Назначение, классификация, конструктивные схемы.

Основное назначение одноковшовых погрузчиков в строительстве – выполнение погрузочно–разгрузочных операций с сыпучими, мелкокусковыми материалами и штучными грузами, а также для экскавации и погрузки в автосамосвалы (или отсыпки в отвал) грунтов І-ІІІ категорий и более прочных грунтов с предварительным рыхлением. Поэтому некоторые типы одноковшовых погрузчиков можно относить к машинам для земляных работ. Основным рабочим органом таких погрузчиков является ковш. Одноковшовые погрузчики классифицируют:

по грузоподъемности – малогабаритные (грузоподъемность до 0,5 т), легкие (0,5-2,0 т), средние (2,1-6 т), тяжелые (6,1-15 т), сверхтяжелые (свыше 15 т);

по расположению рабочего органа – с передним (наиболее распространены) и задним расположением;

по типу ходового оборудования – гусеничные, пневмоколесные и пневмогусеничные;

по способу разгрузки рабочего органа – с фронтальным, перекидным, полуповоротным и комбинированным оборудованием. При фронтальном оборудовании разгрузка ковша возможна только со стороны разработки материала; при перекидном – только задняя; для полуповоротного оборудования характерна боковая погрузка ковша; комбинированное оборудование позволяет производить и переднюю, и заднюю разгрузку.

Погрузчики выпускаются на специальных шасси и тягача, а также на специальных модификациях промышленных тракторов.

Привод рабочего оборудования одноковшовых погрузчиков в основном осуществляется гидроцилиндрами. По характеру воздействия гидроцилиндров на ковш механизмы погрузчиков разделяют на безрычажные и рычажные. Последние, в свою очередь могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми.

Наиболее распространенным механизмом является одноступенчатый механизм с перекрестной системой рычагов и механической системой слежения (рис. 11.1). Поворот ковша относительно стрелы производится гидроцилиндром 1, подъем ковша со стрелой гидроцилиндром 2.

Разгрузка ковша осуществляется поворотом ковша относительно стрелы гидроцилиндром 1 (постепенная или единовременная).

Рис.11.1 Одноступенчатый рычажный механизм погрузчика с системами рычагов: а - прямой; б – перекрестной; 1 – цилиндр поворота; 2 – цилиндр подъема.

Преимущественное применение получили фронтальные универсальные погрузчики на пневмоколесном ходу со всеми ведущими колесами. Опорная рама погрузчика может быть жесткой и шарнирносочлененной. Погрузчики с шарнирно–сочлененной рамой обладают высокой мобильностью, маневренностью и наиболее эффективно используются в стесненных условиях.

Погрузчик (рис.11.2) базируется на самоходном пневмоколесном двухосном шасси с шарнирно–сочлененной рамой 5, состоящей из двух полурам, угол поворота в плане которых может составлять ±40⁰. На передней полураме смонтировано погрузочное оборудование и жестко закрепленный передний мост. На задней полураме установлены: силовая установка 2, гидромеханическая трансмиссия, задний мост на балансирной раме и кабина оператора 1. Задний мост может качаться относительно продольной оси погрузчика, что обеспечивает высокие тяговосцепные качества машины. Рабочее оборудование погрузчика включает: ковш 8, рычажную систему, состоящую из стрелы 7, коромысла 9 и тяг 11, и гидросистему привода.

Гидромеханическая трансмиссия базового шасси погрузчика включает: гидротрансфермотор, гидромеханическую коробку передач, редуктор отбора мощности 3, карданные валы, передний и задний унифицированные ведущие мосты 4. Редуктор отбора мощности обеспечивает передачу крутящего момента от двигателя к коробке передач и независимый привод гидронасосов рабочего оборудования и гидравлического рулевого управления. Рулевое управление погрузчика со следящей гидравлической обратной связью включает гидравлический руль и два вспомогательных гидроцилиндра, с помощью которых происходит поворот полурам относительно друг друга. Гидросистема погрузочного оборудования обеспечивает управление стрелой и ковшом при выполнении рабочих операций и включает в себя: два шестеренных насоса, распределитель, гидроцилиндр 10 поворота ковша, два гидроцилиндра 6 подъема и опускания стрелы.

Рис.11.2 Фронтальный погрузчик.

Рис.11.3 Сменное рабочее навесное оборудование одноковшовых погрузчиков:

1 – ковш для скальных пород с зубьями; 2 – ковш без зубьев с прямолинейной режущей кромкой; 3 – то же с V – образной режущей кромкой; 4 – скелетный ковш; 5 – грузовые вилы; 6 – бульдозерный отвал; 7 – плужный снегоочиститель; 8 – захват для столбов и свай; 9 – ковш с принудительной разгрузкой; 10 – двухчелюстной ковш; 11 – захват для длинномеров; 12 – ковш для распределения бетона; 13 – захват для пакетов; 14 – кран; 15 – экскаватор; 16 – рыхлитель; 17 – роторный снегоочиститель; 18 – кусторез; 19 – корчеватель-собиратель; 20 – асфальтовзламыватель.

Основной ковш погрузчика вместимостью 1,0 м³ имеет прямую режущую кромку со съемными зубьями. Вместо основного ковша может быть установлен любой из семи видов сменных рабочих органов: ковши уменьшенной и увеличиной вместимости, двухчелюстной ковш, грузовые вилы, челюстной захват, крановая безблочная стрела.

