МИНИСТЕРСТВОТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕАГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
ГОУ ВПО
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Кафедра«Строительные и путевые машины»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯЗАПИСКА
к курсовойработе:
«Расчетмеханизмов вилочного погрузчика»
подисциплине:
«Погрузо-разгрузочныемашины»
КР19020565.00.00-148.ПЗ
Содержание
Введение
1. Выбор аналога машины
2. Расчет механизмов и узлов автопогрузчика
2.1 Расчет механизма подъема груза вилочного погрузчика
2.1.1 Расчет суммарных сопротивлений подъему груза.
2.1.2 Расчет гидроцилиндра подъёма груза
2.1.3 Расчет поперечного сечения грузовых вил
2.2 Расчет механизма наклонагрузоподъемника
2.2.1 Расчет гидроцилиндра длянаклона грузоподъемника
3. Тяговый расчет погрузчика
3.1 Определение мощности и построение внешней скоростной характеристикидвигателя автопогрузчика
3.2 Определение основных параметровтрансмиссии
3.2.1 Выбор шин
3.3 Расчет динамической тяговойхарактеристики погрузчика
4. Расчет автопогрузчика наустойчивость
4.1 Расчет погрузчика на продольную устойчивость
4.2 Расчет погрузчика на поперечную устойчивость
Список литературы
Введение
Машины напольногобезрельсового транспорта по сравнению с другими видами подъемно-транспортныхсредств более компактны и маневренны, имеют меньшую массу и более высокиеэксплуатационные показатели. Они требуют относительно малых капиталовложенийпри сравнительно коротких сроках окупаемости. Один автопогрузчикгрузоподъемностью 1 т высвобождает от 3 до 7 рабочих, занятых напогрузочно-разгрузочных работах. Расходы на приобретение и эксплуатацию погрузчикаокупаются ориентировочно в течение 6-12 месяцев.
Эти машины мобильны имогут быть легко приспособлены к изменяющейся технологии перегрузочных итранспортных работ. Они могут работать везде, где есть твердое покрытие, амашины специальных типов – даже на строительных площадках и в условияхбездорожья. Путь следования машин может быть любым, поэтому их можноиспользовать при различной технологии перегрузочных работ. Напольный транспортне требует рельсовых путей, токопровода и легко взаимодействует с другимивидами транспортных машин. При рациональной организации перегрузочного процессане требуется вспомогательной рабочей силы и обеспечивается 100%-ная комплекснаямеханизация погрузочно-разгрузочных и транспортных работ.
В данной курсовой работенеобходимо произвести расчёт автопогрузчика грузоподъёмностью 4700 кг, с максимальной скоростью передвижения 20 км/ч и высотой подъёма 3 м., а именно производился расчет узлов автопогрузчика, тяговый расчет погрузчика, расчетавтопогрузчика на устойчивость. Курсовой работой предусмотрена графическаячасть – формат А1 общий вид погрузчика (вид слева), грузоподъемник (2 вида).
1. Выбораналога машины
При выборе аналогарассчитываемого погрузчика руководящим показателем является грузоподъемностьвыбираемого погрузчика Gпог, т (кг), которая не должна превышатьвес поднимаемого груза (по заданию) более чем на 300 кг.
В качестве аналогавыбираем автопогрузчик модели 4045М с грузоподъемностью 5000 кг.
Параметры автопогрузчика:
Грузоподъемностьна вилах, т………………………………………….5,0
Расстояние отцентра массы груза до передних стенок вил, мм…….600
Наибольшаявысота подъема груза на вилах, мм…………………….4000
Габаритныеразмеры, мм
Ширина………………………………………………………………….2250
Длинас вилами…………………………………………………………4960
Высота сопущенным грузоподъемником……………………………3260
База колес,мм………………………………………………………….2200
Наименьшийрадиус поворота, мм……………………………………3900
Колеяколес, передних (между серединами двойных скатов) мм..…1740
задних…………………………………………………………………..1620
Дорожныйпросвет, мм………………………………………………..240
Уголнаклона рамы грузоподъемника вперед (назад), град………...3/10
Наибольшаяскорость с грузом (без груза), км/ч…………………15/25
Скоростьподнимаемого груза на вилах, м/мин……………………..10
Скоростьопускаемой каретки без груза, м/мин……………………..5
Скоростьопускаемого груза, м/мин………………….………………14
Массас вилами без груза, кг………………………………………….5800
Двигатель:тип, мощность (л. с.), число оборотов в мин… ГАЗ-63/70/2800
Вместимостьбензобака, маслобака, л……………………………..114/104
/>
Рисунок 1. Схема автопогрузчика4045М.
Определим масштабный коэффициент />:
/>
2. Расчетмеханизмов и узлов автопогрузчика
2.1 Расчетмеханизма подъема груза вилочного погрузчика
2.1.1Расчет суммарных сопротивлений подъему груза
Целью расчета являетсяопределение основных параметров гидроцилиндра и подбор требуемого поперечногосечения грузовых вил. Усилие действующее на гидроцилиндр зависит откинематической схемы грузоподъемника и взаимного расположения его основныхузлов.
