Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева»

Институт лесных технологий

Кафедра: Автомобилей и транспортно-технологических

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Разработка конструкции устройства для предотвращения скольжения и опрокидывания горной лесной машины

Руководитель:

к. т. н., доцент

Е.И. Максимов

Красноярск, 2018

Содержание

Введение

1. Технико-экономическое обоснование

1.1 Назначение форвардеров

1.2 Обзорная информация

1.3 Актуальность и целесообразность проектирования устройства

2. Конструкторская разработка

2.1 Техническое задание

2.2 Техническая спецификация трактора

2.3 Оценка основных параметров оборудования для подъема/опускания манипулятора

2.3 Описание и основные характеристики гусениц противоскольжения

3. Технологические и прочностные расчеты

3.1 Определение потребной мощности ДВС

3.2 Расчет параметров устойчивости

3.2.1 Продольная устойчивость

3.2.2 Поперечная устойчивость

3.3 Расчетное обоснование проушины

Заключение

Список использованных источников



Введение

Россия - одна из немногих стран мира, которую с полным основанием можно назвать страной леса. Действительно, леса в нашей стране занимают около 45% всей территории. При этом немалая часть этого лесного богатства находится в отдаленных, а то и труднодоступных районах. Лесоразработки в таких регионах (нередко богатых ценными породами дерева) особенно затруднены. манипулятор противоскольжение лесосека гусеница

В частности мы рассмотрим лесозаготовки в горных условиях. Лесосеки в горных лесах размещаются главным образом на крутых склонах, и подход к ним по условиям рельефа затруднен. Отсюда и возникает необходимость применения нескольких этапов перемещения древесины от пня до погрузочных пунктов. К первому этапу относится сбор древесины с территории лесосеки и перемещение ее к подножию горного склона. Часто эту операцию называют спуском леса с гор. В дальнейшем происходит перемещение древесины от подножия склона к погрузочному пункту. По данным институтов ЦНИИМЭ, расстояние между подножием лесосек и магистральной дорогой в горной местности обычно колеблется в пределах от 0,2 до 1,5 км. По этой причине на переместительные операции при разработке горных лесосек приходится до 70 % трудозатрат. В таких условиях особую важность приобретает обоснованный выбор трелевочной техники в горных условиях лесозаготовок.

Основными факторами, определяющими выбор лесосечного транспорта, являются топографические, технико-эксплуатационные и таксационные. К топографическим факторам относятся: крутизна господствующего склона; рельеф местности; наличие поперечных уклонов, обратных склонов, ложбин и протоков; профиль трассы подъезных путей. К таксационным факторам относятся: породный состав насаждения; ликвидный запас леса на лесосеке; средний объем хлыста. К технико-эксплуатационным факторам относятся: размеры и форма лесосек; наличие площадок для лесопогрузочных пунктов; расположение оси лесосеки относительно господствующего склона; глубина лесосеки (длина вдоль склона); расположение подъездных путей; положение лесосеки относительно подошвы горы. Обоснованность выбора трелевочной техники в горных условиях лесозаготовок целесообразно оценивать такими параметрами как трудозатраты, производительность, себестоимость транспортирования 1 м³, доступность всей предназначенной к перемещению по лесосеке древесины, экологический ущерб (древостой, подрост, почва), затраты на лесовосстановительные мероприятия, затраты на устройство дорожной сети.



1. Технико-экономическое обоснование

1.1 Назначение форвардеров

Форвардер предназначен для лесозаготовительных работ. В его функции входит работа по сортировке, сбору и вывозу сортиментов с места, где происходит валка леса. Работая в паре, форвардер и харвестер переводят лесозаготовительные работы на совершенно другой уровень эффективности.

Что касается конструкции форвардеров, то оснащение практически одинаково у всех моделей. Кабина оператора и двигатель размещаются на передней полураме, а погрузочная платформа вместе со стойками располагается на задней полураме.

Основное оборудование машины это - манипулятор-захватчик, который практически всегда размещен перед грузовой платформой на задней полураме. Есть модели, на которых манипулятор с захватом размещают спереди. Сделано это для того, чтобы увеличить размер грузового отсека [3].

Поворотный механизм реализуется с помощью одного или двух цилиндров, которые изменяют угол ориентации по углам по горизонтали, а угол складывания полурам изменяется от 40 до 60%. По вертикали полурамы наклоняются относительно друг друга на 15% при помощи универсального шарнира. Таким образом, всё время перемещения форвардера по пересечённой местности этот поворотный механизм помогает достичь сверхвысокой проходимости, несмотря на внушительную длину продольной базы этого транспорта [6].

