Федеральноеагентство по образованию
Государственноеобразовательное учреждение
Ульяновскийгосударственный университет
Институтмедицины, экологии и физической культуры
Экологическийфакультет
Кафедралесного хозяйства
Курсовойпроект
подисциплине Машины и механизмы в лесном хозяйстве
Расчеты,связанные с транспортом в лесном хозяйстве
Ульяновск 2008
Работа 1
Содержание работы
1.Усвоить основные понятия,характеризующие работу двигателя
2.Рассчитать основные параметры,определяющие техническую
характеристику двигателя
3.Составить отчет о выполненной работе
Указания к работе
Уяснить понятия индикаторной,эффективной и литровой мощности двигателя, удельного индикаторного и эффективногорасхода топлива.
Таблица 1 — Исходные данныеПоказатели Значения
Ед.
измерения Диаметр поршня 100 мм Ход поршня 110 мм Число цилиндров 6 шт. Угловая скорость 400 рад/с Тактность 2 об Индикаторное давление 1050 кПа КПД 0,8 - Расход топлива 0,003 кг/с
Решение
В результате рабочегоцикла часть тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива превращается в механическую.Сила давления газов, действующая на поршень, передается через шатун на кривошип,создавая на коленчатом валу двигателя крутящий момент.
Мощность двигателязависит от степени использования тепла, которое выделяется при горении топлива вцилиндре. В полезную работу превращается только 30-40 % выделившегося тепла, остальноетепло уходит с отработанными газами, отводится от нагретых деталей двигателя посредствомсистем охлаждения и смазки, и теряется.
Различают индикаторнуюи эффективную мощности. Индикаторной называют мощность, которая развивается внутрицилиндра двигателя. Индикаторную мощность можно определить по формуле:
Ni = Pi× Vh × i × n, кВт,
τ
Ni = 1,05 ×0,86 × 6 × 64 = 173кВт
2
где Pi – среднее индикаторное давление, МПа;
Pi= 1050кПа = 1,05 МПа
i – число цилиндров двигателя;
i = 6 шт
n – частота вращения коленчатого вала двигателя,об/с;
n=ω / (2 × π)= 400 / (2 × 3, 14) = 64об/с
τ – тактность двигателя, об/цикл.
τ = 2 об/цикл.
Среднее индикаторноедавление четырехтактных и двухтактных дизельных двигателей составляет 0,6-1,1 МПа(6-11 кг/см²).
Тактность двигателя – это число, показывающее, за сколько оборотовколенчатого вала совершается рабочий цикл. Для четырехтактных двигателей τ = 2, для двухтактных — τ = 1.
Объем, освобождаемыйпоршнем при перемещении от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней (НМТ), называетсярабочим объемом цилиндра Vh:
Vh = π× d² × 10³ × S, л
4
Vh=3, 14× 0, 01 × 103 × 0,11= 0,86 л
4
Здесь: d – диаметр поршня, м;
d = 100 мм = 0,1 м
S — ход поршня, м (расстояние между ВМТ и НМТ).
S = 110 мм = 0,11 м.
Сумма рабочих объемоввсех цилиндров двигателя, выраженная в литрах, — литраж двигателя (Vл):
Vл = Vh × i, л
Vл = 0,86 × 6 = 5,2 л.
Если выразить рабочийобъем цилиндра через литраж двигателя, то индикаторная мощность будет равна
Ni = Pi × Vл × n, кВт
Τ
Ni = 1,05× 5,2×64= 175кВт
2
При работе двигателячасть индикаторной мощности затрачивается на преодоление сопротивления трения движущихсядеталей двигателя. Мощность, равноценная этим потерям, называется мощностью трения (NT).
Мощность двигателя,снимаемая с его коленчатого вала, называется эффективноймощностью (Nе):
Nе = Ni – Nт.
Отношение эффективноймощности к индикаторной мощности называется механическимкоэффициентом полезного действия – КПД (ηм):
ηм = Nе
Ni.
