книги из ГПНТБ / Гриневич, Г. П. Вилочные погрузчики

Г л а в а V

УСТОЙЧИВОСТЬ ВИЛОЧНЫХ ПОГРУЗЧИКОВ

§ 1. Общий анализ условий работы погрузчиков

Проведенные исследования показывают, что безопасность работы вилочного погрузчика определяет не только его продольная ста­ тическая устойчивость. На погрузчик воздействуют динамические нагрузки, связанные с условиями работы, и прежде всего — инер­ ционные силы, возникающие: а) при трогании с места и торможе­ нии погрузчика или при движении его по кривой во время пово­ рота, б) в начале и конце подъема пути или при опускании груза и подвижных элементов конструкции грузоподъемника; в) в на­ чале и в конце наклона рамы грузоподъемника с грузом на вилах; г) при раскачивании груза и элементов конструкции сменных ра­ бочих приспособлений.

Порожний или загруженный вилочный погрузчик может по­ терять устойчивость из-за нарушения силового баланса, когда точка приложения равнодействующей всех сил выйдет за пределы опорного контура машины. Для правильного выбора методов рас­ чета устойчивости важно учесть влияние всех сил, действующих на погрузчик во время работы как в продольном направлении, так и в боковом.

Когда погрузчик движется по прямой (безразлично — вперед или назад), на него действуют: 1) инерционная сила, возникаю­ щая при ускорении или замедлении машины и стремящаяся его опрокинуть, и 2) сила тяжести, удерживающая погрузчик. Опро­ кидывающая сила будет параллельна направлению движения, а удерживающая сила вертикальна.

Сила, создающая ускорение или возникающая при замедлении и направленная вдоль линии движения, будет F = та, где т — масса погрузчика (или погрузчика с грузом); а— ускорение или замедление. Опасность опрокидывания возрастает в случае воз­ можности соскальзывания груза с вил при торможении, поэтому необходимо проводить соответствующую проверку погрузчика. Обычно ограничивающим фактором, предотвращающим соскаль­ зывание груза, является величина наклона вил назад.

Рассмотрим схему на рис. 79. Сила, вызывающая скольжение груза вдоль вил, будет

Р' = [iQ' + Q s i n а

153

Р' = \iQ cos a + Q sin a —

Используя выражение (45), эту силу можно представить в виде

Зная для рассчитываемой модели конкретные значения тормоз­ ного замедления и коэффициента трения скольжения, можно опре­ делить угол наклона вил назад, предотвращающий соскальзыва­ ние груза при резком торможении погрузчика.

Опасность с точки зрения устойчивости машин в продоль­ ном направлении представляет внезапная остановка быстро опу­ скающегося на вилах груза, которая вызывает опрокидывающий момент. Особенно неблагоприятно это обстоятельство сказывается, когда грузоподъемник находится в вертикальном или наклонном вперед положении. Надо, однако, заметить, что опасность опро­ кидывания при резкой остановке груза учитывается водителем.

Опрокидывание погрузчика в боковом направлении может про­ исходить при прямолинейном движении по поверхности с попереч­ ным уклоном и при движении по горизонтальной поверхности на повороте. Наибольшую опасность представляет второй случай, особенно при повороте на поверхностях с небольшими уклонами. Боковая устойчивость погрузчика при движении с грузом обычно выше, чем при движении без груза, что объясняется смещением центра тяжести системы погрузчик — груз. Ввиду этого водитель меньше ощущает опасность бокового опрокидывания при движе­ нии машины без груза, когда можно развивать максимальную скорость.

154

При движении погрузчика на повороте опрокидывающей яв­ ляется центробежная сила

пто2

F ^ — >

где т — масса системы;

v— окружная скорость общего центра тяжести;

г— радиус поворота, измеряемый от центра тяжести до оси поворота.

Расположение центра поворота машины определяется крутиз­ ной поворота, зависящей от водителя. Если допустить, что вся масса погрузчика с грузом или без груза сконцентрирована в центре тяжести, то опрокидывающая сила будет направлена вдоль линии, соединяющей центр тяжести и центр поворота ма­ шины (по радиусу). Расположение оси опрокидывания будет опре­ деляться конструкцией подвески погрузчика. Составляющая сила, действующая перпендикулярно к оси опрокидывания, может быть определена из геометрических размеров погрузчика. Из значения

центробежной* силы ГI -ц — mv2 видно, что чем больше скорость

погрузчика и меньше радиус поворота, тем больше вероятность опрокидывания.

