Фронтальный погрузчик

ВВЕДЕНИЕ
Одним из важнейших направлений технического прогресса в горнодобывающих отраслях промышленности является комплексная механизация очистных и подготовительных работ. Погрузчики – один из видов универсальной техники. Они относятся к грузоподъёмному типу машин, а также к землеройной технике, поскольку могу перемещать верхний слой грунта, и землеройные работы на мягких грунтах. В сегменте строительной техники они занимают второе место по популярности после экскаваторов. И отставание сокращается. Понятие фронтальный погрузчик и его восприятие – это разные вещи. Название появилось из английского языка. Оно образовано от front – перед и loader – погрузчик. Строго говоря, любой вид погрузчиков с расположенным впереди рабочим органом является фронтальным, включая телескопические, вилочные, мини погрузчики. Однако, понятие фронтальный погрузчик ассоциируется с четырёхколёсной техникой с широким, во всю ширину машины, ковшом. Он также может называться автопогрузчик фронтальный или колёсный погрузчик. Хотя некоторые машины имеют гусеничное шасси, а часть монтируется на базе колёсного трактора, подавляющее большинство сделаны на собственном шасси.Актуальность данной темы заключается в том, что благодаря своей конструкции и большому выбору навесного оборудования, фронтальный погрузчик широко применяется в разных сферах деятельности от сельского хозяйства до горнодобывающей промышленности.Целью данного реферата является изучение строительных машин и механизмов. Объектом исследования является фронтальный погрузчик.На основании поставленной цели можно выделить основные задачи:изучить основные сведения, область применения фронтального погрузчика;рассмотреть принцип действия и конструкцию погрузчика;проанализировать направления модернизации погрузчика.
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ФРОНТАЛЬНОГО ПОГРУЗЧИКА
Одноковшовые погрузчики фронтального типа (Рисунок 1) находят все более широкое применение в качестве основного или дополнительного выемочно-погрузочного оборудования, выполняют самые разнообразные виды работ [1].Рисунок 1 - Общий вид одноковшового погрузчика:1 — гидроцилиндр управления ковшом; 2 — стрела; 3 — кривошипно-шатунный механизм управления ковшом; 4 — ковш; 5 — поворотная рама; 6 — гидроцилиндры подъема стрелыОдноковшовые погрузчики классифицируют [2]:по назначению — на строительные (с грузоподъемной силой до 100 кН) и карьерные (с грузоподъемной силой более 100 кН);по способу разгрузки ковша — с передней (фронтальные), боковой, разгрузкой назад (через себя);по ходовому устройству — на пневмоколесном ходу с жесткой рамой (с задними управляемыми колесами) или с шарнирно-сочлененной рамой; на гусеничном ходу;по наполнению ковша — с напорным усилием, обеспечиваемым ходовым механизмом, или с помощью гидроцилиндров при застопоренном ходовом устройстве;по повороту стрелы при разгрузке — неповоротные, полуповоротные (на угол до 90°), полноповоротные;по типу привода — дизельные, дизель-электрические, карбюраторные; по мощности двигателя — малой мощности (до 80 кВт); средней (180–160 кВт) и мощные (160–550 кВт). Кинематические и конструктивные схемы рабочих органов погрузчиков принципиально отличаются от схем рабочих органов экскаваторов типа «прямая лопата». Благодаря достаточно высокому напорному усилию при горизонтальном внедрении ковша, развиваемому сцепной силой тяжести погрузчика; оснащению погрузчика поворотным ковшом совковой формы; достижению наиболее рациональной траектории рабочего органа и эффективного процесса черпания разрыхленных горных пород, а также установке погрузчика на колесный ход обеспечивается возможность создания мощных колесных погрузчиков, масса которых в 5–8 раз меньше. В связи с этим современные карьерные погрузчики успешно конкурируют с карьерными экскаваторами с ковшом вместимостью до 12 м3.