Основные параметры погрузчиков и их расчет

НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО И КЛАССИФИКАЦИЯ ПОГРУЗЧИКОВ

РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ И ПРИНЦИПЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПОГРУЗЧИКОВ

Погрузчики нашли широкое применение в дорожном строительст­ве, а также на базах и складах инженерных войск для погруз­ки-разгрузки транспортных средств, складирования и перемещения штучных и тарных грузов, а иногда и для монтажа различных конс­трукций и подъема грузов на небольшую высоту. Эти машины характе­ризуются универсальностью, высокими скоростями движения, проходи­мостью и маневренностью, тяговыми качествами и устойчивостью. О повышении значимости погрузчиков свидетельствует оснащение уни­версальной дорожной машины УДМ погрузочным оборудованием.

Погрузчики предназначены для выполнения землеройно-транс-портных операций с разработкой предварительно разрыхленных грун­тов, для погрузки сыпучих и мелкокусковых материалов в транспорт­ные средства или в отвал, а со сменными рабочими органами - для обработки штучных грузов, в том числе длинномеров, контейнеров, валунов, для выполнения монтажных работ, на снегоочистке и т.п. Погрузчики могут использоваться для перемещения и подачи к месту производства работ в пределах рабочей площадки (до 150 м) различ­ных материалов, строительных деталей и оборудования.

Погрузчики классифицируют:

по назначению - для сыпучих материалов и штучных грузов;

по режиму работы - непрерывного и циклического (периодичес­кого) действия;

по типу рабочего органа - одноковшовые, многоковшовые и ви­лочные;

по ходовому оборудованию - на гусеничном или пневмоколесном ходу. Их также выпускают на базе автомобилей, тракторов и тяга­чей.

Одноковшовые погрузчики являются универсальными и могут при­меняться для различных целей. Многоковшовые используются там, где рабочий процесс должен быть непрерывным, например зимняя уборка снега на городских улицах с одновременной погрузкой в транспорт­ные средства.

Погрузчики периодического действия (рис. 5.1) не только гру­зят материал в транспортные средства, но и могут перемещать их на расстояние до 150 м. Их применяют для штабелирования сыпучих и кусковых материалов на складах заполнителей смесительных узлов и установок. По способу захвата груза погрузчики периодического действия можно разделить на зачерпывающие и подхватывающие. У за­черпывающих погрузчиков захватным органом является ковш. У подх­ватывающих погрузчиков основным захватным органом служат вилы. Основной тип зачерпывающих погрузчиков - одноковшовые погрузчики с передней (фронтальной) и задней разгрузкой ковша. У погрузчика с задней разгрузкой (перекидные погрузчики) врезание ковша в ма­териал происходит при движении на первой или второй скорости. После подъема загруженного ковша погрузчик движется задним ходом к месту разгрузки, где ковш отводится назад и разгружается. Пог­рузчик, не разворачиваясь, передним ходом возвращается к штабелю материала с опущенным вперед ковшом.

Погрузчик с передней разгрузкой (фронтальный погрузчик) мо­жет быть как на гусеничном, так и на пневмоколесном ходу. Такой погрузчик после набора материала в ковш и поворота его в верти-

Рис. 5.1. Одноковшовые погрузчики: а - с фронтальной разгрузкой ковша; - с боковой разгрузкой ковша; - с задней разгрузкой ковша.

кальной плоскости (для предотвращения высыпания) должен отъехать назад, а в некоторых случаях и развернуться с тем, чтобы обеспе­чить выгрузку материала в транспорт.

Погрузчики с боковой разгрузкой (полуповоротные погрузчики), как правите, изготавливаются с ковшами грузоподъемностью 0,8, 1,25 и 2 т. После набора материала ковш 3 такого погрузчика с по­мощью гидроцилиндра 1 и системы рычагов поворачивается в верти­кальной плоскости для предотвращения высыпания материала. Гидро­цилиндры 2 поднимают стрелу 4 вместе с ковшом. Поворот платформы 5 с рабочим оборудованием на разгрузку происходит с помощью гид-роцилиндроз и цепи, установленных внутри ходовой рамы 6. Время рабочего цикла полуповоротных погрузчиков на 30...40% меньше, чем у фронтальных, чему способствует поворот платформы, исключающий

необходимость маневрирования всей машины. Такие погрузчики весьма эффективны при работе в стесненных городских условиях, однако они являются более дорогостоящими.