Во всех случаях действующие на погрузчик силы можно при­ вести к параллелограмму сил, одна сторона которого параллельна поверхности движения (инерционная или центробежная сила F), вторая — вертикальна (сила тяжести N), а третья является их равнодействующей R. Все силы приложены в центре тяжести си­ стемы. Если этот параллелограмм, зависящий от величины сил и размеров погрузчика, считать жестким, то ясно, что положение равновесия наступает тогда, когда равнодействующая R будет вертикальна. Погрузчик потеряет устойчивость, когда равно­ действующая выйдет за пределы опорного контура машины.

В проведенном выше анализе сделано допущение, что все узлы и детали погрузчика являются абсолютно жесткими. По­ скольку деформации в конструкции грузоподъемника и других механизмов учесть теоретически довольно сложно, окончательная оценка устойчивости машины дается только после эксперименталь­

на движущийся погрузчик во все периоды работы, представляю­ щие опасность потери устойчивости. Испытания базируются на использовании параллелограмма сил (рис. 80, а), к которому можно привести все действующие на погрузчик силы и который

155-

воспроизводится на платформе. Как уже было сказано, положение равновесия создается тогда, когда равнодействующая R вертикальна.

Испытательный груз по весу

Qсоответствует диаграмме грузо­ подъемности погрузчика и пред­

устойчивости грузоподъемность при подъеме выше указанного уровня должна снижаться, вес груза берется согласно допускае­ мой величине. Вертикальность грузоподъемника определяется по положению точки К на вертикали: оно должно оставаться таким, как и при высоте подъема 300 мм. Отклонения, возникающие вследствие деформации конструкции, устраняются изменением по­ ложения грузоподъемника или вил. При использовании грузо­ захватных приспособлений испытательный груз берется согласно диаграмме грузоподъемности приспособления. Высота подъема груза над грунтом 300 мм измеряется до нижней точки груза, приспособления или плиты каретки грузоподъемника.

При наклоне платформы погрузчик удерживается тормозами. Если стояночный тормоз не в состоянии удержать машину, допу­ скается использование других средств, которые не вызывают воз­ никновения дополнительных внешних сил. Для предотвращения сдвига погрузчика по платформе для всех типов машин кроме фронтальных погрузчиков с противовесом применяют клинья, забиваемые между колесами и рамой погрузчика.

Если вес водителя уменьшает устойчивость погрузчика, то вместо него на машину устанавливают груз весом 90 кгс с центром тяжести, расположенным на 250 мм выше сиденья или на 1000 мм выше платформы соответственно для погрузчиков с сидящим или стоящим водителем.

Для обеспечения безопасности при испытаниях используют предохранительные канаты, удерживающие машину после начала опрокидывания, шарнирную подвеску груза на гибком органе у погрузчиков с большой высотой подъема (свыше 4,5 м) и другие приспособления. Гидроцилиндры наклона должны оборудоваться гидрозамками, перекрывающими трубопроводы и исключающими самопроизвольное смещение штоков. Перед началом испытаний проверяется давление в пневмошинах погрузчика, которое должно точно соответствовать паспортному значению. Для определения

156

Т а б л и ц а 10

Условия испытаний устойчивости фронтальных погрузчиков с противовесом

начала наклона погрузчика используют бумажные или тонкие металлические листы, подкладываемые под колеса, которые должны оторваться в первую очередь при наклоне платформы. После начала отрыва колес листы можно свободно двигать.

Для фронтальных погрузчиков с противовесом предусматри­ вается четыре вида испытаний: два на продольную и два на по­ перечную устойчивость. В каждой группе одно испытание учи­ тывает устойчивость погрузчика при штабелировании, другое — в движении. Условия испытаний, при которых погрузчик не дол­ жен опрокидываться, даны в табл. 10.

Испытание № 1 имитирует условия, возникающие при шта­ белировании на максимальной высоте. Ось передних колес по­ грузчика устанавливается параллельно оси А наклона платформы. Установка погрузчика и возникающие при этом силы показаны

157

Рис. 81. Установка погрузчика на наклонной платформе и схема рас­ пределения сил при проверке его продольной устойчивости во время штабелирования (а) и в движении (б)

на рис. 81, а. Погрузчик опрокинется, если сила тяжести W, при­ ложенная в общем центре тяжести G3 погрузчика и груза, будет расположена впереди точки В соприкосновения передних колес с грунтом. Наклон платформы 4% выбран эмпирически. По ре­ зультатам испытаний до начала опрокидывания можно определить минимальную и фактическую величину статического коэффициента запаса устойчивости в продольном направлении.

