Дипломный проект состоит из графической части и пояснительной записки.
Пояснительная записка выполнена на 94 страницах, в ней содержится 14 рисунков, 9 таблиц и 121 формула. В пояснительной записке представлены: обоснование темы дипломного проекта, обзор существующих отечественных и зарубежных колесных тракторов, произведён выбор и расчёт узлов трансмиссии проектируемой машины, расчёт экономической эффективности её внедрения, рассмотрены мероприятия по технике безопасности при использовании лесотранспортной машины и применение машины в чрезвычайных ситуациях мирного и военного времени. В конце пояснительной записки приведён список используемой литературы.
Графическая часть дипломного проекта состоит из листов формата А1, на которых изображены общий вид машины, её кинематическая схема, синхронизирующий редуктор, его корпус и детали.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Обоснование темы дипломного проекта
2. Обзор существующих колёсных тракторов
2.1.Обзор отечественных колёсных тракторов
2.2.Обзор зарубежных колёсных тракторов
3. Выбор узлов трансмиссии лесотранспортной машины
3.1.Классификация трансмиссий
3.2.Общие сведения о разрабатываемой лесотранспортной машине
3.3.Разработка компановочно-кинематической схемы лесотранспортной машины
3.4.Расчет и построение тяговой характеристики
4. Расчет синхронизирующего редуктора
4.1.Конструкция синхронизирующего редуктора
4.2.Выбор передаточного числа синхронизирующего редуктора
4.3.Определение крутящих моментов и частоты вращения валов синхронизирующего редуктора
4.4.Расчет конической передачи
4.5.Расчет цилиндрической передачи
4.6.Компоновка синхронизирующего редуктора и определение его основных размеров
4.7.Расчет валов синхронизирующего редуктора
4.8.Расчет оси промежуточной передачи
4.9.Выбор подшипников для валов синхронизирующего редуктора
4.10. Расчет шлицевых соединений
5. Расчет экономической эффективности от
5.1.Экономическое обоснование расчета
5.2.Расчет экономических показателей
6. Использование лесотранспортной машины в чрезвычайных ситуациях мирного и военного времени
7. Мероприятия по охране труда при эксплуатации при проведении текущего ремонта лесотранспортной машины
7.1.Техника безопасности при работе на лесотранспортной машине
7.2.Расчет минимального радиуса поворота в зависимости от скорости и от устойчивости
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Лесозаготовительная промышленность относится к важнейшим добывающим отраслям народного хозяйства. Основная продукция лесозаготовительной промышленности круглые лесоматериалы и изделия их переработки.
Получение готовой продукции связано с выполнением определенного технологического процесса. Технологический процесс лесозаготовительного предприятия весьма сложен и протекает в разнообразных условиях, что вызывает необходимость создания специального оборудования для заготовки и транспортировки лесоматериалов.
Эффективность лесозаготовительного производства во многом зависит от уровня технического оснащения отрасли. Программа технического перевооружения лесозаготовительной промышленности предусматривает дальнейшее повышение уровня механизации, машинизации и автоматизации технологического процесса. Одним из направлений при решении этой задачи является не только совершенствование применяемого оборудования, но и создание новых машин и механизмов.
В лесной промышленности в основном эксплуатируются лесосечные машины, разработанные на базе гусеничных тракторов, в то время как за рубежом, широкое применение нашли машины, базирующиеся на специальном двух или трёхосном колёсном шасси. Многочисленные испытания отечественных и зарубежных конструкций колесных машин, позволяют выделить их основные преимущества по сравнению с гусеничными тракторами. Это высокая скорость движения, высокая маневренность, возможность движения по дорогам с твёрдым покрытием, без его разрушения, а также ряд других преимуществ. Применение специальных шин и блокировочных устройств дифференциалов, позволяет создавать колёсные машины, проходимость которых близка к проходимости гусеничных машин.
В последнее время работам по созданию отечественных колёсных машин уделяется большое внимание. Необходимо разрабатывать и внедрять в производство эти машины. Создание и внедрение колёсных тракторов и лесных машин на их базе позлит сократить парк трелёвочных тракторов, улучшить условия труда рабочих, сэкономить материальные и топливно-энергетические ресурсы, за счёт снижения металлоёмкости конструкций, повышения их тяговых характеристик и снижения удельного расхода топлива на единицу заготовленной (транспортируемой) древесины.
Проектируемая в данном дипломном проекте лесотранспортная машина, на базе сельскохозяйственного трактора Т-25А1 с активным полуприцепом, обладает многими из перечисленных выше преимуществ и должна найти применение в лесозаготовительной промышленности.
