Одноковшовые погрузчики напорного действия предназначены для грузов с насыпным весом не более 2,5 т/м3.

Для захвата сыпучего груза при обычном режиме работы машин необходимо предварительное глубокое внедрение ковша в штабель. Эта операция, требующая преодоления значительных сопротивлений, производится напорным движением ходового колесного или гусеничного механизма. Следовательно, для основной операции по захвату груза не нужна установка специального мощного привода, а используется привод ходового устройства.

После глубокого внедрения ковша в штабель; или с частичным совмещением движений, производится подъем или поворот наполненного ковша с отрывом сыпучего груза от остальной части штабеля. Для выполнения этой операции на погрузчике устанавливается специальный привод, который используется также и для последующего опорожнения ковша.

В отличие от экскаваторов и передвижных стреловых кранов одноковшовые погрузчики обычно не имеют верхнего поворотного строения. Ковш для зачерпывания и разгрузки направляется путем несложного маневрирования всей машиной.

Таким образом одноковшовые погрузчики основных типов в силу указанных конструктивных особенностей совершают во время работы небольшое количество отдельных движений: поворот ковша при зачерпывании и разгрузке, подъем и опускание ковша, перемещение всей машины от штабеля к месту опорожнения ковша и обратно. В отдельных случаях (например, тракторные лопаты) машина совершает лишь два движения — перемещение на гусеницах и подъем рукояти с ковшом.

Сравнительные расчеты показывают, что на погрузке сыпучих грузов в вагоны и другие транспортные устройства одноковшовые погрузчики по ряду экономических измерителей значительно выгодней кранов и экскаваторов, часто используемых на этих работах. Так, например, производительность на тонну веса машины при работе на угле для одноковшовых тракторных погрузчиков с ковшом емкостью 1,5 ж3 в среднем составляет около 7,5 г/час, а для стреловых железнодорожных кранов с грейфером емкостью 1,5 мъ — около 1,7 т/час, или в 4,4 раза меньше.

Кран работает с меньшей часовой производительностью, и при этом он в 3—4 раза дороже тракторного погрузчика.

Незначительный собственный вес погрузчика при относительно большой емкости ковша экономически оправдывает перемещение машины с грузом в пределах рабочей площадки. В отличие от кранов и одноковшовых экскаваторов одноковшовые погрузчики хорошо сочетают в себе свойства погрузочного и транспортного оборудования.

Преимуществом одноковшовых погрузчиков напорного действия является малое измельчение груза при зачерпывании. Это объясняется сравнительно спокойным внедрением ковша в штабель и захватом большой массы груза при малой поверхности сечения его рабочим периметром ковша. Это приобретает осо бое значение для таких грузов металлургического производст ва, как кокс, агломерат, сортированная кусковая железная руда и другие.

Для нормальной работы одноковшовых погрузчиков (и прежде всего для глубокого внедрения ковша в штабель и хорошего его заполнения) требуется ровная хорошо спланированная площадка с твердым и прочным покрытием. Работая на такой площадке, одноковшовые погрузчики, особенно при отсутствии зубьев на передних кромках ковша, сравнительно полно и чисто подбирают ковшом груз со складской площадки и в этом смысле выгодно отличаются от грейферных кранов, скреперных установок и других устройств.

Одноковшовые погрузчики, кроме ковша, имеют другие сменные рабочие приспособления: захваты для труб, бревен и других штучных грузов, сталкиватели, крановые стрелы различных типов и т. д. Замена одного приспособления другим производится просто, без значительной затраты рабочего времени. Таким образом, эти погрузчики являются универсальными машинами, приспособленными для работы с различными грузами, что при большой мобильности, облегчающей переброску машины с одного рабочего места на другое, создает возможности для хорошего ее использования во времени.

Погрузчики напорного действия строятся у нас на базе гусеничных тракторов или с использованием крупных узлов и де-. талей автомобилей серийного производства. При наличии мощной тракторной и автомобильной промышленности создаются благоприятные условия для успешного развития этой новой отрасли погрузочной техники.

Технико-экономические показатели работы погрузчика определяются его производительностью, которая в значительной степени зависит от заполнения ковша при зачерпывании. Поэтому процесс заполнения является наиболее ответственным элементом в работе погрузчика этого типа.

Вопросам работы грейферного захвата или ковша экскаватора в научно-технической литературе уделяется значительное внимание; известны крупные исследования в этой области. Что же касается работы ковша погрузчиков напорного действия, то этот вопрос еще не привлек к себе должного внимания.
Есть достаточные основания утверждать, что форма и конструкция ковшей погрузчиков как отечественного, так и иностранного производства во многих случаях являются далеко не совершенными. Емкость ковша, его размеры и форма часто не соответствуют роду зачерпываемого груза и основным параметрам машины —ее весу и мощности.

