Погрузчик представляет собой самоходную подъемно-транспортную машину, включающую в себя базовое шасси и технологическое оборудование в виде шарнирно-рычажного механизма с рабочим органом. Привод технологического оборудования в конструкциях современных погрузчиков - гидравлический. Они предназначены для захвата, подъема и перемещения свободно лежащих или насыпных, грузов с последующей погрузкой в транспортные средства или укладкой в штабеля. С их помощью можно производить погрузку предварительно взорванных или разрыхленных скальных пород, мелкокусковых и сыпучих грузов, строительных материалов (песок, щебень, гравий), производить очистку различных территорий от строительного мусора, снега, промышленных отходов.

Погрузчики классифицируют по виду рабочего процесса, грузоподъемности, по типу ходовой системы базового шасси, по типу технологического оборудования и рабочего органа (рисунке 1).

По виду рабочего процесса различают погрузчики непрерывного и периодического (циклического) действия. К машинам первого типа относятся погрузчики многоковшовые, роторные, скребковые, с нагребающими лапами и подгребающими дисками. При работе этих машин материал от рабочего органа в транспортное средство или штабель подается, как правило, по скребковым транспортерам, т.е. непрерывно. Работа погрузчиков периодического действия отличается тем, что погрузка или штабелевка материалов производится в результате выполнения циклически повторяющегося набора операций.

Рисунок 1 - Конструктивные схемы погрузчиков:

а - вилочного; б - одноковшового; в-многоковшового; г, д - роторных; е - скребкового; ж - с нагребающими лапами; з - с подгребающими дисками.

По грузоподъемности погрузчики разделяют на малогабаритные (менее 5 кН), легкие (6-20 кН), средние (21-40 кН), тяжелые (41-100 кН), большегрузные (свыше 100 кН).

По типу ходовой системы погрузчики делятся на гусеничные и колесные. Гусеничные погрузчики имеют жесткую, полужесткую и эластичную подвеску корпуса. При жесткой подвеске рама технологического оборудования крепится на ходовых тележках, жестко связанных между собой, при полужесткой и эластичной - на корпусе или подмоторной раме трактора. Гусеничная ходовая система обеспечивает хорошие тягово-сцепные качества машины, меньшие удельные давления на опорную поверхность, высокую маневренность и проходимость. В конструкциях отечественных и зарубежных строительных погрузчиков наибольшее распространение получила жесткая подвеска корпуса.

Колесные ходовые системы погрузчиков выполняются по формулам 4x2 или 4x4 с трехточечной подвеской рамы. Существуют жесткие и шарнирно-сочлененные рамы. При жестких рамах маневры машины осуществляются за счет управления двумя или четырьмя колесами одновременно. При шарнирно-сочлененной - за счет поворотов полурам относительно вертикального шарнира посредством гидроцилиндров управления. Колесные погрузчики имеют ряд преимуществ перед гусеничными:

- Допускают большую транспортную скорость. Так погрузчики фирмы «Кларк» (США) могут двигаться со скоростью до 35,4 км/ч, фирмы «Кейс» - до 49,5 км/ч. Скорость гусеничных погрузчиков не превышает 12 км/ч. Высокая мобильность позволяет содержать меньшее количество машин на предприятии.

- Пневмоколесный ход значительно меньше разрушает полотно дороги или подготовленной погрузочной площадки, что позволяет пользоваться дорогами общего назначения. Он снижает пиковые динамические нагрузки при выполнении рабочих операций, обеспечивает более плавные режимы нагружения элементов конструкции и повышение надежности.

- Обладают более высокой (на 18-20%) энерговооруженностью. Этим объясняется широкое распространение пневмоколесных погрузчиков в зарубежных странах. Только в США различными фирмами выпускается более 100 моделей погрузчиков грузоподъемностью от 7 до 540 кН. При этом около 70% из них колесные.

