Высокие темпы развития народного хозяйства, огромный рост грузооборота, непрерывное развитие техники основного производства и задачи повышения производительности труда определили необходимость совершенствования средств и методов перемещения и складирования грузов на базе комплексной механизации и ликвидации тяжелого ручного труда на этих работах.
Пневмоколесные одноковшовые фронтальные погрузчики нашли широкое применение в транспортирование сыпучих и штучных материалов, в строительстве, горной промышленности и других смежных отраслях. С небольшой историей развития этой машины, она сумела зарекомендовать себя как манёвренная, мощная, проходимая машина, которая способна транспортировать грузы, буксировать различное оборудование, планировать площадку.
Целью данного реферата стало изучение теоретических основ рабочего процесса фронтального погрузчика и усовершенствование его за счет внедрение передней подвижной стенки на ковш фронтального погрузчика для транспортировки строительных материалов, уборке завала и т.п. Для достижения следующих поставленных цели нам нужно изучить свойства материалов, с которыми работает данная машина, структурную схему и основы расчета машины.
1. Основная часть
1.1 Определение фронтального погрузчика
Одноковшовые фронтальные погрузчики — универсальная самоходная подъема транспортная машина на гусеничном или пневмоходу, циклического или непрерывного действия, выполняющая погрузочно-разгрузочные работы а так же копание грунтов. Рабочим органом служит ковш.
Одноковшовыми называют погрузчики, у которых черпающий органом является ковш, закрепленный шарнирно на конце подъемной стрелы, установленной впереди самоходного шасси.
1.2 Развитие фронтального погрузчика
Кто явился самым первым изобретателем этой удивительно полезной машины сейчас можно только догадываться, но, скорее всего, им стал какой-то фермер, пожелавший облегчить способ погрузки на телегу навоза. Известны самые примитивные погрузчики, появившиеся лишь на заре 20 века, у которых ковш, установленный на простой трактор, мог подниматься и опускаться с помощью систем лебедок. На самом деле погрузчиком эту машину можно было назвать с большой натяжкой, ибо это были неповоротливые и малоэффективные агрегаты, способные поднимать не более 0,4 м3, да и те использовались, по большей части, исключительно в сельском хозяйстве.
Методика расчета фронтального погрузчика
... которым предназначен работать погрузчик; Вт=2,34 м. Дb - расстояние между погрузчиком и транспортным средством при разгрузке, необходимое по условию безопасности работы; Дb=0,2 м. Угол наклона радиуса ковша е равен: ...
Рисунок 1.1. Прототип погрузчика. Ковш, установленный на трактор, приводимый в движение системой лебедок
Тем не менее, появление этих прототипов будущих погрузчиков ознаменовало рождение нового класса машин, чья мобильность, маневренность и универсальность вывела процесс строительства и карьерной добычи на известный нам сейчас современный уровень.
Впрочем, невзирая на свою небогатую историю, технология создания фронтального погрузчика прошла свой положенный путь эволюции и за несколько десятилетий из маломощного трактора с ковшом смогла сотворить такую машину, технические характеристики которой поражают наше воображение сегодня.
Если не считать тех «допотопных» тракторов-погрузчиков, изобретенных для облегчения погрузки сена в амбар, пожалуй, первым создателем, удачно воплотившим идею сотворения настоящего строительного погрузчика, стала английская фирма «Muir-Hill Ltd».
Компания «Muir-Hill Ltd», образованная в 1901 году в Манчестере, носила имя ее создателей господина Мьюира и Хилла, и являлась первым и основным английским предприятием, выпускающим на тот момент грузовики-самосвалы.
Уже в 1927 году ее инженеры приступили к работе по изобретению первого фронтального погрузчика. Результатом этих изысканий стал выпуск колесного образца с объемом ковша 0,5 м3 и мощностью 28 лошадиных сил под капотом. Ковш, управляемый системой канатов, был установлен на базу сельскохозяйственного трактора фирмы Fordson.
