Лісовозні автомобілі

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України Національний лісотехнічний університет України Кафедра лісових машин та гідравліки

Розрахунково-графічна робота з дисципліни:

Теорія, конструкція та розрахунок лісотранспортних засобів

Львів — 2011

1. Технічні характеристики та загальний вигляд проектного та порівняльного ЛТЗ

1.1. Лісовозні автомобілі

Рис. 1 — Загальний вигляд автомобілів КрАЗ-255Б1 та МАЗ 6317

Таблиця 1 — Технічні характеристики автомобілів КрАЗ-255Б1 та МАЗ 6317

1.2 Причіпні ланки (розпуски)

Рис. 2 — Загальний вигляд розпуску ГКБ — 9383: 1 — дишло; 2 — коник; 3 — рама; 4 — балансирний візок; 5 — пневмопривід гальма та електообладнання Таблиця 2 — Технічні характеристики розпусків ТМЗ-803 та ТМЗ-802

Рис. 3 — Загальний вигляд розпуску ТМЗ-802

2. Екологічна оцінка і місце в технологічному процесі проектного ЛТЗ

Враховуючи, що крутизна схилів згідно завдання рівна 1100, за довідковими таблицями визначимо, що у нашому випадку має місце III категорія пошкоджень, за якої екологія внаслідок грубого втручання людини зазнає наступних пошкоджень, зведених у таблиці 3.

Таблиця 3 — Розподіл пошкоджень за ступенем нанесення шкоди

Для заданих в умові завдання технічних засобів лісозаготівлі встановлено наступні умови: ширина лісосіки 200−300 м, площа лісосіки 30−70 га, спосіб головного рубання — вибірковий, ступінь ерозійності ґрунтів — малостійкі.

3. Оцінка досконалості конструкції проектного та порівняльного ЛТЗ

Досконалість конструкції лісотранспортних засобів та їх відповідність умовам експлуатації оцінюється за допомогою експлуатаційних властивостей, таких як тягова динамічність, гальмівні властивості, прохідність, маневровість, стійкість, плавність ходу і паливна економічність.

3.1 Визначення питомої потужності ЛТЗ

Питома потужність визначається за формулою ([1], ст. 24):

(3.1)

де — коефіцієнт пристосовуваності двигуна, для двигуна проектного автомобіля КрАЗ-255Б1 = 1,1, для порівняльного автомобіля МАЗ 6317 = 1,1;

— відношення кількості обертів колінчатого валу для максимальної потужності двигуна до обертів для максимального крутного моменту; для проектного автомобіля = 1,4, для порівняльного автомобіля = 1,7;

— коефіцієнт корисної дії трансмісії, рівний 0,85;

— коефіцієнт опору коченню ЛТЗ для доріг загального користування з рівним удосконаленим покриттям, рівний 0,025;

— ухил, рівний для гірських доріг 0,030;

— задана швидкість руху, беремо = 30 км /год.

Отже, для проектного автомобіля питома потужність дорівнює

.

Для порівняльного автомобіля питома потужність дорівнює

.

Питома потужність ДВЗ за тяговими властивостями визначається за формулою:

(3.2)

де — максимальна ефективна потужність ДВЗ, для проектного автомобіля рівна 176,5 кВт, для порівняльного — 242,5 кВт;

G — повна вага ЛТЗ, що визначається за формулою:

G = GT+Gрозп+ Gв ,(3.3)

де GT — власна вага автомобіля;

Gрозп — вага розпуску;

Gв — рейсове навантаження.

Для проектного автомобіля повна вага рівна

G = 114 678.9 + 40 515,3 + 186 390 = 341 584.2 H = 34,158 т.

Для порівняльного автомобіля повна вага рівна

G = 246 721.5 + 24 093.36 + 186 390 = 457 204.86 H = 45,72 т.

Питома потужність ДВЗ за тяговими властивостями для проектного автомобіля рівна:

кВт/т Питома потужність ДВЗ за тяговими властивостями для порівняльного автомобіля рівна:

кВт/т Оскільки як для проектного так і для порівняльного автомобілів, то двигуни жодного з автомобілів не забезпечують тяговим властивостям у заданих умовах.

