«ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОНОВКИ ЛЕСНЫХ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ С ШАРНИРНОЙ РАМОЙ КОНСТРУКЦИИ ЛТА Лесные тракторы Т-25 АЛ и Т-40 АЛ с колесной формулой 4 х 4 и их модификации Учебное пособие для студентов ЛМФ специальности 150405 ...»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ ЛЕСНЫХ МАШИН

ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОНОВКИ ЛЕСНЫХ

КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ С ШАРНИРНОЙ

РАМОЙ КОНСТРУКЦИИ ЛТА

Лесные тракторы Т-25 АЛ и Т-40 АЛ с колесной формулой 4 х 4

и их модификации

Учебное пособие для студентов ЛМФ

специальности 150405

всех форм обучения

Санкт-Петербург 2010 1 Министерство образования и науки РФ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ имени С.М. КИРОВА»

Кафедра проектирования специальных лесных машин

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ ЛЕСНЫХ МАШИН

ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОНОВКИ ЛЕСНЫХ

КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ С ШАРНИРНОЙ

РАМОЙ КОНСТРУКЦИИ ЛТА

Лесные тракторы Т-25 АЛ и Т-40 АЛ с колесной формулой 4 х и их модификации Учебное пособие для студентов ЛМФ специальности всех форм обучения Санкт-Петербург Рассмотрены и рекомендованы к изданию учебно-методической комиссией лесомеханического факультета Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии 13 мая 2010 г.

С о с т а в и т е л и:

кандидат технических наук, доцент С.Ф. Козьмин, старший преподаватель М.Я. Дурманов, кандидат технических наук, доцент Г.В. Каршев, кандидат технических наук, доцент С.В. Спиридонов О т в. р е д а к т о р доктор технических наук, профессор В.А. Александров Р еце нз е нт кафедра проектирования специальных лесных машин СПбГЛТА Исследование компоновки лесных колесных тракторов с шарнирной рамой конструкции ЛТА / Лесные тракторы Т-25 АЛ и Т-40АЛ с колесной формулой 4 х 4 и их модификации: учебное пособие / сост.: С.Ф. Козьмин, М.Я. Дурманов, Г.В. Кар­ шев, С.В. Спиридонов. - СПб.: СПбГЛТА, 2010.- 98 с.

В учебном пособии рассматриваются вопросы создания и исследования компонов­ ки специальных колесных лесных тракторов класса тяги 6 и 9 кН с шарнирной рамой конструкции ЛТА. Теоретические основы компоновки лесных колесных тракторов (ЛКТ) с шарнирной рамой разработаны учеными кафедры проектирования специаль­ ных лесных машин Санкт-Петербургской лесотехнической академии. В работе приве­ дены расчеты кинематической схемы тракторов, описание конструкции основных уз­ лов, гидравлическая схема рулевого управления. Изложены материалы по применению тракторов с различным технологическим оборудованием на трелевке леса, рубках ухо­ да, на работах по лесовосстановлению и других работах. Изложена методика и приве­ дены данные для расчета нагруженности ходовой части и анализа распределения нагру­ зок по ведущим мостам тракторов. Исследование компоновки лесного колесного трак­ тора предполагает большой объем расчетной работы. Для ускорения исследования компоновки на кафедре ПСЛМ в качестве приложения к данным методическим указа­ ниям разработана и предлагается в помощь студентам расчетная программа для ПК в среде Mathcad.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время на лесохозяйственных работах применяются трак­ торы ТДТ-55А, ЛХТ-55, ЛХТ-100, а также серийные колесные сельскохо­ зяйственные тракторы различного класса тяги. Однако применение гусе­ ничных тяжелых тракторов ограничивается экономическими и экологиче­ скими условиями, а применение колесных сельскохозяйственных тракто­ ров ограничивается их недостаточной проходимостью, маневренностью и компоновкой, исключающей установку специального технологического оборудования.

Учитывая острую потребность лесной промышленности и лесного хо­ зяйства в высокопроходимых, маневренных энергетических средствах, ка­ федра проектирования специальных лесных машин ЛТА им. С.М. Кирова в содружестве с Владимирским тракторным заводом, Липецким тракторным заводом, Минским и Харьковским тракторными заводами провели боль­ шую работу по созданию лесных тракторов с шарнирной рамой, которым присвоены марки Т-25АЛ, Т-40АЛ, М ТЗ-82Л и Т-150КЛ. Первый ЛКТ с шарнирной рамой оборудованный трелевочным щитом и лебедкой был создан в экспериментальных мастерских Ленинградской лесотехнической академии в 1965 году. В настоящее время опытно-конструкторские работы достигли такого уровня, что тракторы Т-25 АЛ и Т-40АЛ можно выпускать небольшими партиями.

