книги / Одноковшовые погрузчики

виях 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 их возникновения мала, и в 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 стороны, смоделировать самый тяжелый вариант нагружения системы, а с другой – применить для расчета с запасом плоские статистически определимые расчетные схемы. Боковые составляющие нагрузок не вводим в расчетную схему, так как обычно вероятность их появления невелика. Принимается, что погрузчик работает на горизонтальной площадке, ковш перед внедрением находится внизу и днище у него наклонено под углом 5° к опорной площадке.

Основными расчетными схемами для прочностных расчетов являются:

Первая схема. Удар в труднопреодолимое препятствие краем ковша при внедрении погрузчика, движущегося по горизонтальной поверхности при запертых гидроцилиндрах рабочего оборудования (рис. 13, а).

Вторая схема. Внедрение краем ковша в массу материала с вывешиванием погрузчика ковшовыми гидроцилиндрами относительно передних колес на горизонтальной площадке

(рис. 13, б).

Третья схема. Заглубление краем ковша при движении вперед и вывешивание погрузчика на режущей кромке и задних колесах машины стреловыми гидроцилиндрами на горизонтальной площадке (рис. 13, в).

41

а

б

в

Рис. 13. Действие сил на ковш погрузчика

Рассмотрим три варианта расчетной схемы с точки зрения определения нагрузок Rх и Ry и усилий в элементах рабочего оборудования.

Первая расчетная схема соответствует моменту удара в препятствие на начальном этапе внедрения ковша в штабель материала или при выполнении бульдозерных работ. Внешняя нагрузка воспринимается крайним зубом ковша, и сила Rx действует по его оси. Горизонтальное усилие определяется силой тяги, массой машины и скоростью движения. Условно можно считать, что она складывается из силы тяги трактора и дополнительного динамического усилия (см. рис. 13, а):

42

где Тсц – тяговое усилие погрузчика по сцеплению, кН; υр – рабочая скорость, υр = 3,5 км/ч; С – приведенная жесткость металлоконструкции и препятствия; mп – масса погрузчика, т; W1 – сопротивление передвижению, кН,

где Gп – эксплуатационный вес погрузчика, кН; f – коэффициент сопротивления передвижению, для пневмоколесных ма-

шин, f = 0,03…0,04.

Тяговое усилие, кН, и сопротивление передвижению:

где Gп – эксплуатационный вес погрузчика, кН; φ – коэффициент сцепления движителей, φ = 0,6…0,8.

Приведенная жесткость металлоконструкций рабочего оборудования и труднопреодолимого препятствия, кН:

где Сп – жесткость препятствия составляет, например, для кирпичной кладки сечением 2700 см2 или железобетонного столба сечением 400 см2 (10…12)·103 кН/м; См – жесткость металлоконструкции, кН/м, ориентировочно определяется по рекомендациям ВНИИстройдормаша:

где K – коэффициент, составляющий 0,1 на 1 кН веса машины; Gп – вес погрузчика, Gп = 205,8 кН.

Вертикальная сила в этом положении не учитывается. Вторая расчетная схема. Вертикальная и горизонталь-

ная силы приложены по оси зуба или на режущей кромке на расстоянии 1/4 ширины основного ковша, установленного в положении внедрения. Вертикальную силу, кН, определяют по устойчивости погрузчика для случая, когда стрела не опира-

43

ется башмаками на грунт и равна выглубляющему усилию по ковшовым гидроцилиндрам (см. рис. 13, б).

где b – расстояние по горизонтали от центра тяжести машины до передней точки опоры, м; а – расстояние по горизонтали от центра тяжести машины до передней точки опоры, м; l – расстояние от передней точки опоры до кромки ковша, м; Gбт – вес базового трактора, кН; Gобор – вес погрузочного оборудования, кН.

Рис. 14. Вертикальное усилие на ковше

Горизонтальная сила Rх, кН, устанавливается по сцеплению с учетом вертикальной силы:

где ϕ – коэффициент сцепления движителей, ϕ = 0,6…0,8; Gп – вес погрузчика, кН; Ry – вертикальное усилие, кН.

Третья расчетная схема. Вертикальные и горизонтальные силы действуют на расстоянии 1/4 ширины основного ковша.

В качестве вертикальной силы принимают усилие отпора, создаваемое при вывешивании базового шасси на задних колесах, передние шины не касаются опорной поверхности.

44

Вертикальное усилие, кН, определяют из условия равновесия (рис. 14):

где А – колесная база погрузчика, м; b = ХТ – расстояние по горизонтали от центра тяжести до передней точки опоры, м; l – расстояние от передней точки опоры до кромки ковша, м; Gбт – вес базового трактора, кН; Gобор – вес погрузочного оборудования, кН.

Горизонтальная сила, кН, определяется по сцеплению с учетом вертикальной силы, направленной в этом положении вверх:

где ϕ – коэффициент сцепления движителей, ϕ = 0,6…0,8; Gп – вес погрузчика, кН; Ry – вертикальное усилие, кН.

3.9. Прочностной расчет элементов конструкции

3.9.1. Расчет ковша

При расчете ковша (рис. 15) рассматривается прочность козырька ковша и узла крепления бруса к стреле. Узел крепления ковша к стреле конструктивно состоит из кронштейна, привариваемого к брусу ковша, и пальцев, соединяющих кронштейн и стрелу. Прочность пальцев считается достаточной при одновременном выполнении двух условий: по касательным напряжениям на срез и нормальным напряжениям на смятие. Тело кронштейна подвергается расчету на растяжение по усилиям, выводящим из строя пальцы узла крепления. В сварном соединении кронштейна и задней балки рассчитывается длина и катет сварного шва.

