Выбор и расчёт механизмов и систем гусеничного трелевочного трактора

Учреждение образования «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Факультет ТТЛП Кафедра " ЛМ и ТЛЗ" Специальность ЛИД

Учреждение образования «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет ТТЛП

Кафедра " ЛМ и ТЛЗ"

Специальность ЛИД

Специализация ТЛ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

КУРСОВОЙ РАБОТЫ

по дисциплине: " Лесотранспортные машины "

Тема: " Выбор и расчёт механизмов и систем гусеничного трелевочного трактора"

Исполнитель:

студентка 3-го курса, группы 2,

Статкевич Ю.В.

Руководитель:

ассист. Демидов В.А.

Курсовая работа защищена с оценкой

Руководитель

Минск 2009

Содержание.

Введение ……………………………………………………………………………..5

1.Назначение проектируемой машины и условия ее работы ……………………6

2.Выбор двигателя ……………………………………………….....…………7

2.1 Определение мощности двигателя……………………………………….….7-8

2.2. Определение основных размеров двигателя……………………………....9-10

2.3. Построение внешней скоростной характеристики двигателя…………..11-13

3.Выбор основных узлов и передаточных чисел

силовой передачи проектируемой машины …...………………………..……..14

3.1 Общие положения……………………………………………….......................14

3.2 Выбор передаточных чисел силовой передачи гусеничного трактора.....15-17

3.3. Сцепление……………………………………………………….………….….18

3.4. Коробки передач………………………………………………...................18-21

3.5. Карданные передачи…………………………………………………….….…21

3.6. Главные передачи………………………………………………..…................21

3.7. Полуоси и колесные редукторы……………………………………………...21

3.8. Ходовая часть…………………………………………………….………...22-23

3.9. Механизмы управления…………………………………….…………............23

3.10Тормоза………………………………..…………………………......................24

4.Тяговая и динамическая характеристики проектируемой машины ... ..23

4.1. Построение характеристик………………………………………..............23-25

4.2. Анализ тяговых свойств машины……………………………………...…25-26

5.Определение производительности проектируемой машины ………… ...27

5.1.Расчет сменной производительности гусеничного трелевочного трактора………………………………………………………………..…………....27

5.2. Расчет годовой производительности……………………………………...…28

Заключение……………………………………………………………………..…..29

Литература………………………………………………………………………......30

Реферат

Трактор, Мощность, Двигатель, Коробка передач, Сцепление, Трансмиссия, Скорость, Момент, Нагрузка, Хлыст.

Требуется :

-изложить назначение проектируемой машины и условия ее работы;

-выбрать тип двигателя, определить его максимальную мощность и основные размеры, построить скоростную характеристику;

-обосновать и выбрать основные узлы трансмиссии;

-выполнить расчет передаточных чисел силовой передачи машины, построить тяговую характеристику машины;

-составить кинематическую схему силовой передачи с указанием сальников и подшипников;

-рассчитать производительность лесотранспортной машины;

Курсовая работа включает в себя пояснительную записку (27 листов), а также графики (скоростная характеристика двигателя и тяговая характеристика трактора) – 2 листа, кинематическая схема трансмиссии, формат (А1).


Введение

Лесными машинами, в соответствии с типовой учебной программой дисциплины “Лесные машины”, называются применяемые в лесной промышленности машины для подвозки и вывозки леса. Лесные машины служат базой для большого семейства лесосечных, дорожно-строительных и других машин, используемых в лесной промышленности.

Транспорт леса является составной, наиболее энергоемкой частью производственного процесса лесозаготовительного производства и включает подвозку (трелевку) и вывозку деревьев (хлыстов, сортиментов). Для трелевки применяются трелевочные тракторы и специальные машины, созданные на их базе, а для вывозки – лесовозные автомобили, тракторы, тепловозы.

Режимы работы гусеничного трелевочного трактора во многом определяются технологическим процессом лесозаготовок. Рабочий цикл гусеничного трелевочного трактора с чокерной оснасткой включает следующие фазы: холостой ход, маневры перед сбором пачки, сбор пачки, грузовой ход, разгрузка пачки.

В связи с этим особенностями работы лесных машин большое значение приобретают следующие требования: высокая надежность и топливная экономичность, хорошие динамические свойства и приспособляемость к неустановившимся режимам работы; быстрый и надежный запуск двигателя при низких температурах окружающего воздуха; необходимые тягово-сцепные и скоростные свойства, обеспечивающие эффективную работу в тяжелых условиях эксплуатации.