1 ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА
Анализ развития зарубежного и отечественного лесного тракторостроения позволяет выделить четыре основных направления, сложившихся в области создания и использования колёсных машин:
- создание специальных лесных колёсных тракторов;
- использование серийных сельскохозяйственных тракторов с навесным соответствующим технологическим оборудованием;
- создание специальных лесных тракторов, состоящих из тягачей, выполненных в основном из узлов базовых сельскохозяйственных моделей и активных полуприцепов;
- перекомпоновка серийного трактора и агрегатирование его с активным полуприцепом
Первое направление определяется длительными сроками внедрения колёсных машин и необходимостью организации специальных производств, что экономически нецелесообразно. Попытки создания колёсных машин по второму методу были признаны неудачными.
Широкое распространение получило четвёртое направление создания лесных колёсных машин. В настоящее время по такому принципу изготовлены опытные образцы на базе серийных сельскохозяйственных тракторов. Машины успешно прошли испытание.
На рисунке 1.1 представлены схемы перекомпоновки сельскохозяйственных тракторов иллюстрирующие третье и четвёртое направление в создание колёсных машин.
Первая схема предусматривает использование колёсного сельскохозяйственного трактора без изменения базы. К трактору присоединяется с помощью шарнира активный полуприцеп.
Рисунок 1.1- Схемы перекомпоновки сельскохозяйственных тракторов.
По второй схеме с базового трактора снимается передний мост, его детали используются на изготовление моста активного полуприцепа, который также присоединяется к одноосному тягачу с помощью универсального шарнира.
Третья схема аналогична второй, но активный полуприцеп присоединяется к моторной части базового трактора.
Четвёртая схема отличается от второй тем, что кроме снятия переднего моста, задние колёса смещаются с помощью бортовых редукторов вперёд, уменьшая консоль и улучшая общую компоновку машины.
Наиболее эффективным является решение, выполненное по четвёртой схеме. Машины, разработанные по такому принципу, имеют хорошую проходимость и маневренность. Результаты испытаний этих машин показали, что по техническим параметрам они не уступают некоторым зарубежным аналогам и вполне способны с ними конкурировать. Таким образом, следует вывод о несомненной перспективности четвёртого направления в области создания и использования колёсных машин.
В данном дипломном проекте разрабатывается лесотранспортная машина на базе сельскохозяйственного трактора Т-25А1. Базовыми узлами проектируемой машины являются: одноосный моторный модуль, полученный из базового трактора и активный полуприцеп, который присоединяется к моторному модулю с помощью универсального шарнира. Агрегатирование трактора с активным полуприцепом выполнено по четвёртой схеме (рис. 1).
Основными преимуществами проектируемой машины являются: минимальное вредное воздействие на грунт, высокая скорость движения, маневренность, низкие эксплуатационные расходы, технологичность и универсальность, а также ряд других преимуществ.
Задача сводится к кинематическому согласованию привода ведущих колёс трактора и полуприцепа. Для этого используется синхронизирующий редуктор с приводом от главной передачи трактора.
2 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ КОЛЁСНЫХ ТРАКТОРОВ
2.1 Обзор отечественных колёсных тракторов
В лесной промышленности с 1959 года предпринимались попытки создания колёсных трелёвочных тягачей. Но эти разработки оказались неудачными, имели низкую проходимость и низкое качество изготовления. В дальнейшем были начаты разработки отечественных колёсных тракторов по двум направлениям:
- создание трелёвочных модификаций сельскохозяйственных тракторов общего назначения;
- создание специального лесопромышленного трактора по опыту зарубежных фирм, полностью отвечающего требованиям лесозаготовительной промышленности.
Рассмотрим несколько моделей отечественных лесопромышленных тракторов.
Трактор К-703.
Разработан Кировским заводом совместно с ЦНИИМЭ, он является лесопромышленной модификацией сельскохозяйственного трактора К-700А класса тяги 5 и представляет собой базовое шасси, предназначенное для установки на нем различного технологического оборудования. Трактор имеет шины повышенной грузоподъемности, на задней полураме предусмотрены места для установки технологического оборудования.
Трактор Т-157.
Трактор, выпускаемый Харьковским тракторным заводом, является лесопромышленной модификацией сельскохозяйственного трактора Т-150К класса тяги 3, и представляет собой базовое шасси для установки на нем различного технологического оборудования. Трактор Т-157 отличается от Т-157К наличием шин увеличенного размера, отсутствием рессорной подвески переднего моста, усиленными элементами ведущих мостов. На базе трактора Т-157 разработан ряд машин различного назначения. Это:
- трелёвочные машины ЛТ-171, ЛТ-157;
- лесотранспортные машины ЛТ-143, ЛТ-143А;
- погрузочно-транспортная машина ЛТ-175.