Для четырехтактныхдизельных двигателей ηм = 0,73-0,85, для двухтактных – 0,70-0,75.
Отсюда следует, что:
Nе = Ni – Nт = Ni × ηм = 173× 0, 8= 138кВт
где ηм=0,8
Среднее эффективноедавление (Pе) меньшесреднего индикаторного (Pi):
Pе = Pi × ηм.
Ре = 1,05 × 0, 8= 616 кПа = 0,616 МПа
Мощность двигателя,таким образом, зависит от его литража, давления газов в цилиндрах и частоты вращенияколенчатого вала, а также от технического состояния двигателя.
При подборе двигателяс точки зрения рационального использования размеров цилиндров пользуются понятием«литровая мощность».
Литровая мощность – это эффективная мощность, отнесенная кодному литру объема двигателя, измеряется в киловаттах на литр (кВт/л).
Nл = Nе = Pе × n
Vл τ
Nл = 138= 0,84× 64= 26,5кВт/л
5,2 2
В зависимости отсовершенства конструкции и технического состояния двигатель для выполнения однойи той же полезной работы расходует разное количество топлива. Масса топлива, расходуемогодвигателем в единицу времени, называется расходомтоплива. Зная расход топлива,можно определить индикаторный и эффективный удельные расходы топлива.
Удельный индикаторный расход топлива (qi) – этомасса топлива, расходуемая на единицу индикаторной мощности в один час:
qi = 3600 ×Gt, кг/кВт·ч
Ni
qi = 3600 ×0,003 = 0,06 кг/кВт·ч
175
где Gt – расходтоплива, кг/с.
Gt = 0.003 кг/с
Удельный эффективный расход топлива (qe) – этомасса топлива, расходуемая на единицу эффективной мощности в один час:
qe = 3600 ×Gt, кг/кВт·ч.
Ne
qe = 3600 × 0,003 = 0,08 кг/кВт·ч.
138
В современных тракторныхдизельных двигателях удельный эффективный расход топлива составляет 0,23-0,27 кг/кВт·ч.
Итог работы
Мы уяснили понятияиндикаторной, эффективной и литровой мощности двигателя, удельного и эффективногорасхода топлива.
По сравнению с удельнымэффективным расходом топлива современных тракторов, удельный эффективный расчеттоплива по моим расчетам получился большим. Следовательно, данный двигатель тратитбольше топлива на единицу эффективной мощности в час, чем современные трактора.
Работа №2
Баланс мощности трактора
Цель работы: ознакомиться с понятием баланса мощности трактора и изучитьего составляющие.Содержание работы
1.Усвоить основныепонятия баланса мощности трактора
2.Определить составляющиеэффективной мощности трактора
3.Составить отчет овыполненной работеУказания к работе
Уяснить понятия полезной мощности трактора, мощностей,затрачиваемых на преодоление различных сопротивлений, тягового коэффициента полезногодействия, сцепного веса трактора.
Таблица 2 — Исходные данныеПоказатели Значения
Единица
измерения Марка трактора ДТ-75М Состояние дороги Ледяная дорога
Эксплуатационная
мощность 66 кВт Конструктивная масса 6350 кг
Коэф-т сопротивления
передвижению 0,03
Скорость движения
трактора 1,7 м/с
Коэффициент
буксования 6 % Подъем пути Крутящий момент, развиваемый на ВОМ 150 Н∙м
Решение
При работе тракторногоагрегата только часть мощности, развиваемой двигателем, используется на выполнениеполезной работы. Баланс мощности трактора при установившемся движении можно представитьформулой:
Nе = Nтр + Nпер + Nбукс ± Nпод + Nвом + Nтяг,
где Nе – эффективная (эксплуатационная)мощность двигателя;
Nтр – мощность, затрачиваемаяна преодоление трения в силовой передаче и на ведущих участках гусениц (для гусеничныхтракторов);
Nпер – мощность, расходуемая насамопередвижение трактора;
Nбукс – мощность, теряемая на буксованиетрактора;
Nпод – мощность, идущая на продолениеподъема при движении трактора вверх по склону (знак “минус” – при движении внизпо склону);
Nвом – мощность от вала отборамощности (ВОМ);
Nтяг – тяговая, рабочая мощностьна навесном или прицепном устройстве трактора.
