Проектирование погрузчика

Одноковшовые фронтальные погрузчики применяются в транспортном строительстве для складирования разрыхленных грунтов и кусковых каменных материалов в бурты, погрузки сыпучих и кусковых материалов из буртов в транспортные средства, распределения дорожно-строительных материалов, зачистных и планировочных работ и перевалки штучных грузов. При необходимости они могут выполнять и небольшие объемы земляных работ. Одноковшовые фронтальные погрузчики различаются типом рабочего оборудования, типом ходового оборудования, способом поворота и типоразмером. Рабочее оборудование стреловых погрузчиков состоит из пространственной стреловой конструкции, одной осью закрепленной на передней части рамы машины, а средней частью опирающейся на штоки гидроцилиндров опускания/подъема стрелы.

Рис. 1.? Устройство пневмоколесного одноковшового фронтального погрузчика.

1 — ковш; 2 — гидроцилиндры управления ковшом; 3 — кабина оператора; 4 — двигатель; 5 — пневмоколеса; 6 — задняя рама; 7 — шарнирное сочленение рам; 8 — передняя рама; 9 — стрела Рис. 2.? Устройство рычажного Z-механизма фронтального погрузчика.

1 — ковш; 2 — рычажный механизм; 3 — колесо; 4 -стрела; 5 — гидроцилиндр наклона ковша; 6 — гидроцилиндр подъема/опускания стрелы; 7- элемент рамы погрузчика Сами гидроцилиндры шарнирно опираются на раму. На консольном конце стреловой конструкции шарнирно крепится фронтальный ковш, наклон которого изменяется одним или двумя гидроцилиндрами через рычажный механизм наклона ковша. В Z-механизме точка опоры рычага находится между точками приложения сил, что обеспечивает повышенное усилие на кромке ковша (силу отрыва). В Н-механизме точка опоры рычага находится с одной стороны от точек приложения сил, благодаря чему он отличается увеличенным углом запрокидывания ковша. Уплотнения шарнирных соединений рычажных механизмов и стрелы должны надежно удерживать смазку и предотвращать проникновение внутрь пыли, грязи и влаги. В этом случае увеличивается долго­вечность шарниров и снижается трудоемкость их обслуживания.

Рис. 3.? Устройство рычажного Н-механизма фронтального погрузчика.

1 — ковш; 2 — рычажный механизм; 3 — колесо; 4 — стрела; 5 — гидроцилиндр наклона ковша; 6 — гидроцилиндр подъема/опускания стрелы; 7- элемент рамы погрузчика Стандартные ковши с прямой режущей кромкой используются при перегрузке песка, гравия и глинистых грунтов с насыпной плотностью от 1,4 до 1,8 т/м3. Дополнительно такие ковши могут комплектоваться сменной двухсторонней режущей кромкой (сплошной или из сегментов), изготовленной из упрочненной износостойкой стали очень высокой твердости. Челюстные ковши увеличивают высоту выгрузки и позволяют погрузчикам толкать и послойно разравнивать грунт, планировать поверхность, захватывать сыпучие и штучные грузы. Челюсти ковшей управляются дополнительными гидроцилиндрами, поэтому погрузчик должен оснащаться специальным гидравлическим контуром. Для работы с крупнокусковым камнем используются ковши повышенной прочности с треугольной или прямой режущей кромкой, с зубьями или без них. Ковши повышенной (в 1,5…2,5 раза) вместимости применяют при перегрузке древесной щепы, бытовых отходов, угля, торфа, снега, сельскохозяйственных грузов. Решетчатые козырьки тяжелых и облегченных ковшей не мешают опе­ратору при движении и позволяют контролировать процесс наполнения ковша. В комплект сменного оборудования современных фронтальных погрузчиков кроме ковшей разного назначения также входят вилочные захваты, крановые стрелы, подметальные щетки и асфальтовые резаки.

Одноковшовый фронтальный погрузчик (ТО-28A) предназначен для механизации погрузочно-разгрузочных работ с сыпучими и мелкокусковыми материалами, для землеройно-транспортных работ на грунтах до III категории без предварительного рыхления, а также строительно-дорожных, монтажных и такелажных работ с помощью сменных рабочих органов.

Не допускается использование погрузчика для погрузки агрессивных материалов и материалов, вредно воздействующих на здоровье человека.

Погрузчик может использоваться в промышленности, гражданском и дорожном строительстве, а также в сельском хозяйстве.

Погрузчик может эксплуатироваться в районах умеренного климата при температуре окружающего воздуха от минус 20 до плюс 40 градусов по Цельсию.

Область применения погрузчика расширяется при комплектовании его сменными рабочими органами на фронтальное навесное оборудование.

Анализ существующих авторских свидетельств и патентов

Устройство работает следующим образом:

У бульдозерного оборудования шарнирное соединение передней челюсти с кронштейнами отвала выполнено из гильзы, к которой прикреплены боковые стенки челюсти, и из смонтированной на кронштейнах отвала и пропущенной через гильзу поворотной балки, связанной с гидроцилиндрами управления, при этом гильза установлена на поворотной балке с возможностью продольного перемещения и фиксации, а кронштейны установлены на верхних частях торцевых сторон отвала.

Недостатком этого бульдозерного оборудования является невозможность проводить работы (отрывка траншей, захват и перемещение грузов и др.) вблизи зданий, у тротуаров и в других труднодоступных местах в связи с фиксированным положением передней челюсти в середине отвала, т. е. данное оборудование обладает суженными технологическими возможностями.

