книги / Одноковшовые погрузчики

– удельное выглубляющее усилие на кромке ковша, кН/см:

q =	Nв	,	(53)
в	Bк

где Тн – напорное усилие погрузчика или тяговое усилие базового трактора, кН; Nв – выглубляющее усилие, кН; Вк – внутренняя ширина ковша, см.

Данные которые мы получили должны согласовываться с данными приведенными табл. 2.

Таблица 2 Рекомендуемые значения удельных усилий погрузчиков

		Показатели
Параметры	при грузоподъемности, т
	до 3		4–6		более 6
Удельное напорное усилие qн, кН/см:
ПГ	0,25–0,4		0,4–0,6		более 0,6
ПК	0,15–0,3		0,25–0,4		более 0,4
Удельное выглубляющее усилие qв	0,2–0,35		0,25–0,4		более 0,3
для ПГ, кН/см

Если на стреле опорная лыжа отсутствует, выглубляющее усилие Nв, кН, находят по условию опрокидывания машины (см. рис. 7) относительно передних колес или передних опор гусеничного хода:

	G	l	2	−(0,25 ÷0,35) l
Nв =	т			10		,	(54)
				l1

где Gт – вес трактора, кН.

3.5. Усилия на штоках гидроцилиндров

Расчетная схема усилий на штоках гидроцилиндров привода поворота ковша при установившемся режиме работы технологического оборудования изображена на рис. 11.

31

Рис. 11. Усилия в механизмах поворота ковша и подъема стрелы погрузчика

Усилие на штоке одного гидроцилиндра поворота ковша, кН:

S	к	=	Nв iп + Gзап.к iк	K ,	(55)
			1
			nп

где Nв – выглубляющее усилие, кН; Gзап.к – вес заполненного ковша, кН; K1 – коэффициент запаса, учитывающий потери в гидроцилиндрах и шарнирах, K1 = 1,25; nп – число гидроцилиндров поворота ковша, nп = 2.

Gзап.к = Q + Gн,	(56)
где Gковш – вес самого ковша, кН; Q – номинальная грузоподъ-
емность, кН,
Gковш = (0,2 0,35) Qн,	(57)

где Qн – грузоподъемность, т.

32

Мгновенные передаточные отношения механизма вычисляют для положения ковша, соответствующего внедрению в материал:

	i	=		l6	l8	,		(58)
				l	l
	п
		7			9
	i	=	l11 l8				,	(59)
	к			l7 l9

где l6, l7, l8, l9, l11 – плечи приложения сил в нагруженных элементах механизма.

Усилие на штоках гидроцилиндров стрелы также определяем по выглубляющему усилию, кН:

S	с	=	Nв l3 + GР l10 − Sк′ l5 nп	K	2	,	(60)
			l4 nc

где Sк′ – усилие цилиндра ковша без учета коэффициента запа-

са, кН; Nв – выглубляющее усилие, кН; K2 – коэффициент запаса, K2 = 1,25; nс – число гидроцилиндров поворота стрелы, nс = 2; Gр – вес погрузочного оборудования (исключая портал); l3, l4, l5, l10 – плечи приложения сил в нагруженных элементах механизма.

Gp = (0,2 0,27) Gт,

где Gт – вес трактора, кН.

3.6. Расчет гидросистемы

По значениям Sк, Sс (усилие на штоках, кН) и принятому давлению в гидросистеме рассчитывают диаметры гидроцилиндров ковша и стрелы, мм:

	D =	4F	,	(61)
		π P η
				33

где F – развиваемое усилие на штоках, кН; Р – рабочее давление гидросистемы, мПа; η – КПД гидросистемы, η = 0,98.

Полученный диаметр округляется в большую сторону до диаметра, указанного в ГОСТе.

Определение диаметра штока dш, мм:

dштi = 0,35Di .

(62)

Гидросистема погрузчика должна обеспечивать следующие скорости перемещения погрузочного оборудования:

1) скорость запрокидывания ковша, м/с:

v =

0,277γυ υp Kυ

,

(63)

з.к 3,6

где γυ – коэффициент совмещения скоростей внедрения и запрокидывания, γυ = 1…1,2; Kυ – коэффициент снижения рабочей скорости υр в процессе внедрения, Kυ = 0,5; υр – скорость рабочего хода, υр = 3…4 км/ч;

2) скорость подъема стрелы (средняя вертикальная в шарнире крепления ковша) принимают такую, чтобы подъем груза был окончен к моменту завершения операции отхода погрузчика на разгрузку, м/с:

v	=	Sп	υ		,	(64)
п.с		Sд		x

где Sп – длина пути шарнира крепления ковша при подъеме стрелы (по вертикали), м; Sд – средняя длина пути рабочего хода погрузчика, Sд = 20 м; υх – скорость холостого хода погрузчика, м/с;

