Курсовая работа (т): Расчет погрузочно-разгрузочных работ

Рис. 3. Одноковшовый фронтальный погрузчик (а) и схема его рычажно-гидравлической системы управления (б): 1 - ковш; 2,3 - рычажные механизмы; 4 - стрела; 5,6 - гидроцилиндры

Цикл работы фронтального погрузчика, оборудованного ковшом, состоит из следующих операций: перемещение погрузчика к месту набора материала с одновременным опусканием ковша до требуемой отметки (поверхность дороги, платформы вагона или кузова автомобиля); внедрение ковша в материал; подъем ковша со стрелой; транспортировка материала к месту разгрузки; разгрузка ковша опрокидыванием. Сменное рабочее оборудование расширяет область применения (универсальность) погрузчиков.

В зависимости от мощности и грузоподъемности погрузчиков, физико-механических свойств разрабатываемых грунтов ковш погрузчика можно наполнять раздельным, совмещенным, экскавационным и комбинированным способами.

При раздельном способе (рис. 4, а) ковш устанавливают режущей кромкой горизонтально или под углом 3-5°. При движении со скоростью. 1,4 … 1,8 км/ч ковш внедряют в грунт на глубину 0,85 … 1 длины ковша. После внедрения ковша и остановки машины его запрокладывают до упора и поднимают стрелу в транспортное положение. При высокой квалификации машиниста погрузчика процесс подъема стрелы в транспортное положение и движения к месту разгрузки можно совместить. Во избежание ударных нагрузок на конструкции и большого износа шин не рекомендуется превышать скорость движения свыше 4 км/ч. Кроме того, для погрузчиков грузоподъемностью до 6 т нежелательно производить слишком глубокое внедрение ковша, так как происходит перенапряжение гидросистемы подъема стрелы. Этот способ наиболее широко применим при погрузке сыпучих строительных материалов.

Рис. 4. Основные схемы разработки грунта погрузчиками: а - раздельный; б - совмещенный; в - экскавационный; г - комбинированный; 1, 4, 7, 10 - внедрение ковша; 2 - запрокидывание и поворот ковша; 3, 6, 12 - подъем стрелы для установки ковша в транспортное положение; 5, 8 - поворот ковша с одновременным продвижением вперед; 9 - подъем ковша и подъем (опускание) опускание стрелы для установки ковша в транспортное положение; 11 - попеременный поворот ковша и подъем стрелы с одновременным движением вперед.

При совмещенном способе (рис. 4, б) внедрение ковша в грунт происходит на глубину 0,5 … 0,6 длины ковша, при скорости 2,5 … 5 км/ч ковш запрокидывают постепенно. Для наилучшего заполнения ковша погрузчика необходимо, чтобы скорость движения погрузчика была близка к средней линейной скорости запрокидывания режущей кромки ковша. Тогда напорное усилие внедрения снижается в 2 - 3 раза по сравнению с раздельным способом. Данный способ копания наиболее эффективен для погрузчиков грузоподъемностью до 10 т при разработке грунтов I - II групп из целика и в разрыхленном состоянии, а также погрузке строительных материалов.

Экскавационный способ (рис. 4, в) заключается в том, что ковш наклоняют к основанию забоя на угол 3-5°. После внедрения ковша на глубину до 0,4-0,5 глубины ковша производят подъем стрелы. При выходе из забоя во избежание потерь грунта ковш запрокидывают. При разработке тяжелых грунтов, когда не обеспечивается необходимая глубина внедрения, следует производить дополнительные внедрения. Этот способ целесообразен при разработке плотного и связного грунта при высоте забоя 1,5 м и выше.