А.С. № 1 135 857, класс Е 02 F 3/76, 1980 (прототип) СССР Бульдозерное оборудование, содержащее толкающие брусья отвал с основным ножом, шарнирно соединенную с кронштейнами отвала переднюю челюсть с захватами и дополнительным шарнирно закрепленным ножом, и гидроцилиндры управления челюстью, отличающееся тем, что, с целью расширения его технологических возможностей, оно снабжено шарнирно прикрепленными серединами к кронштейнам отвала коромыслами и гидроцилиндрами их управления, установленными корпусами на тыльной стороне отвала, и штоками, соединенными с одними концами коромысел, которые другими концами соединены с захватами, при этом захваты имеют ряд монтажных отверстий для регулировочного соединения с коромыслами.

А.С. № 1 051 175, класс Е 02 F 3/76, 1980 (прототип) СССР В бульдозерном оборудовании передняя челюсть соединена с кронштейном посредством закрепленной на последнем сферической головки и прикрепленной к боковым стенкам челюсти поперечной балки со сферическим гнездом, в котором размещена сферическая головка, а нижние концы боковых стенок связаны между собой посредством поперечины с расположенным под дополнительным ножом с возможностью взаимодействия с режущей кромкой, основного ножа продольным выступом.

Недостатком известного бульдозерного оборудования является малая надежность работы при захвате передней челюстью длинномерных грузов с изменяющимся по длине диаметром, так как соприкосновение захватной части челюсти с грузом происходит в одной точке, а это не обеспечивает необходимой фиксации груза в поднятом состоянии и может вызвать его выпадение при движении машины.

А.С. № 972 010, класс Е 02 F 3/76, 1981 СССР Рыхлительные зубья жестко закреплены на поперечной балке, а отвал шарнирно установлен на рыхлительных зубьях и вязан с гидроцилиндрами управления, причем угол наклона нижней части тыльной поверхности отвала равен углу рыхления зубьев. Тыльная поверхность отвала и лобовые поверхности рыхлительных зубьев выполнены с насечкой.

Недостатком известных рабочих органов является низкая эффективность разработки прочных грунтов из-за удаленности зубьев от базовой машины, что не позволяет развивать на зубьях необходимые усилия рыхления; узкая область применения, невозможность использования рабочего органа для захвата и перемещения строительных материалов.

А.С. № 899 775, класс Е 02 F 3/76, 1980 СССР Бульдозерное оборудование снабжено шарнирно соединенной с верхней частью отвала траверсой, имеющей жестко связанные между собой коромысла и рычаг, при этом коромысла одними концами шарнирно соединены с передней челюстью, которая посредством дополнительных гидроцилиндров связана с другими концами коромысел, а гидроцилиндр поворота челюсти соединен с рычагом.

Недостатком его является невозможность изменения ножевой системы в зависимости от физико-механического состояния грунта.

Техническое решение.

Рис. 4. — Техническое предложение, стандартный ковш, с установленным на него захватом.

Чтобы еще больше расширить область применения погрузчика, было разработано техническое предложение, призванное повысить уровень производительности погрузчика и универсальности, как строительной машины, расширив тем самым круг выполняемых работ.

На стандартный ковш погрузчика ТО-28А установлены два захвата, которые закреплены по бокам ковша и соединены между собой. Соединение достигается тем, что между направляющими захвата с внутренней стороны имеется стальной лист, который обеспечивает, помимо жесткости конструкции, еще и удержание материала, находящегося в ковше. Для создания большей жесткости конструкции установлены поперечные полые трубки. Также для лучшего зацепления штучных грузов, таких как большие камни, бревна, небольшие бетонные балки имеется зубчатая поверхность на ковше и продольных захвата. Для подъема и опускания захвата были установлены два дополнительных гидроцилиндра, работающих одновременно, соединение и удержание гидроцилиндров осуществляется по центру длины гидроцилиндра, что обеспечивает поворот гидроцилиндров в процессе опускания и поднимания захвата.

Данное решение повышает универсальность машины, снижает затраты на выполнение работ, а так же обеспечивает большую производительность. Простота и надежность конструкции делает эту машину незаменимой на работах по расчистке завалов, очистке на строительных площадках, а также многих других дорожных, строительных, сельскохозяйственных работ.

1. Назначение погрузчика, основные параметры и их характеристики

1.1 Основные параметры и размеры

Рис. 5.? Погрузчик фронтальный одноковшовый ТО-28А

1 — стрела; 2 — гидроцилиндры подъема стрелы; 3 — гидроцилиндры управления ковшом;4 — гидрораспределитель; 5 — передняя рама; 6 — гидроруль; 7 — блок управления погрузочным оборудованием; 8 — кабина; 9 — сидение; 10 — отопитель; 11 — гидробак; 12 — глушитель; 13 — воздухоочиститель; 14 — дизель; 15 — капот; 16 — радиатор системы охлаждения дизеля; 17 — масляный радиатор системы охлаждения (ГМП); 18 — задняя рама; 19 — батареи; 20 — топливный бак; 21 — компрессор; 22 — рессиверы; 23 — РОМ; 24 — задний ведущий мост; 25 — балансирная рамка; 26 — карданные валы; 27 — коробка передач (ГМП); 28 — вертикальный шарнир; 29 — карданный вал с промопорой; 30 — пульт, педали, рычаги управления; 31 — передний ведущий мост; 32 — тяга; 33 — коромысло; 34 — ковш.

