Расчет механизма подъема груза стреловой с гидравлическим приводом

Исходные данные.

Рисунок 1 – схема фронтального погрузчика.

где   1. Ковш

2. Цилиндр двухстороннего действия с двухсторонним штоком.

3. Цилиндр двухстороннего действия с односторонним штоком.

4. Стрела погрузчика

5. Трактор К – 701

Грузоподъемность                         3400, кг.

Высота разгрузки                           3,1, м.

Вылет ковша при максимальной высоте разгрузки                             1,15, м.

Базовая машина                  трактор К – 701      

Описание проектируемого устройства.

Погрузчики напорного действия делятся на фронтальные и фронтально – перекидные, которые поднимают груз, поворачивая стрелу в вертикальной плоскости, и на погрузчики с телескопической рамой, которые поднимают груз, параллельно перемещая в вертикальной плоскости специальную раму с грузозахватным устройством – вилами или ковшом.

У фронтальных погрузчиков рабочий орган (ковш, вилы и т.п) располагается впереди трактора (погрузчики передней навески) или сзади трактора (погрузчики задней навески); встречаются конструкции с расположением рабочего органа сбоку трактора.

Все движения рабочих органов погрузчиков напорного действия осуществляются при помощи гидроцилиндров, приводимых насосами трактора или собственными насосами погрузчиков. Подъемные стрелы приводятся в действие навесной системой трактора. Погрузчики напорного действия имеют широкий набор разнообразных сменных органов: ковши для сыпучих грузов, вилы для связных грузов, грабельные решетки для сена, крюки для штучных грузов, бульдозерные отвалы, корчеватели, камнеподборщики, кусторезы и т.д. Это делает погрузчики напорного действия универсальными. Общее преимущество погрузчиков напорного действия – простота конструкции, низкая металлоемкость, высокая надежность.

Общий недостаток – трудность управления, значительный расход топлива и износ трактора, связанный с тем, что при погрузке перемещаются не только погружаемый материал и рабочие органы погрузчика, но и весь агрегат (трактор с погрузчиком).

Фронтальные погрузчики задней навески забирают материал при движении трактора назад. Простейшими фронтальными погрузчиками задней навески являются подъемные стрелы, навешиваемые на трехточечную навесную гидросистему, которой снабжают тракторы. Они отличаются простой конструкцией, низкой металлоемкостью, высокой надежностью. Недостатки их – низкая универсальность.

1.  Расчет механизма подъема груза стреловой с гидравлическим приводом.

  С прототипа принимаемым размеры плеч.

l₁ =15×40/100=0,60 м.

l₂ =15×40/100=0,60 м.

l₃ =10×40/100=0,40 м.

L₁ =75×40/100=3м.

L₂ =92×40/100=3,68м.

L₃ =70×40/100=2,8м.

Смотри рисунок – 2.

  Определение усилия на штоке гидроцилиндра.

где Q  -  грузоподъемность стрелы, кг;

L₁, L,₂ L_3, l₁ ,l₂ ,l₃  – длины участков стрелы подъемника, м;

g - ускорение свободного падения g= 9,81 м/с;

h_стр  - КПД стрелы.

1.3. Определение диаметра гидроцилиндра

где P – давление жидкости в гидроцилиндре, Па;

η_ц – КПД гидроцилиндра;

z – число цилиндров;

Д_ц – диаметр гидроцилиндра, мм;

Принимаем гидроцилиндр из ряда стандартных размеров ЦС – 200                  (по основному ряду). Гост 6540-68.

1.4. Определение диаметра штока гидроцилиндра

где Д_шт – диаметр штока гидроцилиндра, мм

1.5. Определение скорости движения штока гидроцилиндра через построение плана скоростей механизма.

где w - угловая скорость

 - скорость движения штока гидроцилиндра

Смотри рисунок -2.

1.6. Определение подачи насоса.

Выбираем насос НШ – 32

где h_об – объемный КПД насоса.