Устойчивость форвардера во время погрузо-разгрузочных работ обеспечивается с помощью блокировки шарнира по горизонтали. Что касается ходовой части, то практически все форвардеры оснащены 6-ти или 8-ми колесной системой, оборудованной полным приводом. Большинство шин в ширину достигают 60 см - это нужно для снижения давления транспорта на грунт. Бывает, что производят и модифицированные модели шин шириной от 50 до 80 см в зависимости от будущей эксплуатации. Для обеспечения минимального давления на землю машины могут «обуваться» в цепи или гусеницы.

Почти все модели форвардеров оборудуются шасси с шарнирно-сочлененным видом рамы. Таким образом, поворот машины происходит за счёт того, что положение полурам синхронно меняется относительно шарнирной вертикальной оси. Все форвардеры оснащены гидромеханической либо гидростатической трансмиссией, которая может иметь два диапазона скорости. Такая особенность представляет возможность машине плавно двигаться при высокой силе тяги. Скорость движения при первом диапазоне составляет 7-10 км/ч, а во втором форвардер можно разогнать до 35 км/ч.

Что касается двигателя, то здесь используются 4-х и 6-ти цилиндровый дизели с турбонадувом мощностью от 130 до 280 лошадиных сил. В машинах используется бесступенчатая регулировка и передача крутящего момента посредством механико-гидростатической трансмиссии, позволяющая реализовать тяговое усилие в 22 тонны и мягко адаптироваться к возникающим препятствиям на лесосеке [5].

Ведущие мосты форвардера имеют планетарно-колесные редукторы, функцию блокировки дифференциалов и гидравлические многодисковые тормоза. Как правило, техника оснащена комбинированными манипуляторами с телескопической рукоятью, захватом и ротатором. Манипулятор приводится в действие электрогидравлическим управлением двумя рычагами, которые располагаются на подлокотниках сидений.

Уровень производительности форвардера зависит от множества факторов. Обычно в паре с харвестером производительность форвардера составляет около 12 кубометров в час. И тут кажущаяся простота работы этой машины полностью подчинена мастерству человека ей управляющего.

Кстати, и в Европе и в России наиболее распространенной является скандинавская технология лесозаготовки, разработанная в Швеции и Финляндии. Она подразумевает ассортиментную заготовку леса и предполагает использование мощной техники - как раз харвестеров и форвардеров [1].

Всего один комплекс, состоящий из харвестера и форвардера может заменить до 80 человек, работающих на лесозаготовке по традиционной технологии.

Сегодня более половины всех промышленных лесозаготовок в мире производится вручную. Менее половины - механизированным способом. При этом при механизированной лесозаготовке применяют два метода: технологию хлыстовой заготовки (в 60 процентах случаев) и ассортиментную технологию (описываемую выше) - около 40%. Подавляющее большинство лесозаготовительных машин является манипуляторными. Таким образом, удается обезопасить человека от контакта с тяжёлыми деревьями, хлыстами и сортиментом.

Манипуляторы, устанавливаемые на форвардеры, имеют более скромные параметры: вылет всего до 10 метров. Грузовой отсек форвардеров отделен от кабины решетчатой передней стенкой. Система управления такой машины позволяет производить учет заготовлимаемой древесины по объему и сортименту, и так, что в конце смены оператору не составит большого труда вывести подробный отчет о работе, а отдельные специалисты могут даже послать его в офис по электронной почте, не покидая кабину машины.

Сегодня уже уходят в историю многочисленные рычаги, тумблеры и ручки аналоговых индикаторов. Их сменили удобные многофункциональные джойстики с минимальным набором горячих клавиш и цветными сенсорным экраном. В последнее время широко применяются и поворотные кабины с системами выравнивания крена, которые особенно эффективны при работе на склонах и косогорах. Кабина может быть установлена как на поворотном устройстве вместе с манипулятором, так и отдельно. В последнем случае она поворачивается синхронно за манипулятором.



1.2 Обзорная информация

В обзоре представлены основные типы форвардеров от известных производителей. Выбор как самих машин, так и их конечных характеристик довольно широк. В каталоге каждого производителя представлено несколько различных видов форвардеров, причем отдельные характеристики каждой модели можно выбрать отдельно.

Форвардеры Komatsu Forest делятся на шасси с 6-ю, 8-ю и более колесами. Компания Komatsu выпускает форвардеры маленького, среднего и большого размеров. Конструкцией форвардеров предусматривается установка различных компонентов: подъемник кареток мостов, весовое устройство, регулируемый грузовой отсек, система слежения MaxiFleet, система демпфирования кабины Comfort Ride, дополнительные защитные устройства кабины и капота и многое другое.

Рисунок 1.1 - Форвардер Komatsu 890.3 [8]

Komatsu 890.3 демонстрирует максимальный крутящий момент на низких оборотах двигателя и автоматически адаптируется к нагрузке в зависимости от рельефа местности, препятствий, уклонов, а также нагрузке на манипулятор. Грузовое пространство улучшено благодаря таким опциям как решетка FlexGate, которая увеличивает обзорность. Таким образом, значительно упрощается процесс погрузки и минимизируется риск повреждения машины. Системе FlexBunk, которая позволяет гидравлически регулировать стойки по высоте и изменять ширину коников, обеспечивая тем самым большую грузоподъемность [13].