Главным параметром погрузчика является вместимость ковша, не менее: номинальная — 2,2 м³; геометрическая — 2,0 м³. Максимальная высота разгрузки ковша по режущей кромке при угле разгрузки 45⁰, не менее 3070 мм. Вылет режущей кромки ковша на максимальной высоте разгрузки 45⁰, не менее 1030 мм.

Рис. 6.? Погрузчик фронтальный одноковшовый

1.2 Описание погрузчика и его систем

— Производственное назначение Одноковшовый фронтальный погрузчик ТО-28А предназначен для механизации погрузочно-разгрузочных работ с сыпучими и кусковыми материалами, для землеройно-транспортных работ на грунтах 1−2 категории без предварительного рыхления и на грунтах 3−4 категории с предварительным рыхлением, а также для строительно-дорожных, монтажных и такелажных работ с помощью сменных рабочих органов. Не допускается использовать погрузчик для погрузки агрессивных материалов и материалов, вредно воздействующих на организм человека.

Погрузчик может использоваться в промышленном, гражданском и дорожном строительстве, а также в сельском хозяйстве.

Погрузчик может эксплуатироваться в районах умеренного климата в диапазоне температур окружающего воздуха от -20⁰ до +40⁰ С.

— Степень автоматизации и компьютеризации В кабине расположены органы управления:

· Рукоятка очистки фильтра;

· Рукоятка управления жалюзи радиатора;

· Рычаг стояночного тормоза;

· Педали тормоза;

· Ножной переключатель света;

· Рычаг переключения передач;

· Рычаг переключения реверса;

· Щиток контрольно-измерительных приборов;

· Рулевое колесо;

· Рычаг ручного управления подачи топлива в системе питания двигателя;

· Рычаги отключения заднего моста и переключения транспортного диапазона коробки передач;

· Рукоятки управления ковшом и стрелой;

· Выключатель массы;

· Сидение водителя.

— Тип привода машины Силовым агрегатом является дизельный, четырехтактный шестицилиндровый с непосредственным впрыском топлива и жидкостным охлаждением двигатель. Погрузчик имеет гидромеханическую трансмиссию.

Гидромеханическая передача включает гидронасос с регулируемой подачей, реверсивный гидромотор и планетарный редуктор. Гидронасос нагнетает рабочую жидкость в гидромотор, который через планетарный редуктор приводит во вращение смесительный барабан. Гидромеханический привод позволяет бесступенчато плавно регулировать частоту вращения барабана.

Карданная передача? два карданных вала открытого типа со скользящими шлицевыми соединениями и карданными шарнирами на игольчатых подшипниках.

Рулевое управление? с гидроусилителем, встроенным в рулевой механизм, рабочая паравинт с гайкой на циркулирующих шариках и рейка, зацепляющаяся с зубчатым сектором вала сошки.

— Тип ходового устройства Погрузчик оборудован колесным ходовым устройством.

1.3 Характеристика и составление схем функциональных блоков

Схема функциональных блоков фронтального одноковшового погрузчика ТО-28А:

Характеристика схемы функциональных блоков фронтального одноковшового погрузчикаТО-28А:

Основной частью погрузчика является рама, состоящая из двух полурам (передней и задней) и соединенных между собой двумя шарнирами. Рама предназначена для размещения и крепления на ней всех основных составных частей машины.

На задней полураме на резинометаллических подушках установлен дизель. На раме установлено два насоса: насос рулевого управления и насос погрузочного оборудования.

В середине задней рамы на резиновых амортизаторах установлена гидромеханическая коробка передач. Гидросистема коробки передач обеспечивает переключение передач внутри транспортного или рабочего диапазонов при механическом переключении диапазонов и отключении заднего моста.

При помощи карданных валов входной вал коробки передач соединен дизелем, а выходной — с передним, жестко установленным мостом, и задним на балансирной рамке.

Подъем и опускание стрелы выполняют два гидравлических цилиндра двухстороннего действия, расположенные по обеим сторонам стрелы, а опрокидывание и возврат ковша в исходное положение обеспечивает один гидроцилиндр двухстороннего действия ковша.

2. Рулевое управление

2.1 Назначение

Рулевое управление применяют для осуществления разворотов и обеспечения движения транспортных машин в нужном направлении. У всех погрузчиков, исключая вилочные с электрическим приводом, применяют четырехопорную колесную схему с разным расположением управляемых колес и с тремя способами управления ими: с бортовым поворотом, с поворотными колесами и с поворотом шарнирно-сочлененных рам.

По принципу действия рулевое управление разделено на механическое и гидравлическое. В погрузчиках с бортовым поворотом не требуется установки специального рулевого механизма, кроме рулевой колонки, а конструкция рулевых механизмов для погрузчиков с поворотными колесами и с шарнирно-сочлененными рамами нуждается в пояснении.

2.2 Описание устройства и принцип работы рулевого управления

Рулевое управление с поворотом шарнирно-сочлененных рам имеет гидропривод, осуществляемый с помощью двух цилиндров.

На передней полураме 17 (см. рис. 3, а) установлены два гидроцилиндра 13 и 16 двухстороннего действия, штоки которых шарнирно связаны с задней полурамой 18. Обычно четыре пружины через плунжеры 5 удерживают золотник в нейтральном положении. Полости между плунжерами 5 сообщаются с нагнетательной магистралью. При повороте рулевого колеса поток жидкости от насоса 1 через распределитель 9 направляется в противоположные полости гидроцилиндров, в результате чего шток одного из цилиндров выдвигается, а у другого втягивается. Таким образом, получают взаимный поворот полурам в плане около шкворня 19.

