил инерции, возникающий при торможении грузоподъемника с грузом при наклоне, Н•м.
Плечо центра тяжести груза, и элементов грузоподъемника, м:
где ? - угол наклона платформы, составляющий 1,5?;
ас - горизонтальная координата оси поворота грузоподъемника относительно оси передних колес, примем ас = 0,33rk=,33х0,2884=0,094м.
Момент сил инерции, Н•м:
, где с - поправочный коэффициент, учитывающий, что рама поворачивается относительно собственной оси поворота, а не относительно ребра опрокидывания (принимается 1,05…1,1);
?J - суммарный момент инерции груза и рамы грузоподъемника относительно оси поворота, кг • м2;
tm - время торможения рамы (0,5…1с);
t - время наклона рамы, (3…5 с);
?р - угловая скорость рамы при ее повороте, рад/с.
Суммарный момент инерции, кг • м2:
где rгр - радиусы инерции груза и элементов грузоподъемника
Плечо действия веса погрузчика относительно ребра опрокидывания, м: .
Координата центра тяжести проектируемого погрузчика по плоскости платформы , м:
Поперечная устойчивость погрузчика при повороте с малой скоростью.
Коэффициент устойчивости к будет определяться:
где lп - плечо действия веса автопогрузчика относительно ребра опрокидывания (т. О2), м;
- плечо действия веса груза и грузоподъемника, м;
- момент сил инерции центробежных сил, возникающих при повороте погрузчика, Н•м.
, где hп - ордината центра тяжести погрузчика, примем , м: 0,47 ? h n ?0,568 > h n=0,5м ;
Кз - колея задних колес погрузчика, м;
hc - вертикальная координата оси поворота грузоподъемника относительно оси передних колес, примем
, где hгр - ордината центра тяжести веса груза и грузоподъемника
- угол наклона грузоподъемника назад, град.
где Vпов - скорость поворота погрузчика с грузом, км/ч, но не более чем в транспортном положении;
R - радиус поворота центров тяжести груза, грузоподъемника, погрузчика относительно центра поворота О3, представляющий собой разность радиуса поворота погрузчика по наружному габариту и половины колеи погрузчика, м: R=2,8-1,394=1,41м. Коэффициент устойчивости автопогрузчика, когда общий вес груза и грузоподъемника Gгр действует не как опрокидывающий, а как уравновешивающий:
