Колесный сортиментовоз с комбинированной трансмиссией».

Дипломный проект «Колесный сортиментовоз с комбинированной трансмиссией».

Основным путем увеличения объемов  заготовки древесины при рубках промежуточного пользования является создание специализированной техники, в том числе и для транспортировки.

В нашей стране для транспортировки  древесины используются гусеничные и колесные тракторы, в то время  как за рубежом лесозаготовители уже давно отдают предпочтение колесным трелевочным тракторам, нежели гусеничным.

Во многих странах в качестве базой для специальных машин  используется колесный шарнирно-сочлененный  трактор. Одним из направлений развития таких машин является повышение  грузоподъемности и, одновременно, увеличения скорости передвижения. При этом особое внимание конструкторов уделяется  снижению удельного давления на грунт.

Для рубок ухода перспективной  является технология сортиментной заготовки  древесины на базе валочно-сучкорезно-раскряжевочной машины и сортиментовоза.

В общей части проекта дан  анализ колесных машин. В конструкторской  части содержится обоснование параметров колесного сортиментовоза, выполнена общая компоновка сортиментовоза, осуществлен подбор гидростатическо-механической трансмиссии, разработана конструкция тандемной тележки.

В расчетной части проекта были выполнены кинематические и прочностные  расчеты элементов тандемной  тележки, определены параметры устойчивости. Проведен проверочный расчет тягово-скоростных параметров сортиментовоза.

В экономической части произведен расчет производительности сортиментовоза, расходы по содержанию и эксплуатации; определены экономически выгодные условия применения сортиментовоза и экономическая эффективность.

В технологической части пояснительной  записки проекта, в качестве примера  описываются варианты технологических  схем для проведения рубок с заготовкой сортиментов.

В последнем разделе описаны  основные правила техники безопасности при эксплуатации и проведению работ  по техническому обслуживанию и ремонту  машины.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Общая часть

1.1 Назначение и область применения  новой машины

1.2 Общий анализ конструкции  колесных сортиментовозов

2. Конструктивная часть

2.1 Анализ гидростатических передач  транспортных машин

2.2 Краткое описание конструкции  тандемных тележек

2.3 Краткое описание конструкции  колесного сортиментовоза

3. Расчетная часть

3.1 Тяговый расчет

3.1.1 Определение предельного угла  подъема сортиментовоза

3.1.2 Определение мощности двигателя

3.1.3 Определение потребной мощности  двигателя в различных условиях  движения

3.2 Расчет гидравлической передачи

3.2.1 Подбор гидронасосов и гидромоторов гидропривода

3.2.2 Тяговая характеристика трактора  с гидрообъемной передачей. Характеристика  гидропередачи

3.3 Расчет координат центра  тяжести машины

3.3.1 Расчёт продольной устойчивости  машины в транспортом положении

3.3.2 Расчёт поперечной устойчивости  машины в транспортном положении

3.4 Расчет нагрузок на грунт

3.5 Определение передаточных  чисел тандемной тележки

3.6 Определение межосевого  расстояния и параметров зубчатых  колес балансирного редуктора

3.7 Расчет ведущей шестерни  балансирного редуктора заднего  моста

4. Эксплутационная часть

4.1 Техническое обслуживание машины

4.2 Эксплуатационные неисправности  колесного сортиментовоза

5. Расчет экономической эффективности применения колесного сортиментовоза при трелевке древесины

5.1 Сменная производительность

5.2 Годовая производительность

5.3 Расчет капитальных вложений

5.3.1 Удельные капитальные вложения

5.4 Расчет эксплуатационных затрат

5.4.1 Эксплуатационные затраты

5.4.2 Основная и дополнительная  заработная плата

5.4.3 Амортизационные отчисления

5.4.4 Затраты на топливо и горюче-смазочные  материалы для базового и проектируемого  сортиментовоза

5.4.5 Затраты на текущий ремонт

5.4.6 Затраты на капитальный ремонт  лесосечной техники

5.4.7 Затраты на прочие расходы

5.4.8 Удельные эксплуатационные  затраты

5.5 Определение показателей экономической  эффективности

5.5.1 Годовая экономия

5.5.2 Срок окупаемости проектируемого  трактора

5.5.3 Абсолютная экономическая эффективность

5.5.4 Рост производительности труда

5.5.5 Удельная энергоемкость

5.5.6 Удельная металлоемкость

6. Безопасность жизнедеятельности

6.1 Общее положение

6.2 Обеспечение микроклимата

6.2.1 Выбор теплоизоляции кабины

6.2.2 Расчет отопителя

6.2.3 Расчет кондиционера

6.3 Приборы освещения и защитный  каркас

6.4 Пожарная профилактика

6.5 Охрана окружающей среды

6.6 Применение трактора в чрезвычайных  ситуациях

Список литературы

Введение

Рубки промежуточного пользования (рубки  ухода, реконструктивные рубки и  санитарные рубки) проводятся в первую очередь с целью создания благоприятных  условий для роста деревьев главных  пород для выращивания высококачественного  крупномерного леса. При этом дополнительно  получают древесину.

Основным препятствием на пути увеличения объемов заготовки древесины  от рубок промежуточного пользования, является отсутствие специализированной техники для рубок ухода и  мощностей по переработки мелкотоварной  лиственной древесины.

Рубки промежуточного пользования  по сравнению со сплошными рубками  являются более сложными, с точки  зрения лесоэксплуатации. Действуют лесоводственные требования, регламентирующие технологический процесс. Серийно выпускаемые лесопромышленные трактора не полностью удовлетворяют лесоводственным требованиям, в частности по удельному давлению на грунт, которое должно быть не более 40 - 50 кПа.

Для рубок ухода перспективной  является технология сортиментной заготовки  древесины на базе валочно-сучкорезно-раскряжевочной машины и сортиментовоза. Во многих лесозаготавливающих странах базовой машиной для харвестеров и форвардеров являются специальные колесные тракторы с шарнирно-сочлененной рамой, колесами большого диаметра и широкопрофильными шинами низкого давления. В последние годы и у нас для лесозаготовительного производства все шире стали применяться колесные трактора.

По сравнению с гусеничными  машинами они обладают высокой маневренностью и скоростями движения.

При создании таких машин используется принцип модульного построения техники, благодаря чему имеется возможность  на их базе создавать семейство максимально  унифицированных машин.

Грунт в лесу часто не обладает достаточно высокой несущей способностью. Необходимость обеспечения высокой  проходимости тракторов по пересеченной местности, по снегу зимой и по бездорожью в весенние и осенние  распутицы, предъявляет различные  требования к выбору трансмиссий  и движителей. Большие размеры  колес и рациональное распределение  массы по осям создают низкое давление на грунт, тем самым, обеспечивая  высокую проходимость, уменьшают  колееобразование и снижают сопротивление качению. На ряде тракторов для снижения нагрузки на грунт применяют сдвоенные мосты подвешенные на тандемных тележках.

При всех прочих условиях колесный трактор  должен иметь малый радиус поворота и хороший обзор из кабины водителя. Наличие всех этих качеств существенно  облегчает условия работы на нем.

Наличие блокируемых дифференциалов в мостах и применение цепей противоскольжения  также способствуют повышению проходимости.

Передние мосты неповоротные. У  колесных тракторов отсутствует  подвеска и при движении небольшие  неровности грунта, на которые наезжает трактор, воспринимаются шинами.

Для устранения скручивания полурам при преодолении больших препятствий без отрыва колес от земли в конструкцию рам колесных тракторов вводится универсальный шарнир или балансирно подвешенный передний мост.

Конструкция трансмиссий колесных тракторов совершенствовалась, и  кроме гидромеханических и механических передач в трансмиссиях стали  применять гидростатические передачи. Гидростатическая передача является регулируемой передачей и легко может быть превращена в автоматизированную.

При этом значительно упрощается управление машиной. При наличии гидростатической передачи обеспечивается большая надежность работы машины, двигатель и другие агрегаты имеют значительную защиту от перегрузки; вероятность остановки  работы двигателя практически сведена  к нулю. Наличие гидравлической магистрали от насоса к мотору обуславливает демпфирующие свойства всей передачи, двигатель машины работает более устойчиво и подвергается меньшему износу.