При вращении рулевого колеса происходит обкатывание червяка 7 около неподвижного червячного сектора 8, что вызывает осевое смещение золотника 6, в связи с этим и подачу жидкости под давлением соответствующие полости цилиндров 13 и 16.

Чтобы обеспечить погрузчику стабильное движение, в клапанной коробке размещены запорные клапаны 11, которые не позволяют поршню перемещаться от внешних сил, действующих на полурамы погрузчика. С нагнетанием в одну из полостей цилиндра жидкость отжимаем запорный клапан 11, проходит цилиндр, отчего повышается давление в нагнетательной полости, и толкатель 12, перемещаясь, открывает запорный клапан другой полости для выхода жидкости на слив.

Следящее устройство 14 связывает рулевую сошку 10 с задней полурамой 18. При вращении рулевого колеса следящее устройство, действие на рулевую сошку 10, стремиться возвратить золотник в нейтральное положение. При остановке рулевого колеса угловое перемещение полурам прекращается. Угол поворота полурам в одну сторону составляет б=35⁰ (см. рис. 3, б).

Усилие на рулевом колесе при повороте равно примерно 6 кгс. С увеличением сопротивления колес повороту давления в системе повышается и несколько увеличивается усилие на рулевом колесе (до 12 кгс), что создает у водителя чувство дороги.

Поворот полурам возможен также при неподвижном погрузчике, так как колеса его с противоположных сторон свободно перекатываются вследствие наличия дифференциалов у мостов.

При отказе двигателя применяют аварийный насос, вращаемый от ходовой части, или буксируют погрузчик на жесткой стяжке.

2.3 Трибоанализ

Формирование перечня деталей и сборочных единиц (рис. 4).

Сборочные единицы:

1. Рулевое управление.

Детали:

1. Гидроцилиндр поворота правый

2. Гидроцилиндр поворота левый

3. Распределитель с редуктором

4. Масляный бак

5. Насос

6. Рулевое колесо Анализ механической системы с позиции триботехники позволяет выявить совокупность факторов, определяющих процесс изменения технического состояния элементов машин, наметить основные направления исследований по обеспечению надежности.

Рисунок 8. — Элементы рулевого управления Механизм рулевого управления относится к гидравлической системе 3−5 уровню сложности.

К третьему уровню относят показатели, характеризующие изменение состояния элементов системы в процессе работы.

К четвертому уровню относят Ej, Nj, Uj, tj — соответственно зазор, нагрузка, скорость и температура элемента j-го звена в исходном (индекс" o") и предельном (индекс «n») состояниях.

К пятому уровню относят:

— Р (?) — вероятность безотказной работы,

— П — производительность,

— Nв — мощность,

— Э — экономичность,

— Тр — ресурс.

В процессе эксплуатации погрузчика рулевое управление подвергается неравномерным нагрузкам, в связи, с чем возможны:

— Течь рабочей жидкости через уплотнения или манжеты;

— Нарушение герметичности уплотнения вала гидроруля;

— Перекос в рулевой колонке;

— Заклинивание гидромотора;

— Ослабление затяжки крепления болтов гидромотора;

— Заклинивание золотника распределителя.

Эти и другие причины могут повлиять на комфорт и управляемость погрузчика.

Перечень деталей и сборочных единиц рулевого управления:

Рис. 9.? Рулевое управление

Таблица 2.? Перечень деталей и сборочных единиц рулевого управления пневмоколесный фронтальный рычажный погрузчик

3. Расчеты

3.1 Расчет погрузчика на устойчивость

Рис. 10. — Схемы одноковшовых погрузчиков, а) колесная схема, б) гусеничная схема.

Продольная устойчивость.

Предельный угол продольной статической устойчивости на подъем:

б_п = arctg ;

б_п = arctg = arctg0,927 = 0,74 рад = 42,39?;

под уклон:

б_у = arctg ;

б_у = arctg = 0,71 рад = 49,84?;

Боковая устойчивость.

Рис. 11. — Схема расчета боковой устойчивости одноковшового колесного погрузчика.

Наименьшее расстояние между центрами тяжести грузовой и моторной частей погрузчика:

KD = ;

KD = = = 5,36 м Расстояние до общего центра тяжести от центра тяжести грузовой части:

KC = ;

KC = = 2,81 м;

Из веса моторной части исключаем вес заднего балансирного моста, так как он не оказывает существенного стабилизирующего действия и составляет около 10−13% веса всего погрузчика, что повышает устойчивость погрузчика.

Находим угол между плоскостью, проходящий через центры тяжести грузовой и моторной частей погрузчика, и плоскостью, проведенной через ось симметрии моторной части.

* sin (180-в);

* sin155 = 22,9 * 0,42 = 9,62? ;

Вспомогательный угол и = 180 — .

Расстояние от общего ц.т. до центра балансирной подвески:

CS = ;

CS = 2,76 м;

где CD = KD — KC.

Далее определяют углы и :

arcsin; arcsin (180 — в) +);

arcsin0,15 = 8,84?; = 180? — ((180? — в) + 8,84?) = 16,16?;

Перпендикуляр OF, опущенный из центра поворота полурам на линию, проходящую через центр балансирной подвески, и общий центр тяжести:

OF=L₂sin;

OF=1,6 * 0,28 = 0,44 м;

Тогда расстояние FS = L₂ cos .