Краткая техническая характеристика ЛТ-157 представлена в таблице 2.1.
Таблица 2.1 Краткая техническая характеристика ЛТ-157
Показатели
ЛТ-157
Мощность двигателя, кВт
110
Наибольшее тяговое усилие лебедки, кН
120
Скорость движения, км/ч
5,9…3,12
Масса, т
10,7
Машина для бесчокерной трелёвки ЛТ-190.
Машина предназначена для подтаскивания, сбора, погрузки, на коник деревьев или хлыстов, трелёвки пачки деревьев в полупогруженном состоянии, разгрузки и окучивания деревьев на верхнем лесоскладе лесхозов и лесных комплексных предприятий.
Машина ЛТ-190 применяется на рубках ухода и санитарных рубках после ручной и машинной валки в условиях равнинной и слабопересеченной местности с уклонами не более 150 на грунтах с несущей способностью не менее 150кПа, при снежном покрове высотой не более 0,5м и температуре окружающего воздуха от +400С до –400С.
Техническая характеристика машины приведена в таблице 2.2.
Таблица 2.2 Техническая характеристика ЛТ-190
Показатели
ЛТ-190
Базовая машина
Трактор МТЗ-80 с унифицированной кабиной, задняя тележка автогрейдера ДЗ-143
Эксплуатационная мощность двигателя, кВт
55
Производительность по чистому времени работы при расстоянии трелёвки 1500…3000,м и объеме хлыста 0,13…0,22м3, м3/ч, не менее
6,3
Объем трелюемой пачки, м3
5
Средняя скорость движения, км/ч
1,89…17,95
Среднее статическое давление на грунт, кПа, не более
100
Колея, мм
1900
База машины, мм
3500
Передний угол въезда, град, не менее
15
Угол складывания полурам, град, не менее
40
Минимальный радиус поворота, м, не более
7
Вылет гидроманипулятора, м
максимальный
6,0
минимальный
1,3
Угол поворота гидроманипулятора в горизонтальной плоскости, град
270
Грузовой момент гидроманипулятора, кН.м, не менее
50
Площадь сечения захвата, м2, не менее
0,12
Раскрытие челюстей захвата, мм, не менее
650
Угол поворота захвата, град
200
Удельный расход топлива, г/м3, не более
290
Габаритные размеры машины в транспортном положении, мм, не более
9000х2500х3800
Конструктивная масса, кг, не более
1100
Масса навесного оборудования, кг, не более
2500
В состав машины входят:
1.) передний тяговый модуль - колёсный трактор МТЗ-80, с которого демонтированы передние колёса с подвеской и приводом, а также устройства для прицепного сельскохозяйственного оборудования;
2.) задний приводной модуль - задняя тележка автогрейдера ДЗ-143, привод который осуществляется от заднего вала отбора мощности трактора, при помощи карданных валов и синхронизирующего редуктора;
3.) рама тележки сварной конструкции;
4.) гидроманипулятор ЛВ-184, расположенный в передней части рамы тележки;
5.) зажимной коник трактора ТБ-1.
Передний и задний модули сочленены между собой шарнирно. Управление машиной осуществляется при помощи двух гидроцилиндров, гидроруля и рулевого колеса. Управление манипулятором и зажимным коником осуществляется рычагами перемещения золотников распределителей из кабины машины.
Кабина снабжена универсальным поворотным сиденьем, регулируемым по высоте в зависимости от роста оператора.
Погрузочно-транспортная машина ЛТ-189
Карельский НИИ лесной промышленности и Петрозаводское АО “Ремонтно-механический завод” разработали семейство полноприводных погрузочно-разгрузочных машин ЛТ-189. Это сортиментовозы, предназначенные для сбора, погрузки, транспортировки и разгрузки с подсортировкой сортиментов при перемещении их с лесосеки к лесовозной дороге. Машины используются при проведении всех видов несложных рубок на участках с равнинным и слабопересеченным рельефом местности.
Для работы на грунтах с низкой несущей способностью или при снежном покрове до 70см монтируют гусеничные ленты, охватывающие попарно колёса тележки.
Машины семейства ЛТ-189 применяются в комплексе с многооперационными машинами, при заготовке сортиментов вальщиком, заготовке пневого осмола, сборе лесосечных отходов, нижескладских работах и др.
