Расчет основных параметров технологического оборудования одноковшовых погрузчиков

Параметры технологического оборудования погрузчика определяются техническим заданием на проектирование, в котором указывается тип базового шасси. Для расчета параметров оборудования необходимы следующие характеристики базовой машины :

1.Эксплуатационный вес G_T — вес машины с балластом, водой, топливом, cмазочными материалами, рабочей жидкостью в гидросистеме, инструментом и запасными частями.

2.Координаты центра тяжести X_T -по длине, Y_T -по ширине, Z_T - по высоте.

3.Внешняя скоростная характеристика двигателя и тяговая характеристика базовой машины, по которым выбираются номинальное число оборотов коленчатого вала n_дв , номинальный M_н и максимальный M_MAX крутящие моменты двигателя, а так же значения тягового усилия на различных передачах трансмиссии. Необходимы так же данные о типе трансмиссии и передаточных числах трансмиссии на всех передачах. По тяговой характеристике определяются номинальное T_н и максимальное T_MAX тяговые усилия на рабочих передачах.

4.Рабочая скорость V_р — скорость движения машины на выбранной рабочей передаче при наборе груза (загрузке ковша).

5.Скорость холостого хода V_x — скорость обратного хода(после набора груза). Скорость холостого хода у современных погрузчиков на 25 — 30 % выше рабочей скорости.

6.Продольная база ходовой части машины А — расстояние между осями ведущей звездочки и направляющего колеса гусеничной машины или между осями колес.

7.Колея В₁ — расстояние между осями гусениц или колес в поперечном направлении.

8.Ширина траков b и шаг звеньев l_зв гусеничной цепи.

9.Размер и тип шин колесной машины.

10.Допускаемая вертикальная нагрузка P на ходовую часть базовой машины.

11.Показатели маневренности и проходимости: радиус поворота R_M , дорожный просвет, углы съезда и въезда, радиус горизонтальной проходимости Rг.

12.Параметры гидросистемы: номинальное давление рабочей жидкости — Рн, номинальный расход насосов и другие данные.

Номинальная грузоподъемность строительных погрузчиков принимается по ГОСТ12568-67, которым определен следующий ряд Qн: 20, 30, 40, 60, 100 кН. При этом величина Qн должна составлять 50% от статической опрокидывающей нагрузки, приложенной в центре тяжести основного ковша при максимальном вылете. Значение Qн, исходя из допускаемых нагрузок на ходовую часть базовой машины может быть определено по формуле

Q_н= 0.5[(R_П — G₀ ) X_T — G₀ b_O )/(a_Г +X_T )], (1.5)

где G₀ — конструктивный вес погрузочного оборудования;

а_Г , b₀ — горизонтальные координаты центров тяжести груза в ковше и рабочего оборудования, соответственно, (Рис. 1.7, Рис. 1.8.).

Предварительное значение G₀ определяется по формуле:

G₀ =k₀ G_T , (1.6)

где k₀ — безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0.25 - 0.35.

Для гусеничных погрузчиков a_Г =(0.7 — 1.0)A, для колесных

a_г =(0.6 — 0.95)A.

Номинальная емкость основного ковша зависит от величины (номинальной грузоподъемности погрузчика и может быть определена по выражению:

V_Н =Q_Н /(g_с e_р ) , м³ (1.7)

где e_р — расчетный коэффициент наполнения ковша, равный 1.25,

g_с — объемный вес материала, кН/м³ . Для кусковых материалов принимается g_с =16 кН/м³.

