BACKGROUND: For front-end loaders, it is important to minimize energy consumption when performing loading and unloading operations. To ensure competitive properties at a given time of folding links, lifting and with sufficient power of the steering and boom and bucket control drives. This requirement significantly affects the autonomy, versatility and, ultimately, the economic efficiency of loading and unloading operations.
AIMS: Development of a dynamic model of a front loader to determine various operational properties and loads in the joints when working in specified load conditions.
METHODS: A dynamic model has been developed and its operation has been simulated in a system for calculating the dynamics of coupled bodies. The mathematical model includes all the main elements of a front loader – drive axles, internal combustion engine, generator, steering hydraulic cylinders, cargo, bucket, rear axle, cab, wheels, bucket lifting and tipping mechanism, load-bearing system, support surface, TED drive of the driving wheels. The elements are modeled using graphical primitives, hinges and power ones from the standard library of the application for calculating the dynamics of connected bodies.
RESULTS: The article presents a description of a mathematical model of a front loader made in the application for the calculation of connected bodies. A typical list of load modes is presented and examples and simulation results are shown. Possible areas of use of the described mathematical model are shown.
CONCLUSIONS: The developed dynamic model of the front loader makes it possible to analyze various design solutions at the early stages of design, such as the model and number of electric motors, kinematics of the bucket lifting and tilting mechanism, steering kinematics, etc. for energy costs during typical operations. In addition, the developed dynamic model allows you to determine the loads in the hinges and power connections, which can be used when performing strength calculations or when selecting loader components.
Обоснование. Для фронтальных погрузчиков важно минимизировать энергозатраты при выполнении погрузочно-разгрузочных работ. Для обеспечения конкурентных свойств при заданном времени складывания звеньев, подъема и при достаточной мощности приводов рулевого управления и управления стрелой и ковшом. Это требование существенно влияет на автономность, универсальность и в конечном итоге на экономическую эффективность работ при погрузке – разгрузке.
Цель работы – разработка динамической модели фронтального погрузчика для определения различных эксплуатационных свойств и нагрузок в шарнирах при работе в заданных нагрузочных режимах.
Материалы и методы. Динамическая модель разработана, и выполнено моделирование ее работы в системе расчета динамики связанных тел. Математическая модель включает в себя все основные элементы фронтального погрузчика: ведущие мосты, ДВС, генератор, гидроцилиндры рулевого управления, груз, ковш, задний мост, кабину, колеса, механизм подъема и опрокидывания ковша, несущую систему, опорную поверхность, ТЭД привода ведущих колес. Моделирование элементов выполнено с помощью графических примитивов, шарниров и силовых из стандартной библиотеки приложения по расчету динамики связанных тел.
Результаты. В работе представлено описание математической модели фронтального погрузчика, выполненной в приложении по расчету связанных тел. Представлен типовой список нагрузочных режимов и показаны примеры и результаты моделирования. Показаны возможные сферы использования описанной математической модели.
Заключение. Разработанная динамическая модель фронтального погрузчика позволяет на ранних стадиях проектирования провести анализ различных конструкторских решений, таких как модель и количество электродвигателей, кинематика механизма подъема и опрокидывания ковша, кинематика рулевого управления и т. п. на затраты энергии на выполнение типичных операций. Кроме того, разработанная динамическая модель позволяет определять нагрузки в шарнирах и силовых связях, которые можно использовать при выполнении прочностных расчетов или при подборе компонентов погрузчика.