Основной конструктивной особенностью указанных машин является перекомпоновка серийного трактора и агрегатирование его с активным полуприцепом,- именно это направление создания специальных колесных лесных машин предложила кафедра, как наиболее эффективное [1-4].

Большинство вариантов реализации перекомпоновки по этому направле­ нию имеют одну схему - с базового трактора демонтируется передний мост с подвеской и приводом, а его детали используются для изготовления мос­ та активного полуприцепа. Активный полуприцеп присоединяется к одно­ осному тягачу с помощью шарнира 3 (рис.1.1).

Критериями оценки вариантов перекомпоновки сельскохозяйственных тракторов в специальные лесные с активными полуприцепами, а их было разработано более пяти, целесообразно считать следующие показатели:

стоимость машины, степень унификации, отношение массы системы к массе трелюемого груза, общую массу системы, проходимость и манев­ ренность [2].

ным полуприцепом: 1 - передняя полурама; 2 - синхронизирующий редуктор; 3 - уни­ версальный шарнир; 4 - задняя полурама; 5 - задний мост; 6 - заднее активное колесо При перекомпоновке машин, использующих в качестве переднего тяго­ вого модуля сельскохозяйственные колёсные тракторы Т-40АМ и МТЗ-82, выявился ряд недостатков: большая длина консоли моторного отсека, пе­ регрузка колес одноосного тягача и пониженный дорожный просвет, кото­ рые снижали маневренность и проходимость машины [2]. Ужесточились требования к надежности и функциональности бортовых редукторов ма­ шины. Для уменьшения длины консоли и улучшения общей компоновки необходимо было обеспечить возможность смещения передних колес тяга­ ча и задних колес активного полуприцепа за счет поворота редукторов в продольной плоскости машины. С этой целью прорабатывались варианты использования бортовых редукторов от автогрейдера и серийных крутос­ клонных модификаций трактора. В результате проведенных конструктив­ ных доработок технические характеристики тракторов с активными полу­ прицепами Т-40 АЛ и М ТЗ-82Л, по ряду критериев приблизились к харак­ теристикам специальных лесных тракторов с аналогичным классом тяги.

В данной работе обобщается опыт создания, исследования и примене­ ния лесных тракторов с шарнирной рамой класса тяги 6 и 9 кН на различ­ ных технологических операциях в лесном хозяйстве и лесной промышлен­ ности.

В первом разделе методических указаний представлены основные вы­ ражения для исследования компоновки двухосных лесных колесных трак­ торов с шарнирной рамой, обоснование обобщенных расчетных схем и ос­ новная оценка качества компоновки. Во втором и третьем разделах даны сведения об конструктивных особенностях, характеристики и данные двухосных лесных колесных тракторов Т-25 АЛ и Т-40АЛ, соответственно.

1. ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОНОВКИ ЛЕСНЫХ КОЛЕСНЫХ

ТРАКТОРОВ С ШАРНИРНОЙ РАМОЙ

ДЛЯ ВЫВОЗКИ ДРЕВЕСИНЫ

1.1. Постановка задачи компоновки лесной машины Основными средствами удовлетворения требований к компоновке яв­ ляются целенаправленное распределение масс машины, обеспечивающее заданные пределы изменения центра масс в условиях эксплуатации, а также целенаправленное распределение сил между несущими элементами маши­ ны, обеспечивающее заданные пределы изменения результирующей той или иной совокупности сил в производственных условиях функциониро­ вания маш ины. Как распределение масс, так и распределение сил может быть оценено количественно, б л аго д ар я ч ем у с о зд а ю тс я о б ъ ек ти в н ы е п р ед п о сы л к и для придания задаче компоновки конкретной формы, которая заключается в выборе положений центра масс и центра давления поверхно­ стных сил (опорных элементов). Однако конкретность задачи еще не озна­ чает ее определенности. Причина неопределенности кроется в противоре­ чивом характере ряда требований к компоновке. Например, требования мак­ симума рабочей зоны, минимума удельного давления на грунт и минимума массы опорных элементов [2].