Кроме погрузочно-разгрузочных работ одноковшовые погрузчики могут использоваться для послойной разработки грунтов I...III ка­тегории с погрузкой их в транспортные средства или отсыпкой в от­вал. Со сменными рабочими органами эти машины используют для пог­рузки и разгрузки контейнеров, труб, лесоматериалов, для обратной засыпки траншей и котлованов, для уборки дорог и внутрикварталь-ных территорий и др.

Увеличение производства одноковшовых погрузчиков с различны­ми видами сменного оборудования позволяет высвободить в промыш­ленности много экскаваторов, кранов и бульдозеров, занятых на этих работах.

Главный параметр одноковшовых погрузчиков - номинальная гру­зоподъемность, которая должна обеспечиваться при движении машины. По этому параметру их подразделяют на погрузчики малой грузоподъ­емности (до 0,5 т), легкие (0, 6... 2, 0 т), средние (2,1... 4, 0 т), тяжелые (4,1...10 т) и большегрузные (свыше Ют). У современных погрузчиков номинальная грузоподъемность достигает до 15 т. Не менее важны для определения технологических качеств погрузчика и такие параметры, как разгрузочный вылет, наибольшая высота разг­рузки. По ним выбирают транспортное средство.

На рис. 5.2 показаны одноковшовые погрузчики различных мо­делей: мощная модель фронтального погрузчика с шарнирно-сочленен-ной рамой и ковшом вместимостью 1,1 м³; малогабаритный универ­сального назначения; погрузчики на базе стандартных тракторов -гусеничного и колесного.

Рис. 5.2. Основные типы одноковшовых погрузчиков:

а - фронтальный с шарнирно-сочлененной рамой (ТО-30); б - малогабаритный универсальный пневмоколесный (ТО-31); в, г - навесные гусеничный и колесный погрузчики.

Погрузчик, изображенный на рис. 5.2, а, имеет шарнирно-соч-лененную конструкцию рамы. Передний мост с рабочим оборудованием закреплен на передней полураме, а двигатель, кабина и задний мост установлены на задней полураме. Балансирная подвеска заднего мос­та обеспечивает повышенную проходимость погрузчика и разгружает несущую полураму от деформаций кручения. Обе полурамы соединены между собой шарнирно и для изменения направления движения погруз­чика необходимо осуществить их поворот относительно друг друга с помощью гидроцилиндра.

а)

Самоходное шасси малогабаритного погрузчика ТО-31 грузоподъ­емностью 0, 5 т снабжено дизелем мощностью 20 кВт, четырьмя веду­щими колесами на шинах высокой проходимости и гидростатической трансмиссией, обеспечивающей бесступенчатое регулирование скорос­ти при прямом и обратном ходе в пределах 0...10,5 км/ч. Ковш вместимостью 0,25 м³ управляется также с помощью гидравлики. Пог­рузчик поворачивается торможением колес одного борта и оборудован удобной кабиной с хорошим обзором. Погрузчики мощностью 2 т имеют вместимость ковшей 0,75...1,4 м³ при мощности двигателя 55...65 кВт. Привод хода осуществляется через гидромеханическую коробку передач и затем посредством карданных валов на передний и задний мосты погрузчика. В трансмиссию включен гидротрансформатор, авто­матически регулирующий скорость движения в зависимости от нагруз­ки. Наличие гидротрансформатора уменьшает динамические нагрузки, увеличивает долговечность машины и создает более комфортные усло­вия для оператора.

Погрузчики непрерывного действия (рис. 5.3), так называемые многоковшовые погрузчики, применяются для выполнения больших объ­емов работ, связанных с погрузкой или разгрузкой сыпучих и мелко­кусковых материалов (песка, гравия, щебня, сколотого льда, сне­га). Состоят из самоходной машины, на которой установлен ковшовый элеватор 1 или ленточный либо скребковый 5 конвейер. Для подачи материала к элеватору или конвейеру служит питатель 3, который может быть выполнен в виде винта, шаровой головки и подгребающих лопастей 4. Загружать материал в транспортные средства можно по наклонному лотку 2 или ленточному, ковшовому или скребковому кон­вейеру 5. Многоковшовые погрузчики выпускают производительностью 40, 80, 160 и 250 м³/ч с высотой выгрузки 2,4... 4, 2 м. Оборудова­ние погрузчиков непрерывного действия производительностью 40 м³/ч

Рис. 5.3. Погрузчикинепрерывного действия:

а - элеваторный с лопастным шнековым питателем; б - скребковый с подгребающими лопастями.

