Расчёт профиля и номинальной вместимости основного ковша, сопротивлений при черпании материала ковшом погрузчика. Расчет механизма подъема стрелы. Выбор гидроцилиндров поворота ковша и подъема стрелы. Расчет производительности фронтального погрузчика.
Аннотация к работе
Главным типом рабочего оборудования является ковш: кроме него погрузчики имеют и другие виды навесного оборудования. Совмещенный способ заключается в том, что ковш внедряется в штабель материала на величину, равную приблизительно 0,3 глубины ковша, после чего он поворачивается на угол откоса штабеля; одновременно продолжается перемещение погрузчика и подъем ковша. Движения, сообщаемые ковшу, должны быть такими, чтобы траектория движения режущей кромки была близка к параллельной к откосу штабеля и чтобы сохранялась постоянная толщина снимаемого слоя материала. Высоту разгрузки ковша выбирают в зависимости от транспортных средств, для работы с которыми он предназначен. Номинальная вместимость основного ковша, предназначенного для работы с материалами плотностью от 1,5 до 1,8 т/м3, определяется по номинальной грузоподъемности: , м , (1.
Введение
В создании материально технической базы значительная роль отводится подъемно-транспортному машиностроению, перед которым поставлена задача широкого внедрения во всех областях народного хозяйства комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, ликвидации ручных погрузочно-разгрузочных работ и исключения тяжелого ручного труда при выполнении основных и вспомогательных производственных операций.
Современные поточные технологические и автоматизированные линии, межцеховой и внутрицеховой транспорт, погрузочно-разгрузочные операции органически связаны с применением разнообразных грузоподъемных машин и механизмов, обеспечивающих непрерывность и ритмичность производственных процессов.
Правильный выбор грузоподъемного оборудования является основным фактором нормальной работы и высокой эффективности производства. Нельзя обеспечить устойчивый ритм производства на современной ступени его интенсификации без согласованной и безотказной работы современных средств механизации внутри цехового и межцехового транспортирования сырья, полуфабрикатов и готовой продукции на всех стадиях обработки и складирования.
Для погрузочно-разгрузочных работ в строительном производстве используют погрузчики и разгрузчики. Практика применения экскаваторов в качестве погрузчиков на карьерах и складах нерудных материалов показала, что они менее эффективны, чем погрузчики.
По роду погружаемых грузов погрузчики делят на погрузчики для штучных грузов (подхватывающие или вилочные) и для сыпучих грузов (зачерпывающие). Зачерпывающие погрузчики делят на одноковшовые и многоковшовые (непрерывного действия). Одноковшовые погрузчики являются универсальными и могут применяется в различных условиях. Многоковшовые применяются на базисных складах, в дорожном строительстве и там, где рабочий процесс должен быть непрерывным.
В зависимости от ходового оборудования погрузчики могут быть гусеничные и колесные. Погрузчики на гусеничном ходу имеют высокую проходимость и развивают большое напорное усилие. Колесные погрузчики отличаются большей маневренностью и высокими транспортными скоростями, не разрушают поверхности дорог и площадок складов.
Одноковшовый универсальный строительный погрузчик монтируют на базе гусеничных тракторов и колесных тягачей. Он предназначен для механизации погрузочных и строительно-монтажных работ при помощи сменного рабочего оборудования. Главным типом рабочего оборудования является ковш: кроме него погрузчики имеют и другие виды навесного оборудования. Это могут быть: Ковш для погрузки сыпучих материалов, Ковш прямой и обратной лопаты, Вилы для штучных грузов, Грейферные устройства, Грузоподъемный крюк.
Основной ковш - рабочий орган машины, рассчитанный для работы с различными материалами, объемная масса которых находится в пределах 1,4 - 1,8 т/м .
Одноковшовые погрузчики классифицируют по грузоподъемности на легкие - до 2 т, средние - до 4 т, тяжелые - до 10 т и сверхтяжелые - более 10 т. По типу базовой машины погрузчики подразделяют на колесные и гусеничные.
Погрузочное оборудование имеет три модификации: фронтальное, перекидное, полуповоротное. Фронтальным оборудованием можно разгружать материал только со стороны его разработки, полуповоротное обеспечивает и боковую разгрузку. Перекидной тип погрузочного оборудования позволяет вести разгрузку назад.
В настоящее время более распространены строительные фронтальные погрузчики с объемным гидроприводом рабочего оборудования.
