Колесный трелевочный трактор

Министерство образования  РБ

УО “Белорусский государственный  технологический университет”

 

 

 

 

Кафедра лесных машин  и технологии лесозаготовок

 

 

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине

“Лесотранспортные машины”

 

 

Колесный трелевочный  трактор

 

 

 

Выполнил׃ студент 4 курса, 5группы,

факультета ТТЛП

Арико С.Е.

Проверил׃   Лой  В.Н.

 

 

 

 

 

Минск 2005 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение                                                                                                3

1. Назначение и условия работы проектируемой машины             4
2. Выбор двигателя                                                                              6
3. Выбор основных узлов машины                                                   12
4. Выбор передаточных чисел силовой передачи                         15
5. Тяговая характеристика машины и их анализ                             21
6. Тепловой расчет двигателя                                                           25
7. Определение нагрузок на оси и колеса трелевочного        трактора                                                                                           30
8. Производительность трактора                                                    35
9. Расчет сцепления                                                                          37

Заключение                                                                                         39

Список использованной литературы                                                40

Приложение                                                                                         41 

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 трелевочного трактора во многом определяются технологическим процессом лесозаготовок. Рабочий цикл трелевочного трактора с чекерной 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. НАЗНАЧЕНИЯ И УСЛОВИЯ РАБОТЫ ПРОЕКТИРУЕМОЙ  МАШИНЫ

В курсовом проекте необходимо разработать трелевочный трактор, у которого рейсовая нагрузка составляет 2 м³ при скорости рабочего хода 8 км/ч и ограничении по весу до 60 кН.

Трелевочные трактора необходимы для трелевки деревьев, хлыстов или  сортиментов от места валки к  погрузочному пункту в соответствии с технологической картой разработки лесосеки.

Трелевка древесины осуществляется по специально подготовленному волоку, расположенным определенным образом на лесосеке. При трелевке трелевочная машина движется в различных дорожных и климатических условиях при больших перегрузках двигателя и должны обладать хорошей маневренностью.

В настоящее время  наибольшее распространение при трелевке получили трелевочные трактора с канатно-чокерным технологическим оборудованием, что связано с простотой конструкции и возможностью сбора пачки и трелевки древесины через участки с плохой несущей способностью грунтов( заболоченные участки волока, различные водные препятствия и др.).

Исходя из условий  охраны окружающей среды наиболее перспективными являются колесные трактора с шарнирно-сочлененной рамой. Они меньше повреждают грунт, чем гусеничные трактора, и более маневренные, чем трелевочные трактора с управляемыми передними колесами.

  Проанализировав все преимущества и недостатки различных типов трелевочных тракторов и их технологического оборудования я принял решение спроектировать трелевочный трактор на базе трактора МТЗ-82Л схема которого приведена на рис. 1.1., техническая характеристика в таблице 1.1

 

 

 

 

Рис. 1.1. Трелевочная машина МТЗ-82Л

1 – гидроцилиндр; Защитные ограждения: 2, 3 – капота; 5 – боковых стекол  кабины; 6 – крыши кабины; 7 – задних и боковых фар; 9 – трелевочного приспособления; 10 – заднего стекла кабины; 16 – задних габа-ритных фонарей; 17 – передних габаритных фонарей; 18 – нижней части трактора;

4 – искрогаситель системы выпуска; 8 – боковые фары; 11 – канатонаправляющий блок; 12 – упорный щит трелевочного приспособления; 13- канатонаправляющий блок;

14 – откидывающая опора; 15 –  карданный вал; 19 – рама толкателя; 20 – базовый трактор; 21 – отвал; 22 – выключатель боковых фар

 

Лебедка предназначена для подтаскивания деревьев к трактору, формирования пачки, транспортировки пачки в полуподвешенном состоянии.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.1.

