POLITECHNIKA WARSZAWSKA
Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych
PRACA PRZEJŚCIOWA
Studia stacjonarne – dzienne
Projekt chwytaka do beli do ładowarki
Prowadzący:
Wykonał:
Dr inż. A. Selenta
Michał Kaczmarczyk
Numer albumu:
223344
SPIS TREŚCI 2
WSTĘP 3
1 RODZAJE OSPRZĘTU CHWYTAKOWEGO 7
2 PROJEKT CHWYTAKA DO BELI WALCOWATYCH 10
2.1 Bela walcowata (balot) 10
2.2 Obciążenie chwytaka 10
2.3 Cylinder hydrauliczny 14
2.4 Model 3D 15
2.5 Zaktualizowane obliczenia wytrzymałościowe 16
2.6 Analiza MES 18
2.7 Zabezpieczenie przed uderzeniem chwytakiem o przeszkodę 20
BIBLIOGRAFIA 21
PODSUMOWANIE I WNIOSKI 21
Ładowarki jednonaczyniowe weszły do użytku po opanowaniu sterowania napędów hydraulicznych i obecnie tylko w takiej postaci występują. Czyniono próby konstruowania ładowarek z przeniesieniem linowym mocy napędu, jak np. ładowarek zasięrzutnych, ale nie przynosiły one zadowalających rezultatów.
Przeznaczeniem ładowarek są prace przeładunkowe przy robotach ziemnych, transporcie kruszyw czy płodów rolnych itp., a także skrawanie gruntu. Ich zadaniem jest nabieranie materiału usypanego na placu składowym lub na hałdach powstałych przy urabianiu górniczym w kamieniołomach i przenoszenie go następnie na środki transportu dalekiego czy inne usypisko.
Ładowarka (Rys. 0.1) składa się z następujących podstawowych zespołów: podwozia (1), nadwozia z mechanizmami (2), wysięgnika (3) i łyżki (4). Na podstawie pracy [2] oraz [5] ładowarki można podzielić w zależności od:
· konstrukcji podwozia (kołowe nie przegubowe lub przegubowe, gąsienicowe)
· przeznaczenia (naziemne, kopalniane)
· umieszczenia łyżki w stosunku do podwozia (obrotowe, tzw. przestrzenne, i nieobrotowe, tzw. czołowe),
· kinematyki osprzętu (z regulacją ruchu łyżki przy opuszczaniu lub samoczynnym ustawianiem się łyżki przy opuszczaniu)
· pojemności naczynia roboczego (lekkie, średnie, ciężkie, bardzo ciężkie)
Rys. 0.1 Ładowarka kołowa przegubowa (zespoły)
W pracy ładowarki można wyodrębnić trzy cykle: a) ładowania, b) transportu i c) wysypywania (rozładunku) (Rys. 0.2).
Rys. 0.2 Cykle pracy ładowarki [5]
Ładowanie wymaga opuszczenia łyżki i ustawienia jej pod odpowiednim kątem skrawania, po czym ładowarka rusza do przodu z niską prędkością i dużą siłą najazdu. Podczas ładowania, łyżka musi być powoli obracana, co ułatwia jej napełnienie. Po załadowaniu łyżka zostaje uniesiona i ładowarka wycofuje się. Następnie w miejscu rozładunku (wysypisko lub środki transportu dalekiego) wysięgnik zostaje uniesiony i łyżka obracając się zostaje opróżniona.
Zaletą ładowarek jest niewielka odległość łyżki od kół przednich (przy podnoszeniu łyżki nawet się ona zmniejsza), co skutkuje małą wartością momentu wywracającego i umożliwia stosowanie łyżek o dużych pojemnościach. Wadą ładowarek są długie odcinki jazdy w czasie cyklu pracy. W celu ich skrócenia stosuje się obrotowe nadwozie, które umożliwia wyładunek łyżki na bok.
Zastosowanie wymiennego osprzętu roboczego (np. widły, łyżka, chwytak, lemiesz) zdecydowanie zwiększa zakres prac, jakie mogą być wykonane za pomocą ładowarki (Rys. 0.3). Widły są przeznaczone do wyrywania pni, głazów, wyłamywania zmarzliny. Chwytaki szczękowe mają zęby górne zamykane cylindrem hydraulicznym. Jeśli ruchy zębów nie są sprzężone, umożliwiają obejmowanie przedmiotów o różnych średnicach. Lemiesz lekki jest przeznaczony do wykonywania lekkich prac spycharkowych.
Rys. 0.3 Rodzaje osprzętu roboczego ładowarki
Wiele zadań wymaga więcej niż jednego rodzaju osprzętu roboczego, ale często nie więcej niż jednej maszyny. Komfortową zmianę osprzętu umożliwia szybkozłącze (Rys. 0.4), którego pierwsza konstrukcja została wynaleziona przez firmę Volvo Construction Equipment w roku 1954 [7].
Rys. 0.4 Szybkozłącze: a) Volvo, b) Caterpillar, c) Hitachi
Urządzenie to zwiększa elastyczność maszyny w różnego rodzaju pracach i czyni ją bardziej wszechstronną. Przełączanie osprzętu jest szybkie, proste i bezpieczne. W przypadku szybkozłącza hydraulicznego operator może zablokować i zwolnić sworznie przy użyciu dźwigni wielofunkcyjnej w kabinie, co pomaga zwiększyć wydajność. Montaż osprzętu odbywa się w trzech ruchach, co przedstawia Rys. 0.5.
Rys. 0.5 Wymiana osprzętu z użyciem szybkozłącza [3]
Szybkozłącze osprzętu roboczego może być zamontowane do wysięgnika w różnych układach kinematycznych. Pierwszym ich rodzajem jest typ „P” (parallel – równoległy) (Rys. 0.6a). Jest to rozwiązanie najstarsze konstrukcyjnie. W tym układzie cylindrów hydraulicznych podczas wsuwu tłoczyska następuje nabieranie urobku. Rozwiązanie to zapewnia dokładne prowadzenie równoległe na całym obszarze podnoszenia.
Rys. 0.6 Rodzaje układów kinematycznych osprzętu roboczego: a) typ „P”, b) typ „Z” [6]
Obecnie, w większości ładowarek stosowany jest jednak układ kinematyczny typu „Z”(Rys. 0.6b). W tym rozwiązaniu łyżka jest zamykana podczas wysuwu tłoczyska. Dzięki temu większa jest siła zrywania na zębach niż w przypadku kinematyki typu „P”.
Najbardziej zaawansowany układ kinematyczny typu „TP” (torque, parallel – moment obrotowy, równoległy) (Rys. 0.7) występuje w dużych ładowarkach firmy Volvo. Łączy on w sobie zalety kinematyki typu równoległego (zachowuje prawie idealnie równoległe prowadzenia osprzętu) oraz układu typu „Z” (wysokie siły odspajania). Charakteryzuje się wysokim, stałym momentem obrotu łyżki w całym zakresie roboczym wysięgnika. Dodatkowo w układzie „TP” nie ma kolizji pomiędzy dźwignią wywrotu łyżki i samą łyżką. Po całkowitym zamknięciu łyżki krawędzie boczne są praktycznie równoległe do poziomu terenu, maszyna może nabrać materiał z dużym nadsypem i przewozić go na długich dystansach bez rozsypywania. Rozwiązanie to zapewnia też dobrą widoczność osprzętu z kabiny operatora.
Rys. 0.7 Układ kinematyczny typu „TP” firmy Volvo
Stosowany jest również układ typu „PZ” (parallel Z–bar), będący tak jak typ „TP” połączenie...
kaczor5533