3.2 Визначення середньо-технічної швидкості

Середньо-технічна швидкість визначається за формулою:

(3.4)

де — коефіцієнт, що враховує середнє використання максимальної ефективної потужності і інші фактори в еталонних дорожніх умовах, дорівнює 0,73;

— коефіцієнт, що враховує зміну середньо-технічної швидкості руху в даних дорожніх умовах у порівнянні з дорожніми умовами, які взяті за еталон, рівний 0,34;

— питома потужність двигуна за даного корисного навантаження ЛТЗ, для проектного автомобіля =7,277 кВт/т, для порівняльного автомобіля =7,277 кВт/т;

— коефіцієнт опору коченню під час експлуатації ЛТЗ в еталонних дорожніх умовах, береться рівним 0,019.

Отже, для проектного автомобіля середньо-технічна швидкість дорівнює:

км/год.

Для порівняльного автомобіля середньо-технічна швидкість дорівнює:

км/год.

3.3 Визначення максимальної сили тяги на гаку тягача

Максимальна сила тяги на гаку тягача визначається за формулою:

(3.5)

де — максимальний крутний момент, з таблиці 1 для проектного автомобіля рівний 882,6 Н. м, для порівняльного — 1225 Н. м;

— статичний радіус коліс, для проектного автомобіля за таблицею 1 рівний 0,64 м, для порівняльного — 0,61 м;

Gт — вага тягача, для проектного автомобіля рівна 114 678.9 Н, для порівняльного — 246 721.5 Н;

imax — максимальний ухил місцевості, згідно завдання рівний 1,10;

— максимальне передатне число трансмісії, рівне добутку максимальних передатних чисел коробки передач, роздавальної коробки та головної передачі, для проектного автомобіля = 5,26.2,28.8,21 = 98,46; для порівняльного автомобіля = 12,24.1,107.7,339 = 100,25.

Для проектного автомобіля максимальна сила тяги на гаку тягача рівна

Н.

Для порівняльного автомобіля максимальна сила тяги на гаку тягача рівна

Н.

3.4 Визначення гальмівного шляху ЛТЗ

Від ефективності дії гальм в значній мірі залежать швидкісні властивості (динамічність) ЛТЗ, але в ще більшій мірі - безпека його руху. Гальмівні властивості ЛТЗ оцінюють за довжиною гальмівного шляху і за величиною сповільнення під час гальмування.

Гальмівний шлях ЛТЗ визначається за рівнянням

(3.6)

де tспр — час спрацьовування гальмівного поводу і зростання гальмівного зусилля на колесах ЛТЗ, рівний 0,2 с;

kе — коефіцієнт ефективності гальмування, який враховує ступінь використання повної, теоретично можливої ефективності дії гальм і дорівнює 1,85;

— коефіцієнт зчеплення шин з дорогою, приймаємо рівним 0,4;

— гальмівний коефіцієнт, що характеризує використання гальмівної ваги ЛТЗ, рівний 1.

Отже, гальмівний шлях для проектного автомобіля рівний

м.

Гальмівний шлях для порівняльного автомобіля рівний

м.

3.5 Визначення величини гальмівного сповільнення

Величина гальмівного сповільнення визначається за формулою

(3.7)

Для проектного та порівняльного автомобілів гальмівне сповільнення дорівнює

м/с2

3.6 Визначення критерію прохідності ЛТЗ за Бабковим

Прохідність характеризується критерієм прохідності:

(3.8)

де kзч — коефіцієнт зчіпної ваги;

— коефіцієнт зчеплення, рівний 0,45.

Для розрахунку коефіцієнта зчіпної ваги використовується рівність:

(3.9)

де Gзч — повна вага ЛТЗ, що припадає на ведучі колеса, Н;

G — повна вага ЛТЗ.