Таким образом, несмотря на уже достигнутые высокие показатели в работе одноковшовых погрузчиков, на практике используются далеко не все возможности этих машин вследствие недостаточно обоснованного проектирования их основных рабочих органов и недостаточного внимания к режиму зачерпывания.

В настоящей книге основное внимание уделено влиянию режима зачерпывания, а также конструкций и размеров ковшового захвата на конечный результат работы машины — ее производительность. Двигатель, ходовое устройство и некоторые вопросы, не специфичные для погрузчиков и достаточно освещенные в литературе, здесь почти не рассматриваются. Приведены также результаты нашего теоретического и экспериментального исследования процессов зачерпывания сыпучих грузов ковшами погрузчиков. Исследования проводились при кафедре строительных и погрузочно-разгрузочных машин Харьковского института инженеров транспорта с участием инж. В. Н. Хиневича, инж. Е. П. Коренко и А. В. Сахаровой.

Преимуществом электропривода в погрузчиках напорного действия является возможность получения большого момента от двигателя в период внедрения ковша в штабель, когда привод в короткий срок должен преодолеть сопротивления, достигающие очень высоких значений.

Номинальная мощность электропривода на единицу емкости ковша в электропогрузчиках всегда значительно меньше, чем в погрузчиках с приводом от двигателя внутреннего сгорания.

Машины с питанием от троллеев или от гибкого кабеля ма- ломаневренны. Однако при погрузочных работах в стационарных условиях, когда машина совершает лишь незначительные и простые перемещения без сложного маневрирования, эта система, особенно с гибким кабелем, может оказаться наиболее простой и дешевой. Необходимо только обеспечить такое положение кабеля, при котором исключалось бы попадание его на ковш и под колеса или гусеницы погрузчика.

2. Ходовое устройство. Основной рабочий процесс в работе машины — внедрение ковша в штабель, требующий наибольших усилий, осуществляется напорным движением ходового устройства, которое должно иметь достаточное сцепление с рабочей площадкой.

Одноковшовые погрузчики должны перемещаться по площадке для зачерпывания груза из штабеля и последующего опорожнения ковша. Ходовое устройство их должно поэтому обеспечивать достаточную маневренность.

Большой силой сцепления и хорошей проходимостью отличаются погрузчики на гусеничном ходу. Машины с отдельным реверсированием каждой гусеницы обладают, кроме того, хорошей маневренностью. Недостатком погрузчиков на гусеничном ходу является их большой собственный вес и незначительные скорости. Кроме того, гусеницы погрузчиков повреждают площадки и дороги.

Погрузчики на колесном ходу дешевле и требуют меньшего количества металла. Они весьма маневренны, особенно когда все их колеса, в том числе ведущие, являются управляемыми.

Хорошая маневренность достигается в конструкциях с двойным управляемым колесом, представляющим собой два колеса, посаженные близко одно от другого на одной разворотной оси. Механизм рулевого управления при такой системе управляемых колес, принятой в автопогрузчиках отечественного производства «4001» и «УПМ-6». значительно упрощается.

Недостатком погрузчиков описанного типа является их меньшая устойчивость в поперечном направлении вследствие уменьшения расстояния между вертикалью, проходящей через, центр тяжести машины, и опорной линией возможного опрокидывания.

Ведущие колеса погрузчиков обычно располагаются в передней части машины —со стороны внедрения ковша в штабель. Этим достигается наивыгоднейшее распределение веса: машины между сцепными и поддерживающими колесами, что существенно важно в период внедрения. Кроме того, при совмещении операций внедрения и подъема ковша сила сцепления ведущих колес значительно возрастает за счет вертикального сопротивления подъему.

Некоторые зарубежные фирмы изготовляют погрузчики с задними ведущими колесами, очевидно, в целях использования обычной системы колесного трактора, а также уменьшения габаритов передней части машины. Такое решение оправдано лишь в тех случаях, когда сцепной вес машины не ограничивает ее напорного усилия.

За границей получили большое распространение погрузчики на колесном ходу; в настоящее время там изготовляются погрузчики на колесном ходу даже тяжелого типа.

3. Привод для подъема ковша. Имеется три основных вида такого привода: с подъемной барабанной лебедкой, механический кривошипно-шатунный и гидравлический.