1.7. Определение мощности для привода насоса

1.8. Определение диаметра трубопровода

Округлим диаметр трубопровода до стандартного значения по ГОСТ

Д_{вн всос} = 0,032

Д_{вн слив} =0,025

Д_{вн начн} = 0,016

1.9. Определение распределителя и масляного бака

где  V_{б –} объем гидробака, м³;

Q_н – подача насоса, дм³/с.

Принимаем по ГОСТ (V_б=125дм³)

Принимаем распределитель Р-75-42-ПГ-1А.

Гидравлическая схема механизма подвеса стрелы.

Рисунок  3 – Гидравлическая схема.

где   1. Масляный бак

2. Масляный насос

3. Клапан предохранительный

4. Распределительное устройство

5. Цилиндр двухстороннего действия с односторонним штоком.

6. Цилиндр двухстороннего действия с двухсторонним штоком.

7. Фильтр

1.10.Определение толщины стенки гидроцилиндра

где d - толщина стенки гидроцилиндра, м

 - допускаемое напряжение на растяжение, Па

М – коэффициент Пуассона, М=0,3

1.11. Проверка гидроцилиндра на устойчивость по критической силе

F_кр=2756 > F_{шm max}=491,5, где  к – коэффициент учитывающий способ заделки штока и гидроцилиндра.

1.12. Определение момента инерции сечения гидроцилиндра

где  I – момент инерции сечения гидроцилиндра, мм⁴

         E – модуль упругости, E= 2,1×10⁵Па

2. Расчет механизма опрокидывания ковша.

2.1.С прототипа принимаемым размеры плеч.

l₁=26∙40/100=1,04м

l₂=4∙40/100=0,16м

Смотри рисунок – 2.

2.2. Определение усилия на штоке гидроцилиндра.

2.3. Определение диаметра гидроцилиндра

Принимаем гидроцилиндр из ряда стандартных размеров ЦС – 200                  (по основному ряду). Гост 6540-68.

2.4. Определение диаметра штока гидроцилиндра

2.5.Определение толщины стенки гидроцилиндра

3. Расчет стрелы на прочность.

F_отр=280кН                                Р_шт=491,5кН

2,28м                            1,48м

                                                           Мх

                                                       228,1кН∙м

638,4кН∙м

Рисунок  4 – Схема стрелы

3.1.Определить изгибающий момент

Участок I, идем слева 0≤Z₁≤2,28м

при z₁=0              Mx₁=0

при z₁=2,28м       Mx₁=-638,4кН∙м

Участок II, идем слева 2,28м≤Z₂≤3,76м

при z₂=2,28м       Mx₂=-638,4кН∙м при z₂=3,76м       Mx₂=-228,1кН∙м

3.2. Расчет на прочность

где Wx – осевой момент сопротивления, м³;

Мх_max – максимальный изгибающий момент, Н∙м;

 - допускаемые нормальные напряжения, для стали Ст 3 – 150 МПа

Прямоугольное сечение:

где b – толщина стрелы, мм;

h – ширина стрелы, мм

Тогда h=2∙b=2∙190=380мм

4.  Расчет погрузчика на устойчивость.

4.1.Исходные данные. Размеры плеч моментов опрокидывания

b=3,8м;  L = 2,84м; Q= 3400кг; G=12000кг

Условие устойчивости:

- условие выполняется.

где L- вылет стрелы, м

b – расстояние от центра трактора  до оси опрокидывания, м

К₁ – коэффициент устойчивости, К_р≥1,4

М_G.тр – момент опрокидывания от массы трактора, Нм

М_Q – момент опрокидывания от массы навесного оборудования, Нм

Требование безопасности при выполнении погрузочно-разгрузочных работ.

К постоянным погрузочно-разгрузочным работам привлекаются лица не моложе 18 лет, прошедших инструктаж и медицинский осмотр. К управлению транспортным средством допускают персонал в соответствии с требованиями Гост 12,3, 020-80. Рабочие, занятые на  погрузочно-разгрузочных работах, проводя периодические медицинские осмотры в соответствии требований Минздрава.

Погрузочно – разгрузочная площадка должна соответствовать ГОСТ 12.3.009. – 76 и ГОСТ 12.3.020 – 80. На площадках погрузки навалочных и сыпучих грузов из стационарных бункеров устанавливают указатели и разграничительные