Машина состоит из трактора МТЗ-80 без передней оси тандемной тележки, гидроманипулятора и технологического оборудования.
Серийный выпуск машин ЛТ-189 налажен Петрозаводским ремонтно-механическим заводом в 1990 году.
Машины успешно эксплуатируются в хозяйствах Карелии, Латвии, а также в Московской, Новгородской и Вологодской областях.
Машина соответствует всем предъявляемым требованиям, имеет высокую проходимость, проста в обслуживании и управлении.
Относительно невысокая стоимость и низкие эксплуатационные расходы делают её конкурентоспособной по сравнению с импортной техникой.
Краткая техническая характеристика машин ЛТ-189 представлена в таблице 2.3.
Таблица 2.3. Техническая характеристика сортиментовозов
Показатели
ЛТ-189
ЛТ-189А
ЛТ-189Ф
Энергетический модуль
МТЗ-80
МТЗ-82Р
МТЗ-80
Приводной модуль
Тележка автогрейдера ДЗ-122А
Тележка СА-0.4.210 HAF
Дорожный просвет, мм
под передним мостом
465
660
465
Под задним мостом
465
500
620
Вылет стрелы, м
5,2
5,2
6,5
Эксплуатационная масса, т
10,5
11
8,5
Габаритные размеры, м
9,4х2,65х3,16
9,6х2,45х3
Длина перевозимых сортиментов, м
2-6
Нагрузка на рейс, м3
7,5
8,25
10
Лесозаготовительная машина на базе шасси ЭСВМ-7
Сортиментовоз СФ-55С - предназначен для сбора, транспортировки по лесосеке, волокам, усам к лесовозным дорогам, к лесным приречным складам, разгрузки и складирования сортиментов от рубок главного и промежуточного пользования. Может использоваться как погрузочно-транспортная машина. Трактор обладает высокой скоростью, маневренностью, проходимостью на грунтах с низкой несущей способностью.
Техническая характеристика представлена в таблице 2.4.
Таблица 2.4. Краткая техническая характеристика СФ-55С
Показатели
СФ-55С
Базовый трактор
ЭСВМ-7
Марка двигателя
СМД-62
Номинальная мощность двигателя, кВт
128,8
Габаритные размеры, м
8,2х3,5х3,9
База машины, мм
5300
Колея, мм
2320
Дорожный просвет, мм
650
Грузоподъемность манипулятора, кг
При max вылете (7,1 м)
610
При min вылете (3 м)
1710
2.2. Обзор зарубежных колёсных тракторов.
Во всех странах с развитой лесозаготовительной промышленностью нашли широкое применение колёсные лесопромышленные тракторы, оснащенные различным технологическим оборудованием. К достоинствам зарубежных лесных колёсных тракторов можно отнести наличие гидромеханических трансмиссий, электрогидроуправляемых коробок передач, лебёдок с гидроприводом, кабин обеспечивающих безопасные и комфортные условия труда операторов.
Рассмотрим несколько моделей зарубежных колёсных тракторов.
Форвардер Локомо 910.
Машина выпущена фирмой “Раума-Репола”. Она имеет четырёхцилиндровый дизельный двигатель с водяным охлаждением и турбонаддувом “Перкинс Т4-236” мощностью – 71,кВт и гидромеханическую трансмиссию “Кларк 1800” типа Пауэр Шифт, обеспечивающую тягу на крюке 140,кН и скорость до 36 км/ч.
На передней полураме установлены двигатель и коробка передач, передняя ось, кабина оператора, управление погрузчиком и вспомогательные устройства.
Задняя полурама несёт на себе погрузчик, платформу со стойками, подвижной защитный экран и заднюю колёсную тележку. Шарнирное устройство соединения полурам снабжено автоматическим стабилизирующим тормозом.
Машина оборудуется гидроманипулятором Фаскаре F50L или Кранаб 50 с грузовым моментом 45…55,кН.м и максимальным вылетом 6,5,м , который может быть увеличен до 10,2,м.
Форвардер Локомо 910 имеет ширину в зависимости от типа шин 2,48…2,64,м , высоту, включая гидроманипулятор- 3,27,м. Полезная нагрузка машины- 10,т , при собственной массе- 9,5,т.
Машина в 1985 году оказалась наиболее популярной среди подобных машин в Финляндии. Это достигнуто за счет эффективного соотношения массы трактора и грузоподъемности, эффективной трансмиссии, высокой маневренности и низкого удельного давления на грунт.
Форвардер Локомо 933С.
Предназначен для трелёвки хлыстов и деревьев.
