ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ОДНОКОВШОВОГО ФРОНТАЛЬНОГО ПОГРУЗЧИКА

Цель работы: изучение методики выбора и расчета основных параметров одноковшового фронтального погрузчика.

Содержание работы

Основное назначение одноковшовых погрузчиков – выполнение погрузочно–разгрузочных операций с сыпучими, мелкокусковыми материалами и штучными грузами, а также разработка и погрузка в автосамосвалы (или отсыпка в отвал) грунтов І-ІІІ и даже более высоких категорий после предварительного рыхления.

Основными параметрами погрузчика являются номинальная грузоподъемность Q_н и вместимость ковша q.

Номинальную грузоподъемность Q_н принимают согласно тяговому классу базовой машины в соответствии с ГОСТ 28635-90 (ИСО 5998-86) «Машины землеройные. Номинальная грузоподъемность гусеничных и колесных погрузчиков» и допустимой нагрузкой Р на передний мост. Номинальную грузоподъемность определяют в центре тяжести основного ковша при максимальном вылете.

Номинальную вместимость основного ковша q определяют по номинальной грузоподъемности из расчета работы на материалах с плотностью ρ =1, 6 т/м³:

(7.1)

Значения коэффициента наполнения при расчете вместимости ковша принимают равным k_н=1, 25.

Под максимальной грузоподъемностью Q_max понимается наибольший вес груза, приложенный в центре тяжести основного ковша, который может быть поднят на максимальную высоту с помощью гидропривода. Максимальная грузоподъемность рассчитывается после выбора и расчета параметров гидропривода. Ее величину определяют при наименьшем плече гидроцилиндров стрелы и при максимальном давлении в гидросистеме, равном давлению настройки предохранительного клапана.

Конструктивный вес погрузчика определяется из соотношения:

, (7.2)

поскольку конструктивный вес погрузочного оборудования принимают в пределах 25-35% от веса базовой машины G_бм.

Напорное усилие погрузчика принимается равным номинальному тяговому усилию Т_ном базовой машины. При определении номинального тягового усилия учитывается увеличение веса базовой машины за счет веса погрузочного оборудования.

Скорость рабочего хода принимают по характеристике базовой машины, но не свыше 3…4 км/ч.

Высота разгрузки ковша Н_р – наибольшее расстояние от опорной поверхности до режущей кромки основного ковша при максимальном угле разгрузки и номинальном давлении в шинах.

Высоту выбирают в зависимости от типоразмеров транспортных средств, с которыми предназначен работать погрузчик:

, (7.3)

где: h_Т – наибольшая высота бортов обслуживаемых транспортных средств;

Δ h_р – дополнительный зазор, выбираемый с учетом работы на неподготовленном основании, Δ h_р=300…500 мм.

Заглубление рабочего органа W – наибольшая величина заглубления режущей кромки основного ковша, установленного под углом 5…7º к опорной поверхности. Заглубление определяет возможность работы погрузчика при резких изменениях уклона опорной поверхности. Как правило, W=300…500 мм.

Вылет ковша L – расстояние от передних выступающих частей базовой машины до режущей кромки ковша, находящегося на максимальной высоте при наибольшем угле разгрузки:

, (7.4)

где: В_Т – ширина кузова наиболее большого транспортного средства, обслуживаемого погрузчиком;

Δ b – расстояние между погрузчиком и транспортным средством при разгрузке ковша, необходимое для обеспечения безопасности работы и равное 150…200 мм.

Угол запрокидывания ковша в нижнем положении и уголразгрузки в верхнем положении выбирают по нормативным документам. Рекомендуемая величина угла запрокидывания составляет 42…46º. При подъеме допускается дальнейшее запрокидывание ковша до 15º. Угол разгрузки должен быть не менее 45º.

Показатели основного ковша. Ширину основного ковша принимают на 100…150 мм больше величины следа или ширины базовой машины. Более подробные сведения о параметрах ковша приводятся в справочной литературы и ГОСТ.

Наиболее распространенным механизмом управления ковшом фронтального погрузчика является одноступенчатый механизм с перекрестной системой рычагов и механической системой слежения (рис. 7.1). Поворот ковша относительно стрелы производится гидроцилиндром 1, подъем ковша со стрелой гидроцилиндрами 2.

Рис. 7.1. Схема определения усилий на режущей кромке ковша

и гидроцилиндрах погрузчика

Удельное напорное и удельное выглубляющее усилие на режущей кромке ковша являются параметрами, характеризующими технические возможности одноковшового фронтального погрузчика по разработке прочных грунтов.

Напорное усилие погрузчика принимается равным номинальному тяговому усилию Т_ном базовой машины. Удельное напорное усилие q_н на кромке ковша будет равно:

, (7.5)

где: В_к – наружная ширина режущей кромки основного ковша.