1. Назначение гусеничного трелевочного трактора и условия его эксплуатации

Трелевка – процесс перемещения заготовленной древесины от места заготовки к месту укладки ее в штабеля или погрузки на лесовозный транспорт. Возможны различные виды и способы трелевки заготовленной древесины. Чаще всего применяется механизированная трелевка, которая производится по трелевочным волокам, прокладываемым по лесосеке. Трелевочный волок – это простейший временный транспортный путь на лесосеке, по которому заготовленная древесина доставляется из лесосеки на погрузочный пункт или верхний склад.

Наибольшее применение получила тракторная трелевка древесины. В Беларуси почти вся заготовленная древесина трелюется тракторами. Благодаря мобильности тракторов древесину можно трелевать к любому пункту лесовозной дороги в равнинной и слабохолмистой местности (уклон до 15º) на лесосеках с удовлетворительной и хорошей несущей способностью грунтов.

На лесозаготовках в Беларуси применяются трелевочные тракторы с канатно-чокерным оборудованием: ТЛТ-100А, ТТ-4М, МТ-5 и др.; с гидроманипулятором: ТБ-1М, ЛП-18Д, МЛ-107; с почковым клещевым захватом: МЛ-136, МЛ-131, ЛТ-189М, МЛ-104.

В данной курсовой работе в качестве прототипа выбираем гусеничный трелевочный трактор ТЛТ-100А.

Трактор ТЛТ-100А предназначен для сбора и трелевки деревьев и хлыстов за вершины или комли в полупогруженном положении в равнинной или слабохолмистой местности (уклон до 14º) со слабой, удовлетворительной и хорошей несущей способностью грунтов. Трактор ТЛТ-100А рекомендуется применять в тонкомерных и средней крупности лесонасаждениях (средний объем хлыста 0,14-0,5 м³). Благодаря увеличенной опорной поверхности гусениц трактор обладает хорошей проходимостью, поперечной и продольной устойчивостью.


2. Выбор двигателя

2.1 Определение мощности двигателя

Мощность двигателя лесотранспортной машины определяется по формуле׃

,

где

Рк – касательная сила тяги на ведущих органах тягача, потребная для преодоления силы сопротивления движению лесотранспортной машины, Н;

v– скорость движения, км/ч;

ηтр – механический КПД трансмиссии;

ηг – коэффициент, учитывающий потери на ведущей звездочке.

Касательная сила тяги определяется из уравнения тягового баланса׃

РК =∑РСОПР f ±Рi ±Pj +Pw +Pkp

Для наиболее характерных способов транспортировки древесины расчетная формула для нахождения Рк будет иметь следующий вид (трелевка в полупогруженном состоянии)׃

Рк =(G+Q1 )·(f1 +i)+Q2 ·(f2 +i), где

G – сила веса тягача, Н;

Q1 – сила веса части пакета, размещенной на тягаче и увеличивающей его сцепной вес, Н;

f1 – коэффициент сопротивления качению тягача;

i – уклон дороги (волока);

Q2 – сила веса части пакета, размещенной на полуприцепе или волочащейся по земле, Н;

f2 – коэффициент сопротивления качению пачки.

При трелевке деревьев в полупогруженном состоянии на гусеничных тракторах׃

Q = Qгр·0.780·g;

Q1=Q2 =Q/2;

В нашем случае:

Q = 9.2·0.780·10 =78кН;

Q1 = Q2= 78000/2=39 кН;

Коэффициенты сопротивления движению f1 и f2 в зависимости от типа дороги, способа транспортировки, вида тягача и подвижного состава выбираем из приложения.

В связи с небольшим диапазонов изменения ηтр и ηг мощность двигателя будет предопределяться величинами РК и v.

Эксплуатация лесотранспортных машин происходит в сложных условиях, когда значения РК и v изменяются в широких пределах из-за резкого колебания коэффициентов сопротивления движению, состава, размера и силы веса транспортируемых пачек. Поэтому мощность двигателя определяется для трех следующих вариантов׃

Условия для определения мощности двигателя.

Таблица 2

Вариант f1 и f2 Уклон i v, км/ч
1 f1 =0,11; f2 =0,37 0,1 1,5
2 f1 =0,07; f2 =0,34 0,02 5,5
3 f1 =0,03; f2 =0,3 0 8,5

РК1 =(141000+39100)·(0,11+0,1)+39100·(0,37+0,1)=56875,8 Н.

РК2 =(141000+39100)·(0,02+0,07)+39100 ·(0,02+0,34)=56605,7 Н.

РК3 =(141000+39100) ·(0+0,03)+39100·( 0+0,3)=46530 Н.

Для последующих расчетов будем принимать наибольшее значение мощности.

