Расчёт основных параметров лесотранспортной машины

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ С.М. КИРОВА

Кафедра: Лесных колёсных и гусеничных машин

Курсовой Проект

по дисциплине: Теория и конструкция лесных машин

на тему: Расчёт основных параметров лесотранспортной машины

Санкт-Петербург

г

Содержание

Введение

. Обоснование выбора двигателя. Расчёт и построение скоростной характеристики

.1 Определяем максимальную мощность двигателя

.2 Выбираем тип двигателя

.3 Определение основных параметров двигателя

.4 Построение скоростной характеристики двигателя

. Выбор передаточных чисел трансмиссии. Построение и анализ тяговой и динамической характеристик машины. Выбор основных узлов трансмиссии

.1 Обоснование и выбор основных узлов трансмиссии

.2 Выбор передаточных чисел трансмиссии

.3 Расчёт и построение тяговой и динамической характеристики машины

.4 Анализ тяговой и динамической характеристики машины

Заключение

Список литературы

Введение

Дисциплина «Теория и конструкция лесных машин» является одной из основных специальных дисциплин при подготовке инженеров-механиков по специальности «Машины и механизмы лесной промышленности». Инженер-механик принимает участие не только в создании и испытаниях лесных машин, но и руководит их повседневной эксплуатацией и ремонтом, должен глубоко понимать процессы, происходящие в отдельных механизмах, знать возможности машин при эксплуатации их в специфических условиях лесозаготовительных предприятий. Цель изучения дисциплины - помочь студенту освоить теоретические основы и конструктивные особенности лесных машин; понять процессы, протекающие в отдельных механизмах и системах лесных машин, и взаимодействие их с внешней средой; оценить влияние различных факторов на эксплуатационные свойства; обосновать исходные данные для расчета и выбора деталей, узлов, механизмов и систем.

Данная курсовая работа является заключительным этапом изучения курса «Лесотранспортные машины».

Она посвящена обоснованию выбора двигателя, схемы трансмиссии и расчёту тягово-скоростных и сцепных параметров лесотранспортных машин.

В наше время созданы системы машин для лесотранспортных работ, которые устраняют тяжёлый ручной труд на лесозаготовках, повышают производительность и значительно улучшают условия труда лесозаготовителей.

Условия эксплуатации лесных машин сложнее и многообразнее, чем тракторов и автомобилей, используемых для других целей. Свойства трелёвочного волокна, расположение и состояние дорожных усов и веток, атмосферно-климатические и производственные условия изменяются в широком диапазоне и довольно часто.

Определённый характер распределения древостоя в зависимости от рельефа местности и свойств лесных почв усложняет задачу повышения универсальности применения лесных машин для различных видов производственных операций, однако, не делает её невозможной.

Лесная машина состоит из сложных систем и механизмов, включающих большое количество крупногабаритных, имеющих большую массу деталей со многими степенями свободы и связями. Характерные особенности взаимодействия лесной машины с предметом труда приводят к возникновению весьма сложных процессов в её механизмах, которые влияют на эксплуатационные свойства и эффективность применения этих машин. Для повышения технического уровня машин и грамотного их использования необходимо иметь представление о законах, положенных в основу функционирования отдельных систем и механизмов, а также машины в целом.

1.Обоснование выбора двигателя.

.1Расчёт и построение скоростной характеристики

Определяем максимальную мощность двигателя.

; ,

где - касательная сила тяги на ведущих органах машины, потребная для преодоления сил сопротивления движению, кН;

- скорость движения, км/ч;

- коэффициент загрузки двигателя по мощности, для автомобилей

- КПД трансмиссии;

- коэффициент, учитывающий потери на ведущем участке гусеницы, в нашем случае отсутствует, т.к. мы рассматриваем автомобиль.

Касательная сила тяги определяется из уравнения тягового баланса:

(1)

где -сумма сил сопротивления движению;

- сила тяги, затрачиваемая на преодоление сопротивления соответственно качению, подъёму, инерции, воздушной среде;

- крюковая сила тяги.