Материалы зачерпываются двумя способами: раздельным и совмещенным. При раздельном способе передняя кромка ковша перемещается в глубь штабеля на глубину врезания которая больше глубины ковша. Затем ковш поворачивается на угол загрузки и поднимается для разгрузки. Совмещенный способ заключается в том, что ковш внедряется в штабель материала на величину, равную приблизительно 0,3 глубины ковша, после чего он поворачивается на угол откоса штабеля; одновременно продолжается перемещение погрузчика и подъем ковша. Движения, сообщаемые ковшу, должны быть такими, чтобы траектория движения режущей кромки была близка к параллельной к откосу штабеля и чтобы сохранялась постоянная толщина снимаемого слоя материала.
Успешно осуществляется переход от применения отдельных видов подъемно-транспортной техники к внедрению высокопроизводительных комплексов. Создаются принципиально новые системы грузоподъемных машин для комплексной механизации и автоматизации погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ.
Исходные данные к расчету параметров рабочего оборудования фронтального погрузчика
1. Фронтальный погрузчик - К-702, двигатель ЯМЗ 238НБ, мощьность-147 КВТ
2. Грузоподъемность - 2 т
3. Тип шасси - гусеничный
4. Ширина базового шасси - 2790 мм
5. Максимальная высота разгрузки - 3200 мм
6. Рабочее давление в гидросистеме - 10 МПА
1. Расчет размерных параметров рабочего оборудования фронтальных погрузчиков
Основным параметром, определяющим размеры рабочего оборудования фронтального погрузчика, является его грузоподъемность.
Высоту разгрузки ковша выбирают в зависимости от транспортных средств, для работы с которыми он предназначен. Рациональным считается соотношение грузоподъемности фронтального погрузчика и транспортного средства от 1:3 до 1:4. По данному соотношению определяется грузоподъемность транспортного средства и, соответственно, его марка.
Высоту разгрузки рекомендуется определять соотношением:
(1.1)
Где: - наибольшая высота бортов транспортного средства, м;
- зазор между бортом транспортного средства и режущей кромкой ковша погрузчика, от 0,3 до 0,5 м. мм.
Вылет кромки ковша при наибольшей высоте разгрузки определяется по выражению: , м, (1.2)
Где: - ширина кузова наиболее тяжелого транспортного средства, с которым будет работать погрузчик, м;
- безопасное расстояние между погрузчиком и транспортным средством при разгрузке, от 0,15 до 0,2 м. м.
Номинальная вместимость основного ковша, предназначенного для работы с материалами плотностью от 1,5 до 1,8 т/м3, определяется по номинальной грузоподъемности: , м , (1.3)
Где - номинальная грузоподъемность, т;
- коэффициент наполнения ковша, = 1,25;
- средняя плотность материала, у=1,6 т/м м .
Внутреннюю ширину ковша принимают больше габаритной ширины его ходовой части или по аналогу: , м, (1.4)
Где - ширина следа базового шасси (габаритная ширина ходового оборудования), м. мм.
По расчетному радиусу поворота определяются основные размеры ковша (рисунок 1.1)
Длинна днища - , м; (1.6)
Длинна задней стенки - , м; (1.7)
Высота козырька - , м; (1.8)
Радиус сопряжения - , м; (1.9)
Высота шарнира крепления к стреле - , м; (1.10)
Ширина зева ковша - , м. (1.11)
=1,5 · 0,931=1,4 м
=1,2 · 0,931=1,12 м
=0,14 · 0,931=0,13 м
=0,4 · 0,931=0,37 м
=0,12 · 0,931=0,11 м
=1,12 · 1,19=1,33 м
Высота шарнира подвески стрелы от опорной поверхности (рисунок 1.2) ориентировочно определяется по формуле: , м (1.12)
Где - относительная высота шарнира подвески стрелы, от 1,5 до 2,0;
м.
Длина стрелы определяются по зависимости: , м (1.13)
Где - расстояние от оси шарнира подвески стрелы до наиболее выступающей части базовой машины, м;
- высота разгрузки ковша, м;
L - фронтальный вылет режущей кромки ковша в положении разгрузки;
Е- угол наклона радиуса поворота режущей кромки ковша в положении разгрузки: , град (1.14)
Где - угол наклона днища ковша к горизонту, от 50 до 55?;
- высота шарнира крепления ковша к стреле, м.
, м (1.15) принимаем = 55? тогда: м.
Угол запрокидывания ковша составляет от 40 до 48?.
Угол поворота стрелы при подъеме рабочего оборудования обычно составляет от 80 до 90°.