Komatsu 890.3 может быть неким эталоном. Если пристально проанализировать, то можно констатировать, что этот форвардер создает особый класс касательно производительности, себестоимости заготовки и комфорта оператора.

Форвардеры John Deere универсальны и используются как при сплошных рубках, так и при рубках ухода. Все лесозаготовительные машины оснащены надежными и экономичными двигателями John Deere, системами охлаждения с автоматическим реверсивным гидравлическим вентилятором, а также усиленными рамами с V - образной нижней частью. Конструкция межрамного сочленения и рамного тормоза форварда позволяет добиться высокой маневренности и проходимости. Система интеллектуального управления манипулятором обеспечивает минимальное время цикла за счет высокой плавности и точности при погрузке-разгрузке.

Рисунок 1.2 - Форвардер John Deere 1910E [12]

Форвардер John Deere 1910E оснащен двигателем с увеличенной мощностью и крутящим моментом. Эффективная трансмиссия позволила повысить тяговое усилие. Благодаря новым контроллерам и архитектуре шины CAN удалось сократить количество разъемов, реле и предохранителей и повысить надежность всей электрической системы.

Система интеллектуального управления манипулятором IBC позволяет сократить время обучения новых операторов и значительно повысить эффективность их работы. Новое программное обеспечение IBC 2.0 значительно повышает точность управления манипулятором особенно при работе на большом вылете. Отличительными особенностями форвардера John Deere 1910E являются:

- Высокая точность управления манипулятором;

- Усиленная трансмиссия;

- Мощный и долговечный двигатель;

- Простая и надежная электрическая система.

Форвардер PONSSE Elephant - это высокоэффективный и надежный форвардер среднего размера.

Уже известные характеристики предшествующей модели -- это большой грузовой отсек, отличная управляемость и большая грузоподъемность для машины такого небольшого веса. Новые характеристики -- это более функциональная и простая для эксплуатации конструкция и более удобная кабина.

Рисунок 1.3 - Форвардер PONSSE Elephant [15]

Форвардер PONSSE Elephant при перевозке грузов демонстрирует беспрецедентную скорость и эффективность транспортировки. Тяговое усилие и крутящий момент этого силового агрегата, обладающего 18-тонной грузоподъемностью, рассчитаны на работу в экстремальных условиях и при крайне высоких требованиях.

Великолепная производительность данной машины особенно заметна на крутых склонах, в глубоком снегу и на мягких грунтах, а также при трелевке на большие расстояния.

Отличная маневренность, 6,25 м² погрузочной площади, эффективная трансмиссия и мощный манипулятор обеспечивают быструю и надежную транспортировку грузов к дороге независимо от расположения рабочей зоны.

Двигатель Mercedes-Benz/MTU гарантирует высокий крутящий момент и экономный расход топлива, а модернизированная трансмиссия - рациональное тяговое усилие и более точную работу.

Высочайшая мощность гидравлической системы форвардера PONSSE Elephant является еще одним фактором, обеспечивающим превосходную скорость и плавность работы манипулятора.

LogSet 10F - идеальный выбор, когда необходимы высокая грузоподъемность и мощность. Форвардер 10F обеспечивает различные альтернативы погрузки, благодаря длинной и регулируемой грузовой площадке. Мощный манипулятор и надежные рамы машины обеспечивают возможность устойчивой работы в экстремальных условиях, для чего и была создана данная модель. Форвардер LogSet 10F прост в управлении и обслуживании. При грузоподъемности 18 тонн LogSet 10F может легко справляться с дальними расстояниями в самых трудных условиях.

Рисунок 1.4 - Форвардер LogSet 10F [16]

Форвардер LogSet 10F GT на сегодняшний день является самым популярным среди лесозаготовительных предприятий России. В этой модели объединены все достоинства современного форвардера: высокая производительность, экономичный двигатель, комфортная кабина оператора, прочная конструкция центрального сочленения, уникальная система управления TOC (Total Operator Control), которая оптимизирует работу двигателя, гидравлики и трансмиссии в зависимости от внешних нагрузок. Сверхпрочная рамная конструкция, коробка передач, кран, ходовая часть машины LogSet имеют простую, но прочную конструкцию, характерную для всей линейки продукции LogSet, а также систем измерения и управления.

По сравнению с предыдущим поколением форвардеры LogSet GT стали более сбалансированными, что повышает стабильность машины при работе на склонах. Поворот кабины осуществляется с помощью двух цилиндров - по сравнению с аналогами это более надежное решение. В конструкции механизма поворота кабины использованы подшипники с высокой износоустойчивостью, такие же, как и в механизме сочленения машины. Измененный дизайн капота усилил защитные характеристики отсека двигателя.