Раскроем значения составляющих уравнения (1) для характерных способов транспортирования древесины. Тогда получим:

,

где - коэффициент, учитывающий увеличение касательной силы тяги на преодоление трения покоя в момент трогания с места, для автопоезда ; - коэффициент обтекаемости лесовозного автопоезда: ; - площадь проекции лобовой поверхности автопоезда на плоскость, перпендикулярную дороге: ; и участвуют в расчетах только в тех случаях когда скорость движения автопоезда превышает 25 км/ч.

- полный вес автопоезда; - вес тягача, кН; - вес пачки, кН; - вес прицепа;

=86+230+41,25=357,5 кН (для 1-2 случаев),=86+41,25=127,25 кH (для 3 случая);

- коэффициент сопротивления качению, ;

- руководящий подъём .

случай - с грузом и минимальной скоростью 17 км/ч:

; ;

;

случай - скорость движения с грузом рабочая 40 км/ч:

; ;

случай - скорость движения без груза максимальная 54 км/ч:

; ;

Правильность определения мощности двигателя лесотранспортной машины следует проверять по величине удельной мощности:

,

находится в необходимых пределах, т.е. для лесовозных автомобилей с дизельным двигателем .

.2 Выбираем тип двигателя.

Дизельный КамАЗ-741.

(8 цилиндров, V-образное расположение цилиндров)

.3 Определение основных параметров двигателя

Рассчитываем прототип и вычисляем объём в литрах и диаметр цилиндра проектируемого двигателя по формулам:

где - номинальная мощность, литраж, диаметр цилиндра двигателя.

Литровая мощность:

Удельная масса двигателя:

,

где - сухая масса двигателя, кг.

Средняя скорость поршня:

Полученные значения параметров сравним с соответствующими показателями у существующих двигателей:

.4 Построение скоростной характеристики двигателя

На стадии проектирования, когда фактическая внешняя характеристика поршневого двигателя неизвестна и задана только одна её точка, расчётную внешнюю характеристику дизельного двигателя можно определить ориентировочно, используя таблицу 1.

Расчёт осуществляется по формулам или на ЭВМ с помощью специальных программ.

Крутящий момент:

Часовой расход топлива:

Параметры рассчитаны на ЭВМ и представлены в таблице 1.

Таблица 1

Частота вращения вала двигателя n, мин-1960120014401680192021602400Эффективная мощность двигателя N, кВт93,3117,2143164,8182,7192,6198,6 Крутящий момент двигателя Ме, Н·м928,1932,7948,4936,8908,7851,5790,3Удельный расход топлива ge, г/кВт·ч261,6247,2235,2230,4228232,8240Часовой расход топлива GT, кг/ч24,428,9733,637,9641,6544,847,66

Построение Внешней скоростной характеристики смотрите в Приложении 1.

Регуляторная ветвь внешней характеристики (при a=100% - максимальном угле наклона педали подачи топлива) представляет собой прямую линию, проведённую через две точки с координатами .

Значения при рассчитывают по формуле:

,

где -скоростной диапазон устойчивой работы двигателя

Точка, соответствующая минимальной частоте вращения вала двигателя , может быть определена по формуле:

,

где

Величину максимально эффективного момента можно уточнить по выражению:

,

где - коэффициент приспособляемости двигателя.

2. Выбор передаточных чисел трансмиссии. Построение и анализ тяговой и динамической характеристик машины. Выбор основных узлов трансмиссии.

.1 Обоснование и выбор основных узлов трансмиссии

Трансмиссия автомобиля служит для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колёсам и изменение его по величине и направлению.

В автомобилях с колёсной формулой крутящий момент ко второму заднему мосту подводится от коробки передач непосредственно через карданную передачу.

Сцепление.

Назначение сцепления - разъединять двигатель и коробку передач во время переключения передач и вновь плавно соединять их, не допуская резкого увеличения нагрузки.

Подавляющее большинство сцеплений применяемых на отечественных автомобилях, относятся к фрикционным сцеплениям.

Сцепление состоит из ведущей и ведомой части нажимного механизма и механизма выключения. Детали ведущей части сцепления воспринимают от маховика крутящий момент двигателя, а детали ведомой части передают этот крутящий момент ведущему валу коробки передач.