Рисунок 1.2. Первый фронтальный погрузчик управляемый системой канатов
После войны в 1947 году, бала выпушена первая в мире полноприводная модель гидравлического погрузчика модели НМ.
Рисунок 1.3. Полноприводная модель гидравлического погрузчика НМ
Эта надежная машина имела рекордную на то время емкость ковша в 1,2 м3, была оснащена усилителем руля и коробкой передач с функцией заднего хода. Она работала от дизельного двигателя и обладала способностью развивать скорость до 16 миль в час (27,5 км/ч).
2. Законы мироздания в рамках, которых функционирует погрузчик
2.1 Закон сохранения энергии
; (1)
Энергия постоянна, вечна и ни когда не исчезает бесследно, а переходит из одной формы в другую.
Применительно к данной машине энергия топлива сгорающего в гильзе цилиндра переходит в кинетическую энергию вращения коленчатого вала. Так же при механическая энергия преобразуется в тепловую энергию, которая идет на нагрев и тепловое излучение( наблюдается в ДВС погрузчика).
2.2 Закон обратной связи
Закон обратной связи можно наблюдать во взаимодействии оператора и машины. Если внедрять ковш слишком глубоко и слишком резко в грунт, то из-за возникающей силы сопротивления, возникающая в момент внедрения ковша, двигатель может остановиться (заглохнет).
Следует медленно опускать режущую кромку ковша, продвигая погрузчик вперед, контролируя глубину копания с помощью рычага управления.
2.3 Закон единства и борьбы противоположностей
Во время внедрения ковша в перегружаемый материал происходит взаимодействия ковша с материалом, вследствие чего рабочий орган будет изнашиваться. Так же при работе машине происходит износ двигателя и составных частей машины.
Но и одновременно происходит полезная работа, невозможная без сил трения.
2.4 Закон причинно-следственных связей
Причинно-следственная связь — связь между явлениями, при которой одно явление, называемое причиной, при наличии определенных условий порождает другое явление, называемое следствием.
Роль силы трения в природе и технике
... после того, как классические законы трения были вновь открыты французскими учёными Амонтоном и Кулоном в XVII – XVIII веках. Вот эти законы: 1. Величина силы трения F прямо пропорциональна величине ... особых забот с нашей стороны, если только дело не происходит на пароходе во время качки. Вообразим, что трение может быть устранено совершенно. Тогда никакие тела, будь ...
Во фронтальном погрузчике это можно наблюдать, если не вовремя менять рабочую жидкость в системе, то могут выйти из строя фильтры, а в худшем случае насос.
3. Физические эффекты в рамках, которых работает погрузчик
3.1 Сдвиг
Один из основных эффектов применяемых в землеройно-транспортных машинах — это эффект сдвига. Эффект сдвига грунта состоит в том, что сдвиг слоев грунта происходит тогда, когда происходит превышение касательных напряжений которые может выдержать грунт.
Касательное напряжение, которое может описываться уравнением Кулона-Мора:
; (2)
где, с — сцепление частиц материалов;
- р — угол внутреннего трения в материале;
- N — вертикальное давление на площадке сдвига;
- tgp — коэффициент внутреннего трения;
- Сдвиг наблюдается при внедрении ковша в грунт.
3.2 Сила трения
Это процесс взаимодействия тел при их относительном движении (смещении) либо при движении тела в газообразной или жидкой среде. По-другому называется фрикционным взаимодействием.
Чем больше сила нормальной реакции, тем больше сила трения:
; (3)
где — это коэффициент трения.
N — сила нормальной реакции.
Данная сила наблюдается в процессе передвижения фронтального погрузчика по грунту (пневмоколесо взаимодействует с поверхностью грунта).
Сила тяжести — это сила, действующая на любое тело, находящиеся вблизи поверхности Земли.
; (4)
где m — масса тела;
q — ускорения силы тяжести (q = 9,81 )
Сила тяжести погрузчика и перевозимого груза участвуют в создании тягового усилия машины.
