Проектирование стрелы погрузчика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Строительные одноковшовые погрузчики широко применяют в отечественной практике при погрузочно-разгрузочных, землеройно-транспортных, монтажных и других работах.

Универсальность и возможность применения в разнообразных условиях позволяет использовать эти машины не только в различных отраслях строительства, но и в горном деле, промышленности строительных материалов, в лесном и сельском хозяйстве.

В отечественном строительно-дорожном машиностроении широко используют принцип создания дорожно-строительных машин на базе тракторов и тягачей, выпускаемых автотракторной промышленностью.

Рабочее оборудование большинства выпускаемых промышленностью одноковшовых погрузчиков монтируют на гусеничных и колесных тракторах и тягачах. Их выпуск и парк быстро возрастают, однако до настоящего времени еще нет обоснованной методики по расчету и выбору параметров погрузочного оборудования, его узлов и деталей с учетом параметров базовых машин.

Настоящая методика расчета разработана применительно к строительным одноковшовым погрузчикам общего назначения, монтируемым на базе тракторов МТЗ, и включает вопросы выбора и расчета основных параметров погрузочного оборудования и его отдельных узлов, расчета прочности отдельных узлов и устойчивости машины.

Обычно в комплект сменного рабочего оборудования погрузчика кроме основного ковша входят: уменьшенный ковш для тяжелых материалов, увеличенный ковш для легких материалов, универсальный двухчелюстной ковш, ковш с увеличенной высотой разгрузки, челюстной захват для лесоматериалов, грузоподъемный крюк, грузовые вилы. Наиболее распространен основной ковш, используемый при разработке строительных материалов с объемом весом до 1,6 т/м3.

1. Выбор и расчет основных параметров

1.1 Выбор и расчет основных параметров погрузчика

Конструктивный вес погрузочного оборудования определяют по формуле:

где Gт - вес базового трактора (для трактора МТЗ-80 Gт=35021,7 Н),

ko - коэффициент, равный 0.250.35.

,

Рациональность использования веса базовой машины и совершенство ходовой части определяют по коэффициенту удельной грузоподъемности

,

где Qн - грузоподъемность рабочего оборудования, Qн=7357,5 Н;

Gт - вес базового трактора. Рекомендуемые значения q для колесных погрузчиков 0.200.30.

Номинальную вместимость основного ковша определяют по грузоподъемности погрузочного оборудования из расчета работы на сыпучих и мелкокусковых материалах с объемным весом с=1.6 т/м3

,

где р - коэффициент наполнения ковша, равный 1.25.

.

Эксплуатационный вес погрузчика равен сумме эксплуатационных весов базового тягача и погрузочного оборудования:

G=GT+Gоб

35021,7+8485,65=43507,4 H..

Напорное усилие погрузчика, т.е. тяговое усилие базового тягача с учетом веса погрузочного оборудования на рабочей передаче определяют по тяговой характеристике из условия работы погрузчика на горизонтальной площадке.

Напорное усилие по двигателю приближенно определяют по формуле

,

где Ne max - наибольшая эффективная мощность двигателя;

Vp - рабочая скорость внедрения в км/ч;

т - к.п.д. гидромеханической трансмиссии (0.600.75);

f - коэффициент сопротивления качению, принимается при колесной ходовой части (0.030.04);

p - расчетное буксование, при колесной ходовой части (0.20).

Напорное усилие по сцепному весу:

где - коэффициент сцепления движителя (0.60.8 - колесные тягачи).

Н.

Скорость рабочего хода погрузчиков принимают 3.04.0 км/ч. Превышение указанных значений скорости ведет к увеличению буксования, замедлению процесса наполнения ковша, повышенной утомляемости водителя и снижению эффективности погрузчика. Назначаем скорость рабочего хода 3 км/ч.

=58567,9 Н.

Скорость обратного холостого хода выбирают на 2540% выше рабочей скорости движения. Назначаем скорость обратного холостого хода 4,2 км/ч.

Скорость поворота ковша - средние линейные скорости запрокидывания (Vзк) и опрокидывания (Vок) ковша определяют на режущей кромке ковша.

Скорость поворота ковша:

з.к. = v *р , м/с .

где v - коэффициент совмещения, v = 1,0...1,2;

р - рабочая скорость погрузчика, м/с.

з.к. = 1,1*0,8=0,88 м/с .

Угловая скорость запрокидывания ковша:

щз.к =з.к./R;

где R-радиус поворота ковша (расстояние между осью шарнира поворота ковша и остриём режущей кромки). R=0,75 м.

щз.к =0,88/0,75=1,17 с-1.

При работе штоковой полости гидроцилиндра скорость опрокидывания меньше скорости запрокидывания:

о.к. = (0,74...0,77)vз.к.=0,75*0,88=0,66 м/с.

Скорость подъема стрелы п.с. выбирают из расчета, чтобы подъем груза был завершен к моменту окончания операции отхода погрузчика на разгрузку.