Затем в треугольнике NPM определяют расстояния:

NO=; MN = NO — L₁; MP = MN tg;

NO= = 1,63 м; MN = 1,63 — 1,41 = 0,22 м; MP = 0,22 * 0,29 = 0,063 м;

Далее в треугольнике FON находят сторону NF = OF ctg и в треугольнике SON сторону NS = NF + FS = OF ctg + 1.58 = 0,44* 2,05 + 1,58 = 2,48 м.

Расстояние от общего ц.т. С до точки Р пересечения оси переднего моста с проекцией плоскости, проходящей через центр балансирной подвески и общий центр тяжести погрузчика,

CP = NS — (+ CS);

CP = 2,48 — (+ 2,76) = -0,5 м;

Высотная координата общего ц.т. может быть выражена формулой:

h = + h_2;

h = + 1.8 = 3.44 м;

где h1 и h2 — высотные координаты соответственно грузовой и моторной части погрузчика.

= + h_б;

= + 1,6 = 1,7 м;

Тогда углы боковой устойчивости при опрокидывании в правую и левую стороны находят по углам:

_л = arctg; _п = arctg;

_л = arctg = arctg0.26 =12,37?; _п = arctg = arctg0,458 = =24,57?

где = MN * tg .

Наименьшим из полученных углов устойчивости сравнивается с наибольшим возможным по условиям эксплуатации погрузчика углом наклона рабочей площадки.

Равенство безопасной эксплуатации должно соблюдаться:

?¦б_р¦;

? 5?, следовательно 6,185?>5?.

Чем больше превышение полученных углов продольной и боковой устойчивости по сравнению с допускаемыми, тем безопаснее работа погрузчика, который в меньшей степени реагирует на динамические воздействия, возникающие при наезде на неровности и местные препятствия, торможении и поворотах на уклонах.

3.2 Расчет гидроцилиндра на подъем захвата ковша

Гидроцилиндры предназначены для осуществления рабочих движений стрелы, рукояти, ковша. Все гидроцилиндры, за исключением гидроцилиндра открывания днища ковша прямой лопаты (или поворота грейфера), унифицированы и отличаются один от другого ходом поршня. На экскаватор можно устанавливать гидроцилиндры двух типов, имеющих разную конструкцию, но взаимозаменяемых.

Основными параметрами поршневого гидроцилиндра являются: диаметры поршня D и штока d, рабочее давление P, и ход поршня S.

Определяем толщину стенки гидроцилиндра:

где Pу — условное давление, равное (1,2…1,3)P; [у] - допускаемое напряжение на растяжение, Па (для чугуна 2,5 107, для высокопрочного чугуна 4 107, для стального литья (8…10) 107, для легированной стали (15…18) 107, для бронзы 4,2 10 7); м — коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона), равный для чугуна 0, для стали 0,29; для алюминиевых сплавов 0,26…0,33; для латуни 0,35

— внутренний диаметр цилиндра;

— допускаемое напряжение на растяжение, для стали;

— максимальное давление в гидроцилиндре;

— условное давление;

— коэффициент поперечной деформации (для стали).

Расчеты на прочность. Прочностными расчетами определяют толщину стенок цилиндра, толщину крышек (головок) цилиндра, диаметр штока, диаметр шпилек или болтов для крепления крышек.

В зависимости от соотношения наружного DН и внутреннего D диаметров цилиндры подразделяют на толстостенные и тонкостенные. Толстостенными называют цилиндры, у которых DН / D > 1,2, а тонкостенными — цилиндры, у которых DН / D? 1,2.

Толщину стенки однослойного толстостенного цилиндра определяют по формуле:

= - 1) = 0.04*0.26 = 0.05 м.

К определенной по формулам толщине стенки цилиндра прибавляется припуск на обработку материала. Припуск принимаем 1 мм.

Определяем площадь поршня в поршневой полости и в штоковой полости соответственно:

;

где

— диаметр штока.

Определяем усилие, развиваемое штоком гидроцилиндра при его выдвижении и втягивании соответственно:

;

где

— коэффициент, учитывающий потери на трение.

Скорость перемещения штока:

Рис. 12. — Гидроцилиндр.

К определенной по формулам толщине стенки цилиндра прибавляется припуск на обработку материала. Для D = 30…180 мм припуск принимают равным 0,5…1 мм.

Толщину крышки цилиндра определяют по формуле:

_к = 0,433*0,15* = 0,03 м где dк — диаметр крышки.

Диаметр штока, работающего на растяжение и сжатие соответственно

d = = 0,06 м

d = 0,15 = 0,08 м где [ур] и [у с] - допускаемы напряжения на растяжение и сжатие штока.

Диаметр болтов для крепления крышек цилиндров

d_б = 0,15 = 31 мм.

где n — число болтов.

3.3 Расчет усилия в гидроцилиндрах подъема погрузчика по приведенной массе

Рис. 13. — Одноковшовый фронтальный погрузчик.

Расчет номинальной грузоподъемности производится из условия устойчивости погрузчика.

Gт*lт = Gкг*lкг + Gpo*lpo

где Gт — вес трактора;

lт — расстояние от ребра опрокидывания до центра тяжести трактора;

Gкг — вес ковша с грунтом;

lкг — расстояние от ребра опрокидывания до центра тяжести ковша с грунтом;

Gро — вес рабочего органа;

lро — расстояние от ребра опрокидывания до центра тяжести рабочего органа.