Форвардер АМКОДОР 2682-01 предназначен для сбора, погрузки и транспортировки по территории лесосек, волокам и лесовозным дорогам сортиментов и других круглых лесоматериалов, а также для выполнения погрузочно-разгрузочных работ, операций сортировки и складирования древесины.

Машина грузоподъемностью 15 тонн способна за один рейс перевозить до 17 кубических метров лесоматериала.

Восьмиколесное базовое шасси значительно повышает проходимость машины за счет меньшего удельного давления на почву.

Рисунок 1.5 - Форвардер АМКОДОР 2682-01 [14]

Благодаря гидромеханической трансмиссии машина способна перемещаться на значительные расстояния своим ходом на скорости до 27,5 км/час, что позволяет последним рейсом самостоятельно доставить груз на склад лесоперерабатывающего предприятия.

Для облегчения запуска дизеля при низких температурах окружающей среды машина оснащена автономным предпусковым подогревателем двигателя EBERSPEHER (Германия). Комфортный температурный режим работы оператора обеспечивается установленным кондиционером. Для повышения проходимости по заболоченной местности и снежному покрову возможна дополнительная установка гусениц и цепей противоскольжения.

В таблице 1.1 приведена сравнительная оценка показателей и характеристик обзорных моделей форвардеров, представленных выше.

Подводя итоги обзора, можно сделать общий для всех производителей и моделей вывод о том, что спектр предлагаемых машин очень широк, а выбор характеристик гибок. Исходя из указанных параметров, можно выбрать форвардер с необходимыми техническими характеристиками.

Для выполнения технического задания выбран Komatsu 890.3.

Таблица 1.1 - Оценка показателей и характеристик обзорных моделей форвардеров [12, 13,14, 15,16, 17]

Показатель	Komatsu 890.3	John Deere 1910E	Ponsse Elephant	LogSet 10F	АМКОДОР 2682-01
Эксплуатация
Масса, кг	19100	21800	22000	22000	18500
Грузоподъемность, кг	18000	19000	18000	18000	15000
Объем топливного бака, л	210	184	260	250	180
Объем жидкости гидравлической системы, л	130	140	140	130	120
Рабочее напряжение, В	24	24	24	24	24
Сила тока генератора, А	140	140	130	140	130
Трансмиссия
Тип трансмиссии	гидростат.	гидростат.	гидростат.	гидростат.	гидромех.
Максимальная скорость, км/ч	25	27	26	25	28
Размеры
Длина, мм	9296	10370	10150	9720	10800
Высота до верхней части крана, мм	3809	3950	3990	3980	3800
Колесная база, мм	5270	5600	5640	5380	5650
Клиренс, мм	683	755	800	740	730
Зона загрузки, м2	5,6	5,3	5,8	5,4	5,6
Кран
Максимальный вылет, мм	7500	7350	7800	8100	8209
Крутящий момент при полной подъемной силе, Нм	155000	155000	160000	160000	140000
Крутящий момент при полном поворотном движении, Нм	42000	37000	33000	35000	32000
Двигатель
Модель	SISU 74 СТА	РТ Plus 6090	МВ OM906	SISU 74 СТА	Д-260.9S2
Мощность, кВТ	152,1	186	205	152,1	132
Крутящий момент, Нм	1006	1100	1100	1006	980
Объем двигателя, л	7,4	9,0	9,0	7,4	6,5
Гидравлика
Пропускная способность, л/мин.	340	350	350	340	320
Давление перепускного клапана, кПа	23000	24000	24000	23000	22000

1.3 Актуальность и целесообразность проектирования устройства

Сегодня более половины всех промышленных лесозаготовок в мире производится вручную. Менее половины - механизированным способом. При этом при механизированной лесозаготовке применяют два метода: технологию хлыстовой заготовки (в 60 процентах случаев) и ассортиментную технологию (описываемую выше) - около 40%. Подавляющее большинство лесозаготовительных машин является манипуляторными. Таким образом, удается обезопасить человека от контакта с тяжёлыми деревьями, хлыстами и сортиментом.

Устойчивость форвардера во время погрузо-разгрузочных работ обеспечивается с помощью блокировки шарнира по горизонтали. Что касается ходовой части, то практически все форвардеры оснащены 6-ти или 8-ми колесной системой, оборудованной полным приводом. Большинство шин в ширину достигают 60 см - это нужно для снижения давления транспорта на грунт. Бывает, что производят и модифицированные модели шин шириной от 50 до 80 см в зависимости от будущей эксплуатации. Для обеспечения минимального давления на землю машины могут «обуваться» в цепи или гусеницы [8].

Почти все модели форвардеров оборудуются шасси с шарнирно-сочлененным видом рамы. Таким образом, поворот машины происходит за счёт того, что положение полурам синхронно меняется относительно шарнирной вертикальной оси.

