Разработка погрузочного устройства фронтального типа для погрузки сортиментов трактора Беларус серии 1000

-
...

-

-

Погрузчики данного типа получили преимущественное распространение в России.Значительно реже на лесозаготовках используются обычные фронтальные погрузчики, осуществляющие маневрирование с грузом «перед собой» (рис. 5 а, б).Рис. 5. Фронтальный колесный погрузчик: а – на базе сельскохозяйственного трактора;б – одноковшовый При использовании ковша вместо навешиваемого на п-образной раме механизма захвата груза погрузчик может быть использован для погрузки и перемещения щепы на площадке у потребителя (на терминале).Кроме показанных выше навесных агрегатов крепление рамы позволяет на базе трактора МТЗ-82 проводить, при необходимости, и другие виды работ. Здесь хотелось бы сказать пару слов о носителе нашего фронтального устройства.Рис. 6 – Внешний вид трактора Беларус 1000 серииТрактор МТЗ 1000серии представляет семейство машин, предназначенных для обеспечения широкого спектра сельхоз работ больших фермерских предприятий. Благодаря своей простоте и инновационным конструктивным решенbям «Беларусы 1000 серии» успели завоевать популярность. Трактор МТЗ 1000 серии всех модификаций имеет унифицированные агрегаты для навесного и полунавесного оборудования как отечественного, так и зарубежного производства. Что уже нашло положительные отзывы у многих фермеров. Комфортабельная, обесшумленная кабина и кондиционер делают эксплуатацию тракторов этой серии удобной и приятной. МТЗ 1000 имеет около 5 различных модификаций, конструктивные решения которых сделаны на элементной базе известных зарубежных фирм (Bosh, Mercer, Motorplan). Возможны варианты дооборудования различных опций машины на заказ. Все трактора имеют дизельные двигатели с турбонаддувом, мощность которых составляет 110 л.с. и синхронизированной КПП. Тактико-технические характеристики позволяют без затруднений использовать технику 1000 серии в любых климатических условиях и географических зонах. Разработка технического задания на проектируемую сборочную единицу. Согласно исходным данным необходимо разработать устройство фронтальной погрузки челюстного типа с нижней подвижной частью, грузоподъемностью 1 тонна и высотой подъема 2 м.При проектировании предлагаю использовать наработки уже существующих систем челюстных захватовРис. 7 – Внешний вид существующих челюстных захватовРасчёт основных параметров базовой машины и технологического оборудования погрузчикаРасчет параметров рабочих органов1) Вылет рабочего органа (захвата лесопогрузчика или кромки ковша строительного погрузчика) L, мм:L=(Bт/2)+∆b,где Вт – ширина транспортного средства принимается по характеристикам автомобилей и лесовозных автопоездов.∆b – расстояние между погрузчиком и транспортным средством при перегрузке, равное 150 – 200 мм.L=(2500/2)+200 = 1450 ммОпределение напорного усилия по мощности двигателя, , кН,где – максимальная мощность двигателя, (кВт)- коэффициент сопротивления колесной машины, , – коэффициент буксования колесной машины, , – КПД трансмиссии, , – скорость рабочего хода машины, м/с- максимальное необходимое напорное усилие. кН3) Определяем необходимое напорное усилие по условиям сцепления Тсц, кН движителя с поверхностью пути:Тсц = Gп*φ,где φ – коэффициент сцепления 0,6 – 0,9;Тсц = 130*0,9 = 117 кН4) Выглубляющее усилие Nв, кН развиваемое гидроцилиндрами поворота захвата:Nв=(2–3)*Qн,Nв=2*63= 126 кН.5) Подъемное усилие Nп, кН развиваемое гидроцилиндрами поворота захвата:Nп=(1,8–2,3)*Qн,Nп=2*63=126 кН6) Углы запрокидывания захвата или захвата в нижнем положении – γз и разгрузки в верхнем – γр принимаем в соответствии с рекомендациями на с. 33…34 [3].