Описание
В дипломной работе разработан проект модернизации вилочного автопогрузчика с цель повышения эксплуатационных свойств.
Выполнена модернизация погрузчика, с разработкой гидрообъемной трансмиссией.
Проектируемый автопогрузчик вилочный общего назначения с номинальной грузоподъемностью 5000 кг. Погрузчик приводится в движение от дизельного двигателя через гидрообъемную передачу к переднему приводному мосту.
В качестве аналогов рассматриваются следующие автопогрузчики:
– Погрузчик вилочный типа 41.030 выпускаемый Львовским заводов автопогрузчиков;
– Погрузчик вилочный ВП-05, выпускаемый ОАО «ТВЭКС»;
В погрузчике 41.030 привод моста от двигателя осуществляется через систему редукторов и карданных валов.
В погрузчике ВП-05 привод моста осуществляется от двух скоростного гидромотора типа 303.3.112 через главную передачу, с передаточным числом ≈ 7.33. Общее передаточное число между двигателем и колесом imax≈28.6. Реверс хода происходит за счет гидрораспредилителя, установленного между аксиально-поршневым насосом с наклонным блоком цилиндра типа 313.3.55.557.303 и гидромотором.
Потребность в увеличении объемов складской техники возрастает с каждым годом на 10 – 30%. В современных условиях рынок предоставляет колоссальные возможности по выбору автопогрузчиков.
Данный проект позволяет не только создавать новые погрузчики, но и заменить выработавшую свой ресурс старую трансмиссию.
Вилочные автопогрузчики, пользующиеся особенно большим спросом, предназначены для погрузочно-разгрузочных работ на открытых площадях внутризаводских территорий предприятий, на складах, в морских и речных портах, на железнодорожных товарных и сортировочных станциях и терминалах.
Количество отработанных моточасов – хотя и основной показатель при оценке срока службы складской техники, но далеко не единственный. Большую роль играет тип трансмиссии.
При перевозках на небольшие расстояния целесообразна автоматическая трансмиссия. А немецкая компания Linde около полвека ставит на свои погрузчики гидростатическую трансмиссию – собственную уникальную разработку.
Гидростатическая (гидрообъемная) трансмиссия имеет ряд преимуществ. Гидрообъемная трансмиссия обеспечивает плавное трогание с места и непрерывный, осуществляемый без разрыва потока мощности, разгон. ГОТ позволяет обеспечить работу двигателя на оптимальных режимах и в результате на 10…15% сократить расход топлива.. Использование гидравлики в четыре раза (в сравнении с гидродинамической трансмиссией) уменьшает количество трущихся поверхностей. Такая компоновка освободила погрузчик от таких объемно-ремонтных узлов, как гидротрансформатор, сцепление, коробка передач, механизм обратного хода. Чем меньше деталей и механизмов, тем проще и надежнее техника в эксплуатации, и тем выше ее моторесурс. Это в свою очередь снижает расход топлива, уровень выхлопа, шума и вибрации. Словом, хорошая «прибавка к экономии».
Применение гидростатической передачи позволяет отрегулировать выходную мощность вплоть до остановки выходного вала.
В данный момент на российском рынке, отсутствует достойный конкурент зарубежным аналогам автопогрузчиков. Который будет не только дешевле, но и не уступать по качеству.
Внедрение трансмиссии разрабатываемой в дипломной работе непосредственно повлияет на повышение конкурентоспособности и увеличение рынка сбыта, обусловленных желанием потенциальных покупателей иметь более удобную трансмиссию с улучшенной топливной экономичностью.