Gт = 12,2 т

lт = 1,61 м

Gро = 1,5 т

lро = 1,4 м

r = 0,8 м

lкг = r_кг = 3,2 м Кзп = 1,86

б = 100?

Вес ковша с грунтом определяется по формуле:

Gкг = ;

Gкг = = 5481, 87 кг;

Номинальная грузоподъемность ковша определяется по формуле:

Qн = ;

Qн = = 2947,24 кг;

Масса ковша с грунтом определяется по формуле:

m_кг= ;

m_кг= = 558,8 кг;

Приведенная масса определяется по формуле:

m_пр = * (r²_ро * m_ро + r²_{кг *} m_кг)(1+ (²)) + m_п ;

m_пр = * (1,4² * 150 + 3,2²_* 558,8)(1+ (²)) + 10 = 16,426 т.

3.4 Расчет на прочность продольных направляющих захвата ковша

Рис. 11. — Направляющая захвата ковша.

В процессе захвата, транспортировки, а также выгрузки груза на стенки захвата с внутренней стороны ковша будут действовать силы, способные разрушить устройство.

Рассчитаем площадь поперечного сечения, исходя из усилий, приложенных со стороны ковша и сопротивления материала.

Исходя из грузоподъемности видно, что вес ковша с грузом Q>4т, допустимое усилие q_н = 1,6 т/м³, рычаг со стороны ковша l = 1,2 м.

Отсюда можно найти момент:

M = Q*l;

M = 4000*1.2 = 4.8 т•м Момент, распределенный на обе направляющие соответственно:

M^| = М/2 = 2,4 т•м отсюда:

W = ;

W = 150 кг/см²

Где — допускаемое напряжение.

тогда:

F = F1 + F2

F= = 1.25 см²

Отсюда видим, что при данном весе ковша с грунтом (Q=4т), допустимая минимальная площадь сечения равна F=1.25 см², принимаем сечение рычага не менее 2 см². Но это все исходя из того, что машина неподвижна, не перегружена внешними факторами. В реальных условиях же F из расчетов будет равна суммарному весу ковша с грунтом и весу самой машины, то есть при Q = 16т:

F = = 5 см².

Принимаем диапазон F? 4 5 см².

4. Безопасность жизнедеятельности в процессе эксплуатации машины

Научно-технический прогресс в области машиностроения направлен на улучшение технико-экономических показателей вновь создаваемых и модернизируемых машин, главным образом в повышении их мощности, энергонасыщенности, производительности надежности, долговечности.

Создание и внедрение в эксплуатацию машин, обладающих повышенной мощностью, скоростью, энергонасыщенностью неуклонно ведут к повышению таких факторов, как шум и вибрация, которые неблагоприятно влияют на здоровье и работу операторов (машинистов) машин. Кроме, повышенного шума и вибрации, операторы машин работают в условиях запыленности, загазованности воздуха, несоответствия параметров микроклимата в кабинах санитарным нормам.

Безопасность при работе всех подъемно-транспортных, строительно-дорожных машины и тракторов в настоящее время обеспечивается различными нормативными документами: СНиП Ш-4−80. Техника безопасности в строительстве; ГОСТ 12.3.033−84 ССБТ. Строительные машины. Общие требования безопасности при эксплуатации; ГОСТ 12.1.005−88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны; ГОСТ 21 753–76. Система «человек-машина». Рычаги управления. Общие эргономические требования; СН 3044−84. Санитарные нормы вибрации рабочих мест и многие другие.

Факторы, неблагоприятно влияющие на здоровье и работу операторов при управлении машиной и защита от них

Поддержание микроклимата в кабинах машин при низких температурах окружающего воздуха невозможно без системы отопления. Например, на кранах с механическим и гидравлическим приводами применяют автономные отопители. Бензин из бака насосом через бензоотстойник подается в отопитель, где, сгорая, подогревает воздух, и подводится к кабине через воздуховод.

Необходимость проектирования вентиляции с механическим побуждением возникает в связи с тем, что отсутствует возможность создания в кабинах машин требуемых параметров микроклимата и чистоты воздуха путем применения вентиляции с естественным побуждением (через люки, форточки, опускающиеся стекла).

При проектировании кабин необходимо предусматривать приточную вентиляцию с рассредоточенной подачей воздуха в кабину. Мероприятия по созданию оптимального микроклимата в кабинах (теплоизоляция, отопление, СПВ, СКВ) должны обеспечивать поддержание равномерной температуры воздуха в кабинах.

Источники шума и вибрации на машинах разнообразны и могут быть условно подразделены на механические, аэродинамические, гидромеханические, электромагнитные.

Различные узлы и агрегаты могут быть разнообразными источниками шума и вибраций. К основным источникам шума относятся: корпус двигателя внутреннего сгорания, система выпуска отработанных газов двигателя, системы всасывания воздуха двигателя, вентилятор системы охлаждения, узлы гидросистем (гидронасосы, гидромоторы, гидрораспределители, золотниковые устройства). Узлы трансмиссий (коробки перемены передач, раздаточные редукторы), рабочие органы. Защита от шума производится в соответствии с ГОСТ 12.1.003−83, СНиП 11−12−77, ОСТ 37.001.266−83 «Шум автомобильных двигателей. Допустимые уровни и методы измерения».

Источником вредного воздействия на человека является чрезмерная или недостаточная освещенность рабочего места. При недостаточной освещенности у человека возникает напряжение зрения, что приводит к снижению зрительной способности глаз, развитию близорукости, рези в глазах, катаракте, головным болям. При чрезмерной освещенности у человека возникает ослепление, что ухудшает видимость предметов. При этом возникает повышенная утомляемость глаз, возникают боли в голове.