, м/с,

где Sп - длина пути шарнира крепления ковша при подъеме стрелы;

Sд - средняя длина пути рабочего хода погрузчика.

Обычно принимают соотношение

Тогда средняя линейная скорость подъема стрелы

п.с. = (0,5...0,56)р=0,5*0,8=0,4м/с.

Скорость опускания стрелы определяют по скорости подъема с таким расчетом, чтобы в полости опускания гидроцилиндров стрелы не образовывался вакуум:

о.с. = (1,2...1,3)п.с.=1,2*0,4=0,48 м/с.

Распределение нагрузок по мостам колесного погрузчика вычисляют в статическом положении. Статические нагрузки на мосты для порожней машины определяются (рис.1) по формулам:

на передний мост:

на задний мост:



Рис. 1 - Схема сил при определении нагрузок на мост погрузчика

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

на передний мост

на задний мост

Статическое удельное давление на опорную поверхность характеризует проходимость машины и возможность ее работы па различных основаниях.

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

Высота разгрузки ковша Нр - наибольшее расстояние от опорной поверхности до режущей кромки основного ковша при максимальном угле разгрузки и полностью погруженных грунтозацепах для гусеничных машин или номинальном давлении в шинах для колесных машин.

Высоту разгрузки выбирают в зависимости от типоразмера и транспортных средств, с которыми предназначен работать погрузчик. Высоту разгрузки определяют по формуле:

Нр=hp+Д hp=2400+300=2700 мм.

где hp - наибольшая высота бортов транспортных средств, с которыми может работать погрузчик;

Вылет ковша L - расстояние от передних колес погрузчика до режущей кромки ковша, находящегося на максимальной высоте при наибольшем угле разгрузки определяют по формуле

,

где Вт - ширина кузова наиболее тяжелого транспортного средства, с которым предназначен работать погрузчик;

b - расстояние между погрузчиком и транспортным средством при разгрузке, необходимое по условиям безопасности работы и равное 150200 мм.

Угол запрокидывания ковша в нижнем положении и угол разгрузки в верхнем положении выбираются по ГОСТ 12568-67. Рекомендуемая величина угла запрокидывания при нижнем положении стрелы 4246. При подъеме допускается дальнейшее запрокидывание ковша до 15. Разгружать ковш можно при любой высоте стрелы, включая нижнее положение. Угол разгрузки основного ковша при промежуточных значениях высот должен быть не менее 45.

Подъёмное усилие на режущей кромке ковша, развиваемое гидроцилиндрами стрелы приближенно определяют по номинальной грузоподъемности

где Qн - номинальная грузоподъемность.

.

Выглубляющее усилие. Усилия на штоках гидроцилиндров поворота ковша зависят от конструкции стрелы. Если стрела снабжена опорными лыжами, выглубляющее усилие определяют по зависимости:

.

При отсутствии опорных лыж на стреле выглубляющее усилие определяют по условию продольного опрокидывания, проходящего под осью опорных колёс (рис.2)

кН

где XТ, b0, l1 - плечи действия соответствующих сил.



Рис.2. Схема для определения выглубляющего усилия.

1.2 Расчет гидросистемы погрузочного оборудования

1.2.1 Расчет объемного гидропривода

Типовая схема гидропривода рабочего оборудования одноковшовых фронтальных погрузчиков включает насос постоянной производительности, гидрораспределитель, исполнительные гидроцилиндры основного и дополнительного оборудования, фильтр, бак, обратные клапаны с дросселирующими отверстиями, контрольные манометр и термометр, трубопроводы (см. Приложение 1).

Насос выбирают по его техническим параметрам и потребной производительности гидропривода. С целью уменьшения потерь и упрощения конструкций стараются избегать применение нескольких насосов.

Количество секций гидрораспределителя выбирают в зависимости от применяемого сменного рабочего оборудования (обычно до 3-4). Управление цилиндрами стрелы осуществляется четырехпозиционным золотником, обеспечивающим четыре режима включения: «подъем», «нейтраль», «опускание», «плавающее».

Аналогичный четырехпозиционный золотник имеется для управления гидроцилиндрами поворота ковша, имеется также золотник для дополнительного оборудования.

При определении вместимости бака учитывают компенсацию разности объемов поршневых и штоковых полостей гидроцилиндров, охлаждение рабочей жидкости, пополнение потерь масла, удаление воздуха, паров из рабочей жидкости и др. Обычно вместимость бака составляет не более 0.5 производительности насоса. Тонкость очистки фильтрами выбирают по паспорту насоса.

Дроссели одностороннего действия устанавливают в подводящих магистралях гидроцилиндров стрелы для ограничения скорости опускания оборудования и предотвращения образования вакуума в штоковых полостях. Контрольный манометр с запорным краном служит для периодической проверки регулировки давления предохранительного клапана.

Подбор и расчет элементов гидрооборудования осуществляется по ведомственным стандартам.