При работе тракторав агрегате с машинами, рабочие части которых приводятся в действие от вала отборамощности трактора (фрезы, опрыскиватели), затрачиваемая на этот привод мощностьNвом, как и тяговая мощность Nтяг, относится к полезной мощности.
Потери мощностив силовой передаче происходят вследствие трения поверхности зубьев зубчатых колес,подшипников и сальников, а также на перемешивание масла в картерах зубчатых передач.Характеризуются такие потери механическим коэффициентом полезного действия ηмех.
В гусеничных тракторах,кроме того, часть мощности затрачивается на преодоление трения в зацеплении ведущихзвездочек со звеньями гусениц, а также в шарнирах ведущих ветвей гусениц.
Соответственнодля колесных тракторов ηмех = 0,92-0,91; для гусеничных ηмех= 0,88-0,86. Эти значения принимаются в расчетах.
Величина потеримощности в силовой передаче определяется по формуле:
Nтр = Nе (1 — ηмех)
Nтр= 66×(1 – 0,92) = 5,28кВт,
где Nе = 66кВт;
Мощность, теряемая на самопередвижение тракторапри работе, также не остается постоянной. Nпер состоит из потерь на трение в механизмах гусеничного движителя,в шарнирах гусеничных цепей (кроме ведущих участков), в опорных катках, поддерживающихроликах и направляющих колесах, а также потерь на вертикальное прессование почвы,т.е. на образование колеи.
Мощность, затрачиваемая на самопередвижение, можетбыть определена по формуле:
Nпер= QT ×f ×Vc, кВт,
1000
Nпер= 62230 ×0, 03 ×1,7=3,17 кВт
1000
где QT – сила тяжести трактора, Н;
QT = МT ×g = 6350 ×9, 8= 62230Н.
МT – конструктивная масса трактора, кг;
Мт = 6350кг.
g – ускорение свободного падения;
g = 9, 8 м/с2
f – коэффициент сопротивленияпередвижению трактора;
f = 0,03
Vc – скорость движения трактора,м/с;
Vс= 1,7 м/с.
Заменив
МT ×g ×f = Pпер
Рпер= 6350 ×9,8 ×0,03 = 1867Н,
получим:
Nпер= Pпер × Vc, кВт
1000
Nпер= 1867×1,7 =3,17кВт.
1000
где Pпер – сила, расходуемая на передвижение трактора, Н.
При буксовании мощность Nбукс затрачивается на проскальзывание ведущих колес или гусениц.Это проскальзывание имеет направление, противоположное движению трактора, и сопровождаетсясмятием и сдвигом почвы почвозацепами. Буксование уменьшает скорость движения трактора.
Величина буксования зависит от свойства почвы, типаходовой части и степени загрузки трактора.
В зависимости от типа ходовой части и величины нагрузкикоэффициент буксования δ при полной тяговойнагрузке составляет для гусеничных тракторов 2-6 %, для колесных тракторов при движениипо плотной почве без нагрузки 2-3 %, а при полной нагрузке до 16-25 %. Зная коэффициентбуксования, определяют мощность, потерянную при буксовании,
Nбукс= (Nе — Nтр) ×δ, кВт.
Nбукс= (66–5,28) ×0,06 = 3,64кВт
Мощность Nпод, затрачиваемая на преодоление подъема, определяют по формуле:
Nпод = МT ×in ×Vc ×g, кВт,
1000
Nпод= 6350 ×× 1,7×9, 8= 0кВт,
1000
где in – подъем пути, равный тангенсу угла подъема.
in= 0
Мощность вала отбора Nвом, затрачиваемая на привод рабочих органов машины, можно определитьпо формуле:
Nвом= Мвом ×ω,кВт,
1000
Nвом=0,15 × 6280 =0,94 2 кВт
1000
где Мвом – крутящий момент, развиваемый наВОМ, Н · м;
Мвом =150 Н*м
ω – угловая скоростьВОМ, рад/с.
