8/12/2019 MC-C 10

1/21

CURS 10

10. ncrctoare cu o cup

Introducere

ncrctorul are ca organ de lucru o cup montat n partea din fa a mainii i se utilizeaz nprincipal pentru ncrcarea materialelor n vrac prin deplasarea mainii, transportul pe distane mici(de la civa metri la cteva zeci de metri) i descrcarea materialului n mijloace de transport sau ingrmad. Se poate utiliza i pentru spare n pmnturi slabe, tind brazda prin deplasarea mainii,precum i la lucrri de nivelare i ridicarea unor sarcini.

ncrctorul cu o cup lucreaz dup un ciclu de lucru, care cuprinde urmtoarele faze:

-ncrcarea cupei prin deplasarea mainii spre grmada de material, apoibascularea cupei;-ridicarea cupei pline;-deplasarea mainii cu cupa plin pe distane mici;-descrcarea cupei n mijlocul de transport sau n grmad;-deplasarea mainii cu cupa goal pn la locul de ncrcare;-coborrea cupei n poziia de ncrcare.

Clasificarea ncrctoarelor

Dup tipul echipamentului de lucruncrctoarele se clasific astfel:

-ncrctoare frontale care realizeaz att ncrcarea cupei, ct i descrcarea frontal (npartea din fa a mainii);

-ncrctoare cu descrcare lateral, utilizat la capaciti mici i care realizeaz descrcarea

cupei lateral, dup rotirea echipamentului fa de maina de baz.Dup construcia asiuluincrctoarele se clasific astfel:

-ncrctoare cu asiu rigid;-ncrctoare cu asiu articulat.

Dup sistemul de deplasarencrctoarele se clasific astfel:

-ncrctoare pe pneuri;-ncrctoare pe enile.

Dup transmisia mecanismului de deplasarencrctoarele se clasific astfel:

-ncrctoare cu transmisie hidromecanic;-ncrctoare cu transmisie hidrostatic;-ncrctoare cu transmisiemecanic (rar folosite n prezent).

Dup construcia mecanismului de bascularea cupei :

-mecanism de basculare tip Z;-mecanism de basculare tip P (paralelogram);-mecanisme de basculare n doua trepte;-mecanism de basculare cu corecie hidraulic a poziiei cupei

8/12/2019 MC-C 10

2/21

Construcia i funcionarea ncrctoarelor

n figura 10.1 se prezint schema de ansamblu a unui ncrctor pe pneuri cu asiu articulati mecanism de basculare tip Z, iar n figurile 10.2 -10.5 mai multe variante de mecanisme debasculare a cupei.

Fig.10.1. Schema ncrctorului pe pneuri cu asiu articulat i mecanism de basculare a cupei tip Z

1 maina de baz; 2bra; 3 cup; 4 cilindri pentru manevrarea braului; 5 - cilindri pentru manevrarea cupei; 6 prghie; 7 tije; 8 cilindri de viraj; O articulaia braului la maina de baz; O 1 articulaia braului la cup; O2articulaia prghiei la bra.

Fig.10.2.Schema mecanismului de basculare a cupei tip P

8/12/2019 MC-C 10

3/21

Fig.10.3. Schema mecanismului de basculare a cupei tip Z cu cilindru montat sub bra

Fig.10.4. Scheme de mecanisme de basculare a cupei n dou trepte (cu patru bare articulate)

a) cu dou bare fixate pe bra; b) cu una din bare fixate la maina de baz

8/12/2019 MC-C 10

4/21

Fig.10.5. Schema unui mecanism de basculare a cupei cu cilindru suplimentar pentru coreciapoziiei cupei la ridicarea braului

Mecanismele de basculare a cupei la ncrctoare trebuie s asigure cerina ca la ridicareabraului cupa s-i pstreze poziia fa de orizontal fr a fi necesare corecii ale poziiei cupeirealizate cu ajutorul mecanismului de basculare a cupei. Aceast cerin se poate realiza prin studiulcinematic al mecanismului de basculare a cupei i alegerea corespunztoarea lungimilor barelorarticulate, precum i a poziiilor articulaiilor elementelor mecanismului. O alt posibilitate estecorecia hidraulic a poziiei cupei cu ajutorul unui cilindru suplimentar ce joac rol de pomp lamanevrarea braului (fig.10.5) sau corecia automat a poziiei cupei cu ajutorul unor sistemeelectrohidraulice.