1.2.1.1 Расчет гидродвигателей

Исходные данные:

- номинальное давление РNOM - 10.0 МПа

- количество гидроцилиндров Kс - 2х2

Исходные данные для гидроцилиндра №1:

- коэффициент мультипликации - 1.25

- к.п.д. механический - 0.9

к.п.д. объемный - 0.98

- усилие на штоке гидроцилиндра:

- при выталкивании -16700 H

- при втягивании - 0 H

- скорость штока гидроцилиндра - 0.2 м/с

Результаты расчета:

- обозначение гидроцилиндра - 1.16.0.У.12556710

- расчетные диаметры гидроцилиндра:

- при выталкивании - 51 мм

- при втягивании - 0 мм

- принятый диаметр гидроцилиндра - 56 мм

- ориентировочное усилие на штоке гидроцилиндра:

- при выталкивании штока - 21048H

- при втягивании штока - 16838,4H

- необходимый расход гидроцилиндра -502,4 см3/с

Исходные данные для гидроцилиндра №2:

- коэффициент мультипликации - 1.25

- к.п.д. механический - 0.9

к.п.д. объемный - 0.98

- усилие на штоке гидроцилиндра:

- при выталкивании -16700 H

- при втягивании - 0 H

- скорость штока гидроцилиндра - 0.2 м/с

Результаты расчета:

- обозначение гидроцилиндра - 1.16.0.У.12556710

- расчетные диаметры гидроцилиндра:

- при выталкивании - 51 мм

- при втягивании - 0 мм

- принятый диаметр гидроцилиндра - 56 мм

- ориентировочное усилие на штоке гидроцилиндра:

- при выталкивании штока - 21048H

- при втягивании штока - 16838,4H

- необходимый расход гидроцилиндра -502,4 см3/с

Исходные данные для гидроцилиндра №3:

- коэффициент мультипликации - 1.25

- к.п.д. механический - 0.9

- к.п.д. объемный - 0.98

- усилие на штоке гидроцилиндра:

- при выталкивании -11800 Н

- при втягивании - 0 Н

- скорость штока гидроцилиндра - 0.2 м/с

Результаты расчета:

- обозначение гидроцилиндра - 1.16.0.У.12556580

- расчетные диаметры гидроцилиндра:

- при выталкивании -94..83 мм

- при втягивании - 75.6 мм

- принятый диаметр гидроцилиндра - 100мм

- ориентировочное усилие на штоке гидроцилиндра:

- при выталкивании штока - 19940,26 H

- при втягивании штока - 15952,2 H

- необходимый расход гидроцилиндра -502,4 см3/с

Исходные данные для гидроцилиндра №4:

- коэффициент мультипликации - 1.25

- к.п.д. механический - 0.9

- к.п.д. объемный - 0.98

- усилие на штоке гидроцилиндра:

- при выталкивании -11800 Н

- при втягивании - 0 Н

- скорость штока гидроцилиндра - 0.2 м/с

Результаты расчета:

- обозначение гидроцилиндра - 1.16.0.У.12556580

- расчетные диаметры гидроцилиндра:

- при выталкивании -94..83 мм

- при втягивании - 75.6 мм

- принятый диаметр гидроцилиндра - 100мм

- ориентировочное усилие на штоке гидроцилиндра:

- при выталкивании штока - 19940,26 H

- при втягивании штока - 15952,2 H

- необходимый расход гидроцилиндра -502,4 см3/с

Расчет гидроцилиндров проводится по следующим формулам:

Принимаем перепад давления на гидроцилиндре P равным:

,

где PNOM - номинальное давление в гидросистеме.

Определяем диаметры гидроцилиндров по формулам:

- при выталкивании

, мм

- при втягивании

, мм

где P - перепад давления на гидроцилиндре;

Si1 - усилие на штоке гидроцилиндра при выталкивании;

Si2 - усилие на штоке гидроцилиндра при втягивании;

м - механический КПД гидроцилиндра.

Ориентировочное усилие определяется по формулам:

- при выталкивании:

,

- при втягивании:

,

Расход, необходимый для обеспечения заданной скорости движения поршня, будет при подаче масла в поршневую полость, когда шток работает на выталкивание и определяется по формуле:

,

где Vi - скорость штока гидроцилиндра;

Di - принятый диаметр гидроцилиндра;

i - KПД объемный.

Если рабочая операция выполняется только при втягивании поршня, то расход определяется по формуле:

,

где - коэффициент мультипликации.

1.2.1.2 Выбор насоса

Требуемая подача насоса определяется как сумма расходов всех гидроцилиндров и гидромоторов, работающих одновременно. В данном случае подача определяется гидроцилиндрами 1,2.

Требуемая подача насоса равна 1004.8 см3/с.

Требуемый рабочий объём насоса определяем по формуле:

где Q - требуемая подача насоса;

- частота вращения привода насоса.