3.3 Сила тяги
Силу тяги на колесах и ковше погрузчика можно определить из условий сцепления движителя с опорной поверхностью.
(5)
где — эксплуатационная масса погрузчика.
4. Внутреннее трение
Внутренние трение в твердых телах — свойство твердых тел превращать в теплоту механическую энергию, сообщенную телу в процессе его деформирования, сопровождающегося нарушением в нем термодинамического равновесия.
Во фронтальном погрузчике это проявляется в процессе внедрения ковша в грунт, когда зубья ковша(режущая кромка) взаимодействуя с грунтом, происходит деформирования грунта, а следовательно механическая энергия преобразуется в тепловую энергию.
4.1 Тепловое излучение
В нагретых телах часть внутренней энергии вещества может превращаться в энергию излучения. Поэтому нагретые тела являются источниками электромагнитного излучения в широком диапазоне частот.
Данное явление наблюдается в рабочем процессе двигателя, за счет нагревания деталей.
4.2 Кавитация
Под кавитацией понимают комплекс механических и электрохимических явлений возникающих в потоке жидкости в результате снижения давления ниже давления парообразования (насыщения) при данной температуре. При этом из жидкости начинают выделяться пар и растворенные в ней газы. Кавитация сопровождается шумом, ухудшением энергетических характеристик насоса и разрушением его конструктивных элементов.
Явление кавитации имеет отрицательный эффект в работе машины. Она наблюдается в гидроприводе погрузчика и имеет следующие последствия: увеличивается сопротивление трубопроводов и уменьшается их пропускная способность, а значит, возрастает коэффициент местных сопротивлений.
4.3 Вибрация
Вибрация (колебание, дрожание) — механические колебания твердых тел. О вибрации также говорят в более узком смысле, подразумевая механические колебания, оказывающие ощутимое влияние на человека. Понятие вибрация тесно связано с понятиями шум, инфразвук, звук.
Во фронтальном погрузчике явление вибрации носит отрицательный характер, она проявляется в износе деталей (насос, подшипники), а так же негативными последствиями машинисту машины, а именно в ухудшении его здоровья.
Рисунок 4.1. Устройство пневмоколесного одноговшового фронтального погрузчика: 1-ковш; 2 — гидроцилиндры управления ковшом; 3 — кабина оператора; 4 — двигатель; 5 — заднее пневмоколесо; 6 — задняя рама; 7 — шарнирно сочленение рам; 8 — передняя рама; 9 — переднее пневмоколесо; 10 — стрела.
Рисунок 4.2. Погрузчик (состав изделия): 1 — капот; 2 — система охлаждения и разогрева двигателя; 3 — система смазки; 4 — система всасывания и выхлопа; 5 — топливная система; 6 — кабина; 7 — рулевое управление; 8 — электрооборудование; 9 — гидрооборудование; 10 — крылья; 11 — рабочие оборудование; 12 — погрузочное оборудование; 13 — система привода тормозов; 14 — подвеска переднего моста; 15 — карданная передача; 16 — площадка оператора; 17 — установка гидромеханической передачи (ГМП); 18 — гидросистема (ГМП); 19 — колесо; 20 — подвеска заднего моста; 21 — силовая установка; 22 — рама
5. Свойства материалов, с которыми работает фронтальный погрузчик
Грунты представляют собой горные породы, слагающие поверхностные слои земной коры; они образовались в результате выветривания и разрушения основной материковой породы. Большая часть грунтов — минерального происхождения, но имеются грунты частично или полностью органического образования.
В условиях естественного залегания грунты состоят из твердых частиц различной крупности, образующих грунтовый скелет воздуха и воды. Последняя, в зависимости от температуры грунта, может быть в различных фазах своего состояния (твердом, жидком, газообразном).
По характеру связи между твердыми частицами грунты подразделяются на сыпучие, связные и скальные.