Fig. 10.6. Transmisie hidromecanic (motor diesel-convertizor hidraulic de cuplu- cutie de viteze-diferenial- reductor planetar la janta roii) utilizat la ncrctoare pe pneuri.

Motor diesel

Convertizor

hidraulic decuplu

Cutie de viteze

Arbori cardanici

Diferenial

Reductor planetar amplasat n janta roii

8/12/2019 MC-C 10

5/21

Mecanismul de deplasare este un mecanism de baz al ncrctorului, asigurnd umplereacupei prin deplasarea mainii. Se utilizeaz frecvent att transmisii hidromecanice (fig.10.6.a,fig.10.6.b), ct i transmisii hidrostatice.

Fig.10.6.b. Transmisie hidromecanic (convertizor de cuplu i cutie de viteze planetar cu ambreiajemultidisc) utilizat la ncrctoare pe pneuri.

8/12/2019 MC-C 10

6/21

n cazul transmisiei hidromecanice, pentru care se prezint schema cinematic n figura 10.7,micarea se transmite de la motorul diesel 1 prin convertizorul hidraulic 2 i arborele cardanic 3 lacutia de viteze 4, iar apoi prin arborele cardanic 5 la puntea fa 6 i prin arborii 7 i 8 la punteaspate 9. Fiecare punte cuprinde transmisie conic, diferenial, arbori planetari, reductoare planetarela roi i roi cu pneuri.

Fig 10.7. Transmisie hidromecanic (motor diesel - convertizor hidraulic- arbore cardanic - cutie deviteze cu mecanisme planetare punte fa, respectiv punte spate)

n cazul transmisiei hidrostatice la mecanismul de deplasare, se folosesc frecvent urmtoarele

variante:

Fig.10.8. Transmisie hidrostatic-cu motoare hidrostatice laroi

8/12/2019 MC-C 10

7/21

- varianta cu motoare hidrostatice la roi (fig.10.8), soluie folosit mai ales la ncrctoare demic capacitate cu viraj prin derapare (fig.10.9);

-varianta pentru ncrctoare pe enile, cu motoare hidrostatice separate la fiecare enil, avndschema cinematic din figura 10.10;

- varianta cu pomp hidrostatic reglabil i motor hidrostatic reglabil, care prin intermediulcutiei de viteze i a arborilor cardanici acioneaz punile motoare ale mainii (fig.10.11), variantfolosit la ncrctoare pe pneuri;

Fig.10.9. ncrctoare de mic capacitate cu viraj prin derapare- transmisie hidrostatic cu motoarehidrostatice la roi

8/12/2019 MC-C 10

8/21

Fig.10.10. Transmisie hidrostatic- cu motoare hidrostatice separate la fiecare enil

Fig. 10.11. Transmisie hidrostatic- cu motoare hidrostatice, cupomp hidrostatic reglabil imotor hidrostatic reglabil ce acioneaz punile motoare ale mainii

8/12/2019 MC-C 10

9/21

n figura 10.12 se prezint un ncrctor pe pneuri cu asiu rigid i cu mecanism de b ascularetip P, n faza de descrcare a cupei.

Construcia echipamentului rezult clar din figura 10.13, n care maina de baz are mecanismde deplasare pe enile. Braul este format din dou grinzi rigidizate cu o travers. Cilindrii debasculare a cupei se fixeaz la maina de baz, ca i cilindrii de manevrare a echipamentului.

Fig.10.12. ncrctorpe pneuri cu asiurigid, mecanism debasculare tip P - fazade descrcare a cupei.

Fig. 10.13. ncrctor frontal cuasiu rigid, mecanism dedeplasare pe enile.

8/12/2019 MC-C 10

10/21

n figura 10.14 se prezint un ncrctor pe pneuri n faza de ncrcare a cupei, n figura 10.15un ncrctor pe enile, ce se deplaseaz cu cupa plin, iar n figura 10.16 un ncrctor pe pneuri cucupa ridicat nainte de descrcare n bena autobasculantei.

