П огрузчики

одноковшовые строительные

80

Федеральное агентство образования

ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

В.Ф. Полетайкин

Е.В. Авдеева

ПОГРУЗОЧНЫЕ МАШИНЫ

Рекомендовано учебно – методическим объединением по образованию в области природообустройства в качестве учебного пособия для студентов специальности 171100 «Машины и оборудование природообустройства и защиты окружающей среды» и учащихся техникумов и колледжей.

© Сибирский государственный технологический университет, 2001

Введение

Самоходные погрузчики нашли широкое распространение в различных отраслях строительства, горной и лесной промышленности, промышленности строительных материалов, сельском и лесном хозяйстве. Универсальность и приспособленность к тяжелым условиям позволяют применять их на погрузочно-разгрузочных, землеройно-транспортных, монтажных, штабелевочных и других видах работ. В ряде случаев они с успехом заменяют экскаваторы. Для этих целей они комплектуются набором сменных рабочих органов: ковш для погрузки сыпучих материалов; уменьшенный ковш для погрузки тяжелых материалов, ковш с боковой разгрузкой, ковш с увеличенной высотой разгрузки, челюстной захват для погрузки древесины, грузовые крюки и вилы, снегоуборочное оборудование, корчеватели, оборудование для взламывания асфальта и другое оборудование. Таким образом, самоходные погрузчики являются машинами многоцелевого назначения.

Работы по созданию и промышленному освоению погрузчиков различных типов длительное время проводятся как у нас в стране, так и за рубежом. Из зарубежных конструкций наибольшей известностью пользуются погрузчики фирм Caterpillar, Clark, Comatsu,International и др. Ими создано и освоено производство более 250 моделей погрузчиков на базе колесных и гусеничных шасси грузоподъемностью от 10 до 540 кН. Машиностроение России в значительной степени удовлетворяет потребности отраслей промышленности в этих изделиях. Но так как грузоподъемность отечественных самоходных погрузчиков не превышает 50 кН, потребности в большегрузных машинах удовлетворяются за счет поставок по импорту. Из большого разнообразия типов погрузчиков наибольшее распространение получили одноковшовые строительные погрузчики и лесопогрузчики. Проектирование и расчет последних подробно изложен в [1]. В предлагаемом учебном пособии основное внимание уделено строительным одноковшовым погрузчикам.

Рабочим учебным планом специальности 17.11.06 предусмотрено изучение дисциплин Подъемно-транспортные и погрузочные машины и Проектирование и конструирование машин и оборудования садово-паркового и ландшафтного строительства с выполнением курсовых проектов. Погрузчики различных типов, как было отмечено выше, широко применяются при строительстве различных объектов, в том числе объектов природообустройства и защиты окружающей среды. Исходя из этого, учебное пособие предназначено для студентов специальности 17.11.06 всех форм обучения для выполнения курсовых и дипломных проектов по вышеназванным дисциплинам. Оно будет полезно так же студентам специальности 17.04.01.

1.Самоходные погрузчики

1.1.Назначение и классификация

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. (Рис.1.1.).

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.

Рис.1.1. 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 4х2 или 4х4 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:

1.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.

2.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.

3.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 540кН. 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 90⁰. 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^о или 180⁰. 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 10⁰ — 15^0.. Автопогрузчики выпускаются только на базе пневмоколесных шасси с колесной формулой 4х2 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 360⁰ 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 Error: Reference source not found 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.

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 180⁰ и более. При этом набор груза, как правило, производится впереди, а разгрузка сзади машины. Наибольшее распространение погрузчики такого типа получили в лесной промышленности — лесопогрузчики. Методы проектирования и расчета этих машин подробно изложены в [1], [2].

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 (Рис.1.3.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

Рис.1.3. Виды сменного оборудования погрузчиков

увеличенной высотой разгрузки -6, ковш с принудительной разгрузкой-7, бульдозерный отвал -8, обратная лопата экскаватора-9, грейферный ковш-10.