Это также обусловлено следующими преимуществами колесных погрузчиков [4]:высокой скоростью передвижения, что дает возможность одному погрузчику обслуживать несколько забоев (горизонтов) одного или нескольких близко расположенных карьеров;небольшими габаритами и большой маневренностью, позволяющими использовать погрузчики в стесненных условиях;незначительной зависимостью производительности погрузчика от высоты забоя, что создает благоприятные условия для применения их при разработке невысоких развалов взорванных горных пород и уступов;универсальностью применения в связи с возможностью качественной зачистки подошвы забоя, подъездных автодорог, уборки негабаритов, а также с использованием комплектов сменного рабочего оборудования — бульдозерных отвалов, челюстных захватов, двухчелюстных ковшей и др. Широкое распространение на карьерах получили большегрузные колесные карьерные погрузчики. Из сотен зарубежных погрузчиков, применяемых на карьерах стран СНГ, 80% — погрузчики с ковшом вместимостью 7,65–9,2 м3 и менее 20% — 4,6 м3 . В отечественной изарубежной практике открытых горных работ преобладающее распространение получили наиболее простые по конструкции и надежные в работе неповоротные большегрузные колесные фронтальные карьерные погрузчики с передней разгрузкой ковша. Специальные базовые машины погрузчиков компонуют, как правило, по четырехколесной схеме со всеми ведущими колесами. Преимущественно изготавливают погрузчики с двухсекционной шарнирно-сочлененной рамой. [2]Использование в зарубежной практике бескамерных шин низкого давления (245–451 кПа) обеспечивает снижение массы погрузчиков, повышение надежности и долговечности ходовой части, особенно при работе с переувлажненными грунтами и с большим содержанием абразивной крошки, повышение рабочих и транспортных скоростей движения погрузчиков. [1]Несмотря на рост грузоподъемности и мощности вновь создаваемых и модернизированных большегрузных погрузчиков, они практически не утрачивают своих маневровых и мобильных качеств. Современные карьерные погрузчики предназначены для работы в комплексе с автосамосвалами грузоподъемностью до 91–170 т. Помимо моделей со стандартной стрелой крупнейшие фирмы выпускают погрузчики с удлиненной стрелой, обеспечивающей возможность работы с автосамосвалами грузоподъемностью до 154–350 т. Для погрузки пород с одинаковой плотностью при увеличении высоты разгрузки ковша в автосамосвал на 18,4–27,4% номинальная грузоподъемность погрузчика снижается соответственно на 20–30%. Все большегрузные погрузчики выпускают с гидравлическим приводом управления погрузочным оборудованием и оснащают гидромеханической либо дизель-электрической трансмиссией.Особое внимание уделяют системам, облегчающим запуск холодного дизельного двигателя при низких температурах. Последние модели большегрузных погрузчиков снабжены стандартной автоматической системой смазки. Для облегчения технического обслуживания машины все точки контроля за работой механизмов находятся в местах расположения двигателей или в кабине машиниста. [3]
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ФРОНТАЛЬНОГО ПОГРУЗЧИКА
Современные погрузчики, хоть и имеют малые габариты, но могут поднимать гораздо большую массу, чем некоторые экскаваторы. А площадь для маневрирования им нужна меньшая, чем для громоздкой спецтехники.Рабочий орган фронтального погрузчика может представлять собой ковш, вилы. Есть модели, на которых установлено также стреловое оборудование.Подавляющая часть фронтальных погрузчиков отличаются высокой маневренностью. Все это благодаря шарнирно-сочлененной раме. В ее состав входят две части, соединенные шарниром. Задняя рама служит основой для привода, трансмиссии, кабины, заднего моста. Передняя часть рамы — целиком для крепления оборудования (оснащенного гидросистемой управления) и переднего моста.Рамы относительно друг друга могут быть зафиксированы или совершать повороты. данные движения осуществляют гидроцилиндры. Гидроцилиндрами непосредственно управляет рулевая система.Ковш прикреплён на передней части погрузчика и приводится в действие двумя «руками», что позволяет набирать в ковш с земли сыпучие материалы, такие как земля, песок, щебень и перемещать их с одного места в другое, без необходимости толкать такие материалы по земле, как это делают бульдозеры или грейдеры. Поэтому в основном фронтальный погрузчик используется для перемещения таких сыпучих грузов с земли в грузовики, самосвалы или в открытые котлованы или ямы.Многие фронтальные погрузчики не имеют механизмов автоматического поворота, как в бульдозерах или минипогрузчиках. Вместо этого фронтальный погрузчик поворачивает при помощи шарнирного узла (активируемого гидравликой). Это шарнирное соединение находится между задним и передним мостом колёс, что позволяет переднему мосту оставаться неподвижным и работать с большим весом.