Максимальная мощность – Ne = 144,5 кВт

2.2. Выбор двигателя

К настоящему времени степень совершенства поршневых карбюраторных и дизельных двигателей достигла высокого уровня. Возможность применения на транспортной машине двигателя того или иного типа должна определяться ее весовыми, тяговыми, скоростными, эксплуатационными свойствами. По ряду показателей дизели несколько уступают карбюраторным двигателям. Они имеют большие габариты и массу, пониженную приспособляемость на режимах перегрузки, затрудненный запуск при низких температурах, более высокую стоимость изготовления и требуют более высокого профессионализма в обслуживании и ремонте. Но дизельный двигатель по сравнению с карбюраторным имеет более высокий крутящий момент с одинаковыми геометрическими параметрами двигателей. Топливная экономичность дизеля на 20-30% выше карбюраторных ДВС.

По справочнику из ряда дизельных тракторных двигателей с учетом расчетной мощности Ne = 144,5 кВт, выбираем двигатель.

Наиболее подходящий двигатель Д-260.2. Предоставим основные характеристики данного двигателя׃

Дизельный двигатель с непосредственным впрыском; n=2100 об/мин; i=6р; d=110 мм; S=125 мм; vh =4750 см³; Е=15; G=750 кг; ge н =218 г/кВт·ч. N=154а=0,904 в=1,096

2.3 Определение основных размеров двигателя

Основными параметрами двигателя является диаметр цилиндра d и ход поршня S.

Определение диаметра цилиндра (мм) производится по формуле:

Где: τ- число тактов рабочего цикла, принимаем τ=4;

Ne- эффективная мощность;

Ψ –отношение хода поршня к диаметру цилиндра, принимаем Ψ=1.13;

Pe – среднее эффективное давление, для дизеля Pe=0.65;

i – Число цилиндров;

n – Частота вращения коленчатого вала двигателя;

По прототипу выбирается: τ,I, Ψ, Pe, n;

При определении d, в формулу следует подставить величину Pe, увеличивают на 3-5%.

Подставляем значение в формулу:

;

Принимаем d = 175 мм;

Определяем S и Ψ для нашего двигателя:

S = Ψ·d = 1.13· 175 = 197,7;

Принимаем S = 197 мм.

Теперь рассчитываем эффективную мощность двигателя:

;

В нашем случае:

кВт;

2.4 Определение основных параметров двигателя

Определим литровую мощность двигателя (кВт/л);

Nл = Ne / Vh · I, где Ne = 154кВт; I = 6;

Vh = ;

Nл = 154/3 · 6 = 9 кВт/л;

Определим удельный вес двигателя:

Gу = Gд / Ne;

Gд = 750кг; Ne = 154кВт;

Gу = 750 / 154 = 5,2 кг/кВт;

Определим среднюю скорость поршня м/c;

Cм = S · n / 30, где S = 197 мм; n = 2100 об/мин.;

См = 197,7 · 2100 / 30 = 13,8м/с;

2.5. Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Скоростная характеристика двигателя с некоторым приближением может быть построена по эмпирическим формулам С. Р. Лейдермана׃

Для дизеля: n=0.5neн

;

;

;

;

Ne н – максимальная мощность двигателя, кВт.;

n – искомая частота вращения коленчатого вала, об/мин.

ne н – частота вращения, соответствующая максимальной мощности, об/мин

Me – крутящий момент двигателя, Н·м.

ge н – удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя.

А, В, Ао , Во , Со – постоянные коэффициенты Лейдермана.

Данные расчетов представлены в виде таблицы.

Зависимости эффективных параметров двигателя от частоты

вращения коленчатого вала

Таблица 2.1

Частоты вращения коленчатого вала n , об/мин Эффективная мощность Ne , кВт Крутящий момент Me , Н∙м Часовой расход GT , кг/ч Удельный эффективный расход ge , г/кВт∙ч
1050 58,52 798,4 14,67 236,78
1260 83,16 810,4 19,03 226,38
1470 106,26 792,8 22,70 220,61
1680 118,58 735,35 24,55 219,45
1890 144,76 759,6 30,61 222,92
2100 154 700,3 28,9 231

3. Выбор основных узлов и передаточных чисел силовой передачи проектируемой машины

Для трелевки леса применяются трелевочные трактора с тросовым (чокерным) оборудованием.

3.1. Общие положения

Система деталей и узлов, передающая энергию двигателя ведущим колесам (звездочкам) и другим рабочим органам машин, называется трансмиссией. Назначение трансмиссии заключается также в изменении частоты вращения ведущих органов машин и подводимого к ним момента в заданных пределах по величине и направлению.

Основные требования к трансмиссии лесотранспортных машин:

- плавное изменение крутящего момента в интервале рабочих скоростей движения;

- простота конструкции агрегатов и надежность в эксплуатации;

- дешевизна изготовления, малый вес и небольшие габариты;

- легкость и удобство управления;

- экономичность работы двигателя в широком интервале изменения оборотов.