Величина Gзч знаходиться за такою формулою:

(3.10)

де Gрозп — вага розпуску, рівна для проектного варіанта 40 515,3 Н, для порівняльного — 24 093,36 Н; Gвант — величина рейсового навантаження, що дорівнює 190 000 Н.

Підставивши відповідні величини у рівняння (3.9), отримаємо, що для проектного автомобіля

Н.

Для порівняльного автомобіля

Н.

Отже, коефіцієнт зчіпної ваги для проектного автомобіля рівний:

.

Коефіцієнт зчіпної ваги для порівняльного автомобіля рівний:

.

Критерій прохідності для проектного автомобіля рівний

.

Критерій прохідності для порівняльного автомобіля рівний

.

Умова прохідності виконується, оскільки умова (3.8) задовольняється як для проектного, так і для порівняльного автомобілів.

3.7. Визначення максимального динамічного фактора

Максимальна величина динамічного фактору на нищій передачі визначається за формулою

(3.11)

де — динамічний радіус, який прирівнюється до статичного.

Для проектного автомобіля максимальна величина динамічного фактору дорівнює

.

Для порівняльного автомобіля максимальна величина динамічного фактору дорівнює

.

Динамічні властивості ЛТЗ не забезпечуються, оскільки як для проектного, так і для порівняльного автомобілів.

3.8 Визначення питомого тиску шин на ґрунт

Питомий тиск шин на опорну поверхню обчислюється за формулою

(3.12)

де — тиск повітря в шині.

Для проектного автомобіля питомий тиск шин на опорну поверхню рівний МПа.

Для порівняльного автомобіля питомий тиск шин на опорну поверхню рівний МПа.

Для проектного розпуска питомий тиск шин на опорну поверхню рівний МПа.

Для порівняльного розпуску питомий тиск шин на опорну поверхню рівний МПа.

3.9 Визначення ступеня співпадання

Ступінь співпадання слідів передніх і задніх коліс тягача виражається в такому вигляді:

(3.13)

де с — коефіцієнт співпадання слідів;

а — ширина сліду за переднім колесом тягача;

b — ширина сліду після проходження переднього і заднього коліс тягача.

Ступінь співпадання слідів коліс тягача і причіпної ланки:

(3.14)

де c — ширина сліду після проходження коліс тягача і причіпної ланки.

Оскільки у проектованого та порівняльного автомобілів передні та задні колеса мають однакову колію, то ступінь співпадання слідів передніх і задніх коліс тягачів рівний одиниці. Ступінь співпадання слідів коліс тягача і причіпної ланки проектного автомобіля дорівнює:

.

Ступінь співпадіння слідів коліс тягача і причіпної ланки порівняльного автомобіля дорівнює:

.

3.10 Визначення маневровості ЛТЗ

Під маневреністю розуміють пристосування ЛТЗ до здійснення поворотів і розворотів на мінімальній площі. Найбільш характерними параметрами, які оцінюють маневровості властивості лісовозного ЛТЗ, є мінімальний радіус повороту по колії зовнішнього переднього колеса ЛТЗ і габаритна смуга руху (ГСР) ЛТЗ. Під ГСР розуміють площу опорної поверхні, обмежену проекціями на неї крайніх габаритних точок ланок ЛТЗ під час його руху по круговій траєкторії (з постійним радіусом). ГСР уявляє собою кільцеву смугу, розділену траєкторією середньої точки заднього моста тягача (основною траєкторією) на дві нерівні частини — зовнішню Bз і внутрішню Bвн складові:

ГРС = Bз + Bвн .(3.15)

Ширина зовнішньої складової ГСР визначається за формулою:

(3.16)

де R0 — мінімальний радіус повороту автомобіля, для проектного автомобіля рівний 13,5 м, для порівняльного — 12,2 м;

L0 — база автомобіля, для проектного автомобіля рівна 5,3 м, для порівняльного — 4,2 м;

B0 — габаритна ширина автомобіля, для проектного автомобіля рівна 3 м, для порівняльного — 2,7 м;

С0 — переднє звисання автомобіля, для проектного автомобіля рівна 1,045 м, для порівняльного — 1,207 м.