Выглубляющее усилие N_в – усилие на режущей кромке основного ковша, реализуемое гидроцилиндрами поворота ковша. Это усилие ограничивается устойчивостью машины для погрузчиков без лыж. Для погрузчиков, оснащенных опорными лыжами на стреле, выглубляющее усилие будет ограничиваться возможностями гидроцилиндров поворота ковша. В этом случае гидроцилиндры должны обеспечивать выглубляющее усилие, равное:

. (7.6)

где: Q_н – номинальная грузоподъемность погрузчика.

Удельное выглубляющее усилие q_в на кромке ковша

. (7.7)

Рекомендуемые значения удельных напорных и выглубляющих усилий для колесных фронтальных погрузчиков приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1. Рекомендуемые значения удельных напорных и выглубляющих усилий для основного ковша

Наименование показателей	Грузоподъемность погрузчика, Q_н, кН
до 30	40…60	свыше 60
Значения показателей
Удельное напорное усилие q_н, кН/м	15…30	25…40	свыше 40
Удельное выглубляющее усилие q_в, кН/м	20…35	25…40	свыше 30

При отсутствии опорных лыж на стреле выглубляющее усилие определяют по условию продольного опрокидывания машины относительно ребра опрокидывания, проходящего под осью опорных колес:

, (7.8)

где: G_T, G_P и G_K – вес базовой машины, погрузочного оборудования (без портала) и ковша соответственно.

Плечи сил, входящие в уравнение (7.8) изображены на рис. 7.1. Для погрузчиков, оснащенных опорными лыжами на стреле, выглубляющее усилие можно найти, зная максимальное усилие S_к, развиваемое гидроцилиндрами поворота ковша:

, (7.9)

где: n_n – количество гидроцилиндров поворота ковша;

i_n, i_к – мгновенные передаточные отношения рычажной системы, определяемые соотношением соответствующих плеч (рис. 7.1):

; (7.10)

(7.11)

Гидроцилиндры поворота ковша будут развивать максимальное усилие при срабатывании предохранительного клапана, тогда:

, (7.12)

где: р_кл – давление настройки предохранительного клапана;

D – диаметр поршня гидроцилиндра;

η – механический кпд гидроцилиндра.

Порядок выполнения работы

Для проведения лабораторной работы необходим одноковшовый фронтальный погрузчик, рулетка, манометр.

Режущая кромка ковша устанавливается под непреодолимое препятствие, после чего включаются гидроцилиндры поворота ковша. По манометру замеряется давление в поршневых полостях гидроцилиндра. В случае вывешивания погрузчика давление замеряется после отрыва задней оси от опорной поверхности.

После этого замеряются необходимые плечи, ширина режущей кромки ковша и диаметр гидроцилиндров.

Выглубляющее усилие подсчитывается по формуле (7.9). При использовании формулы (7.12) в нее подставляется давление, измеренное при помощи манометра. В случае срабатывания предохранительного клапана можно использовать для расчетов давление его настройки.

Величину номинального тягового усилия принимают по технической характеристике машины.

При выполнении экспериментальной части работы запрещается находиться перед ковшом погрузчика.

Замерять необходимые геометрические параметры и плечи сил следует после выключения двигателя погрузчика. Рабочее оборудование машины должно при этом устанавливаться на грунт, а сам погрузчик должен быть заторможен.

В отчете приводится схема погрузчика, а также результаты замеров и расчетов. Анализируются результаты и делаются выводы.

Контрольные вопросы

1. Для чего предназначены гидроцилиндры рабочего оборудования погрузчика?

2. Чем ограничивается выглубляющее усилие у погрузчика, стрела которого оснащена опорными лыжами?

3. Чем ограничивается выглубляющее усилие у погрузчика, стрела которого не оснащена опорными лыжами?

4. Что понимается под удельным напорным усилием?

5. Что понимается под удельным выглубляющим усилием?

6. Когда гидроцилиндры поворота ковша будут развивать максимальное усилие?

7. Что понимается под мгновенным передаточным отношением рычажной системы?

8. Для чего крепят опорные лыжи на стреле погрузчика?

9. Какие свойства погрузчика определяются удельными напорными и выглубляющими усилиями?

10. От каких параметров погрузчика зависят рекомендуемые значения удельных напорных и выглубляющих усилий?

Лабораторная работа№8

ТЯГОВО-МОЩНОСТНОЙ РАСЧЕТ

МАШИН ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

Цель работы: изучить методику тягово-мощностного расчета машин для земляных работ.

Содержание работы

В рабочем и транспортном режимах на машину действуют силы, как препятствующие, так и способствующие ее движению. Основной задачей тяговых расчетов является определение силы тяги, необходимой для преодоления рабочих и транспортных сопротивлений. Тяговые расчеты являются наиболее важными для землеройно-транспортных машин. Мощностные расчеты обеспечивают выбор двигателя по мощности.