При зачерпывании, когда сопротивление подъему особенно велико, желательна малая скорость, которая при дальнейшем подъеме должна возрастать. Соблюдение таких условий обеспечивает хорошее использование мощности двигателя и спокойный режим зачерпывания. В погрузчиках с подъемной лебедкой это достигается устройством конусных барабанов, многослойной навивкой каната на дисковый барабан и другими способами. Однако это приводит к усложнению конструкции лебедки и ухудшению условий работы каната, особенно на участке малых’ радиусов навивки. Кроме того, для погрузчиков этого типа необходимо устройство специального каркаса с установкой на нем отклоняющих блоков, что увеличивает габариты и вес машины.

Тяжелые условия работы подъемных канатов (незащищенность от пыли, малые диаметры блоков и барабанов, большое число точек перегиба и др.) приводят к быстрому их износу.

Машины с кривошипно-шатунным и гидравлическим приводом не имеют этих недостатков. Изменение скорости при подъеме ковша достигается соответствующим взаимным расположением звеньев механизма.

Структура механизма подъема обеспечивает режим скорости, весьма благоприятный для зачерпывания и для работы двигателя.

При механическом приводе с лебедкой или с кривошипно- шатунным механизмом обычно имеет место только подъемное движение и в отдельных случаях — для разгрузки ковша и возвращения его в исходное положение — вращательное, которое- осуществляется без дополнительного механического двигателя.

В погрузчиках с гидравлическим приводом при простой кинематической схеме легко получить несколько относительных движений ковша, что достигается установкой дополнительных рабочих цилиндров, работающих от одного насоса. Достоинства гидропривода: компактность конструкции, отсутствие подверженных сильному износу муфт, тормозов, зубчатых и червячных колес, подшипников и других деталей, необходимых при механическом приводе, а также плавность в работе и простота управления. Гидропривод широко применяется в современных одноковшовых погрузчиках.

Указанные особенности гидропривода обусловили конструкцию погрузчиков со сложным движением ковша и рукояти, приближающихся по своей кинематической схеме к одноковшовым экскаваторам.

4. Связь ковша с машиной определяет основную кинематическую структуру погрузчика и отчасти способ заполнения и разгрузки ковша.

По этому признаку различают погрузчики с ковшом: а) на подъемной рукояти, б) шарнирно укрепленным на подъемной каретке и в) скипового типа на ходовых роликах.

Широкое распространение имеет первый тип погрузчиков, причем наиболее просты по конструкции машины, имеющие рукоять, шарнирно связанную с корпусом, но без поворота относительно нее ковша.

Недостатком таких погрузчиков является малая боковая устойчивость при верхнем положении ковша, особенно во время работы на неровных площадках.

Более устойчивы и компактны по конструкции машины с катящейся рукоятью. Ковш перемещается от места загрузки до места опорожнения без подъема на значительную высоту.

Эти машины применяются у нас для погрузки породы в вагонетки при прохождении подземных выработок. Английская фирма «Эймко» выпускает их также для работы на поверхности. При зачерпывании они развивают очень большие усилия и предназначены для работы в тяжелых условиях.

Недостатком машин, имеющих жесткую связь ковша с рукоятью, является постоянная, нерегулируемая высота разгрузки ковша, что во многих случаях ограничивает или делает невозможным применение их для подачи грузов на транспортные устройства с несоответствующей высотой приемного кузова.
Опорожнение ковша в машинах, имеющих специальный гидропривод или простейший механизм с использованием силы ‘ тяжести для поворота ковша относительно рукояти, может производиться на разной высоте.

К машинам с поворотным ковшом, шарнирно укрепленным на подъемной каретке, относятся, например, универсальные автопогрузчики. При замене ковша вилками, крановой стрелой и т. д. автопогрузчики могут работать на погрузке тарных грузов, леса и др. Обычно они имеют специальный гидропривод для поворота ковша в период зачерпывания и разгрузки.

В погрузчиках старого типа для поворота ковша на цапфах использовался механизм наклона рамы.

На рис. 1 изображен погрузчик отечественного производства грузоподъемностью 1,5 г с электроприводом, аккумуляторной батареей и ковшом для работы с сыпучими грузами. Ковш не имеет специального привода для поворота. Для опрокидыва- иия ковша при разгрузке используется основной привод подъема.

