--PAGE_BREAK--2.2. Выбор двигателя
К настоящему времени степень совершенства поршневых карбюраторных и дизельных двигателей достигла высокого уровня. Возможность применения на транспортной машине двигателя того или иного типа должна определяться ее весовыми, тяговыми, скоростными, эксплуатационными свойствами. По ряду показателей дизели несколько уступают карбюраторным двигателям. Они имеют большие габариты и массу, пониженную приспособляемость на режимах перегрузки, затрудненный запуск при низких температурах, более высокую стоимость изготовления и требуют более высокого профессионализма в обслуживании и ремонте. Но дизельный двигатель по сравнению с карбюраторным имеет более высокий крутящий момент с одинаковыми геометрическими параметрами двигателей. Топливная экономичность дизеля на 20-30% выше карбюраторных ДВС.
По справочнику из ряда дизельных тракторных двигателей с учетом расчетной мощности Ne= 144,5 кВт, выбираем двигатель.
Наиболее подходящий двигатель Д-260.2. Предоставим основные характеристики данного двигателя׃
Дизельный двигатель с непосредственным впрыском; n=2100 об/мин; i=6р; d=110 мм; S=125 мм; vh=4750 см³; Е=15; G=750 кг; geн=218 г/кВт·ч. N=154а=0,904 в=1,096
2.3 Определение основных размеров двигателя
Основными параметрами двигателя является диаметр цилиндра dи ход поршня S.
Определение диаметра цилиндра (мм) производится по формуле:
Где: τ- число тактов рабочего цикла, принимаем τ=4;
Ne— эффективная мощность;
Ψ–отношение хода поршня к диаметру цилиндра,принимаем Ψ=1.13;
Pe– среднее эффективное давление, для дизеля Pe=0.65;
i– Число цилиндров;
n– Частота вращения коленчатого вала двигателя;
По прототипу выбирается: τ,I, Ψ, Pe, n;
При определении d, в формулу следует подставить величину Pe, увеличивают на 3-5%.
Подставляем значение в формулу:
;
Принимаем d= 175 мм;
Определяем Sи Ψ для нашего двигателя:
S= Ψ·d= 1.13· 175 = 197,7;
Принимаем S= 197мм.
Теперь рассчитываем эффективную мощность двигателя:
;
В нашем случае:
кВт;
2.4 Определение основных параметров двигателя
Определим литровую мощность двигателя (кВт/л);
Nл = Ne / Vh · I, гдеNe = 154кВт; I = 6;
Vh= ;
Nл = 154/3 · 6 = 9 кВт/л;
Определим удельный вес двигателя:
Gу = Gд/ Ne;
Gд = 750кг; Ne= 154кВт;
Gу= 750 / 154 = 5,2 кг/кВт;
Определим среднюю скорость поршня м/c;
Cм = S· n/ 30, где S= 197 мм; n= 2100 об/мин.;
См = 197,7 · 2100 / 30 = 13,8м/с;
2.5. Построение внешней скоростной характеристикидвигателя
Скоростная характеристика двигателя с некоторым приближением может быть построена по эмпирическим формулам С. Р. Лейдермана׃
Для дизеля: n=0.5neн
;
;
;
;
Neн– максимальная мощность двигателя, кВт.;
n– искомая частота вращения коленчатого вала, об/мин.
neн– частота вращения, соответствующая максимальной мощности, об/мин
Me– крутящий момент двигателя, Н·м.
geн– удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя.
А, В, Ао, Во, Со – постоянные коэффициенты Лейдермана.
Данные расчетов представлены в виде таблицы.