Наименование показателя	МТЗ-82Л
Двигатель	Д-243
Мощность, кВт	60
масса, кг	4700
Скорость, км/ч	2,5–33,38
Длина, мм	3930
Ширина, м	1970
Высота, м	2805
Колея, мм:	2100
Дорожный просвет, мм	470
Тяговое усилие лебедки, кН	60
Объем пачки, м3	5

2. ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ

2.1 Определение мощности двигателя

Мощность двигателя  лесотранспортной машины определяется по формуле׃

, где

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

v_a – скорость движения, км/ч;

η_тр – механический КПД трансмиссии;

Касательная сила тяги определяется из уравнения тягового баланса׃

Р_К=∑Р_СОПР=Р_f ±Р_i±P_j+P_w+P_kp

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

Р_к=(G+

)·(f₁+i)+ ·(f₂+i), где

G – сила веса тягача, Н;

 

 

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

f₁ – коэффициент сопротивления качению тягача;

i – уклон дороги (волока);

 – сила веса части пакета  волочащейся по земле, Н;

f₂– коэффициент сопротивления скольжению волочащейся части пачки.

При трелевке деревьев в полупогруженном  состоянии на колесных тракторах׃

 ,

,

 ,где

Q-вес трелюемой пачки, Н

ρ –плотность древесины, кг/ ,

V-объем трелюемой пачки, .

 ,Н

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

Эксплуатация лесотранспортных машин происходит в сложных условиях, когда значения Р_К и v_a изменяются в широких пределах из-за резкого колебания коэффициентов сопротивления движению, размера и силы веса транспортируемых пачек. Поэтому мощность двигателя определяется для трех следующих случаев ( таблица 2.1).

 

 

 

 

Вариант	f1 и f2	Уклон i	Скорость движения
1	f1=0,2 и f2=0,2	0,06	5 м/с
2	f1=0,15 и f2=0,175	0,012	6,5 м/с
3	f1=0,1 и f2=0,15	0	8 м/с

 

Для определения веса трелюемой пачки примем плотность  свежесрубленной древесины ρ=900 кг/ .

 Н

Р_К1=(60+11,772)·(0,2+0,06)+5,886·(0,2+0,06)=20,19 кН.

Р_К2=(60+11,772)·(0,15+0,012)+5,886·(0,175+0,012)=12,73 кН.

Р_К3=(60+11,772)·0,1+5,886·0,15=8,06 кН.

Для последующих расчетов будем принимать наибольшее значение мощности.

Правильность определения мощности двигателя проверяется по величине удельной мощности (кВт/т)׃

N_e – максимальная мощность двигателя, кВт

G – масса тягача без груза, т.

Значения удельной мощности N_уд проектируемых лесотранспортных машин должны находиться в следующих пределах׃ колесные трелевочные машины – 13…17.

Т.о. мощность определена правильно.

2.2. Выбор двигателя. Определение основных размеров и параметров двигателя

Двигатель выбираем по наибольшей расчетной мощности из методического пособия [1]. Наиболее подходящий двигатель – Д-248.1 (N_e=37 кВт).

Предоставим основные характеристики данного двигателя׃

Дизельный двигатель  с наддувом; n=1800 об/мин; i=4Р; d=110 мм; S=125 мм; v_s=4,75 л; ε=15; G_Д=750 кг; g_eн=220 г/кВт·ч.

Поскольку мощность серийного двигателя отличается от мощности необходимого двигателя, то определим основные размеры двигателя.

Определение диаметра цилиндра (мм) производится по формуле:

,

где τ- число тактов рабочего цикла( примем 4);

p_e- среднее эффективное давления, МПа( примем 0,8);

ψ- отношение хода поршня к диаметру цилиндра( примем 1,136);

n- частота вращения коленчатого вала, об/мин( примем 1800).

мм,

Определим литровую мощность:

,

где V_s-рабочий объем цилиндра, л

 

 

кВт/л

Определим удельную массу  двигателя:

,

л/кВт,

Средняя скорость поршня:

,

м/с,

Полученные значения параметров соответствуют дизельному тракторному двигателю без наддува.