Рельеф местности влияет на устойчивость машины. Намечать путь движения необходимо так, чтобы по возможности как можно дольше избегать движения с боковым наклоном. Чем больше загружена машина, тем выше её центр тяжести, и тем выше опасность опрокидывания.

Давление колес на грунт больше с той стороны, в которую наклонена машина. Это значит, что при многократном прохождении машины, колея будет углубляться, что ухудшает условия устойчивости машины в боковом направлении.

Небольшие препятствия перед машиной могут значительно увеличить опрокидывающий момент. При передвижении необходимо избегать наезда на такие препятствия, как деревья, скользкие камни, и т.п., которые могут вызвать боковое скольжение машины.

В целях предотвращения опрокидывания и скольжения форвардера необходимо внедрить конструкцию, которая поможет трактору становиться более устойчивым к опрокидыванию и скольжению при погрузке и разгрузке лесоматериала [1].

Внедряемая конструкция (оборудование для подъема/опускания манипулятора) будет состоять из двух цилиндров подъема платформы манипулятора, специальных креплений, вращающихся вместе с платформой манипулятора, рукавов высокого давления (РВД), электромагнитных клапанов и двух педалей управления подъемом/опусканием.



2. Конструкторская разработка

2.1 Техническое задание

За базу проектируемого оборудования для подъема/опускания манипулятора горной лесной машины принят форвардер Komatsu 890.3 с шарнирно-сочлененной рамой.

Рисунок 2.1 - Общий вид базового форвардера [7]

2.2 Техническая спецификация трактора

1.Место для груза:

- Общий вес: 18000 кг;

- Площадь грузового отсека: 5,6 м;

- Решётка ограждения: постоянно подпружиненная решётка для бревен и древесной массы; телескопически выдвигаемая верхняя часть с гидроприводом; оборудование расширения грузового отсека;

- Коники смонтированы на «линейках» рамы, переставляемые.

2. Масса:

- Снаряжённая масса/Вес порожняком: 19100 кг, в зависимости от оснастки.

3. Колёсное оборудование:

Впереди: Nokian 650/65x26,5 ELS L-2;

Сзади: Nokian 650/65x26,5 ELS L-2.

4. Двигатель:

- Тип: SISU Diesel 74 CTA, 6-цилиндровый дизельный с турбонаддувом и промежуточным охлаждением воздуха;

- Объем: 7,4 л;

- Мощность: Номинальная мощность: 150 кВт, DIN при 2200 об/мин (170 кВтDIN при 1700 об/мин);

- Макс: 170 кВт при1700 об/мин^-1;

- Крутящий момент: 1000 Нм при1500 об/мин;

- Топливный бак: 210 л;

5. Передача усилия/трансмиссия:

Тип: Гидростатический-механический, управляется ездовым автоматом на базе микропроцессора HTU;

- 8-колесный привод;

- Направление и скорость движения управляются с панелей на подлокотниках и педалями;

- Раздаточная коробка с3-мя положениями. Быстрая, медленная (для езды в лесу и по дороге) и нейтраль;

- Отключаемый привод заднего моста, электрогидравлическое управление;

- Блокировка дифференциалов: Передний и задний мосты. Механическая с электро-гидравлическим управлением с панелей подлокотников;

- Скорость движения: медленная (на пересечённой местности): 0 - 9 км/ч; быстрая(по дороге): 0 - 25 км/ч.

6. Управление:

- Тип: Гидравлическое рамное двумя гидроцилиндрами 2-стороннего действия;

- Джойстиковое управление: Пропорциональное управление согласно данным датчика нагрузки (LS) в обоих направлениях с управлением из отдельной пропорциональной рукояти около рычагов манипулятора;

7. Рама/мосты:

- Рама: Исключительно прочная V-образная стальная рама с гладкой нижней частью. Тяга на скользящем соединении и шарнир рамы с открытыми конусными роликовыми подшипниками;

- Передний мост: Закрепленная ось с колёсными редукторами. Механическая блокировка дифференциалов. Встроенные мокрые тормоза многодискового типа;

- Задний мост: Тандем на поворотном зубчатом венце. Механическая блокировка дифференциалов. Встроенные мокрые тормоза многодискового типа.

8. Тормозная система:

- Тип: 2-х контурная, полностью гидравлические многодисковые тормоза. Зарядка гидроаккумуляторов производится автоматически при помощи клапана зарядки;

- Ездовые тормоза: 4 многодисковых тормоза в масляных ваннах, действующих на передний и задний мосты;

- Автоматическое или ручное включение при работе с грузом;

- Стояночный тормоз: Пружинный тормоз с электрогидравлическим управлением. Действует также в качестве аварийного тормоза.