Для производства работ в разных условиях одноковшовые строительные пневмоколесные погрузчики могут снабжаться сменными рабочими органами и навесным оборудованием, показанными на рис. 11.3.

Общий расчет.

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 ГОСТом 28635-90 (ИСО 5998-86) «Машины землеройные. Номинальная грузоподъемность гусеничных и колесных погрузчиков» и допустимой нагрузкой Р на передний мост.

Для погрузчиков, не предусмотренных стандартом, номинальную нагрузку определяют в зависимости от допускаемой нагрузки на ходовое оборудование машины (центр тяжести груза приложена в центре тяжести основного ковша, вылет – максимальный, рис. 11.4):

;т (11.1)

где к – коэффициент запаса устойчивости: для колесных погрузчиков к=0,5; для гусеничных к=0,35; G₀ – вес погрузочного оборудования; G_т – вес тягача; х, в_о и a -соответственно горизонтальные координаты сил Q_н, G₀ и G_т; g- ускорение силы тяжести.

Вес погрузочного оборудования принимают в пределах 25-35% веса базового трактора, а координаты – конструктивно.

После выбора и расчета параметров гидропривода и рабочего оборудования по этой же методике, определяется максимальная грузоподъемность погрузчика Q_макс.

Рис.11.4 Схема сил, действующих на погрузчик для определения грузоподъемной силы.

Номинальную вместимость ковша определяют по плотности погружаемого материала r(обычно принимают r=1,6 т/м³) и степени заполнения ковша при заполнении с «шапкой» коэффициент наполнения к_н=1,25:

; (11.2)

Напорное усилие погрузчика считается равным тяговому усилию базовой машины с учетом увеличения ее веса за счет веса рабочего оборудования при коэффициенте буксования δ_к=20%.

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

Ширина ковша должна быть на 100-150 мм больше величины следа или ширины базового трактора. Более подробные сведения о параметрах рабочего оборудования приводятся в справочной литературы и ГОСТах.

Внешние нагрузки определяют для погрузчика с опущенным ковшом, внедряющимся в штабель, днище которого расположено под углом 5⁰ к горизонту.

При этом рассматриваются следующие наиболее опасные случаи нагружения (рис. 11.5):

а - удар края ковша о непреодолимое препятствие при движении погрузчика с запертыми гидроцилиндрами стрелы и ковша по горизонтальному участку; б - вывешивание погрузчика вокруг передней оси при повороте внедренного в штабель ковша за счет усилия, развиваемого гидроцилиндрами поворота ковша; в - вывешивание погрузчика вокруг задней оси под действием цилиндров подъема стрелы.

Рис. 11.5 Расчетные случаи нагружения погрузчиков.

Для всех трех случаев внешние усилия считаются сосредоточенными силами, приложенными к концу режущей кромки (или к крайнему зубу). Во всех трех случаях к ковшу приложена горизонтальная сила, равная максимальному в данных условиях тяговому усилию.

Для первого случая (рис. 11.5, а) горизонтальное усилие определяется тяговым усилием, массой машины и скоростью ее движения:

; (11.3)

где R_хс – статическое напорное усилие, равное номинальному тяговому усилию Т_н; R_хд – динамическое усилие.

; (11.4)

где V_р – рабочая скорость внедрения ковша, м/с; С – приведенная жесткость, н/см; М – приведенная масса погрузчика, кг.

Приведенную жесткость определяют по жесткости погрузочного оборудования С₁ и препятствия С₂:

; (11.5)

Приведенная масса с учетом вращающихся масс двигателя и трансмиссии:

; (11.6)

где М_n – масса погрузчика; к_т =1,3 коэффициент влияния маховых масс трансмиссии и ходовой части; J_дв – момент вращающихся масс двигателя; i – передаточное отношение рабочей передачи; r_{к –} радиус качения колеса; η_т – КПД трансмиссии.

Для второго случая вертикальную силу находят из условия устойчивости машины (рис. 11.5 б).

; (11.7)

где G_п – вес погрузчика, l₁ и l₂ – плечи сил.

Горизонтальную силу принимают равной номинальному тяговому усилию R_х = Т_н.

Для третьего случая (рис. 11.5, в) вертикальная сила равна усилию отпора, создаваемого при вывешивании трактора на задних колесах и зубьях ковша:

; (11.8)

Горизонтальную составляющую определяют по сцепному весу с учетом разгрузки машины:

; (11.9)

где φ – наибольший коэффициент сцепления.

Полученные величины служат основанием для расчета на прочность деталей рабочего оборудования и подбора гидроцилиндров.

Техническую производительность погрузчика определяют объемом черпаемого за цикл материала и длительного цикла:

; (11.10)

где t_ц = t_черп + t_г + t_м + t_в.х. – длительность цикла; t_черп – время черпания; t_г – продолжительность движения груженого погрузчика на разгрузку; t_м – время маневрирования для разгрузки; t_в.х. – длительность возвратного хода.

При правильной организации работ погрузчик – высокопроизводительная машина, успешно конкурирующая при работе в карьере с одноковшовыми экскаваторами.