Нажимной механизм обеспечивает плотное прижатие ведущей и ведомой частей сцепления для создания необходимого момента трения. Механизм выключения служит для управления сцеплением. Привод сцепления может быть механическим или гидравлическим. Для обеспечения выключения сцепления в некоторых конструкциях применяют пневмонический усилитель.

По числу ведомых дисков сцепления делятся на одно и двухдисковые. Однодисковые сцепления получили наибольшее распространение благодаря простоте конструкции, надёжности, «частоте» выключения и плавности включения, а также удобству при эксплуатации и ремонте.

Двухдисковые сцепления применяют в тех случаях, когда необходимо передать большой крутящий момент.

В нашем случае выбираем сухое двухдисковое сцепление с демпфером.

Коробка передач.

Назначение - изменять крутящий момент, скорость и направление движения автомобиля. У автомобильных двигателей с изменением частоты вращения коленчатого вала крутящий момент незначительно возрастает, допустимое максимальное значение при дальнейшем снижении частоты вращения также уменьшается. Однако при движении автомобиля на подъёмах, по плоским дорогам, при трогании с места и быстром разгоне необходимо увеличение крутящего момента, передаваемое от двигателя ведущим колёсам. Для этой цели и служит коробка передач, позволяющая автомобилю двигаться задним ходом. Кроме того, коробка передач обеспечивает длительное разъединение двигателя с трансмиссией.

Ступенчатая коробка передач состоит из набора зубчатых колёс, которые входят в зацепление в различных сочетаниях, образуя несколько передач (ступеней), с различными передаточными числами. Чем больше это число передач, тем лучше автомобиль « приспосабливается» к различным условиям движения. Коробка передач должна работать бесшумно с минимальным износом, этого достигают применением зубчатых колёс с косыми зубьями.

Ступенчатые коробки передач по числу передач переднего хода могут быть четырёх- и пятиступенчатыми. На автомобилях коробки передач выполняются трёх вальными, с косозубыми шестернями постоянного зацепления и включением передач с помощью синхронизаторов. Синхронизаторы исключают торцевой износ зубьев шестерён, облегчают и ускоряют процесс переключения передач. Коробки, устанавливаемые на сравнительно малооборотные дизельные двигатели, имеют ускоряющую высшую передачу.

В шести ступенчатой коробке передач с повышающей передачей у автомобиля для улучшения смазывания её деталей установлен специальный масляный насос. Выбираем ступенчатую коробку передач с делителем.

Раздаточная коробка.

Устанавливается на полноприводных автомобилях с двумя или трёмя ведущими мостами, а так же для отключения одного из ведущих мостов. Для повышения силы тяги и увеличения общего числа передач раздаточная коробка обычно выполняется двухступенчатой. На автомобилях с большой нагрузкой на ось и постоянно включенными ведущими мостами для того, чтобы исключить появление в трансмиссии нерегулируемой мощности, в раздаточных коробках устанавливаются межосевые дифференциалы, обеспечивающие дифференциальный (несоосный) привод ведущих мостов.

Карданная передача.

Служит для передачи крутящего момента от одного вала к другому при их несносности или изменении взаимного положения во время движения автомобиля.

Карданные передачи по числу карданных сочленений делят на одинарные и двойные. В нашем случае - одинарные.

Главная передача.

Назначение - увеличение крутящего момента и передача его на полуоси, расположенные под углом 90° к продольной оси автомобиля. Её конструкция должна быть компактной, а работа плавной и бесшумной. Детали главной передачи испытывают большие нагрузки, поэтому необходима высокая точность при регулировании её подшипников и зацепления зубчатых колёс. Главная передача, в которой использована одна пара зубчатых колёс, называется одинарной, две пары - двойной.

Двойные главные передачи устанавливают на автомобилях с большой грузоподъёмностью и на некоторых автомобилях со средней грузоподъёмностью, когда общее передаточное число трансмиссии должно быть значительным, т. к. передаются большие моменты. В двойной главной передаче момент увеличивается последовательно двумя парами зубьев, из которых одна коническая, а другая цилиндрическая. Выбираем двойную главную передачу.

