Обзор существующих конструкций рабочих оборудований фронтальных погрузчиков
Основные рабочие органы и области их применения
Погрузо – разгрузочные машины осуществляют погрузку сыпучих материалов и отдельных грузов в больших объемах в транспортное средство и разгрузку их из транспортного средства. Одним из наиболеепопулярных представителей погрузо – разгрузочных машин является фронтальный погрузчик.
Одноковшовые погрузчики фронтального типа в основном предназначены для механизации погрузочно-разгрузочных работ.
Фронтальные погрузчики применяются в дорожном строительстве при погрузке в транспортные средства снятого плодородного слоя грунта, а также могут быть использованы и для его снятия. В промышленности строительных материалов, при производстве асфальтобетона фронтальные погрузчики применяются для подачи материалов в бункера (питатели). В промышленном и гражданском строительстве ими выполняются работы по погрузке в транспортные средства строительного мусора и излишнего грунта, образующегося при рытье котлованов и траншей.
Фронтальные погрузчики могут работать в погрузочно-разгрузочном, погрузочно-транспортном, землеройно-транспортном, строительно-монтажном и специальном режимах.
При послойной разработке грунтов без предварительной подготовки, при отрывке котлованов для различных сооружений и зданий, силосных ям, колодцев, а также для обратной засыпки грунта в котлованы, траншеи, пазухи фундаментов с последующей планировкой площадки и отделкой рабочей поверхности применяется землеройно-транспортный режим работы погрузчиков.
Работа погрузчиков в погрузочно-разгрузочном режиме применяется при разработке материалов или взятием грузов из штабеля с погрузкой в транспортные средства при небольшой дальности перевозок, а также при выгрузке штучных и тарных грузов, строительных конструкций из транспортных средств.
При работе в погрузочно-транспортном режиме погрузчики перемещают грузы собственным ходом на расстояние от 0,5 до 1 км и разгружают в соответствии с требованиями.
Эти же режимы применяются тогда, когда погрузчики загружают транспортные средства и дробильно-сортировочные агрегаты, штабелируют материалы или образуют отвалы строительных материалов и грунтов, заполняют бункера конвейеров, а также питают передвижные бетонные заводы и асфальтосмесительные установки.
При строительно-монтажном режиме погрузчики применяют с грузоподъемным оборудованием (крановой безблочной стрелой, челюстным захватом и т.п.) при возведении фундаментов зданий, подстанций, малоэтажных объектов и комплексов, преимущественно в сельском строительстве,
Погрузочно-разгрузочный и погрузочно-транспортный режимы по принципу работы машины или основным элементам рабочего цикла сходны. Различаются лишь дальности перевозок, которые при первом режиме минимальны (от 8 до 20 м в зависимости от типоразмера погрузчика и транспортного средства), а при втором режиме могут достигать 1 км.
Широкая область применения фронтальных погрузчиков предопределяет существование их типажного ряда и, соответственно, большое разнообразие конструкций и значений конструктивных и эксплуатационных параметров.
Фронтальные погрузчики представляют собой самоходные универсальные машины, предназначенные для выполнения погрузочно-разгрузочных работ с различными видами грузов (сыпучими, кусковыми, штучными, пакетированными, длинномерными и т.п.), перемещения грузов на сравнительно небольшие расстояния, землеройно-погрузочных, монтажных и вспомогательных работ. Универсальность погрузчиков обеспечивается наличием широкой номенклатуры быстросъемных сменных рабочих органов — ковшей различных типов и вместимости, вилочных, челюстных и монтажных захватов, крановых безблочных стрел, навесных рыхлителей, буров и другие[1].
Различают погрузчики периодического действия — одноковшовые и вилочные и непрерывного действия — многоковшовые. Одноковшовые и вилочные погрузчики выполняют циклично повторяемые операции по загрузке рабочего органа, транспортированию и разгрузке груза раздельно и последовательно. У многоковшовых погрузчиков наполнение и разгрузка рабочего органа осуществляется непрерывно и одновременно [1].
Одноковшовые погрузчики применяют в основном для погрузки-разгрузки, перемещения и складирования насыпных, мелкокусковых материалов и штучных грузов, а также для экскавации и погрузки в автосамосвалы (или отсыпки в отвал) неслежавшихся грунтов I и II категории и естественного грунта III категории. Основным рабочим органом таких погрузчиков является ковш [1].