Вместе с тем гусеничные погрузчики обладают одним существенным преимуществом перед колесными: эти машины при работе создают меньшее удельное давление на грунт. Так гусеничные погрузчики фирмы «КОМАЦУ» создают при движении с грузом удельное давление 67-90 кПа, фирмы «КАТЕРПИЛЛЕР» - 117-120 кПа. Колесные погрузчики фирмы «INTERNATION» - до 560 кПа, «ВАЛМЕТ КТД 1510» - 250-390 кПа «ВАЛМЕТ КТД 2514» - до 700 кПа.

По типу технологического оборудования погрузчики делятся на фронтально-радиальные, фронтально-вертикальные, поворотные и перекидные. Кинематика фронтально-радиальных погрузчиков обеспечивает поворот стрелы на угол до 90°. При этом механизм стабилизации сохраняет при повороте стрелы заданное оператором положение рабочего органа. Все рабочие операции выполняются фронтально, т.е. перед машиной. Перемещение груза из положения набора к месту укладки осуществляется за счет переездов с разворотами погрузчика на. 90° или 180°. В качестве сменного рабочего органа погрузчики оснащаются ковшами с боковой разгрузкой, что позволяет уменьшить, а иногда и исключить развороты машины при работе.

Фронтально-вертикальные погрузчики (автопогрузчики) обеспечивают при работе вертикальное перемещение захвата с грузом с отклонением на 10-15. Автопогрузчики выпускаются только на базе пневмоколесных шасси с колесной формулой 4x2 грузоподъемностью от 10 до 100 кН. Рама машины представляет собой жесткую несущую конструкцию. Чаще всего передний ведущий неуправляемый мост, а задний балансирно подвешенный с управляемыми колесами. В качестве основного рабочего органа применяется вилочный захват. Груз при этом перемещается в свободном состоянии. Для погрузки длинномерных материалов автопогрузчики оснащаются захватами с верхними прижимами. В таком исполнении они применяются на погрузке лесоматериалов, труб и т.д.

Технологическое оборудование поворотнных погрузчиков выполняется в виде манипуляторов (телескопических, шарнирно-рычажных, комбинированных) с углом поворота в плане до 360° и более. В качестве базовых шасси применяются как колесные, так и гусеничные машины (тракторы, автомобили, специальные шасси). Применение манипуляторов позволяет сократить маневрирование машины по погрузочной площадке и, следовательно, уменьшить вредное воздействие на ее поверхность и улучшить условия работы операторов. На рисунке 2 представлена схема универсального погрузчика с телескопическим манипулятором. Погрузчик состоит из базовой машины, опорно-поворотного устройства, трехсекционной телескопической стрелы, ротатора, рабочего органа, гидропривода технологического оборудования, установки щитов ограждения.

Рисунок 2 - Лесопогрузчик универсальный с телескопическим манипулятором: 1 - трактор; 2 - устройство опорно-поворотное; 3 - стрела телескопическая; 4 - ротатор; 5 - захват; 6 - установка щита; 7 - гидроцилиндр

Опорно-поворотное устройство обеспечивает поворот стрелы манипулятора в горизонтальной плоскости на угол до 360 градусов. В качестве механизма поворота чаще всего применяется сдвоенное устройство «шестерня-рейка» с приводом от гидроцилиндров двойного действия. Телескопическая стрела включает в себя наружную (опорную), среднюю и внутреннюю секции и механизм выдвижения секций с гидроприводом. Ротатор служит для поворота рабочего органа в горизонтальной плоскости при наборе и укладке груза. В конструкциях современных ротаторов поворот вала осуществляется при помощи моментных гидроцилиндров или механизмов «шестерня-рейка».

Кинематика перекидных погрузчиков обеспечивает поворот стрелы в вертикальной плоскости на угол 180° и более, При этом набор груза, как правило, производится впереди, а разгрузка сзади машины. Наибольшее распространение погрузчики такого типа получили в лесной промышленности - лесопогрузчики.

Стрелы фронтально-радиальных и поворотных погрузчиков выполняются с постоянной и с переменной длиной. В последнем случае применяются телескопические устройства (телескопические стрелы или телескопические рукояти).

