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-1
|
960
|
1200
|
1440
|
1680
|
1920
|
2160
|
2400
|
Эффективная
мощность двигателя N, кВт
|
93,3
|
117,2
|
143
|
164,8
|
182,7
|
192,6
|
198,6
|
Крутящий
момент двигателя Ме, Н·м
|
928,1
|
932,7
|
948,4
|
936,8
|
908,7
|
851,5
|
790,3
|
Удельный
расход топлива ge, г/кВт·ч
|
261,6
|
247,2
|
235,2
|
230,4
|
228
|
232,8
|
240
|
Часовой
расход топлива GT, кг/ч
|
24,4
|
28,97
|
33,6
|
37,96
|
41,65
|
44,8
|
47,66
|
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.
.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-1
|
Ме,
Н∙м
|
Скорость
движения, км/час
|
1440
|
948,4
|
4,4
|
99,3
|
1680
|
936,8
|
5,1
|
98,1
|
1920
|
908,7
|
5,88
|
95,1
|
2160
|
851,5
|
6,6
|
89,1
|
2400
|
790,3
|
7,35
|
82,7
|
Передача 2 Передаточное число трансмиссии 33
n,
мин-1
|
Ме,
Н∙м
|
Скорость
движения, км/час
|
Свободная
сила тяги, кН
|
1440
|
948,4
|
7,8
|
56
|
1680
|
936,8
|
9,12
|
55,3
|
1920
|
908,7
|
10,4
|
53,7
|
2160
|
851,5
|
11,7
|
50,3
|
2400
|
790,3
|
13,02
|
46,7
|
Передача 3 Передаточное число трансмиссии 18,75
n,
мин-1Ме, Н∙мСкорость движения, км/часСвободная сила тяги, кН
|
|
|
|
1440
|
948,4
|
13,75
|
31,8
|
1680
|
936,8
|
16
|
31,4
|
1920
|
908,7
|
18,3
|
30,5
|
2160
|
851,5
|
20,6
|
28,6
|
2400
|
790,3
|
22,9
|
26,5
|
Передача 4 Передаточное число трансмиссии 10,65
n,
мин-1
|
Ме,
Н∙м
|
Свободная
сила тяги, кН
|
1440
|
948,4
|
24,2
|
18,1
|
1680
|
936,8
|
28,2
|
17,65
|
1920
|
908,7
|
32,3
|
17,1
|
2160
|
851,5
|
36,3
|
15,96
|
2400
|
790,3
|
40,4
|
14,8
|
Передача 5 Передаточное число трансмиссии 6,3
n,
мин-1
|
Ме,
Н∙м
|
Скорость
движения, км/час
|
Свободная
сила тяги, кН
|
1440
|
948,4
|
40,9
|
10,4
|
1680
|
936,8
|
47,8
|
10,2
|
1920
|
908,7
|
54,5
|
9,6
|
2160
|
851,5
|
61,4
|
8,9
|
2400
|
790,3
|
68,2
|
8
|
Пониженная передача
Передача 1 Передаточное число
трансмиссии 70
n,
мин-1
|
Ме,
Н∙м
|
Скорость
движения, км/час
|
Свободная
сила тяги, кН
|
1440
|
948,4
|
3,7
|
118,8
|
1680
|
936,8
|
4,3
|
117,3
|
1920
|
908,7
|
4,9
|
113,8
|
2160
|
851,5
|
5,5
|
106,7
|
2400
|
790,3
|
99
|
Передача 2 Передаточное число трансмиссии 39,6
n,
мин-1Ме, Н∙мСкорость движения, км/часСвободная сила тяги, кН
|
|
|
|
1440
|
948,4
|
6,5
|
67,2
|
1680
|
936,8
|
7,6
|
66,4
|
1920
|
908,7
|
8,7
|
64,4
|
2160
|
851,5
|
9,8
|
60,3
|
2400
|
790,3
|
10,8
|
56
|
Передача 3 Передаточное число трансмиссии 22,5
n,
мин-1Ме, Н∙мСкорость движения, км/часСвободная сила тяги, кН
|
|
|
|
1440
|
948,4
|
11,5
|
38,2
|
1680
|
936,8
|
13,4
|
37,7
|
1920
|
908,7
|
15,3
|
36,6
|
2160
|
851,5
|
17,2
|
34,3
|
2400
|
790,3
|
19,1
|
31,8
|
Передача 4 Передаточное число трансмиссии 12,78
n,
мин-1
|
Ме,
Н∙м
|
Скорость
движения, км/час
|
Свободная
сила тяги, кН
|
1440
|
948,4
|
20,2
|
21,7
|
1680
|
936,8
|
23,5
|
21,4
|
1920
|
908,7
|
26,9
|
20,7
|
2160
|
851,5
|
30,3
|
19,3
|
2400
|
790,3
|
33,6
|
17,9
n,
мин-1
|
Ме,
Н∙м
|
Скорость
движения, км/час
|
Свободная
сила тяги, кН
|
1440
|
948,4
|
35,8
|
12
|
1680
|
936,8
|
41,8
|
11,8
|
1920
|
908,7
|
47,8
|
11,3
|
2160
|
851,5
|
53,7
|
10,5
|
2400
|
790,3
|
59,7
|
9,6
|
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.
Похожие работы на - Расчёт основных параметров лесотранспортной машины
|