Техническая характеристика выбранного насоса

- тип насоса - НШ 32У-3

- рабочий объём насоса:

- требуемый - 32,04 см3

- действительный -32 см3

- к.п.д. насоса:

- полный - 0.87

- объемный - 0.95

- подача насоса:

- требуемая - 1004.8 см3/с

- действительная - 972.8 см3/с

- частота вращения привода насоса:

- принятая 32 с-1

- минимальная - 16 с-1

- максимальная - 40 с-1

Действительную подачу насоса определяем по формуле:

см3/с

где о - к.п.д. насоса объемный;

Vрн - рабочий объём насоса;

- частота вращения привода насоса.

см3/с

Полная мощность, потребляемая насосом, определяется по формуле:

где РNOM - номинальное давление;

Qд - действительная подача насоса;

н - к.п.д. насоса полный;

р - к.п.д. редуктора (0,87......0,9).

Тип жидкости - ВМГ3

Кинематическая вязкость - 0.000010 м2/с. Плотность - 865 кг/м3

Минимальный внутренний диаметр трубопровода определяем по формуле:

где [V]- допускаемая средняя скорость движения жидкости на участке.

Ниже приведены рекомендуемые значения допускаемых скоростей (м/с):

Всасывающий трубопровод 1,2 м/с,

Напорный трубопровод 4,0 м/с,

Сливной трубопровод 2,0 м/с

Диаметр всасывающего трубопровода:

принимаем диаметр трубопровода d=32 мм.

Диаметры трубопровода 4 для гидроцилиндров поворота ковша:

Если трубопровод работает как напорный:

Если трубопровод работает как сливной:

принимаем 16мм;

Расчет остальных участков производится аналогично. Данные расчета приведены в таблице1.

Вместимость бака при известной производительности гидропривода определяют по зависимости:

VБ=КБ*Qмин

где КБ- переходный коэффициент, равный 0,3-0,8.

Большое значение коэффициента принимают при установке бака вблизи двигателя, радиатора или в местах с ухудшенным теплообменом.

Вычисленное значение вместимости бака уточняют по существующим стандартам.

VБ=0,3*58,3=17,49 л.

Принимаем бак вместимостью 17,5 литров.

Таблица 1 Диаметры трубопроводов

Обозн. участка №	Назначение участка	Допуск. скорость [V]м/с	Макс. расход Q см3/с	Диаметр d	Длина участка l, м
				Расчетный мм	Ближайший мм	Принятый мм
1	2	3	4	5	6	7	8
1	всасывающий	1,2	972,8	32,1	32	32	2
2	напорный	4	972,8	12,4	13	13	0,5
3	Напорный, сливной	4 2	972,8 778,24	18 25	25 20	25	0,1
4	Напорный, сливной	4 2	486,4 389,12	12,4 15,7	13 16	16	7
5	Напорный, сливной	4 2	486,4 608	12 20	12 20	20	5,9
6	Напорный, сливной	4 2	972,8 1216	18 28	20 30	30	0,15
7	Напорный, сливной	4 2	972,8 778,24	18 25	25 20	25	0,1
8	Напорный, сливной	4 2	486,4 389,12	12 16	16 12	16	7
9	Напорный, сливной	4 2	486,4 608	12 20	12 20	20	5,9
10	Напорный, сливной	4 2	972,8 1216	18 28	20 30	30	0,15
15	сливной	2	1216	28	30	30	2

2. Тяговый расчет погрузчика

В процессе работы погрузчик постоянно находится в движении: при напорном движении на штабель материала в процессе черпания, при движении к месту разгрузки ковша, при возвращении погрузчика к месту материала, при транспортировке погрузчика.

В общем случае суммарное сопротивление движению машины, которое должно быть преодолено приводом и движителем, представляет собой сумму сопротивлений:

где Wр -рабочее сопротивление, обусловленное взаимодействием рабочего органа с обрабатываемой средой;

Wпер - сопротивление передвижению (перекатыванию) движителей;

Wnoe - сопротивление повороту машины;

Wv,Wu,We- сопротивление уклону местности, инерции при разгоне воздушной среды.

Рабочее сопротивление Wр зависит от параметров рабочего органа, физико-механических свойств разрабатываемого материала, способа черпания и может быть определено:

Wp=b*h*kp=160*5*15=12 кН

где b-ширина ковша, см;

h-толщина стружки, см;

kp-удельное сопротивление резанию, Н/см.

Сопротивление передвижению (перекатыванию) движителей:



где f- коэффициент сопротивления передвижению движителей, среднее значение которого приведено в табл. ;

GП - сила тяжести машины, kН.

Процесс черпания материала ковшом погрузчика чаще всего происходит на горизонтальной площадке, при прямолинейном движении машины на малых скоростях, поэтому сопротивления (Wпов, Wy, Wu, WB), имеющие небольшую величину по сравнению с основными cоставляющими, не учитываются.