Зависимости эффективных параметров двигателя от частоты
вращения коленчатого вала
Таблица 2.1
Частоты вращения коленчатого вала n, об/мин
Эффективная мощность Ne, кВт
Крутящий момент Me, Н∙м
Часовой расход GT, кг/ч
Удельный эффективный расход ge, г/кВт∙ч
1050
58,52
798,4
14,67
236,78
1260
83,16
810,4
19,03
226,38
1470
106,26
792,8
22,70
220,61
1680
118,58
735,35
24,55
219,45
1890
144,76
759,6
30,61
222,92
2100
154
700,3
28,9
231
продолжение
--PAGE_BREAK--3. Выбор основных узлов и передаточных чисел силовой передачи проектируемой машины
Для трелевки леса применяются трелевочные трактора с тросовым (чокерным) оборудованием.
3.1. Общие положения
Система деталей и узлов, передающая энергию двигателя ведущим колесам (звездочкам) и другим рабочим органам машин, называется трансмиссией. Назначение трансмиссии заключается также в изменении частоты вращения ведущих органов машин и подводимого к ним момента в заданных пределах по величине и направлению.
Основные требования к трансмиссии лесотранспортных машин:
— плавное изменение крутящего момента в интервале рабочих скоростей движения;
— простота конструкции агрегатов и надежность в эксплуатации;
— дешевизна изготовления, малый вес и небольшие габариты;
— легкость и удобство управления;
— экономичность работы двигателя в широком интервале изменения оборотов.
Рис. 3.1. Компоновочная схема механической силовой передачи (1 – двигатель; 2 – сцепление; 3 – коробка передач; 4 – карданная передача; 5 – задний ведущий мост.
3.1. Силовые передачи
Лесовозные автомобили и трелевочные тракторы имеют механическую силовую передачу, обладающую целым рядом преимуществ׃ надежностью, высоким КПД, простотой и низкой стоимостью изготовления и ремонта.
В зависимости от типа лесотранспортной машины и схемы ее компоновки, силовая передача может включать в себя следующие узлы.
Сцепление. Наибольшее распространение получили одно- или двухдисковые сцепления постоянно замкнутого типа с несколькими пружинами. Для обеспечения большой плавности при включении и снижения крутильных моментов в трансмиссии обычно устанавливают упруго-фрикционные демпферы. При значительных нажимных усилиях для облегчения работы водителя в приводе муфт используют пневмо- и гидроусилительные механизмы.
Наиболее часто встречаются однодисковые сцепления фрикционного типа, которые способны передавать крутящий момент равный 800-850 Н·м. Для передачи большего момента используют двухдисковые сцепления. Для нашего случая наиболее подходящее однодисковое сцепление.
Коробка передач. Предназначены для возможности изменения передаточного числа трансмиссии, длительного разделения двигателя и ведущих колес на звездочке, обеспечение реверсивного движения.
Тракторные коробки передач, имеющие значительно меньшее передаточное число по сравнению с автомобильными, выполняются двухвальными с прямозубыми шестернями и каретками.
Для уменьшения торцевого износа зубьев шестерен тракторные коробки передач всегда снабжаются блокировочным устройством и тормозом для остановки ведущего вала.
В нашем случае принимаем пятиступенчатую двухвальную коробку передач с переключением передач с остановкой трактора.
Карданная передача. Для компенсации изменения расстояния между агрегатами и возможности сборки карданные передачи всегда имеют шлицевое сочленение. На гусеничных тракторах при малых углах несоосности (3…5˚) валов агрегатов принимаются шарниры с резиновыми втулками, что мы и принимаем для нашего трактора.
Главная передача – наиболее ответственный и сильно нагруженный узел трансмиссии. У тракторов шестерни главной передачи выполняются с резольными и реже прямыми и спиральными зубьями.
Бортовой редуктор. Бортовые передачи тракторов, выполненные в виде цилиндрических редукторов, позволяют реализовать большое передаточное число трансмиссии. Размещение бортовых передач после механизма поворота снижает величину крутящих моментов в механизмах поворота, что облегчает управление трактором и в то же время позволяет увеличить силу тяги на ведущих звездочках.
На нашем тракторе установлен планетарный механизм поворота, одновременно выполняющий роль понижающего редуктора.