1. Общая часть

1.1 Назначение и область  применения новой машины

В последние годы лесозаготовители проявляют повышенный интерес к  технологиям и мобильным машинам  для заготовки древесины. Заготовка  древесины уже имеющимся комплексом машин может осуществляться по различным  технологиям. Однако наиболее благоприятные  условия ее применения создаются  при использовании лесозаготовительных  машин на базе колесных шарнирно-сочлененных  тракторов. Такие машины при их высокой  проходимости, маневренности, хороших  эргономических качествах благоприятно влияют на сохранение окружающей среды  и обеспечивают высокие технико-экономические  показатели.

При сортиментной технологии заготовки  древесины валку деревьев, обрезку  сучьев, раскряжовку хлыстов на сортименты осуществляет харвестер.

Сортиментовоз (форвардер) предназначен для сбора сортиментов после харвестера и транспортировке по лесосеке, волоком, усам к лесовозным дорогам, складам, разгрузке, сортировке и складировании сортиментов на рубках промежуточного пользования.

Так же он может использоваться в  качестве погрузочно-транспортной машины на основных лесозаготовках, для выполнения работ с перемещением сортиментов  по дорогам общего пользования. Сортиментовоз может также использоваться при ручной заготовке сортиментов.

Машина предназначена для круглогодичной заготовки древесины на рубках промежуточного пользования в равнинной и  пересеченной местности с крутизной  склонов до 10°, на грунтах 1, 2, 3 категории, снежном покрове до 1 м ( при оснащении вспомогательными средствами - гусеницами или цепями противоскольжения), глубиной брода до 0.7м., на лесосеках с наличием препятствий высотой до 0,4м., в районах с умеренным климатом по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 16350-80 при температуре окружающей среды от - 40°С до +35°С.

Машина предназначена для работы в Северо-Западном, Центральном и  Волго-Вятском районах Европейской  части России в насаждениях на 1га 200 м³, при этом объем вырубаемой с 1 га древесины составляет до 70 м³.

1.2 Общий анализ конструкции  колесных сортиментовозов

Практика показывает, что проходимость лесных двуосных колесных тракторов  при оснащении их навесным технологическим  оборудованием для механизированного  сбора и транспортировки пачки  деревьев большого объема или сортимента недостаточна. Это объясняется тем, что в результате навешивания  технологического оборудования нагрузки на колеса трактора неоправданно высоки, поэтому для улучшения проходимости трактора приходится снижать полезную нагрузку, а, следовательно, уменьшать  их производительность и экономичность.

В связи с этим в последнее  время широко распространились трехосные  или четырехосные машины на базе агрегатов  и узлов двуосных колесных тракторов. Их колесные формулы 6×6; или 8×8.

Машины выполняются с низким давлением на грунт или (в большинстве  случаев) имеют переднюю ось и  балансирную тележку с возможностью перевода ее на колесно-гусеничный ход  под грузовой платформой. Удельное давление на грунт передних колес  составляет 75–90 кПа, а колес тележки – около 100–150 кПа.

Одним из важнейших узлов конструкции  колесных тракторов является ходовая  часть.

Грунт в лесу часто не обладает достаточно высокой несущей способностью. Необходимость обеспечения высокой  проходимости тракторов по пересеченной местности, по снегу зимой и по бездорожью в весенние и осенние  распутицы, предъявляет различные  требования к выбору трансмиссий  и движителей. Большие размеры  колес и рациональное распределение  массы по осям создают низкое давление на грунт, тем самым, обеспечивая  высокую проходимость, уменьшают  колееобразование и снижают сопротивление качению.

При всех прочих условиях колесный трактор  должен иметь малый радиус поворота и хороший обзор из кабины водителя. Наличие всех этих качеств существенно  облегчает условия работы на колесном тракторе.

Наличие блокируемых дифференциалов в мостах и применение цепей противоскольжения  также способствуют повышению проходимости.

Передние мосты неповоротные. У  колесных тракторов отсутствует  подвеска и при движении небольшие  неровности грунта, на которые наезжает трактор, воспринимаются шинами.