Традиционно механизмгрузоподъемника выполняют в виде двукратного скоростного полиспаста
/>
Рисунок 2. Схема действиясил в механизме подъёма автопогрузчика.
Наибольшее усилие подъёмаопределяют при вертикальном положении грузоподъёмника, максимально поднятыхвилах с номинальным грузом, когда погрузчик стоит на уклоне с боковым креном доβ = /> (рис.2)
Необходимое усилиеподъёма по плунжеру определяется по формуле:
/> , (1)
где /> - сопротивление подъёмугруза и подъёмной каретки с вилами;
/> - сопротивление подъёму выдвижнойрамы с плунжером, траверсой и грузовыми цепями;
/> - сопротивление качению основныхкатков по направляющим;
/> - сопротивление качению боковыхкатков по направляющим.
Сопротивление /> определим поформуле:
/>, (2)
где /> - вес номинальногогруза (/>);
/> - вес каретки с вилами;
/> - вес выдвижной рамы с плунжеромцилиндра подъема и траверсы с роликами,
/> - механический КПД цепнойпередачи (грузовые цепи перекинуты через ролики траверсы), принимаем равным />;
/> - механический КПД цилиндра,принимаем равным />.
Учитывая, что массакаретки с вилами />,
/> (3)
/>
Вес выдвижной рамы сплунжером гидроцилиндра и траверсы с роликами определим следующим образом:
/> (4)
/>масса выдвижной рамы с плунжером итраверсой к одному метру подъема, />
/>длинна выдвижной рамы
/> (5)
/>высота подъема груза
/>расстояние по вертикали междуосновными катками каретки и нижним катком выдвижной рамы
/>диаметр катков, />
Размер />определяется извыражения:
/> (6)
/>– расстояние по вертикали междуосновными катками и верхним катком выдвижной рамы,/>
/>
/>
/>
/>
Сопротивление, вызываемоекачением основных катков по направляющим:
/>.(7)
где /> — общийкоэффициент сопротивления качению катков;
/> — реакция по каткам подъемнойкаретки;
/> — реакция по основным каткамнаружной рамы;
/> — реакция, вызываемая паройсил />.
Общий коэффициентсопротивления качению катков можно определить по формуле:
/>. (8)
где /> — коэффициенттрения второго рода (плечо трения качения)(/>);
/> — условный коэффициенттрения, учитывающий качение шариков (роликов) по дорожке внутреннего кольца подшипника.(/>).
/>.
Реакции по основнымкаткам каретки определяются из следующего выражения:
/>, (9)
Реакции по основнымкаткам наружной /> и внутренней /> рам можно принять равнымии определить из следующего выражения:
/>, (10)
где /> — плечи приложения сил /> и /> относительнооси передней ветви грузовых цепей.
Зная, что /> и />, рассчитаем /> и />:
/>.
/>
Кроме указанных реакцийпо основным каткам у рам возникают реакции /> и />, вызываемые парой сил2F от внецентренного закрепления концов грузовых цепей накорпусе цилиндра подъёма относительно оси плунжера на плече />. В расчетах дляупрощения можно принять что />=/>.
Пара сил определяется извыражения:
/>, (11)
где /> – усилие в одной ветвигрузовых цепей;
/> - высота от шарового шарнирацилиндра подъёма на нижней поперечине наружной рамы до оси роликов траверсы иливыдвижной рамы, через которые перекинуты грузовые цепи.
/> - расстояние от оси цилиндра до заднейплоскости грузовых цепей
(/>)
/> ≈ />, (12)
где /> — наибольшая высотаподъёма.
/>
При креплении концовгрузовых цепей на специальной верхней поперечине у наружной рамы пара сил 2F будет больше при малых высотах подъёма, но тогда будутменьше реакции по каткам /> и /> из-за большей />. Поэтому исходнымположением для расчёта принят случай подъёма груза на полную высоту.
Усилие в одной ветвигрузовой цепи:
/>, (13)
где /> — вес каретки ивыдвижной рамы в сумме; (/>)
/> — суммарный коэффициентсопротивления качению катков./>
(/>)
/>
Найдем пару сил из выражения (11):
/>
Зная пару сил 2F, можно определить реакцию по верхнему катку наружной рамы:
/>, (14)
вилочныйпогрузчик груз двигатель
где /> – расстояние от осинижнего катка выдвижной рамы до оси роликов для грузовых цепей на траверсе иливерхней поперечине выдвижной рамы, />.
/>
/>
Определим числовоезначение сопротивления />:
/>
Сопротивление подъемугруза при качении боковых катков:
/>, (15)
где /> — общийкоэффициент сопротивления качению боковых катков;
/> - реакции по боковым каткамсоответственно каретки, наружной и внутренней рам.
Реакции по боковым каткамкаретки определим по формуле:
/>, (16)
где /> — угол наклона, />.
