Расчет автопогрузчика на устойчивость

4. Расчет автопогрузчика на устойчивость

Вилочные погрузчики проверяют на продольную и поперечную устойчивость.

Целью расчета является определение основных конструктивных параметров погрузчика (расположение центра тяжести погрузчика без грузоподъемника, груза относительно точки опрокидывания) обеспечивающих его устойчивость.

Для расчетов необходимо предварительно задаться положением центров тяжести отдельно самой машины и грузоподъемника с выдвинутой верхней рамой и опущенной.

Положение центра тяжести погрузчика без грузоподъемника назначаем из того расчета, что основная масса машины приходится на заднюю ее половину, так как там располагаются наиболее массивные части машины: двигатель с навесными агрегатами, коробка перемены передач, противовес. В грузоподъемном механизме основной вес приходится на рамы грузоподъемника, поэтому расположение центра тяжести назначим на оси рам грузоподъемника.

4.1 Расчет погрузчика на продольную устойчивость

Погрузчики рассчитывают в пяти разных случаях.

Первый случай. Автопогрузчик с поднятым на полную высоту номинальным грузом и отклоненным вперёд до отказа грузоподъёмником стоит на горизонтальной площадке (рисунок 6). При расчёте следует учитывать дополнительный наклон грузоподъёмника вперёд из-за посадки переднего моста и упругой деформации элементов конструкции. Такой случай встречается при штабелировании груза и считается самым тяжёлым для устойчивости.

Рисунок 6- Схема продольной устойчивости автопогрузчика при стоянке на горизонтальной площадке с максимально поднятым грузом

Q – полный вес груза по заданию;( Q=46060Н)

G₁, G₂ – вес автопогрузчика без грузоподъемника, вес грузоподъемника;

О, О₁, О₂ – ц.т. груза, погрузчика и грузоподъемника соответственно;

С – шарнир поворота грузоподъемника;

 - ц.т. груза и грузоподъемника отклоненных вперед на угол ;

 - угол наклона грузоподъемника по заданию, =3⁰;

 - угол наклона вперед вызванный деформацией шин, упругими деформациями металлоконструкций и ходового оборудования, =2⁰;

 - вылеты ц.т. от оси передних колес и их высоты от земли;

 - координаты оси поворота грузоподъемника относительно оси передних колес

Вылеты центра тяжести грузоподъёмника и 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 тяжести принимаются по масштабной схеме аналога разрабатываемого погрузчика:

где -масштабный коэффициент, =33,3

где =145мм - расстояние от оси цилиндра до плоскости грузовых цепей, =760мм - расстояние от центра тяжести груза до плоскости грузовых цепей [см. рисунок ],

где =3000мм - высота подъема груза по заданию,

=690мм - расстояние от передней стенки 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 плунжером цилиндра 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 по аналогу.

Определив координаты центров тяжести, можно оценить коэффициент грузовой устойчивости, учитывая 10 % запас, он должен быть больше 1,1:

 (55)

Коэффициент грузовой устойчивости больше 1,1, следовательно, автопогрузчик устойчив с поднятым на полную высоту номинальным грузом и отклоненным вперёд до отказа грузоподъёмником.

Второй случай: автопогрузчик с поднятым на полную высоту номинальным грузом и нормально установленным к основанию автопогрузчика грузоподъёмником стоит на наклонной площадке (рисунок 7).

Рисунок 7 - Схема продольной устойчивости автопогрузчика при стоянке на наклонной площадке с максимально поднятым грузом

Согласно рекомендациям уклон площадки принимают равным 4% () для автопогрузчиков грузоподъёмностью до 5 т.

Коэффициент грузовой устойчивости в данном случае равен:

 (56)

, следовательно, погрузчик устойчив в данном положении.

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 и затормаживается с замедлением = 1,5 м/c² . Расчетная схема приведена на рисунке 8.

