Расчёт параметров рабочего оборудования фронтального погрузчика
Содержание:
Введение
Исходные данные к расчету параметров рабочего оборудования
фронтального погрузчика
. Расчёт размерных параметров рабочего оборудования
фронтальных погрузчиков
. Определение сопротивлений при черпании материала ковшом
погрузчика
. Расчет механизма подъема стрелы
. Выбор гидроцилиндров поворота ковша и подъема стрелы
. Расчет производительности фронтального погрузчика
Список использованной литературы
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
. Тип шасси - гусеничный
. Ширина базового шасси - 2790 мм
. Максимальная высота разгрузки - 3200 мм
. Рабочее давление в гидросистеме - 10 МПа
1. Расчёт
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 тяжёлого 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 грузоподъёмности:
, м, (1.3)
Где
- номинальная грузоподъёмность, 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)
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;- 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 55º;
- высота
шарнира крепления ковша к стреле, м.
, м (1.15)
принимаем
= 55º
тогда:
м.
Угол
запрокидывания ковша составляет от 40 до 48º.
Угол
поворота стрелы при подъёме 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 10º;
- угол
между задней стенкой и днищем ковша, от 48 до
52º
м.
Рисунок 1.1 -
Размеры профиля основного ковша
фронтальный погрузчик ковш стрела
Рисунок 1.2 -
Общий вид одноковшового погрузчика.
1-ковш; 2-коромысло; 3-кабина; 4-силовой агрегат; 5,9-пневмошины; 6-рама;
7-карданные валы; 8-передняя полурама; 10-стрела
После расчёта 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
Δ= 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 учётом сдвига и подъёма призмы материала и преодоление силы
тяжести ковша при самых тяжёлых 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);
, 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
- объём призмы сдвигаемого материала, м;
-
плотность материала, в среднем =16 кН/м.
Для сыпучего материала объём 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 подъёма 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 подъёма рабочего оборудования
погрузчика:
(3.4)
Где
- начальная длина гидроцилиндра (рисунок 2.4), м;
- ход
штока гидроцилиндра (рисунок 2.4), м;
,,Δ- 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.
=0,066 м
=66 мм.
Стандартный
гидроцилиндр
=80 мм = 63 мм
= 5024 мм
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
-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
- длинна
стрелы, = 3,203 м.
- угол
подъема стрелы, = 60º - определяем из кинематической схемы.
= м/с = 1200
л/мин.
Тогда:
c.
Продолжительность выполнения рабочего хода при челночном способе
выполнения работ
Где
- путь рабочего хода погрузчика м, = 40 м.
с.
Продолжительность маневрирования транспортного средства под погрузку
фронтальным погрузчиком
Где
-
габаритная длинна транспортного средства. = 8,1 м.
- средняя
скорость подъезда и отъезда транспортного средства, = 5 км/ч или 1,39 м/с.
с.
Продолжительность
разгрузки ковша можно определить по формуле:
Где
-
внутренний диаметр гидроцилиндра поворота ковша, =0,08 м.
- диаметр
штока поршня, = 0,036 м.
- ход
штока гидроцилиндра поворота ковша при разгрузке, =0,54 м - определен из кинематической схемы.
с.
Продолжительность
холостого хода обычно определяется расстоянием перемещения погрузчика и
скоростью его движения
Где
- путь
холостого хода погрузчика, = 40 м.
c.
Тогда длительность одного цикла которая определяется по формуле:
Где
- суммарное время, затрачиваемое на переключение
передач и гидрораспределителя, = 8 с.
Будет
равна:
c.
Тогда
м/час
Где
-
продолжительность работы погрузчика в смену с учетом технического обслуживания,
подготовке машины к работе, = 6,82 ч.
-
коэффициент использования погрузчика в течение смены с учетом подачи
автотранспорта, = 0,8
м/смену.
Список
использованной литературы
1. С.В. Абрамов “Фронтальные погрузчики” Караганда 1990
г.
. М.П. Александров “Подъемно-транспортные машины”
Москва 1985 г.
. М.И. Гальперин, Н.Г. Домбровский “Строительные
машины” Москва 1980 г.
. В.А. Васильченко “Гидравлическое оборудование
мобильных машин” Москва 1983 г.