9. Гидравлическая система:

- Тип: Чувствующая нагрузку одноконтурная система с аксиально-поршневым насосом переменной производительности;

- Расход: 0-290 дм³/мин при 2000 об/мин^-1;

- Рабочее давление: 0-23,5 Мпа;

- Распределитель: Распределитель на гидравлическом баке делает возможным хорошее прокладывание шлангов и облегчает доступ при обслуживании;

- Бак гидравлического масла: 130 дм³

10. Электрическая система:

- Напряжение: 24 В;

- Аккумуляторы: 2 x 140 А-ч;

- Генератор: 2 x 100 A;

11. Кабина:

- Тип: Широкий вариант, просторная с очень хорошим обзором благодаря исключительно опущенными по высоте окнами;

- Угол наклона: Наклон в боковом направлении, электрическое управление;

- Органы управления: Мини-джойстики управления манипулятором и клавиша управления поворотом, а также множество функциональных кнопок на пультах подлокотников;

- Подъём в кабину: Подъемная лестница с гидроприводом;

- Защитные стекла: Задние и задние боковые защитные стекла типа Marguard;

- Обогрев/вентиляция: Комбинированное устройство обогревания и охлаждения, альтернативно устройство управления климатом. Подача наружного воздуха через фильтр.

12. Манипулятор:

- Тип: CRF 14;

- Радиус действия: 7500 мм или 8500 мм;

- Подъёмный момент, брутто: 155 кНм;

- Угол поворота: 360°;

- Крутящий момент, брутто: 41,3 кНм;

- Ротатор: G121 и тяга с амортизацией поворотаMPB;

- Захват: G36.

2.3 Оценка основных параметров оборудования для подъема/опускания манипулятора

Наклон манипулятора используется при погрузке на крутой наклонной поверхности. Основные параметры устройства для подъема/опускания манипулятора приведены в таблице 2.1

Рисунок 2.2 - Устройство для подъёма манипулятора

Таблица 2.1 - Основные параметры устройства для подъема/опускания манипулятора [17]

Наименование показателя	Значение
Угол наклона, о	22
Количество подъемных цилиндров, шт.	2
Масса, кг	150
Сила подъема гидроцилиндров, кН	105
Требуемое давление для подъема, бар	180
Габаритные размеры
Ширина, мм	600
Длина, мм	800
Высота, мм	700

При движении по наклонной поверхности вниз и погрузке в условиях по пересечённой местности, стойка манипулятора оказывается вне своей нормальной позиции и манипулятор в этом случае дополнительно нагружает мотор поворота и гидравлику манипулятора своим собственным весом и весом груза.

2.3 Описание и основные характеристики гусениц противоскольжения

Гусеницы противоскольжения и антипробуксовывания применяются на лесозаготовительной технике повсеместно. Они предназначены для болей лучшей проходимости машины в условиях сложного лесного бездорожья. Также они играют роль противоскользящих устройств, при работе на относительно небольших уклонах местности. Гусеницы используются, как средства от пробуксовывания колёс в мягких грунтах и грязи.

Рисунок 2.3 - Общий вид гусениц «Olofsfors Eco-tracks» различного назначения

Конструкция гусениц Eco-tracks с высокой системой сцепления значительно снижает сопротивление качению по сравнению с обычными гусянками. Новое поколение расширенных поперечных элементов обеспечивает еще меньшее давление и повреждение грунта и увеличивает вашу грузоподъемность. Широкий ассортимент моделей колес обеспечивает несколько различных размеров и моделей, подходящих для многих различных машин и условий грунта. Высокое качество и производительность приводят к меньшему количеству сбоев и повышению производительности.

Использование гусениц на лесозаготовительной технике:

- Понижается давление на почву;

- Увеличивается сцепление;

- Увеличивается грузоподъемность;

- Увеличивается устойчивость машины;

- Защищаются колеса от преждевременного износа;

- Уменьшается потребление топлива;

- Снижается повреждение почвы (меньше процессов гниения, уменьшение потерь прироста).



3. Технологические и прочностные расчеты

3.1 Определение потребной мощности ДВС

Эксплуатационные условия форвардеров охватывают спектр дорожных сопротивлений бездорожья. Эти трактора предназначены для движения и трелевки леса по лесным дорогам (волокам) и бездорожью [2, 5]. Поэтому требуемую мощность ДВС желательно определять для нескольких характерных условий движения загруженного форвардера, указанных в таблице 3.1 и принять наибольшее расчетное значение.