Сыпучие, несвязные грунты характеризуются отсутствием сцепления между частицами, значительной водопроницаемостью, малой сжимаемостью, высокой величиной сил внутреннего трения и быстротой деформаций под нагрузкой.
Связные грунты отличаются малой водопроницаемостью; присутствие в них воды обусловливает молекулярные силы сцепления. Поэтому связные грунты характеризуются значительным оцеплением между частицами, большими деформациями под нагрузкой и длительностью деформаций.
В скальных грунтах их частицы жестко связаны между собой цементирующим веществом, и эта связь при ее нарушении не восстанавливается.
Свойства грунтов оказывают существенное влияние на характер их разработки и производительность машин. В связи с этим при выборе типа машины для земляных работ надо учитывать характерные свойства и состояние разрабатываемых грунтов. Наиболее важные с этой точки зрения свойства грунтов — сопротивление разработке и устойчивость их как основания, на котором установлена машина, определяются в основном гранулометрическим составом и физико-механическими свойствами грунта.
Гранулометрический состав грунта характеризуется процентным содержанием по весу частиц различной величины. Крупность отдельных частиц нескальных грунтов составляет: гальки 40 мм; гравия 2—40 мм; песка 0,25—5 мм; песчаной пыли 0,05— 0,25 мм; пылеватых частиц 0,005—0,05 мм и глинистых частиц 0,005 мм.
Для оценки наиболее важных физико-механических свойств грунта имеют значение объемная масса, разрыхляемоеть, влажность, угол естественного откоса, связность (сцепление), трещиноватость, слоистость.
Объемная масса — отношение массы грунта в состоянии естественной влажности к его объему. Различают объемную массу в плотном теле и в разрыхленном грунте.
С течением времени или под воздействием грунтоуплотняющих машин разрыхленные грунты уплотняются. Средние значения коэффициента первоначального разрыхления колеблются в пределах 1,08—1,32, а коэффициента остаточного разрыхления— в пределах 1,01—1,09. При разработке мерзлых грунтов коэффициент разрыхления возрастает примерно в 1,5—2,5 раза.
Свойства грунтов в сильной степени меняются в зависимости от содержания в них воды. Грунты принято считать сухими с влажностью менее 5%, влажными—с влажностью 5—30% и насыщенными или мокрыми при влажности более 30%.
Связность или взаимное сцепление частиц грунта характеризует способность грунта противостоять воздействию внешних сил, которые стремятся разъединить его частицы. От величины сил сцепления зависит сопротивление грунта резанию или размыву.
Грунты разрабатывают различными методами с большей или меньшей производительностью труда и машин. Поэтому каждый грунт может входить в группу легко разрабатываемых грунтов одним методом и в группу трудно разрабатываемых грунтов другим методом.
Грунты, разрабатываемые строительными машинами, обычно относят к следующим шести категориям грунтов приведенные в таблице.
Таблица 5.1. Категории грунтов
|
Категория грунтов |
Виды грунтов |
Плотность, кг/м3 |
Способ разработки |
|
|
I |
Песок, супесь, растительный грунт, торф |
600…1600 |
Ручной (лопаты), машинами |
|
|
II |
Легкий суглинок, лёсс, гравий, песок со щебнем, супесь со строймусором |
1600… 1900 |
Ручной (лопаты, кирки), машинами |
|
|
III |
Жирная глина, тяжелый суглинок, гравий крупный, растительная земля с корнями, суглинок со щебнем или галькой |
1750… 1900 |
Ручной (лопаты, кирки, ломы), машинами |
|
|
IV |
Тяжелая глина, жирная глина со щебнем, сланцевая глина |
1900…2000 |
Ручной (лопаты, кирки, ломы, клинья и молоты), машинами |
|
|
V…VII |
Плотный отвердевший лёсс, дресва, меловые породы, сланцы, туф, известняк и ракушечник |
1200…2800 |
Ручной (ломы и кирки, отбойные молотки), взрывным способом |
|
|
VIII…XI |
Граниты, известняки, песчаники, базальты, диабазы, конгломерат с галькой |
2200…3000 |
Взрывным способом |
|
Погрузчики применяются на складах для погрузки в транспортное средства сыпучих, мелкокусковых, а при ковшах емкостью свыше 1 м3 крупнокусковых грузов; для зачистки вскрыш и в карьерах для экскавации грунтов 1 и 2 группы, а при ковшах емкостью свыше 1 — 1, 25 м3 — для замены одноковшовых экскаваторов при разработке грунта любой группы в невысоких забоях.
