Введение
Сухопутныйлесотранспорт играет важную роль не только в освоении лесосырьевой базылесозаготовительного предприятия, но и внутрирайонных перевозок, успешно служитдля выполнения лесохозяйственных, сельскохозяйственных и многих, других задач ицелей. Даже после освоения лесосырьевой базы автомобильные дороги остаются ислужат народному хозяйству того района, где они проходят. К основнымособенностям сухопутного лесовозного транспорта относятся: собирательныйхарактер работы лесовозных путей; одностороннее направление перевозки лесныхгрузов; сезонность работы многих участков сети лесовозных дорог; временныйхарактер работы. Объектом исследований в данной работе является лесовозныйавтопоезд – одно из основных транспортных средств, применяемых для перевозкилеса.
1. Обоснованиеобщей схемы автопоезда
Приобосновании общей схемы автопоезда необходимо определить его следующиепараметры:
– реакциипод осями автомобиля;
– количествоведущих осей автомобиля и его сцепной вес;
– расстояниемежду кониками;
– высотустоек коника;
– высотурасположения центра тяжести гружёного автопоезда.
Кроме этогоследует выбрать вариант ошиновки колес и шины.
1.1 Общееколичество осей автопоезда и реакции под ними
/>
Q – номинальная рейсоваянагрузка.
а)Распределяем вес груза между коником автомобиля и коником полуприцепа />
/>
Qп/п – нагрузка приходящаясяна полуприцеп
Qа – нагрузка приходящаясяна автомобиль
б) На основаниинагрузки приходящей на полуприцеп по графику (приложение 1 (1)) определяемсобственный вес полуприцепа
/>
Gп/п – вес полуприцепа
в) Определяемреакцию под колёсами полуприцепа.
/>
г) Полуприцепимеет две оси, т. к. реакция превышает допустимую нагрузку на одинарнуюось, которая равна 60 кН
д) Определяемвес автомобиля примерно принимая его равным нагрузке, приходящейся на автомобиль.
/>
Gа – вес автомобиля.
е)Распределяем вес автомобиля Gaмежду передней и заднейосью и определяем реакции на них:
– на переднююось – 25кН
– на заднюю ось– 35кН
/>
Проверка:
/>
/>
/>
/>
Рисунок 1.1 –Схема распределения сил и реакций
1.2Определение количества ведущих осей
Количествоведущих осей определяет величину сцепного веса Gсц автопоезда, что в итогевлияет на опорно-сцепную проходимость. Поэтому при решении данной задачиавтопоезд ставится в наиболее тяжелые условия с точки зрения проходимости:
– движениеавтопоезда с грузом по дороге с заданным коэффициентом сопротивления качению f на руководящий подъём sinα1 приминимальном коэффициенте сцепления колес с дорогой (/>min).
/>
/>
/> – коэффициент сцепноговеса
f – коэффициентсопротивления качению
sin/>1 – руководящий подъём вгрузовом направлении
/> – минимальныйкоэффициент сцепления с дорогой
Зная полныйвес автопоезда Gап, можно определить минимальное значение сцепного веса GСЦ, при котором возможнодвижение в данных условиях.
/>
GСЦ –сцепной вес автопоезда
Gап – полный вес автопоезда
/>
Сравниваемполученное значение /> с реакциями подведущими колёсами автопоезда, и назначаем ведущие оси таким образом чтобыреакция между осями была больше сцепного веса
При условии: Rз ≥Gсц, то ведущими будутявляться задние колеса тягача, колесная формула 6*4
После этогонеобходимо уточнить действительное значение коэффициента сцепного веса:
/>,
где /> — реакция под ведущимиосями автопоезда.
/>
1.3 Выборшин
Определим всоответствии с нагрузками на оси тип шин автомобиля и полуприцепа. Результатырасчёта сведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 — Результаты расчёта нагрузки на колеса при различных вариантах ошиновкиОсь
Односкатная
ошиновка
Двухскатная
ошиновка П.О
R1/2=25/2=12.5 кН З.О
R2/2=85/4=21.25 кН
R2/8=85/8=10.62 кН Оси полуприцепа
R3/4=96/4=24 кН
R3/8=96/8=12кН
Исходя изполученных нагрузок на шины, выбирается вариант ошиновки, при котором нагрузкапо осям будит примерно одинаковой.