Шасси трактора состоит из двух шарнирно соединенных двухосных тележек. Машина имеет четырёхцилиндровый дизельный двигатель с водяным охлаждением и турбонаддувом, максимальная мощность- 141,кВт; гидромеханическую трансмиссию с гидротрансформатором Кларк и коробкой передач типа Пауэр Шифт; тандемные тележки с автоматической блокировкой дифференциалов, типа Ноу Слин, шины 17,5—25 или 20—25.
Гидроманипулятор Кранаб-100С и коник Локомо-350 предназначены для погрузки и разгрузки лесопродукции.
Габаритные размеры машины: длина- 9400,мм; ширина- 2980,мм; высота без манипулятора- 3700,мм.
Масса форвардера- 20,т и скорость до 30,км/ч.
Форвардер ЭСА-260.
Создан на базе шестиколёсного трактора, все колёса имеют гидромеханический привод. Управление машиной, при движении по дорогам, осуществляется с помощью рулевого колеса, а при движении по лесосеке и в сложных условиях местности электронно-пульсирующей системой, через кулисные переключатели. Форвардер имеет надёжную тормозную систему. Для погрузки-разгрузки лесопродукции установлен манипулятор ЭСА-373, с максимальным вылетом стрелы 6,5,м и грузоподъёмным моментом 84,7,кН.м.
Одноместная безопасная кабина имеет внутри низкий уровень шума, ремни безопасности, кондиционер, систему отопления и хорошее освещение.
Машина имеет следующие габаритные размеры: длина- 9,3,м; ширина- 2,8,м; высота- 3,7,м. Масса машины- 14,т.
Форвардер Брюннет-Мини 672.
Машина имеет восемь ведущих колёс, установленных попарно на четырёх тележках. На форвардере установлен четырёхцилиндровый дизельный двигатель, мощностью 57,кВт. Масса машины 8,5,т, грузоподъемность 7,5,т. Форвардер имеет манипулятор, который установлен на силовом каркасе ограждения кабины. Наибольший вылет стрелы манипулятора до 7,5,м, грузовой момент 55,кН.м, площадь захвата- 0,35,м2, угол поворота- 3600.
Форвардер Вольво БМ Валмет 862.
Машина имеет шесть ведущих колёс. На ней установлен четырёхцилиндровый дизельный двигатель с турбонаддувом, мощностью- 68,кВт.
Грузоподъёмность форвардера- 9,т, при собственной массе машины- 11,95,т. Скорость форвардера до 24,км/ч.
Форвардер Terri 2020D.
Малогабаритный форвардер Terri 2020D состоит из трактора и прицепа, на колёса которого надеты гусеничные цепи. Трактор оснащен трёхцилиндровым дизельным двигателем, мощностью- 17,кВт.
При общей длине 7000—7450,мм, ширина трактора составляет- 1400,мм, прицепа- 1420,мм. Масса трактора- 1380,кг, прицепа- 310,кг. Грузоподъёмность форвардера- 1,7,т.
На форвардере установлен телескопический манипулятор.
Машина рассчитана на трелёвку тонкомерного леса, с её помощью можно трелевать и крупный пиловочник, однако это требует ограничения в диаметре и длине сортиментов (не более 60,см и 3,м соответственно).
В качестве североамериканских форвардеров можно отметить новую модель, выпущенную фирмой “Гафнер Машин” (США)- модель 5510. это колёсная машина с шарнирно-сочлененной рамой, оснащенная коником и погрузочным устройством манипуляторного типа. Новая модель отличается от ранее выпущенных экономичным расходом топлива, более низким центром тяжести, увеличенным крутящим моментом. Грузоподъёмность машины- 6350,кг. Грузоподъёмность стрелы на полном вылете до 1179,кг, а на вылете 2,4,м- 2041,кг.
Форвардеры выпускала и фирма “Тимберджек“, к ним относятся две модели:“230-8 Топ“ и “520А-15 Топ“, известен также форвардер “Три Фармер С71 Турбо“.[1],[4]
Зарубежные машины превосходят отечественные аналоги по многим показателям: это и технические характеристики, и по удобству обслуживания и ремонту, по комфортабельности работы оператора, и по многим другим показателям. Также за рубежом выпускается широкий спектр лесозаготовительных машин, из которого можно выбирать машины, применительно для данных условий производства. Однако разработанные отечественные конструкции лесных машин не во многом уступают зарубежным образцам, а относительно невысокая стоимость и низкие эксплуатационные расходы делают эти машины конкурентоспособными по сравнению с импортной техникой аналогичного класса. Также при дальнейшем обслуживании зарубежные машины обходятся намного дороже, чем отечественные образцы, так как на закупку запасных частей требуются очень большие затраты.