Для определенности задачи необходимо все основные требования форма­ лизовать в виде ограничений, а одно из требований принять за критерий оптимальности компоновки, например, степень неравномерности нагрузки опорных элементов машины, стремясь имеющимися средствами миними­ зировать эту неравномерность.

Итак, задан ряд элементов, из которых должна быть скомпонована лес­ ная машина, формализованы ограничения, определена совокупность ком­ поновочно - кинематических схем. Среди множества схем требуется вы­ брать ту, для которой степень неравномерности нагрузки опорных элемен­ тов машины минимальна.

Как следует из постановки задачи, основой для выбора оптимального решения является сопоставление показателей качества компоновки конкури­ рующих между собой компоновочно - кинематических схем.

1.2. Рабочие гипотезы и принципы компоновки лесных машин Лесная машина при взаимодействии с упругим предметом труда испыты­ вает сложное нагружение. Примем следующие рабочие гипотезы [2-4].

1. Будем рассматривать в качестве нагрузки машины сосредоточенные статические силы и инерционные силы, обусловленные ускорениями центра масс. Силы, обусловленные колебаниями машины, не учитываются.

2. Будем рассматривать машину, стоящую или движущуюся по абсо­ лютно ровной опорной поверхности.

Общий принцип компоновки заключается в выборе способа приведения сил. За основу принимается корпус машины. К нему приводятся силы, пере­ даваемые от движителя, технологические силы, передаваемые через техноло­ гическое оборудование, массовые силы (силы тяжести и инерционные), и в соответствии с принципом Даламбера решается задача статики для опре­ деления сил, передаваемых через оси на ходовую часть машины и с ходо­ вой части на корпус.

Зная силы, действую щ ие на корпус маш ины, можно решать конкрет­ ные задачи по определению нагрузок на опорные элементы, запаса устой­ чивости и др.

Для того, чтобы определить нагрузки, передаваемые от ведомого ко­ леса на ось трактора, рассмотрим вначале силы, действую щ ие на колесо (рис.1.2, а). От трактора на колесо через ось передается нормальная к поверхности земли сила Q1, с силой S кО корпус трактора толкает коле­ со. Со стороны опорной поверхности на колесо действую т нормальная R 1 и касательнаяR 2 реакции. Кроме того, на колесо также действую т массовые силы: сила тяж ести колеса Окл, сила инерции Ф и момент Рис.1.2. Схема сил, действующих на ведомое колесо (а) и передаваемых от колеса на корпус трактора (б) Действие ведомого колеса на ось трактора может быть представлено совокупностью двух сил (рис.1.2, б): нормальной Z 1 и касательной S силами реакции. Н ормальная реакция Z 1 определяется из равенства Z 1 = Q1, т.к. действие равно противодействию.

Затруднение вызывает вычисление горизонтальной составляю щ ей S,она численно равна силе S кО, которая и подлеж ит определению.

Для ее определения составим уравнения равновесия в проекциях на оси координат OXZ Система уравнений (1.1) содержит три неизвестных: толкающую силу, передаваемую с оси на колесо S кО, и две реакции опоры R1, R2. Реш ая систему (1.1) относительно неизвестных, получим следую щ ие вы раж е­ ния для искомых сил Итак, на ось колеса (на корпус трактора) передаются следующие силы от ведомого колеса [2] Если качение колеса осуществляется без скольжения, то между угло­ вым ускорением колеса и ускорением оси колеса имеет место следующее соотношение где гк - расстояние от мгновенного центра скоростей до оси колеса.

Тогда сумма последних двух членов в выражении (1.3) представится в виде и выражение примет вид Здесь расстояние от оси до мгновенного центра скоростей гк примерно равно динамическому радиусу колеса гд к.

Н а ось ведущ его колеса передаю тся тянущ ая сила Рк - S, численно равная S p,- реакции корпуса маш ины на тянущ ее усилие ведущ его ко­ леса, нормальная реакция Zi и реактивный момент М р (рис.1.3, б). Схе­ ма сил, действую щ их на ведущ ее колесо, сущ ественно отличается от схемы сил, действую щ их на ведомое колесо [2-4]. В этом легко убе­ диться, сопоставив схемы сил, приведенные на рис.1.2, а и 1.3, а.

Рис.1.3. Схема сил, действующих на ведущее колесо (а) и передаваемых от колеса на корпус трактора (б) П ринципиальных отличий имеем три: у ведущ его колеса реакция R направлена по движению трактора, сила S р - против движения, у ведо­ мого - наоборот и, наконец, от ведущ его колеса передается на корпус трактора реактивный момент М р.