Применяемдвухскатную ошиновку для задних осей автомобиля и полуприцепа.
По наибольшейнагрузке на шины, выбираем шины по таблице в приложении 4 (1), и сводимтехническую характеристику в таблицу 1.2.
Таблица 1.2 — Техническая характеристика шинПараметр Обозначение Обозначение шины 220–508 р Тип рисунка протектора У Вес шины, Н 390 Норма слойности 8 Наружный диаметр, мм 928 Статический радиус, мм 440 Ширина профиля (при допустимой нагрузке), мм 217 Нагрузка максимально допускаемая, Н 12500 Давление в шине, МПа 0,6
1.4 Расстояниемежду кониками и высота стоек коника
При вывозкелеса в сортиментах расстояние между опорно-сцепным устройством и осью колес полуприцепавычисляется по формуле
/>
/>р – нагрузка на полуприцеп,кН
L’’ – длина кузоваполуприцепа, м
l0 – свес комлей с коникаавтомобиля, м;
/>=2*2.5+0.5=5.5 м
n=L’/L=V/CГ/L=24/2.02*2.5/2.5=1.9,принимаю n=2
Г-ширинаконика в м, Г=2,5 м,
V=0,2*Q=0,2*120=24 м3
Высота стоекпереднего коника рассчитывается по формуле
С=3.8–1.6*0.928=2.02 м
1.5 Высотарасположения центра тяжести автопоезда
Лесовозныйавтопоезд представляет собой трехмассовую систему, включающую вес автомобиля Ga, вес перевозимого груза Q и вес полуприцепа Gп/п.
Высотарасположения центра тяжести гружёного автопоезда определяется по формуле:
/>
Dк – наружный диаметрколеса (шины)/>
/> – начальная высотапогрузки
/>
2. Тяговыйрасчет автомобиля
2.1Определение номинальной мощности двигателя
Номинальнаямощность двигателя определяется из условия возможности движения груженогоавтопоезда по горизонтальному участку дороги с заданным значением коэффициентасопротивлению качению f на прямой передаче в коробке перемены передач и высшей враздаточной коробке при номинальном числе оборотов двигателя:
/>, кВт
Gап – полный вес автопоездав гружённом состоянии (R1+R2), Н
f – коэффициентсопротивления качению,
V – скорость движенияавтомобиля на прямой (четвёртой) передаче, км/ч
F – лобовая площадь автопоезда,м2
/> – коэффициент полезногодействия трансмиссии />
/>, м2
m – коэффициент заполненияформы
В-ширинаколеи автопоезда, м
Н – высотаавтопоезда по верхнему краю стойки коника, м
/>, м
/>
/>
/> кВт
2.2 Расчети построение внешней скоростной характеристики двигателя
Скоростныехарактеристики двигателя представляют собой зависимость эффективного крутящегомомента, эффективной мощности от скорости вращения коленчатого вала.
Чтобыпостроить скоростные характеристики двигателя необходимо найти моменты имощности при разных угловых скоростях коленчатого вала. Для этого берёминтервал угловой скорости 1100–2100 об/мин, и делим его на шесть равных частей.При каждом значении угловой скорости рассчитываем мощности.
/>, кВт
/>, кВт
/>, кВт
/>, кВт
/>, кВт
/>, кВт
/>, кВт
Послеопределения номинальной мощности двигателя, необходимо найти номинальный крутящиймомент:
/>
Номинальныймомент определяется при номинальных оборотах двигателя (nн=2100 об/мин)
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Результатывычислений сводим в таблицу 2.1
Таблица 2.1 –Результаты расчёта мощностей и моментов
ni, об/мин 1100 1300 1500 1700 1900 2100
Nе, кВт 72.7 85.9 97.5 106.9 113.7 117
Ме, Н м 631.2 631 620 601 571.5 532
2.3 Выборпередаточных чисел трансмиссии
При выборепередаточных чисел трансмиссии рекомендуется руководствоваться следующим:
Главнаяпередача:
Передаточноечисло главной передачи должно обеспечить максимальную скорость движенияавтопоезда при включении пятой передачи в коробке перемены передач.