Для погрузчиков грузоподъемностью более 10 т максимальное наполнение ковша, в особенности на грунтах IV - V групп, достигается при комбинированном способе разработки (рис. 4, г). По мере внедрения котла с наклоном днища 3 … 5° одновременно с напорным движением погрузчика с помощью механизмов поворота ковша и подъема стрелы осуществляют попеременно поворот котла на угол 2 … 3° и подъем стрелы на 5 … 10° до момента выхода ковша из забоя. Такой способ из-за сложности применяют пока только высококвалифицированные машинисты. При этом производительность погрузчика повышается на 5 … 10 %.

Основные способы разгрузки ковша погрузчика

Большинство отечественных и ряд зарубежных погрузчиков (в т.ч. SEM) разгружаются запрокидыванием ковша до максимального положения, поднятием стрелы на необходимую высоту и последующим опорожнением ковша (после подачи к автотранспорту). У погрузчиков SEM 639B, SEM 650B, SEM 660B и др. в процессе подъема стрелы ковш автоматически из максимально запрокинутого положения выходит в положение разгрузки. После разгрузки ковш устанавливается в положение копания без вмешательства машиниста.

Ковш можно разгружать двумя способами. При первом способе стрелу поднимают на высоту, достаточную для поворота ковша, а при втором - стрелу поднимают на высоту кузова самосвала так, чтобы зубья ковша находились примерно в центре кузова. Затем ковш поворачивают при незначительном подъеме стрелы. При этом высота разгрузки существенно зависит от угла поворота коша в момент его полного опорожнения.

При втором способе минимально необходимая высота разгрузки меньше на 8 … 10 %, что значительно влияет на эффективность использования погрузчика в стесненных условиях. Однако при этом продолжительность разгрузки ковша на 30 … 40 % больше.

Технологические схемы работы погрузчиков

Схема работы зависит от типа погрузчика. Для фронтальных погрузчиков на гусеничном ходу (рис. 5) наиболее распространена схема с частичным разворотом погрузчика на различные углы при отходе от забоя. Загружаемые самосвалы при этом устанавливают параллельно или под нужным углом к фронту забоя.

При работе гусеничных и мощных пневмоколесных погрузчиков рациональной является челночная схема работы, когда погрузчик перемещается вперед и на зад на расстояние 10…20 м перпендикулярно фронту забоя без разворотов. При этом самосвал также совершает челночные движения параллельно фронту забоя на расстояние, достаточное для проезда погрузчика.

Рис. 5. Основные схемы работы погрузчиков в комплекте с автосамосвалами: а, - с поворотом на 180°; б - с поворотом на 90°; в, - с поворотом на 40 - 50° г - челночным способом.

Минимальная дальность транспортировки (до 10 м) обеспечивается при работе полуповоротных погрузчиков. Благодаря возможности поворота рабочего оборудования в плане до 90° самосвалы можно устанавливать под различными углами к фронту забоя.

Полуповоротные погрузчики в отличие от фронтальных могут обеспечивать разгрузку как впереди, так и сбоку при угле поворота от продольной оси до 90°. Поворотная платформа 1 с рабочим оборудованием погрузчика опирается на раму 3 машины через опорно-поворотное устройство 2. Вращательное движение поворотной платформы осуществляется с помощью двух горизонтально расположенных гидроцилиндров 4, цепи 5 и звездочки 6. Такая конструкция погрузчика позволяет сократить время на развороты и дает возможность применять их в стесненных условиях. Рабочий цикл полуповоротного погрузчика отличается от рабочего цикла фронтального погрузчика тем, что в нем отсутствуют операции на дополнительные развороты машины. Это позволяет сократить продолжительность рабочего цикла на 30...40%.

Рис. 6. Одноковшовый полуповоротный погрузчик: а - конструктивная схема; б - схема системы поворота; в - зона действия; 1 - поворотная платформа; 2 - опорно-поворотное устройство; 3 - рама; 4 - гидроцилиндр; 5 - цепь; 6 - звездочка

Многоковшовые погрузчики

Многоковшовые погрузчики относятся к машинам непрерывного действия и применяются для погрузки сыпучих и мелкокусковых материалов (песок, гравий, щебень, шлак и т.п.) в транспортные средства. Кроме того, их используют для засыпки траншей и фундаментных пазух свеженасыпным грунтом, для обвалования площадок и т.д. Производительность многоковшовых погрузчиков при одной и той же установленной мощности на 40...60% выше, чем одноковшовых, и составляет 40, 80, 160, 250 м³/ч. Высота разгрузки 2.4-4,2 м.