2.3. Построение скоростной характеристики

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

 

N_eн– максимальная мощность двигателя, кВт.

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

 

 

n_eн– частота вращения, соответствующая максимальной мощности, об/мин.

M_e– крутящий момент двигателя, Н·м.

g_eн – удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя г/(кВтּч).

G_т- часовой расход топлива.

А, В, А_о, В_о, С_о – постоянные коэффициенты Лейдермана.

Принимаем значения А=0,781; В=1,219;

 g_ен=220 г/кВт.

Значения необходимые  для построения скоростной характеристики вычислены с помочью ЭВМ и приведены в таблице 1.2

 

 

Таблица 2.2

n	Ne	Me	ge	Gт
900	21,09925	223,8865	225,5	4,757881
1050	24,8598032	226,1058	216,9444444	5,393196
1200	28,3474815	225,5987	211,4444444	5,993917
1350	31,4338125	222,3651	209	6,569667
1500	33,9903241	216,4051	209,6111111	7,12475
1650	35,888544	207,7185	213,2777778	7,654229
1800	37	196,3056	220	8,14

 

 
3. ВЫБОР ОЗНОВНЫХ УЗЛОВ МАШИН

В лесной промышленности для трелевки древесины используются колесные и гусеничные трактора повышенной проходимости. В настоящее время все большее распространение получают колесные трактора, что связано с меньшим повреждением плодородного слоя земли лесосек и, соответственно, лучшим сохранением подроста и улучшим условиями возобновления лесного массива.

При трелевке используются колесные трактора с колесной формулой 4×4, 6×6, 8×8 и др.

Поскольку рейсовая нагрузка проектируемого трактора небольшая, то спроектирую колесный трелевочный трактор с колесной формулой 4×4, создаваемого на базе трелевочного трактора МТЗ-82Л.

3.1. Силовые передачи

Преобладающее количество трелевочных тракторов имеют механическую силовую передачу, обладающую целым рядом преимуществ׃ высокой надежностью, высоким КПД, простотой и низкой стоимостью изготовления и ремонта.

В проектируемом трелевочном тракторе силовая передача включает в себя следующие узлы.

Сцепление. Сухое однодисковое сцепления постоянно замкнутого типа.

Коробка передач. Предназначены  для возможности изменения передаточного числа трансмиссии, длительного разделения двигателя и ведущих колес, 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 тормозком для остановки ведущего вала.

 

 

 

 

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

Раздаточная коробка. Раздаточные  коробки устанавливаются на полноприводных лесных машинах с двумя и более ведущими мостами, что дает возможность распределения крутящего момента между мостами. В раздаточной коробке устанавливаем межосевой дифференциал, обеспечивающий нежесткий привод ведущих мостов. Наличие в трансмиссии межосевого дифференциала резко повышает склонность трактора к буксованию. Для устранения этого недостатка межосевой дифференциал снабжают блокировочным устройством.

Карданная передача. Служат для компенсации изменения расстояния между задним и передним мостами и возможности сборки карданные передачи всегда имеют шлицевое сочленение.

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

Бортовая передача. Бортовые передачи тракторов, выполненные в виде цилиндрических редукторов, позволяют реализовать большое передаточное число трансмиссии. Размещение бортовой передачи, в нашем случае, непосредственно у приводных колес позволяет увеличить силу тяги на ведущих колесах и увеличить клиренс, что повышает проходимость. Бортовая передача: сдвоенная и состоит из цилиндрической и планетарной ступеней.

3.2. Ходовая система

Специфика условий эксплуатации трелевочных тракторов предъявляет к ходовым системам следующие требования:

Высокая проходимость;

Повышенная прочность  при больших динамических нагрузках;

Надежность и долговечность;

Простота ухода и возможность быстрой смены деталей.

 

3.3. Механизм управления

Рулевое управление на трелевочных  тракторах должно обеспечивать легкость и удобство управления, предотвращать передачу толчков от ударов управляемых колес о неровности дороги на рулевое колесо.