/>, км/ч
rд – динамический радиусколеса, м.
/> м
rст – статический радиусколеса, м
/>
/>
Коробкаперемены передач:
передаточныечисла в коробке переменных передач нужно назначать с учетом того, что />-выбрано заранее,передаточное число четвёртой передачи должно быть равно 1.
Определениезначения динамического фактора
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Рассчитаем iтр из формулы:
/>
Результатырасчёта передаточных чисел сводим в таблицу 2.2
Таблица 2.2 –Передаточные числа трансмиссииЭлемент сил. передачи Передаточные числа Главная передача 5.56 КПП 1 2 3 4 5 4.83 2.86 1.69 1 0.7 Тр-ия вцелом 26.85 15.9 9.89 5.56 3.89
Основой длясоставления кинематической схемы является колёсная формула автомобиля, наосновании которой в начале составляется блок-схемы силовой передачи, а затемпроводится насыщение её составляющих с использованием методических указаний«Кинематические схемы лесотранспортных машин».
2.4 Расчеттяговой характеристики
Тяговаяхарактеристика представляет собой графическую зависимость /> на различных передачах иявляется основным документом, характеризующим тягово-динамические качестваавтомобиля.
Расчетведется на всех пяти передачах КПП. Касательная сила тяги рассчитывается поформуле:
/>, Н
Для каждогозначения частоты вращения коленчатого вала рассчитываем скорость движенияавтопоезда.
/>, км/ч
Результатывычисления занесём в таблицу 2.3
Таблица 2.3 — Значения скоростей и касательных сил тяги автопоезда
№
(*)
Ме, Нм n. об/мин Параметр Передача КПП 1 2 3 4 5 1 631.2 1100
V
P
6.45
32290
10.9
19121
18.46
11292
31.18
6686
44.56
4678 2 631 1300
V
P
7.63
31787
12.88
18823
21.82
11116
36.84
6582
52.66
4605 3 620 1500
V
P
8.8
31389
14.86
18585
25.17
10976
42.51
6499
60.76
4547 4 601 1700
V
P
9.98
30228
16.85
17950
28.53
10571
41.18
6259
68.87
4379 5 571.5 1900
V
P
11.15
28819
18.83
17066
31.89
10079
53.85
5968
76.97
4175 6 532 2100
V
P
12.32
26757
20.81
15845
35.24
9357
59.52
5541
85
3876 7 2300 V 13.5 22.79 38.6 65.19 93.17
2.5Построение динамической характеристики
При анализе тяговыхсвойств автопоезда удобнее пользоваться динамической характеристикой,выражающей зависимость динамического фактора от скорости движения D=f(Va).
Как известно,динамический фактор характеризует удельную силу тяги, которую может развиватьавтопоезд на различных передачах:
/>,
где Gап – вес автопоезда, Н.
Такимобразом, динамическую характеристику можно получить путем трансформации тяговойхарактеристики, у которой по оси ординат в соответствующем масштабе отложендинамический фактор.
Методикапостроения: на оси касательной силы тяги найти значение, равное
/>,
и снести этуточку влево до пересечения с осью динамического фактора в груженом состоянииавтопоезда.
В точкепересечения значение динамического фактора будет равно 0,1. Имея это значение исоответствующую ему длину, составляем шкалу динамического фактора в груженомсостоянии.
Аналогичнымобразом поступаем при разбивке шкалы динамического фактора в порожнемсостоянии. В этом случае на оси касательной силы тяги находится значение
/>.
Соединяемодинаковые значения динамического фактора на обеих шкалах динамического фактораи получаем универсальную динамическую характеристику.
2.6Построение номограммы «Тяговая характеристика автомобиля – многопараметроваяхарактеристика двигателя»
Листмиллиметровой бумаги формата А1 делится примерно на 3 части. Слева на 2/3формата проводятся две взаимно перпендикулярные прямые. Это будут осиномограммы. Графики А, Б, В, Г связаны между собой по координатным осям (длякаждых двух соседних графиков одна ось общая).