Одноковшовые погрузчики классифицируют:
а) по грузоподъемности:
- легкие от 0,5 до 2 т.;
- средние от 2 до 4 т;
- тяжелые от 4 до 10 т;
- большегрузные от 4 до 10т;
б) по направлению нагрузки:
- с передней загрузкой;
- с задней разгрузкой;
в) по виду применяемого оборудования:
- универсальные;
- специализированные;
г) по виду базового шасси:
- специальные шасси;
- тракторы;
- тягачи;
д) по типу ходового устройства:
- гусеничные (на базе тракторов);
- пневмоколесные (на базе специальных шасси и тягачей);
- полугусеничные;
е) по расположению рабочего органа относительно двигателя:
- с передним;
- задним расположением;
ж) по способу разгрузки рабочего органа:
- с полуповоротнымпогрузочным оборудованием;
- комбинированнымпогрузочным оборудованием;
- перекиднымпогрузочным оборудованием;
- фронтальным погрузочным оборудованием.
В городском строительстве наиболее распространены фронтальные универсальные погрузчики на пневмоходу.
Фронтальные погрузчики базируются на гусеничных, колесных шасси и тракторах и обеспечивают разгрузку ковша вперед (со стороны разработки материала) на любой отметке в пределах заданной высоты. Ходовое оборудование колесных погрузчиков имеют обычно все (четыре) ведущие колеса, а их опорная рама может быть жесткой и шарнирно сочлененной. Погрузчики с шарнирно сочлененной рамой обладают высокими мобильностью, маневренностью и наиболее эффективно используются в стесненных условиях [1].
Погрузчик (рисунок 1.1) базируется на самоходном пневмоколесном двухосном шасси с шарнирно–сочлененной рамой 5, состоящей из двух полурам, угол поворота в плане которых может составлять ±400. На передней полураме смонтировано погрузочное оборудование и жестко закрепленный передний мост. На задней полураме установлены: силовая установка 2, гидромеханическая трансмиссия, задний мост на балансирной раме и кабина оператора 1. Задний мост может качаться относительно продольной оси погрузчика, что обеспечивает высокие тяговосцепные качества машины. Рабочее оборудование погрузчика включает: ковш 8, рычажную систему, состоящую из стрелы 7, коромысла 9 и тяг 11, и гидросистему привода [1].
Гидромеханическая трансмиссия базового шасси погрузчика включает: гидротрансфермотор, гидромеханическую коробку передач, редуктор отбора мощности 3, карданные валы, передний и задний унифицированные ведущие мосты 4. Редуктор отбора мощности обеспечивает передачу крутящего момента от двигателя к коробке передач и независимый привод гидронасосов рабочего оборудования и гидравлического рулевого управления. Рулевое управление погрузчика со следящей гидравлической обратной связью включает гидравлический руль и два вспомогательных гидроцилиндра, с помощью которых происходит поворот полурам относительно друг друга. Гидросистема погрузочного оборудования обеспечивает управление стрелой и ковшом при выполнении рабочих операций и включает в себя: два шестеренных насоса, распределитель, гидроцилиндр 10 поворота ковша, два гидроцилиндра 6 подъема и опускания стрелы [1].
1-кабина оператора;2- силовая установка;3 – редуктор отбора мощности; 4 - передний и задний унифицированные ведущие мосты; 5 – шарнирно-сочлененная рама; 6- гидроцилиндры подъема и опускания стрелы; 7 – стрела; 8 – ковш; 9 – коромысло; 10 – гидроцилиндр поворота ковша; 11 – тяги.
Рисунок 1.1 – Фронтальный погрузчик
Для производства работ в разных условиях одноковшовые строительные пневмоколесные погрузчики могут снабжаться сменными рабочими органами и навесным оборудованием, показанными на рисунке 1.2.
Возможность оборудования различными навесными рабочими органами позволяет увеличить номенклатуру производственных работ, то есть один фронтальный погрузчик позволит выполнять работы других строительно-дорожных машин без привлечения новых машин. Что в свою очередь дает возможность уменьшения затрат на содержание парка машин. Например, установив бульдозерный отвал фронтальный погрузчик использовать в качестве бульдозера, или установив крановое оборудование можно использовать как автокран.
Широкую популярность фронтальных погрузчиков в производстве, народном хозяйстве и при добыче различных ископаемых можно объяснить вышеперечисленными достоинствами фронтального погрузчика.