Подставляя значения,получим:
/>.
Реакции по боковым каткамнаружной и внутренней рам определим по формулам:
/>, (17)
/>, (18)
где /> — расстояние повысоте между нижним катком каретки и верхним у наружной рамы
(/>);
/> - расстояние от оси основногокатка до конца выдвижной рамы (/>).
Таким образом,
/>
/>
Общий коэффициентсопротивления качению боковых катков:
/>, (19)
где /> - наружный диаметрбокового катка (/>);
/> - диаметр оси бокового катка (/>);
/> - коэффициент трения скольжения (/>).
/>
Таким образом, сопротивление/> будетиметь следующее числовое значение:
/>
Тогда, усилие на штокегидроцилиндра, необходимое для подъема груза будет равно:
/>
2.1.2Расчет гидроцилиндра подъёма груза
Диаметр плунжераопределяется по формуле:
/> (20)
где /> – число гидроцилиндров,работающих одновременно; (/>=1)
/> рабочее давление в системе, МПа;(в соответствии с аналогом, принимаем />16 МПа )
/> – потери давления (суммарноесопротивление) в напорной линии от насоса до цилиндра, кгс/см²; ;(всоответствии с рекомендацией [2], принимаем/>=0,5 МПа )
/> – механический КПД гидроцилиндра;(в соответствии с рекомендацией [1], принимаем />=0,96 МПа )
/>КПД пары шарнирных подшипников сгустой смазкой; (в соответствии с рекомендацией [2], принимаем />=0,94 МПа )
/>
В соответствии срекомендациями [3] принимаем гидроцилиндр с параметрами:
/>
Согласно рекомендации [1]ход плунжера принимаем равным половине максимальной высоты подъёма груза:
/>
2.1.3 Расчетпоперечногосечения грузовых вил
Грузовые вилырассчитываютсяна сложное сопротивление изгибу и растяжению. Опасным считают сечение А –А.-рисунок-2, в этом сечении вилы растягиваются силой:
/>21)
где /> - номинальная грузоподъёмная сила;
/> коэффициент динамичности, (в соответствиис рекомендациями [1] принимаем />1,2)
/>
В сечении А – А вилы изгибаются моментом:
/> (22)
/>
Напряжение возникающее в опасномсечении вил:
/> (23)
где /> и /> – сечение и момент сопротивлениявил.
Согласно рекомендациям [2] принимаемследующие параметры грузовых вил: Ширина />=150мм, толщина />=60мм.
Тогда момент сопротивления будетравен:
/>(24)
/>
/>(25)
/>
/>
Предполагаем, чтогрузовые вилы изготовлены из Сталь 45 с пределом текучести />
Проверка:
Допускаемое напряжениеопределим по формуле:
/> (26)
/>
/>
/>
Условие выполняется.
2.2Расчет механизма наклонагрузоподъемника
Наибольшее усилие поштоку цилиндров наклона грузоподъёмника возникает при обратном поворотегрузоподъёмника с грузом, наклонённого вперёд на предельный угол α.
Для расчёта примемследующие положения: центр тяжести груза по высоте находится на середине каткову подъёмной каретки, а по горизонтали – на расстоянии l (рис. 3) от передней спинки вил;центр тяжести каретки с вилами на середине толщины спинки вил; центр тяжестирам грузоподъёмника вместе с цилиндром подъёма – на середине рам.
Примем следующие обозначения,и назначим необходимые данные
/>= /> - вес груза (по заданию); (61740Н)
/> - веса соответственно подъёмнойкаретки с вилами выдвижной рамы с плунжером цилиндра подъёма и траверсы сроликами и наружной рам;
/>=6468Н, />=3175,2Н, />=3492,764Н
/> - высота от оси поворотагрузоподъёмника соответственно до центра тяжести груза и подъёмной каретки свилами, выдвижной и наружной рам и до оси крепления штока цилиндров наклона кнаружной раме; />=2,89м,
/>, />, />
где к- масштабныйкоэффициент равный 32,2
/>-длина нижней рамы />
/> — расстояние центра тяжести грузаот оси рам, равное />;
/>
/> — расстояние центра тяжестиподъёмной каретки от оси рам, равное
/>; />
/> - расстояние между шарнирами осиповорота грузоподъёмника и штока цилиндра и штока цилиндра наклона на наружнойраме;
/>,
а – расстояние по горизонтали отсередины рам до центра поворота грузоподъёмника; />
/> - усилие по штокам цилиндров;
φ — угол наклонацилиндра с учётом угла наклона грузоподъёмника вперёд на угол α=20, φ=350
Составим уравнениемоментов около шарнира А (рис. 3)
/> (27)
/>
Рисунок 3. Схема действия сил вмеханизме наклона грузоподъемника
/>
Решая это уравнение относительно />, получимсуммарное усилие по штокам цилиндров наклона.