Принимаем: γз = 450 и γр = 5007) Определение параметров челюстного захватаРадиус поворота нижней челюсти от оси отверстия для соединения со стрелой Rч= 1500 ммВысота расположения оси отверстия шарнира для соединения со стрелой hч=100 ммРадиус кривизны нижней челюсти rч=1200 ммКоординаты оси шарнира крепления верхней челюстиhшч=1400 мм Lч=1000 ммШирина захвата принимается равной ширине колее трактора Вв =1880 ммУгол подъема вил нижней челюсти ч =5…7 град., принимаем ч =6 град.Угол заострения вил Ч =15….20 град., принимаем Ч =18 град.Угол поворота верхней челюсти должен быть не менее 100…110 град., принимаем 110 град. В полностью сомкнутом положении челюстей должен надежно удерживаться груз диаметром 250 мм (dmin).Наружная ширина захвата принимается равной колее или внутреннему следу колёс базовой машины. Площадь поперечного сечения захвата выбирается исходя из номинальной грузоподъёмности погрузчика и погрузки лесоматериалов длиной 6 м.Рисунок 8 – Параметры челюстной захват для лесоматериалов:1 – рама; 2 – подвижная челюсть; 3 – гидроцилиндр приводаРазработка технологического оборудования погрузчиковРасчёт параметров и построение кинематической схемы механизма поворота челюстного захватаРасчёт параметров и построение кинематической схемы механизма поворота челюстного захвата производим в соответствии с разделом 2.1 [1]. Размеры рычажной системы и гидроцилиндра привода должны обеспечить не только поворот челюстного захвата, но и сохранение заданного положения его в пределах всего угла φ поворота стрелы.1) Определяем высоту расположения центра шарнира крепления стрелы к раме базовой машины – Нс, мм:Нс = (0,35…0,45)*Но, Нс = 0,45*4100 = 1845 мм.3) Определяем расстояние от оси шарнира крепления стрелы до наиболее выступающей части базового шасси lв, мм:lв = (0,7…0,8) L,lв = 0,8*1450 = 1160 мм4) Определяем длину стрелы lc, мм:lc = , где ε – угол наклона радиуса поворота ковша, ε = 500;lc = √(1450–1500*cos500 + 1160)2 + (4100 – 1845)2 = 3425 мм.5) Определяем размеры рычажной системы механизма поворота ковша:lш = (0,48…0,5) lс, мм;lш = 0,5*3425 = 1712 мм,а = (0,11…0,12) lс, мма = 0,12*3425 = 410 ммв = (0,22…0,24) lс ммв = 0,24*3425 = 821 мм,с = (0,27…0,29) lс; ммс = 0,29*3425 = 993 мм,р = (0,13…0,14) lс. ммр = 0,14*3425 = 479 мм,∆=(0,125…0,135)*R0, мм;∆ = 0,135*1500 = 202 мм;6) Определяем ход поршня S, мм:S=S2 – S1,где S1 – радиус дуги окружности из точки F проведённой через точки С`1, С`2, С`3.S2 – радиус дуги окружности из точки F проведённой через точки С1, С2, С3.S = 1873–1297 = 576 мм;Полученное значение S сравниваем со стандартными значениями по таблице 2.2 [2] и округляем до ближайшего: S =630 мм;Расчёт усилий на штоках гидроцилиндров привода поворота челюстного захвата1) Усилие на штоках гидроцилиндров привода поворота челюстного захвата Рк, кН:Рк=Sк=к.(Nв. iп + Gк.гр. iк)/Zк,(31)где к = 1,25 – коэффициент запаса, учитывающий потери;Nв – выглубляющее усилие.Zк = 2 – число цилиндров привода,Рк=Sк=1,25.(126 3,78+ 85 1,89)/2= 318 кНОпределяем вес ковша с грузом Gк.гр, т:Gк.гр=Qн+Gн,(32)где Qн – номинальная грузоподъёмность погрузчика, кНGн – вес самого ковша, кНGк=(0,2…0,35).Qн,(33)Gк = 0,35*46 = 16,1 кН,Gк.гр = 46+16 = 62 кН,Мгновенные передаточные отношения механизмов:а) Поворота для выглубляющего усилия , м:, (34)б) Для веса ковша, м:, м(35)2) При расчёте передаточных отношений по формулам (2.5) размеры звеньев рычажной системы обозначать в соответствии с рис. 2.1, рис. 2.2, рис. 2.3, рис. 2.4 [1].l6 = Rч = 1.5 м;l7 = p = 0,479 м;l8 = c = 0,993 м;l9 = в = 0,821 м;l11 = l6/2 = 0,75 м;3) Выбор гидроцилиндров поворота ковшаПо усилию на штоках гидроцилиндров определяем их диаметр и основные размеры по ОСТ22–1417–79.Определяем диаметр гидроцилиндра, Dц, мм:Dц=,(36)где ήц – КПД гидроцилиндра, ήц=0,9 – 0,97;Dц== 144 мм.Проектом принимается диаметр цилиндра Dц=160 мм и ход поршня L=630 мм.По полученному значению диаметра и ход штока принимаем гидроцилиндр, по ОСТ22–1417–79. Основные размеры гидроцилиндра сводим в таблицу.