2328

Из (6.14) определим усилие в гидроцилиндрах поворота ковша:

Из практики расчета и эксплуатации погрузчиков известно, что в случае черпания материала стрелой возникают большие силы и давления в поршневых полостях гидроцилиндров стрелы и ковша. В результате этого исключается возможность подъема ковша стрелой при черпании. Это является фактором, снижающим производительность погрузчиков традиционной конструкции вследствие увеличения времени копания и снижения коэффициента наполнения ковша [см. формулы (6.12), (6.15)].

6.2. Математическая модель силовых расчетов энергосберегающего рабочего оборудования

Применение принципа уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования ковшовой машины не изменило условия работы механизма поворота ковша. Поэтому методика определения силы TК в гидроцилиндрах поворота ковша осталась традиционной [см.

формулы (6.6), (6.15)].

Энергосберегающее рабочее оборудование ковшовой машины (рис. 6.6) отличается использованием уравновешивающего пневмогидроцилиндра в виде силового звена, ограниченного точками 3.9, 4.5 и создающего дополнительную активную силу Т. Поршневая полость пневмогидроцилиндра соединена с газовым баллоном, заряженным воздухом под давлением pПГЦ , которое при подъеме и опускании стрелы остается практически постоянным.

силы Tс в гидроцилиндрах стрелы освободимся от связи и заменим гидроцилиндр силой реакции Tс , приложенной к стреле. В

категорию задаваемых сил введем силу T уравновешивающего пневмогидроцилиндра и силы тяжести Gi всех элементов рабочего оборудования и вес полезного груза в ковше GГР . Обобщенную координату гидроцилиндра поворота ковша q2 зафиксируем, т.е. примем q2 cК const и зададим стреле возможное перемещение по

момент сил инерции на ковше; c – возможное перемещение поршня уравновешивающего пневмогидроцилиндра.

Вданном расчетном случае для рис. 6.6 последним слагаемым в уравнении (6.17) можно пренебречь ввиду малости.

Вслучае полного уравновешивания сил тяжести для порожнего

ковша GГР 0 из (6.17) имеем

T c Gi yi.2 (4) 0.

Откуда сила T , уравновешивающая все силы тяжести, при

которой Tс 0, определяется по формуле

(4)

В знаменателе выражения (6.18) присутствует функция, геометрический смысл которой есть функция плеча уравновешивающего пневмогидроцилиндра

В общем случае при подъеме ковша с грузом силу в гидроцилиндрах стрелы можно определить из уравнения (6.17):

(4)

При полном уравновешивании порожнего ковша Tс 0 при

GГР 0.

В уравнении (6.20) производная

Из формулы (6.20) видно, что сила Tс в гидроцилиндрах при подъеме стрелы и ковша с грузом значительно уменьшается при использовании принципа уравновешивания сил тяжести.

Теперь рассмотрим случай копания грунта ковшом с использованием энергосберегающего рабочего оборудования (рис. 6.7). При копании грунта силы сопротивления внутри ковша приведены к режущей кромке ковша и представлены силами P1max ,

P2max и парой сил с моментом MОН . Для определения силы Tс в гидроцилиндрах подъема стрелы при копании зададим обобщенной координате q1 возможное перемещение q1 cс, а обобщенную

координату q2 зафиксируем, т.е. примем q2 cК const. Возможное перемещение (7) (см. рис. 6.7) является результатом

выравнивающего поворота ковша при элементарном повороте стрелы.

Рис. 6.7

Запишем сумму элементарных работ всех сил механической системы на возможных перемещениях по обобщенной координате q1:

Aie 0: Tс cс T c ( Gi yi.2 P2max y7.4 P1max ( z7.4 z3.7 )) (4)

Пренебрегая в формуле (6.22) последним слагаемым ввиду малости, определим

(4)

Формула (6.23) является доказательством преимущества энергосберегающего рабочего оборудования погрузчика по сравнению с традиционным рабочим оборудованием при копании грунта и черпании материала. Благодаря уменьшению силы Tc и давления в гидроцилиндрах стрелы появляется возможность преодолевать большие горизонтальные силы при черпании материала. Это является фактором, позволяющим заполнять большой объем материала с большим коэффициентом наполнения ковша, что обеспечивает значительное повышение производительности погрузчика.

Таким образом, погрузчик с энергосберегающим гидроприводом способен подняться на более высокий технический уровень.

6.3. Аналитическое исследование кинематических характеристик гидромеханизма подъема стрелы

В гидравлических механизмах подъема-опускания стрелы современных погрузочно-транспортных стреловых машин используются кривошипно-кулисные механизмы с ведущим поршнем. В технической литературе уделяется недостаточное внимание аналитическому анализу кинематических характеристик этих механизмов. В классе погрузочно-транспортных машин используют в основном две схемы механизма подъема стрелы, отличающиеся расположением ведущего звена – гидроцилиндра 3. На рис. 6.8 ведущее звено 3 расположено поперек стрелы СS в нижнем положении стрелы.

На рис. 6.9 ведущее звено 3 в нижнем положении стрелы расположено под острым углом к стреле СS. Указанные механизмы содержат условно неподвижное звено 1 на портале, положение которого задается в основной системе координат Oyz. Звено 2 жестко

На рис. 6.8 стрелки этих векторов не показаны. Для выполнения кинематического анализа введем обозначения величин: d4 , l4 – соответственно длины сторон АС и СВ кинематического треугольника; длину кулисы АВ, состоящей из двух тел, цилиндра и

контуров В.А. Зиновьева [3], неизвестными являются переменные углы (2), (3) . При этом постоянный угол (1) вычисляется предварительно при помощи исходных данных.

Рассмотрим более эффективное решение задачи, не использующее метод замкнутых контуров и уравнения (6.26), (6.27) [15, 67]. Со звеньями механизма свяжем относительные правые системы координат O( j) y( j)z( j) , где j – номер относительной системы координат, совпадающий с номером тела механической системы, j =1,

Углы 1 2, 1 3, определяются по теореме косинусов:

Используя рис. 6.8, 6.9, для кинематических треугольников можно записать различные уравнения для углов (2), (4) движения стрелы и звена 2. Рассмотрим некоторые из них. Для вершины А кинематического треугольника имеем

где 4 – угол вектора d4 с горизонтальной осью Oy; 1 2 – угол в кинематическом треугольнике.