книги / Одноковшовые погрузчики

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

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

паса, Sк′ = 322,15 кН;

Nв – выглубляющее усилие, Nв = 125 кН; K2 – коэффициент запаса, K2 = 1,25;

nс – число гидроцилиндров поворота стрелы, nс = 2;

Gр – вес погрузочного оборудования (исключая портал);

l3 = 4,45 м; l4 = 0,6 м; l5 = 0,192 м; l10 = 2,15 м.

Gp =(0,2...0,27) Gт,

где Gт – вес трактора, Gт = 161,5 кН;

Gp = 0,27 161,3 ≈ 44,3 кН,

Sc =125 4,45 +44,3 2,15 −322,15 0,192 2 1,25 =549,76 кН. 0,6 2

8. Расчет гидросистемы

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

где F – развиваемое усилие на штоках, кН;

Р – рабочее давление гидросистемы, мПа; принимаем рабочее давление 30 мПа;

η – КПД гидросистемы, η = 0,98.

91

Для гидроцилиндра поворота ковша:

Поскольку на данной модели погрузчика по стандарту используется гидроцилиндр ковша диаметром 160 мм и ходом 600 мм (согласно ГОСТ 12447–80), то примем такой же гидроцилиндр.

Для гидроцилиндра стрелы:

Аналогично и здесь. На погрузчике по стандарту используется гидроцилиндр стрелы диаметром 160 мм и ходом 1000 мм (согласно ГОСТ 12447–80), поэтому примем такой же гидроцилиндр.

Определяем диаметр штока dш, мм: dштi = 0,35Di .

Для гидроцилиндра поворота ковша: dшт.ковш = 0,35 160 = 56 мм.

Для гидроцилиндра стрелы:

dшт.стр = 0,35 160 = 56 мм.

Гидросистема погрузчика должна обеспечивать следующие скорости перемещения погрузочного оборудования:

1. Скорость запрокидывания ковша, м/с:

v = 0,277 γυ υp Kυ , з.к 3,6

где γυ – коэффициент совмещения скоростей внедрения и запрокидывания, γυ = 1…1,2;

92

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) принимаем такую, чтобы подъем груза был окончен к моменту завершения операции отхода погрузчика на разгрузку:

vп.с = Sп υx ,

Sд

где Sп – длина пути шарнира крепления ковша при подъеме стрелы (по вертикали),

Sп = 4,265 м;

Sд– средняя длина пути рабочего хода погрузчика, Sд = 20 м; υх – скорость холостого хода погрузчика, м/с.

νп.с = 4,26520 1,3 = 0,27 м/с.

3.Скорость опускания стрелы, м/с:

vo.с =(1,2...1,3) vп.с, vo.с =1,25 0,27 = 0,33 м/с.

4. Скорость движения поршня гидроцилиндра ковша, м/с:

где iп – мгновенное передаточное число от режущей кромки ковша к цилиндрам поворота, iп = 3,43;

Kυ – коэффициент снижения рабочей скорости υр в процессе внедрения, Kυ = 0,5;

93

υр – скорость рабочего хода, υр = 0,83…1,11 м/с; γυ – коэффициент совмещения скоростей внедрения и за-

прокидывания, γυ = 1…1,2.

5. Скорость движения поршня гидроцилиндра стрелы, м/с:

vc =57,3vп.с lcSцϕc ,

где Sц – ход поршня гидроцилиндра стрелы, Sц ≈ 1 м; lс – длина стрелы, lс = 3,72 м;

ϕс – угол поворота стрелы, ϕс = 85°.

vп.с – скорость подъема стрелы, vп.с = 0,27 м/с. vc =57,3 0,27 3,721 85 = 0,048 м/с.

Определим необходимую мощность гидроцилиндров, кВт:

Nгцi = F vп,

где F – усилие на штоке соответствующего гидроцилиндра, кВт;

vп – скорость движения поршня, м/с. Для гидроцилиндра поворота ковша:

Nгцковш = 402,68 0,042 =16,9 кВт.

Для гидроцилиндра стрелы:

Nгцстр =549,76 0,048 = 26,4 кВт.

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 установ-

94

ленного насоса, а мощность насоса, кВт, складывается из мощностей работающих от этого насоса гидроцилиндров:

Nн = Kс Kу (2Nгцковш + 2Nгцстр ),

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 и местные сопротивления и потери за счет сил трения в гидродвигателях, принимаем Kу = 1,1.

Nн =1,1 1,1 (2 16,9 + 2 26,4) =104,78 кВт.

Nг – наибольшая суммарная мощность гидроцилиндров, работающих в одном рабочем цикле, принимаем Nг = 104,78 кВт.

Зная необходимую полезную мощность насоса, можно найти подачу насоса, дм3/с:

Qн = Nн ,

Рн

где Nн – мощность насоса, Nн = 104,78 кВт;

Рн – номинальное давление насоса; с учетом потерь в гидролинии давление для насоса Рн = 30 МПа;

Qн = 104,78 = 3,5. дм3/с = 210 л/мин. 30

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

Для гидропривода рабочего оборудования принимаем ак- сиально-поршневой насос регулируемый 313.160:

•рабочий объем – 200 см3/об;

•частота вращения – 1200 об/мин;

•подача – 240 л/мин;

95

•давление – 30 МПа;

•КПД насоса – 0,94 (объемный).