Fig. 10.14. ncrctor pe pneuri - faza de ncrcare a cupei

Fig. 10.15. ncrctor pe enile deplasare cu cupaplin

8/12/2019 MC-C 10

11/21

Fig. 10.16. ncrctor pe pneuri cu cupa ridicat nainte de descrcare

n figurile 10.14 10.16 mecanismul de basculare a cupei este de tip Z, format din cilindruhidraulic fixat la maina de baz, prghie cu articulaie la traversa braului i tija articulat la cup ila prghie (fig. 10.17)

Fig.10.17. ncrctor pe enile-mecanism de basculare tip Z

n figura 10.18 se prezint un ncrctor-excavator, cu mecanism de basculare a cupei n dou trepte.

8/12/2019 MC-C 10

12/21

Fig. 10.18. ncrctor excavator - mecanism de basculare a cupei n dou trepte

Pe aceeai main de baz se pot utiliza diverse cupe (cupe normale cu capaciti diferite nfuncie de materialul ncrcat, cupe multifuncionale fig. 10.19), precum i alte echipamente, ca deexemplu echipament cu furc (fig. 10.20), folosit la manipularea materialelor paletizate. n acest cazexist tendina utilizrii unor dispozitive speciale de cuplare - decuplare a organului de lucru, care

permit schimbarea organului de lucru fr intervenia speciala mecanicului din cabin (fig. 10.21).

Fig. 10.19. Cupe multifuncionale utilizate la ncrctoare

8/12/2019 MC-C 10

13/21

Fig. 10.20. Echipament cu furc Fig. 10.21. Dispozitive speciale de cuplare-decuplare a organului de lucru

n ultima perioad se manifest i tendina extinderii ncrctoarelor cu bra telescopic, care pot fidotate att cu cup (fig. 10.22), ct mai ales cu furc (fig. 10.23).

Fig. 10.22. ncrctorcu bra telescopic, cu cup Fig.10.23. ncrctorcu bra telescopic, cufurc

8/12/2019 MC-C 10

14/21

Calculul ncrcatorului cu o cup

1. Mecanismul de basculare a cupei i cel de deplasareMecanismele de basculare a cupei la ncrctoare trebuie s asigure cerina ca la ridicarea

braului cupa s-i pstreze poziia fa de orizontal, fr a fi necesare corecii ale poziiei cupeirealizate cu ajutorul mecanismului de basculare a cupei (fig. 1).

Se uureaz astfel comanda echipamentului de lucru, evitndu-se cderea pmntului dincupla ridicarea braului. Aceast cerin se poate realiza prin studiul cinematic al mecanismului debasculare a cupei i alegereacorespunztoare a lungimilor barelor articulate, precum i a poziiilorarticulaiilor elementelor mecanismului.

Articulaia cilindrului de basculare trebuie realizat pe maina de baz n apropiereaarticulaiei braului. Doar la ncrcatoarele de mic capacitate, cilindrul de basculare a cupei sefixeaz pe bra i se realizeazcorecia automat a poziiei cupei cu ajutorul unor sisteme hidraulicesau electrohidraulice.

Fig. 1

Mecanismul de deplasare este un mecanism de baz al ncrctorului, asigurnd umplerea

cupei prin deplasarea mainii.Se utilizeaz frecvent att transmisii hidromecanice, ct i transmisii hidrostatice.

2. Capacitatea nominala ncrctoruluiCapacitatea nominal a ncrctorului nQ reprezint greutatea maxim a materialului din

cup, care permite deplasarea n siguran a mainii in timpul ciclului de lucru. Capacitatea

8/12/2019 MC-C 10

15/21

nominal a ncrctorului se determindin verificarea la stabilitate a mainii cu cupa plin, ridicatla distanmaximfa de maina de baz (fig. 2).

Trebuie evitat rsturnarea n raport cu linia de rsturnare ce trece prin A.

Momentele de stabilitate sM i de rsturnare rM se determin cu relaiile:

s t tM G r= (1)

r n Q e eM Q r G r= + (2)

n care tG este greutatea mainii de baz, eG greutatea echipamentului de lucru , ,b Q er r r

distanele de la punctul A la direciile forelor , ,t n eQ Q G .