На графике Астроится тяговая и универсальная динамические характеристики автопоезда пометодике, изложенной в пунктах 2.4 и 2.5.
На графике Бпроводятся лучи в соответствии с уравнением:
/>
а=0,1Мен– крутящий момент двигателя, затрачиваемый на работу служебных агрегатов (вентилятор,компрессор, глушитель и т.д.).
На графике Гстроятся лучи в соответствии с уравнением:
/>
Многопараметроваяхарактеристика двигателя (график В), представляющая собой зависимость удельногорасхода топлива gе в функции нагрузочного Ме и скоростного n режимов работы,снимается экспериментально.
На оставшейсячасти формата А1 должны быть размещены график мощностного баланса ихарактеристика топливной экономичности (лист 2).
3. Анализтяговых свойств автопоезда
3.1 Расчетсил сопротивления движению
На графике Аномограммы строится кривая суммарных сил сопротивления движению нагоризонтальном участке дороги для двух весовых состояний автопоезда (сноминальной нагрузкой и порожняком) по формуле:
/>, Н
Для порожнегосостояния: G=Gа-Q=86 кН
Для гружёногосостояния: G=Gа/п=206 кН
Результатырасчётов сводим в таблицу 3.1
Таблица 3.1 –Силы сопротивления движениюV, км/ч 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Рсопргр 4120 4153 4254 4422 4657 4960 5329 5766 6270 6841
Рсопрпор 1720 1753 1854 2022 2257 2560 2929 3366 3870 4441
3.2 Анализтяговых свойств по тяговой характеристике
Анализтяговых свойств автопоезда заключается в решении конкретных задач поопределению возможности движения автопоезда в различных условиях, определениюпреодолеваемых уклонов, развиваемых при движении ускорений, и.т.д.
Задача №1: Определить передачи, накоторых возможно движение автопоезда в заданных условиях:
а) в груженомсостоянии;
б) в порожнемсостоянии.
Тяговаяхарактеристика автопоезда
/>
Движениевозможно на тех передачах, которые лежат выше суммарной силы сопротивления:
/>
а) 1,2,3,4передачи
б) на всехпередачах.
Задача №2:Определитьскорость, при которой груженый автопоезд будет равномерно двигаться при полнойподаче топлива в цилиндры.
/>
Эта скоростьопределяется в точке пересечения суммарных сил сопротивления и тяговойхарактеристики.
V=59.4 км/ч
Задача №3:Определитьуклон, преодолеваемый автопоездом при движении: а) с грузом на 3-й передаче;
б) без грузана 4-й передаче.
/>
Определяем пографику, на сколько касательная сила тяги превышает силу сопротивлениядвижению, запас силы тяги расходуется на преодоление уклона
/>
С грузом натретьей передаче:
Pi= 7.2 кН
/>
Без груза начетвертой передаче:
Рi =4.6 кН
/>
Задача№4: Определитьмаксимальное ускорение, развиваемое автопоездом при движении:
а) с грузомна 2-й передаче;
б) без грузана 3-й передаче.
/>
Определяем пографику, на сколько касательная сила тяги превышает силу сопротивлениядвижению, запас силы тяги расходуется на создание ускорения
/>
/>
/>
– сгрузом на 2-й передаче
Рj=15 кН
/>
/>
– без грузана 3-й передаче
Pj=9.46 кН
/>
/>
3.3 Анализтяговых свойств по динамической характеристике
Задача №3: Определить уклон,преодолеваемый автопоездом при движении
а) с грузомна 3-й передаче;
б) без грузана 4-й передаче.
Универсальнаядинамическая характеристика автопоезда
/>
Надинамической характеристике на шкалах динамического фактора при движенииавтопоезда без груза и динамического фактора при движении автопоезда с грузомнаходим значение коэффициента сцепления f=0.03.
Дляопределения запаса динамического фактора вычитаем из динамического фактора,который соответствует максимальной силе тяги для данной передачи, значениекоэффициента сцепления. Полученное значение запаса динамического фактора вданном случае, тратится на преодоление уклона.