Тогда суммарное сопротивление передвижению погрузчика в процессе черпания материала ковшом погрузчика определяется:

Преодоление сопротивлений , возникающих в процессе движения машины, осуществляется за счет окружного (тягового) усилия Тк движителей машины (приводных колес, гусениц), передаваемого от двигателя привода. Максимальное значение силы тяги лимитируется либо максимальным крутящим моментом, подводимым, от двигателя к движителям машины, либо сцеплением движителей с поверхностью движения. А потому условие движения машины запишется в виде

Тсц>Тк>

34.8>29,38>26.6

где Тк - тяговое (напорное) усилие машины, kН;

Тсц -тяговое усилие по сцеплению, Н;



где - коэффициент сцепления движителей.
Gсц -сцепной вес погрузчика,

В зависимости от типа базовой машины коэффициент сцепления принимают:

для гусеничных промышленных тягачей 0,9

для колесных промышленных тягачей 0,6...0,8,

Таблица 2 -коэффициенты сопротивления перемещению и передвижению

Вид опорной поверхности	Пневмоколесный
	Шины высокого давления	Шины низкого давления
	f		f
Асфальт сухой	0,015...0,02	0,7...0,8	0,0	0,7...0,8
Грунтовая дорога: сухая укатанная	0,02... 0,06	0,6...О,7	0,025... 0,035	0,4...0,6
Грязная, влажная	0,013...0,25	0,1...0,3	0,15.. .0,20	0,15.. .0,25
Грунт: рыхлый свежеотсыпанный	0,20... 0,30	0,3...0,4	0,1...0,2	0,4...0,6
слежавшийся, уплотненный	0,10...0,20	0,4-0,6	0,10.. .0,15	0,5...0,7
Песок: влажный	0,10... 0,40	0,3-0,6	0,06.. .0,15	0,4…0,5

3. Расчёт на прочность

3.1 Расчетные положения и внешние нагрузки

Расчет узлов и деталей погрузчика ведут при ковше в положении внедрения в штабель материала. Принимают, что днище ковша при этом установлено под углом 5° к рабочей площадке.

Основные расчетные положения (рис. 3):

1-е) Удар края ковша о труднопреодолимое препятствие: погрузчик движется по горизонтальной поверхности; гидроцилиндры рабочего оборудования заперты.

2-е) Внедрение края ковша в массу материала с вывешиванием погрузчика на направляющих или передних колесах на горизонтальной поверхности; гидроцилиндры поворота ковша развивают выглубляющее усилие на режущей кромке, обеспечивающее опрокидывание машины относительно точки А.

3-е) Заглубление края ковша с вывешиванием на задних колесах при движении вперед по горизонтальной поверхности; гидроцилиндры стрелы развивают усилие, необходимое для опрокидывания погрузчика относительно точки Б.

Боковую составляющую сил сопротивления при расчете не учитывают, для наиболее распространенных схем работ и конструкций погрузчиков ее величина и частота появления сравнительно невелики.

Внешние силы для каждого расчетного случая имеют различные значения:

I расчетное положение соответствует моменту удара о препятствие в начальном этапе внедрения ковша или при бульдозерных работах. Внешняя нагрузка воспринимается крайним зубом ковша. Принимают, что горизонтальное усилие Rх действует по оси зуба.



Рис. 3. Расчетные положения и внешние нагрузки

Величина горизонтального усилия определяется тяговым усилием трактора, массой машины и скоростью движения:

где rxc - статическое напорное усилие погрузчика, равное номинальному тяговому усилию базового трактора или тягача (rxc = Тн);

Ryd - динамическое усилие;

где C - приведенная жесткость;

М - приведенная масса погрузчика с учетом вращающихся масс двигателя и трансмиссии.

Приведенная жесткость определяется жесткостью погрузочного оборудования и возможных препятствий



где C1 - жесткость погрузочного оборудования;

С2 - жесткость препятствий.

Величину жесткости для наиболее распространенного погрузочного оборудования можно ориентировочно определять по формуле

где Kc - коэффициент жесткости оборудования на 1 кг массы, равный 0,001.

Значения жесткости отдельных препятствий и удельного коэффициента жесткости по данным канд. техн. Haук А. А. Белоконева представлены в таблице

Таблица 3 -Значение жесткости препятствий

Препятствие	Жесткость препятствий, кН/см	Удельный коэффициент жесткости
		площади, кН/см2	по диаметру кН/см
Кирпичная кладка глубиной до 80 см (d=45 см; F=2700 см2)	105	0,040	2,33
Железобетонный столб, врытый на глубине 120 см (d=20 см, F=400 см2)	110	0,275	5,50
Сосновый столб, врытый на глубине 100 см (d=20 см)	65	0,207	3,25

Приведенную массу приближенно определяют по формуле

где kT - коэффициент влияния маховых масс трансмиссии и ходовой части (kт=1,3);

Iдв - момент инерции вращающихся масс двигателя;

i - передаточное отношение трансмиссии на рабочей передаче.

Полученное значение горизонтального усилия Rx не должно превышать расчетное тяговое усилие погрузчика по сцепному весу.

Если:

>, то

66,61> 34,8 Н

где - наибольший коэффициент сцепления, развиваемый движителями,

Дпя гусеничных тягачей составляет 1,1, для пневмоколесных -0,8.