Рис. 3.1. Компоновочная схема механической силовой передачи (1 – двигатель; 2 – сцепление; 3 – коробка передач; 4 – карданная передача; 5 – задний ведущий мост.

3.1. Силовые передачи

Лесовозные автомобили и трелевочные тракторы имеют механическую силовую передачу, обладающую целым рядом преимуществ׃ надежностью, высоким КПД, простотой и низкой стоимостью изготовления и ремонта.

В зависимости от типа лесотранспортной машины и схемы ее компоновки, силовая передача может включать в себя следующие узлы.

Сцепление. Наибольшее распространение получили одно- или двухдисковые сцепления постоянно замкнутого типа с несколькими пружинами. Для обеспечения большой плавности при включении и снижения крутильных моментов в трансмиссии обычно устанавливают упруго-фрикционные демпферы. При значительных нажимных усилиях для облегчения работы водителя в приводе муфт используют пневмо- и гидроусилительные механизмы.

Наиболее часто встречаются однодисковые сцепления фрикционного типа, которые способны передавать крутящий момент равный 800-850 Н·м. Для передачи большего момента используют двухдисковые сцепления. Для нашего случая наиболее подходящее однодисковое сцепление.

Коробка передач. Предназначены для возможности изменения передаточного числа трансмиссии, длительного разделения двигателя и ведущих колес на звездочке, обеспечение реверсивного движения.

Тракторные коробки передач, имеющие значительно меньшее передаточное число по сравнению с автомобильными, выполняются двухвальными с прямозубыми шестернями и каретками.

Для уменьшения торцевого износа зубьев шестерен тракторные коробки передач всегда снабжаются блокировочным устройством и тормозом для остановки ведущего вала.

В нашем случае принимаем пятиступенчатую двухвальную коробку передач с переключением передач с остановкой трактора.

Карданная передача. Для компенсации изменения расстояния между агрегатами и возможности сборки карданные передачи всегда имеют шлицевое сочленение. На гусеничных тракторах при малых углах несоосности (3…5˚) валов агрегатов принимаются шарниры с резиновыми втулками, что мы и принимаем для нашего трактора.

Главная передача – наиболее ответственный и сильно нагруженный узел трансмиссии. У тракторов шестерни главной передачи выполняются с резольными и реже прямыми и спиральными зубьями.

Бортовой редуктор. Бортовые передачи тракторов, выполненные в виде цилиндрических редукторов, позволяют реализовать большое передаточное число трансмиссии. Размещение бортовых передач после механизма поворота снижает величину крутящих моментов в механизмах поворота, что облегчает управление трактором и в то же время позволяет увеличить силу тяги на ведущих звездочках.

На нашем тракторе установлен планетарный механизм поворота, одновременно выполняющий роль понижающего редуктора.

Колесная передача. Применение колесных передач позволяет разгрузить дифференциал и полуоси, уменьшить габаритные размеры моста и увеличить дорожный просвет. Колесная передача состоит из цилиндрических шестерен. На нашем тракторе установлена цилиндрическая зубчатая пара (на каждую гусеницу).

3.2. Технологическое оборудование

Технологическое оборудование гусеничного трактора состоит из׃ лебедки, раздаточной коробки и погрузочного устройства.

Трелевочное оборудование состоит из׃ однобарабанной лебедки, собирающего каната, погрузочного щита, чокеров и гидросистемы.

Погрузочный щит – откидной, предназначен для перегрузки передней части пачки на трактор, транспортированию ее в полупогруженном состоянии.

Чокеры служат для зацепки деревьев, а собирающий канат – для сбора зачокерованных деревьев и подталкиванию их к трактору.

Собирающий канат имеет длину 30-45 м и диаметр 17-22 мм. Одним концом он крепится к барабану лебедки, а второй конец снабжен стопорным разрезным кольцом.

3.3. Выбор передаточных чисел силовой передачи

Основной частью гусеничной и колесной машины является трансмиссия, которая осуществляет передачу и изменение крутящего момента двигателя, передаваемого к ведущим органам машины.

Во время работы транспортных машин в различных дорожных условиях требуется маневрировать тяговыми усилиями и скоростями движения для получения большей эффективности. В связи с этим большое значение имеет правильный выбор интервалов между соседними скоростями и тяговыми усилиями, а также число ступеней и состав трансмиссии.

Основные требования к трансмиссии лесотранспортных машин׃

Плавное изменение крутящего момента в интервале рабочих скоростей.

1. Простота конструкции агрегатов и надежность в эксплуатации.

2. Дешевизна изготовления, малый вес и небольшие габаритные размеры.

3. Легкость и удобство управления.

4. Экономичность работы двигателя в широком интервале изменения оборотов.