Таблица 2 – Основные размеры гидроцилиндра. ммDd, мм при φ=1.6D1d1d2brmaxlmin160100180М48х2707080804) Усилие в тягах d – Sт, кН/м можно определить из уравнения равновесия коромысла относительно точки О (рис. 2.4)Мо = 0; Sт = Рк;Рк* l9 – Sт* l8 = 0;Sт=Рк*l9/l8.(37)Sт=318*0,821/0,993= 263 кН/мРасчёт параметров кинематики механизма подъёма стрелыОптимальные значения параметров кинематики механизма подъёма стрелы определяются методом математического моделирования движения стрелы с грузом под действием усилий на штоках гидроцилиндров привода Р. Для реализации алгоритма необходимы данные, приведённые в таблице.Таблица 3 – Исходные данныеПараметры состояния системыПараметры управленияМ1, кгМ2, кгF1, градL=lc, мS1, мS2, мFнач, градF2, рад/с2Рн, МПаL1нL1L1кG1нG1G1к152964229934251,21,91320,04200,787 м7501) Начальный угол наклона стрелы Fнач, определяется по известным размерам Нс и lс. При этом конец стрелы (т. А) совмещается с поверхностью пути. Общий угол поворота стрелы F90.Fнач= arcsin (Нс/lс), Fнач = arcsin (1845/3425) = 32;2) Масса подвижных частей рабочего оборудования М1, кг, приведённая к центру тяжести груза Qн, определяется по формуле:М1=(1000*во*Gо)/(q*аг),здесь Gо – вес технологического оборудования, кН.Размеры во, аг – рис. 1.7, 1.8 [1].М1 = (1000*1,239*30)/(9,81*2,478) = 1529 кг,3) Масса груза М2, кг:М2=(1000*Qн)/q,Qн – по заданию на курсовой проект, кН.М2 = (1000*46)/9,81 = 4689 кг,4) Угол между осями стрелы и гидроцилиндра – G1, а также размер L1 и пределы их варьирования, размеры S1 и S2 принимать в следующих пределах:G1 = 75;707580;L1=0,23*lc=0,23*3425= 0,787 м;L1 - 0,15 L1 L1 + 0,15;0,67 0,773 0,97;S1 = 1,2 м;S2 = 1,91 м;S = 0,71 м.5) Угловое ускорение F2 для всех вариантов задания принимаем:F2 = 0,04 рад/с2.6) Определить размер С, м по начальным размерам G1 L1 S1:С=, 7) Определить начальное значение угла G3, G3=arcсos[c2+(L1)2 – (S1)2]/(2C*L1)],С==1,26 м.G3=arcсos[(1,26)2+(0,787)2 – (1,2)2]/(2*1,26*0,787) =67.8) Определить угол между линией О1D, и осью ХF1=Fнач+G3,F1 = 32+ 67=99.9) Текущее значение угла G3, увеличивающееся при вращении стрелы,В1=F1-Fнач+F=G3+F,Значение Fнач принимается отрицательным, т.к. стрела находится ниже уровня оси ОХ, F – приращение угла поворота стрелы F=10, 20, 30,… 90. (Шаг увеличения угла G3 -10).В1=670+100=770В2=670+200=870В3=670+300=970В4=670+400=1070В5=670+500= 1170В6=670+600=1270В7=670+700=1370В8=670+800=1470В9=670+900=157010) Вычисление промежуточных размеров гидроцилиндра привода.,где L – расстояние от оси вращения стрелы до точки крепления штокагидроцилиндра к стреле, L1 = 0,787 м.с – расстояние от оси поворота гидроцилиндра до оси поворотастрелы, с=1,26 м.Вi – текущее значение угла поворота стрелы соответствующеееё положению в плоскости, см. п. 91,32 м.Таблица 4 – Расчеты перемещения штока гидроцилиндра№ВiSi1771,322871,453971,5641071,6651171,7661271,8471371,9181471,9691572,0011) Усилие на штоках гидроцилиндров подъёма стрелы с грузом P, кН:P =,где F = – Fнач + F;I1 – момент инерции масс относительно оси вращения стрелы, т*м/с.I1 = (M1 + M2)*L2/1000,I1 = (1529 + 4689)*3,4252/1000 = 93,27 т*м/сгде G-сила тяжести груза и подвижных частей рабочего оборудования, кН.G = (М1 + М2)*g/1000,G = (1529 + 4689)*9,81/1000 = 78 кН.Таблица 5 – Расчет усилия на штоке гидроцилиндра подъёма стрелы№F, град.P, кН.1-22320,252-12337,613-2341,6948334,88518320,25628290,64738257,62848214,064958161,3112) Выбор гидроцилиндров подъёма стрелыПо усилию на штоках гидроцилиндров определяем их диаметр и основные размеры по ОСТ22–1417–79.Определяем диаметр гидроцилиндра. Dц,ммDц = ,где ήц – КПД гидроцилиндра, ήц=0,9 – 0,97Dц== 150 мм.Проектом принимается диаметр цилиндра Dц =160 мм и ход поршня L =710 мм.По полученному значению диаметра и ход штока принимаем гидроцилиндр 32 НШ. Основные размеры гидроцилиндра сводим в таблицу.Таблица 6 – Основные размеры гидроцилиндра. ммDd, мм при φ=1.6D1d1d2brmaxlmin160100180М48х270708080Рисунок 9 – Конструктивная схема гидроцилиндра.