монтируется/ как правило, на колесном тракторе. Погрузчики произ­водительностью 160 и 250 м³/ч имеют гусеничный или пневмоколесный ход. Большая часть сборочных единиц и деталей погрузчиков унифи-

цирована.

Принцип работы погрузчика заключается в следующем: при дви­жении машины вперед вращающиеся шнеки правыми или левыми спираля­ми транспортируют к середине машины,сыпучий материал, который захватывается ковшами и через воронку подается на ленточный кон­вейер. Ленточный конвейер при помощи механизма поворота может по­ворачиваться и материал грузится в транспортные средства или

сбрасывается в отвал.

Производительность многоковшовых погрузчиков на 40...60%

больше, чем одноковшовых с такой же мощностью двигателя, но цик­лического действия. Однако многоковшовые погрузчики, как и.боль­шинство машин непрерывного действия не являются универсальными.

При выполнении погрузочно-разгрузочных работ погрузчики мо­гут оснащаться различного вида сменным оборудованием, предназна­ченным для захвата и перемещения груза (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Сменное рабочее оборудование одноковшовых погрузчиков:

а - рабочие органы без силового привода; б - рабочие органы с си­ловым приводом; в - дополнительное оборудование; 1 - ковш для твердых пород с зубьями; 2 - ковш с прямолинейной режущей кромкой, 3 - ковш с V-образной режущей кромкой; 4 - скелетный ковш; 5 -грузовые вилы; б - бульдозерный отвал; 7 - плужный снегоочисти­тель; 8 - грузовая безблочная стрела; 9 - ковш с принудительной разгрузкой; 10 - двухчелюстный ковш; 11 - захват для длинномерных материалов; 12 - бурстолбостав; 13 - ковш для распределения бето­на; 14 - захват для пакетов; 15 - дорожная щетка; 16 - гидромо­лот; 17 - рыхлитель; 18 - обратная лопата экскаватора.

Ковши увеличенной и уменьшенной вместимости предназначены для погрузки грунтов с разными свойствами.

Двухчелюстной ковш позволяет захватывать негабаритные пред­меты.

Скелетный ковш предназначается для загрузки крупнообломочных материалов.

Ковш с боковой разгрузкой - для выполнения работ в стеснен­ных условиях.

Ковш с принудительной разгрузкой имеет подвижную заднюю стенку. При ее перемещении при помощи гидроцилиндра и рычагов осуществляется принудительная разгрузка ковша. Такой ковш может применяться при погрузке материалов, обладающих большой лип­костью.

Грузовые крюки и петли - относятся к универсальным грузозах­ватным приспособлениям. Груз прикрепляется к этим приспособлениям при помощи канатных или цепных строп, или при помощи специальных захватов, подвешиваемых на крюк или петлю.

Клещевые захваты - применяют при выполнении ПРР со штучными грузами определенной формы и размера для сокращения времени, зат­рачиваемого на подвеску и освобождение грузов и уменьшение ручных затрат.

Подразделяются на захваты для штучных грузов в таре или упа­ковке и на захваты для штучных грузов без тары. В зависимости от степени автоматизации процесса захвата и освобождения груза зах­ваты подразделяют на полуавтоматические (обеспечивающие автомати­ческий захват груза при ручном освобождении) и автоматические (обеспечивающие захват и освобождение груза без применения рабо­чей силы).

Эксцентриковый захват - предназначен для транспортирования стальных листов в вертикальном положении. Он подвешивается к крю­ку крана и обеспечивает удержание листа в захвате силами трения, возникающими между листом и эксцентриком, а также между листом и упором рамки.

Однако, согласно правилам Гостехнадзора, применение фрикци­онных захватов для ПРР с ядовитыми, взрывчатыми веществами, а Также сосудов, находящихся под давлением газа или воздуха (т.е. с разрядными грузами), не допускается.