Тяговый расчет машин для земляных работ

В общем случае в рабочем режиме на машину действуют следующие касательные к направлению движения силы сопротивления:

P_PO – касательная составляющая, действующая на рабочий орган (рабочее сопротивление);

Р_f – сила сопротивления перекатыванию машины;

Р_i – сила сопротивления, действующая при преодолении подъемов;

Р_j – сила инерции машины;

Р_ω – сила сопротивления воздуха.

Тогда суммарная сила сопротивления движению машины в рабочем режиме будет равна:

(8.1)

Поскольку три последние в уравнении (8.1) силы могут действовать в противоположных направлениях, они взяты с разными знаками. Естественно, что при определении максимальной силы сопротивления движению их следует принимать со знаком «плюс».

Рабочее сопротивление зависит от типа рабочего органа и вида выполняемых работ и рассчитывается для каждой машины отдельно.

Величину силы сопротивления перекатыванию и силы сопротивления, действующей при преодолении подъемов, можно найти из схемы, приведенной на рисунке 8.1.

Рис. 8.1. Схема для расчета силы сопротивления перекатыванию и силы

сопротивления, действующей при преодолении подъемов

(8.2)

где: G – вес машины;

f – коэффициент сопротивления перекатыванию;

α – угол наклона поверхности движения.

Для углов наклона дороги, не превышающих 5…7º, можно использовать упрощенные формулы:

, (8.3)

где: i – уклон дороги.

Это вытекает из того, что для малых углов:

Сила инерции определяется по формуле:

(8.4)

где: М – масса машины;

а – ускорение (замедление) движения машины.

Обычно ускорение находится по следующей формуле:

, (8.5)

где: v_раб – рабочая скорость машины;

t – время разгона до рабочей скорости, обычно t=2…3 с.

Сопротивления воздуха равно:

, (8.6)

где: F – наветреная площадь машины;

k – удельное сопротивление воздуха, зависящее от относительной скорости воздуха к машине.

Для большинства машин силами инерции и сопротивления воздуха пренебрегают, а силу сопротивления перекатыванию и силу сопротивления, действующую при преодолении подъемов, объединяют, тогда:

(8.7)

В транспортном режиме отсутствует рабочее сопротивление, и тогда:

(8.8)

Движение машины возможно лишь в том случае, когда движитель может развить силу, равную суммарной силе сопротивления. Сила, развиваемая гусеничным или колесным движителем машины, зависит от двух факторов – мощности двигателя и условий сцепления движителя с грунтом.

Максимальная окружная сила на колесе или ведущей звездочке гусеницы (сила тяги по двигателю) определяется так:

(8.9)

где: N_ном – номинальная мощность двигателя;

ω _ном – номинальная угловая скорость двигателя;

i – передаточное отношение трансмиссии на выбранной передаче;

η – КПД трансмиссии на данной передаче;

r – силовой радиус колеса или радиус делительной окружности звездочки.

Однако сила тяги по двигателю не всегда может быть реализована из-за возможного буксования машины. Максимальная сила тяги, которую может реализовать движитель из условий его сцепления с грунтом (сила тяги по сцеплению), равна:

, (8.10)

где: G_сц – сцепной вес, под которым понимается вес машины, приходящийся на ведущие колеса;

φ – коэффициент сцепления.

Значения коэффициентов f и φ приведены в таблице 8.1.

Таблица 8.1. Значения коэффициентов сопротивления перекатыванию f и сцепления φ для гусеничных и колесных движителей

Опорная поверхность	Пневмоколесный движитель	Гусеничный движитель
Шины высокого давления	Шины низкого давления	f	φ
f	φ	f	φ
Цементобетон	0, 015-0, 02	0, 7-0, 8	0, 02	0, 8-0, 9	0, 06	0, 5-0, 6
Сухой асфальтобетон	0, 015-0, 02	0, 7-0, 8	0, 02	0, 8-0, 9	-	-
Грунтовая дорога: 1) сухая 2) влажная	0, 02-0, 06 0, 15-0, 25	0, 6-0, 7 0, 2-0, 3	0, 025-0, 035 0, 1-0, 2	0, 7-0, 8 0, 3-0, 4	0, 06-0, 07 0, 12-0, 15	0, 8-1, 0 0, 5-0, 6
Грунт: 1) рыхлый свежеотсыпанный 2) уплотненный	0, 20-0, 30 0, 1-0, 2	0, 3-0, 4 0, 4-0, 6	0, 1-0, 2 0, 10-0, 15	0, 4-0, 6 0, 5-0, 7	0, 07-0, 10 0, 08	0, 6-0, 7 0, 8-1, 0
Песок: 1) влажный 2) сухой	0, 1-0, 3 0, 3-0, 5	0, 3-0, 4 0, 25-0, 3	0, 06-0, 15 0, 2-0, 3	0, 4-0, 5 0, 3-0, 4	0, 05-0, 1 0, 15-0, 2	0, 6-0, 7 0, 4-0, 5

Таким образом, движение машины возможно при выполнении следующих условий:

(8.11)

Если не будет выполняться первое условие, двигатель машины заглохнет, если второе – машина будет буксовать.