Таблица 3.1 - Расчет мощности ДВС при разных условиях эксплуатации

Условия эксплуатации	v, км/ч	f	i	Расчетная формула
Волок (тяжелое бездорожье)	0,7 * vmin	0,8	0,25
Магистраль-ный волок (легкое бездорожье)	0,8 * vmin	0,55	0,18
Грунтовая дорога (перегон)	0,3 * vmax	0,13	0,1

Скорость движения автобуса:

- vmax (vz) = 25 км/ч

- vmin = 3 км/ч

Коэффициент приспособления ДВС по частоте вращения:



, (3.1)

где n_м - частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте, мин^-1

n_н - номинальная частота вращения коленчатого вала, мин^-1

3.2 Расчет параметров устойчивости

Способность машины сохранять заданное направление движения оценивают управляемостью и устойчивостью, которые взаимосвязаны и определяются компоновочными размерами, спецификой систем управления поворотом, типом и характеристиками движителя, подвески, дорожного покрытия и почвенного фона [3, 6].

Под управляемостью понимают способность машины сохранять заданное направление движения или изменять его под воздействием на органы управления. Под устойчивостью понимают способность машины двигаться без скольжения или опрокидывания под действием внешних сил [11].

Критерием продольной устойчивости служат предельные значения углов подъема бп и уклона бу.

3.2.1 Продольная устойчивость

Принимаем h_g = 1,32м, b = 3,1 м, а = 2,5 м.

Определяем высоту центра оси балансирной тележки:

h_б = (1 - 1,05) * r, (3.1)

h_б = 1,625 * 0,8 = 1,3 м.

Определяем критический угол продольной устойчивости по опрокидыванию на подъеме:

= 0, (3.2)

G_т * cos_к * b - G_т * sin_к * (h_g - h_б) - Р_кр * (h_с - h_б) = 0

Р_кр = G_п * sina_к, (3.3)

, (3.4)

Угол потери управляемости:

, (3.5)

Рисунок 3.1 - Схема сил, действующих на трактор при стоянке на уклоне

Критический угол продольной статической устойчивости по сцеплению:

, (3.6)

Динамический угол продольной устойчивости:

, (3.7)

где: f - коэффициент сопротивления перекатыванию

3.2.2 Поперечная устойчивость

Принимаем: колея задних колес автобуса: к^// = 2,88 м; высота центра тяжести h_g = 1,32 м.

Ширина контура опрокидывания

К = к^// + В, (3.8)

где В - ширина профиля шины

К = 2,88 + 0,45 = 3,33 м

Рисунок 3.2 - Схема сил, действующих на машину на поперечном поле

Критический угол поперченной статической устойчивости:

, (3.9)

Коэффициент поперечной устойчивости:

, (3.10)

0,6, следовательно, условие обеспечения требуемой поперечной устойчивости машины выполняется.

Угол действительной поперечной статической устойчивости:



, (3.11)

Угол статической поперечной устойчивости по сцеплению:

, (3.12)

, (3.13)

Динамический угол поперечной устойчивости:

, (3.14)

Полученные расчетные значения показывают, что выбранный форвардер имеет достаточно высокие показатели устойчивости, но в целях предотвращения несчастных случаев, таких как опрокидывание при погрузке и разгрузке, и повышения показателей устойчивости предложено внедрить конструкцию для подъема и опускания платформы краноманипуляторной установки форвардера [2].

3.3 Расчетное обоснование проушины

В проушине для крепления устройства подъёма и опускания платформы имеется врезание в металл на глубину 8 мм (с одной стороны) в соответствии с рисунком 1.

Полуширина полосы контакта пальца гидроцилиндра и проушины определяется по формуле:

, (3.15)

.

где: R₁ - радиус отверстия в проушине с учетом положительного допуска (20,08 мм);

R₂ - радиус оси с учетом отрицательного допуска (20,03 мм);

q - интенсивность линейной распределенной нагрузки (88 кН);

м - коэф. приведения длины нагруженной проушины (0,7).

Контактное давление распределялось по поверхности контакта по зависимости:

, при , (3.16)

Таким образом, получается, что равнодействующее усилие N = 88 кН направлено в соответствии с рисунком 1. Ниже на рисунке, также приведены основные размеры измененной проушины [6,7,12].

Рисунок 1 - Основные размеры проушины и направление силы

Расчетная схема приведена ниже на рисунке 2.

Схема моделировалась объемными десятиузловыми конечными элементами.

Рисунок 2 - Расчётная схема проушины

По нижней поверхности проушины задавалась заделка (по зоне приварки проушины). Напряженное состояние в проушине от действия усилия 88 кН приведено на рисунке 3[6,7,12].

Рисунок 3 - Напряженное состояние в проушине от действия усилия 88 кН.

Рисунок 4 - Напряженное состояние в сечении 1

Средние напряжения по сечению 1 (напряжения категории _s для оборудования с линейной нагруженностью или нагруженностью полуширины):

, (3.17)

где: ;

;

;

.

_s < 1,4*[у] (3.18)

где: _s - предельно допустимое значение прочности (132,7 Мпа)

_s = 132,7 МПа < 1,4*123= 172 МПа,

Средние касательные напряжения по сечению 2 (напряжения категории _s для оборудования с линейной нагруженностью или нагруженностью полуширины) [6,7,12]:

(3.19)

где: N - равнодействующее усилие (88 кН).