Колесная передача. Применение колесных передач позволяет разгрузить дифференциал и полуоси, уменьшить габаритные размеры моста и увеличить дорожный просвет. Колесная передача состоит из цилиндрических шестерен. На нашем тракторе установлена цилиндрическая зубчатая пара (на каждую гусеницу).
продолжение
--PAGE_BREAK--3.2. Технологическое оборудование
Технологическое оборудование гусеничного трактора состоит из׃ лебедки, раздаточной коробки и погрузочного устройства.
Трелевочное оборудование состоит из׃ однобарабанной лебедки, собирающего каната, погрузочного щита, чокеров и гидросистемы.
Погрузочный щит – откидной, предназначен для перегрузки передней части пачки на трактор, транспортированию ее в полупогруженном состоянии.
Чокеры служат для зацепки деревьев, а собирающий канат – для сбора зачокерованных деревьев и подталкиванию их к трактору.
Собирающий канат имеет длину 30-45 м и диаметр 17-22 мм. Одним концом он крепится к барабану лебедки, а второй конец снабжен стопорным разрезным кольцом.
3.3. Выбор передаточных чисел силовой передачи
Основной частью гусеничной и колесной машины является трансмиссия, которая осуществляет передачу и изменение крутящего момента двигателя, передаваемого к ведущим органам машины.
Во время работы транспортных машин в различных дорожных условиях требуется маневрировать тяговыми усилиями и скоростями движения для получения большей эффективности. В связи с этим большое значение имеет правильный выбор интервалов между соседними скоростями и тяговыми усилиями, а также число ступеней и состав трансмиссии.
Основные требования к трансмиссии лесотранспортных машин׃
Плавное изменение крутящего момента в интервале рабочих скоростей.
1.Простота конструкции агрегатов и надежность в эксплуатации.
2.Дешевизна изготовления, малый вес и небольшие габаритные размеры.
3.Легкость и удобство управления.
4.Экономичность работы двигателя в широком интервале изменения оборотов.
Из-за специфики условий работы методы выбора передаточных чисел трансмиссии колесных и гусеничных машин имеют некоторые особенности, разобранные ниже.
3.4. Гусеничные машины
Для определения передаточных чисел необходимо знать максимальную потребную касательную силу тяги на первой передаче (Рк.max), номинальный крутящий момент двигателя (Мне) наибольшую скорость движения порожнего трактора (Vmax).
Общее передаточное число трансмиссии на первой передаче () должно обеспечить движение машины в самых трудных условиях (fmax, ip) с грузом. Значения определяется их условия преодоления наибольшего дорожного сопротивления по зависимости׃
где R3– радиус ведущей звездочки, м.
В ближайшее время предполагается у всех гусеничных трелевочных тракторов применить унифицированную гусеницу с шагом звена lr=150 мм и числом зубьев ведущей звездочки z=9-13. Задаваясь числом зубьев ведущей звездочки z=11, определим радиус ведущей звездочки׃
Выберем стандартное значение радиуса ведущей звездочки R3=0,263 м.
Вычисленное передаточное число трансмиссии необходимо проверить из условия ограничения по сцеплению гусениц с почвой׃
где φ – коэффициент сцепления гусениц с почвой (φ=0,4).
Окончательный выбор передаточного числа трансмиссии на первой передаче производится из условия׃
Обычно у гусеничных машин величина к1 принимается ближе к расчетному значению по условию сцепления. Т.е. к1=40.
Передаточное число на высшей передаче определяется из условия обеспечения движения порожней машины с максимальной скоростью׃
Сцепление
Наибольшее распространение на современных лесных машинах получили одно- или двухдисковые сцепления постоянно замкнутого типа с периферийными нажимными пружинами. Для обеспечения большой плавности при включении и снижения крутильных колебаний в трансмиссии в ступицах ведомых дисков устанавливают упруго-фрикционные демпферы. При значительных нажимных усилиях для облегчения работы водителя в приводе используют пневмо- и гидроусилительные механизмы.