В связи с этим на проектируемом трелевочном тракторе рулевое управление будет осуществляться за счет складывания полурам при помощи гидроцилиндров.

3.4. Тормоза

На трелевочном тракторе установим независимо действующие  друг от друга ножной и ручной тормоза.

На проектируемом тракторе будут использоваться дисковые тормоза с механическим приводам.

3.5. Технологическое оборудование

Трелевочное оборудование проектируемого трактора состоит из׃ однобарабанной лебедки, собирающего каната, защитно-опорного щита, чокеров и гидросистемы, бульдозерного отвала.

Защитно-опорный щит – не откидной, предназначен для поднятия передней части пачки и транспортированию ее в полуподвешенном состоянии.

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

Собирающий канат имеет  длину 50-65 м и диаметр 12 мм. Одним концом он крепится к барабану лебедки, а второй конец снабжен стопорным разрезным кольцом.

 
4. ВЫБОР ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ СИЛОВОЙ ПЕРЕДАЧИ

4.1. Общие положения

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׃

1. Плавное изменение крутящего момента в интервале рабочих скоростей.
2. Простота конструкции агрегатов и надежность в эксплуатации.
3. Дешевизна изготовления, малый вес и небольшие габаритные размеры.
4. Легкость и удобство управления.
5. 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.

4.2. Колесный трелевочный трактор

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

 

 

 

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

где R_к – радиус ведущего колеса, м.

Для нахождения динамического радиуса  колеса определим нагрузку на одно колесо трактора в кН:

,

где n_к- число колес машины.

 Н

По нагрузке на колесо из методического пособия [1] подбирается шина соответствующего размера. Принимаем шины 16,00-20 с максимальной допустимой нагрузкой 17.5 кН. Вычисляем динамический радиус колеса (м) по формуле:

 

,

где R_ст- статический радиус колеса, м

Δ- радиальная деформация колеса, м

R_к=490-47,5=442,5мм

Общее передаточное число  трансмиссии на 1-й передаче из условия  сцепления колес с дорожным покрытием определяется по формуле׃

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

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

Примем величину к₁=42.

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

Также выбирают передаточное число на высшей передаче из условия  движения трактора по дороге с f₁=0,15-0,2. Тогда передаточное число будет равно׃

Поскольку к′_выс> к″_выс, то расчеты ведем по к″_выс уточняя максимальную скорость׃

,

.

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

,

Проанализировав полученный результат вычисления и существующие аналоговые модели трелевочных тракторов( МЛ-127 и МЛ-127С) примем m=5, т.к. более целесообразно принимать большее число ступеней, что позволяет лучше использовать мощность двигателя.

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, …,к_m – передаточные числа трансмиссии на соответствующих передачах;

q – знаменатель прогрессии.

Тогда׃

 

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

,

,

,

.

Зная передаточные числа  трансмиссии, переходим к определению передаточных чисел других агрегатов׃ главной передачи i_o, конечной передачи i_б. Их значения обычно принимаются по аналогии с выполненными моделями. Чтобы значения передаточных чисел в коробке передач получились в допустимых пределах, следует i_o, i_б выбирать в соответствии со следующими данными׃ главная передача– io=2,5…5,5; двойная бортовая передача– i_б ≥7,5.

Принимаем i_o=3,41; i_б=8,89.

Передаточные числа в коробке  передач вычисляются по следующим  формулам׃

,

,

,

,

.

Правильность вычисления передаточных чисел коробки передач  проверяется по зависимости׃

Вычисленные передаточные числа коробки передач были определены исходя из условия, что на проектируемом трелевочном тракторе главную и бортовую передачи установим от трелевочного трактора МЛ-127.

 В связи с полученными  результатами можно сделать вывод о том, что на проектируемом тракторе установим трансмиссию от трелевочного трактора МЛ-127, кроме коробки передач, которую можно разработать по аналогичной компоновочной схеме. 

 

5. ТЯГОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАШИНЫ И ИХ АНАЛИЗ

5.1. Построение характеристик

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

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