1 – ковш для скальных пород с зубьями; 2 – ковш без зубьев с прямолинейной режущей кромкой; 3 – ковш с V – образной режущей кромкой; 4 – скелетный ковш; 5 – грузовые вилы; 6 – бульдозерный отвал; 7 – плужный снегоочиститель; 8 – захват для столбов и свай; 9 – ковш с принудительной разгрузкой; 10 – двухчелюстной ковш; 11 – захват для длинномеров; 12 – ковш для распределения бетона; 13 – захват для пакетов; 14 – кран; 15 – экскаватор; 16 – рыхлитель; 17 – роторный снегоочиститель; 18 – кусторез; 19 – корчеватель-собиратель; 20 – асфальтовзламыватель.
Рисунок 1.2 – Сменное рабочее навесное оборудование одноковшовых погрузчиков
Ковш основной опрокидной со сплошной режущей кромкой и зубьями предназначен для черпания и погрузки в транспорт грузов с объемной массой до 1,9 т/м3, послойной разработки грунтов с погрузкой в транспорт, обратная засыпка пазух и послойное разравнивание грузов[2].
Ковш уменьшенной вместимости с зубьями предназначен для черпания и погрузки в транспорт крупнокусковых материалов объемной массой до 2,5 т/м3.
Ковш увеличенной вместимости со сплошной режущей кромкой и с зубьями для предназначен для черпания и погрузки в транспорт крупнокусковых материалов объемной массой до 1,4 т/м3 [2].
Ковш двухчелюстной предназначен для черпания, перемещения и штабелирования различных насыпных грузов; черпания заполнителей, их перемещения и подача в приемные устройства растворо- и бетоносмесительных установок.
Вилочный подхват предназначендля захвата и погрузки в транспорт различных штучных и пакетированных грузов, выгрузка из транспорта штучных грузов, их перемещение и складирование [2].
Челюстной захват с прижимом предназначен для погрузки, выгрузки, перемещения и штабелирования длинномерных грузов круглого сечения.
Монтажно-поворотный захват предназначен для захвата, перемещения и установки различных железобетонных, металлических и деревянных конструкций.
Основным предназначением кранового навесного оборудования является подъем, перемещение и подача контейнеров, бадей и бункеров на подмости, площадки и перекрытия, погрузка и выгрузка, различных штучных грузов.
Плужный снегоочистительрассчитан на удаление свежевыпавшего снега, неплотных и небольших по высоте снежных отложений.
Роторный снегоочиститель предназначены для очистки дорог и аэродромов от больших и сравнительно плотных снежных масс при нерегулярном характере снегоочистки, удаления снежных валов, расчистки горных участков дорог от выпавшего, наметенного и лавинного снега, а также уборки снега с городских улиц и площадей и отброса его в сторону или погрузки в транспорт.
Назначением кустореза является расчистка заросших кустарником и мелколесьем площадей под застройку.
Корчеватель предназначен для извлечения из грунта крупных камней и пней и транспортирования их на близкие расстояния.
Ковш для распределения бетонной смеси, как можно понять из названия, служит для равномерного распределения бетонной смеси или другой близкой по структуре и консистенции строительной смеси на рабочем участке, площаде.
Захват для пакетов предназначен для использования данного оборудования в качестве захватного оборудования на производственных предприятиях, на которых продукция упаковывается в пакеты, тары, а также на сортировочных станциях и пунктах приема.
Экскаватор предназначен для копания грунта с последующей его выгрузкой в отвал или в какие-либо транспортные средства, например, автосамосвалы.
Рыхлитель предназначен для предварительного рыхления тяжелых, каменистых или слежавшихся, а также мерзлых грунтов для облегчения последующей работы землеройно-транспортных машин. Рыхлители применяют также для удаления из грунта корней, остатков пней и камней после работы корчевателя и для разрушения (киркования) старых дорожных покрытий при ремонте автомобильных дорог.
Для одноковшовых фронтальных погрузчиков основными способами погрузки материала в транспортные средства являются поворотные способы (рисунок 1.4 а – г). При этих способах погрузчик во время рабочего и холостых ходов выполняет угловое маневрирование при движении от штабеля к транспортному средству с подъемом ковша. Рабочий и холостой ходы состоят в этом случае из возвратно-поступательных движений, выполняемых на равных расстояниях[3].