Из-за специфики условий работы методы выбора передаточных чисел трансмиссии колесных и гусеничных машин имеют некоторые особенности, разобранные ниже.

3.4. Гусеничные машины

Для определения передаточных чисел необходимо знать максимальную потребную касательную силу тяги на первой передаче (Рк. max ), номинальный крутящий момент двигателя (Мне ) наибольшую скорость движения порожнего трактора (Vmax ).

Общее передаточное число трансмиссии на первой передаче () должно обеспечить движение машины в самых трудных условиях (fmax , ip ) с грузом. Значения определяется их условия преодоления наибольшего дорожного сопротивления по зависимости׃

где R3 – радиус ведущей звездочки, м.

В ближайшее время предполагается у всех гусеничных трелевочных тракторов применить унифицированную гусеницу с шагом звена lr =150 мм и числом зубьев ведущей звездочки z=9-13. Задаваясь числом зубьев ведущей звездочки z=11, определим радиус ведущей звездочки׃

Выберем стандартное значение радиуса ведущей звездочки R3 =0,263 м.

Вычисленное передаточное число трансмиссии необходимо проверить из условия ограничения по сцеплению гусениц с почвой׃

где φ – коэффициент сцепления гусениц с почвой (φ=0,4).

Окончательный выбор передаточного числа трансмиссии на первой передаче производится из условия׃

Обычно у гусеничных машин величина к1 принимается ближе к расчетному значению по условию сцепления. Т.е. к1 =40.

Передаточное число на высшей передаче определяется из условия обеспечения движения порожней машины с максимальной скоростью׃

Сцепление

Наибольшее распространение на современных лесных машинах получили одно- или двухдисковые сцепления постоянно замкнутого типа с периферийными нажимными пружинами. Для обеспечения большой плавности при включении и снижения крутильных колебаний в трансмиссии в ступицах ведомых дисков устанавливают упруго-фрикционные демпферы. При значительных нажимных усилиях для облегчения работы водителя в приводе используют пневмо- и гидроусилительные механизмы.

Выбираем сцепление с числом ведомых дисков, а следовательно поверхностями трения i = 2, так как N е < 132,5 кВт.

Привод управления подбирается исходя из принятого усилия на педали выключения муфты сцепления: для тракторов Рп = 200 – 250 Н. Допустимый полный ход педали сцепления S п = 0,15 – 0,2 м.

Для проектируемого гусеничного трелевочного трактора выбираем 2-х дисковую муфту сцепления.

Коробки передач

Коробки передач для гусеничных тракторов выполняются двухзальными с прямозубыми шестернями и каретками. Для уменьшения торцового износа зубьев шестерен тракторные коробки передач всегда снабжаются блокировочным устройством и тормозом для остановки ведущего вала. В сочетании с коробкой может устанавливаться двухступенчатый реверс-редуктор, который удваивает или утраивает число ступеней переднего хода, что позволяет более эффективно использовать машину в зависимости от эксплуатационных условий.

На некоторых трелевочных тракторах для реверсивного или двухскоростного привода лебедки устанавливаются дополнительные коробки.

Минимальное число ступеней в коробке передач, обеспечивающее перекрытие кривых силы тяги, определяют по формулам:

Минимальное число ступеней в коробке передач m определяем из следующей зависимости׃

где Va max и Va min – максимальная и минимальная скорости движения машины, км/ч;

n ен – номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин;

nm – частота вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая максимальному крутящему моменту (принимается по скоростной характеристике двигателя).

Принимаем m=5.

Значение передаточных чисел трансмиссии на промежуточных передачах распределяются по закону геометрической прогрессии, что обеспечивает постоянство скорости движения машины в момент перехода на смежную передачу и дает одинаковую степень изменения нагрузки двигателя.

При распределении передаточных чисел по геометрической прогрессии справедлива зависимость׃

к1 , …,кm – передаточные числа трансмиссии на соответствующих передачах;

q – знаменатель прогрессии.

Тогда׃

Так как у гусеничных трелевочных тракторов знаменатель прогрессии должен находиться в пределах 1,17-1,67, то m =5.

Определим передаточные числа на 2, 3, 4, 5 передачах׃

Зная передаточные числа трансмиссии, переходим к определению передаточных чисел других агрегатов׃ главной передачи io , планетарного механизма iпм , конечной передачи iб . Их значения обычно принимаются по аналогии с выполненными моделями. Чтобы значения передаточных чисел в коробке передач получились в допустимых пределах, следует io , iпм , iб выбирать в соответствии со следующими данными׃ главная передача – io =2,5…5,5; планетарный редуктор – iпм =1,35…1,45(сдвоенный), iпм ≥3(раздельный); бортовая передача – iб =3,5…5,8(одинарная), iб ≥7,5(двойная).