3 ВЫБОР УЗЛОВ ТРАНСМИССИИ ЛЕСОТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ
3.1 Классификация трансмиссий
Трансмиссии лесных машин классифицируются по типу передач, с помощью которых происходит изменение передаточного числа.
Существуют трансмиссии с механическими, гидравлическими и электрическими передачами, но в чистом виде две последние передачи обычно не применяются. Наряду с электрическими и гидравлическими агрегатами в этих трансмиссиях имеются и механические передачи. Поэтому трансмиссии подразделяются на:
- механические;
- гидромеханические;
- гидрообъёмные;
- электромеханические.
Наибольшее распространение на современных отечественных и зарубежных автомобилях и тракторах получили механические и гидрообъёмные трансмиссии.
3.1.1. Электромеханическая трансмиссия
Электрические передачи находят применение в основном на машинах большой мощности. При малых мощностях они получаются переутяжелёнными и имеют низкий КПД. Применяются электромеханические трансмиссии постоянного и переменного тока. Электромеханические трансмиссии обладают преимуществами:
- плавно, бесступенчато изменяют крутящий момент;
- имеют упрощенную механическую часть привода;
- меньшая масса трансмиссии на единицу массы машины для автомобилей с двигателем мощностью более 700…800,кВт.
Несмотря на ряд преимуществ, электропередача пока не получила широкого распространения на автомобилях и тракторах из-за следующих недостатков: больших масс агрегатов трансмиссий, превышающих массы механических и гидравлических трансмиссий; сравнительно низкого КПД; большого расхода дорогостоящих материалов; высокой стоимости изготовления; относительно больших величин неподрессоренных масс.
3.1.2. Гидромеханическая трансмиссия.
Гидромеханические трансмиссии включают гидравлические и механические преобразователи крутящего момента. В практике автотракторостроения распространение получили гидромеханические трансмиссии с гидромеханическими трансформаторами, при этом возможно последовательное и параллельное соединение их с механической частью трансмиссии.
В качестве механических ступеней в гидромеханических трансмиссиях используются планетарные редукторы, ступенчатые коробки передач с переключением передач, как с разрывом, так и без разрыва потока мощности. Механическая часть гидромеханической трансмиссии от гидротрансформатора до двигателя машины одинакова с механической трансмиссией.
Основные достоинства гидромеханических трансмиссий:
- автоматическое и непрерывное изменение силы тяги на каждой передаче в соответствии с сопротивлением движению;
- меньшее число ступеней, сокращающее число переключений, что существенно облегчает работу водителя.
Вместе с тем гидродинамические передачи обладают рядом существенных недостатков: пониженным максимальным значением КПД и значительным снижением его при изменении режимов работы, что приводит к повышению расхода топлива; усложненной конструкцией трансмиссии в целом из-за введения дополнительного агрегата (гидротрансформатора); обеспечения охлаждения рабочей жидкостью и, как следствие, повышение стоимости машины.
3.1.3. Гидрообъёмная трансмиссия.
Гидрообъёмная трансмиссия- это устройство для передачи движения, в состав которого входит объёмный гидропривод.
Мощность двигателя в такой трансмиссии передаётся ведущим органам машины от перемещения замкнутого объёма жидкости между вытеснителями насоса и гидроматора. Ряд положительных свойств гидрообъёмной трансмиссии в сочетании с широким применением гидрофицированного технологического оборудования способствует использованию этих передач в конструкциях как зарубежных, так и отечественных лесозаготовительных машин. К достоинствам гидрообъёмных передач, при использовании их в качестве основных агрегатов трансмиссий, относятся:
- бесступенчатое регулирование скорости и плавность передачи крутящего момента;
- реверсивность и возможность двигателя на малых “ползучих” скоростях;
- удобство компоновки и минимальное использование механических звеньев;
- возможность объединения гидропривода с механизмом поворота;
- лёгкость управления его автоматизации.
Наряду с достоинствами, эти передачи имеют ряд существенных недостатков: снижение КПД трансмиссии при больших диапазонах регулирования и, как следствие, неэкономичность длительной работы машины на режимах, не соответствующих номинальным нагрузкам; несколько большая масса трансмиссии на единицу передаваемой мощности; более высокая стоимость трансмиссии.
Для лесных машин, имеющих гидрофицированное рабочее оборудование, этот тип трансмиссий наиболее перспективен.