/>
Следовательно в результате решенияуравнения получаем:
/>
2.2.1 Расчетгидроцилиндра для наклона грузоподъемника
Диаметр плунжераопределяется по формуле:
/> (28)
где /> – число гидроцилиндров,работающих одновременно; (/>=2)
/> рабочее давление в системе, МПа;(в соответствии с аналогом, принимаем />16 МПа )
/> – потери давления (суммарноесопротивление) в напорной линии от насоса до цилиндра, кгс/см²; ;(всоответствии с рекомендацией [2], принимаем/>=0,5 МПа )
/> – механический КПД гидроцилиндра;(в соответствии с рекомендацией [1], принимаем />=0,96 МПа )
/>КПД пары шарнирных подшипников сгустой смазкой; (в соответствии с рекомендацией [2], принимаем />=0,94 МПа )
/>
В соответствии срекомендациями [3] принимаем гидроцилиндр с параметрами:
/>
Согласно предварительно выбранногоаналога ход плунжера гидроцилиндра наклона грузоподъемника, равен:
/>
3 Тяговыйрасчет погрузчика
3.1Определение мощности и построение внешней скоростной характеристики двигателяавтопогрузчика
Для подбора внешнейхарактеристики двигателя вначале определяется мощность /> л.с., необходимую для обеспечениязаданной максимальной скорости />и в км/ч, по дороге с заданнымкоэффициентом дорожного сопротивления.
Необходимая мощность двигателя:
/> (29)
где /> — полный вес снаряженногопогрузчика, (по аналогу/>)
/> — максимальная скорость движенияпогрузчика, />
/> — номинальный вес груза, с учетомскорости
/>
/> — КПД трансмиссии погрузчика, />
/> — суммарный коэффициентсопротивления качению:
/> (30)
/> - коэффициент сопротивлениякачению, />
/> — величина уклона,
/>
/>
В общем случае частота вращенияколенчатого вала />/> при максимальной скоростидвижения автомобиля не равна частоте вращения />, соответствующей максимальноймощности двигателя, и следовательно /> /> — максимальная мощность двигателя
В тех случаях, когда /> максимальнуюмощность двигателя /> л.с., можно найти, пользуясьэмпирической формулой:
Максимальная мощность двигателя:
/> (31)
где /> — эмпирические коэффициенты длябензинового двигателя:
/> — частота вращения коленчатого вала (по аналогу />)
Принимаем />
/>
Условие /> выполняется.
Скорость, соответствующаямаксимальной мощности:
/> (32)
/>
Построение внешней скоростнойхарактеристики двигателя:
Для построения необходимоиспользовать формулу:
/>, (33)
где /> и /> — текущие значения соответственно мощности двигателя и частоты вращенияколенчатого вала.Задаваясь такими значениям />, которые соответствуют значениямсоотношения />и подчитываем величинысоответствующей мощности />.
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Определение текущих значений крутящихмоментов:
/> (34)
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Данные расчетов сводим в таблицы:
/> 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2
/> 14,061 29,928 46,827 63,984 80,625 95,975 109,263 119,712 126,549 129 126,291 117,648
/>
/> 233,33 466,66 699,99 933,32 1166,65 1399,98 1633,31 1866,64 2099,97 2333,3 2566,63 2800
/> 43,160 45,932 47,911 49,099 49,495 49,098 47,911 45,931 43,160 39,596 35,241 30,093
/>
3.2Определение основных параметров трансмиссии
Преобразование выходныхтягово-скоростных параметров двигателя (крутящего момента и частоты вращения) втрансмиссии осуществляется при помощи главной передачи и коробки переменыпередач.
Передаточное отношениеглавной передачи рассчитывается исходя из обеспечения максимальной скоростидвижения погрузчика на первой передаче (передаточное отношение коробки передач /> ) по формуле:
/>, (35)
где:/> — максимальная частотавращения коленчатого вала принятая при построении внешней скоростнойхарактеристики;( />=2800 об/мин)
/> — радиус ведущих колес(принимается в соответствии с аналогом).
Выбор шин
Для выбора шин надоопределить нагрузку, приходящуюся на одно колесо погрузчика. У погрузчиков сколесной формулой 4х2 на заднюю ось при полном использовании нагрузкиприходится около 25-30% нагрузки. На передней оси этих погрузчиков обычномонтируются четыре шины, каждая из которых испытывает большую весовую нагрузку,чем шина заднего колеса, поэтому выбор производится по весовой нагрузке,приходящейся на одно переднее колесо.