При работе машины в темное время суток, освещение, как кабины, так и места проведения работ, производится в соответствии со СНиП 11−4-79 «Строительные нормы и правила. Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования».

Кабина должна быть оборудована светильниками рассеянного света внутреннего общего освещения с автономным включением. Приборы пульта управления должны иметь индивидуальную подсветку отраженным светом. Конструкция светильников пульта управления должна исключать возможность создания бликов и ослепления оператора прямым или отраженным светом, вызывая тем самым необходимость менять позу при считывании показаний приборов.

Окраска кабины должна быть рациональной, позволяющей уменьшить утомление зрения, сократить время адаптации глаз и исключить отблеск окраски при отраженном солнечном освещении. С учетом этого стены, потолки, и другие конструкции кабины окрашиваю в цвета светлого тона, что повышает освещенность рабочих мест за счет отраженного света. Внутренняя окраска кабины должка быть матовой со средней отражательной способностью 50 — 90%. С этой целью применяют следующие цвета: для потолков — белый, светло-бурый; для верхних частей стен — серый, голубой, серо-бурый; для нижних частей — коричневый, серый, темно-зеленый.

Остекление кабины должно обеспечивать полный обзор участка работ и рабочих механизмов работ в соответствии с СТ СЭВ 4871−84.

Величины общей вибрации на сидении или рабочей площадке и локальной вибрации на органах управления строительно-дорожных машин и тракторов при движении и работе должны удовлетворять требованиям СН 1102−73. Уровни общей вибрации на рабочем месте не должны превышать величин предусмотренных ГОСТ 12.1.012−78, а на рукоятках управления основным, вспомогательным оборудованием — величин, предусмотренных ГОСТ 17 770–72.

В соответствии с ГОСТ 12.4.046−78 «Методы и средства вибрационной защиты. Классификация» используются два метода вибрационной защиты:

1) снижающие параметры вибрации воздействием на источник возбуждения;

2) снижающие параметры вибрации на путях ее распространения от источника возбуждения.

На машинах для снижения вибрации воздействующей на человека применяют виброизоляцию источников вибрации, устанавливают виброзащитные сиденья, виброизолирующие настилы и виброизолированные кабины, вибропоглощащую мастику.

Для виброизоляции кабин и двигателей внутреннего сгорания, служат разнообразные виброизоляторы, среди которых наибольшее распространение получили резинометаллические различного конструктивного исполнения, например типа АКСС-И и АРМС, резина марок Р7−1847; Р7−2959.

Погрузчик должен обслуживаться водителем погрузчика не ниже 4-гор разряда, прошедшим специальное обучение и имеющим удостоверение тракториста-машиниста с разрешающей отметкой в графе (категории) Е. При наличии у водителя такого удостоверения дополнительной подготовки (переподготовки) не требуется.

Помните, что Вы отвечаете за безопасность эксплуатации и технического состоянии погрузчика. Не допускайте к работе на погрузчике лиц, не ознакомившихся с информацией по мерам безопасности и требованиями по эксплуатации и техническому обслуживанию погрузчика, изложенными в настоящей инструкции. Не соблюдение данных требований ставит под угрозу жизнь и здоровье людей.

Запрещается использовать погрузчик для перевозки людей.

Не допускайте присутствия посторонних на рабочей площадке (опасная зона в пределах 5-ти метров от погрузчика).

Не находитесь под поднятым рабочим оборудованием без установленной страховочной опоры. Поднятое рабочее оборудование может упасть или внезапно опуститься.

Следите за тем, чтобы в кабине погрузчика постоянно находилась аптечка. Каждый работающий на погрузчике должен знать, как пользоваться аптечкой в случае необходимости.

Не работайте на неисправной или неукомплектованной машине. Перед началом работы убедитесь, что все процедуры технического обслуживания, рекомендуемые данным руководством, выполнены полностью.

Не оставляйте в погрузчике замасленных или пропитанных топливом кусков материи, используемых для мытья или очистки машины.

Запрещается работать на погрузчике в грозу.

Погрузчик необходимо содержать в чистоте.

Запрещается работать на погрузчике в замасленной одежде.

Запрещается курить во время заправки топливного бака.

Перед заправкой топливного бака дайте двигателю остыть в течение 5-ти минут. После заправки и перед запуском двигателя убедитесь, что на земле не осталось пролитого топлива.

Не добавляйте в дизельное топливо бензин и посторонние смеси: это может привести к взрыву или пожару.

Следите за тем, чтобы открытое пламя не находилось в непосредственной близости от топливного бака или бака с рабочей жидкостью.

Запрещается обогревать погрузчик с помощью открытого пламени или с помощью установок, использующих открытое пламя.

В случае возгорания топлива или смазки, засыпьте очаг пожара песком или накройте брезентом. Ни в коем случае не заливайте водой горящее топливо или смазку.

Перед эксплуатацией погрузчика убедитесь в наличии знака ограничения скорости и проверьте функционирование сигналов аварийной остановки.

Запрещается использование эластичных буксировочных канатов. Эластичный материал накапливает энергию, и при резком спаде напряжения возникает опасная для жизни ситуация.

При буксировке погрузчика скорость движения не должна превышать 14 км ч.