3) скорость опускания стрелы, м/с:

vo.с =(1,2 ÷1,3) vп.с;

(65)

4) скорость движения поршня гидроцилиндра ковша, м/с:

34

v =	vз.к	=	0,277γυ vp Kυ	,	(66)
к	iп		iп

где iп – мгновенное передаточное число от режущей кромки ковша к цилиндрам поворота; Kυ – коэффициент снижения рабочей скорости υр в процессе внедрения, Kυ = 0,5; υр – скорость рабочего хода, υр = 0,83…1,11 м/с; γυ – коэффициент совмещения скоростей внедрения и запрокидывания, γυ = 1…1,2;

5) скорость движения поршня гидроцилиндра стрелы, м/с:

v	=57,3v			Sц		,	(67)
			l	ϕ
c	п.с				c
			c

где Sц – ход поршня гидроцилиндра стрелы, м; lс – длина стрелы, м; ϕс – угол поворота стрелы, град; vп.с – скорость подъема стрелы, м/с.

Определение необходимой мощности гидроцилиндров,

кВт:

Nгцi = F vп,

(68)

где F – усилие на штоке соответствующего гидроцилиндра, кВт; vп – скорость движения поршня, м/с.

Основным этапом расчета гидропривода является выбор насоса. Чтобы спроектированный привод мог выполнять свои функции, он должен иметь достаточную для этого мощность. Мощность гидропривода определяется мощностью установленного насоса, а мощность насоса складывается из мощностей работающих от этого насоса гидроцилиндров, кВт:

Nн = Kс Kу (2Nгц ковш +2Nгц стр ),

(69)

где Kс – коэффициент запаса по скорости, учитывающий возможные утечки рабочей жидкости в подвижных соединениях, принимаем Kс = 1,1; Kу – коэффициент запаса по усилию (моменту), учитывающий возможные потери давления на путевые

35

и местные сопротивления, а также потери за счет сил трения в гидродвигателях, принимаем Kу = 1,1; Nг – наибольшая суммарная мощность гидроцилиндров, работающих в одном рабо-

чем цикле, Nг = Nн.

Зная необходимую полезную мощность насоса, можно

найти подачу насоса, дм3/с или л/мин:
Q =	Nн	,	(70)
н	Р
	н

где Nн – мощность насоса, кВт; Рн – номинальное давление насоса с учетом потерь в гидролинии, МПа.

По давлению Рн и подаче Qн выбираем насос по справочникам или атласам. Следует выбрать насос с ближайшей к расчетному значению подачей в большую сторону.

В качестве устройств управления потоком в гидроприводах СДМ в основном применяют секционные распределители с ручным управлением, реверсивные золотники с гидравлическим и электрическим управлением, а также клапаны и дроссели различных типов. Выбор типа и марки распределителя осуществляется по номинальному давлению, расходу и количеству гидродвигателей. Для гидроприводов, работающих в легком и среднем режимах, в основном выбирают моноблочные распределители, а для тяжелого и весьма тяжелого режимов эксплуатации – секционные распределители.

При выборе бака необходимо учитывать, что объем должен обеспечивать отстой рабочей жидкости. Рекомендуемый объем бака, л:

Vб = (1,2 1,5) Qн,

(71)

где Qн – подача насоса, л/мин.

Определим диаметры напорных и сливных трубопроводов, которые соединяются с основными трубопроводами гидросистемы. Для этого определим расход рабочей жидкости Q при одном перемещении штока гидроцилиндра, л/мин:

36

Q = 6Vшт Fп ηс.ц,

(72)

где Vшт – скорость перемещения штока соотвествующего гидроцилиндра; ηс.ц – объемный КПД гидроцилиндра, ηс.ц = 0,98;

Fп – площадь поршня, мм2 или см2,

F =	π D2	,	(73)
п	4

где D – диаметр поршня на гидроцилиндре стрелы и ковша равны, мм.

Применяются как жесткие стальные трубопроводы, так и рукава высокого давления.

Выбираем трубопроводы и рукава по условному проходному сечению dу, мм:

dyi = 4,6	Qт ,	(74)
	Vт

где Qт – поток жидкости через трубопровод (расход), л/мин; Vтн – максимальная скорость течения жидкости в нагнетающей магистрали, Vтн =5 м/с; Vтс – в сливной магистрали, Vтс = 2 м/с; dун , dус – условные проходы в нагнетающей и сливной магистралях.