Многоковшовые погрузчики различаются по типам ходового устройства, питателя и транспортирующих органов. В качестве ходового устройства используют самоходные гусеничные или пневмоколесные шасси. Для разработки материала и порционной его подачи к конвейеру применяют шнеки, роторы, диски, подгребающие лапы. В первом случае материал разрабатывается и подается с помощью одного или нескольких шнеков, установленных впереди машины. Роторные погрузчики разрабатывают материал шаровыми или ковшовыми фрезами. В дисковых погрузчиках материал подается двумя дисками, вращающимися во встречном направлении. Подгребающие лапы подают материал благодаря специальной кинематике их движения.

В качестве транспортирующего органа, как правило, используют ковшовые, скребковые и ленточные конвейеры. Наибольшее распространение в строительстве получили пневмоколесный погрузчик с питателем шнекового типа и ковшовым конвейером (рис). Он состоит из пневмоколесного самоходного шасси 1, на котором смонтирован наклонный многоковшовый конвейер 3 с питателем 4 шнекового типа, и поворотного в плане и в вертикальной плоскости ленточного разгрузочного конвейера 2. Для лучшей подачи материала к питателю на раме ковшового конвейера установлен отвал 5.

Рис. 7. Пневмоколесный погрузчик: 1 - самоходное шасси; 2, 3 - ленточный и многоковшовый конвейеры; 4 - питатель; 5 - отвал

Технологический процесс осуществляется следующим образом: материал захватывается шнековым питателем, сгребается к оси машины и подается в ковш непрерывно движущегося конвейера, а далее через приемное устройство и ленточный конвейер в транспорт или отвал. Питатель выполнен в виде двух соосных шнеков с правым и левым направлением спирали, что обеспечивает подгребание материала к центру машины. По мере забора материала погрузчик передвигается в сторону штабеля, а при малом его сечении движется все время на него. Привод всех механизмов, кроме ковшового конвейера, гидрофицирован.

Техническая производительность многоковшовых погрузчиков зависит от производительностей шнекового питателя и ковшового конвейера.

Основные направления развития строительных погрузчиков: улучшение технико-экономических и экологических показателей; повышение энергонасыщенности, тягово-сцепных качеств и напорных усилий, маневренности, - надежности, расширение номенклатуры сменных рабочих органов; увеличение параметров рабочего оборудования; дальнейшее совершенствование систем гидропривода.

Производительность многоковшовых погрузчиков при одной и той же установленной мощности на 40-60% выше, чем одноковшовых. Их целесообразно применять на кирпичных заводах, заводах строительных деталей, железнодорожных станциях с большими объемами разгрузки и погрузки сыпучих материалов. Кроме того, их используют для разделения сыпучих материалов на фракции, для чего па них монтируют специальные виброгрохоты.

Рис. 8. Погрузчик непрерывного действия: общий вид

Многоковшовые погрузчики можно эффективно использовать для разгрузки железнодорожных платформ, при этом погрузчик, двигаясь на самой платформе, сбрасывает материал на сторону. Эти погрузчики можно применять в технологических линиях (на заводах строительных деталей) или при строительстве дорог. В последнем случае погрузчики загружают песок и гравий в сушильные барабаны и в смесители.

Рабочим органом является шнековый питатель, который состоит из двух шпеков с правым и левым направлением спирали. Шнеки расположены по обеим сторонам ковшового элеватора. При вращении питателя погружаемый материал подается к ковшам, что способствует лучшему загребанию материала ковшами. Внизу под шнековым питателем прикреплен скребок. Обычно материалы с элеватора разгружаются на ленточные конвейеры, которые подают его в транспортные средства.