Нагрузка на одно колесоопределяется по формуле:
/>, (36)
где: /> — число колес напередней оси, />=4
/>-полный вес погрузчика
/> (37)
где /> — вес груза по заданию (46060Н)
/>,/>, /> — веса соответственно подъёмнойкаретки с вилами выдвижной рамы с плунжером цилиндра подъёма и траверсы сроликами и наружной рам; />=6468Н, />=3175,2Н, />=3492,764Н
/> — полный вес снаряженногопогрузчика, (по аналогу /> =56840Н)
/>
/>
По средней нагрузке /> по справочнику[2] подбираем пневматические шины типа />:
наружный диаметр номинальный 535 мм;
ширина профиля без нагрузки не более 200 мм;
статический радиус номинальный 247 мм;
нагрузка на шину 25,0кН;
материал резина
внутреннее давление 0,9 МПа
/>
Количество передач и их передаточные числа определяют способностьпогрузчика к преодолению подъемов в складских помещениях, быстрому разгону идвижению с установленной скоростью при заданном покрытии. Определениепередаточных чисел коробки передач начинают с расчета передаточного числа />/>первой передачи. Дляэтого используют уравнение силового баланса установившегося движенияпогрузчика:
/> (38)
где: />-коэффициент учетавращающихся масс;
j — поступательное ускорение погрузчика0,15-0,25 м2/с.
/> — коэффициент сцепленияколес с дорогой зависит от качества дорожного покрытия (по заданию />=0,89).
/> (39)
где: а –коэффициент учета вращающихся масс (принимаем согласно рекомендации [1]; а= 0,04);
/> - передаточное число коробкипередач в момент начала движения. Так как данное значение неизвестно егопринимаем приближенно из диапазона 3,5-5; />=4
/>
/>
Суммарное сопротивлениеможет быть преодолено, если отношение максимальной тяговой силы к весуавтомобиля будет равно или больше этого коэффициента, т.е.
/> (40)
где: />-максимальный крутящий момент />
/>-КПД трансмиссии />=0,85
/>
Увеличение передаточногочисла первой передачи допустимо только до величины, при которой развиваемаятяговая сила еще не достигнет силы сцепления колес с дорогой, т. е.
/> (41)
где: /> - сцепной веспогрузчика, кг;
Из равенства (41)получаем:
/> (42)
Сцепной веспереднеприводного погрузчика равен 55-65% от веса погрузчика с грузом. />
/>
Так как передаточноечисло полученное по формуле (42) меньше чем определенное по формуле (40), тоследует проверить возможность увеличения веса, приходящегося на ведущие колеса.
Так как при выборе шинбыли взяты шины с допустимой нагрузкой 25,0кН, а средняя нагрузка />, следовательноможно увеличить вес приходящийся на ведущие колеса до 85% от полного весапогрузчика.
Тогда сцепнойвес переднеприводного погрузчика будет равен:
/>
/>
Так как условие невыполняется выберем пневматические шины по справочнику [2] типа:7.00-12
наружный диаметр номинальный 660мм;
ширина профиля без нагрузки не более 192 мм;
статический радиус номинальный 305 мм;
нагрузка на шину 27,6кН;
материал резина
внутреннее давление 0,8 МПа
Пересчитаем формулы(40),(42) с учетом, что статический радиус />=0,305м и сцепной вес переднеприводного погрузчикаравен 95% от веса погрузчика с грузом. />
/>
/>
Так как увеличить весприходящийся на передние колеса, в пределах, обеспечивающих равенствопередаточных чисел, определенных по формулам (40) и (42), невозможно, топринимаем значение передаточного числа первой передачи, полученное по формуле (42),т.е. />=5,5
От выбора промежуточныхпередаточных чисел коробки передач зависят как тяговые, так и экономическиесвойства автомобиля. Одним из простейших методов выбора передаточных чиселпромежуточных передач является метод, в основу которого положено наиболееполное использование мощности двигателя при разгоне погрузчика, начиная спервой и кончая высшей передачей. При наличии бесступенчатой коробки передачразгон можно производить не меняя частоты вращения коленчатого вала двигателя.В этом случае можно работать на частоте вращения />, используя в процессе разгонамаксимальную мощность двигателя и получая в результате этого максимальновозможные для данного автомобиля ускорения. При ступенчатой коробке передач длянаилучшего использования мощности, двигатель на всех передачах, должен работатьв некотором диапазоне частоты вращения коленчатого вала от /> до />.
Если пренебречь падениемскорости в процессе переключения передач, то каждый раз при переключениипередач скорость движения погрузчика, достигнутая перед моментом переключения,например в конце разгона на первой передаче />, равна скорости, с которойначинается разгон на второй передаче т.е.
/> (43)
следовательно:
/>,
или:
/> (44)
Из равенства (44)следует, что для наилучшего использования мощности двигателя передаточные числадолжны подчиняться закону геометрической прогрессии со знаменателем q.
Из предварительногорасчета известны передаточные числа первой и высшей передач. Пользуясьравенством (44), можно найти передаточные числа промежуточных передач длякоробки передач с любым числом ступеней.
Для коробки передач с n ступенями передач передаточное числолюбой передачи можно определить по формуле.