Для устранения скручивания полурам при преодолении больших препятствий без отрыва колес от земли в конструкцию рам тракторов тракторов вводится универсальный шарнир или балансирно подвешенный передний мост.

У трехосных колесных тракторов, которые  являются наиболее распространенными  базовыми тракторами для сортиментовозов, на задней полураме устанавливаются балансирные тележки.

Конструкция балансирной тележки  обеспечивает хороший контакт колес  с почвой и равномерное распределение  нагрузок на них. Установка балансирных  тележек, помимо уменьшения удельного  давления на грунт, позволяет улучшить ходовые качества машины, а именно проходимость.

Дальнейшее уменьшение удельного  давления на грунт и увеличение сцепных  свойств колесного трактора возможно путем установки на колеса тандемной (балансирной) тележки – так называемых «мягких» гусениц. Удельное давление на грунт снижается на 35–50%. Однако, применение мягких гусениц на осях балансирных тележек приводит к  увеличению расхода топлива, и на твердых грунтах такие гусеницы изнашиваются значительно интенсивнее.

Балансирная тележка также увеличивает  боковую устойчивость машины, так  как ось с тележкой имеет более  плавный ход и вызывает меньшие  перемещения при преодолении  препятствий по сравнению с независимой  подвеской осей и, кроме того, позволяет  преодолевать препятствия без отрыва колес от поверхности пути. Машина с балансирной тележкой поднимается  только на ½ по сравнению с одиночной  осью, также снижается примерно на 40% сила удара. Это дает возможность  трактору работать на более трудных  участках и развивать более высокие  скорости.

Основными недостатками такой машины является ее высокая стоимость. Также  при использовании тракторов  с балансирными тележками при  повороте происходит скольжение колес, что ведет к разрушению верхнего слоя почвы. Однако воздействие на почву  значительно меньше, чем у тракторов  на гусеничном ходу. Трудности могут  возникнуть при подборе покрышек по ширине и диаметру.

Было установлено, что наиболее приемлемым вариантом для вывозки  сортиментов является колесный трактор, выполненный на шасси с тремя  осями и имеющий грузоподъемность порядка 8–15 тонн. При этом мощность двигателя данного трактора должна составлять 75–130 кВт.

Применение в тракторе шарнирно-сочлененной  рамы дает ряд преимуществ в тяжелых  условиях эксплуатации на лесозаготовках по сравнению с ныне применяемой  рамой на машинах. При использовании  шарнирно-сочлененной рамы в сочетании  с шинами низкого давления можно  отказаться от применения эластичной индивидуальной подвески на каждую ось.

Горизонтальный шарнир рамы с углом  качения   позволяет преодолевать участки сложного лесного рельефа без существенного изменения сцепной массы на колесах. Кроме того, шарнирно-сочлененная рама гарантирует полное использование сцепного веса машины и исключает вывешивание или разгрузку одного из колес, что положительно влияет на проходимость. Однако шарнирное соединение, имея дополнительные степени свободы, может привести к снижению запаса устойчивости по опрокидыванию. Для повышения устойчивости лесозаготовительных машин на пневматическом ходу можно применять блокировку горизонтального шарнира.

Большое значение для эффективной  работы трактора имеет тип трансмиссии. Во время работы трактора на лесосеке величина сопротивления движению постоянно  меняется. Это вызвано изменением рельефа местности, плотности почвы, наличием препятствий в виде пней, корней, упавших деревьев.

Для таких условий работы колесных тракторов по сравнению с механическими  передачами более приемлемой является гидростатическая трансмиссия.

Зарубежные фирмы, такие как  Valmet, Locomo, Volvo, Norcar, John Deere, Ponsse, Rottne широко используют такие конструкции при проектировании машин для лесозаготовок.

В нашей стране подобного типа машины были созданы на базе трактора МТЗ-80 (ЛТ-189), ПО «МТЗ» совместно с «ЦНИИМЭ» (МЛ-131) и ряд других моделей: МЛ-72-0; МЛ-74; МЛ-104; МЛ-142; ШЛК 6-04; ТЛ-60Ф-4.

Техническая характеристика некоторых  машин приведена в таблицах 1.1.и 1.2.