Одним из основных параметров ковша является расстояние между осью шарнира ковша на стреле и режущей кромкой, называемого радиусом поворота (рисунок 1.1): , м (1.5)
Где: - относительная длинна днища ковша от 1,4 до 1,6;
- относительная длинна задней стенки ковша, от 1,1 до 1,2;
- относительная высота козырька ковша, от 0,12 до 0,14;
- относительный радиус сопряжения днища и задней стенки ковша, от 0,35 до 0,40;
- угол между плоскостью козырька и продолжением плоскости задней стенки ковша, от 5 до 10?;
- угол между задней стенкой и днищем ковша, от 48 до 52? м.
Рисунок 1.1 - Размеры профиля основного ковша фронтальный погрузчик ковш стрела
После расчета длины стрелы рассчитываются размеры рычажной системы механизма поворота ковша: ,м (1.16)
,м (1.17)
,м (1.18)
,м (1.19)
,м (1.20)
= 1,54 м
= 0,7 м
= 0,42 м
= 0,35 м
= 0,86 м
?= 0,12 м
Длину тяги d, а также координаты точек крепления гидроцилиндров поворота ковша и подъема стрелы определяют по результатам графическим построения механизма.
Значения основных геометрических параметров рабочего оборудования, необходимые для анализа достоверности результатов расчета, представлены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 - Ориентировочные диапазоны геометрических размеров рабочего оборудования фронтальных погрузчиков грузоподъемностью от 0,5 до 8 т
Обозначение параметра L
Значение параметра от 2,2 до 3,5 от 1,5 до 3,3 от 0,9 до 1,5 от 2,5 до 3,5 от 1,4 до 1,9
2. Определение сопротивлений при черпании материала ковшом погрузчика
Процесс заполнения ковша материалом начинается с внедрения ковша в штабель материала при поступательном движении погрузчика вперед (рисунок 2.1)
Рисунок 2.1 - Схема сил, действующих на ковш погрузчика при внедрении в штабель материала с последующим поворотом
После внедрения ковша в штабель материала его заполнение осуществляется путем поворота относительно шарнира 0 (рисунок 2.1), сопротивление которому определяется с учетом сдвига и подъема призмы материала и преодоление силы тяжести ковша при самых тяжелых условиях работы (при зачерпывании тяжелого среднекускового щебня и наибольшей высоте штабеля).
Усилие в начале поворота (при допущении, что силы сопротивления сдвигу материала по лобовой , и боковой поверхностям и сила веса сдвигаемого материала приложены к режущей кромке ковша [1]), на которое должны быть рассчитаны гидроцилиндры механизма поворота ковша, определяется по формуле (рисунок 2.1): , Н, (2.1)
Где - веса ковша, Н.
- плечи действия сил, м.
Вес основного ковша составляет от 0,3 до 0,35 от номинальной грузоподъемности погрузчика.
Н.
Н.
Плечи действия сил с небольшими погрешностями можно принять: =0,37 м. (2.2)
= 0,93 м. (2.3)
Плечо действия силы может быть определено из кинематической схемы.
=0,42 м.
Сила определяется по формуле: , Н. (2.4)
Н.
Где - величина напряжения при сцеплении сыпучих материалов с от 40 до 1000 Па. Для среднекускового щебня при кратковременном слеживании можно принять от 200 до_400 Па;
- коэффициент, зависящий от угла внутреннего трения (для большинства строительных сыпучих материалов можно принять =1,86);
- площадь лобового сдвига, м .
, м . (2.5)
, м
Где - глубина внедрения режущей кромки ковша в штабель материала (рисунок 3.1), м;
= 0,74 м (2.6)
Глубина ковша определяется по формуле: , м (2.7)
, м.
Суммарная сила сопротивления сдвигу материала по боковым поверхностям определяется по формуле: = 758,88 Н.
Где - площадь боковых площадок, м.
Боковая площадь сдвига определяется по формуле: =0,51 м .
Вес материала в призме сдвига : , Н т =23800 Н
Где - объем призмы сдвигаемого материала, м ;
- плотность материала, в среднем =16 КН/м .
Для сыпучего материала объем призмы сдвигаемого материала при повороте ковша определяется по формуле: , м . м .
Объем и вес сдвигаемого материала могут быть меньше объема ковша и номинальной грузоподъемности погрузчика.
3. Расчет механизма подъема стрелы
Усилие в гидроцилиндрах подъема стрелы определяются по формуле: , Н (3.1)
Н.
Где - вес ковша с грузом, =0,325·2000 2000·10=26500 Н.
- вес стрелы с элементами рычажной системы, Н;
- расстояние от центра тяжести стрелы с элементами рычажной системы до оси шарнира поворота стрелы, около 0,5 , м;
- длина стрелы , м;
- передаточное отношение механизма подъема рабочего оборудования;
- К.П.Д. механизма.