/>
– сгрузом на 3-й передаче
imax=0.056–0.02=36%
– безгруза на 4-й передаче
imax=0.073–0.02=53%
Задача №4: Определить максимальноеускорение, развиваемое автопоездом при:
а) с грузомна 2-й передаче;
б) без грузана 3-й передаче.
/>
Дляопределения запаса динамического фактора вычитаем из динамического фактора,который соответствует максимальной силе тяги для данной передачи, значениекоэффициента сцепления. Полученное значение запаса динамического факторатратиться на создание ускорения.
/>
/>
/>
– сгрузом на 2-й передаче
/>
– безгруза на 3-й передаче
/>
Таблица 3.2Результаты анализа тяговых свойств автопоезда по тяговой и динамическойхарактеристикеПараметр По тяговой характеристике По динамической характеристике
1. Передача на которой возможно движение:
– с грузом
– без груза
– на 1,2,3,4
– на всех передачах - 2. Скорость при равномерном движении с полной подачей топлива Vа=59.4 км/ч -
3. Максимальный уклон:
– с грузом на 3-й передаче
– без груза на 4-й передаче
i=34% о
i=53% о
i=36% o
i=53% o
4. Максимальное ускорение
– с грузом на 2-й передаче
– без груза на 3-й передаче
jmax=0.49/>
jmax=0.91/>
jmax=0.49/>
jmax=0.91/>
4. Анализэксплуатационных свойств
Анализэксплуатационных свойств автопоезда включает в себя анализ топливнойэкономичности, мощностной баланс, анализ движения автопоезда при повороте,расчет и анализ показателей торможения и разгона.
4.1Топливная экономичность и мощностной баланс
Для анализатопливной экономичности и мощностного баланса выбраны следующие режимыдвижения:
– движение сноминальной нагрузкой на 4-й передаче;
– движение сноминальной нагрузкой на 3-й передаче;
– движениебез груза на 5-й передаче.
На каждом изанализируемых режимов необходимо нанести минимум 5 точек, крайние из которыхозначают минимальную и максимальную скорость на анализируемом режиме. Остальныеточки равномерно распределяются между ними. Пользуясь построенными графиками,для каждой точки необходимо определить силу сопротивления движению, скоростьавтопоезда, крутящий момент на коленчатом валу, частоту вращения коленчатоговала, удельный расход топлива ge. Имея значения крутящего момента и частотувращения коленчатого вала, необходимо для каждой точки рассчитать значениемощности по формуле
/>
По полученнымданным строим график мощностного баланса (лист 2).
По полученнымзначениям мощности и удельного расхода топлива для каждой точки необходиморассчитать часовой расход топлива:
/>, л/ч
Зная скоростьдвижения и удельный вес топлива /> (длядизельного топлива), можно определить расход топлива на единицу пути:
/>, л/100 км
Припроведении расчётов мощности результаты сводим в таблицу 4.1.
Таблица 4.1 –Результаты расчёта мощностного баланса и топливной экономичности
Режим
движения №
Рсопр, Н V, км/ч
Ме, Нм N, об/ мин
Nе, кВТ
gе
Qч
QКМ
3
передача
с грузом
1
2
3
4
5
4173
4239
4318
4406
4485
18.46
22.6
26.9
30.1
35.24
278
281
285
289
293
1100
1343
1610
1865
2100
32.02
39.5
48.07
56.4
64.4
214
200
192
194
212
6.85
7.9
9.2
10.9
13.6
44.2
41.6
40.82
43.3
46.1
4
передача
с грузом
1
2
3
4
5
4407
4556
4756
5002
5258
31.18
38.2
45.3
52.4
59.52
446
459
476
497
519
1100
1343
1610
1865
2100
51.37
64.5
80.2
97.05
114
194
186
181
183
190
9.9
12
14.5
17.8
21.7
38.05
37.4
38.2
40.35
43.4
5
передача без груза
1
2
3
4
5
2377
2714
3052
3404
3723
44.56
54.7
64.8
74.9
85
358
400
442
485
525
1100
1343
1610
1865
2100
41.23
56.2
74.5
94.5
115.4
193
183
177
183
189
7.9
10.29
13.2
17.3
21.9
21.2
22.4
24.2
27.5
30.7
Графикзависимости Qкм от V (характеристика топливной экономичности) для каждого из трёхслучаев строим в правом нижнем углу второго листа.