Таблица 1.1

Техническая характеристика иностранных машин

№ п/п	Наименование показателей			Ед. изм.	J.D. 111OD	Вал-мет	METLIS 408F	Нор-кар	Ponsse WISENT
1	Масса эксплуатационная			т	12.0	9.5	11.0	14.1	14.1
2	Грузоподъемность			т	12.0	8.0	10.0	12.0	12.0
3	Колесная формула				8x8	6x6	6x6	8x8	8x8
4	Размеры	база		мм	4581	4210	4520	4480	4460
		дорожный просвет		мм	595	630/ 660	600	600	645
		колея		мм	2070	1900	2080	1770	2240
		ширина		мм	2700	2500	2800	2270	2840
5	Мощность двигателя			кВт	120	68	118	87	129
6	Тип трансмиссии				ГC+Мех	ГМТ	ГC+Мех	ГСТ	ГC+Мех
7	Максимальная скорость			км/ч	23	24	25	22	25
8	Давление в гидросистем			мПа	24	20	42	17.5	42
9	Характеристики гидроманипулятора		грузовой момент	кНм	102	50	87	-	93
			максимальный вылет	м	10.35	7.1	10.0	5.3/7.5	10.0

Таблица 1.2

Техническая характеристика отечественных машин

№ п/п	Наименование показателей			Ед. изм.	ШЛК 6-04	МЛ- 131С	МЛ- 364	ТЛ- 60Ф-4	МЛ-74
1	Масса эксплуатационная			т	17.5	13.0	15.7	6.5	13.8
2	Грузоподъемность			т	14.0	10.0	11.0	3.5	5.4
3	Колесная формула				6x6	6x6	6x6	4x4	4x4
4	Размеры	база		мм	5300	4660	5300	4080	5200
		дорожный просвет		мм	500	600	600	500	500
		колея		мм	2108	2250	2260	1770	2320
		ширина		мм	2720	3000	3030	2270	2800
5	Мощность двигателя			кВт	109	88	114	41	75
6	Тип трансмиссии				ГМТ	МЕХ	ГМТ	МЕХ	ГМТ
7	Максимальная скорость			км/ч	34	27,7	34	22	30
8	Давление в гидросистем			мПа	22	20	16...19	17.5	16
9	Характеристики гидроманипулятора		грузовой момент	кНм	70	50	65	-	59
			максимальный вылет	м	7,1	7.6	7.5	5.3	6.85

В таблице 1.3. приведены технические характеристики манипуляторов устанавливаемых на сортиментовозах как отечественного, так и импортного производства.

Таблица 1.3

Техническая характеристика манипуляторов

Наименование показателя	Forestery55	Forestery66	Forestery655	F60 VT90	F50V	F65L 71	ЛВ- 185	СФ- 65
Максимальный вылет, мм	8520	8520	9620	9000	8700	7100	7300	7100
Грузовой момент, кН м	52	62	60	57	45	65	70	62
Момент поворота, кНм	17	25	25	21	13	21	16	16
Угол поворота, град	380	380	280	280	380	380	400	415
Рабочее давление	160	160	160	170	150	170	-	170
Масса,кг (без маслоротатора и грейфера)	1280	1410	1370	1100	900	1080	-	-

2. Конструктивная часть

2.1 Анализ гидростатических  передач транспортных машин

В настоящее время в России и  за рубежом создаются машины и  тракторы, в которых гидростатические (гидрообъемные) передачи используются в качестве силовой передачи машины. Мощность двигателя в такой трансмиссии  ведущим органам машины передается перемещением замкнутого объема жидкости от насоса к гидромотору. Преимущественное применение в гидростатических передачах находят аксиально-поршневые гидроагрегаты.

Эти передачи обладают рядом достоинств:

• Бесступенчатое, автоматическое изменение тяги и скорости;
• Снижение ударных нагрузок в трансмиссии, что повышает срок службы её и двигателя;
• Повышение проходимости, вследствие плавной передачи крутящего момента и возможности длительной работы с малыми скоростями;
• Облегчение труда водителя.