3.7. Устойчивость погрузчика

Устойчивость погрузчика в транспортном режиме при порожнем ковше определяется теми же соотношениями, что и для бульдозера, Kуст ≥ 1,2. Во время рабочего процесса погрузчик перемещается на почти горизонтальных площадках, допустимый уклон которых не должен превышать 3°. Расчет продольной устойчивости погрузчиков ведется из условия опрокидывания вперед с учетом того, что деформируются опор-

37

ные поверхности под гусеничный ход либо пневматические шины, если ход пневмоколесный (рис. 12).

Наименьшим запасом продольной устойчивости обладает погрузчик в случае движения под уклон с одновременным торможением машины и рабочего оборудования при его опускании. Положение рабочего оборудования при этом соответствует максимальному вылету (см. рис. 12).

Рис. 12. Схема для определения устойчивости погрузчика

Тогда

			Kуст =
			Gт (lц.т cos γ−hц sin γ)				(75)
=								≥1,2,
	G (l cos γ+h sin γ) +G (l cos γ+h sin γ)+M				ин	+М
	г г	г	c c	c			в

где Gт – сила тяжести тягача с противовесом и неподвижными частями навесного оборудования погрузчика, кН; Gг – сила тяжести груза, кН; Gс – сила тяжести подвижных частей рабочего оборудования (ковш, стрела, тягачи, рычаги, гидроцилиндры), кН; hс, lц.т, lг, lс, hц, hг – плечи соответствующих усилий (см. рис. 8); Мин – момент сил инерции относительно ребра опрокидывания, кН·м; Мв – момент, вызванный ветровой нагрузкой, кН·м;

38

Мв = Kз Fбр K Рв r,

(76)

где Kз – коэффициент заполнения контура наветренной площади погрузчика, Kз = 0,9…0,95; Fбр – наветренная площадь погрузчика, ограниченная его контуром, м2; K – коэффициент аэродинамических сопротивлений, K = 1,2; Рв – расчетное давление ветра, принимаемое по ГОСТ 1451–77; r – плечо приложения ветровой нагрузки, м.

Момент сил инерции, кН·м, находится по соотношению

М

ин

=

Мтiη + gf

(m h +m h +m h

) +

mпrк

г г

c c

т m

(77)

m l R +

1 m

lc

υ

+

α2

,

г г г

3

c

c

Rтtт

Rc

где Мт – тормозной момент остановочных тормозов, кН·м; i, η – передаточное число и КПД части трансмиссии между тормозом и ведущим колесом; mп – общая масса погрузчика с рабочим оборудованием и грузом, кг; rк – радиус ведущего колеса, м; f – коэффициент сопротивления движению; mг, mс, mт – массы груза, подвижных частей рабочего оборудования и тягача, кг; υ – скорость опускания груза, м/с; tт – время торможения стрелы, tт = 0,2…0,3 с.

Также проверить погрузчик на устойчивость можно более простым методом. Коэффициент устойчивости определяется по формуле

K	у	=	Му	≥1,2,	(78)
			Мопр

где Му – удерживающий момент, кН·м; Мопр – опрокидывающий момент, кН·м.

Му =Gт lц.т,

(79)

где Gт – вес трактора, кН;

39

Мопр = Рв Fбр + Gc lc + Gк+г lк + Мин,

(80)

где Рв – расчетное давление ветра, Рв = 250 Н/м2; Fбр – наветренная площадь погрузчика, ограниченная его контуром, Fбр = 3 м2; Gc – вес погрузочного оборудования (исключая портал), кН; Gк+г – вес ковша и грунта (максимальная грузоподъемность, т), кН; Мин – момент инерции, кН·м.

M	ин	=	υ Gк+г hг + Gс hс + Gт hц.т	,	(81)
			t 3,6

где Gк+г – вес ковша и грунта (максимальная грузоподъемность, т), кН; Gc – вес погрузочного оборудования (исключая портал), кН; Gт – вес трактора, кН.

Расчет машины, движущейся с транспортной скоростью (рабочее оборудование в транспортном положении), не приводим, так как в проекте сохранены габаритные размеры, весовые

искоростные показатели серийного погрузчика.

3.8.Расчетные нагрузки и усилия

Одноковшовые погрузчики рассчитывают на прочность по нагрузкам, возникающим в процессе внедрения основного ковша в штабель насыпного груза, раздельным или совмещенным способами, при которых полностью реализуются наибольшие напорные усилия и усилия поворота ковша. По характеру нагрузки бывают статическими и динамическими, возникающими в период разгона и замедления во время рабочего цикла.

Внешние нагрузки могут быть основными, случайными (максимальными) и аварийными. Основные нагрузки возникают в нормальных условиях работы, для которых предназначен погрузчик. По ним целесообразно рассчитывать долговечность и надежность узлов погрузчика. Случайные нагрузки возникают эпизодически при неблагоприятном сочетании внешних сил во время работы, например, при труднопреодолимых препятст-

40