II расчетное положение. Вертикальная и горизонтальная силы приложены по оси крайнего зуба основного ковша, установленного в положение внедрения. Величину вертикальной силы определяют из условия устойчивости машины (для случая, когда стрела не опирается башмаками на грунт) по выглубляющему усилию, развиваемому гидроцилиндрами поворота ковша.

Горизонтальную силу принимают равной номинальному тяговому усилию погрузчика (.)

III расчетное положение. Вертикальная и горизонтальная силы действуют по оси крайнего зуба. В качестве вертикальной силы принимают усилие отпора, создаваемое при вывешивании трактора на звездочках или задних колесах и на зубьях ковша, который установлен в положение внедрения. Величина усилия

Горизонтальную силу определяют по сцепному весу с учетом разгрузки машины:

<34,8 кН

4. Расчет металлоконструкции

Целью данного курсового проекта является выполнение металлоконструкции (стрелы) погрузчика равнопрочной путем расчета её методом конечных элементов.

Металлоконструкция стрелы погрузчика выполнена сварной из листовой стали ( ). Толщина листа 3 мм.

Пользуясь данными прочностного расчета, прикладываем определенные нагрузки, по оси крайнего зуба ковша погрузчика. Закрепления производятся в местах крепления к порталу и в местах крепления гидроцилиндров подъёма стрелы к стреле.

Для первого расчетного положения:

Рисунок 4- НДС стрелы погрузчика при заглублении ковша и динамическом ударе.

Выбираем 10 точек в разных местах стрелы и данные о напряжениях заносим в таблицу:

№ точки	Напряжения, МПа
	уx	уy	уz	уэквив
1	6,53	15,05	-5,20	34,37
2	-5,54	61,60	14,86	88,84
3	44,80	6,60	33,77	67,43
4	-17,30	-46,53	-13,71	83,13
5	-24,90	-51,69	-7,44	81,03
6	-8,43	41,99	20,80	54,22
7	2,20	16,80	-3,54	26,02
8	21,85	-4,61	16,46	40,62
9	3,77	14,47	10,70	29,98
10	-2,43	34,32	11,69	54,81

стрела погрузчик гидросистема

Для второго расчетного положения:

Рисунок 5- НДС стрелы погрузчика при внедрении края ковша в материал и вывешивание передних колес погрузчика

№ точки	Напряжения, МПа
	уx	уy	уz	уэквив
1	-9,93	-21,56	-10,12	30,82
2	0,78	-37,13	3,2	60,1
3	-20,15	-1,63	-20,03	41,95
4	3,1	10,15	4,87	26,17
5	-1,2	22,18	14,23	60,67
6	-2,4	-16,46	-2,8	22,77
7	-4,95	-5,023	-0,62	21,04
8	-13,95	2,01	-7,107	25,96
9	1,63	1,58	10,265	12,6
10	-6,62	-26,26	-4,39	27,67

Для третьего расчетного положения:

Рисунок 6- НДС стрелы погрузчика при выглублении ковша из материала и вывешивание задних колес погрузчика.

№ точки	Напряжения
	уx	уy	уz	уэквив
1	4,88	15,02	0,57	26,95
2	-1,78	34,71	12,2	62,94
3	33,05	2,36	23,68	50,49
4	-9,95	-34,46	-9,71	63,93
5	-3,54	-32,88	-8,51	71,55
6	5,48	32,99	9,6	27,86
7	1,35	2,8	0,17	20,67
8	15,17	-2,8	9	28,99
9	-0,18	9,3	7,21	14,79
10	7,3	32,43	9,63	34,73

Проанализировав напряжения, возникающие при рабочих процессах, делаем вывод о том, можно уменьшить толщину листа стрелы до 2мм тем самым, увеличивая рациональность использования металла, снижая вес рабочего оборудования и увеличивая напряжения, но чтобы они находились в пределах 95 МПа (предел прочности сварных швов в металлоконструкции).

После соответствующих перестроений получаем данные наряжений:

Для первого расчетного положения:

Рисунок 7- НДС стрелы погрузчика при заглублении ковша и динамическом ударе.

Напряжения заносятся в таблицу:

№ точки	Напряжения, МПа
	у X	у Y	уZ	уэквив
1	16,9	22	0,7	22
2	-7,04	97,3	27,9	105,3
3	56,9	8,8	38,5	92,8
4	-19,6	-58,2	-16,3	103,5
5	-35,1	-76,7	29,3	102,2
6	-11,2	60,4	22,4	66,7
7	2,8	4,1	-4,9	35,46
8	29,6	6,4	16,1	56,6
9	1,8	18,6	14,5	29,1
10	-5,8	53,3	13,7	61,5

Для второго расчетного положения:

Рисунок 8- НДС стрелы погрузчика при внедрении края ковша в материал и вывешивание передних колес погрузчика.