Электромагниты (постоянного тока) - применяются для подъема стальных или чугунных грузов. Они подвешиваются цепями к крюку погрузчика и питаются постоянным током при помощи гибкого кабеля.

Их применение устраняет необходимость использования ручного труда при запаливании груза, так как захват и освобождение груза происходит автоматически.

Однако зона работы погрузчика с электромагнитом является весьма опасной.

Вакуумные захваты - предназначены для транспортирования раз­личного рода листового материала (сталь, цветные металлы, стекло, оргалит и т.п.), а также для захвата различных коробок, ящиков и т.п.

Оснащение погрузчиков различными видами сменного оборудова­ния, позволяет осуществить комплексную механизацию погрузоч-но-разгрузочных работ и высвободить большое количество экскавато­ров, бульдозеров, кранов, занятых на этих работах.

Номинальную грузоподъемность погрузчиков определяют по стан­дарту ИСО 5998-78. Для колесных машин она должна быть не более меньшей из двух величин: 50% опрокидывающей нагрузки или 100% подъемного усилия; для гусеничных - не более меньшей из двух ве­личин: 35% опрокидывающей нагрузки или 100% подъемного усилия.

Опрокидывающая нагрузка определяется массой, сосредоточенной в центре масс ковша на максимальном вылете, наличие которой вызы­вает отрыв от опорной поверхности одного или нескольких опорных элементов машины. Для шарнирно-сочлененных машин различают опро­кидывающую нагрузку при соосном и максимально повернутом положе­нии полурам. Подъемное усилие определяется максимальным грузом в ковше, который вызывает срабатывание предохранительного клапана гидросистемы рабочего оборудования или остановку двигателя.

Геометрическая вместимость ковша погрузчика (м³) определяет­ся зависимостью

Q

V_K =------, (5.1)

р • К_н

где Q - номинальная грузоподъемность, т;

р - плотность материала, т/м³;

К_н - коэффициент наполнения ковша.

Фактическая вместимость ковша погрузчика определяется рас­четным путем на основании измерений.

Число ковшей, необходимых для загрузки транспортного средс­тва, определяют из зависимости

-

_0c V„

П

:5.2)

Q_n

K_t

где Q._c - грузоподъемность транспортного средства, т;

Q_n - грузоподъемность погрузчика, т.

Погрузчик используется наиболее эффективно, если для загруз­ки транспортного средства требуется 3...6 ковшей. Оптимальная загрузка транспортного средства достигается, когда режущая кромка полностью опрокинутого ковша перекрывает ширину кузова- В_к не ме­нее чем на 1/3, а высота разгрузки ковша Н₈ превосходит высоту борта кузова на 0,2 В_к (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Схема загрузки кузова автомобиля погрузчиком:

Н₈ - высота разгрузки ковша; В_к - ширина кузова; В_с - ширина автомобиля; ЛН_С - высота подъема ковша погрузчика над бортом кузова; Н_с - высота борта кузова автомобиля; L - наибольшее расстояние кромки ковша погрузчика от крайней точки колеса автомобиля; А₂ - угол разгрузки ковша погрузчика.

Производительность погрузчика определяется количеством мате­риала, обрабатываемого в единицу времени.

Техническая производительность П_т(т/ч) определяется с учетом свойств разрабатываемого материала, массы материала в ковше и ко­эффициента, учитывающего условия работы:

V_K-р-К_н-Кт
П_т = 3600-----------------, (5.3)

К_р • 1ц

где К_т - коэффициент технологичности или условий выполнения ра­бот (К_т = 0,85...0, 9); К_р - коэффициент разрыхления (для материковых материалов

К_р = 1,25; для насыпных - К_р = 1,0); t_u - время цикла, с.