3.1.4 Механическая трансмиссия
Механические трансмиссии отличает простота конструкции, надёжность, высокий КПД, низкая стоимость. Масса этих трансмиссий значительно ниже, чем у других типов передач.
Существенные недостатки механических трансмиссий: ступенчатое регулирование передаточного числа, разрыв силового потока и ударные нагрузки при переключениях передач; трудность управления; сложность компоновки на многоприводных машинах.
Хотя механические передачи имеют существенные недостатки, но, тем не менее, перечисленные положительные качества механических трансмиссий обуславливают их повсеместное применение на современных лесных машинах. [17]
В разрабатываемой лесотранспортной машине применяем механическую трансмиссию.
3.2 Общие сведения о разрабатываемой лесотранспортной машине
В качестве базовой машины для разрабатываемой лесотранспортной машины используется модифицированный трактор Т-25А1, краткая техническая характеристика которого представлена в таблице 3.1.
Таблица 3.1. Краткая техническая характеристика трактора Т-25А1
Показатели
Т-25А1
Тип трактора
Универсально-пропашной
Тяговый класс, кН
6
Модель двигателя
Д-21А1
Номинальная мощность двигателя, кВт
18,50
Номинальная частота вращения коленчатого вала, об./мин
1800
Максимальный крутящий момент, Н.м
122
Частота вращения вала отбора мощности, об./мин
549
Гидронавесная система:
- масляный насос
НШ-10ЕЛ
- распределитель
Р75-В2
Продольная база трактора, мм
1775
Наименьший радиус поворота, м
3,6
Масса трактора, кг:
- конструктивная
1600
- эксплуатационная
1725
Расчетные скорости движения без буксования при номинальной мощности двигателя (км/ч, числитель) и соответствующее им тяговое усилие (кН, знаменатель):
- первая передача
6,40/7,74
- вторая передача
8,10/5,76
- третья передача
9,40/4,70
- четвёртая передача
11,90/3,38
- пятая передача
14,90/2,36
- шестая передача
21,90/1,06
Размер шин, мм:
- передних колёс
170 - 406
- задних колёс
240 - 813
Модифицированный колёсный трактор представляет собой одноосный моторный модуль базового трактора Т-25А1 в агрегате с активным полуприцепом. Для переналадки базового сельскохозяйственного трактора в одноосный модуль с него снимается передний мост с колёсами, рулевой механизм и передаточные детали рулевого механизма. Задние ведущие колёса трактора перемещают вперёд путём поворота бортовых передач, что обеспечивает лучшее распределение нагрузок на колёса трактора и полуприцепа.
Активный полуприцеп состоит из двух полурам соединённых универсальным шарниром, среднего и заднего ведущих мостов и колёс. Передняя полурама жестко крепится к корпусу трактора. На задней полураме монтируются ведущие мосты с тормозами и конечными передачами.
Универсальный шарнир, соединяющий полурамы полуприцепа, обеспечивает их взаимный поворот вокруг вертикальной и горизонтальной осей, это позволяет улучшить конструкцию рулевого управления и улучшить маневренность машины.
Поворот колёсного трактора в агрегате с активным полуприцепом осуществляется с помощью силовых гидроцилиндров, за счёт складывания полурам полуприцепа, то есть относительного их углового перемещения в горизонтальной плоскости вместе с осями ведущих колёс.
3.3 Разработка компоновочно-кинематической схемы лесотранспортной машины
В целях уменьшения стоимости изготовления лесотранспортной машины, сокращения номенклатуры деталей, упрощения эксплуатации и ремонта разрабатываемой машины, необходимо подобрать узлы трансмиссии от уже существующих конструкций.
Унификация машины достигается за счет того, что такие узлы как картер среднего и заднего ведущих мостов, главная передача, сдвоенная обгонная муфта, полуоси, карданные передачи заимствованы от переднего ведущего моста сельскохозяйственного трактора Т-40АМ. Тормоза и конечные передачи унифицированы с тормозами и конечными передачами базового трактора Т-25А1. Оригинальными узлами являются передняя и задняя полурамы, а также синхронизирующий редуктор. [3]
Кинематическая схема лесотранспортной машины представлена на рис. 3.1.
Привод среднего и заднего мостов полуприцепа осуществляется от дифференциала трактора с помощью синхронизирующего редуктора, установленного на корпусе главной передачи. От синхронизирующего редуктора через карданные передачи. Крутящий момент передаётся на средний и задний ведущие мосты, которые имеют в качестве дифференциала сдвоенную обгонную муфту двустороннего действия храпового типа. Обгонная муфта автоматически включает привод колёс полуприцепа, когда буксование колёс трактора превысит четыре процента.