Принимаем io =5; iпм =1,35; iб =4.95.

Передаточные числа в коробке передач вычисляются по следующим формулам׃

Вычисленные передаточные числа входят в допустимые пределы.

Карданные передачи.

На гусеничных тракторах при малых углах (3-5˚) несоосности валов агрегатов применяются шарниры с резиновыми втулками.

Используются также телескопические карданные передачи. Такая передача состоит из резиновых втулок, установленных в двух штам­пованных головках между крестообразными вилками. Одна вилка расположена на шлицах головной муфты, а вторая - на шлицах усили­теля крутящего момента. Таким образом, крутящий момент передает­ся от ведущей вилки через наружные шлицы на ведомую, которая со­единена с ведущей внутренними шлицами.

При больших расстояниях между коробкой передач, раздаточной коробкой и ведущими мостами карданная передача состоит из карда­нов, двух валов и промежуточной опоры. Жесткие карданы с шарни­рами неравных угловых скоростей допускают передачу крутящего момента под углом 20-300 .

Для устранения неравномерности вращения применяются двой­ные карданы, т. е. карданы устанавливаются на обоих концах кардан­ного вала с расположением вилок в одной плоскости.

Главные передачи

Главная передача – наиболее ответственный и сильно нагруженный узел трансмиссии. У тракторов шестерни выполняются с зерольными и, реже, с прямыми и спиральными зубьями.

Полуоси, колесные и бортовые редукторы

Полуоси служат для передачи крутящего момента от дифференциала к ведущим колесам. В зависимости от характера нагрузки полуоси бывают полуразгруженные и полностью разгруженные. Полуразгруженная полуось передает крутящий момент и воспринимает нагрузки, приходящиеся на ведущее колесо. Полностью разгруженные полуоси воспринимают только крутящий момент.

Планетарные механизмы поворота, применяемые на многих гусеничных тракторах, одновременно выполняют роль понижающих редукторов.

Ходовая часть

Специфика условий эксплуатации лесотранспортных машин предъявляет к ходовым системам следующие требования:

– высокая проходимость;

– повышенная прочность при больших динамических нагрузках;

– надежность и долговечность;

– простота ухода и возможность быстрой смены деталей.

Ходовая часть состоит из несущей системы, подвески и движителя (гусениц). Рама представляет собой клепаную пространственную ферму с балками переменного профиля, для придания жесткости снабженную связями и косынками.

Подвеска гусеничных трелевочных тракторов обычно выполняется рессорно-балансирной. Такая подвеска обеспечивает хорошую приспособляемость гусеницы к неровностям почвы и достаточную плавность хода при движении трактора через препятствия. Упругие элементы выполняются в виде цилиндрических пружин. Одногребневая ведущая звездочка и направляющее колесо в сочетании со следящим эффектом опорных катков уменьшает вероятность схода гусеницы.

На трелевочных тракторах применяют литую мелкозвенную гусеницу с открытыми шарнирами, что обеспечивает снижение веса, легкость сборки и разборки.

Механизмы управления.

В качестве механизма поворота гусеничных тракторов могут применяться бортовые фрикционы или планетарные механизмы поворота (ПМП).

Бортовые фрикционы, обладающие простой конструкцией и регулировки, устанавливаются на тракторах небольшой мощности.

Планетарные механизмы поворота имеют более высокий КПД, повышенную долговечность, позволяют уменьшать усилия на рычагах управления механизма поворота.

Для облегчения работы водителя на всех трелевочных тракторах в приводах управления сцеплением и механизмом поворота применяются гидроусилители.

Выбираем планетарный механизм поворота.

Тормоза

Различают следующие виды тормозных систем: рабочую, необходимую для регулирования скорости движения машины и ее плавной остановки; стояночную, которая служит для удержания машины на уклоне.

Тормозной механизм служит для создания искусственного сопротивления движению трактора и автомобиля. Наибольшее распространение получили фрикционные тормоза, принцип действия которых основан на использовании сил трения между неподвижными и вращающимися деталями. Фрикционные тормоза могут быть барабанными, ленточными и дисковыми. В барабанном тормозе силы трения создаются на внутренней цилиндрической поверхности вращения, в ленточном – на наружной, а в дисковом – на боковых поверхностях вращающегося диска.

По месту установки различают тормоза колесные и центральные (трансмиссионные). Первые действуют на ступицу колеса, а вторые – на один из валов трансмиссии. Колесные тормоза используют в рабочей тормозной системе, центральные – в стояночной.

Привод тормозов предназначен для управления тормозными механизмами при торможении. По принципу действия тормозные приводы разделяют на механические, пневматические и гидравлические.

На гусеничных тракторах тормоза конструктивно объединены с механизмами поворота и представляют собой плавающие ленты, обеспечивающие одинаковый тормозной момент, не зависящий от направления движения.