КОНСТРУКЦИЯ ФРОНТАЛЬНОГО ПОГРУЗЧИКА
На рисунке 2 представлена конструкция фронтального погрузчика.Рисунок 2 - Фронтальный погрузчик:1 - кабина; 2 - двигатель; 3 - редуктор отбора мощности; 4 - ведущие мосты; 5 - шасси с шарнирно сочлененной рамой; 6 - гидроцилиндр стрелы; 7 - стрела; 8 - ковш; 9 - коромысло; 10 - гидроцилиндр поворота ковша; 11 – тягиРабочее оборудование одноковшового погрузчика показано на рисунке 3. Помимо основного ковша погрузчик снабжают другим сменным оборудованием, например, бульдозерным отвалом и др.Главным элементом рабочего оборудования является ковш. Ковш представляет собой емкость с плоским днищем и закругленной задней стенкой. Боковые стенки имеют скосы, а передняя часть днища оснащена режущей кромкой. Для работы в тяжелых условиях ковш снабжают зубьями. Ковш характеризуется вместимостью и грузоподъемностью, которая является основной характеристикой всего погрузчика. Для работы в разных условиях погрузчики целесообразно снабжать сменными ковшами. При универсальном использовании погрузчика чрезвычайно эффективен челюстной ковш, передняя часть которого, поднимаясь при повороте вокруг шарнира гидроцилиндрами, превращает ковш в отвал бульдозера, ковш скрепера, рабочий орган грейдера. Рисунок 3 - Погрузочный орган: 1 — ковш; 2 — стрела; 3 — рычаги; 4, 5 — гидроцилиндры ковша и стрелы; 6 — тяги I — транспортное положение; II — черпание; III — разгрузкаПогрузчик с челюстным ковшом может выполнять: бульдозерные работы (челюсть поднята и участия в работе не принимает), резание породы и наполнение отвала (челюсть находится в среднем положении и препятствует высыпанию породы); отделение породы ножом отвала бульдозера; зачерпывание породы из кучи (челюсть поднята, отвал наклонен, режущие кромки отвала и задней стороны челюсти внедряют в породу, смыкают, наполняясь породой); транспортирование породы на небольшие расстояния и подъем ее для разгрузки в штабель; разгрузку породы в автотранспорт. Погрузчик-бульдозер может иметь также сменный ковш для боковой разгрузки. Применяют три способа набора материала в ковш: экскавационный, раздельный, совмещенный. При экскавационном способе (послойном) ковш внедряют в материал, а затем заполняют грунтом при поступательном движении погрузчика. Такой способ применяют при разработке гравийно-песчаных материалов, он аналогичен образованию призмы волочения бульдозера или заполнению ковша скрепера. [1]При раздельном способе ковш внедряют в материал на глубину врезания, которая, как правило, больше длины ковша. Внедрение ковша продолжается до полного буксования машины, затем ковш поворачивается на угол α в сторону машины («на себя») до упора. После этого ковш поднимают с одновременным отъездом машины от штабеля и породу разгружают. При таком способе требуется большое усилие для внедрения ковша в материал, а также в начальный момент поворота ковша. [4]Совмещенный способ погрузки заключается в том, что ковш внедряют в штабель материала на величину, равную приблизительно 0,3 длины ковша, после чего поворачивают; одновременно продолжают перемещение погрузчика в прежнем направлении и подъем ковша. Движения, сообщаемые ковшу, должны быть такими, чтобы траектория режущей кромки была все время параллельна образующей
НАПРАВЛЕНИЕ МОДЕРНИЗАЦИИ
Сейчас производителям недостаточно предлагать просто производительные и надежные машины. Необходимо поставлять образцы, соответствующие как требованиям пользователей, так и законодательным нормам, в том числе и в области охраны окружающей среды. Так, вступившие в силу в Евросоюзе и Северной Америке новые более жесткие экологические нормы токсичности отработавших газов двигателей послужили мощным стимулом обновления и модернизации спецтехники. Само собой, такие нововведения сказываются и на стоимости техники, поэтому часто для стран, где в настоящее время экологические стандарты не так высоки, производители предлагают машины с двигателями более низких экологических классов, но часто с такими же усовершенствованиями, как и на «экологичных» машинах.Машиностроительный гигант Liebherr на российском рынке предлагает погрузчики с силовыми агрегатами более лояльных экологических стандартов, но с такой же гидростатической трансмиссией, как и машины для рынков Европы и Америки. При использовании гидростатической трансмиссии можно устанавливать дизельный двигатель либо поперек кормы машины на удалении от центра тяжести, либо вдоль задней полурамы и использовать в качестве противовеса, что уменьшает массу погрузчика и увеличивает полезную грузоподъемность. Данные меры обеспечивают снижение расхода топлива на 25–35%, а это уже более чем привлекательный показатель.