ω=2πn = 2×3,14×1000= 6280 рад/с.
Полезную мощность трактора (Nтяг + Nвом) можно определить,исходя из баланса мощности трактора, как разность между эффективной мощностью двигателяNеи суммой потерь мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивлений трактора,
Nтяг+ Nвом = Nе – (Nтр + Nпер + Nбукс ± Nпод).
Nтяг+ Nвом =66- (5,28+ 3,17+ 3,64+0) =53,91 кВт
Степень использования эффективной мощности двигателяна полезную работу в тракторах характеризуется отношением суммарной мощности (Nтяг + Nвом) к эффективной мощности Nе. Это отношение называется тяговым коэффициентом полезногодействия трактора:
ηТ = Nтяг + Nвом
Nе
ηТ =53,91= 0,82
66
Значение тягового коэффициента полезного действия(КПД) при полной загрузке гусеничного трактора колеблется от 0,68 до 0,75,для колесных тракторов с четырьмя ведущими – 0,60-0,70, а с двумя ведущими колесами– 0,50-0, 60.
Тяговые свойства одного и того же трактора зависятот свойства почвы – механического состава, влажности и т.п., влияющих на потеримощности при перемещении и буксовании. При этом тяговая мощность изменяется в значительныхпределах: для гусеничных тракторов на 20-25 %, для колесных на 40-50 %.
При работе на слабых и переувлажненных почвах тяговоеусилие трактора ограничивается не мощностью его двигателя, а максимальной силойсцепления Рсц трактора с почвой, т.е. для нормальной работы должно быть соблюденоследующее условие:
Ртяг ≤ Рсц,
где Ртяг = Nтяг ×10³, Н
Vc
Ртяг= 53,91×1000= 31712 Н
1,7
Сила сцепления зависит от сцепного веса трактора,типа ходовой части, состояния почвы и определяется по формуле:
Рсц = Qсц · μ,
где Qсц – сцепной вес трактора, Н (для гусеничного и колесного тракторас четырьмя ведущими колесами сцепной вес равен полному весу трактора; для колесныхтракторов с задними ведущими колесами – лишь части его, приходящейся на задние колеса,что составляет примерно 2/3 веса трактора);
Qсц= МT · g = 6350 ∙9,8 = 62230 Н
μ – коэффициент сцеплениятрактора с почвой.
Пусть Рсц = Ртяг = 31712 Н, тогда:
μ = Рсц/ Qсц= 31712 / 62230= 0,51
Итог работы
Мы ознакомились с понятием балансамощности трактора, изучили его составляющие на примере колесного трактора Т-150Ки рассчитали все составляющие баланса мощности для данного трактора при работе навлажном песке при подъеме.
Работа 3
Расчет и комплектованиетракторного агрегата для посадки лесных культур
Цель работы:произвестирасчет и комплектование тракторного агрегата для посадки лесных культур.
Содержаниеработы
1. Произвести тягово-эксплуатационныерасчеты тракторного агрегата.
2. Произвести расчет производительностии состава тракторного агрегата.
3. Рассчитать потребностьтракторного агрегата в топливе и смазочных материалах.
4. Произвести расчет потребностив посадочном материале.
5. Составить схему агрегата.
Решение
1) Определяемтяговое сопротивление лесопосадочного агрегата:
Rагр=Rлм× nм+ Rсц ;
где Rлм– тяговое сопротивление лесопосадочноймашины, Н;
nм – количество лесопосадочныхмашин в агрегате, шт;
Rсц – сопротивление сцепки, Н.