45

Но поскольку ковш – это элемент, при расчете которого возникают значительные трудности, в основном при решении систем уравнений, описывающих деформации многократно статически неопределимых систем, то расчеты ведутся приближенно. В проекте рассчитывается козырек ковша, причем усилие Ry прикладывается к среднему зубу ковша (или к одному

из средних зубьев при четном их числе). Козырек рассматривается как балка на двух опорах.

В качестве вертикальной силы принимают усилие отпора, создаваемое при вывешивании базового шасси на задних колесах, передние шины не касаются опорной поверхности.

Определяются реакции опор RA и RB из уравнения мо-

где Wк – момент сопротивления козырька; Вк – ширина ковша погрузчика, м; Bк′ – ширина ковша за вычетом отверстий для

крепления зубьев, м; S – толщина козырька, м; Ry – вертикальное усилие, кН.

Или

где Bк′ – ширина ковша за вычетом отверстий под крепления зубьев, м; S – толщина козырька, м,

где n – число зубьев; d – диаметр отверстия, м.

Прочность козырька считается обеспеченной, если расчетное напряжение в козырьке не превышает допускаемых для выбранного материала.

3.9.2. Расчет стрелы

Стрелы и рычажная система рабочего оборудования погрузчика представляют собой существенно-пространственную систему, и ее точный расчет с использованием только плоских расчетных схем невозможен. Поэтому элементы стрелы и рычажной системы рассчитываются по отдельности: кронштейны присоединения гидроцилиндров стрелы, места крепления поперечины, тяга поворота, коромысло в сечении, проходящем через ось вращения. Учет возможности крайнего эксцентричного приложения нагрузки приводит к необходимости рассчитывать на полную нагрузку любую из половин всей рычажной системы.

47

Один из приближенных инженерных вариантов расчета стрелы и рычажной системы (рис. 16) основан на следующем подходе: в каждом из трех расчетных положений при соответствующих компонентах Rх и Rу система рассчитывается на максимальное усилие гидроцилиндра подъема стрелы. В этом статически определимом случае подлежат расчету компоненты реакции в узле крепления стрелы Rхс и Rус и усилие гидроцилиндра поворота коромысла Sк.

Все три искомых компонента находятся из стандартных уравнений равновесия – равенства нулю сумм горизонтальных и вертикальных проекций всех действующих сил и их моментов.

Прочность стрелы в месте присоединения кронштейна гидроцилиндров подъема определяется напряжением, возникающим от изгиба, кН/м2:

где xо, xо, yо, yс – координаты точек О и С соответственно, м; Wc – момент сопротивления сечения стрелы в месте крепления гидроцилиндра, м3.

Рис. 16. Схема к определению усилий в элементах стрелы и рычажной системы погрузчика

48

Поперечина в месте крепления ее к стреле рассчитывается на максимальное усилие гидроцилиндра подъема стрелы, кН/м2:

где Sc – максимальное усилие гидроцилиндра подъема стрелы, кН; L – длина поперечины, м; W – момент сопротивления сечения поперечины в месте крепления к стреле, м3.

Коромысло ВK рассчитывается по сечению, проходящему через ось вращения в т. Е. Максимальные напряжения, возникающие от изгиба, кН/м2, определяются следующим образом:

где Миз – максимальный изгибающий момент в точке Е коромысла; W – момент сопротивления сечения коромысла, проходящего через ось вращения, м3; Sк – максимальное усилие гидроцилиндра поворота ковша, кН; LKE – максимальное плечо приложения усилия гидроцилиндра, м.

Тяга поворота АВ проверяется на максимальные усилия растяжения-сжатия, кН/м2:

где Р – усилие в тяги, кН; F – площадь поперечного сечения тяги, м2; LВЕ – длина участка коромысла до оси вращения, м.

В случае конструктивных особенностей рычажной системы, приводящих к возникновению различных видов напряжений, их суммируют по третьей теории прочности:

кН/м2; σр – напряжение растяжения-сжатия, кН/м2.

49

Поскольку стрела представляет собой сложную конструкцию, при расчете которой возникают значительные трудности, в основном при решении систем уравнений, описывающих деформации многократно статически неопределимых систем, то расчеты рекомендуется производить с помощью программ автоматического проектирования (САПР).

3.10.Производительность погрузчика

Взависимости от учитываемых факторов, определяющих режим работы погрузчиков, различаются техническая и эксплуатационная производительность. Технической производительностью погрузчика называется производительность, которая может быть достигнута в данных производственных условиях при правильно выбранном рабочем процессе машинистом, овладевшим приемами и методами управления погрузчика при режиме его использования, в котором допускаются только технологические перерывы в работе.

Техническая производительность (за час чистой работы) погрузчика (т/ч либо м3/ч), оборудованного ковшами различной емкости, определяется по формуле

где V – геометрическая емкость ковша, м3; Kн – коэффициент наполнения ковша; Kв – средний коэффициент использования погрузчика по времени, учитывающий технологические перерывы в работе погрузчика; γ – объемный вес перегружаемых материалов, γ = 1,6 т/м3; Тц – продолжительность полного рабочего цикла в мин.

50