Экономят компании не только на двигателях. Так, в последнее время все чаще производители, поставляющие в основном машины премиум класса, не желая терять покупателей, для определённых рынков, в том числе и российского, создают модели, относящиеся к бюджетному ценовому сегменту.  К примеру, крупнейший мировой производитель сельскохозяйственной техники John Deere выпустил в 2013 г. погрузчик эконом-класса WL56 массой 16,8 т, являющийся полностью самостоятельной, разработанной с нуля и производимой на принадлежащем компании заводе в Китае.  При этом двигатель мощностью 160 кВт, а также гидравлическое оборудование Parker поступают из США. Управление оборудованием осуществляется джойстиком, имеется функция «возврат к положению копания», гидромеханическая трансмиссия ZF обеспечивает 4 передачи переднего хода и 3 – заднего. Задний мост может «качаться» в вертикальной плоскости на ±13°. К слову, совсем недавно, на выставке World of Concrete в январе текущего года, американский концерн представил фронтальный погрузчик John Deere 344L. Изюминкой машины является эксклюзивная система рулевого управления Articulation Plus.Новинка обладает увеличенной грузоподъемностью, уменьшенным радиусом поворота и большей устойчивостью по сравнению с аналогами того же класса. Максимальная скорость передвижения погрузчика составляет 40,23 км/ч. Модель оснащена силовым агрегатом Deere FT4, просторной кабиной с увеличенным обзором, внутри которой установлено сиденье на пневмоподвеске с высокой спинкой, снижающее усталость оператора при работе. Для максимально комфортных условий предусмотрена система обогрева и кондиционирования.Система «плавного хода», благодаря которой уменьшается риск рассыпания материала из ковша при движении с сохранением высокой скорости транспортировки, устанавливается далеко не на первое поколение погрузчиков. А вот автоматическое включение системы и несколько режимов срабатывания автоматики, как, например, у погрузчиков серии G от Volvo CE 2011 – 2012 гг., является новшеством.Так, благодаря данной опции у оператора появляется возможность выбирать выбрать режим включения системы в зависимости от скорости или от включенной передачи. Эксплуатационная масса моделей составляет от 12 до 36 т, мощность двигателя – от 55 до 290 кВт. Нельзя не рассказать об еще одном новшестве фронтальных погрузчиков бренда Volvo – рычажной системе навески ковша Torque-Parallel, к новинкам, впрочем, не относящейся. Данное конструкторское решение обеспечивает ровное положение ковша при подъеме, характерное для «параллельной» системы, и мощное усилие забора грунта, характерное для Z-образной системы.Как можно понять, современный ли перед вами погрузчик или устаревшая модель? Очень просто: по непременному атрибуту – гидросистеме с регулировкой производительности в зависимости от нагрузки. Подобная опция есть у погрузчика Terex TL120 массой 7,5 т, выпущенном на рынок пять лет назад.Машина, которую относят к классу «больших компактных», оснащена турбированным дизельным двигателем Deutz класса Tier 4 I/ Stage IIIB, на 16% более мощным, чем у модели предыдущего поколения, на 16% и составляет 74 кВт. За счет наличия «педали плавного хода», о которой мы как раз говорили выше, можно передавать часть мощности от гидросистемы трансмиссии в гидросистему рабочего оборудования. Контур гидросистемы навесного оборудования работает независимо от контура гидростатической трансмиссии. Вентилятор системы охлаждения включается по потребности и может вращаться в обратную сторону для очистки радиатора. Рычажный механизм ковша Terex Parallel Kinematics обеспечивает параллельную траекторию подъема.12,2 т модель 621F бренда CASE, оснащена двигателем класса Tier 4I/ Stage IIIB с системой Common Rail второго поколения, технологией SCR, автоматической трансмиссией ZF с переключением под нагрузкой. Оси оснащены механически блокируемыми дифференциалами, а силовой агрегат смещен к задней части, чтобы частично выполнять роль противовеса. У данной модели значительно повышена производительность системы. Погрузчики нового 7-го поколения, в том числе модель WA320-7 и WA380-7 массой 18 т и мощностью двигателя 143 кВт, на рынке предлагает компания Komatsu. Машины оснащаются электронной системой управления машинным парком KOMTRAX, предоставляющей