Тяговое сопротивлениелесопосадочной машины рассчитывают по формуле:
Rлм=Gлм× fт× g+ Кп × a× b× nсош, Н;
где Gлм– масса лесопосадочной машины,кг;
fт – коэффициент трения металлао почву;
(0,3 – 0,8 в зависимостиот типа почвы)
Кп – удельное сопротивлениепочвы, Н/см2;
a – глубина посадки, см;
b – ширина посадочной щели,см;
nсош – количество сошников, шт.
Rлм = 1200 × 0,5 ×9,8 +8,2 × 30× 12 × 2 = 11784Н.
Rагр = 11784× 2 +1352,4=24920Н.
2) Определяемкоэффициент использования тягового усилия трактора по формуле:
η = Rагр/Ркр, где Ркр –тяговое усилие трактора на рабочей передаче, Н;
при этом следуетиметь в виду, что скорость движения агрегата не должна превышать 4,5 – 5,0 км/чи зависит от шага посадки t. Чем более шаг посадки тем выше скорость движенияагрегата, а следовательно и передача трактора.
Тяговое усилиетрактора ЛХТ-55М на рабочей передаче составляет 42000 Н, а скорость движения – 4,25км/ч;
η = 24920/35400= 0,7
3) Рассчитаемсменную производительность агрегата:
Wсм= 0,1 × В × V× Тсм ×Kт, га/смену,
где V – скорость движения агрегата;
Тсм – продолжительность смены;
Kт – коэффициент использованиярабочего времени.
Технологическаяширина захвата многорядного агрегата рассчитывается по формуле:
В = m(nсош– 1) + mст ;
В = 4(2– 1)+ 4=8
где m– ширина междурядий, м;
nсош – количество сошников в лесопосадочномагрегате, шт;
mст – ширина стыкового междурядья,м.
Тогда получим:
Wсм = 0,1 × 8 × 2,3×8 × 0,75 =11,04 га/смену
4) Определим количествотракторосмен для выполнения потребного количества работ, рабочего срока выполненияработ, потребного количества агрегатов и затрат труда.
Количество тракторосмен:N= Q/ Wсм = 150/11,04= 14
где Q– объем работ.
Тогда рабочийсрок выполнения работ: Dр= Dк× α = 10 × 0,9 =9 дней,
где α– поправочный коэффициент, учитывающий выходные и праздничные дни, а также плохуюпогоду,. При Dк до 10 дней α = 0,9, при Dк свыше 10 дней α= 0,8.
Потребное количествоагрегатов рассчитаем по формуле:
mагр= N/ Dр; mагр = 14/9 = 2 агрегата;
поскольку количествоагрегатов должно быть целым числом, мы произвели перерасчет Dк.
Для обслуживаниялесопосадочной машины требуется 1 сажальщик и 1 оправщик. Затраты труда определяютсяпо формулам:
А) на 1 га:
Нга= (1 + nр)/ Wсм;
где (1 + nр) – бригада обслуживающая агрегатнепосредственно в работе;
1 – тракторист;
nр – дополнительные рабочие,обслуживающие агрегат;
Нга= (1 +5)/11,04 = 0,54 чел.дн/га;
Б) на весь объёмработы:
Н = Нга× Q; Н = 0,54 × 150 = 81чел.дн.
5) Рассчитаемколичество потребного посадочного материала для заданного объема работ по формуле:
Jр= (10000 × Q× n× ψ)/(В ×t) ;
где n – число рядов, высаживаемыхагрегатом, шт (n= nсош);
t – заданный шаг посадки, м;
ψ – коэффициент учитывающийвозможные потери и повреждения при транспортировке, прикопке и посадке. Ψ= 1,1…1,2.
Jр = (10000 × 150 ×2 × 1,15)/(8 × 1,5) = 287500 шт.