Наиболее рациональной схемой организации по этому способу является схема (рисунок 1.4 а ) с углом установки транспортного средства по отношению к штабелю, равном от 30 до 60°. Наибольшей производительности по этой схеме достигают колесные погрузчики с шарнирно-сочлененной рамой [3].
При челночном способе (рисунок 1.4 д) погрузчик с нормальным ковшом смещается дальше транспортного средства, которое затем подъезжает под поднятый ковш, после чего материал разгружается в кузов транспортного средства. Челночный способ применяют для колесных погрузчиков с управляемыми колесами, так как в этом случае более точно и равномерно загружаются транспортные средства. Кроме того, этот способ выгоден для гусеничных фронтальных погрузчиков и для всех погрузчиков, когда транспортное средство полностью загружается погрузчиком за один рабочий цикл. Этот же способ используют также при работе погрузчика, оборудованного ковшом с боковой разгрузкой (рисунок 1.4 е). Смещенный способ (рисунок 1.4 ж) применяют для фронтальных погрузчиков в стесненных условиях [3].
В зависимости от сочетания движений погрузчика и рабочего оборудования ковш может наполняться различными способами, выбор которых определяется конструкцией погрузочного оборудования и тяговыми возможностями (или типом трансмиссии) погрузчика [3].
На фронтальных погрузчиках могут быть реализованы следующие способы черпания: раздельный, частично совмещенный и совмещенный.
При раздельном способе черпания, указанном в рисунке 1.3, происходит разовое внедрение ковша в штабель материал до упора в заднюю стенку поступательным движением погрузчика до полного буксования движителей. Глубина внедрения ковша в штабель материала для качественного наполнения должна составлять от 1,1 до 1,15 от глубины ковша. После выполнения этой стадии операции черпания ковш поворачивается на полный угол запрокидывания при неподвижном погрузчике. При реализации данного способа черпания коэффициент заполнения ковша сравнительно невелик и составляет до 0,85 [3].
Рисунок 1.3- Совмещенный способ черпания материала
а – поворотный способ, α < 900; б – то же, α = 900; в – то же, 900 < α < 1800; г – то же, α =1800; д – челночным способом с нормальным ковшом; е – челночным способом с ковшом с боковой разгрузкой; ж – смещенный способ; 1 – штабель или карьер материала; 2 – погрузчик; 3 – транспортное средство; 4 – откос.
Рисунок 1.4 - Основные схемы расположения одноковшовых фронтальных погрузчиков при различных способах погрузки и углах установки транспортного средства к штабелю
При частично совмещенном способе черпания материала происходит совмещение напорного движения погрузчика и поворота ковша или напорного движения погрузчика и подъема стрелы, или подъема стрелы и поворота ковша[3].
При совмещенном способе черпания (рисунок 1.5) внедрение ковша в штабель, подъем и поворот ковша совмещаются по времени. В этом случае ковш врезается в материал на неполную глубину. Глубина внедрения ковша в штабель материала для качественного наполнения должна составлять от 0,8 до 0,9 от глубины ковша. Затем производится подъем и поворот ковша в сторону запрокидывания при непрерывном поступательном движении погрузчика в направлении вхождения ковша в материал [3].
Исследованиями установлено, что при совмещенном способе черпания материала ковшом погрузчика увеличивается подвижность сыпучей массы материала в зоне черпания, что способствует повышению коэффициента наполнения ковша и его значения могут достигать величин от 1,15 до 1,25[3].
Рисунок 1.5 – Совмещенный способ черпания материала
Указанный вариант реализации совмещенного способа черпания не является единственным [3]. Полный состав известных вариантов реализации совмещенного способа следующий:
а) совмещение поступательного движения спецшасси фронтального погрузчика и поворота ковша при однократном включении гидромеханизма погрузочного оборудования;
б) совмещение поступательного движения спецшасси фронтального погрузчика и подъема стрелы при однократном включении гидромеханизма погрузочного оборудования;
в) при поступательном движении спецшасси фронтального погрузчика однократными включениями гидромеханизма погрузочного оборудования производится подъем стрелы до транспортного положения, затем поворот ковша до полного запрокидывания;
г) при поступательном движении спецшасси фронтального погрузчика производятся многократные попеременные включения гидромеханизмов поворота ковша и подъема стрелы.