По типу рабочих органов погрузчики делят на ковшовые, вилочные, грейферные, челюстные. Все сменное оборудование к погрузчикам условно можно разделить на землеройно-погрузочное, грузоподъемное и вспомогательное. Землеройно-погрузочное оборудование показано на рисунке 3 а включает в себя, ковш для погрузки сыпучих и легких материалов-1, ковш с зубьями для погрузки тяжелых материалов и разработки грунтов I и II категории - 2, скреперный ковш-3, решетчатый ковш -4, ковш с боковой разгрузкой -5, ковш с увеличенной высотой разгрузки -6 ковш с принудительной разгрузкой -7, бульдозерный отвал -8, обратная лопата экскаватора -9, грейферный ковш -10.

Рисунок 3 - Виды сменного оборудования погрузчиков

К грузоподъемному оборудованию относят (рисунок 3, б) вилочный захват -11, удлинители стрел -12, челюстной захват для погрузки круглых лесоматериалов и других длинномерных грузов -13, поворотный захват для установки и монтажа столбов, свай -14, вилочный захват для сельскохозяйственных работ -15.

В качестве вспомогательного оборудования (рисунок 3, в) применяются плужные -16 и шнеко-роторные снегоочистители -17, кусторезы-18, корчеватели-19, бункеры-дозаторы -20, асфальтовзламыватели -21 и другое оборудование. Виды работ, выполняемых с помощью погрузчиков и применяемое оборудование приведены в Таблице 1.

Таблица 1 - Виды работ и оборудования

Технологические схемы работ с применения одноковшовых погрузчиков.

Одноковшовые погрузчики работают в следующих основных

режимах: погрузочно-разгрузочных, погрузочно-транспортных, землеройно-транспортных, строительно-монтажных и специальных.

В погрузочно-разгрузочных режимах производится разработка материалов или набор грузов из штабеля с погрузкой в транспортные средства при небольшой дальности перевозок, а также выгрузка преимущественно штучных и тарных грузов, строительных конструкций из транспортных средств и их штабелирование.

В погрузочно-транспортных режимах возможна также разработка материалов или набор грузов из штабелей, перемещение их собственным ходом на расстояние 0,5-1 км и укладка на транспортные средства или в штабеля. В этом же режиме производится подача материалов в дробильно-сортировочные агрегаты, заполнение бункеров питателей конвейеров при производстве строительных материалов, транспортирование грунта и других материалов в отвалы. В подобных режимах погрузчики широко используются при обслуживании передвижных бетонных заводов и асфальтосмесительных установок.

В землеройно-транспортных режимах производится послойная разработка грунтов без предварительной подготовки, рытье котлованов для различных зданий и сооружений, силосных ям, колодцев, а также для засыпки грунта в котлованы, траншеи, пазухи фундаментов с последующей планировкой площадок.

При производстве строительно-монтажных работ погрузчики применяют с грузоподъемным оборудованием, (крановой безблочной стрелой, челюстным захватом и т.п.) при возведении фундаментов зданий, подстанций, малоэтажных объектов и комплексов, преимущественно в сельском строительстве.

Специальные режимы погрузчиков определяются спецификой работы со сменным оборудованием (кусторезом, корчевателем и т.п.).

Погрузочно-разгрузочный и погрузочно-транспортный режимы по основным элементам рабочего цикла сходны. Различаются лишь дальностью перевозок, которые при первом режиме минимальны (8-20 м в зависимости от типоразмера погрузчика и транспортного средства), а при втором режиме могут достигать 1 км.

Работа погрузчика на этих режимах состоит из следующих основных операций: наполнение ковша при наборе груза, рабочий ход, разгрузка ковша, холостой ход.

Наполнение ковша материалом из штабеля или карьера происходит путем последовательного сочетания поступательного или напорного движения погрузчика и движения погрузочного оборудования. В зависимости от сочетания движений погрузчика и рабочего оборудования ковш может наполняться различными способами, выбор которых определяется конструкцией погрузочного оборудования и тяговыми возможностями (или типом трансмиссии) погрузчика.