Техническая характеристика прототипа:
| Масса перевозимого груза, включая водителя и пассажиров |
5080 кг |
| Число мест, включая водителя |
1 |
| Собственная масса погрузчика |
6300 кг |
| Полная масса погрузчика с грузом и водителем |
11380 кг |
| Распределение нагрузки на ведущий мост: |
|
| нагрузка на передний мост погрузчика с грузом |
10900 кг |
| нагрузка на передний мост погрузчика без груза |
3150 кг |
| Наибольшая скорость при полной массе |
10 км/ч |
| Наибольший подъем, преодолеваемый с грузом |
20о |
| Двигатель: |
|
| Номинальная мощность при 1600 об/мин |
70 кВт 93,9 л.с. |
| Максимальный крутящий момент при 1500 об/мин |
422 Нм |
| Шины |
8.25–20М–149А |
В проектируемом погрузчике предполагается использовать насос с наклонной шайбой типа 416.90, который позволит исключить из гидросистемы высокого давления гидрораспредилитель с расходом Q=200л/мин и P=35МПа, который серийно специализированными отечественными заводами не выпускается. Кроме того, предполагается исключить редуктор главной передачи между гидромотором и мостом.
Результаты предварительного расчета
| Вариант исполнения ходовой части |
Насос с регулятором мощности V=90
Гидромотор V=250 |
Насос с регулятором мощности V=90
Гидромотор V=160 |
| i=13.62 |
i=15.37 |
i=13.62 |
i=15.37 |
| Максимальное тяговое усилие на ведущем мосту, кН |
28,4 |
28,4 |
28,4 |
28,4 |
| Тяговое усилие при V=25 км/час, кН |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
| Тяговое усилие при максимальном грузе на горизонтальной поверхности, кН |
8,55 |
8,55 |
8,55 |
8,55 |
| Скорость погрузчика с грузом при максимальном подъеме, км/час |
7,65 |
7,5 |
7,65 |
7,5 |
| Скорость погрузчика с грузом на горизонтальной поверхности (при номинальных рабочих объемах насоса и мотора) км/час |
9 |
8 |
14,6 |
12,7 |
| Перепад давлений при движении погрузчика с грузом по горизонтальной поверхности, МПа |
6,4 |
5,7 |
10 |
8,9 |
| Перепад давлений при движении погрузчика с грузом при максимальном уклоне, МПа |
21 |
18,8 |
33,1 |
29,3 |
| Рабочий объем насоса при максимальном тяговом усилии, |
74 |
83,9 |
47,5 |
53,3 |
| Потребляемая максимальная мощность при движении погрузчика с грузом при максимальном уклоне, кВт |
59,6 |
59,6 |
59,6 |
59,6 |
| Потребляемая мощность погрузчика без груза при движении со скоростью 25 км/час, кВт |
19 |
18,5 |
19 |
18,5 |
| Минимальный рабочий объем гидромотора, |
91,8 |
81,5 |
91,8 |
81,5 |
| Диапазон регулирования гидромотора |
2,7 |
3 |
1,74 |
1,96 |
| Диапазон регулирования насоса |
1,2 |
1,07 |
1,9 |
1,7 |
С учетом выше изложенного были проведены предварительные расчеты тягово-скоростных характеристик проектируемого погрузчика, оснащенного дизельным двигателем Д-243 и приводными мостами с передаточными числами i=13.62 и i=15.37.
Анализ полученных результатов показал, что работа погрузчика при движении с грузом на уклоне 18% будет возможна только в случае ограничения рабочего объема насоса. Кроме того, часть мощности двигателя необходимо зарезервировать на механизмы, работу которых необходимо совмещать с работой трансмиссионного насоса.
Согласно ГОСТ 16215 «Автопогрузчики вилочные общего назначения. Общие технические условия» преодолеваемый уклон для данного типа проектируемого погрузчика регламентирован 20% и превышает максимально допустимые уклоны, прототипов в 16% и 18%.
По результатам анализа выполненных расчетов можно сделать следующие выводы:
- При движении погрузчика по горизонтальной поверхности без груза достигается скорость 25,4 км/ч при номинальных оборотах двигателя.
- Для создания необходимого тягового усилия при движении погрузчика с грузом по горизонтальной поверхности достаточно установленной мощности дизеля, при частоте вращения 1600 об/мин, и номинальных рабочих объемов насоса и гидромотора. При таких параметрах максимальная скорость движения погрузчика составляет 9 км/ч. Для получения максимальной скорости передвижения (25 км/ч) необходимо уменьшить рабочий объем гидромотора до 81,5 и увеличить обороты дизеля до 2200 об/мин.