№ точки	Напряжения
	уx	уy	уz	уэквив
1	-12.69	-33.5	-3.3	30.82
2	-11.43	-66.72	-3.4	60.12
3	-23.91	-1.9	-29.6	41.9
4	8.2	19.6	4.99	26.12
5	3.8	38.1	21.5	60.66
6	-2.97	-22.5	0.6	22.77
7	-6.13	-36.8	-0.14	21.04
8	-19.1	2.46	-14.75	25.96
9	2.7	3.02	8.8	12.69
10	-2.25	-19.74	9.9	27.67

Для третьего расчетного положения:

Рисунок 9- НДС стрелы погрузчика при выглублении ковша из материала и вывешивание задних колес погрузчика.

№ точки	Напряжения
	уx	уy	уz	уэквив
1	0,4	20,72	2,93	38,9
2	-4,6	51,72	24,18	91,34
3	42,21	2,37	37,75	80,56
4	-17,95	-46,7	-14,105	82
5	-20,35	-42,49	-19,23	93,35
6	-8,61	-30,296	18,44	49,51
7	1,87	4,35	-4,61	30,58
8	26,7	-4,12	22,58	45,98
9	0,57	12,72	8,745	21,35
10	0,15	46,89	6,81	50,76

При уменьшении толщины листа вес рабочего оборудования снизился на 473,83 Н и составил 8281,6 Н. Это позволяет снизить энергозатраты при проведении погрузочно-разгрузочных работ.

5. Определение производительности погрузчика

Производительность одноковшовых погрузчиков представляет собой количество перегруженных материалов или грузов в единицу времени. В зависимости от этих факторов различают теоретическую, техническую и эксплуатационную производительность.

Теоретическая производительность -- наибольшая, и определяют ее расчетным способом для осредненных условий.

Теоретическая производительность, для ковшового оборудования:

Пт=3600*Vк*ср*цр /(Тц*Кр), т/ч

где Vк -- номинальный объем ковша, м3;

рр -- объемная масса разрабатываемого материала, т/м3 (для нормального ковша принимают рр = 1,6 т/м3);

цр -- расчетный коэффициент наполнения ковша, цр = 1.25;

Тц--время рабочего цикла, с;

Кр - коэффициент разрыхления материала при разработке мелкокусковых материалов Кр = 1,25;

Продолжительность рабочего цикла погрузчика определяется исходя из основных этапов его: наполнения ковша, рабочего хода (отъезда к транспортному средству с одновременным подъемом стрелы), опорожнения рабочего органа, холостого хода (обратный отъезд к штабелю грузов с одновременным опусканием стрелы и установкой ковша в положение копания).

Время рабочего цикла:

Тц=tн+tр+ tо+ tх+ tп, с;

где tн -- время наполнения ковша , с;

tр- время рабочего хода, с;

tо- время опорожнения рабочего органа, с;

tх- время холостого хода, с;

tп- суммарное время переключения передач в коробке передач, с;

Время наполнения ковша, c :

tн= tв+tз=(3,6*lk*Kv/Vp+15р*D2*h*K3/(Пт.г*?об))*n;

где tв - время первоначального внедрения в штабель, с;

tз- время поворота ковша из положения копания; (установленного под углом 5--70) до полного запрокидывания , с;

lk - глубина внедрения ковша в материал, lk =0,2 м;

Vp- рабочая скорость внедрения, км/ч;

Kv- коэффициент, учитывающий буксование колес ходовой части, и другие явления, Kv =1,5;

D- внутренний диаметр гидроцилиндра поворота ковша, см;

h -длина хода гидроцилиндра поворота в процессе наполнения, м;

Пт.г- теоретическая подача гидропривода, л/мин;

?об- объемный КПД гидропривода, (?об= 0,92-0,95);

K3- коэффициент, учитывающий снижение частоты вращения коленчатого вала двигателя в процессе внедрения и др. K3=1,9;

n- число напорных движений в процессе внедрения, для раздельного, совмещенного и комбинированного способов n= 1.

tн=(3,6*0,2*1,5/3+15*3,14*12,52*0,25*1,9/(58,3*0,95))*1=0,54+63=63,54 с;

Время выполнения рабочего хода, с:

tр=3,6*SP/Vр ,с;

где SP- Расстояние рабочего хода, SP=100м;

tр=3,6*100/3=120 с;

Время опорожнения ковша принимают от 5 до 12 с, принимаем tо= 10с;

Время холостого хода обычно определяется расстоянием перемещения погрузчика и скоростью его движения; опускание стрелы и установка ковша в положение копания совмещаются с поступательным движением. Тогда :

tр=3,6*Sх/Vx ,с;

где Sх- Расстояние рабочего хода, Sх=100м;

tр=3,6*100/5=72 с;

Время переключения передач в коробке передач, управления распределителем и рулевым управлением принимается на практике в пределах 5-15 с, принимаем tп=8 с;

Тц=63,54+120+10+72+8=273,54 с.

Тогда теоретическая производительность:

Пт=3600*0,44*1,6*1,25/(273,54*1,25)=9,27 т/ч.

