Расчёт основных параметров лесотранспортной машины

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

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

2015 г

Содержание

Введение

1. Обоснование выбора двигателя. Расчёт и построение скоростной характеристики

1.1 Определяем максимальную мощность двигателя

1.2 Выбираем тип двигателя

1.3 Определение основных параметров двигателя

1.4 Построение скоростной характеристики двигателя

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

2.1 Обоснование и выбор основных узлов трансмиссии

2.2 Выбор передаточных чисел трансмиссии

2.3 Расчёт и построение тяговой и динамической характеристики машины

2.4 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.

1.1Расчёт 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;

Ga=86+230+41,25=357,5 кН (для 1-2 случаев),

Ga=86+41,25=127,25 кH (для 3 случая);

- коэффициент сопротивления качению, ;

- руководящий подъём .

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

; ;

;

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

; ;

3 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 .

1.2 Выбираем тип двигателя.

Дизельный КамАЗ-741.

(8 цилиндров, V-образное расположение цилиндров)

1.3 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:

1.4 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 =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.

2.1 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



2.3 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	Свободная сила тяги, кН
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-1	Ме, Н•м	Скорость движения, км/час	Свободная 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	Скорость движения, км/час	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	6,1	99

Передача 2 Передаточное число трансмиссии 39,6

n, мин-1	Ме, Н•м	Скорость движения, км/час	Свободная 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-1	Ме, Н•м	Скорость движения, км/час	Свободная 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

Передача 5 Передаточное число трансмиссии 7,2

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.

2.4 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.

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

3. «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.

Размещено на Allbest.ru