Колёсный и бортовой редукторы.

У автомобилей при большом передаточном числе ведущих мостов применяются колёсные редукторы. Цилиндрические колёсные редукторы в приводе переднего моста позволяют удобно разместить двигатель и т.д. Получившие признание планетарные колёсные редукторы, помещаемые в ступицах задних колёс, резко снизили нагруженность полуосей и повысили их долговечность.

лесотранспортный машина двигатель трансмиссия

2.2 Выбор передаточных чисел трансмиссии

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

Общее передаточное число на 1-ой передаче вычисляется из условия преодоления гружёной машиной максимальных дорожных сопротивлений:

где - динамический радиус колеса, м; - максимальная касательная сила тяги, кН.

Общее передаточное число трансмиссии на 1-ой передаче из условия сцепления колёс с дорожным покрытием определяется по формуле:

где - вес, приходящийся на ведущие колёса машины,

Окончательный выбор передаточного числа трансмиссии на 1-ой передаче производится при соблюдении условия , в нашем случае . Принимаем .

Передаточное число трансмиссии на высшей передаче определяется из условия обеспечения движения машины с максимальной скоростью:

Принимаем передаточное число главной передачи , а передаточное число делителя по высшей передаче .

Минимальное число ступеней в коробке передач, обеспечивающее перекрытие кривых силы тяги, определяется по формуле:

Принимаем .

Знаменатель прогрессии для разбивки передаточных чисел в коробке передач определяется для коробок с повышающей передачей:

Находим передаточные числа в коробке передач:

Передаточное число трансмиссии транспортных машин вычисляем по формуле:

где - передаточное число коробки передач.

Прямая передача

Пониженная передача

.3 Расчёт и построение тяговой и динамической характеристики машины

Тяговая характеристика представляет собой графическую зависимость на различных передачах и является основным документом, характеризующим тягово-динамические качества машины.

Для построения кривых необходимо определить на каждой передаче скорость движения и свободную силу тяги при соответствующей частоте вращения коленчатого вала двигателя. Это можно сделать на ЭВМ с помощью специальных программ или по формулам.

Скорость движения машины определяется по формуле:

, (км/ч)

где - общее передаточное число трансмиссии на соответствующей передаче.

Касательная сила тяги:

Свободная сила тяги (для автомобиля):

Сопротивление воздушной среды (учитывается при ):

Прямая передача

Передача 1 Передаточное число трансмиссии 58,5

n, мин-1Ме, Н?мСкорость движения, км/часСвободная сила тяги, кН1440948,44,499,31680936,85,198,11920908,75,8895,12160851,56,689,12400790,37,3582,7

Передача 2 Передаточное число трансмиссии 33

n, мин-1Ме, Н?мСкорость движения, км/часСвободная сила тяги, кН1440948,47,8561680936,89,1255,31920908,710,453,72160851,511,750,32400790,313,0246,7

Передача 3 Передаточное число трансмиссии 18,75

n, мин-1Ме, Н?мСкорость движения, км/часСвободная сила тяги, кН1440948,413,7531,81680936,81631,41920908,718,330,52160851,520,628,62400790,322,926,5

Передача 4 Передаточное число трансмиссии 10,65

n, мин-1Ме, Н?мСкорость движения, км/часСвободная сила тяги, кН1440948,424,218,11680936,828,217,651920908,732,317,12160851,536,315,962400790,340,414,8Передача 5 Передаточное число трансмиссии 6,3

n, мин-1Ме, Н?мСкорость движения, км/часСвободная сила тяги, кН1440948,440,910,41680936,847,810,21920908,754,59,62160851,561,48,92400790,368,28

Пониженная передача

Передача 1 Передаточное число трансмиссии 70

n, мин-1Ме, Н?мСкорость движения, км/часСвободная сила тяги, кН1440948,43,7118,81680936,84,3117,31920908,74,9113,82160851,55,5106,72400790,36,199

Передача 2 Передаточное число трансмиссии 39,6

n, мин-1Ме, Н?мСкорость движения, км/часСвободная сила тяги, кН1440948,46,567,21680936,87,666,41920908,78,764,42160851,59,860,32400790,310,856