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.

Выбираем распределитель Р20.

Для выбора бака необходимо учитывать, что объем должен обеспечивать отстой рабочей жидкости. Рекомендуемый объем бака, л:

Vб = (1,2...1,5) Qн,

где Qн – подача насоса, Qн = 240 л/мин;

Vб =1,35 240 =324 л.

Принимаем Vб = 324 л.

Определим диаметры напорных и сливных трубопроводов (которые соединяются с основными трубопроводами гидросистемы).

Определим расход рабочей жидкости, л/мин, при одном перемещении штока гидроцилиндра:

Q = 6Vшт Fп ηс.ц,

где Vшт – скорость перемещения штока соответствующего гидроцилиндра;

ηс.ц – объемный КПД гидроцилиндра, ηс.ц = 0,98; Fп – площадь поршня, мм2;

Fп = π4 D2.

96

Диаметр поршня на гидроцилиндре стрелы и ковша рав-

ны, D = 160 мм.

Fп = 3,144 1602 = 20 096 мм2 = 200,96 см2.

Расход рабочей жидкости при одном перемещении штока гидроцилиндра стрелы:

Q = 6 0,048 200,96 0,98 = 56,71 л/мин.

Расход рабочей жидкости при одном перемещении штока гидроцилиндра ковша:

Q = 6 0,042 200,96 0,98 = 49,62 л/мин.

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

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

dy = 4,6 Qт /Vт ,

где Qт – поток жидкости через трубопровод:

для гидроцилиндра стрелы Qт = Q = 56,71 л/мин; для гидроцилиндра ковша Qт = Q = 49,62 л/мин;

Vтн = 5 м/с – максимальная скорость течения жидкости в нагнетающей магистрали;

Vтс = 2 м/с – в сливной магистрали;

dун, dус – условные проходы в нагнетающей и сливной ма-

гистралях.

Магистраль стрелы:

dун = 4,6 56,71/5 =15,5 – принимаем 16 мм; dус = 4,6 56,71/ 2 = 24,5 – принимаем 25 мм.

97

Магистраль ковша:

dун = 4,6 49,62/5 =14,5 – принимаем 15 мм; dус = 4,6 49,62/ 2 = 22,9 – принимаем 23 мм.

9. Устойчивость погрузчика

Устойчивость погрузчика в транспортном режиме определяется теми же соотношениями, что и для бульдозера, Kуст ≥ 1,2÷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 пневматические шины.

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. Движение погрузчика по горизонтальному участку с загруженным ковшом при максимальном вылете представлено на рис. 9.

Рис. 9. Схема для определения устойчивости погрузчика

98

Коэффициент устойчивости определяется по формуле

Kу = Му/Мопр,

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

Му =Gт lц.т,

где Gт – вес трактора, Gт = 161,5 кН;

Му =161,5 2,625 = 423,93 кН·м.

Мопр = Рв Fбр +Gc lc +Gк+г lк + Мин,

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),

Gc = 44,3 кН;

Gк+г – вес ковша и грунта (максимальная грузоподъем-

ность 6 т), Gк = 76,4 кН;

Мин – момент инерции, кН·м;

Mин = ν Gк+г hг +Gс hс +Gт hц.т ,

3,6t

где Gк+г – вес ковша и грунта (максимальная грузоподъем-

ность 6 т), Gк+г = 76,4 кН;

Gc – вес погрузочного оборудования (исключая портал),

Gc = 44,3 кН;

Gт – вес трактора, Gт = 161,5 кН;

= 3 76,4 2,25 +44,3 2,075 +161,5 1,1 =

Mин 3 3,6 72,7 кН·м, Мопр = 0,25 3 +44,3 1,4 +76,4 2,8 +72,7 =349,4 кН·м, Ky = 423,93349,4 =1,21,

99

Kуст ≥ 1,2,

1,21 ≥ 1,2 – условие выполнено.

Расчет машины, движущейся с транспортной скоростью (рабочее оборудование в транспортном положении), не приводим, так как в проекте сохранены габаритные размеры, весовые и скоростные показатели серийного погрузчика.

10. 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 своему 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

инадежность узлов погрузчика. Случайные нагрузки возникают эпизодически при неблагоприятном сочетании внешних сил во время работы, например при труднопреодолимых препятствиях в процессе внедрения ковша, зачерпывании крупнокусковых грузов и т.п. Эти нагрузки учитывают в расчетах на прочность узлов оборудования.

Аварийные нагрузки возникают при грубых нарушениях условий эксплуатации. Вероятность возникновения их мала,

ив расчетах их не учитывают.

Погрузочное оборудование и базовое шасси рассчитывают на прочность по внешним нагрузкам, условно приложенным к режущей кромке основного ковша при неблагоприятном сочетании горизонтальных и вертикальных сил, возникающих при сопротивлениях во время работы. Это позволяет, с одной

100