Испытание № 2 имитирует условия, возникающие при неожи­ данном торможении полностью нагруженного погрузчика, дви­ жущегося вперед с максимальной скоростью. Платформа накло­ няется на 18%. Установка погрузчика и силы, действующие на него, показаны на рис. 81, б. Равнодействующая R силы тя­ жести W и тормозной реакции F отклоняется вперед на угол 0, равный углу наклона платформы. Погрузчик опрокинется, когда k будет расположен впереди точки В.

татов проведенных исследований, как оптимальная, удовлетворяю­ щая современным требованиям безопасности. При этом условии тормозной путь погрузчика, движущегося со скоростью 12 км/ч, должен быть не более 3 м. Если возникает необходимость по усло­ виям работы машины изменить этот норматив, то легко можно определить необходимый наклон платформы при испытаниях.

158

На основании принятого норматива можно вычислить время t и путь s торможения при любой скорости v. При тормозном за­ медлении а = const

а = - ^ - ; v = j adt = at -f- k.

В рассматриваемом случае, когда t = 0, т. е. в начале тормо-

г1

При v = 0, т. е. когда погрузчик остановился, пройденный путь является тормозным путем, а время движения t — —; тогда

В рассматриваемом случае

а = — 0,l8g = — 0,18-9,81 = — 1,765 м/с2 ; s = 0,283и2 м.

В табл. 11 и на графике рис. 82 показана зависимость длины тормозного пути от скорости погрузчика при выбранных величинах тормозного замедления, в соответствии с которыми берется наклон платформы.

Испытания № 3 и 4 имитируют условия при повороте погруз­ чика (с грузом или без него), в результате чего на него действует центробежная сила и сила тяжести. Чем ближе к задней части погрузчика располагается его центр тяжести, тем меньше его поперечная устойчивость. Особенно это сказывается у трехко­ лесных погрузчиков с шарнирным сочленением заднего моста. Опрокидывание возможно вокруг одной из сторон треугольника, образованного колесами трехколесного погрузчика или двумя передними колесами и центром задней оси четырехколесного погрузчика с шарнирным сочленением заднего моста. У других типов четырехколесных погрузчиков опрокидывание произойдет вокруг одной из боковых сторон трапеции, образованной передней и задней осями и двумя прямыми, соединяющими передние колеса с точками крепления рессор на раме. Точное расположение этих линий зависит от типа и размеров используемой подвески (рис. 83).

Погрузчик без груза менее устойчив в поперечном направле­ нии, чем груженый, так как груз перемещает общий центр тя­ жести системы по направлению к прямой FE. Погрузчик с макси­ мально поднятым грузом менее устойчив из-за увеличения высоты

159

Т а б л и ц а 11

Длина тормозного пути в м при различной скорости погрузчика и тормозном замедлении

расположения центра тяжести, а опасным является положение погрузчика с наклоненной назад рамой грузоподъемника. Этим объясняются условия, принятые для испытаний № 3 и 4. Экспе­

160

Рис. 84. Установка на платформе четырехколесного (а) и трехколесного (б) погрузчиков и погрузчика со сдвоенными задними колесами (в). Стрелками по­ казано направление наклона платформы, В—В — ось возможного опрокиды­ вания погрузчика

чения. Очевидно, при проверке и расчетах целесообразно принимать меньшее значение, ведущее к потере устойчивости. По этой причине для всех типов подвески четырехколесных по­ грузчиков граничной точкой опрокидывания на задней оси берется точка пересечения ее с продольной осью погрузчика.

в трехколесной машине), была параллельна оси АА наклона плат­ формы (рис. 84). Чтобы погрузчик не сползал при наклоне, его задние колеса устанавливаются параллельно оси платформы. Центробежная сила, действующая на поворачивающийся погруз-

mv-

чик, равна ——, где т —• приведенная масса погрузчика с грузом;

угол наклона платформы

ц 2

9 2s arctg — . rg

Угол 8 определяет скорость, при которой погрузчик остается устойчивым при повороте на заданном радиусе. Можно также найти угол 9, который необходимо достичь в процессе испытаний, чтобы погрузчик был устойчив при указанной скорости и радиусе поворота.

162