/> (45)
где: k-номер передачи;
n -число ступеней, исключая заднюю иускоряющую передачи.n =5
/>
/>
/>
/>
Обычно передаточное числозаднего хода принимается />
/>
3.3 Расчетдинамической тяговой характеристики погрузчика
Для оценки динамическиххарактеристик погрузчика аналогично автомобилю используют показательдинамического фактора. Данная величина представляет собой отношение силы тягиразвиваемой погрузчиком отнесенной к полной массе погрузчика:
/> (46)
где: />– полная массапогрузчика;(116035,964Н)
Последовательностьпостроения динамической характеристики погрузчика:
Для каждого из значенийчастот вращения двигателя /> принимаемых в предыдущем разделесоответствующих им выходных показателей мощности двигателя определяемых поформуле (33) и крутящих моментов формула (34) определяются скорости движенияпогрузчика на каждой передаче по формуле:
/> (47)
Из формулы (40) выражаемзначение /> определяяего значения на каждой передаче при соответствующих значениях частот вращения(крутящих моментов).
/> (48)
Далее по формуле (47)находят значения динамического фактора.
Полученные значениязаносим в таблицу 1.
По данным таблицы 1необходимо построить график изменения динамического фактора для рассчитываемогопогрузчика на каждой передаче. На оси абсцисс откладываем значение скоростипогрузчика, а по оси ординат показания динамического фактора на каждой передаче.
Таблица 1 — Сводные данные тягово-скоростных значений погрузчикаM 43,16 45,932 47,911 49,099 49,495 49,098 47,911 45,931 43,16 39,596 35,241 30,093 n 233,33 466,66 699,99 933,32 1166,7 1400 1633,3 1866,6 2100 2333,3 2566,6 2800 V1 0,3742 0,7484 1,1226 1,4968 1,871 2,2452 2,6194 2,9936 3,3678 3,742 4,1162 4,4905 V2 0,5733 1,1466 1,7199 2,2932 2,8664 3,4397 4,013 4,5863 5,1596 5,7329 6,3062 6,8796 V3 0,8795 1,7591 2,6386 3,5181 4,3977 5,2772 6,1567 7,0363 7,9158 8,7953 9,6749 10,555 V4 1,3452 2,6903 4,0355 5,3807 6,7258 8,071 9,4162 10,761 12,106 13,452 14,797 16,142 V5 2,0581 4,1162 6,1743 8,2324 10,291 12,349 14,407 16,465 18,523 20,581 22,639 24,698 Pт1 8624 9177,9 9573,3 9810,7 9889,8 9810,5 9573,3 9177,7 8624 7911,8 7041,6 6013 Pт2 5629,1 5990,6 6248,7 6403,7 6455,3 6403,6 6248,7 5990,5 5629,1 5164,3 4596,3 3924,9 Pт3 3669,1 3904,8 4073 4174 4207,7 4173,9 4073 3904,7 3669,1 3366,1 2995,9 2558,3 Pт4 2399 2553,1 2663,1 2729,2 2751,2 2729,1 2663,1 2553,1 2399 2200,9 1958,9 1672,7 Pт5 1568 1668,7 1740,6 1783,8 1798,1 1783,7 1740,6 1668,7 1568 1438,5 1280,3 1093,3 Dk1 0,7291 0,7759 0,8094 0,8294 0,8361 0,8294 0,8094 0,7759 0,7291 0,6689 0,5953 0,5084 Dk2 0,4759 0,5065 0,5283 0,5414 0,5458 0,5414 0,5283 0,5065 0,4759 0,4366 0,3886 0,3318 Dk3 0,3102 0,3301 0,3443 0,3529 0,3557 0,3529 0,3443 0,3301 0,3102 0,2846 0,2533 0,2163 Dk4 0,2028 0,2158 0,2251 0,2307 0,2326 0,2307 0,2251 0,2158 0,2028 0,1861 0,1656 0,1414 Dk5 0,1326 0,1411 0,1472 0,1508 0,152 0,1508 0,1472 0,1411 0,1326 0,1216 0,1082 0,0924
4. Расчетавтопогрузчика на устойчивость
Вилочные погрузчикипроверяют на продольную и поперечную устойчивость.
Целью расчета является определениеосновных конструктивных параметров погрузчика (расположение центра тяжестипогрузчика без грузоподъемника, груза относительно точки опрокидывания)обеспечивающих его устойчивость.
Для расчетов необходимопредварительно задаться положением центров тяжести отдельно самой машины игрузоподъемника с выдвинутой верхней рамой и опущенной.
Положение центра тяжести погрузчикабез грузоподъемника назначаем из того расчета, что основная масса машиныприходится на заднюю ее половину, так как там располагаются наиболее массивныечасти машины: двигатель с навесными агрегатами, коробка перемены передач,противовес. В грузоподъемном механизме основной вес приходится на рамыгрузоподъемника, поэтому расположение центра тяжести назначим на оси рамгрузоподъемника.
4.1 Расчетпогрузчика на продольную устойчивость
Погрузчики рассчитывают впяти разных случаях.
Первый случай.Автопогрузчик с поднятым на полную высоту номинальным грузом и отклоненнымвперёд до отказа грузоподъёмником стоит на горизонтальной площадке (рисунок 6).При расчёте следует учитывать дополнительный наклон грузоподъёмника вперёдиз-за посадки переднего моста и упругой деформации элементов конструкции. Такойслучай встречается при штабелировании груза и считается самым тяжёлым дляустойчивости.