Эксплуатационный вес погрузчика

G_{П =} G_Т + G_O =(1.25 — 1.35) G_Т (1.8)

Напорное усилие погрузчика Т_Н равно тяговому усилию базового трактора на рабочей передаче с учетом веса погрузочного оборудования. Оно определяется по тяговой характеристике машины. При установившемся режиме работы на горизонтальной площадке

Рис. 1.7. Основные параметры колесного погрузчика

Рис. 1.8. Основные параметры гусеничного погрузчика

напорное усилие определяется по формуле:

Т_Н =[(3.602 Nemaxh_т )/[V_р (1-d_р )] — Gп f, кН, (1.9),

где Nеmax — максимальная мощность двигателя, кВт,

f — коэффициент сопротивления качению машины,

d_р — коэффициент буксования, h_т — КПД трансмиссии. КПД механической трансмиссии принимается равным 0.85 — 0.88. Коэффициент сопротивления качению гусеничного погрузчика — 0.06 — 0.1, колесного — 0.03 — 0.04. Коэффициент буксования для гусеничных машин составляет — 0.07, для пневмоколесных — 0.2. Напорное усилие по условиям сцепления движителя с поверхностью пути

Тсц=G_П j , (1.10)

где j — коэффициент сцепления, принимаемый для гусеничных машин — 0.9, для пневмоколесных — 0.6 — 0.8.

Скорость рабочего хода погрузчика V_Р должна составлять 3.0 — 4.0 км/ч. Расчетное значение скорости может быть определено по формуле:

V_Р =(0.377 n_дв r_k )/i, км/ч, (1.11)

где n_дв — число оборотов вала двигателя, об/мин,

r_k — динамический радиус окружности ведущей звездочки или колеса.

Для гусеничной ходовой системы

r_k = (z_k l_зв )/ 2л, (1.12)

где Z_K — число зубьев ведущей звездочки, l_зв — длина шага гусеничной цепи. Динамический радиус пневматических шин определяется по формуле:

r_k =[( 2 d_ш +D_Ш )є_Ш ] /2, (1.13)

где d_ш — ширина профиля шины, Dш — диаметр обода, є_ш — коэффициент деформации шины, равный 0.93 — 0.935 для шин низкого давления и 0.945 — 0.950 — для шин высокого давления.

Выглубляющее усилие Nв — усилие, развиваемое гидроцилиндрами поворота ковша, приложенное на его режущей кромке, должно превышать номинальную грузоподъемность погрузчика

Nв=( 2.0 — 3.0) Qн.(1.14)

Подъемное усилие Nп — усилие на режущей кромке ковша, развиваемое гидроцилиндрами подъема стрелы ограничивается устойчивостью машины. Его приближенное значение при известной номинальной грузоподъемности может быть определено по формуле:

Nп=(1.8 — 2.3) Qн. (1.15)

Удельное напорное усилие на кромке ковша

q_т =Tmax/B_k ,(1.16)

где Tmax — максимальное напорное усилие,

В_к — ширина ковша.

Удельное выглубляющее усилие на кромке ковша

q_н =N_В / B_K.(1.17)

Рекомендуемые значения удельных напорных и выглубляющих усилий в зависимости от типоразмеров и типа ходовой части погрузчиков приведены в табл.1.7. Для ковшей увеличенной емкости указанные значения могут быть уменьшены на 50%, для уменьшенных ковшей — увеличены на 30 — 40 %. Рекомендуемые значения q_т и q_в превосходят значения несущей способности насыпных материалов, благодаря чему строительные погрузчики могут быть использованы не только на погрузочных, но и на землеройно-транспортных работах.

Таблица 1.7

Параметры	Ходовая часть	Грузоподъемность, кН
		до 30	40-60	свыше 60
Удельное напорное усилие, кН/см Удельное выглубляющее усилие,кН/см	Гусеничная Колесная Гусеничная Колесная	0.25-0.40 0.15-0.30 0.20-0.35	0.40-0.60 0.25-0.40 0.25-0.40	свыше 0.60 свыше 0.40 свыше 0.30

Центр давления и распределения нагрузки по мостам определяются положением центра тяжести машины в продольном направлении с грузом и без него. Координату центра давления X_d порожнего и нагруженного погрузчика следует определять для транспортного положения рабочего оборудования и при максимальном вылете. Положение центра давления относительно оси ведущей звездочки нагруженного гусеничного погрузчика

X_d =(Gп Xп+Q_н а_н )/(Gп+Q_Н ), (1.18)

где C_п — координата центра тяжести погрузчика от оси ведущей звездочки, а_н — координата центра тяжести груза в ковше от оси ведущей звездочки.