Составим уравнения равновесия системы сил, действую щ ей на веду­ щее колесо Решая эту систему уравнений относительно неизвестных сил R i, R 2 и Sp, получим S р = --------- (Qi + Окл c o s c )--------т к л Щ --------X - П Т —Окл s in c.

Отношение крутящего момента М кр к динамическому радиусу колеса гдк численно равно касательной силе тяги Р к колеса Таким образом, на корпус трактора передаются следующие силы от ве­ дущего колеса,- нормальная сила Zi и касательная сила S m = Рк —S, на­ правленная вперед, и реактивный момент М р, численно равный крутяще­ му моменту [2] Мы рассмотрели силы и моменты, передаваемые от ведомого и ведуще­ го колес на корпус трактора. Лесопромышленные колесные тракторы обычно выполняют полноприводными, т.е. колеса переднего и заднего мостов являются ведущими. Причем конструктивно колеса имеют одина­ ковый размер, передние постоянно включены (являются ведущими), а зад­ ние колеса подключаются (становятся ведущ ими) лишь при грузовом ходе на труднопроходимых участках пути, когда передние колеса начинают буксовать.

Другой особенностью лесопромышленного трактора в отличие от сель­ скохозяйственного является то, что при холостом ходе (без груза) статиче­ ская нагрузка на передние колеса в 2,0...2,5 раза превышает нагрузку на задние (у сельскохозяйственного она примерно равная). Это позволяет достигать равномерной нагрузки на колеса при транспортировке пачки де­ ревьев (сортиментов), т.е. Qi = Q2.

Схема сил, действующих на колесный трактор должна отражать прин­ цип создания силы тяги (рисЛ.4) [3]. Сила тяги Р к колесного трактора приложена к ведущим осям. Ей противодействует сила сопротивления движению S. На рисЛ.4 приняты следующие обозначения: Р к 1 —Si и Р к2 —S 2 - толкающие силы, соответственно на опорах 1 и 2 корпуса трак­ тора и активного полуприцепа; S i и S 2 - силы сопротивления движению колес трактора и активного полуприцепа; — pi и — р 2 - составляющие суммарного реактивного момента, действующего на корпус в опорах 1 и 2 ;

Ок - вес корпуса агрегата, приложенный в центре масс (Ц.М.); Zi и Z 2 нормальные реакции от ходовой части в опорах 1 и 2 корпуса; N и T - вер­ тикальная и горизонтальная составляющие внешних сил, приложенных к трелюемому дереву, инвертированных к корпусу агрегата.

Рис.1.4. Обобщенная схема действия сил и моментов на корпус трактора с актив­ ным полуприцепом где — p i и — р 2 - реактивные моменты, передаваемые корпусу агрегата со­ ответственно от колес трактора и полуприцепа; М р - общий реактивный момент, передаваемый ведущими колесами корпусу агрегата; гдк - дина­ мический радиус колеса; Р к - касательная сила тяги на колесах агрегата где Р к 1 и Р к 2 - касательные силы на колесах трактора и активного полу­ прицепа, соответственно.

1.3. Оценка компоновки лесных колесных тракторов Оптимальная компоновка ЛКТ для вывозки леса должна обеспечивать распределение его общей массы в статическом состоянии без груза сле­ дующим образом: 70% массы - на колеса переднего моста, 30% массы - на колеса заднего моста трактора. При движении с пачкой деревьев давление под колесами переднего и заднего мостов трактора должно быть одинако­ вым.

Основную оценку компоновки ЛКТ производят коэффициентом нерав­ номерности распределения нагрузок на грунт от передних и задних колес (давления опорных элементов). Рациональной считается такая компоновка трактора, для которой при движении с грузом коэффициент К н равен еди­ нице. Достижение минимума неравномерности давлений опорных элемен­ тов трактора на поверхность пути и составляет суть задачи оптимизации компоновки, повышения ее качества. Коэффициент неравномерности дав­ лений определяется по формуле [4,15] где Zm, Zm - максимальное и минимальное давления на грунт, соответ­ ственно, Н; _ 1полн, Z колес, соответственно, Н.

При движении без груза ЛКТ, как правило, имеют значительную не­ равномерность распределения давления опорных элементов. Более нагру­ женными оказываются передние колеса. В табл. 1.1 приведены значения коэффициента неравномерности Кн для различных марок тракторов.