Таблица 5.2. Значения удельных сопротивлений резанью
|
Наименование грунта |
Плотность грунта р,т/м3 |
Коэффициент разрыхления грунта |
Удельное сопротивление грунта резанию Rр, кПа |
||
|
нож бульдозера |
нож скрепера |
||||
|
Песок рыхлый, сухой |
1,2…1,6 |
1,05…1,1 |
10…30 |
20…40 |
|
|
Песок влажный, супесь, суглинок разрыхленный |
1,4…1,7 |
1,1…1,2 |
20…40 |
50…100 |
|
|
Суглинок, средний и мелкий гравий, легкая глина |
1,5…1,8 |
1,15.-1,25 |
60…80 |
90…180 |
|
Наибольшее распространение получили колесные погрузчики, так как они очень мобильны, легко перебрасываются своим ходом с объекта на объект (гусеничные для этого требуют применения трайлера), а при наличии шин низкого давления обладают хорошей проходимостью по грунтовым дорогам.
С помощью двухчелюстного ковша выполняют небольшие объемы работ, например для захвата насыпных грузов из куч ковш используется как грейфер, на планировочных работах — как скрепер, для послойной разработки грунтов 1 и 2 группы с погрузкой в транспортное средства и отвал — как бульдозер. Двухчелюстной ковш применяется так же, как основной ковш.
Рисунок 5.1. Захваты для груза: а — основной ковш; б — двухчелюстной ковш, в работе используемых как обычный ковш; в — тоже, как грейфер; г — тоже, как скрепер; д — тоже, бульдозерный отвал; е — захват для круглого леса.
6. Основы расчета одноковшового фронтального погрузчика
Сопротивления резанию ковша W в штабель насыпного груза в зависимости от глубины врезания можно определить, пользуясь графиком.
Рисунок 6.1. Для определения удельного сопротивления ковша врезанию 1 — для щебня мелкокускового; 2 — для гравия; 3 — для грунта рыхлого и песка естественной влажности; 4 — для шлака котельного; 5 — для каменного угля
На нем по оси ординат отложено удельное сопротивление врезанию ковша в кГ/см, а по оси абсцисс глубина врезания в м. Принимая цену одного деления на графике за 1 кГ/см=1000 н/м получим удельное сопротивление врезанию ковша в н/м. Тогда:
н; (6)
кГ; (7)
Где k — коэффициент, учитывающий дополнительноесопротивлени при наличии крупных кусков груза (при зернистых и мелкокусковых k=1, среднекусковых k=1,1 — 1,3); В — ширина ковша в м (см).
Сопротивление W считается приложенным к зубу ковша.
Рисунок 6.2. Положения ковшей а, б — при раздельном и совмещенном зачерпываниях; в — при расчете усилия поворота
Работа погрузчика возможна, если сцеплена сила Т колес погрузчика с дорогой будет больше сопротивления W, т.е.
; (8)
Где R — реакция от веса погрузчика, приходящегося на ведущий мост (при двух ведущих мостах R=G, где G-вес всего погрузчика);
- коэффициент сцепления колес с дорогой.
