Расчет колесного одноковшового строительного погрузчика

Расчет колесного одноковшового строительного погрузчика

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Сибирский Государственный Технологический Университет»

Факультет: Механический

Кафедра: ТМП

Курсовой проект

на тему

Расчет колесного одноковшового строительного погрузчика

Красноярск 2011г.

Содержание

Введение

1.   Расчет основных параметров самоходных погрузчиков

.1 Расчет основных параметров базовой машины и технологического оборудования колесного погрузчика

1.2 Определение параметров колесного погрузчика

.3 Расчет параметров рабочих органов

. Проектирование технологического оборудования погрузчиков

.1 Расчет параметров и построение кинематической схемы механизма поворота ковша

.2 Расчет усилий на штоках гидроцилиндров привода поворота ковша (захвата)

.3 Расчет параметров кинематики механизма подъема стрелы

.4 Прочностной расчет сварного шва

Библиографический список

Введение

Погрузчик представляет собой самоходную подъемно-транспортную машину, включающую в себя базовое шасси и технологическое оборудование в виде шарнирно-рычажного механизма с рабочим органом. Привод технологического оборудования в конструкциях современных погрузчиков - гидравлический. Они предназначены для захвата, подъема и перемещения, свободно лежащих или насыпных грузов с последующей погрузкой в транспортные средства или укладкой в штабеля. С их помощью можно производить погрузку предварительно взорванных или разрыхленных скальных пород, мелкокусковых и сыпучих грузов, строительных материалов (песок, щебень, гравий), производить очистку различных территорий от строительного мусора, снега, промышленных отходов.

1.      
Расчет основных параметров самоходных погрузчиков

.1 Расчет основных параметров базовой машины и технологического оборудования колесного погрузчика

По заданной грузоподъемности Qн определяются параметры машины. При этом предварительно грузоподъемность из кН переводится в тонны.

Эксплуатационный вес погрузчика

;                                                                  (1.1.1)

Вес базового трактора

;                                                          (1.1.2)

Вес технологического оборудования

;                                                                          (1.1.3)

База погрузчика

;                                         (1.1.4)

Полученное значение А сравниваем с размерами А серийных тракторов, приведенных в приложении А, В, Г.

Принимаем трактор Т-125.

Радиус поворота (внешний)

;                                                   (1.1.5)

Высота до центра шарнира крепления рабочих органов (ковша)

;                                             (1.1.6)

Колея погрузчика

;                                                                          (1.1.7)

Дорожный просвет (клиренс)

);                                            (1.1.8)

Координата Ц.Т. базовой машины

;                                                                    (1.1.9)

Координаты центров тяжести

;                                                                                (1.1.10)

;                                                                    (1.1.11)

;                                                                                (1.1.12)

Статические нагрузки на передний мост и задний порожнего погрузчика

;                                                                (1.1.13)

;                                                                      (1.1.14)

Статические нагрузки на передний мост и задний нагруженного погрузчика

;                                          (1.1.15)

;                                                   (1.1.16)

По значениям RПГ и RЗГ подбираем пневматические шины.

Таблица 1 - Пневматические шины

Таблица 2 - Характеристики пневматических шин 260-508

.2 Определение параметров для колесных погрузчиков

Вылет рабочего органа (захвата лесопогрузчика или кромки ковша строительного погрузчика)

;                                                                            (1.2.1)

где Вт - ширина кузова транспортного средства;

∆b - расстояние между погрузчиком и транспортным средством при перегрузке, необходимое по условиям безопасности работы и равное 150 - 200 мм.

Определение напорного усилия

;                                               (1.2.2)

где NЕмах - максимальная мощность двигателя, кВт;

ηт - КПД трансмиссии;

δр - коэффициент буксования;

f - коэффициент сопротивления качению;

VР - скорость рабочего хода погрузчика, км/ч.

Максимальная мощность двигателя принимается из характеристики транспортного средства NЕмах=95,6 кВт. КПД механической трансмиссии принимается из интервала ηт=0,85…0,88. Скорость рабочего хода погрузчика должна составлять VР=3,0…4,0 км/ч. Коэффициент буксования для колесных машин составляет δр=0,2. Коэффициент сопротивления качению гусеничного погрузчика принимается из интервала f=0,06…0,1.

Выглубляющее усилие, развиваемое гидроцилиндрами поворота ковша или захвата на режущей кромке или конце клыков

;                                                                    (1.2.3)

Углы запрокидывания ковша или захвата в нижнем положении - γз и разгрузки в верхнем - γр, , принимаются в соответствии с рекомендациями на стр.33…34 [1].

Принимаем: γз = 450 и γр = 550

.3 Расчет параметров рабочих органов. Основной ковш

Основной ковш Предназначен для погрузки сыпучих материалов со средним объемным весом 16 кН/м3 . Его можно применять также ни землеройно-транспортных работах. Ковш, как правило, имеет плоское днище, переходящее по радиусу в заднюю стенку, и две боковые стенки. Спереди днище и боковые стенки имеют режущие кромки. Днище и стенки усиливаются листовыми и коробчатыми накладками и поперечными связями. На режущей кромке днища закрепляются съемные режущие зубья.