/>
Рисунок 6-Схема продольной устойчивости автопогрузчика при стоянке на горизонтальнойплощадке с максимально поднятым грузом
Q – полный вес груза по заданию;( Q=46060Н)
G1, G2 – вес автопогрузчика безгрузоподъемника, вес грузоподъемника;
О, О1, О2– ц.т. груза, погрузчика и грузоподъемника соответственно;
С – шарнир поворотагрузоподъемника;
/> - ц.т. груза и грузоподъемникаотклоненных вперед на угол />;
/> - угол наклона грузоподъемника позаданию, />=30;
/> - угол наклона вперед вызванныйдеформацией шин, упругими деформациями металлоконструкций и ходовогооборудования, />=20;
/> - вылеты ц.т. от оси передних колеси их высоты от земли;
/> - координаты оси поворотагрузоподъемника относительно оси передних колес
/>
Вылеты центра тяжести грузоподъёмникаи груза от оси передних колёс при наклоне можно определить по формулам:
/>, (49)
/>, (50)
где
/>, (51)
/>, (52)
и углы наклона к горизонту линий />:
/>, (53)
/> (54)
Координаты центров тяжестипринимаются по масштабной схеме аналога разрабатываемого погрузчика:
/>
/>
где />-масштабный коэффициент, />=33,3
/>
где />=145мм — расстояние от оси цилиндра до плоскостигрузовых цепей, />=760мм — расстояние от центратяжести груза до плоскости грузовых цепей [см. рисунок ],
/>
где />=3000мм — высота подъема груза позаданию,
/>=690мм — расстояние от переднейстенки вил до центра тяжести груза.
/>
где />-масштабный коэффициент, />=33,3
/> [см. п.п.2.2, /> ],
/>
/>.
где />-масштабный коэффициент, />=33,3
Вес грузоподъемника равен:
/>
где /> — вес подъемной каретки с вилами[см. п.п. 3.2.1 ],
/> — вес выдвижной рамы с плунжеромцилиндра подъема и траверсы с роликами, см. п.п. 3.2.1 ],
/> — вес наружной рамы [см. п.п.3.2.1 ].
Вес погрузчика без грузоподъемника:
/>
где />=56840Н- вес погрузчика поаналогу.
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Определив координаты центров тяжести,можно оценить коэффициент грузовой устойчивости, учитывая 10 % запас, он долженбыть больше 1,1:
/> (55)
/>
Коэффициент грузовойустойчивости больше 1,1, следовательно, автопогрузчик устойчив с поднятым на полнуювысоту номинальным грузом и отклоненным вперёд до отказа грузоподъёмником.
Второй случай:автопогрузчик с поднятым на полную высоту номинальным грузом и нормальноустановленным к основанию автопогрузчика грузоподъёмником стоит на наклоннойплощадке (рисунок 7).
/>
Рисунок 7 — Схема продольной устойчивости автопогрузчика при стоянке на наклонной площадкес максимально поднятым грузом
Согласно рекомендациямуклон площадки принимают равным 4% (/>) для автопогрузчиковгрузоподъёмностью до 5 т.
Коэффициент грузовой устойчивости вданном случае равен:
/> (56)
/>
/>, следовательно, погрузчик устойчив в данномположении.
Третий случай.Автопогрузчик с грузом при увеличенной его массе на 10 %, т. е. при 1,10,поднятым от земли на высоту h = 300 мм, и отклонённым назад грузоподъёмником до отказа движется с максимальной скоростью изатормаживается с замедлением = 1,5 м/c2.Расчетная схема приведена на рисунке 8.
/>
Рисунок 8-Схема продольной устойчивости автопогрузчика при стоянке на горизонтальнойплощадке с грузом, поднятым на высоту 300 мм
При расчете приняты обозначения:
Q – полный вес груза по заданию (Q=46060Н) ;
G1, G2 – вес автопогрузчика безгрузоподъемника, вес грузоподъемника;
О, О1, О2 –ц.т. груза, погрузчика и грузоподъемника соответственно, когда груз поднят на 300 мм и при вертикально установленном грузоподъемнике;
С – шарнир поворота грузоподъемника;
/> - ц.т. груза и грузоподъемника, когда груз поднят на 300 мм и грузоподъемник отклонен назад на угол />;
/> - угол наклона грузоподъемника назад по заданию, />=70;
/> - угол наклона вперед вызванныйдеформацией шин, упругими деформациями металлоконструкций и ходового оборудования,/>=20;
/> - вылеты ц.т. от оси передних колес и их высоты отземли;
/> - координаты оси поворота грузоподъемникаотносительно оси передних колес
/>
Вылеты/>определим по формулам:
/>, (57)
/> (58)
/>, (59)
/>,(60)
где
/>, (61)
/>, (62)
и углы наклона к горизонту линий />:
/>, (63)
/> (64)
Принимаем следующие значенияразмерных величин
из первого случая расчета наустойчивость:
/>/> /> /> />. />,/>.