Проектированием гидростатических передач  занимаются в Германии, Швеции, Финляндии  и других странах. Например, колесные тракторы фирмы Norca, Ponsse, Rottne оснащены гидростатическими передачами. Широкое распространение гидростатическая передача находит в строительных и дорожных машинах. Здесь гидростатические устройства применяются для управления навесными и прицепными машинами, а так же в качестве силовой передачи на движитель.

Что касается транспортных машин (автомобилей, колесных и гусеничных тракторов, гусеничных тягачей), то т здесь в качестве силовой передачи наибольшее распространение  имеют механические (зубчатые) и  гидродинамические передачи.

Гидростатическая силовая передача обеспечивает бесступенчатое регулирование  скорости движения и тяги машины в  очень широком рабочем диапазоне. При помощи гидростатических передач  можно получить неограниченное изменение  передаточных чисел.

Если произвести сравнение с  гидромеханической (гидродинамической) трансмиссией, то можно отметить одно весьма существенное свойство гидростатических передач. Последняя допускает длительную и устойчивую работу под нагрузкой  при весьма малых оборотах, сохраняя при этом свой КПД на достаточно высоком уровне.

При этом значительно упрощается управление машиной. При наличии гидростатической передачи обеспечивается большая надежность работы машины, двигатель и другие агрегаты имеют значительную защиту от перегрузки; вероятность остановки  работы двигателя практически сведена  к нулю. Наличие гидравлической магистрали от насоса к мотору обуславливает  демпфирующие свойства всей передачи, двигатель машины работает более  устойчиво и подвергается меньшему износу.

Кроме того при применении гидрообъемной  трансмиссии с установкой гидромоторов непосредственно на колеса на транспортной машине отпадает необходимость в установке таких агрегатов как сцепление, КПП, раздаточная коробка, шарниры и карданные валы. В гусеничных машинах гидрообъемная трансмиссия так же может выполнять функции механизма поворота и легко реверсируется.

В настоящее время стали применяться  комбинированные трансмиссии, в  которой подвод энергии к раздаточной  коробке осуществляется гидростатической передачей, а далее к ведущим  колесам механически. Такие схемы  сейчас широко применяются иностранными производителями (Ponsse, Rottne и др.).

Комбинированные трансмиссии имеют  следующие достоинства:

• уменьшение расхода топлива;
• уменьшение веса;
• повышение эффективности торможения двигателем;
• простота управления.

 

2.2 Конструкции тандемных  тележек

Тандемные (балансирные) тележки лесных тракторов ведут свое развитие от автоматических грейдерных тележек, но имеют специфические различия, связанные  с особенностями эксплуатации на лесозаготовках. К ним относятся: портальная конструкция тележки, т.е. ось центрального моста поднята  выше осей колес для обеспечения  необходимого дорожного просвета; увеличение грузоподъемности; увеличенный угол качения балансира относительно оси, обеспечивающий преодоление препятствий; наличие блокировки дифференциала  ведущего моста; обтекаемая форма корпусов балансирных редукторов для лучшего  соскальзывания с препятствий.

а) Конструкция тележки «Locomo 930/933».

Вращение балансирного редуктора  происходит относительно оси несовпадающей  с осью вращения ведущей шестерни, установленной в корпусе моста. В корпусе балансирного редуктора  имеются овальные отверстия, уплотненные  специальным фигурным уплотнителем. Корпус балансирного редуктора установлен на двух опорах, снабженных самоустанавливающимися подшипниками (роликовыми). На таких  же подшипниках установлены промежуточные  шестерни. Передаточное отношение балансирного редуктора равно 1. Данная конструкция  полностью уравновешена (ось вращения балансиров совпадает с осями  колес). Недостатком этой конструкции  является подтекание смазки по фигурному уплотнителю.

б) Тандемная тележка с цепной передачей.

Тележка имеет две цепные передачи, каждая из которых приводит свое колесо. Отличительной особенностью является также наличие двух планетарных  рядов. Привод на большую звездочку  осуществляется от эпициклической шестерни 2-го планетарного рода. Данная конструкция  балансирной тележки сбалансирована. Опорно-поворотный узел выполнен консольным с подшипниками скольжения. Недостаток данной конструкции – сложность. Тележки такого типа требуют механизма  натяжения цепей и применяются  только на легких машинах.