Выбираем сцепление с числом ведомых дисков, а следовательно поверхностями трения i
= 2, так как N
е
Привод управления подбирается исходя из принятого усилия на педали выключения муфты сцепления: для тракторов Рп = 200 – 250 Н. Допустимый полный ход педали сцепления S
п= 0,15 – 0,2 м.
Для проектируемого гусеничного трелевочного трактора выбираем 2-х дисковую муфту сцепления.
Коробки передач
Коробки передач для гусеничных тракторов выполняются двухзальными с прямозубыми шестернями и каретками. Для уменьшения торцового износа зубьев шестерен тракторные коробки передач всегда снабжаются блокировочным устройством и тормозом для остановки ведущего вала. В сочетании с коробкой может устанавливаться двухступенчатый реверс-редуктор, который удваивает или утраивает число ступеней переднего хода, что позволяет более эффективно использовать машину в зависимости от эксплуатационных условий.
На некоторых трелевочных тракторах для реверсивного или двухскоростного привода лебедки устанавливаются дополнительные коробки.
Минимальное число ступеней в коробке передач, обеспечивающее перекрытие кривых силы тяги, определяют по формулам:
Минимальное число ступеней в коробке передач mопределяем из следующей зависимости׃
где Vamaxи Vamin– максимальная и минимальная скорости движения машины, км/ч;
n
ен– номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин;
nm– частота вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая максимальному крутящему моменту (принимается по скоростной характеристике двигателя).
Принимаем m=5.
Значение передаточных чисел трансмиссии на промежуточных передачах распределяются по закону геометрической прогрессии, что обеспечивает постоянство скорости движения машины в момент перехода на смежную передачу и дает одинаковую степень изменения нагрузки двигателя.
При распределении передаточных чисел по геометрической прогрессии справедлива зависимость׃
к1, …, кm– передаточные числа трансмиссии на соответствующих передачах;
q– знаменатель прогрессии.
Тогда׃
Так как у гусеничных трелевочных тракторов знаменатель прогрессии должен находиться в пределах 1,17-1,67, то m =5.
Определим передаточные числа на 2, 3, 4, 5 передачах׃
Зная передаточные числа трансмиссии, переходим к определению передаточных чисел других агрегатов׃ главной передачи io, планетарного механизма iпм, конечной передачи iб. Их значения обычно принимаются по аналогии с выполненными моделями. Чтобы значения передаточных чисел в коробке передач получились в допустимых пределах, следует io, iпм, iбвыбирать в соответствии со следующими данными׃ главная передача – io=2,5…5,5; планетарный редуктор – iпм=1,35…1,45(сдвоенный), iпм ≥3(раздельный); бортовая передача – iб=3,5…5,8(одинарная), iб ≥7,5(двойная).
Принимаем io=5; iпм=1,35; iб=4.95.
Передаточные числа в коробке передач вычисляются по следующим формулам׃
Вычисленные передаточные числа входят в допустимые пределы.
Карданные передачи.
На гусеничных тракторах при малых углах (3-5˚) несоосности валов агрегатов применяются шарниры с резиновыми втулками.
Используются также телескопические карданные передачи. Такая передача состоит из резиновых втулок, установленных в двух штампованных головках между крестообразными вилками. Одна вилка расположена на шлицах головной муфты, а вторая — на шлицах усилителя крутящего момента. Таким образом, крутящий момент передается от ведущей вилки через наружные шлицы на ведомую, которая соединена с ведущей внутренними шлицами.
При больших расстояниях между коробкой передач, раздаточной коробкой и ведущими мостами карданная передача состоит из карданов, двух валов и промежуточной опоры. Жесткие карданы с шарнирами неравных угловых скоростей допускают передачу крутящего момента под углом 20-300.