La limita de stabilitate ( s rM M= ) corespunde o greutate a materialului din cup sQ , datde

relaia:

t t e e

sQ

G r G r

Q r

= (3)

Fig. 2

Din condiii de securitate, pentru a se evita pericolul rsturnrii chiar la deplasarea pe terendenivelat sau n pant, precum i la frnarea brusc a mainii, capacitatea nominal a ncrctoruluise determin cu relaia:

2 2

s t t e en

Q

Q G r G r Q

r

= = (4)

8/12/2019 MC-C 10

16/21

n funcie de capacitatea nominal a ncrctorului, se determin volumul geometric al

cupei nV cu relaia:

nn

pa u

QV

k= (5)

n care pa greutatea specifica materialului, uk coeficient de umplere a cupei.

De aceea, unele ncrcatoare sunt prevzute cu mai multe cupe n funcie de materialul carese ncarc.

3. Fora de mpingere maxim la cupSe determindouvalori pentru stabilirea forei maxime de mpingere.

a. Fora de mpingere maximfurnizatde motorul mainiise determin cu relaia:1000 m t

m p dt

PR F W G fv

= = (6)

n care pF este fora tangenial la roile motoare, dW rezistena la rulare, mP puterea

motorului, t randamentul transmisiei, tv viteza de deplasare teoretic, G greutatea mainii,

f coeficient de rezisten la rulare, care depinde de natura i starea terenului i de sistemul de

deplasare al mainii (roi sau enile).

b. Fora de mpingere maxim din condiia de aderen ntre sistemul de deplasare i terensedetermin cu relaia:

a a aR G = (7)

n care aG greutatea aderent, egal cu greutatea total a mainii (pentru maini pe enile i pentru

maini pe pneuri cu toate roile motoare), a coeficient de aderen ntre sistemul de deplasare i

teren, care depinde de natura i starea terenului i de sistemul de deplasare al mainii.

Fora de mpingere maxim este valoarea minimdintre cele dou valori calculate mai sus itrebuie s asigure ptrunderea cupei n material.

min ( , )t m aR R R= (8)

Se recomand ca n condiii bune de aderen, valorile mR i aR sfie apropiate.

4. Calculul mecanismului de basculare a cupeiIpoteza de calcul pentru mecanismul debasculare a cupei este indicat n figura 3:

- se ncearc bascularea cupei pentru a fi adus din poziia de ncrcare n poziiacorespunztoare fazei de ridicare a echipamentului;

8/12/2019 MC-C 10

17/21

- la muchia tietoare a cupei apare un obstacol, care determin apariia reaciunii normale

maxime nR ;

- maina ajunge la limita de stabilitate prin desprinderea roilor din spate de pe teren.

Fig. 3

Sepresupune cunoscut construcia mecanismului de basculare a cupei, inclusiv lungimiletijei, prghiei, precum i poziia articulaiei cilindrului hidraulic la maina de baz i a articulaieiprghiei la bra.

Pentru determinarea forei P necesare n cilindrul mecanismului de basculare a cupei, separcurg mai multe etape:

a. Determinarea reaciunii nR asupra cupei din condiia de stabilitate a mainiiSe scrie ecuaia de momente pentru ntreaga mainla limita de stabilitate (reaciunea n B

este zero datorit ridicrii roilor din spate de pe teren):

0= AM , adic 0n R e e b bR r G r G r+ = (9)

de unde rezult:

b b e en

R

G r G r R

r

= (10)

Gb

8/12/2019 MC-C 10

18/21

n care bG este greutatea mainii de baz, eG greutatea echipamentului de lucru (pentru a se

obine valoarea maxim a reactiunii nR se consider cupa goal), , ,b e Rr r r distanele de la

punctul A la direciile forelor ,b eG G , respectiv nR .

b. Determinarea forei S, din tija mecanismului de basculare a cupei, din ecuaia de momente acupei n raport cu articulaia 2O . (fig. 4). Rezult:

1

c c n nG r R r Sl

+= (11)

n care cG este greutatea cupei, 1, ,c nr r l - distanele de la articulaia 2O la direciile forelor ,c nG R

respectiv S.

Scriind i celelalte ecuaii de echilibru pentru cup, se pot obine componentele reaciunii din

articulaia 2O .

Fig. 4 Fig. 5

c. Determinarea forei P din cilindrul mecanismului de basculare a cupei, din ecuaia demomente a prghiei n raport cu articulaia 1O (fig. T2.40). innd seama i de relatia (11),

rezult:

3 3

2 1 2

( )c c n nSl G r R r lPl l l

+= = (12)

n care 2 3,l l - distanele de la articulaia 1O la direciile forelor S, respectiv P , randamenulmecanismului de basculare a cupei.