У некоторых погрузчиков материал разгружается в транспортные средства через бункера или лотки.

Кинематическая схема погрузчика.

Двигатель / через зубчатые колеса 2 приводит в движение конические передачи 4. Одна из них сообщает движение через цепную передачу ковшовому элеватору 7 и шнековому питателю 8, а другая коническая пара через цепную передачу приводит во вращение барабан 3 ленточного конвейера. Двигатель / через коробку передач 9 и карданные валы 6 передает вращение заднему и переднему мостам 5 и 10.

В строительстве помимо многоковшовых применяют роторные погрузчики. Их изготовляют с обычным ротором и с ротором в виде шаровой головки.

Производительность многоковшовых погрузчиков (техническая) зависит от производительности шнекового питателя и производительности ковшового элеватора, которые определяются как для машин непрерывного действия.

2. Расчет параметров и разработка конструкции изделия

.1 Техническое описание конструкции и рабочего процесса изделия

Фронтальный погрузчик - универсальная самоходная спецтехника, разновидность ковшового погрузчика предназначенная для захвата, погрузки и транспортировки различных материалов, а также для выполнения карьерных и землеройных работ. Фронтальный погрузчик способен транспортировать грузы, буксировать различное оборудование на небольшие расстояния. Основным рабочим оборудованием погрузчика является ковш, закрепленный на конце подъёмной стрелы. Так же, для ряда моделей, предусмотрено сменное оборудование (крановые крюки, гуськи, вилы, ковши различной вместимости, вилки для одиночных грузов, захваты для бревен, снегоочистители, двухчелюстные ковши и пр.) Поворот рабочего органа относительно стрелы осуществляется с помощью гидроцилиндров поворота, тяг и коромысел.

.2 Расчеты

.2.1 Определение центра тяжести

Рис. 10. Схема сил, действующих на погрузчик, для определения Ц.Д.

Координата Ц.Т. базовой машины от оси ведущей звездочки:

Где А продольная база А=2470 мм.

Координата Ц.Т. груза в ковше от оси ведущей звездочки:

Где -длинна погрузчика в транспортном положении, мм

Положение центра давления от оси ведущей звездочки для груженого гусеничного погрузчика

Где -длина гусениц равная 3 м.

,550,5

Условие выполняется.

.2.2 Расчет ковша

Принимаем ширину ковша исходя из ширины базового шасси

В=2400

Рис. 11. Параметры ковша.

Радиус поворота (м)

 - относительная длина днища ковша; =1,45

 - относительная длина задней стенки; =1,15

 - относительная высота козырька; =0,13

 - относительный радиус сопряжения днища с задней стенкой;

=0,37

 - угол между задней стенкой и днищем ковша;

 - угол между плоскостью козырька и продолжением плоскости задней стенки;

По расчетному радиусу поворота и оптимальным значениям относительных характеристик определяем основные параметры ковша:

-       длина днища  м

-       длина задней стенки  м

-       высота козырька =0,13*0,93=0,12 м

-       радиус сопряжения

-       высота шарнира крепления к стреле

-       =0.07

-       ширина зева ковша

-       *tg50*1,07*1,19=1,3 м

Углы ковша:

-     угол раствора между днищем и задней стенкой ;

-       угол наклона боковых стенок относительно днища ;

-       угол заострения режущих кромок ;

-       угол между задней стенкой и козырьком ;

Толщина основного листа ковша (мм)

.2.3 Тяговый расчет

Напорное усилие по мощности двигателя (Н)

 - мощность двигателя, кВт(86 л.с=60.2 кВт)

 - К.П.Д. трансмиссии; =0,88

 - скорость погрузчика; =0,83

 - коэффициент сопротивления качению; =0,06ч0,1

      - погрузчика;

Максимальное напорное усилие с учетом увеличения крутящего момента двигателя (Н)

 - коэффициент перегрузки двигателя; =1,1ч1,15

 - буксование движителей; =0,2

Наибольшее напорное усилие по сцепному весу (Н)

 - коэффициент сцепления; =0,9

Определение сопротивлений внедрению ковша материал

Условие движения

Общее сопротивление внедрению ковша в материал (Н)

Рис. 12. Схема для определения сопротивлений ковша.