Передаточное число синхронизирующего редуктора выбирается с расчетом, чтобы крутящий момент передавался на колёса полуприцепа, при буксовании колёс трактора более четырёх процентов. При меньшем буксовании колёс трактора полуприцепа колёса полуприцепа являются ведомыми. Таким образом, при движении машины по плотному грунту, обеспечивающему большой коэффициент сцепления, крутящий момент передаётся только передним колёсам машины, причем за счет симметричного дифференциала крутящий момент передаётся равномерно на оба колеса, и в этом случае тяговое усилие обеспечивают только передние колёса. При движении же по бездорожью, когда коэффициент сцепления с грунтом снижается, а буксование увеличивается, крутящий момент распределяется на все колёса лесотранспортной машины.
Из перечисленного выше следует, что применение обгонной муфты значительно повышает проходимость лесотранспортной машины и позволяет ей успешно преодолевать различные препятствия: пни, лежащие деревья, глубокий снег и др. [3].
3.4 Расчет и построение тяговой характеристики
Для построения тяговой характеристики определяем на каждой передаче скорость движения Vа и свободную силу тяги при соответствующих им частотам вращения двигателя.
3.4.1 Определение скорости движения [16]
(3.1)
где r- радиус колёс машины, м;
Um- передаточное число трансмиссии на соответствующей передаче;
n- частота вращения, мин –1.
3.4.2 Определение свободной силы тяги [16]
(3.2)
где Рw- сопротивление воздушной среды, Н (так как скорость движения машины меньше 25 км/ч, то сопротивление воздушной среды не учитываем);
Рк - касательная сила тяги, Н;
(3.3)
где ?- коэффициент, учитывающий затраты мощности на привод вспомогательных агрегатов, ?=0,08 [16];
?- КПД трансмиссии, ?=0,8 [16];
Ме - крутящий момент двигателя, Н.м [16],
, (3.4)
где Nе. - мощность двигателя, кВт [16],
(3.5)
где Nен - максимальная мощность двигателя, NЕ=18,5 кВт;
nен - частота вращения, соответствующая максимальной мощности, nе.=1800 мин –1;
А;В - постоянные коэффициенты Лейдермана, А=0,87, В=1,13 [16].
Результаты расчетов сводим в таблицу 3.2.
Таблица 3.2 Параметры тяговой характеристики
n,мин -1
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
Ne, кВт
10,96
12,22
13,42
14,54
15,56
16,46
17,22
17,83
18,26
18,5
Ме, Н.м
116,3
116,7
116,5
115,7
114,3
112,3
109,7
106,4
102,6
98,2
1 передача, Ump=62.56
Vа,км/ч
3,14
3,49
3,85
4,19
4,54
4,89
5,24
5,59
5,94
6,29
Ра, Н
9232,6
9264,4
9248,5
9185,0
9074,0
8915,1
8708,7
8446,7
8145,1
7795,7
2 передача, Ump=49.50
Vа,км/ч
3,98
4,41
4,86
5,30
5,74
6,18
6,63
7,07
7,51
7,95
Ра, Н
7305,2
7330,4
7317,8
7267,6
7179,6
7054,0
6890,7
6683,4
6444,7
6168,3
3 передача, Ump=42.50
Vа,км/ч
4,63
5,15
5,66
6,17
6,69
7,20
7,72
8,23
8,75
9,26
Ра, Н
6272,2
6293,7
6283,0
6239,8
6164,3
6056,5
5916,2
5738,3
5533,3
5296,0
4 передача, Ump=33.63
Vа,км/ч
5,85
6,5
7,15
7,8
8,45
9,10
9,75
10,40
11,05
11,70
Ра, Н
4963,1
4980,2
4971,7
4937,5
4877,8
4792,4
4681,5
4540,7
4378,5
4190,7
5 передача, Ump=24.28
Vа,км/ч
8,11
9,01
9,91
10,81
11,71
12,61
13,51
14,41
15,31
16,21
Ра, Н
3583,3
3595,6
3589,4
3564,8
3521,6
3460,0
3380,0
3278,2
3161,2
3025,6
6 передача, Um=16.45
Vа,км/ч
11,96
13,29
14,62
15,95
17,28
18,61
19,94
21,27
22,60
23,93
Ра, Н
2427,7
2436,1
2431,9
2415,2
2386,0
2344,2
2290,0
2221,0
2141,7
2050,0
По результатам расчетов строим тяговую характеристику (рис.3.2).