Погрузочные работы являются основными, поэтому они определяют его конструкцию.

Номинальная емкость ковша кН/м3:

;                                                                             (1.3.1)

где: GН - вес основного ковша, кН;

γс - средний объемный вес сыпучих материалов, кН/м3;

εр - расчетный коэффициент наполнения ковша.

Средний объемный вес сыпучих материалов принимается γс=16 кн/м3 согласно стр.34 [1]. Коэффициент наполнения ковша принимается равным εр=1,25, по стр 37 [1].

Емкость ковша

Внутренняя ширина ковша Во, мм, принимается на 50 - 100 мм больше ширины базового трактора.

Расчетный радиус поворота ковша

     (1.3.2)

где λд - относительная длина днища ковша, равная 1.4 - 1.5;

λЗ - относительная длина задней стенки, равная 1.1 - 1,2;

λК - относительная высота козырька, равная 0.12 - 0.14;

λr - относительный радиус сопряжения днища и задней стенки, равный 0.35 - 0.40;

γ1 - угол между плоскостью козырька и продолжением плоскости задней стенки, равный 5 - 100;

γ0 - угол между задней стенкой и днищем ковша, равный 48 - 520.

Длина днища

;                                                         (1.3.3)

Длина задней стенки

;                                                                      (1.3.4)

;                                                                           (1.3.5)

Толщина стального листа для изготовления основного ковша

;                                                                   (1.3.6)

Высота оси шарнира крепления к стреле

;                                                                 (1.3.7)

где R0 - расчетный радиус поворота ковша, мм.

2.  
Проектирование технологического оборудования погрузчиков

.1 Расчет параметров и построение кинематической схемы механизма поворота ковша

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

;                                                                            (2.1.1)

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

Длина стрелы

;                                       (2.1.2)

где L - вылет кромки ковша при наибольших высоте и угле разгрузки ковша, мм;

R0 - радиус поворота ковша, мм;

lB - расстояние от оси шарнира крепления стрелы до наиболее выступающей части базового шасси, мм;

Н - высота разгрузки ковша или высота до центра шарнира ковша, мм;

НC -высота оси шарнира крепления стрелы от опорной поверхности, мм;

 - угол наклона радиуса поворота ковша;

;                                                                      (2.1.3)

Рисунок 2 - Схема для определения длины стрелы

Угол поворота стрелы φс принимаем равным 85 - 900.

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

;                                                                   (2.1.4)

;                                                                    (2.1.5)

;                                                                    (2.1.6)

;                                                                    (2.1.7)

;                                                                    (2.1.8)

;                                                                (2.1.9)

При построении схемы механизма поворота ковша аналитическим путем получены следующие размеры:

координаты крепления гидроцилиндра поворота ковша - X = 171,2 мм, Y = 148,97 мм;

Ход штока гидроцилиндра поворота ковша

;                                                                              (2.1.10)

где S2 - максимальный размер гидроцилиндра, S2=1394 мм;

S1 - минимальный размер гидроцилиндра, S1=1284 мм.

Полученное значение S сравниваем со стандартными значениями по таблице 2.2 [1] и округляем до ближайшего: S = 110 мм.

.2 Расчет усилий на штоках гидроцилиндров привода поворота ковша (захвата)

Расчетная схема усилий на штоках гидроцилиндров привода поворота ковша при установившемся режиме работы технологического оборудования, изображена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема к расчету усилий в механизме поворота ковша

Усилие на штоках цилиндра привода поворота ковша

;                                                    (2.2.1)

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;

При этом следует принимать: ZК = 2 - число цилиндров привода.

;                                                                               (2.2.2)

;                                                                               (2.2.3)

где l6…l11 - размеры элементов рычажного механизма поворота ковша, мм.

l6 = R0 = RЧ = 974 мм; l7 = р = 460,4 мм; l8 = с = 953,6 мм; l9 = b = 789,2 мм; l11 = l6/2 = 640/2= 320 мм.

;                                                                           (2.2.4)

где GH - вес самого ковша

кН

Усилие в тяге d - (Sт) можно определить из уравнения равновесия коромысла относительно точки О

åМо=0 Sт=Рк,

;                                                                      (2.2.6)

;                                                                              (2.2.7)

кН

2.3 Расчет параметров кинематики механизма подъема стрелы

Оптимальные значения параметров кинематики механизма подъёма стрелы определяются методом математического моделирования движения стрелы с грузом под действием усилий на штоках гидроцилиндров привода Р. Алгоритм программы моделирования, и расчётная схема приведены в [1].

Для реализации алгоритма необходимы данные, приведённые в таблице 2.