6) На участкахнамечают места прикопки посадочного материала, которые должны быть удобными дляподъезда транспортных средств, доставляющих посадочный материал, и для загрузкиего на лесопосадочных машин. При этом необходимо учитывать возможное расстояниепосадки агрегатом при полной загрузке ящиков на нем, чтобы не делать больших переездовк местам заправки. При небольшой длине гонов прикопки можно располагать по серединесторон участков вблизи разворотных полос. При большой длине гонов, например, призакладке полезащитных полос, прикопки располагают равномерно по ходу лесопосадочногоагрегата с таким расчетом, чтобы расстояние между ними не превышало возможного рабочегохода при полной загрузке ящиков агрегата.
Расстояние междуприкопками определим по формуле:
Iпр= (K× q× t)/ n, м;
где K– количество посадочного материала,размещающегося в ящиках лесопосадочного агрегата, шт;
K = 2500…3000 шт, в одном ящикедля сеянцев;
K = 2000…2500 шт, в одном ящикедля 2 – 3-летних саженцев;
K= 200…500 шт, в одном ящикедля саженцев высотой 2,5 – 3 м;
q = коэффициент запаса, учитывающийнеплотность заполнения;
q = 1,1…1,2;
Iпр = (2750 × 1,15 ×1,5)/2 = 2371,9м.
7) Определим сменныйрасход топлива и смазочных материалов для составленного агрегата.
Сменный расходтоплива определим по формуле:
Qсм= Qр× Тр + Qх× Тх + Qо× То, кг;
где Qр; Qх; Qо – расход топлива за час соответственнопри рабочем режиме, при холостых переездах и на остановках при работающем двигателе,кг/ч;
Тр;Тх; То – время работы двигателя в течение смены на соответствующихрежимах, ч.
Можно принять:Тр = 80%, Тх = 15%, То = 5% от продолжительностисмены;
Примерный часовойрасход топлива для трактора ДТ-75М
Qр = 13,5 кг/ч, Qх = 8,0 кг/ч, Qо = 1,5 кг/ч;
Qсм = 13,5 × 6,4 + 8,0× 1,2 + 1,5× 0,4 = 96,6 кг.
Потребный расходтоплива на заданный объем посадок:
QΣ= (Qсм/ Wсм) × Q; QΣ = (96,6/15,5) ×150 = 934,84кг
Потребное количествосмазочных масел для лесопосадочных машин определяется из следующих норм расхода:
— солидол – 30г/га;
— автол – 60 г/га;
на 1 лесопосадочнуюмашину требуется:
— солидол: 30×150 = 4,5 кг
— автол: 60×150 = 9кг
Таблица.1.Потребноеколичество смазочных материалов и пускового топлива для трактора ЛХТ-55МНорма расхода, в % к основному топливу Дизмасло Автол Солидол Нигрол Бензин 5,35 0,3 0,8 1,0 1,0 Потребное количество в кг 27,25 3,9 10,5 13,3 13,3
Итог работы
В ходе проведеннойработы мы произвели расчёт потребного количества агрегатов, календарных дней, затраттруда для выполнения посадки лесных культур.
Использованная литература
1. Силаев Г.В., Баздырев Н.Д. Тракторы длялесного хозяйства: Учебное пособие для студентов специальности 260400. 2-е изд.стер. –М.: МГУЛ, 2002.
2. Силаев Г.В., Котов А.А. Машины и механизмы.Учебное пособие для выполнения курсовой работы для студентов дневного и заочногообучения специальностей 260400 и 260500. – М.: МГУЛ, 2002.
3. Родичев В.А., Родичева Г.И. Тракторы и автомобили:Учебник для сред. сельск. проф.- техн. Училищ. – М.: Высшая школа, 1982.
4. Пошарников Ф.В. Обоснование и расчет рабочихорганов лесных сеялок. – Воронеж: Изд-во Воронежского ун-та, 1987.
5. Учебник тракториста-машиниста первого класса/В.А.Чернышев, К.А.Ачкасов, Ю.Я.Корицкий и др.; Под общ. ред. В.А.Чернышева. – М.:Агропромиздат, 1988.
6. Чернышев В.В. Механизация лесопосадочныхработ. – М.: Лесная промышленность, 1978.