4. Тяговая и динамическая характеристики машины и их анализ

4.1. Построение характеристик

Тяговая характеристика представляет собой зависимость на различных передачах Ра =f(va ) и является основным документом, характеризующим тягово-динамические качества машины.

Расчет тяговой характеристики производится в следующем порядке. В таблицу вносим все значения крутящего момента Ме и частоты вращения вала двигателя n, найденные при построении внешней характеристики. Для построения кривых Ра =f(va ) необходимо определить на каждой передаче скорость движения и свободную силу тяги при соответствующей частоте вращения вала двигателя.

Скорость движения (км/ч) определяется по формуле׃

Rд – динамический радиус колеса или звездочки, м;

к – общее передаточное число трансмиссии на соответствующей передаче.

Свободная сила тяги (Н) равна:

где Рк – касательная сила тяги, Н, определяемая по зависимости

– сопротивление воздушной среды, Н (учитывается при км/ч), определяется по формуле .

Рω – сопротивление воздушной среды, Н.

В данном курсовом проекте сопротивление воздушной среды не учитывается т.к. максимальная скорость трактора 11 км/ч, что меньше 25км/ч.

Таблица 4.1

n, об/мин Me , Нм Передачи КПП
i1 =1,2 i2 =0,96
k1 =40 k2 =32
Va , км/ч Pk , Н *103 Pw , Н *103 Va , км/ч Pk , Н *103 Pw , Н *103
1050 798,4 2,6 97143 - 3,2 77714 -
1260 810,4 3,1 98603 - 3,9 78883 -
1470 792,8 3,6 96462 - 4,5 77169 -
1680 735,35 4,1 89472 - 5,2 71577 -
1890 759,6 4,68 92422 - 5,8 73938 -
2100 700,3 5,2 85207 - 6,5 68166 -
i3 =0,76 i4 =0,61 i5 =0,4
k3 =25,6 k4 =20,4 k5 =16,3
Va , км/ч Pk , Н Pw , Н Va , км/ч Pk , Н Pw , Н Va , км/ч Pk , Н Pw , Н
4,06 62171,9 - 5,1 49543 - 6,3 39586 -
4,88 63106,4 - 6,1 50287 - 7,6 40181 -
5,6 61735 - 7,1 49195 - 8,9 39308,4 -
6,5 57262 - 8,1 45630 - 10,2 36459,9 -
7,3 59150 - 9,1 47135 - 11,4 36707,3 -
8,1 54532,8 - 10,1 43455 - 12,7 37662,2 -

4.2. Анализ тяговых свойств машины

В условиях эксплуатации возможности движения транспортной системы на той или иной передаче ограничиваются мощностью двигателя (т.е. способностью машины развить на данной передаче силу тяги, равную или большую действующей силы сопротивления) и силами сцепления (т.е. возможностью машины реализовать эту силу тяги на ведущих органах без буксования).

Эта возможность может быть выражена следующей зависимостью׃

Ра ≥ ∑Рсопр ≤ Рφ

где ∑Рсопр – суммарная сила сопротивления дороги.

Очевидно, при равномерном движении Ра =∑Рсопр , а при ускоренном Ра >∑Рсопр .

Сила тяги по сцеплению зависит от состояния дорожного покрытия и типа двигателя, определяющих величину коэффициента сцепления φ, а также от нагрузки, приходящейся на ведущие органы машины (сцепной силы веса) Gск ׃

Рφ = Gск · φ

Анализ зависимости показывает, что движение транспортной системы на данной передаче возможно при следующих условиях׃

1. Сумма сил сопротивления не превосходит по своей величине значение свободной силы тяги Ра , которую машина способна развить на данной передаче.

2. Сила тяги Ра , подводимая к ведущим органам, не превышает силы тяги Рφ ограничиваемой по сцеплению.

3. При Ра >∑Рсопр и отсутствии сил по сцеплению обеспечивается ускоренное движение.

4. Для движения с равномерной скоростью при переменной величине ∑Рсопр , необходимо изменить форсировку двигателя изменением подачи топлива автоматически (с помощью регулятора) или вручную (дроссельной заслонкой) в соответствии с изменением ∑Рсопр так, чтобы Ра =∑Рсопр .

Тяговая характеристика характеризует способность машины развивать на различных передачах при полной форсировке двигателя предельные значения силы тяги или динамического фактора при соответствующей скорости движения.

Рассмотрим задачи, решаемые с помощью тяговой характеристики для некоторых условий.

Тяжелые условия׃ f2 =0,37; f1 =0,11; i=0,1; φ=1. Для заданных условий׃

∑Рсопр =(G+Q1 )·(f1 +i)+Q2 ·(f2 +i)=(141+39)·(0,11+0,1)+39·(0,37+0,1)=56,13кН

Рφ = Gск · φ=(G+Q1 )·φ=(141+39)·1=180кН.