Таблица 2 -Исходные данные

Начальный угол наклона стрелы Fнач, град. определяется по известным размерам Нс и lс. При этом конец стрелы (т.А) совмещается с поверхностью пути. Общий угол поворота стрелы F³90°

;                                                                    (2.3.1)

Масса подвижных частей рабочего оборудования, приведенная к центру тяжести груза Q

;                                                                    (2.3.2)

кг

Масса груза

;                                                                         (2.3.3)

Угол между осями стрелы и гидроцилиндра - G1, а также размер L1 и пределы их варьирования, размеры S1 и S2 рекомендуется принимать в следующих пределах.

G1=80° 75°£80°£85°=0,23•lc L1-0,15£L1£L1+0,15 (2.3.4)=1,29 м S2=2,09 м S=0,8 м.

Угловое ускорение F2, рад/с2 для всех вариантов задания принимать

F2 = 0,04 рад/с2

Определить размер С = О1D по начальным размерам G1, L1, S1

;                                              (2.3.5)

Определить начальное значение угла G3

;                                                     (2.3.6)

Определить угол между линией О1D и осью Х, F1

;                                                                        (2.3.7)

Текущее значение угла G3, увеличивающееся при вращении стрелы

;                                                     (2.3.8)

Значение Fнач принимается отрицательным, т.к. стрела находится ниже уровня оси ОХ, D F - приращение угла поворота стрелы D F=10°, 20°,30°,…90°. (Шаг увеличения угла G3 -10°)

В1 = 670+100 = 770

В2 = 670+200 = 870

В3 = 670+300 = 970

В4 = 670+400 = 1070

В5 = 670+500 = 1170

В6 = 670+600 = 1270

В7 = 670+700 = 1370

В8 = 670+800 = 1470

Вычисление промежуточных размеров гидроцилиндра привода (2.12). Все дальнейшие действия по решению задачи на min max выполняется в соответствии с [1]

;                                               (2.3.9)

где L1 - расстояние от оси вращения стрелы до точки крепления штока гидроцилиндра к стреле;

С - расстояние от оси поворота гидроцилиндра до оси поворота стрелы;

Вi - текущее значение угла поворота стрелы соответствующее её положению в плоскости.

Остальные результаты расчетов перемещения штока гидроцилиндра сводим в таблицу 3

Таблица 3 - Расчеты перемещения штока гидроцилиндра

Усилие на штоке гидроцилиндра подъема стрелы РС, кН, определяется по формуле (2,6)

;                                                     (2.3.10)

где I1 - момент инерции масс М1 и М2 относительно оси вращения стрелы, т.О, кН•м/с2;

G - сила тяжести груза и подвижных частей рабочего оборудования, кН;

F - угол в крайнем нижнем и крайнем верхнем положении, град.

;                                                               (2.3.11)

;                                                                    (2.3.12)

Таблица 4 - результаты расчета

Наибольшее усилие на штоке гидроцилиндра составляет 231 кН. Однако необходимо учесть то, что нагрузка распределяется на два гидроцилиндра, поэтому чтобы определить нагрузку на один необходимо это значение разделить на два. Это положение соответствует крайнему положению стрелы при загрузке. Следовательно, подбор гидроцилиндров осуществляем по данному значению.

Определяем диаметр гидроцилиндров D, мм, по формуле 2.15 [1]

;                                                            (2.3.13)

где η - КПД гидроцилиндров, η=0,90…0,97.

Вычисленные размеры диаметров гидроцилиндров округляем до стандартных по ОСТ22 - 1417 - 79, по таблице 2.1 [1].

Таблица 5 - Гидроцилиндр стрелы

Таблица 6 - Гидроцилиндр ковша

2.4 Прочностной расчет сварного шва

Рисунок 2.4.1 - Расчетная схема ковша.

Рассчитываем нагрузку на стрелу и тягу. Принимаем, что угол наклона стрелы равен 0, так же допускаем, что размеры «а» и «в», тогда

                                                                                (2.4.1)

где F - вес ковша

                                                                               (2.4.2)

Где GК - вес ковша с грузом;

                                                                                (2.4.3)

Принимаем так же, что ≈, тогда

≈=                                                                              (2.4.4)

≈=

Далее определяем усилие, приходящееся на сварочные швы, в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Для горизонтальной плоскости:

                                                               (2.4.5)

Для вертикальной плоскости:

                                                                    (2.4.6)

к - катет шва;

 и  - высота и ширина сварочного шва соответственно.

Далее определяем суммарное напряжение:

                                                                           (2.4.7)

Что удовлетворяет условию =22,76≤

колесный погрузчик ковш

Библиографический список

1.   В.Ф. Полетайкин, Е.В. Авдеева. Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальностей 171100 и 170401 всех форм обучения. - Красноярск: СибГТУ, 2002.-28с.

2.       Полетайкин В.Ф., Авдеева Е.В. Погрузочные машины: Учебное пособие для студентов специальности 17.11.00 всех форм обучения. - Красноярск: СибГТУ, 1999. - 201 с. ISBN 5-8173-0048-6

.        Полетайкин В.Ф. Проектирование специальных лесных машин [Текст]: учебное пособие для студентов специальности 170401 всех форм обучения/ В.Ф. Полетайкин. - Красноярск: СибГТУ, 2007.-282с.