Рис. 1. Электропогрузчик с ковшовым захватным органом без специального привода для поворота ковша при зачерпывании

Машины без специального привода для поворота ковша относительно рукояти или каретки просты по конструкции, но менее удобны в эксплуатации. Хорошее заполнение ковша таких машин возможно лишь при глубоком внедрении их в штабель и высоко расположенном центре вращения рукояти.
Машины с ковшом на ходовых роликах и движением его по направляющим, работающие по принципу скипового подъемника, сравнительно просты по конструкции и в обслуживании. Они имеют всего два привода: ходового устройства и подъемную лебедку. Верхнее строение машины, состоящее из направляющей рамы и поддерживающей конструкции, весьма громоздко. Разгрузка ковша возможна лишь при верхнем его положении по направляющей раме. Для регулирования высоты разгрузки в машинах нового типа предусмотрено дополнительное подъемное устройство, при помощи которого можно менять высоту разгрузочного участка направляющей рамы.

Описанные погрузчики имеют те же недостатки, что и машины с лебедкой барабанного типа.

5. Направление движения ковша относительно машины при разгрузке в значительной мере определяет характер маневрирования машиной и продолжительность ее рабочего цикла.

Наиболее простое маневрирование с минимальным перемещением машины по площадке возможно при повороте стрелы с ковшом в вертикальной и горизонтальной плоскостях. По своей кинематической схеме такие погрузчики приближаются к экскаваторам с верхним поворотным строением; они удобны в эксплуатации, но сложны по конструкции.

Погрузчики, у которых разгрузка ковша происходит впереди машины, т. е. с той же стороны, что и зачерпывание, требуют сложного маневрирования; после зачерпывания машина должна задним ходом отойти от штабеля, развернуться, подойти к автомашине, вагону или другому объекту погрузки и после опорожнения ковша, повторных разворота и углового захода вернуться к штабелю для следующего зачерпывания. Эти операции усложняют работу водителя, неблагоприятно отражаются на производительности погрузчика, способствуют износу его ходовых частей и складской площадки, особенно при гусеничном ходовом устройстве.

Просты по конструкции и не требуют сложного маневрирования погрузчики, у которых ковш разгружается при движении его с рукоятью назад через машину. По этому принципу работают, например, тракторные лопаты.

Во время работы погрузчик располагается между штабелем и загружаемым объектом; для зачерпывания и разгрузки ковша производятся простейшие возвратно-поступательные движения по площадке. Длительность рабочего цикла у этих машин незначительна.

Существуют также конструкции, в которых предусмотрена разгрузка ковша при движении его вперед или назад через машину.

6. Направление и форма кривой зачерпывания по отношению к остову машины существенно- влияют на заполнение ковша и сопротивление при зачерпывании. Кривая зачерпывания является траекторией относительного движения передней кромки ковша при его подъеме из- штабеля с грузом. Обычно эта кривая является дугой окружности.

При верхнем расположении центра вращения ковша кривая наклонена в сторону штабеля, что способствует увеличению зоны зачерпывания и, следовательно, улучшению заполнения ковша. В этом случае не требуется глубокого первичного внедрения ковша в штабель, но, как показали опыты, наблюдается, значительное измельчение зачерпываемого материала.

При кривой зачерпывания, имеющей форму вертикальной я ли почти вертикальной линии, объем зоны зачерпывания при прочих равных условиях уменьшается. Кроме того, значительное количество груза при зачерпывании высыпается из ковша. Для хорошего заполнения ковша машины должны работать с большой первичной глубиной его внедрения, что приводит к большой нагрузке на привод подъема в начальный период работы. когда от штабеля сразу отрывается вся масса груза, расположенная над днищем ковша.

Если кривая зачерпывания по отношению к остову машины наклонена назад, то осыпание материала лишь несколько уменьшается, а характер зачерпывания в основном остается таким же, как и в предыдущем случае.

Чтобы улучшить заполнение ковша и уменьшить первичную глубину внедрения, в машинах двух последних типов (с вертикальной и наклоненной назад траекторией относительного движения передней кромки ковша) часто применяют так называемый экскаваторный способ зачерпывания. Поступательное движение ковша в сторону штабеля и подъем его при этом частично совмещаются во времени, что приводит к смещению траектории абсолютного движения передней кромки ковша, т. е. фактической кривой зачерпывания, в сторону штабеля.

В отдельных случаях на одноковшовых погрузчиках устанавливается специальное погрузочное устройство типа бункера или кузова. Как правило, погрузка чаще всего ведется непосредственно из ковша.

При постоянной высоте разгрузки ковша иногда устанавливается направляющий погрузочный лоток для некоторого регулирования высоты сбрасывания груза.

Установка на погрузчике специального бункера или кузова целесообразна при значительной дальности пробега погрузчика от места зачерпывания к месту погрузки. Предварительное заполнение ковшом бункера или кузова уменьшает число пробегов, повышает производительность и срок службы ходовых частей машины.