Scriind i celelalte ecuaii de echilibru pentru prghie, se pot obine componentele reaciunii

din articulaia 1O .

Cu valorile forelor determinate mai sus, se poate face verificarea la rezisten acomponentelor mecanismului de basculare a cupei.

8/12/2019 MC-C 10

19/21

5. Calculul mecanismului de manevrare a echipamentuluiForele din cilindrii mecanismului de manevrare a echipamentului se determin n dou

ipoteze:

a) Ridicarea echipamentului cu cupa n poziia de ncrcare, n situaia n care apare unobstacol la muchia tietoare a cupei i maina ajunge la limita de stabilitate (aceeaipoziie

ca la calculul mecanismului de basculare a cupei, numai ccilindrul de basculare a cupei nueste acionat);

b) Ridicarea echipamentului cu cupaplin,aflat la nlimea maxim.

a) Schema pentru calculul forei 1bP din cilindrii pentru manevrarea echipamentului n poziia de

ncrcare se indic n figura 6, n care 1rP este reaciunea din cilindrul de basculare a cupei n

situatia n care ncrctorul se afl la limita de stabilitate (roile din spate se desprind de pe teren).

Fig. 6

Reaciunea obstacolului nR se determina cu relaia 10, rezultatdin condiia de stabilitate amainii. Reaciunea din cilindrul de basculare a cupei 1rP se determin utiliznd metoda de calcul de

la mecanismul de basculare a cupei, dar avnd n vedere c, n acest caz, cilindrul de basculare acupei nu este acionat, se va obine relaia:

31

1 2

( )c c n nr

G r R r lP

l l

+= (13)

Gb

rb

Pb1

8/12/2019 MC-C 10

20/21

n care notaiile au aceeai semnificaie ca n figurile 3, 4, 5.

Din condiia de echilibru a echipamentului, scriind ecuaia de momente fa de articulaia O,se obine:

1 Pr1

O O On n e e r

b O

Pb

R r G r P rP

r

+ = (14)

n care Pr, , ,O O O O

n e Pbr r r r sunt distanele de la articulaia O la direciile forelor 1, ,n e rR G P , respectiv

1bP .

b) Schema pentru calculul forei 2bP din cilindrii pentru manevrarea echipamentului n poziia cu

cupa la nlimea maxim se indic n figura 7, n care 2rP este reaciunea din cilindrul de basculare

a cupei n aceast situaie.

Fig. 7

Reaciunea 2rP se determinastfel:

- Se determin fora 'S din tija mecanismului de basculare a cupei din ecuaia de momente acupei pline n raport cu articulaia 2O (fig. 7). Rezult:

Pb2

'3l

8/12/2019 MC-C 10

21/21

''

1

( )n cQ G aSl

+

= (15)

n care nQ este capacitatea nominal a ncrctorului, cG greutatea cupei, a i'

1l - distanele de

la articulaia 2O la direciile forelor nQ , respectiv'

S .

- Se determin fora 2rP din cilindrul mecanismului de basculare a cupei, din ecuaia demomente a prghiei n raport cu articulaia 1O (fig. 7). innd seama i de relaia (15),

rezult:

' ' '2 2

2 ' ' '3 1 3

( )n cr

Q G aS l lP

l l l

+= = (16)

n care ' '2 3,l l sunt distanele de la articulaia 1O la direciile forelor'S , respectiv 2rP .

Din condiia de echilibru a echipamentului, scriind ecuaia de momente fat de articulaia O,se obine:

' ' '2 Pr

2 '

n Q e e r b

Pb

Q r G r P r P

r

+

= (17)

n care ' ' ' 'Pr, , ,Q e Pbr r r r sunt distanele de la articulaia O la direciile forelor 2, ,n e rQ G P , respectiv 2bP

.

Cursa necesara cilindrilor de manevrare a echipamentului se determingrafic, reprezentndla scar echipamentul n poziia limit inferioar si n poziia limit superioar.

Alegerea cilindrilor hidraulici pentru mecanismul de manevrare a echipamentului se faceinnd seama de fora necesar n cilindrii, de numrul cilindrilor i de cursa necesar.