на центральный компьютер данные о работе и местоположении машины. Дизель Komatsu соответствует нормам Tier 4I/ Stage IIIB, оснащен турбиной нового поколения с изменяемой геометрией. Расход топлива уменьшился на 10% по сравнению с предыдущим поколением. Трансмиссия оснащена блокируемым ГДТ. В течение первых 2000 моточасов работы сажевый фильтр KPDF, на который дается заводская гарантия 5 лет, меняется дважды. В соответствии с запросами европейских пользователей разработан и погрузчик ZW250-5 массой 20,25–20,7 т в зависимости от комплектации бренда Hitachi Construction Machinery (Europe) (HCME). Для удобства оператора в кабине машины установлено сиденье на пневмоподвеске, есть система кондиционирования. Двигатель развивает мощность 181 кВт и соответствует действующим экологическим стандартам, при этом расход топлива уменьшен на 10%.Компания JCB представляет модели фронтальных погрузчиков 427 и 437,  оснащенные дизелями Cummins класса Tier 4I/ Stage IIIB. Крутящий момент двигателей увеличен на 9,4% по сравнению с предыдущими версиями. Трансмиссия с блокируемым ГДТ, 4-ступенчатая, опционно – 5-ступенчатая, обеспечивающая 16%-ное снижение расхода топлива. Траектория подъема ковша параллельная, предлагаются варианты с увеличенной стрелой (и высотой подъема) High Lift и «сверхувеличенной» Super High Lift.Впрочем, как бы ни развивались технологии, до тех пор, пока машиной управляет человек, важно обеспечивать комфортные условия труда. Поэтому создание просторной, функциональной кабины, разработанной с учетом удобства оператора, – еще одна тенденция, четко прослеживающаяся в погрузчиках новой серии всех производителей. 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Земляные работы должны выполняться с комплексной механизацией всех процессов и применением рациональных способов работ. Выбор землеройных машин для производства земляных работ зависит от вида грунта, рельефа местности, объема и глубины земляных выработок, условий выполнения работы (в отвал, на транспорт), транспортных средств и дальности перемещения грунта. [4]Машины для земляных работ используют при рыхлении плотных, скальных и мерзлых грунтов, планировке строительных площадок, подготовке оснований под дороги и проезды, разработке котлованов под фундаменты зданий и сооружений, рытье траншей открытым способом при прокладке городских коммуникаций и строительстве подземных сооружений, копании ям и приямков, зачистке дна и откосов земляных сооружений, на расчистке площадок от леса, удалении растительного слоя, снега, засыпке выемок, сооружении дамб, уплотнении грунтов и т.п.Актуальность темы реферата заключается в том, что в настоящее время механизация в строительстве достигла достаточно высокого уровня и строительные организации используют новую высокопроизводительную технику, в которой применяются современные конструкции приводов (электрические, гидродинамические, механические, пневматические, комбинированные).
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Лагерев, А. В.  Оптимальное проектирование подъемно-транспортных машин : учебное пособие для вузов / А. В. Лагерев, И. А. Лагерев. — Москва : Издательство Юрайт, 2022. — 293 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-13646-3. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/495742 (дата обращения: 28.01.2022).Лещинский, А. В.  Организация технологических процессов на объекте капитального строительства: комплексная механизация : учебное пособие для среднего профессионального образования / А. В. Лещинский, Г. М. Вербицкий, Е. А. Шишкин. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2020. — 231 с. — (Профессиональное образование). — ISBN 978-5-534-10288-8. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/456529 (дата обращения: 28.01.2022).Лукьянов, В. Г.  Горные машины и проведение горно-разведочных выработок : учебник для вузов / В. Г. Лукьянов, В. Г. Крец. — 2-е изд. — Москва : Издательство Юрайт, 2022. — 342 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-9916-6540-7. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/490262 (дата обращения: 28.01.2022).Планирование и организация строительства в сложных условиях : учебное пособие для вузов / О. А. Сотникова, Л. П. Салогуб, Т. В. Богатова, Р. Н. Кузнецов. — Москва : Издательство Юрайт, 2022. — 131 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-13598-5. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/496572 (дата обращения: 28.01.2022).