Підставивши відповідні значення у рівняння (3.16), отримаємо, що для проектного автомобіля ширина зовнішньої складової ГСР рівна:

м.

Для порівняльного автомобіля ширина зовнішньої складової ГСР дорівнює:

м.

Ширина внутрішньої складової ГСР визначається за формулою:

(3.17)

де Ск — зсув траєкторії середини ходової осі задньої кінематичної ланки ЛТЗ, визначається за формулою:

(3.18)

де С1 — задане заднє звисання буксирного пристрою автомобіля;

С2 — заднє звисання причіпної кінематичної ланки ЛТЗ;

U — конструктивний коефіцієнт, який залежить від співвідношення геометричних параметрів причіпних ланок;

L1 — база першої причіпної кінематичної ланки, для проектного ЛТЗ рівна 1,35 м, для порівняльного — 1,2 м;

Значення параметрів С1, С2 та U виберемо з таблиці 4.3 [1]: С1 = 0, С2 = 0,

U = 1. Підставивши відповідні значення у рівняння (3.18) отримаємо, що для проектного ЛТЗ ширина внутрішньої складової ГСР дорівнює:

.

Для порівняльного ЛТЗ ширина внутрішньої складової ГСР дорівнює:

.

Ширина внутрішньої складової ГСР для проектного ЛТЗ дорівнює:

.

Ширина внутрішньої складової ГСР для порівняльного ЛТЗ дорівнює:

.

Тоді ГСР для проектного автомобіля дорівнює:

ГРС = 2,79 + 1,568 = 4,358 м.

ГСР для порівняльного автомобіля дорівнює:

ГРС = 2,39 + 1,940 = 4,330 м.

3.11 Визначення стійкості ЛТЗ

Під стійкістю ЛТЗ розуміють його здатність рухатися по дорозі без бокового ковзання, перекидання або відхилення від заданого напрямку руху. Як критерії стійкості ЛТЗ, а також окремих його елементів — тягових і причіпних ланок використовують максимальні (критичні) швидкості руху за умовами поперечного ковзання і перекидання, коефіцієнт поперечної стійкості, критичний кут схилу і інші вимірники.

Величина коефіцієнта поперечної стійкості тягача з розпуском може бути визначена за виразом:

(3.19)

де k1 — коефіцієнт, який враховує можливе поперечне зміщення центру ваги пакету деревини від його поздовжньої осі в разі нерівномірного завантаження транспортного засобу; приймаємо рівним 0,85;

k2 — коефіцієнт, який враховує поперечний нахил транспортного засобу, зумовлений еластичністю підвісів і шин; приймаємо рівним 0,9;

В — найбільша колія ЛТЗ, для проектного ЛТЗ рівна 2,16 м, для порівняльного ЛТЗ рівна 2,1 м;

h — висота центру ваги транспортного засобу, яка визначається за формулою:

(3.20)

де hТ — координата центра ваги порожнього тягача, для проектного автомобіля дорівнює 1,106 м, для порівняльного автомобіля — 1,165 м;

hрозп — координата центра ваги розпуску;

hвант — координата центра ваги висоти навантаження.

Величина координати центра ваги розпуску визначається за формулою:

(3.21)

де hН — висота навантаження, для проектного розпуску рівна 1,63 м, для порівняльного — 1,53 м.

Для проектного розпуску координата центра ваги дорівнює:

м.

Для порівняльного розпуску координата центра ваги дорівнює:

м.

Значення координати центра ваги висоти навантаження визначається за наступною формулою:

(3.22)

де hст — висота стояка, рівна 2 м.

Для проектного автомобіля координата центра ваги висоти навантаження дорівнює:

м.

Для порівняльного автомобіля координата центра ваги висоти навантаження дорівнює:

м.

Отже, висота центру ваги проектованого транспортного засобу дорівнює:

м.

Висота центру ваги порівняльного транспортного засобу дорівнює:

м.