Передача 3 Передаточное число трансмиссии 22,5

n, мин-1Ме, Н?мСкорость движения, км/часСвободная сила тяги, кН1440948,411,538,21680936,813,437,71920908,715,336,62160851,517,234,32400790,319,131,8

Передача 4 Передаточное число трансмиссии 12,78

n, мин-1Ме, Н?мСкорость движения, км/часСвободная сила тяги, кН1440948,420,221,71680936,823,521,41920908,726,920,72160851,530,319,32400790,333,617,9

Передача 5 Передаточное число трансмиссии 7,2

n, мин-1Ме, Н?мСкорость движения, км/часСвободная сила тяги, кН1440948,435,8121680936,841,811,81920908,747,811,32160851,553,710,52400790,359,79,6

На основе результатов строится тяговая характеристика.

.4 Анализ тяговой и динамической характеристики машины

Исходные данные. Автомобиль с колёсной формулой 6х4,весом , буксирует прицеп весом . Вес перевозимого груза , вес груза на тягаче , на прицепе .

Сила тяги по сцеплению:

Суммарная сила сопротивления дороги:

для 1-го случая

для 2-го случая

для 3-го случая

При анализе тяговой и динамической характеристики машины видно, что движение груженного автопоезда со скоростью 20 км/ч возможно только на 3-ей пониженной и прямой передачах, со скоростью 40 км/ч движение возможно на 3-ей, 3-ей пониженной и на 4-ой пониженной и повышенной передачах. Движение порожнего автопоезда со скоростью 60 км/ч может осуществляться на 3, 4 и 5 передачах… Движение на 1-ой и 2-ой передачах не возможно, т.к

Заключение

Данный курсовой проект является завершающим этапом в изучении дисциплины "Теория и конструкция лесных колесных и гусеничных машин" и предназначен для углубления, систематизации и закрепления моих знаний по этой дисциплине. Курсовой проект помог мене более рационально использовать свое свободное время и более грамотно организовывать свою самостоятельную работу. Работа над проектом способствовала дальнейшему развитию творческой инициативы в решении технических вопросов, позволила ещё раз отточить навыки в использовании государственных стандартов, справочной и технической литературы, которая помогла более широко и глубоко изучить методы анализа и расчета тягово-скоростных характеристик. Приобрести определенные навыки в решении графических задач, более качественно изучить требования ГОСТ предъявляемые к технической документации. Использование методических рекомендаций, так же оказало помощь при организации моей самостоятельной работы над выполнением данного курсового проекта, способствовало повышению качества проектирования, верности принятых решений и методов расчетов, правильности оформления расчетно-пояснительной записки и графической части проекта, а также помогло выявить и укрепить мои знания в области теории механизмов.

Мною были рассмотрены вопросы выбора двигателя и трансмиссии лесовозного автопоезда.

Работа выполнена в полном объёме, который указан в задании. Проведены: кинематический, скоростной, тяговый и динамический анализы характеристик машины. Определены основные параметры двигателя и передаточные числа механизмов трансмиссии. Выполнены в масштабе необходимые чертежи, планы, годографы, схемы и диаграммы.

Я считаю, что достиг цели при разработке проекта, так как усвоил много полезной информации, познакомился с новым способами расчета, оточил инженерно-графические навыки и проявил дисциплинированность и организованность при выполнении данной работы.

Список литературы

1. «Теория и конструкция лесных гусеничных и колёсных машин» мет.ук. /

Г. М. Анисимов, А. М. Кочнёв, А. Д. Драке, В. Д. Валежонков. Л: ЛТА, 1997г.

. «Лесные машины» учебник / Анисимов Г. М. и др. М: Лес. пром., 1989г.

. «Машины и оборудование лесозаготовок» справочник/ Е.И. Миронов, Д.Б. Рохленко, Л.Н. Беловзоров, Л.С. Матвеенко, Ю.М. Кулагин - М: Лесн. Пром-сть, 1990. - 440 с.

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ С.М. КИРОВА Кафедра: Лесных колёсных и гусеничных машин

Больше работ по теме: