Колесный сотриментовоз с комбинированной трансмиссией

Аннотация

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.

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

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 0,4 м., в районах с умеренным климатом по ГОСТ 15 150–69 и ГОСТ 16 350–80 при температуре окружающей среды от — 40 °C 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 6Ч6; или 8Ч8.

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 Ѕ 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

Таблица 1.2

Техническая характеристика отечественных машин

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

Таблица 1.3

Техническая характеристика манипуляторов

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.

в) Тандемная тележка трактора ВКС-120 (Чехословакия).

Тележка выполнена по традиционной схеме с опорно-поворотным узлом консольного типа на подшипниках скольжения. Грузоподъемность тележки — 15 т. Тележка частично сбалансирована, так как передаточное отношение балансирного редуктора неравно 1, а ось качения балансиров совпадает с осью колес. Основное достоинство данной конструкции — простота. Недостаток конструкции — малый дорожный просвет и необходимость установки тормозов на колеса, что нежелательно для условий работы на лесозаготовках.

г) Тандемная тележка автогрейдера ДЗ-180.

Отличительной особенностью данной тележки является встроенные в центральный редуктор планетарные ряды. Планетарный механизм позволяет обеспечить увеличение крутящего момента на ведущих колесах. Передаточное отношение балансирных редукторов равно 1, что позволяет сделать тележку сбалансированной. Опорно-поворотный узел, как и в большинстве конструкций, представляет собой подшипник скольжения.

д) Тандемная тележка Московского научно-производственного объединения по строительству и дорожному машиностроению.

Отличительной особенностью этой конструкции является то, что планетарный редуктор вмонтирован в опорно-поворотное устройство, что позволяет уменьшить габариты балансиров и поперечной балки, а также снизить их металлоемкость. Интерес представляет собой также и радиально-упорный подшипник по типу крановой опоры, установленный в опорно-поворотном узле. Преимущества такого подшипника — небольшие габариты по ширине, что существенно по компоновочным соображениям. В целом конструкция данной тележки компактна и обладает большей надежностью, чем тележки с опорно-поворотными узлами на подшипниках скольжения.

Анализ конструкций тандемных тележек позволяет сделать следующие выводы:

· Тандемные тележки лесных тракторов среднего и тяжелого классов выполняются с зубчатыми передачами в балансирных редукторах. Цепные передачи используются крайне редко и только на легких тракторах.

· Современные тележки выполняются, как правило, частично или полностью сбалансированными. Входные валы редукторов полностью разгружены от радиальных реакций на колеса. Наиболее распространенным техническим решением сбалансированных тележек является использование планетарных передач в корпусе центрального моста.

· Опорно-поворотный узел балансирного редуктора выполняется в большинстве конструкций консольным с подшипниками скольжения. Реже применяются радиально-упорные подшипники кранового типа.

2.3 Краткое описание конструкции колесного сортиментовоза

Проектируемый трактор представляет собой тягово-транспортную машину, состоящую из двух модулей — энергетического и технологического, соединенных универсальным шарниром. С передним расположением двигателя, с шестью ведущими колесами, из них четыре задних колеса объединены в тандемную тележку.

Для улучшения тягово-скоростных свойств на трактор установлен четырехцилиндровый дизельный двигатель с турбонаддувом Д-160.1 мощностью 109 кВт при 2200 об/мин коленчатого вала, и который крепится к передней полураме.

Кабина каркасная, герметичная, шумоизолирующая. Защитный каркас изготовлен в виде сварной конструкции из труб диаметром 34 мм и состоит из верхней рамы, вертикальных скоб и защитной сетки на заднем стекле кабины.

Верхняя рама съемная и крепится к верхнему поясу каркаса кабины трактора. По ширине она не выступает за габаритные размеры трактора. Углы рамы имеют закругления. Вертикальные скобы крепятся сваркой верхними концами к углам верхней рамы кабины, нижними разъемными соединениями — к передней полураме трактора.

Защитная сетка установлена на раму заднего окна трактора и крепится болтами к ней. Для освещения зоны работы в темное время суток сверху под кабиной по периметру установлено 12 фар.

Гидрообьемное рулевое управление с помощью двух цилиндров обеспечивает «излом» рамы на 45 градусов, что позволяет поворачивать трактору с радиусом поворота 5,7 м.

На сортиментовозе установлены две тандемные тележки на колесах которых установлены шины низкого давления размером 20,5Ч25. Такие шины снижают давление на грунт, что положительно влияет проходимость. Для дальнейшего уменьшения удельного давления, например, при работе зимой на снегу, на задние сдвоенные колеса можно устанавливать резинометаллические гусеницы или цепи.

Для данного трактора спроектирована трансмиссия, в которой подвод энергии к тандемным тележкам осуществляется гидростатической передачей, а далее к восьми ведущим колесам механически.

Гидростатическая передача состоит из регулируемого нереверсивного гидронасоса фирмы SAUER-DANFOSS и двух регулируемых реверсивных гидромоторов фирмы SAUER-DANFOSS. Насос вращается непосредственно двигателем трактора, моторы установлены на входе в тандемную тележку. Передача крутящего момента от главной передачи тандемной тележки к ведущим колесам осуществляется с помощью валов. Моторы мостов могут отключаться, управление производится посредством двухсекционного распределителя с электромагнитным управлением.

Анализ конструкций тандемных тележек показал, что машин грузоподъемностью более 100 кН лучше применять шестеренный привод ведущих колес, а для поворота балансира тандемной тележки использовать подшипник скольжения. За основу конструкции тандемной тележки принята тандемная тележка среднего автогрейдера ДЗ-31−1.

В конструкцию главной передачи моста тележки был добавлен самоблокирующейся межколесный дифференциал свободного хода для повышения проходимости. Также были подобраны передаточные числа главной передачи и шестерен тандемной тележки, обеспечивающие требуемый тяговый и скоростной режим работы. Передаточное число тандемной тележки равно 0,827. Сама тележка поворачивается в подшипнике скольжения, размешенном в корпусе моста.

Задняя полурама имеет увеличенную длину и на ней размещены манипулятор с челюстным захватом, и коники для накапливания сортиментов. Привод манипулятора осуществляется гидравлически с управлением из кабины.

Техническая характеристика машины приведена в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Техническая характеристика колесного сортиментовоза

3. Расчетная часть

3.1 Тяговый расчет

Целью проверочного тягового расчета является определение тягово-сцепных, скоростных и экономических качеств сортиментовоза при прямолинейном поступательном движении.

При проведении расчета определяем предельный угол подъема сортиментовоза, мощность двигателя, диапазоны скоростей трактора и соответствующие передаточные числа. В заключение тягового расчета строим тяговые характеристики трактора, оценивающие тягово-сцепные качества трактора.

Расчет выполняется в следующем порядке:

а) определяется предельный угол подъема сортиментовоза при заданных условиях движения;

б) определяют мощность двигателя и производят выбор двигателя;

в) проводят расчет гидростатического провода;

г) устанавливают значение передаточных чисел элементов тандемной тележки.

3.1.1 Определение предельного угла подъема сортиментовоза

Предельный угол подъема сортиментовоза определяется из условия сцепления с грунтом:

где: — коэффициент, учитывающий, какая доля веса сортиментовоза с приходящимся на него полезным грузом, нагружает ведущие колеса; в заданных условиях =1,0

— максимальный вес груза; =100 кН

— коэффициент сопротивления качению сортиментовоза; = 0,13

цкоэффициент сцепления; ц = 0,5

— угол подъема сортиментовоза с грузом;

Все коэффициенты даны для летней лесосеки.

Преобразуя выражение, получим:

Для порожнего и груженого сортиментовоза максимальный угол подъема равен:

Фактический вес сортиментовоза равен =110 кН.

Тогда необходимая для передвижения порожнего и груженого сортиментовоза сила тяги с учетом уклона будет равна:

где: — суммарный коэффициент сопротивления движению

кH,

кН, а по горизонтальной поверхности

кH

кН

3.1.2 Определение мощности двигателя

Мощность двигателя определяется по формуле:

где: — сила тяги, кН

— рабочая скорость движения сортиментовоза с грузом,

=9 км/час

— К.П.Д. трансмиссии, =0,7.

= 97,5 квт.

Принимаем дизельный двигатель с турбонаддувом Д-160.1 со следующей технической характеристикой:

— мощность полная — 109 кВт (148 л.с.)

— частота вращения коленчатого вала — 2200 об/мин

3.1.3 Определение потребной мощности двигателя в различных условиях движения

а) По летней лесосеке с грузом.

Касательная сила тяги должна быть не менее всех сил сопротивления и не должна превышать силу сцепления с грунтом, т. е.

где: — сцепной вес трактора с грузом кН цкоэффициент сцепления; ц =0,5

Коэффициент суммарного сопротивления движению:

при движении по летней лесосеке = 0,1 а, и б = 0.

;

= кН;

кН;

= 86,7 квт.

б) при движении по сухой грунтовой дороге с транспортной скоростью без нагрузки при = 0,05 = 0,7 и б = 0.

;

кН;

кН.

>

= 54,5 кВт;

где =25 км/час максимальная скорость движения определенная ниже.

3.2 Расчет гидравлической передачи

Имея гидравлическую схему можно приступить к расчету гидравлической передачи. На основании этого расчета выбираются гидронасосы, гидромоторы и другая гидроаппаратура.

3.2.1 Подбор гидронасосов и гидромоторов гидропривода

Гидростатическая передача состоит из гидронасоса и двух гидроматоров фирмы SAUER-DANFOSS. Определим диапазон регулирования гидропередачи по скорости

где: — диапазон регулирования;

— максимальная скорость трактора, км/ч.

Минимальную расчетную скорость сортиментовоза найдем из условия использования полной мощности двигателя, подводимой к контуру и максимальной силы тяги.

где: — мощность подводимая к контуру;

— общий КПД трансмиссии.

Общий КПД трансмиссии можно определить следующим образом:

где:

— КПД гидропередачи, принимаем ;

— КПД тандемной тележки, принимаем.

Тогда:

Минимальная скорость сортиментовоза, исходя из использования полной мощности, будет равна:

Максимальную скорость сортиментовоза, чтобы не ухудшить скоростные показатели, принимаем равной максимальной скорости аналогов:

Тогда Определим минимальную подачу гидронасоса. Она определяется из условия реализации всей мощности, подводимой при движении сортиментовоза к силовому контуру:

где:

— номинальное рабочее давление в гидросистеме, принимаем ;

— давление подпитки, принимаем ;

— минимальная подача насоса, м3/сек;

— внутренний КПД гидронасоса:= 0,92

— объемный КПД гидронасоса, принимаем :

— максимальная мощность подводимая к насосу, принимаем

.

Определяем максимальную подачу гидронасоса.

Регулирование будет производиться гидронасосом и гидромоторами.

То есть диапазон регулирования гидропередачи равен :

где: — диапазон регулирования гидронасоса.

Диапазон регулирования делится на 4 поскольку регулирование осуществляется изменением объемов насоса и моторов, кроме того, один мотор может быть отключен. Это также уменьшает расход жидкости. Исходим из того что рабочие объемы насоса и моторов равны.

Тогда максимальная подача гидронасоса определяется выражением:

Имея номинальное давление в системе, максимальную производительность гидронасоса, подбираем насос. Подходит аксиально — поршневой насос фирмы SAUER-DANFOSS типоразмера 90R130.

Его характеристики следующие:

— рабочий объем — 130 см3/об;

— максимальное число оборотов — 3400 об/мин;

— производительность: при 2200 об/мин — 286 л/мин;

— номинальное давление — 42 мПа;

— вес — 340 Н.

Выбрав гидронасос выбираем гидромотор. Объем гидромотора должен позволять изменить частоту вращения его вала до 3500 об/мин, то есть соответствующий изменению скорости от 0 км/ч до 25 км/ч.

Выбираем аксиально — поршневой гидромотор SAUER-DANFOSS типоразмера 51V160, со следующими характеристиками:

— рабочий объем — 160 см3/об;

— максимальное число оборотов — 3550 об/мин;

— номинальное давление — 42мПа;

— максимальный крутящий момент — 25,5Нм/мПаР =1070 Нм;

— вес — 650 Н.

Избыток рабочей жидкости через напорный клапан в гидробак. Утечки гидронасоса, гидрораспределителя так же собираются и сливаются в гидробак.

Так же имеется система отвода части жидкости из основного контура через радиатор в бак, состоящая из гидрораспределителя с гидроподжимом и клапана, поддерживающего давление во всасывающей магистрали. Циркуляция жидкости в системе происходит следующим образом. При нулевой производительности насоса давление в обоих магистралях одинаково и следовательно золотник гидрораспределителя находится в среднем положении, то есть он закрыт и не пропускает жидкость. При перепаде давления между магистралями силового контура, когда насос имеет нулевую производительность, золотник гидрораспределителя под действием разности давлений перемещается в положение, при котором сливная магистраль получат сообщение с переливным клапаном. И нагретая после гидромоторов жидкость сливается в бак через радиатор, тем самым охлаждаясь. А свежая жидкость из бака через систему подпитки наполнит всасывающую магистраль, поддерживая в ней постоянное давление. Так часть рабочей жидкости циркулирует через распределитель, клапан, радиатор, бак, систему подпитки.

Фильтр, в сборе с вакуумметром, поставляется вместе с насосом.

Тонкость фильтрации — 10 мк. В гидросистеме используется масло Mobil rluid 300:

— плотность ;

— вязкость при ;

— диапазон рабочих температур .

3.2.2 Тяговая характеристика трактора с гидрообъемной передачей. Характеристика гидропередачи

Целью расчета является построение характеристики передачи. Силовая передача гусеничного движителя должна иметь характеристику, при которой изменение нагрузки на ведущих колесах машины не должно влиять на режим работы двигателя. Двигатель должен работать на постоянной мощности при постоянных оборотах. Это требование можно записать в следующем виде:

где: — сила тяги машины, кН;

— скорость движения машины, км/ч;

— общий КПД машины;

— мощность приводного двигателя, кВт.

Если принять, то получим теоретическую характеристику:

Это есть гиперболическая зависимость. Таким образом между силой тяги машины и скоростью ее движения должна быть гиперболическая зависимость. Фактический КПД может иметь более или менее значительное отклонение от теоретической характеристики. На основании анализа силового потока можно утверждать, что изменение давления и расхода жидкости в гидросистеме, будет так же происходить по гиперболическому закону (без учета КПД гидропередачи).

Формулы для расчета и построения графика функции, следующие:

(без учета КПД),

где: — производительность насоса, л/мин;

— число оборотов вала насоса, об/мин;

— рабочий объем насоса, см3/об;

— коэффициент изменения объемного веса: ,

где: — коэффициент объемного сжатия;

— давление в гидросистеме.

Для простоты расчетов примем, что изменение объемного веса жидкости постоянно и вычислено при максимальном давлении, тогда

где: — мощность подводимая, кВт;

— КПД гидропередачи.

где: и — объемный КПД соответственно гидронасоса и гидродвигателя;

и — внутренние КПД соответственно гидронасоса и гидродвигателя;

— КПД соединительных магистралей.

Значение изменения КПД гидронасоса и гидромотора взяты из их характеристик.

Расчеты функции сводим в таблицу 3.1.

Учитывая, что в машине два мотора и рассматривая прямолинейное движение, результаты и нужно удвоить.

На основании таблицы 3.1 строим график, изображенный на рисунке 3.1.

колесный сотриментовоз комбинированная трансмиссия

Таблица 3.1. Изменение давления в зависимости от изменения производительности насоса при n=2000 об/мин

На сновании данных таблицы 2.3. и КПД всей трансмиссии строим таблицу и график изменение силы тяги на ведущем колесе, в зависимости от скорости движения сортиментовоза.

Момент гидроматора определяется

;

где: — рабочий объем мотора, см3/об;

.

Также известно, что

где: — касательная силы тяги, кН;

— динамический радиус колеса, равный 0,72 м;

— скорость движения, км/ч;

— мощность двигателя, кВт;

— КПД всей передачи.

— передаточное отношение тандемной тележки, равное 47,8.

Рис. 3.1. График изменения давления в гидросистеме от расхода

КПД трансмиссии вычисляем по следующей формуле

где: — КПД трансмиссии;

— КПД гидропередачи;

— КПД тандемной тележки.

Скоростью задаемся в рабочем диапазоне.

Результаты расчета заносим в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 Изменение силы на тяги ведущем колесе сортиментовоза, в зависимости от скорости его движения (тяговая характеристика)

Функция, представленная на чертеже в графической части, является тяговой характеристикой сортиментовоза. Площадка в начале обусловлена наличием предохранительных клапанов в гидросистеме, ограничивающих давление.

3.3 Расчет координат центра тяжести машины

Начало координат в точке О (пересечение земли и линии проходящей через ось тандемной тележки). Ось X направлена вперед по ходу сортиментовоза. Значения радиусов: м, м.

Координаты центра тяжести рассчитываются по формулам:

; ,

гдемасса сборочной единицы машины;

 — координаты центров тяжести сборочных единиц.

Массы сборочных единиц и их центров тяжести представлены в табл. 3.3.

Расчет координаты :

м.

Таблица 3.3. Координаты центра тяжести сборочных единиц машины

Расчет координаты :

м.

Таким образом: м; м.

3.3.1 Расчёт продольной устойчивости машины в транспортомположении

Определим наибольший угол подъёма (б) на котором машина стоять не опрокидываясь:

tgб¹ =

б = 67,4?

3.3.2 Расчёт поперечной устойчивости машины в транспортном положении

Определим предельный угол (в¹) поперечного уклона, на котором машина может стоять не опрокидываясь на бок:

tgв¹ =

где В — колея машины, м.

3.4 Расчет нагрузок на грунт

Исходные данные:

R_1-2= нагрузка под передним колесом;

R_3-4 = нагрузка под задним колесом.

Сумма сил по оси Z:

;

.

Сумма моментов относительно точки O:

;

гдеx — координата веса груза;

— радиус качения передних колес, м;

— радиус качения задних колес, м;

;

.

Подставляя полученное выражение для, получим:

;

;

Н.

кг.

Поскольку

Н; Н.

3.5 Определение передаточных чисел тандемной тележки

Общее передаточное отношение тандемной тележки определим из условия реализации максимальной силы тяги.

.

имеет фактическое значение равное 47,8 и распределяется

;

где; - передаточное отношение главной передачи;

— передаточное отношение балансирного редуктора;

— передаточное отношение планетарного колесного редуктора.

3.6 Определение межосевого расстояния и параметров зубчатых колес балансирного редуктора

Разбиваем передаточное число балансирного редуктора на ступени:

Задаемся: межосевое расстояние между осями ведущих колес должно быть равно, А? 1450 мм.

Принимаем модуль, , ,.

Окончательное передаточное число балансирного редуктора:

.

Для обеспечения равномерного распределения вертикальных реакций на колесах тандемной тележки необходимо, чтобы передаточное число балансирного редуктора было близко 1, следовательно условие выдерживается.

Определим диаметр шестерен балансирного редуктора:

мм;

мм;

мм.

Межосевое расстояние между осями ведущих колес

мм;

3.7 Расчет ведущей шестерни балансирного редуктора заднего моста

Исходные данные: — расчетный передаваемый крутящий момент:

;

— число зубьев шестерни: ;

Модуль зацепления:

где;

— расчетный крутящий момент, передаваемый зацеплением;

— коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине зуба;

— коэффициент формы зуба (при смещении 0,536);

— коэффициент ширины зуба;

— допускаемое напряжение изгиба,

;

— допускаемое напряжение изгиба при базовом числе циклов нагружений ,

;

— длительный предел выносливости при изгибе зуба при работе его одной стороной ();

— коэффициент безопасности,

;

(при вероятности неразрушения 98%);

(заготовка — паковка);

;

— коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности и шлифования выкрутки;

— коэффициент, учитывающий упрочнение выкрутки;

— коэффициент долговечности,

;

— показатель степени (при);

— эквивалентное число циклов за период службы,

;

— суммарное число циклов,

;

— количество зацеплений зуба за один оборот шестерни;

пчастота вращения шестерни: ;

ч. — ресурс работы;

— коэффициент режима работы (тяжелый);

циклов;

циклов.

Так как, то .

МПа;

МПа;

мм.

Принимаем по ГОСТ мм.

4. Эксплутационная часть

4.1 Техническое обслуживание машины

Техническое обслуживание машины представляет собой комплекс технических мероприятий, направленных на создание благоприятных условий работы деталей, своевременное предупреждение неисправностей и выявление возникающих дефектов. Техническое обслуживание способствует продлению межремонтного периода и общего срока службы машины, сокращению простоев из-за технической неисправности, а следовательно, повышению производительности машины.

Техническое обслуживание является планово-предупредительным и должно выполняться в сроки, указанные в «Инструкции по обслуживанию машины».

Периодичность обслуживания машины проводится на открытом воздухе или в помещении. Техническое обслуживание № 3 рекомендуется проводить в помещении размером не менее 7×15 м. Техническое обслуживание машины целесообразно производить специализированными бригадами технического обслуживания с участием тракториста-машиниста, под наблюдением бригадира-механика, с использованием машин техобслуживания СРПМ-3А и ЛВ-8А.

Выполнение ежесменного технического обслуживания является обязательным и специально не планируется. Периодическое техническое обслуживание подразделяется на три вида: ТО-1; ТО-2 и ТО-3, которые различаются между собой объемом и составом работы. ТО-1 проводится через каждые 60 ч работы, ТО-2 — через каждые 240ч работы, ТО-3- через каждые 960ч работы машины.

Техническое обслуживание производится, как правило, без разборки сборочных единиц и замены деталей. Поэтому время на производство ремонтных работ, при совмещении их с техническим обслуживанием, в планируемое время для производства обслуживания входить не должно. Сокращение объема обязательного технического обслуживания для производства ремонтных и других работ не допускается.

Перечень основных обязательных мероприятий, которые необходимо выполнить для гидравлической системы сортиментовоза при ежесменном техническом обслуживании:

Проверить:

— крепление сборочных единиц;

— наличие течи и уровень масла в баках гидросистемы трансмиссии и оборудования;

— показания контрольных приборов;

— проверить давление (давление должно быть не более 0,25 МПа) в сливной магистрали;

— исправность рабочих органов на холостом ходу.

Осуществляя техническое обслуживание № 1, необходимо:

— выполнить ежесменное техническое обслуживание;

— проверить настройку предохранительных и перепускных клапанов и при необходимости отрегулировать их.

При проведении технического обслуживания № 2 необходимо:

— выполнить техническое обслуживание № 1;

— произвести осмотр вентилятора маслоохладителя, проверить наличие зазора между колесом и кожухом, затяжку болтовых соединений;

— проверить затяжку секций гидроколлектора, крепление распределителей;

— проверить нейтральное положение золотников распределителей, для чего соединить вилки тяг управления от золотников (ход золотника 170,5 мм от нейтрального положения);

— промыть сетчатые фильтрующие элементы магистральных фильтров, бумажные фильтры заменить через 480 моточасов;

— промыть сапун бака гидросистемы.

При проведении технического обслуживания № 3 необходимо:

— выполнить техническое обслуживание № 2;

— промыть масляной бак;

— заменить масло в системе (через 3500…4000 час.)

4.2 Эксплуатационные неисправности колесного сортиментовоза

Во время эксплуатации трактора могут возникнуть различные неисправности вследствие износа деталей, нарушение регулировок механизмов или несвоевременного проведения технического обслуживания.

Неисправности в работе сортиментовоза могут быть вызваны также условиями эксплуатации.

Обнаруженные неисправности должны быть устранены. Одной из часто выходящей из строя системой является гидравлическая система трансмиссии и оборудования трактора. На долю отказов гидравлической системы приходится до 92% всех отказов трансмиссии.

В таблице 4.1. приведены основные неисправности гидравлической системы сортиментовоза и способы их устранения.

Таблица 4.1. Неисправности гидросистемы колесного сортиментовоза