Сопротивление, возникающее на передней режущей кромке и на кромках боковых стенок ковша (Н)

 - сопротивление резанью; =0,02МПа

 - коэффициент учитывающий сопротивление на кромках боковых стенок ковша; =1,1

 - ширина кромки ковша

 - глубина внедрения ковша; =0,7

Сопротивление от трения между материалом и внутренними поверхностями днища и боковых стенок ковша (Н)

 - коэффициент трения материала о ковш; =0,4

     - сила зависящая от веса материала  в объеме призмы  и от

давления со стороны материала, находящегося за пределами призмы (Н)

 - угол естественного откоса материала;

Сопротивление между днищем коша и основанием штабеля (Н)

 - коэффициент учитывающий положение ковша при внедрении, при полном опирании днища ковша на основание штабеля; =1

 - коэффициент трения между днищем ковша и основанием штабеля; =0,3ч0,4

 - вес ковша с грунтом;

=46965 Н

Проверка условия движения

условие выполняется

В конце внедрения при повороте ковша для зачерпывания материала необходимо преодолеть силу Т сопротивления сдвигу материала по плоскости сдвига  (Н)

 - коэффициент внутреннего трения материала по поверхности сдвига; =0,5

 - удельное сопротивление сдвигу материала; =0,02МПа

 - площадь сдвига,

 - пассивный отпор штабеля при отсутствии подпора материала в заднюю стенку ковша (подпор недопустим, так как увеличивает усилие внедрения)

Решая систему уравнений  относительно Т, получим

.2.4 Проектирование технологического оборудования погрузчика и проверка его на устойчивость

Размеры рычажного механизма технологического оборудования определяются заданным вылетом, высотой подъема и параметрами основного ковша. Координаты точки С - оси шарнира стрелы, задаются исходя из конструктивных особенностей и компоновки базового шасси.

Высота расположения центра шарнира крепления стрелы к раме базовой машины

;

где лс - относительная высота шарнира подвески стрелы, лс=1,5…2,0

Длина стрелы

;

=3.1 м

где L - вылет кромки ковша при наибольших высоте и угле разгрузки ковша(L=0,94 м);

R0 - радиус поворота ковша, мм;

 - высота разгрузки ковша или высота до центра шарнира ковша, м м

 -высота оси шарнира крепления стрелы от опорной поверхности, м;

 - угол наклона радиуса поворота ковша;

]

Рис. 13 - Схема для определения длины стрелы

Угол поворота стрелы цс принимаем равным 85-90.

Размеры рычажной системы механизма поворота и стабилизации рабочего органа определяется в зависимости от длины стрелы по следующим соотношениям

;

;

;

;

;

l6 = R0 = RЧ = 0,93 м; l7 = р = 0.157 м; l8 = с = 0.319 м; l9 = b = 0.264 м; l11 = l6/2 = 0.465 м.

=4,5

,5

;

Рис. 14 - Схема к расчету усилий в механизме поворота ковша

Усилие на штоках цилиндра привода поворота ковша

где К - коэффициент запаса, учитывающий потери, К = 1,25;

GК - вес ковша с грузом, кН

iп - мгновенное передаточное отношение механизма поворота для выглубляющего усилии NВ;

iк - мгновенное передаточное отношение механизма поворота для веса ковша GK;

=

Проверка погрузчика на устойчивость

Где  - вес базовой машины (трактора), кН;(125 кН)

максимальное усилие, развиваемое гидроцилиндром, кН;(50 кН)

радиус катания ведущей звездочки движителя, м.(0.4 м)

125*1,6/(2*50+37*0,4)=1,71

Погрузчик устойчив.