Для определения технической производительности значения плотности материала и коэффициента наполнения ковша принимают по справочникам в зависимости от свойств разрабатываемого материала. Время цикла

Ц ⁼ ^н ⁺ % ⁺ Ц + t₀ + t_x + t_n

( 1_к Jt-D²-h a S_D L_T Jt-D²-h S_x

= 3,6 —K_v+15-------- K₃ -n+3,6 —+7,2 —+15------- +3,6 — +t_n,

¹ v_p П_гп-п_об > v₃ V_T П_гп-Поб v_p

где t_H - время наполнения ковша;

t_p - время рабочего хода;

t_T - время маневрирования транспортного средства;

t₀ - время опорожнения ковша;

t_x - время холостого хода (возврат к месту внедрения);

t_n - суммарное время переключения передач и гидрораспредели­
теля (5<t_n<15 с);

1_К - глубина внедрения ковша в материал, м;

v_p - рабочая скорость внедрения, км/ч;

K_v - коэффициент, учитывающий буксование ходовой части и по­тери в трансмиссии, K_v =1,5;

D- - внутренний диаметр стрелового или ковшового гидроци­линдра (в зависимости от способа работы), см;

h - длина хода стрелового или ковшового гидроцилиндра, см;

П_гп- теоретическая подача насоса гидропривода, л/мин;

К1_0б- объемный КПД гидропривода, %₆ = 0,92...0,95;

К₃ - коэффициент, учитывающий снижение числа оборотов двига­теля в процессе внедрения ковша (К₃ > 2);

п -. количество напорных движений в процессе внедрения;

S_p и S_x - путь рабочего и холостого ходов, м;

v₃ - задняя скорость движения, км/ч;

L_T - габаритная длина транспортного средства, м;

v_T - средняя скорость подъезда и отъезда транспортного средства, км/ч.

Расчетное напорное усилие (кН) может быть определено по фор­муле

О, О " -IN о m я Y

Т_н = ----- -^^ п_т - G_n-f < 0_п-ф, (5.5)

v_T(l-5_p)

где N_emax - наибольшая эффективная мощность двигателя на махови­ке, кВт;

v_T - теоретическая скорость на данной передаче, км/ч;

б_р - расчетное буксование (для колесных машин б_р=0,7)

% - КПД трансмиссии (для механической трансмиссии щ =0, 85... О, 88, для гидромеханической % =0, 6... О, 75);

G_n - эксплуатационный вес погрузчика, кН;

f - коэффициент сопротивления передвижению;

Ф - коэффициент сцепления движителей с поверхностью рабочей

площадки. Теоретическая скорость машины определяется зависимостью

Я R К

v_T = 0,377 —------, (5.6)

где п_дв - номинальная частота вращения коленчатого вала двигате­ля, мин^-1; г_к - динамический радиус ведущего колеса, м; 1 - передаточное число трансмиссии. Для гусеничной ходовой части

z

где z - число зубьев ведущей звездочки; 1_ЗВ - шаг гусеничной цепи, м; Для колесной ходовой части

2d+D

г_к = ------ е (5.8)

где d - ширина профиля шины, мм;

D - диаметр обода, мм;

£ - коэффициент деформации шины, равный 0, 93... О, 96 для шин низкого давления и 0, 95... О, 96 для шин высокого давле­ния.

При определении технической производительности многоковшовых погрузчиков необходимо учитывать, что работа шнекового питателя, элеватора и ленточного конвейера взаимосвязана и поэтому должна быть согласованной, а именно:

П_шп < П_эл < П_лк, (5.9)

где П_шп, П_эл, П_лк - соответствено техническая производительность

шнекового питателя, элеватора и ленточного конвейера, м³/ч;

Ж ■ D²

П_шп = 60 —----- p_t • п • к₃, (5.10)

где D, p_t - соответственно диаметр и шаг шнека, м; п - частота вращения шнека, мин"¹; к₃ - коэффициент заполнения (к₃ = 0,6... 0,9).

п_эл = 3600 —**- q • к_н, (5.и;

где v_k - скорость движения ковшовой цепи, м/с;

1 - расстояние между ковшами, м;

Q. - геометрическая вместимость ковша, м³;

к_н - коэффициент наполнения ковшей (к_н=0,7...1,1).

П_ЛК = 3600 • S ■ у_л • к, (5.12)

где S - площадь поперечного сечения материала на ленте, м²; Уд - скорость движения ленты, м/с; к - коэффициент снижения производительности конвейера при

увеличении угла подъема (при а=10...15° - к = 0,95;

при а=16...20° - к =0,9; при а=20...22° - к =0,86).

Дата добавления: 2015-04-25