Рисунок 8- Схема продольной устойчивости автопогрузчика при стоянке на горизонтальной площадке с грузом, поднятым на высоту 300 мм

При расчете приняты обозначения:

Q – полный вес груза по заданию (Q=46060Н) ;

G₁, G₂ – вес автопогрузчика без грузоподъемника, 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 вызванный деформацией шин, упругими деформациями металлоконструкций и ходового оборудования, =2⁰;

 - вылеты ц.т. от оси передних колес и их высоты от земли;

 - координаты оси поворота грузоподъемника относительно оси передних колес

Вылеты определим по формулам:

, (57)

 (58)

, (59)

,(60)

где

, (61)

, (62)

и углы наклона к горизонту линий :

, (63)

 (64)

Принимаем следующие значения размерных величин

из первого случая расчета на устойчивость:

   . ,.

и по масштабной схеме:

где =912

[см.п.п.2.2]

Подставив значения в формулы, найдем координаты смещенных центров тяжести.

м

м

м

м

м

м

Коэффициент грузовой устойчивости для данного случая равен:

, (65)

где  - силы инерции соответственно 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, погрузчик устойчив 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 под углом = 10⁰ 12^/ (рисунок 9).

Рисунок 9- Схема продольной устойчивости автопогрузчика при стоянке на наклонной площадке с грузом, поднятым на высоту 300 мм

В четвертом случае сохраняются все те же обозначения и размеры, что и в третьем случае. Тогда коэффициент устойчивости 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 максимальной скорости и при резком повороте. Гранью возможного опрокидывания является линия ВС, проходящая через шарнир балансира управляемого моста и опору крайнего колеса ведущего моста (рисунок 10).

Для определения устойчивости в данном случае, требуется построение масштабной схемы смещения центра тяжести погрузчика. Для этого необходимо определить положение ц.т. погрузчика с грузоподъемником и найти его смещение при повороте.

Площадка, с которой съезжает погрузчик, имеет уклон равный:

 (68)

где -максимальная скорость автопогрузчика без груза, км/ч

Суммарная высота центра тяжести автопогрузчика с грузоподъемником, отклоненным назад:

 (69)

Расстояние от оси передних колес до центра тяжести автопогрузчика:

 (70)

Смещение центра тяжести всего погрузчика в плане от его продольной оси при наклоне опорной площадки на угол  равно:

 (71)

По полученным значения, построим схему устойчивости погрузчика, принимая, что  и .

По схеме геометрическим построением найдем отрезок

М 1:20

По схеме видно, что смещение центра тяжести в плане не выходит за линию ВС опрокидывания () , следовательно, погрузчик устойчив к опрокидыванию.

4.2 Расчет погрузчика на поперечную устойчивость

 

Автопогрузчик рассчитывают при штабелировании. Автопогрузчик с

поднятым на полную высоту номинальным грузом и отклонённым назад на

угол , грузоподъёмником стоит на поперечном уклоне с углом . Гранью возможного опрокидывания является линия ВС, проходящая через шарнир балансира управляемого моста и опору крайнего колеса ведущего моста. Здесь h=2/3r_к=0,305*2/3=0,203 м — высота шарнира управляемого моста от земли; , — координаты центра тяжести автопогрузчика, G — вес погрузчика с номинальным грузом без управляемого (балансирного) моста. Расчетная схема приведена на рисунке 11

Опрокидывание автопогрузчика начнётся, когда вектор веса G будет пересекать грань опрокидывания ВС. Согласно требованиям СЭВ автопогрузчик должен сохранять устойчивость при поперечном уклоне, равном 6 %, т. е. при угле = 3⁰ 26^/.

Задачу решим геометрическим построением. Необходимо определить, не выходит ли отрезок FE за линию ВС.

 (72)

 (73)

Найдем смещение FE вектора веса G:

По схеме геометрическим построением найдем отрезок

Таким образом , следовательно, вектор веса G не выходит за грань опрокидывания, погрузчик устойчив в данном положении.

После всех расчетов можно сделать вывод, что погрузчик обладает достаточной устойчивостью при различных рабочих положениях и может выполнять свой функции без опасности опрокидывания.

Список литературы

1. Расчет механизмов вилочного погрузчика: 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 дипломное проектирование по гидроприводу самоходных машин. Красноярск: Производственно-издательский комбинат «Офсет». 1997г.-382 с.

4. Погрузочно-разгрузочные машины на железнодорожном транспорте: Учебник для техникумов/ Э.И. Ридель.- М.: Транспорт, 1978.- 383 с.