.2.5 Расчет производительности

Теоретическая производительность ()

 - коэффициент заполнения ковша; =0,5ч1

 - коэффициент разрыхления материала; =1,25

 - время рабочего цикла, с

- вместимость ковша 1,5 ()

 - коэффициент учитывающий совмещение операций; =0,85ч0,9

 - время подъема/опускания ковша; =20с

 - время передвижения погрузчика; =30с

 - время зачерпывания материала; =20с

 - время разгрузки; =5с

 - время поворота; =20с

 - время, затрачиваемое на управление машиной; =10с

Эксплуатационная производительность ()

 [35]

 - время работы за смену с учетом технического обслуживания и подготовке погрузчика к работе; =6,82

- коэффициент использования в течении смены; =0,7ч0,8

Производительность погрузчика может варьироваться в зависимости от разрабатываемого материала, времени рабочего цикла.

Заключение

Погрузчик - это специальное транспортное средство, предназначенное для поднятия, переноса и складирования различных грузов, с помощью вил или других рабочих приспособлений.

Погрузчики относятся к подъемно-транспортным машинам прерывного или периодического действия и выполняют следующие операции: захват груза, подъем и транспортирование, штабелирование, опускание и освобождение груза. Некоторые из операций обычно совмещаются полностью или частично. Совмещение операций это важный фактор повышения производительности труда, который зависит от квалификации водителя и маневренности машины.

Захват тарно-штучных, навалочных и сыпучих грузов осуществляется погрузчиками без применения питателей и других дополнительных загрузочных устройств, необходимых для работы машин непрерывного действия, и, как правило, без ручного труда рабочих-стропальщиков (такелажников). В отличие от рельсовых, пневмоколесных и гусеничных кранов погрузчики могут перемещаться с грузом на значительные расстояния и обслуживать большие складские и производственные площади. Возможность применения быстро заменяемых грузозахватных приспособлений в сочетании с большой мобильностью, автономностью привода (в большинстве случаев) и отсутствием привязки к ограниченному месту, придает погрузчикам свойство универсальности. Например, механизировать работы с тарно-штучными грузами внутри крытых вагонов, контейнеров и автофургонов можно только с применением соответствующих погрузчиков.

разгрузочный машина технический конструкция

Список использованных источников

1. Справочник конструктора дорожных машин / Под. ред. И.П. Бородачева. − М.: Машиностроение, 1973. - 503 с.

. Подэрни, Р.Ю. Горные машины и автоматизированные комплексы для открытых горных работ / Р.Ю. Подэрни. − М.: Недра, 1975. - 615 с.

. Л.А. Гоберман, К.В. Степанян, А.А. Яркин, В.С. Зеленский «Теория, конструкция и расчет строительных и дорожных машин». - М.; Машиностроение, 1979. - 407 с.

. Погрузчики: Справочник/ Г.П. Ефимов, Е.А. Алепин, М.А. Зискин, Я.Г. Коковский, И.И Мачульский; Под ред.Г.П. Ефимова.- 2-е издан., перераб. и доп. - М.; Транспорт, 1989. - 240 с.

. Машины для земляных работ: Атлас конструкций: учебное пособие для вузов/ Под ред. А.А. Бромберга. − М.; Машиностроение, 1968. - 135 с.

. А.М. Холодов, В.В. Ничке, Л.В. Назаров «Землеройно-транспортные машины». Справочник. - М; Высшая школа, 1983. - 193 с.

. Н.Г. Гаркави, В.И. Аринченков, В.В. Карпов, З.Е. Гарбузов, А.И. Батулов, В.М. Донской «Машины для земляных работ». - М.; Высшая школа, 1982. - 335 с.