К грузоподъемному оборудованию относят (Рис.1.3.,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 (Рис.1.3.,в) применяются плужные -16 и шнеко-роторные -17 снегоочистители, кусторезы-18, корчеватели-19, бункеры-дозаторы-20, асфальтовзламыватели-21 и другое оборудование. Виды работ, выполняемых с помощью погрузчиков и применяемое оборудование приведены в табл.1.1.

Таблица1.1

Виды работ и применяемое сменное оборудование

Виды работ	Вид сменного оборудования
Погрузочные работы
Погрузка в транспортные средства и штабелирование сыпучих грузов Перемещение бетонной смеси и растворов	Ковши основной, с боковой разгрузкой увеличенной высотой разгрузки, с принудительной разгрузкой. Ковши, бункер-дозатор
Земляные и строительные работы
Послойная разработка и отсыпка грунтов I и II категории. Отрывка траншей, котлованов, каналов. Отсыпка дамб, отвалов грунта и пустой породы. Планировочные работы и зачистка поверхности. Уборка строительного мусора, работы по благоустройству территорий.	Ковши для сыпучих грузов, с зубьями, скреперный, с принудительной разгрузкой, бульдозерный отвал, экскаваторное оборудование, грейферный ковш, решетчатый ковш.
Окончание таблицы 1.1.
Монтажно-демонтажные работы
Строительство малоэтажных зданий, животноводческих ферм, укладка фундаментов, монтаж перекрытий. Установка и демонтаж технологического оборудования, установка свай, столбов. Погрузка длинномерных грузов (лесоматериалы, трубы и т.д.)	Грузоподъемный крюк, удлинитель стрелы, вилочный и челюстной захваты, поворотный захват для столбов и свай.
Подготовительные и вспомогательные работы
Подготовка и расчистка территорий под строительство парков, зданий, дорог, срезка кустарника, небольших деревьев, корчевание и уборка пней, вскрытие асфальтобетонного покрытия, рыхление смерзшегося грунта. Уборка снега со смещением его в сторону. Уборка снега с погрузкой в кузова автомобилей.	Кусторезы, бульдозерный отвал, корчеватель, рыхлитель, ковши, асфальтовзламыватель. Плужный и шнекороторный снегоочистители. Ковш увеличенной емкости.

При проектировании погрузчиков используются некоторые физико-механические характеристики насыпных грузов. Некоторые из них рассмотрены ниже.

Крупность отдельных кусков и процентное содержание их в общем объеме материала определяется способом грохочения. По крупности ( в мм) насыпные грузы делятся на следующие категории:

Пылевидные. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . менее 0.05

Порошкообразные. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.06 — 0.5

Мелкозернистые. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.5 — 2

Крупнозернистые. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 — 10

Мелкокусковые. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 — 60

Среднекусковые. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 — 160

Крупнокусковые. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . более 160

Крупность отдельных кусков оценивается по их линейным размерам в трех измерениях a₁, a₂, a_3. Размер куска определяется по формуле

( 1.1)

Подвижность насыпного грунта характеризуется возможностью частиц смещаться в общей массе при действии внешних сил. Подвижность зависит от сил внутреннего трения и оценивается величиной сопротивления сдвигу

, (1.2)

где N — сила тяжести слоя материала, приходящаяся на частицу, f — коэффициент внутреннего трения, угол внутреннего трения, град), C — сила сцепления, приходящаяся на единицу площади сдвига, F — площадь, по которой происходит сдвиг.

Величину угла  с некоторым допущением принимают для насыпных грунтов равной величине угла естественного откоса в состоянии покоя ___ Для строительных материалов и снега принимают _ где _угол естественного откоса материала в движении.

При организации транспортирования и хранения насыпных грузов необходимы данные по коэффициентам трения в состоянии покоя и в относительном движении. С некоторым допущением принимают коэффициент трения по стали в состоянии покоя f_c = 0.75 tg по дереву f_д =0.81 tg , по резине f_р = 0.85 tgпо бетону f_б =tg . В состоянии относительного движения f_с^’ =0.7 f_c , f ^‘_д = 0.7 f_д , f_р^’ =0.7 f_р , f_б^’ = 0.7 f_б .

Характеристики некоторых строительных материалов приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2