Прочностной расчет стрелыДля определения поперечного сечения стрелы и проверки ее на прочность необходимо составить расчетную схему с расставленными на ней нагрузками которая представлена на рисунке 10. Расчетная схема представляет собой балку, закрепленную шарнирно. Для расчета необходимы следующие данные: усилие на штоке Рc=403,06 кН; расстояние от точки приложения силы до оси стрелы l=0,7915 м; угол между горизонтальной осью и осью действия силы Y=70є.Определяем опорные реакции Rа и Rв, кН.Для определения опорных реакций необходимо составить сумму моментов относительно точек А и В (ΣМА=0, ΣМВ=0).;(3.4.1); (3.4.2)Рисунок 10 – Расчетная схема;(3.4.3);(3.4.4)Проверка:;(3.4.5)Условие выполняется.Мкр=86,7 кН*м;Рисунок 11 – схема сечения;;;Площадь поперечного сечения стрелы;Расчёт устойчивости погрузчика.Устойчивость лесных челюстных погрузчиков в ряде случаев ограничивает их грузоподъемность. Различают продольную и поперечную устойчивость. Для перекидных погрузчиков наиболее трудно обеспечивается продольная устойчивость. Она зависит от силы тяжести трактора, противовеса, силы тяжести навесного оборудования, вылета стрелы, величины груза, ветровых и динамических нагрузок.Оценивается устойчивость в рабочем (коэффициент грузовой устойчивости Кг) и в нерабочем (коэффициент собственной устойчивости Кс) состояниях. Расчет устойчивости производится для двух положений стрелы: переднего (в момент подъема груза) и заднего (перед разгрузкой грузозахвата).Рисунок 12 – схема расчета устойчивости погрузчика перекидного типаНа рис. 12 представлены расчетные схемы устойчивости, где G - сила тяжести погрузчика, включая силу тяжести трактора и навесного оборудования; Q - сила тяжести груза; Рвт - суммарная сила давления ветра на трактор в направлении его опрокидывания; Pвт` - суммарная сила давления на древесину; Pj. - приведенная сила инерции подъема или опускания груза с грузозахватом и стрелы погрузчика; Са - центр тяжести погрузчике при переднем положении стрелы; Сg - то же при положении стрелы во погрузки грузозахвата; h1 – высота точки приложения суммарной силы давления ветра на трактор Рвт; hc - высота центра тяжести трактора; hг - высота центра тяжести груза; Sr - расстояние от центра тяжести погрузчика до грани его опрокидывания; у - угол наклона рабочей площадки к горизонту (включая наклон погрузчика вследствие неравномерной осадки грунта); S, - расстояние от центра тяжести груза до грани опрокидывания; 0, 01, 02 - грани опрокидывания.Динамические нагрузки Pj возникают при разгоне и торможении движущихся масс. Их можно считать прилагаемыми к центру тяжести челюстного погрузчика. Действуют эти нагрузки в сторону опрокидывания погрузчика, уменьшая его устойчивость. Величина динамических нагрузок тем больше, чем больше ускорение при подъеме и опускании груза. Поэтому с целью уменьшения этих нагрузок следует работать без рывков, с плавным разгоном и тормовкением стрелы.Ветровые нагрузки могут составить достаточно большие величины. Они зависит от наружности погрузчика и скорости ветра - давление ветра прямо пропорционально квадрату скорости ветра. При скорости ветра 10-12 м/с ветровая нагрузка мажет составить до 30% грузоподъемности. Поэтому при скорости ветра 6-7 м/с рекомендуется прекращать работу погрузчика, особенно при наличии уклоне» погрузочной площадки.Правилами Гостехнадзора предусмотрена нормативная устойчивость, определяемая коэффициентом устойчивости. Вышеуказанный коэффициент определяется по формуле:Gтр∙АGгр∙В≥1,4Где Gтр-масса трактора принимаю 4400 кгGгр- масса груза (принимаю 1000 кг)Gстр- масса стрелы (принимаю 36,5∙4=146 кг)Производим расчёт на статическую устойчивость крана .Rp'≥1,4Rp'=МвостМопр,где Мвост – восстанавливающий момент Мопр – опрокидывающий моментНаходим Мвост=2 000∙4820+4400∙1820=22299000Мопр=3000∙4888+3060∙146=15775264Rp'=2229900015775264=1,411,41≥1,4→Условие устойчивости выполняется, противовес не нуженРазработка раздела по безопасности жизнедеятельности.