и по масштабной схеме:
/>/>
где />=912
[см.п.п.2.2]
Подставив значения в формулы, найдемкоординаты смещенных центров тяжести.
/>
/>
/>м
/>м
/>м
/>м
/>м
/>м
Коэффициент грузовой устойчивости дляданного случая равен:
/>, (65)
где /> - силы инерциисоответственно груза, автопогрузчика без грузоподъемника и грузоподъемника,определяемые по общей формуле:
/>, (66)
где /> или /> и />;
i – замедление, i=1,5 м/с2 ;
g = 9,81 м/с2
/>
/>
/>
/>
/>, следовательно, погрузчикустойчив в данном положении.
Четвёртый случай.Автопогрузчик с номинальным грузом, поднятым от земли на 300 мм, и отклонённым назад грузоподъёмником стоит на площадке с уклоном 18 %, т. е. наклонённой подуглом = 10012/ (рисунок 9).
/>
Рисунок 9-Схема продольной устойчивости автопогрузчика при стоянке на наклонной площадкес грузом, поднятым на высоту 300 мм
В четвертом случае сохраняются все теже обозначения и размеры, что и в третьем случае. Тогда коэффициентустойчивости равен:
/> (67)
/>
Пятый случай.Автопогрузчик без груза с вилами, поднятыми на 300 мм от земли, и отклонённым назад до отказа грузоподъёмником съезжает с уклона на максимальнойскорости и при резком повороте. Гранью возможного опрокидывания является линияВС, проходящая через шарнир балансира управляемого моста и опору крайнегоколеса ведущего моста (рисунок 10).
Для определенияустойчивости в данном случае, требуется построение масштабной схемы смещенияцентра тяжести погрузчика. Для этого необходимо определить положение ц.т.погрузчика с грузоподъемником и найти его смещение при повороте.
Площадка, с которойсъезжает погрузчик, имеет уклон равный:
/> (68)
где />-максимальная скоростьавтопогрузчика без груза, км/ч
/>
Суммарная высота центратяжести автопогрузчика с грузоподъемником, отклоненным назад:
/> (69)
/>
Расстояние от оси передних колес доцентра тяжести автопогрузчика:
/> (70)
/>
Смещение центра тяжести всегопогрузчика в плане от его продольной оси при наклоне опорной площадки на угол /> равно:
/> (71)
/>
По полученным значения, построимсхему устойчивости погрузчика, принимая, что /> и />.
По схеме геометрическим построениемнайдем отрезок />
/>
М 1:20
По схеме видно, чтосмещение центра тяжести в плане не выходит за линию ВС опрокидывания (/>), следовательно,погрузчик устойчив к опрокидыванию.
4.2 Расчетпогрузчика на поперечную устойчивость
Автопогрузчикрассчитывают при штабелировании. Автопогрузчик с
поднятым на полную высотуноминальным грузом и отклонённым назад на
угол />, грузоподъёмником стоитна поперечном уклоне с углом />. Гранью возможного опрокидыванияявляется линия ВС, проходящая через шарнир балансира управляемого моста и опорукрайнего колеса ведущего моста. Здесь h=2/3rк=0,305*2/3=0,203 м — высота шарнира управляемого мостаот земли; />,/>— координаты центра тяжестиавтопогрузчика, G — вес погрузчикас номинальным грузом без управляемого (балансирного) моста. Расчетная схемаприведена на рисунке 11
Опрокидываниеавтопогрузчика начнётся, когда вектор веса G будет пересекать грань опрокидывания ВС. Согласнотребованиям СЭВ автопогрузчик должен сохранять устойчивость при поперечномуклоне, равном 6 %, т. е. при угле = 3026/.
Задачу решим геометрическимпостроением. Необходимо определить, не выходит ли отрезок FE за линию ВС.
/> (72)
/> (73)
/>
/>
Найдем смещение FE вектора веса G:
/>
По схеме геометрическим построениемнайдем отрезок />
/>
Таким образом />,следовательно, вектор веса G невыходит за грань опрокидывания, погрузчик устойчив в данном положении.
После всех расчетов можносделать вывод, что погрузчик обладает достаточной устойчивостью при различныхрабочих положениях и может выполнять свой функции без опасности опрокидывания.
Списоклитературы
1. Расчет механизмов вилочногопогрузчика: методические указания/ П.С. Кондратьев. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС,2005. – 31 с.: ил.
2. Погрузочно-разгрузочные машины:Учебник для вузов ж/д транспорта/ И.И Мачульский.: Желдориздат, 2000. – 476 с.
3. Каверзин С.В. Курсовое и дипломноепроектирование по гидроприводу самоходных машин. Красноярск:Производственно-издательский комбинат «Офсет». 1997г.-382 с.
4. Погрузочно-разгрузочные машины нажелезнодорожном транспорте: Учебник для техникумов/ Э.И. Ридель.- М.:Транспорт, 1978.- 383 с.