Рисунок 6.3. Характеристика транспортируемых материалов
Сопротивление повороту ковша составляет
; (9)
Усилие для поворота ковша Р, необходимо для расчета гидроцилиндров, определяют по формуле, исходя из суммы моментов относительно точки 0:
; (10)
При раздельном способе зачерпывания мощность для передвижения погрузчика составляет:
; (11)
где — мощность для передвижения самого погрузчика на 1 передаче с подъемами на угол определяется по формулам:
- кВт; (12)
л.с.; (13)
- мощность для врезания ковша при движении погрузчика:
- кВт; (14)
л.с., (15)
Где W — сопротивление врезанию ковша в Н (кГ);
- скорость движения погрузчика на 1 передачи в км/ч;
- общий К.П.Д.
трансмиссии.
Мощность установленного двигателя должна позволять движение погрузчика без груза по грунтовой дороге на 1 передаче с углом подъема пути до 10 градусов. Ее определяют по формулам (1) и (2).
Грузовой устойчивостью погрузчика рассчитывается при груженом ковше на полном вылете относительно оси передних колес. При этом коэффициент устойчивости
При емкости ковша «по воде» q, коэффициенте заполнения ковша для шлака и каменного угля и для заполнителей (меньшие значение для кусковых грузов) и времени цикла в мин., техническая производительность составляет:
; (16)
Время цикла состоит из отдельных элементов в сек.
; (17)
По результатам расчета можно сделать вывод, что одноковшовые погрузчики в основном предназначены для погрузки на транспортные средства (автомобили-самосвалы и полувагоны) сыпучих и кусковых грузов и прежде всего заполнителей (песка, гравия, щебня), а также грунта 1 и 2 группы, строительного мусора, каменного угля, кокса и др.
7. Новый физический эффект в рабочем оборудовании
Изобретение относится к рабочим органам погрузочно-разгрузочных машин, в частности к рабочему оборудованию фронтального погрузчика, и может быть использовано на земляных и погрузочно-разгрузочных работах, в частности на погрузке строительных материалов, уборке завалов, мусора, погрузочно-разгрузочных работах со штучными и полыми грузами. Технический результат — усовершенствование, расширение функциональных возможностей рабочего оборудования. Рабочее оборудование гидравлического погрузчика включает ковш, шарнирно установленный на стреле, гидроцилиндры управления ковшом и стрелой и захватное устройство, выполненное в виде двух поворотных секций, шарнирно установленных и снабженных гидроцилиндрами управления. Передняя часть ковша выполнена с вырезами в нижней части и по краям боковых стенок. При этом захватное устройство установлено в вырезах боковых стенок ковша.
Процесс заполнения ковша будет происходит в 3 действия:
1. Внедрение ковша с поднятой передней стенкой в материал;
2. Заполнение ковша и дозаполнение ковша опусканием передней
стенки тем самым загребание в ковш материала;
3. Закрытие передней стенки во избежание просыпа материала.
Рисунок 7.1. Ковш с передней стенкой, управляемой с помощью гидроцилиндра:
1. Передняя подвижная стенка,
2. Гидроцилиндр подвижной стенки,
3. Ковш,
4. Стрела,
Заключение
одноковшовый фронтальный погрузчик гидроцилиндр
В данном реферате было дано определение фронтального погрузчика, рассмотрен вопрос о действующих законах мироздания в процессе работы машины, были показаны основные физические эффекты в работе машины. Были так же рассмотрены свойства материалов и группы грунтов, с которыми взаимодействует машина и были даны основы расчета погрузчик.
Так же была предложена модернизация погрузчика, на основе рассмотренных выше физических эффектов и процесса работы.
В заключение нужно сказать, что все цели и задачи были выполнены, была проведена работа с технической литературой. Данный реферат может в дальнейшем перейти в дипломный проект, с последующими доработками и внедрением новшеств.
Литература
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/voditel-pogruzchika/
1. А.Ф. Базанов — «Подъемно — транспортные машины» Москва 1969. 308с.
2. А.Ф. Базанов «Самоходные погрузчики» / А.Ф. Базанов, Г.В. Забегалов. М.: Машиностроение, 1979. — 403с.
3. А.Б. Дранников «Автопогрузчики» / А.Б. Дранников — М. Машгиз, 1962. — 506с.