Для устранения неравномерности вращения применяются двойные карданы, т. е. карданы устанавливаются на обоих концах карданного вала с расположением вилок в одной плоскости.
Главные передачи
Главная передача – наиболее ответственный и сильно нагруженный узел трансмиссии. У тракторов шестерни выполняются с зерольными и, реже, с прямыми и спиральными зубьями.
Полуоси, колесные и бортовые редукторы
Полуоси служат для передачи крутящего момента от дифференциала к ведущим колесам. В зависимости от характера нагрузки полуоси бывают полуразгруженные и полностью разгруженные. Полуразгруженная полуось передает крутящий момент и воспринимает нагрузки, приходящиеся на ведущее колесо. Полностью разгруженные полуоси воспринимают только крутящий момент.
Планетарные механизмы поворота, применяемые на многих гусеничных тракторах, одновременно выполняют роль понижающих редукторов.
Ходовая часть
Специфика условий эксплуатации лесотранспортных машин предъявляет к ходовым системам следующие требования:
– высокая проходимость;
– повышенная прочность при больших динамических нагрузках;
– надежность и долговечность;
– простота ухода и возможность быстрой смены деталей.
Ходовая часть состоит из несущей системы, подвески и движителя (гусениц). Рама представляет собой клепаную пространственную ферму с балками переменного профиля, для придания жесткости снабженную связями и косынками.
Подвеска гусеничных трелевочных тракторов обычно выполняется рессорно-балансирной. Такая подвеска обеспечивает хорошую приспособляемость гусеницы к неровностям почвы и достаточную плавность хода при движении трактора через препятствия. Упругие элементы выполняются в виде цилиндрических пружин. Одногребневая ведущая звездочка и направляющее колесо в сочетании со следящим эффектом опорных катков уменьшает вероятность схода гусеницы.
На трелевочных тракторах применяют литую мелкозвенную гусеницу с открытыми шарнирами, что обеспечивает снижение веса, легкость сборки и разборки.
Механизмы управления.
В качестве механизма поворота гусеничных тракторов могут применяться бортовые фрикционы или планетарные механизмы поворота (ПМП).
Бортовые фрикционы, обладающие простой конструкцией и регулировки, устанавливаются на тракторах небольшой мощности.
Планетарные механизмы поворота имеют более высокий КПД, повышенную долговечность, позволяют уменьшать усилия на рычагах управления механизма поворота.
Для облегчения работы водителя на всех трелевочных тракторах в приводах управления сцеплением и механизмом поворота применяются гидроусилители.
Выбираем планетарный механизм поворота.
Тормоза
Различают следующие виды тормозных систем: рабочую, необходимую для регулирования скорости движения машины и ее плавной остановки; стояночную, которая служит для удержания машины на уклоне.
Тормозной механизм служит для создания искусственного сопротивления движению трактора и автомобиля. Наибольшее распространение получили фрикционные тормоза, принцип действия которых основан на использовании сил трения между неподвижными и вращающимися деталями. Фрикционные тормоза могут быть барабанными, ленточными и дисковыми. В барабанном тормозе силы трения создаются на внутренней цилиндрической поверхности вращения, в ленточном – на наружной, а в дисковом – на боковых поверхностях вращающегося диска.
По месту установки различают тормоза колесные и центральные (трансмиссионные). Первые действуют на ступицу колеса, а вторые – на один из валов трансмиссии. Колесные тормоза используют в рабочей тормозной системе, центральные – в стояночной.
Привод тормозов предназначен для управления тормозными механизмами при торможении. По принципу действия тормозные приводы разделяют на механические, пневматические и гидравлические.
На гусеничных тракторах тормоза конструктивно объединены с механизмами поворота и представляют собой плавающие ленты, обеспечивающие одинаковый тормозной момент, не зависящий от направления движения.
4. Тяговая и динамическая характеристики машины и их анализ
продолжение
--PAGE_BREAK--