4.2Устойчивость движения автопоезда на повороте
При движенииавтопоезда на повороте и увеличении скорости движения возможны два события:автопоезд или опрокинется, или сползет юзом в кювет.
Критическаяскорость по опрокидыванию определяется по формуле
/>, км/ч
Критическаяскорость по заносу:
/>, км/ч
Затем следуетопределить, при каком коэффициенте сцепления φсц опрокидываниезанос будут равновероятны:
/>
В-ширинаколеи автомобиля
h – высота расположенияцентра тяжести гружёного автомобиля, м
R – минимальный радиускривой (R=20 м)
/> – минимальныйкоэффициент сцепления (/>=0,3)
/> км/ч
/> км/ч
Скоростьзаноса меньше скорости опрокидывания и поэтому занос автопоезда более. вероятен.
/>
При этомзначении скорость возрастает до скорости опрокидывания и события опрокидываниеи занос станут равновероятными.
4.3 Расчети анализ показателей торможения
Показателиторможения рассчитываются для рабочей тормозной системы и горного тормоза.
Для рабочейтормозной системы рассчитывается тормозной и остановочный путь автопоезда приего торможении с определенной скорости до полной остановки с грузом и безгруза.
Тормознойпуть:
/>, м
GT – вес приходящийся натормозные оси
VT – скорость в началеторможения (VT=30 км/ч)
/> – коэффициент сцепленияпри торможении (/>=0,4)
sinα2 – величина спуска дорогипри торможении (sinα2=0,05)
Полныйостаточный путь в груженом состоянии
/>, м
t1, t2 – время реакции водителяи срабатывания привода тормозов соответственно (t1=1 с, t2=0,7 с).
Определяемтормозной путь автопоезда в гружёном и в порожнем состояниях:
/>м
/>м
Определяемполный остановочный путь в груженом
/> м
Наивысшуюпередачу, на которой возможно равномерное движение гружёного лесовозногоавтопоезда на затяжном спуске без использования колёсных тормозов, можноопределить из формулы:
/>
/> – обратный К.П.Д.трансмиссии для полно приводных автомобилей (/>=0,85)
МТ– тормозной момент двигателя
/>, н*м
Из формулывыражаем iкпп и находим его:
/>
/>
Вывод: Передаточное отношениесоответствует второй передаче (iкпп2=2.86), поэтому на спуске желательно спускатьсяна второй передаче.
4.4 Показателиразгона автопоезда
Для анализапоказателей разгона автопоезда принят режим его движения с грузом на 3-йпередаче со скоростью, равной половине максимальной скорости на данной передаче(0,5Vmax3). В этих условиях устанавливается максимальнаяподача топлива, производится разгон автопоезда до максимальной скорости на 3-йпередаче Vmax3.
Среднееускорение для всего диапазона разгона считаем одинаковым, для его подсчётапользуемся формулой:
/>, м/с2
Dгр – максимальныйдинамический фактор автопоезда с грузом на 3-й передаче;/> – коэффициент учётавращающихся масс
/>
/>
Следовательно,среднее ускорение равно:
/> м/с2
Общее времяразгона определяется по формуле:
/>
Vmax – максимальная скоростьна третьей передаче (выбираем из таблицы 2.3. Vmax=28.85 км/ч).
/> с
Пройденныйпуть за время разгона:
/>
/> м
Списокиспользованных источников
1. Лесовозный автопоезд:Методические указания по выполнению курсового проекта для студентовспециальности «Машины и оборудование лесного комплекса» / сост. Н.А. Иванов,Д.А. Шаморов. – Хабаровск: Изд-во Тихоокеан.гос. ун-та, 2007. – 36 с
2. Лесные машины: Учебникдля ВУЗов /Анисимов Г.М., Жендаев С.Г., Жуков А.В. – М.: Леснаяпромышленность, 1989 – 512 с.
3. Автомобильный справочник:НИИАТ.