Расчет мощности двигателя машин для земляных работ

Поскольку в рабочем режиме на землеройную машину действуют большие по величине рабочие сопротивления, а в транспортном машина должна перемещаться с высокой скоростью, обычно мощность двигателя рассчитывается для этих двух режимов работы.

В рабочем режиме потребная мощность будет равна:

(8.12)

При определении потребной мощности двигателя в транспортном режиме в формулу подставляются соответствующие значения суммарной силы сопротивления и максимальной скорости движения машины для этого режима работы.

(8.13)

По максимальной величине потребной мощности, рассчитанной по формулам (8.12) и (8.13), осуществляется выбор двигателя.

Порядок выполнения работы

Студентами изучается методика проведения тяговых и мощностных расчетов, составляются уравнения тягового баланса применительно к разрабатываемой в курсовом проекте по дисциплине «Машины для земляных работ» машине и проводятся необходимые вычисления. Рассчитывается требуемая мощность двигателя.

Контрольные вопросы

1. Какие силы действуют на машину в рабочем и транспортном режимах?

2. Какая основная задача тягового расчета машин для земляных работ?

3. От чего зависит рабочее сопротивление?

4. Как учитывается угол наклона дороги при расчетах?

5. Как определить силу инерции машины?

6. Какое сопротивление отсутствует в транспортном режиме?

7. Как определить максимальную силу тяги по двигателю?

8. Как определить максимальную силу тяги по сцеплению?

9. При каких условиях возможно движение машины?

10. Каким образом осуществляется подбор мощности двигателя машин для земляных работ?

Список литературы

1. Баловнев В.И. Дорожно-строительные машины и комплексы: Учеб. для вузов / 2-е изд. – М. – Омск, 2001. – 528 с.

2. Ветров Ю.А. Машины для земляных работ / Ю.А.Ветров, А.А. Кархов, А.С. Кондра и др. – К.: Вища школа, 1981. – 383 с.

3. Гоберман Л.А. Теория, конструкция и расчет строительных и дорожных машин / Л.А. Гоберман, К.В. Степаняк, А.А. Яркин и др. – М.: Машиностроение, 1979. – 407 с.

4. Добронравов С.С. и др. Строительные машины и основы автоматизации. - М.: Высшая школа, 2006. – 575 с.

5. Заленский В.С. Строительные машины: примеры расчетов. – М.: Стройиздат, 1983. – 271 с.

6. Машины для земляных работ. Методические указания для выполнения лабораторных работ для студентов специальности 190205 – «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» / сост. Е.И. Берестов, А.П. Смоляр. – Могилев: БРУ, 2007. – 28 с.

7. Машины для земляных работ. Методические указания к практическим занятиям для студентов специальности 190205 – «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» / сост. Е.И. Берестов. – Могилев: БРУ, 2007. – 26 с.

8. Машины для земляных работ / Под ред. Е.Г. Гаркави. – М.: Высш. шк., 1982. – 335 с.

9. Машины для земляных работ: учебник для вузов / А.И. Доценко и др. – М.: Бастет, 2012. – 687 с.

10. Расчет основных параметров гидравлических экскаваторов с рабочим оборудованием обратная лопата: уч. пособие / В.Я. Крикун, В.Г. Манасян – М.: АСВ, 2001. – 104 с.

11. Строительные машины: Учебник / Д.П. Волков, В.Я. Крикун. Изд. второе, перераб. и доп. – М.: Изд. ст. вузов, 2002. – 376 с.

12. Холодов А.М. Землеройно-транспортные машины: Справ. / А.М. Холодов, Е.Е. Ничке, Л.Е. Назаров. – Харьков: Вища шк., 1982. – 192 с.

Учебное издание

Машины для земляных работ

Учебно-методическое пособие

по выполнению лабораторных работ

для студентов направления

270100 «Строительство»

Составитель Закиров Марат Фанилевич

В редакции составителя

Корректор ______________

Подписано в печать 00.00.2013. Формат 60× 84/16. Бумага офсетная

Усл. печ. л. 3, 5. Заказ № 000. Тираж 100 экз.

Издательство Ижевского государственного технического университета

имени М.Т. Калашникова

Отпечатано в типографии Издательства ИжГТУ имени М.Т. Калашникова.

426069, Ижевск, Студенческая, 7

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 67