Ограничение по сцеплению отсутствует, т.к. Рφ >∑Рсопр . Равномерное движение возможно на 1-й,2-й передачах, т.к ∑Рсопр > PaV .

После преодоления подъема и перехода на горизонтальный участок потребная сила уменьшится и будет составлять׃

Ра =∑Рсопр =(G+Q1 )·f1 +Q2 ·f2 =(141+39)·0,11+39·0,37=34,2кН.

При таком суммарном сопротивлении появится возможность перехода на 3-ю передачу.

Движение трактора порожнем при f1 =0; i=0 (легкие условия) возможно на всех передачах, в том числе и на пятой с максимальной скоростью vа =11 км/ч.

∑Рсопр ==Q2 ·f2 =39·0,37=14,4 кН.

Переход на 4-ю передачу потребуется при преодолении подъема׃

5. Производительность трактора

Под производительностью лесотранспортных машин понимается количество кубических метров стрелеванной или вывезенной древесины за смену или год. В соответствии с этим производительность различают сменную или годовую.

Сменную производительность (Псм ) в общем виде на трелевке определяют по формуле׃

где Т – производительность смены (420 мин);

Тпз – время на подготовительно-заключительные работы, мин;

Тц – время цикла, мин;

Q – рейсовая нагрузка, м³.

5.1. Расчет сменной производительности трелевочного трактора

Подготовительно-заключительное время (Ппз ) при трелевке принимается одинаковым для всех моделей гусеничных машин и равным 20 мин.

Время цикла определяется по формуле׃

Тц =L·Т12 ,

Где L – расстояние трелевки, км;

Т1 – время пробега одного км в обоих направлениях по волоку, мин/км;

vгр и vп – рабочие скорости движения машины с грузом и в порожняком соответственно, км/ч;

Т2 – время на погрузочно-разгрузочные работы, мин.


Тц =0,25·18+25=29,54 мин.

Тогда производительность равна׃

5.2. Расчет годовой производительности

Годовая производительность лесотранспортных машин может быть подсчитана по формуле׃

Пгодсм ·365·Ксм · Ктг·Кпер·Кисп,

где Ксм – коэффициент сменности по режиму работы машины (на трелевке 1-2), Ктг – коэффициент технической готовности машин (0,8-0,9), Кпер – коэффициент, учитывающий возможный рост производительности машины (1,05-1,15), Кисп – коэффициент использования исправных машин данного вида по режиму работы (0,75-0,85).

Пгод =124,5·365·1,05·0,85·1,1·0,8=35747,8 м³/год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе, согласно заданию, были проведены расчеты:

− по определению мощности двигателя,

− по определению основных размеров двигателя,

− по определению производительности проектируемой машины.

Проведена работа:

− по выбору основных узлов и передаточных чисел силовой передачи проектируемой машины,

− по построению внешней скоростной характеристики двигателя,

− по построению тягово-динамических характеристик проектируемой машины.

Данный гусеничный трелевочный трактор имеет двигатель мощностью в 154 кВт, 5-ступенчатую коробку передач, радиус ведущей звездочки равен 0,238 м.

Рассчитана производительность гусеничного трелевочного трактора и годовая производительность Пгод=35747,8 м³/год

Литература.

1. Тяговые машины и подвижной состав лесовозных дорог. Под ред. проф. М. И. Зайчика. — М.: Лесная промышленность. 1967.

2. Автомобильные и тракторные двигатели: Часть 1. Под ред. И. М. Ленина.— М.: Высшая школа, 1976;

3. Боровский Б. Е. и др. Справочная книга автомобилиста.— Л. 1979.

4. Чудаков Е. А. Теория автомобиля.— М.: Машгиз, 1960.

5. Львов Е. Д. Теория трактора.— М.: Машгиз, 1960.

6. Деркаченко В. Г. Оформление пояснительной записки и графиче­ского материала в дипломном и курсовом проектировании.— Л.: ЛТА, 1979.

7. Анисимов Г. М. и др. Расчет элементов тяговых машин. Методичес­кие указания с элементами НИРС по расчету агрегатов и узлов тяговых машин.— Л.: ЛТА, 1982.

8. Гольдберг А. М. Особенности расчета и теории двигателей лесотранспортных машин.— Л.: ЛТА, 1978.

9. Горбачевский В. А. Эксплуатация машин и механизмов на лесоза­готовках.— М.: Лесная промышленность, 1980.

10. Лесотранспортные машины .Учебно-методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию. А.Р. Гороновский, В. Н. Лой, С. П. Мохов.