Рисунок 4 - Способы набора груза одноковшовым погрузчиком

Различают пять основных способов разработки материала из штабеля или наполнения ковша: многоступенчатый, экскавационный, раздельный, совмещенный, комбинированный, послойный.

Многоступенчатый способ наполнения ковша (рисунок 4, а) представляет собой несколько однократных последовательных внедрений, сочетающихся с подъемок оборудования. Этот способ чаще всего применяют при работе погрузчиков с недостаточной мощностью двигателя и оснащенных механической трансмиссией.

При этом способе значительно увеличивается время наполнения ковша, повышается утомляемость водителя. Из-за повышенного действия динамических нагрузок и преждевременного износа фрикционных элементов муфты сцепления снижается долговечность погрузчика.

Экскавацнонный способ (рисунок 4, б) осуществляется предварительным внедрением ковша (до 1/4 длины днища) с последующим подъемом оборудования без дальнейшего поступательного перемещения погрузчика. Этот способ применяют преимущественно при разработке песчано-гравнйных карьеров для равномерной выработки массива по высоте. Толщина стружки материала ограничивается в этом случае силовыми параметрами механизма подъема стрелы.

Раздельный способ (рисунок 4, в) - однократное внедрение ковша в материал до упора в заднюю стенку поступательным движением погрузчика с последующим запрокидыванием ковша. В процессе наполнения ковша возникают наибольшие нагрузки в трансмиссии, ходовой части и рабочем оборудования погрузчика, ковш при этом наполняется недостаточно (коэффициент наполнения меньше 1).

Совмещенный способ (рисунок 4, г) - одновременное запрокидывание ковша в процессе поступательного движения погрузчика. Ковш предварительно внедряется в штабель (на глубину, равную 1/2-1/3 длины днища).

Скорость запрокидывания ковша должна быть равна или в 1,2 раза больше напорной скорости движения погрузчика. Совмещенный способ обеспечивает максимальный коэффициент наполнения ковша при наименьших затратах времени на выполнение операций.

Наибольший коэффициент наполнения достигается при наличии гидрообъемной или гидромеханической трансмиссии, когда скорость поступательного движения погрузчика автоматически снижается при увеличении внешней нагрузки.

Комбинированный способ (рисунок 4, д) - сочетание совмещенного и раздельного способов (участки АВ и CD - совмещенное наполнение, ВС, - раздельное запрокидывание ковша).

Рабочий ход - поступательное движение нагруженного погрузчика к транспортному средству или штабелю.

Холостой ход погрузчика - движение от места разгрузки ковша к штабелю материала. Скорость холостого хода может быть равна рабочей или транспортной скорости при перемещении погрузчика на большие расстояния.

При погрузочно-разгрузочном режиме в зависимости от вида погрузочного оборудования, условий работы и установки транспортного средства погрузчики грузят материал в транспортные средства различными способами: челночным, поворотным и смещенным.

Для одноковшовых фронтальных погрузчиков основными способами погрузки материала в транспортные средства являются поворотные способы (рисунок 5, а-г). При этих способах погрузчик во время рабочего и холостых ходов выполняет угловое маневрирование при движении от штабеля к транспортному средству с подъемом ковша.

Наиболее рациональной схемой организации по этому способу является схема (рисунок 5, а) с углом установки транспортного средства по отношению к штабелю, равном 30-60°. Наибольшей производительности по этой схеме достигают колесные погрузчики с шарнирно-сочлененной рамой.

Рисунок 5 - Технологические схемы работы одноковшовых фронтальных погрузчиков

При челночном способе (рисунок 5, д) погрузчик с нормальным ковшом смещается дальше транспортного средства, который затем подъезжает под поднятый ковш, после чего материал разгружается в кузов транспортного средства. Этот способ используют также при работе погрузчика, оборудованного ковшом с боковой загрузкой (рисунок 5, е). Смещенный способ (рисунок 5, ж) применяют для фронтальных погрузчиков в стесненных условиях.

2. Расчёт основных параметров самоходных погрузчиков