- При движении погрузчика с грузом на уклоне 20% мощности двигателя достаточно только для работы с грузами до 2 тонн, с максимальной скоростью передвижения 12,5 км/ч. При работе с более тяжелыми грузами необходимо регулировать потребляемую мощность дизеля за счет уменьшения рабочего объема насоса. Рекомендуемая частота вращения вала дизеля при работе с грузами более 2 тонн – 1600 об/мин. Скорость передвижения при таких регулировках от 7 до 9 км/ч в зависимости от веса груза.
- Для оптимизации условий получения максимальных скоростей и упрощения управления погрузчиком с грузами, после освоения серийного выпуска погрузчика целесообразно разработать предложение по созданию насоса 416.90… с регулятором мощности и ручным обеспечением ползучих скоростей.
Для обеспечения работы погрузчика на максимальном уклоне 20%, указанном в ГОСТ 16215, принято решение применить более мощный двигатель Д-245.7Е2 с номинальной мощностью N=90 кВт. После всех расчетов можно сделать вывод, что погрузчик обладает достаточной устойчивостью при различных рабочих положениях и может выполнять свой функции без опасности опрокидывания. В экономической части дипломного проекта рассчитан годовой экономический эффект модернизации автопогрузчика. Рассмотрены вопросы безопасности труда рабочих и охраны окружающей среды.
Расчет автопогрузчика на устойчивость
Вилочные погрузчики проверяют на продольную и поперечную устойчивость.
В результате изменения типа трансмиссии, произошло перераспределение масс агрегатов.
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, противовес. В грузоподъемном механизме основной вес приходится на рамы грузоподъемника, поэтому расположение центра тяжести назначим на оси рам грузоподъемника.
Расчет автопогрузчика 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. 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.
Q – полный вес груза по заданию;( Q=46060Н)
Рисунок 4.3 – Схема продольной устойчивости автопогрузчика при стоянке на горизонтальной площадке с максимально поднятым грузом
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:
где
и углы наклона к горизонту линий :
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
где =3000мм – высота подъема груза по заданию,
=690мм – расстояние от передней стенки вил до центра тяжести груза.
где -масштабный коэффициент, =33,3
где -масштабный коэффициент, =33,3
Вес грузоподъемника равен:
где – вес подъемной каретки с вилами – вес выдвижной рамы с плунжером цилиндра подъема и траверсы с роликами
– вес наружной рамы
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:
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 4.4
Рисунок 4.4 – 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:
, 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 4.5
Рисунок 4.5 – 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:
где
и углы наклона к горизонту линий :
Принимаем следующие значения размерных величин
из первого случая расчета на устойчивость:
и по масштабной схеме:
где =912
Подставив значения в формулы, найдем координаты смещенных центров тяжести.
Коэффициент грузовой устойчивости для данного случая равен:
где – силы инерции соответственно груза, автопогрузчика без грузоподъемника и грузоподъемника, определяемые по общей формуле:
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 4.6
В четвертом случае сохраняются все те же обозначения и размеры, что и в третьем случае. Тогда коэффициент устойчивости равен:
Рисунок 4.6 – Схема продольной устойчивости автопогрузчика при стоянке на наклонной площадке с грузом, поднятым на высоту 300 мм
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 4.7
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:
где -максимальная скорость автопогрузчика без груза, км/ч
Суммарная высота центра тяжести автопогрузчика с грузоподъемником, отклоненным назад:
Расстояние от оси передних колес до центра тяжести автопогрузчика:
Смещение центра тяжести всего погрузчика в плане от его продольной оси при наклоне опорной площадки на угол равно:
По полученным значения, построим схему устойчивости погрузчика, принимая, что и .
По схеме геометрическим построением найдем отрезок
По схеме видно, что смещение центра тяжести в плане не выходит за линию ВС опрокидывания () , следовательно, погрузчик устойчив к опрокидыванию.
Расчет автопогрузчика 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=2/3rк=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.
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.
Вывод: После всех расчетов можно сделать вывод, что погрузчик обладает достаточной устойчивостью при различных рабочих положениях и может выполнять свой функции без опасности опрокидывания.