Коефіцієнт поперечної стійкості проектного тягача з розпуском рівний:

.

Коефіцієнт поперечної стійкості порівняльного тягача з розпуском рівний:

лісотранспортний засіб тяга рух

.

Стійкість за умовою забезпечується для обох автомобілів.

3.12 Визначення максимальних швидкості руху за умови перекидання

Максимальна швидкість руху стовбуровоза з умови перекидання визначається за формулою:

.(3.23)

Підставивши відповідні значення у рівняння (3.23), отримаємо, що для проектного ЛТЗ максимальна швидкість руху стовбуровоза з умови перекидання дорівнює:

км/год.

Для порівняльного ЛТЗ максимальна швидкість руху стовбуровоза з умови перекидання дорівнює:

км/год.

3.13 Визначення максимальної швидкості руху за умови максимального ковзання

Максимальна швидкість руху ЛТЗ за умови поперечного ковзання визначається на основі виразу:

.(3.24)

де — коефіцієнт бокового зчеплення шини з дорогою, для сухої дороги = 0,5.

Отже, для проектного варіанта ЛТЗ максимальна швидкість руху за умови поперечного ковзання дорівнює:

км/год.

Для порівняльного варіанта ЛТЗ максимальна швидкість руху за умови поперечного ковзання дорівнює:

км/год.

Висновки

За параметром питомої потужності двигуни обох автомобілів не забезпечують тягових властивостей в заданих умовах. Середньо — технічна швидкість обох автомобілів є задовільною для типу дорожнього покриття і умов експлуатації. Максимальна сила тяги на гаку для проектного автомобіля є меншою ніж у порівняльного автомобіля, отже порівняльний автомобілів є потужнішим ніж проектний. Гальмівний шлях для проектованого та порівняльного автомобілів є задовільним. Умова прохідності виконується для обох автомобілів. Динамічні властивості автомобілів КрАЗ — 255Б1 та МАЗ — 6317 не забезпечуються, оскільки динамічні фактори обох автомобілів не перевищують допустимого значення. Ступінь співпадання коліс тягача та причіпної ланки для проектного автомобіля є кращим ніж для порівняльного. Габаритна смуга руху, що найбільше характеризує маневреність автомобіля, є дещо кращою для порівняльного автомобіля, отже автомобіль МАЗ — 6317 є більш маневреним. Під стійкістю ЛТЗ розуміють його здатність рухатися по дорозі без бокового ковзання, перекидання або відхилення від заданого напрямку руху, умова стійкості задовольняється для двох автомобілів, хоча стійкість автомобіля МАЗ — 6317 є дещо кращою. Максимальна швидкість за умови перекидання є задовільною і приблизно однаковою для двох автомобілів. Максимальна швидкість за умови максимального ковзання також є задовільною для обох автомобілів, хоча в проектного автомобіля вона дещо краща, отже КрАЗ — 255Б1 має краще зчеплення з дорожнім покриттям ніж автомобіль МАЗ — 6317.

Проаналізувавши дані наведені в таблиці (1), я дійшов висновку що з двох розрахованих автомобілів: проектного КрАЗ — 255Б1 та порівняльного МАЗ — 6317, кращим є МАЗ — 6317 тому, що його показники є дещо вищими ніж у автомобіля КрАЗ — 255Б1 і вони в повнішій мірі задовольняють головні вимоги та умови, зокрема стійкість, маневреність, прохідність та потужність.

Література

1. Библюк Н.І., Герис М.І. Загальне компонування лісотранспортних засобів. Методичні вказівки. Львів: УкрДЛТУ, 2002. — 74 с.

2. Закин Я. Х., Щукин М. М., Марголис С. Я., Ширяев П. П., Андреев А. С. Конструкции и расчет автомобильных поездов. — Ленинград: «Машиностроение», 1968. — 332 с.

3. Білик Б.В., Адамовський М. Г. Теорія самохідних лісових машин: Навч. Посібник. — Київ-Львів: ІЗМН, 1998. — 208 с.