Вес стрелы с элементами рычажной системы (вес оборудования) ориентировочно может быть определен из следующих зависимостей: , Н (3.2)
,Н (3.3)
Где - вес базового шасси, Н;
- безразмерный коэффициент, для колесных погрузчиков от 0,35 до 0,45, для гусеничных - от 0,25 до 0,35;
- удельная грузоподъемность, для колесных погрузчиков 0,25 до 0,35, для гусеничных - от 0,2 до 0,25.
- вес стрелы с элементами рычажной системы, Н;
Из данной зависимости составим систему и найдем вес трактора и вес оборудования:
Передаточное отношение механизма подъема рабочего оборудования погрузчика:
(3.4)
Где - начальная длина гидроцилиндра (рисунок 2.4), м;
- ход штока гидроцилиндра (рисунок 2.4), м;
, ,?- постоянные величины для конкретного механизма. м. м.
Где , -длина звеньев механизма, м.
=1,07 м. =1,04 м.
Рисунок 3.1 - Схема к определению постоянных конструктивных величин рабочего оборудования погрузчика
4. Выбор гидроцилиндров поворота ковша и подъема стрелы
Выбор гидроцилиндров проводится в зависимости от усилия приведенного к штоку поршня гидроцилиндра.
Так как в механизме подъема стрелы и поворота ковша участвуют по два гидроцилиндра соответственно, то разделив /2 и /2 получим усилие, приходящееся на один гидроцилиндр.
По исходным данным рабочее давление в гидросистеме 10 МПА. Таким образом для выбора гидроцилиндров необходимо знать их диаметры.
Известно, что рабочее давление в гидросистеме и усилие необходимое для подъема стрелы находятся в следующей зависимости:
Где Р - рабочее давление в гидросистеме
-площадь гидроцилиндра (подъема стрелы)
Учитывая, что = подставляем: = P· отсюда находим D гидроцилиндра
=0,127 м =127 мм.
По полученным значениям подбираем стандартный гидроцилиндр для подъема стрелы.
Стандартный гидроцилиндр
=140 мм =63 мм
=15386 мм
Выбор гидроцилиндра поворота ковша аналогично расчетам гидроцилиндра подъема стрелы.
Одним из важнейших эксплуатационно-технических параметров погрузчика является его производительность, которая зависит от конструктивных качеств машины, уровня организации производства, квалификации оператора и др. Техническая производительность погрузчика - это его максимально возможная производительность при непрерывной работе в определенных условиях, которые оказывают влияние на наполнение ковша материалом и продолжительность рабочего цикла.
Для определения технической производительности используем формулу
Где n - число циклов за 1 ч работы n=3600/t t - продолжительность рабочего цикла
К - коэффициент наполнения ковша материалом, К =1
V - геометрическая вместимость ковша
К - коэффициент разрыхления материала, К =1
К - коэффициент учета технологичности производства работ или условий работ, К =0,9
Продолжительность рабочего цикла.
=
Где - продолжительность наполнения ковша
- продолжительность рабочего хода
- продолжительность маневрирования транспорта
- продолжительность разгрузки ковша
- продолжительность холостого хода
- суммарное время, затрачиваемое на переключение передач и гидрораспределителя, =8 с.
Один из основных и наиболее простых способов выполнения погрузочных работ погрузчиком в транспортные средства является челночный способ - отличается возвратно-поступательным прямолинейным движением погрузчика. Движения транспорта под погрузку осуществляется возвратно-поступательно перпендикулярно направлению перемещения погрузчика. Поэтому продолжительность рабочего цикла погрузчика рассчитывается для челночного способа погрузки (рис 5.1)
Рисунок 5.1- Схема челночного способа погрузки материала в транспортное средство
1-погрузчик, 2-транспортное средство
Продолжительность наполнения ковша приближенно рассчитывают по формуле:
Где
- глубина внедрения кромки ковша в материал, м;
- рабочая скорость внедрения, м/мин;
- коэффициент, учитывающий буксование ходовой части и скольжение гидротрансформатора, =1.5
- Внутренний диаметр гидроцилиндра поворота ковша =80 мм, - длинна хода штока гидроцилиндра поворота ковша, - теоретическая производительность гидропривода рабочего оборудования, м /с.
- объемный КПД гидропривода, = 0,92…0,95
- коэффициент, учитывающий снижение частоты вращения вала двигателя в процессе внедрения ковша в штабель материала, = 1
- количество напорных движений в процессе внедрения ковша в штабель материала (для раздельного и совмещенного способов черпания = 1).
= , м /с.
Где
- ход штока подъема стрелы, = 0,8 м.
- задняя скорость, = 1,1 м/с
- площадь поршня гидроцилиндра подъема стрелы, м = 15,386·10 м