Техническая производительность с учетом влияния конструктивных и технологических факторов, физических свойств разрабатываемых материалов и коэффициента условий работы для погрузчика с ковшовым оборудованием:

Птх=3600*Vк*ср*цр*кт /(Тц*Кр),

где Кт -- коэффициент, учитывающий условия работы, к, = 0,85-0,9

При этом объемную массу ср и коэффициент наполнения ковша цр рекомендуют принимать в зависимости от конкретно разрабатываемого материла.

Птх=3600*0,44*1,6*1,25*0,9/(273,54*1,25)=8,34 т/ч.

Эксплуатационная производительность:

Пэ= Птх*Ки;

где Ки- коэффициент использования погрузчика в течение смены с учетом подачи автотранспорта, подготовки площадки, междусменной передачи машины и др., Ки=0.5-0,8; при правильной организации работ Ки= 0,85.

Пэ= 38,89*0,85=7,1 т/ч.

6. Расчет экономической эффективности разрабатываемого новшества

При работе погрузчика, его рабочее оборудование работает примерно 80% времени от времени работы погрузчика.

Найдем массу топлива необходимую для работы погрузочного оборудования за один день( без усовершенствования):

Gтп=q*N*t*y*к, г;

где q- удельный расход топлива, , для погрузчика принимаем

q= 139,4 ;

N- мощность потребляемая насосом, кВт; по экспериментальным данным известно, что насос рабочего оборудования работает лишь 15% времени при номинальной мощности Nном, а 85% при мощности приблизительно равной 0,5*Nном,

т.е. N=(Nном*0,15+Nном*0,85*0,5);

t- продолжительность рабочей смены, ч t=8 ч ;

у- количество смен, у=2;

к- коэффициент использования машины по времени, к=0,75;

Gтп=139,4*(32*0,15+32*0,85*0,5)*8*2*0,75=44430 г;

Необходимый объём топлива:

Vтп=Gтп/ртп;

где ртп- плотность топлива, г/см3;

Vтп=444430/0,86=51662 см3=51,7 литра;

Найдем массу топлива необходимую для работы погрузочного оборудования за один день( с усовершенствованием):

G"тп=q*N*t*y*к*0,8, г;

G"тп=139,4*(32*0,15+32*0,85*0,5)*8*2*0,75*0,8=35544 г;

Необходимый объём топлива:

V"тп=G"тп/ртп=35544/0,86=41330 см3=41,3 литра

Разность в объёмах:

?V=Vтп- V"тп=51,7-41,3=10,4 литра;

Найдём экономию топлива за 1 год:

V=?V*Тг;

где Тг - годовой фонд рабочего времени, дня:

Тг=(Тф-?Тт)*Тмет*Торг;

Тф- количество рабочих дней в году, Тф=253 дня;

?Тт- продолжительность техобслуживания и текущих ремонтов в течении года, ?Тт=30 дней;

Тмет- коэффициент, учитывающий метеоусловия, Тмет= 0,9;

Торг- коэффициент, учитывающий организационные вопросы, Торг=0,96;

Тг=(253-30)*0,9*0,96=193 дня;

V=10,4*193=2007,2 литра.

Найдём сумму денег которую мы экономим за 1 год:

Sэ=V*Ц;

где Ц- цена 1 литра топлива, Ц=1000 рублей;

Sэ=2007,2*1000=2007200 рубля.

При разработке данной конструкции был снят металл массой m= 49,3 кг. Цена 1 тонны стали составляет 462000 рублей. Найдем стоимость снятого металла:

SМ=49,3*462000/1000=22776,6 руб.

Итого общая выгода при производстве и эксплуатации данной конструкции составит:

В=Sэ+SМ=2007200+22776,6=2029976,6 руб.

Список использованных источников

1 Базанов А.Ф., Забегалов Г.В. Самоходные погрузчики.-2-е изд. перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1979.- 546с.

2 Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин : Справочник -М.: Машиностроение, 1983.- 301с.

3 Щемелёв А.М. Проектирование гидропривода машин для земляных работ: Учеб. пособие.- Могилёв: ММИ, 1995.- 322с.

4 В.С. Поляков, И.Д. Барбаш, О.А. Ряховский Справочник по муфтам (под ред. В.С. Полякова. 2-е изд. перераб. и доп.- Л.: Машиностроение, ленингр. отделение, 1979.- 301 с.

5 Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы: 2-е изд. перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1988.- 512 с.

6 Землеройно-транспортные машины. Холодов А. М., Назаров Л.В.- Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьк. ун-те, 1982.-192с.

7 Теория, конструкция и расчёт строительных и дорожных машин: Учебник для техникумов по специальностям "Строительные машины и оборудование"/ Л.А. Гоберман, К.В. Степанян, А.А. Яркин, В.С. Заленский; Под ред. Л.А. Гобармана.- М.: Машиностроение, 1979.- 407 с.

Размещено на Allbest.ru