При работе на погрузчике необходимо использовать следующие средства личной защиты:

? обувь с противоскользящими подошвами

? защитные рукавицы При необходимости можно использовать другие необходимые средства защиты.

Запрещается работать на погрузчике лицам, находящимся в состоянии алкогольного опьянения или наркотической зависимости.

Всегда пользуйтесь ремнем безопасности. Следите за тем, чтобы ремень был правильно пристегнут.

Отрегулируйте сиденье так, как удобно для вас. Выпрямите спину и поместите ремень вокруг туловища, как можно ниже. Всякое другое положение ремня может привести к травме. Застегните обе половинки ремня друг с другом до щелчка, Чтобы предотвратить соскальзывание туловища под ремень, потяните конец ремня, чтобы создать натяжение.

Для того чтобы расстегнуть ремень, поднимите вверх защелку ремня в центре пряжки, и в результате чего ремень разъединиться.

ВНИМАНИЕ! Регулярно проверяйте ремень на изношенность и заменяйте ремень при необходимости.

Кабина погрузчика имеет каркас безопасности, защищающий от опрокидывания и падающих грузов. Если имела место авария, то каркас безопасности должен быть тщательно проверен и в случае повреждения заменен. Запрещается самостоятельно ремонтировать или сваривать каркас безопасности.

Следите за тем, чтобы таблички с информацией по безопасности были чистыми. Если таблички повреждены или сильно загрязнены, их необходимо заменить.

Перед началом работы тщательно осмотрите погрузчик, рабочие органы и навеску, Приступайте к работе только после того, как убедитесь, что все в порядке.

Запускайте двигатель только с сиденья водителя, при этом все рычаги управления трансмиссией должны находиться в нейтральном положении. Таким образом, Вы предотвратите возможность непроизвольного запуска и машины, что может привести к травме или смертельному исходу.

После окончания работы погрузчик должен быть отведен в безопасное место.

Стрела при неработающем погрузчике должна находиться на земле.

Требования к мерам безопасности при эксплуатации погрузчика:

Перед запуском двигателя убедитесь, что все органы управления находятся в нейтральном положении, включен стояночный тормоз и пристегнуть ремень безопасности. Это поможет избежать самопроизвольного запуска погрузчика или его рабочих органов.

Перед тем, как остановить погрузчик после окончания работ и для осуществления ремонта, регулировки, а также проведения техобслуживания, отпустите стрелу погрузчика на землю, переведите все органы управления в нейтральную позицию, включите стояночный тормоз, заглушите двигатель, выньте ключ из замка зажигания, и убедитесь, что все движущиеся детали и узлы погрузчика полностью остановлены.

Осмотрите строительную площадку до начала работы. Обратите внимание на рытвины, слабую опорную поверхность. Не работайте вблизи электрических кабелей, воздушных и подземных газопроводных и водопроводных труб.

Используйте только те сменные рабочие органы, которые указаны в руководстве по эксплуатации. Запрещается переоборудовать погрузчик под сменные рабочие органы, не указанные в документах на машину.

Управлять работой погрузчика разрешается только с водительского сиденья, ремень безопасности при этом должен быть соответствующим образом закреплен.

Не покидайте кабины погрузчика во время его работы и движения.

Не допускайте подтеканий жидкостей из баков и трубопроводов.

Находящиеся под давлением жидкости могут привести к серьезным травмам. Ни в коем случае не пытайтесь вручную обнаружить течи гидравлического масла или дизельного топлива: для этой цели вы можете воспользоваться куском дерева или картона. Перед отсоединением трубопроводов, в которых находится работающая под давлением жидкость, убедитесь в отсутствии давления. При попадании на кожу рабочей жидкости или любой жидкости под давлением необходимо срочно прибегнуть к медицинской помощи, Никогда не заправляйте погрузчик при работающем или горячем двигателе.

Постоянно следите за тем, чтобы все электрические контакты, изоляция и проводка на Вашем погрузчике находились в рабочем состоянии.

Запрещается использовать погрузчик при отсутствии аккумуляторных батарей.

Неправильное подсоединение аккумуляторных батарей или зарядных устройств может привести к взрыву и/или повреждению электрических соединений. Запрещается замыкать клеммы аккумулятора. Кислота, находящаяся в аккумуляторе, может привести к ожогам или слепоте. Запрещается курить или пользоваться открытым пламенем при обслуживании или зарядке аккумуляторов. Обязательно пользуйтесь защитными очками при обслуживании или зарядке аккумуляторов.

Следите за тем, чтобы вблизи аккумулятора не было открытого пламени или искр, так как газ, выпускаемый аккумулятором, взрывоопасен. Избегайте контакта с электролитом аккумулятора: немедленно вытирайте пролитый электролит. Наклоняйте аккумулятор максиму на 45 градусов во избежание утечки электролита.

Для предотвращения травм в результате короткого замыкания или искры не забывайте отсоединять провод заземления от аккумулятора перед началом его обслуживания.

Не забывайте надевать защитные очки при работе в непосредственной близости от аккумулятора.

Заключение

Повышение надежности машин имеет огромное народнохозяйственное значение. Для обеспечения надежной работы машин необходимо постоянно совершенствовать их конструкцию и технологию производства, разрабатывать и внедрять мероприятия по поддержанию работоспособности машин в эксплуатации.

Недостаточная надежность машин сказывается на уменьшении производительности из-за простоев в ремонте, на величине материальных и трудовых затрат на их содержание, на росте капитальных вложений в производственные фонды ремонтного производства и промышленность, занятую выпуском запасных частей.