Плечо центра давления для нагруженной машины относительно оси опорных направляющих колес должно превышать

D_d =( 1-Xd/ A) A³ 1/6 A. (1.19)

Статические нагрузки на мосты порожнего колесного погрузчика (Рис.1.7) определяются по формулам:

на передний мост Rп=Gп[1-(X/A)], (1.20)

на задний мостR_з =Gп(X/A). (1.21)

Нагруженность мостов колесной машины характеризуется коэффициентом распределения веса:

k_р =Rп/Rз=(A/X)-1. (1.22)

Для порожней машины рекомендуется принимать значения коэффициентов k_р равными 0.67 — 0.82.

Для груженой машины нагрузки, приходящиеся на мосты определяются по формулам:

на передний мост R_ПГ = G_П (1- X/A) + Q_Н (1+a_г /A), (1.23)

на задний мост R_ЗГ = G_П (X/A)- Q_н (a_г / A). (1.24)

Коэффициент распределения для груженой машины (k_рг ) при транспортном положении ковша должен составлять 2.3 — 4.0.

Статическое удельное давление на опорную поверхность характеризует проходимость машины и возможность ее работы на различных основаниях. При жесткой подвеске ходовой части удельное давление по длине гусениц распределяется по закону прямоугольной трапеции, центр тяжести которой находится против центра давления машины. Удельное давление под передним опорным колесом

q_п =2q₀ {3[(X_d -C_Т )/(A₁ +l_ЗВ )]-1}, (1.25)

под задним катком q_З = 2q₀ {2- 3[(X_d -C_Т )/(A₁ +l_ЗВ )] , (1.26)

где q₀ — среднее статическое удельное давление.

q₀ =(Gп+Qн)/ [2b(A₁ +lзв)], (1.27)

где b — ширина гусеницы, Cт — расстояние от оси ведущей звездочки (Рис. 1.8.) до оси первого опорного катка, A₁ — расстояние между осями опорных катков. (Для порожнего погрузчика Qн=0).

Для колесных погрузчиков среднее удельное давление может быть принято равным внутреннему давлению воздуха в шине.

Высота разгрузки ковша Hр (Рис. 1.4., Рис. 1.5.) — наибольшее расстояние от опорной поверхности до режущей кромки основного ковша при максимальном угле разгрузки — выбирается в зависимости от типоразмера машины и транспортных средств, с которыми предназначен работать погрузчик по ГОСТ 12568 — 67. Высота разгрузки может быть определена по формуле:

Нр=h_т+Dh_р, (1.28)

где h_т — наибольшая высота бортов транспортных средств, обслуживаемых погрузчиком,

Dh_р — дополнительный зазор, выбираемый с учетом опрокидывания ковша и работы на неподготовленном основании равным 300 — 500 мм.

Заглубление ковша W — наибольшая величина заглубления режущей кромки основного ковша, установленного под углом 5 — 7 градусов к опорной поверхности. Данный параметр определяет возможность разработки погрузчиком грунтов при резком изменении уклонов опорной поверхности. Величина W выбирается в зависимости от типоразмера погрузчика от 300 до 400 мм.

Вылет рабочего органа L — расстояние от передних выступающих частей базового трактора до режущей кромки ковш при наибольшей высоте разгрузки Hр. Величина L принимается по ГОСТ 12568 — 67 или определяется по формуле:

L=(B_Т /2) +Db,(1.29)

где B_Т — ширина кузова транспортного средства,

Db — расстояние между погрузчиком и транспортным средством при разгрузке, необходимое по условиям безопасности работы и равное 150 — 200 мм.

Угол запрокидывания ковша в нижнем положении и угол разгрузки в верхнем положении по ГОСТ 12568 — 67 должны составлять не менее 40 и 50 градусов, соответственно. При проектировании погрузчиков рекомендуется принимать угол запрокидывания ковша при нижнем положении стрелы 42 — 46 градусов. Угол разгрузки основного ковша в промежуточных положениях стрелы должен быть не менее 45 градусов.