.

Мембранные напряжения по сечению 2 (напряжения категории (_s)₁ для оборудования с линейной нагруженностью или нагруженностью полуширины):

, (3.20)

.

Изгибные напряжения по сечению 2 (напряжения категории (_s)₂ для оборудования с линейной нагруженностью или нагруженностью полуширины):

, (3.21)

.

Сумма мембранных и изгибных напряжений по сечению 2:

((у_s)₁ + (у_s)₂ ) < 1,8*[у], (3.22)

(у_s)₁ + (у_s)₂ = 81 + 113= 194 МПа < 1,8*[у] = 221 МПа.

Условие прочности проушины на действие нагрузок от пальца гидроцилиндра выполнено в соответствии с требованиями «Нормы расчёта на прочность оборудования и трубопроводов» [6,7,12].



Заключение

Сложность в решении проблемы выбора способа рубок состоит в большом разнообразии древесного растительного мира и условий произрастания в горах, в необходимости длительного времени для проверки эффективности того или иного способа рубок. Возобновлять вырубленные площади необходимо в короткие сроки, чтобы сохранить защитные и другие свойства леса, избежать эрозии и потери плодородия почвы и т. д. Нужен творческий подход в каждом конкретном случае, а также понимание того, что, не определив рациональных условий для лесовосстановления, нельзя приступить к эксплуатации горного леса.

В России подход к экономике в добывающих и заготовительных отраслях исторически был количественным, т. е. все стремятся продать как можно больший объем, не глядя на качество. Хорошо это или плохо, сказать нельзя, у всего есть свои плюсы и минусы. Точно можно утверждать лишь то, что лесозаготовки пока тут не стали исключением. Вероятно, технику и оборудование под конкретные условия в России начнут покупать после перехода на интенсивную модель лесного хозяйства. А пока заготовители будут метаться по огромным площадям нашей необъятной страны с одной универсальной машиной, все так и будет работать «чуть хуже, но работать везде» [8].



Список использованных источников

1. Абрамов В.В. Разработка и обоснование эффективной технологии трелевки в малолесных районах: Автореф. дис. канд. техн. наук. - Воронеж, 2009. - 16 с.

2. Бондаренко А. В. Исследование работы трелевочных тракторов в горных условиях лесозаготовок // Молодой ученый. - 2012. - №2. - С. 20-24. - URL https://moluch.ru/archive/37/4310/ (дата обращения: 05.12.2017).

3. Пошарников Ф.В., Абрамов В.В., Бондаренко А.В. Обоснование оптимальных параметров работы трелевочных средств на несплошных рубках // Лесотехнический журнал. - 2014. - № 1. - С. 76-80.

4. Пошарников Ф.В., Абрамов В.В., Бондаренко А.В. Моделирование природных условий горной местности при исследовании первичного транспорта леса // Лесотехнический журнал. - 2014. - № 2. - С. 25-29.

5. Нормы расчёта на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. ПНАЭ 7-002-86.-М.Энергоатомиздат, 1989.

6. Прочность. Устойчивость. Колебания. Справочник в трех томах. И. А. Биргер, Я. Г. Пановко. М., «Машиностроение», 1968.

7. Журнал Just Forest [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://www.komatsuforest.ru/BB-Just-Forest (дата обращения 17.12.2017).

8. Komatsu Days Russia [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://www.komatsuforest.ru/komatsudays (дата обращения 11.12.2017).

9. Машины специального назначения [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://m.pikabu.ru/story/mashinyi_spetsialnogo_naznacheniya_3_26119 (дата обращения 10.12.2017).

10. Мульчер-Корчеватель [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://www.seppi.com/ru/multiforst.html (дата обращения 17.12.2017).

11. Расчеты на прочность [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.xn--m1abbbfjh0bzc.xn--p1ai/ (дата обращения 18.12.2017).

12. Компания «Тимбермаш Байкал». Официальный дилер John Deere. Лесозаготоительная и дорожно-строительная техника. - режим доступа: https://tmbk.ru/ (дата обращения 14.12.2017).

13. Komatsu Forest - режим доступа: https://www.komatsuforest.ru/ (дата обращения 12.12.2017).

14. «Амкодор - управляющая компания холдинга» - режим доступа: http://amkodor.by/ (дата обращения 12.12.2017).

15. «Ponsse - a logger's best friend» - режим доступа: http://www.ponsse.com/ru (дата обращения 12.12.2017).

16. Дальтехнотрейд - режим доступа: http://daltechnotrade.ru/lesnye-mashiny/lesnye-mashiny-logset/ (дата обращения 12.12.2017).

17. Программа для работы по сервисному обслуживанию и подбору запасных частей для лесозаготовительной техники Komatsu «ESS2017».

Размещено на Allbest.ru

...