Коэффициенты неравномерности распределения нагрузок тракторов (без груза) № Марка тяжести, грунт от перед­ грунт от зад­ неравномерности Из табл. 1.1 видно, что наиболее высокий коэффициент неравномерно­ сти распределения нагрузок К н имеют тракторы Т-25АЛ и Т-40АЛ. Это указывает на то, что их задний мост может быть загружен значительной полезной нагрузкой, получая при этом равномерную загрузку передних и задних колес трактора при движении с грузом.

Распределение давлений на поверхность пути зависит от множества факторов. Среди них имеется такие, которые вызывают как положитель­ ное, так и отрицательное смещение центра давления на опорную поверх­ ность. К таким факторам относятся горизонтальное ускорение центра масс х (разгон, торможение), продольный уклон пути а (подъем, спуск), а так­ же расположение точки приложения вертикальной и горизонтальной тех­ нологических сил (N и Т). Все эти факторы влияют на неравномерность распределения давления на опору со знаками "+" или "-".

Так как при работе в производственных условиях разгон сменяется тор­ можением, подъем чередуется со спуском, равновероятен как левый, так и правый крен, в качестве расчетного случая необходимо принять нечто среднее, чем является установившееся движение трактора по горизонталь­ ной поверхности. Поэтому оптимальной считается такая компоновка ЛКТ, у которого при движении с грузом коэффициент К н близок к единице. Это достигается рациональным размещение технологического оборудования и груза, изменением базы трактора, смещением центра масс и т.п.

В свою очередь, от размещения всех элементов транспортной системы "ЛКТ - груз" зависит ее продольная и поперечная устойчивость и, соответ­ ственно, безопасность ее работы. Особо важно оценить качество компо­ новки ЛКТ с точки зрения обеспечения его поперечной устойчивости при движении с грузом на склонах или при преодолении препятствий. Схема сил, действующих на трактор при движении по склону, показана на рис. 1.5.

Устойчивость трактора обеспечивается при угле крена у, не превы­ шающем его некоторого предельного значения упр, т.е. у < упр. Для опре­ деления предельного угла крена составим уравнение моментов всех сил относительно точки А (см. рис. 1.5) где Zn - суммарная реакция почвы под правыми колесами трактора, Н ; В ш ирина колеи трактора, м; От- сила тяжести трактора без груза, Н; N вертикальная технологическая нагрузка от силы тяжести груза, Н; у - угол крена; Ицм - высота центра масс трактора, м; Ит- высота точки опоры тре­ люемой пачки деревьев (или центра тяжести пакета сортиментов), м.

Опрокидывание трактора относительно точки А произойдет в случае, когда реакция Z ^ 0, угол крена у > упр. Тогда из выражения (1.12) имеем Разделив левую и правую части данного равенства на cos упр, после преобразований получим формулу для определения предельного угла кре­ Из формулы (1.13) видно, что чем меньше высота центра масс трактора Ицм и высота точки опоры груза Нт, тем больше предельный угол крена и выше устойчивость трактора.

2. ЛЕСНОЙ КОЛЕСНЫЙ ТРАКТОР С ШАРНИРНОЙ

2.1. Устройство лесного колесного трактора Т-25АЛ Лесохозяйственный колесный трактор Т-25АЛ (рис. 2.1) представляет собой одноосный моторный модуль трактора Т-25 А в агрегате с активным полуприцепом.

Рис. 2.1. Лесохозяйственный колесный трактора Т-25АЛ:

- колесо одноосного моторного модуля; 2 - двигатель в агрегате с силовой передачей;

3 - рулевое управление; 4 - кабина; 5 - синхронизирующий редуктор; 6 - вал отбора мощности; 7 - универсальный шарнир; 8 - задняя полурама; 9 - ведущий мост; 10 - ко­ лесо активного полуприцепа; 1 1 - кронштейны крепления гидроцилиндров поворота;

12 - карданная передача; 13 - передняя полурама Одноосный моторный модуль трактора Т-25 А включает в себя колеса низкого давления, двигатель в агрегате с силовой передачей 2, рулевое управление 3, кабину 4.

Активный полуприцеп включает в себя синхронизирующий редуктор 5, вал отбора мощ ности 6, универсальный шарнир 7, заднюю полураму 8, ве­ дущий мост 9, колеса низкого давления 10 такого же размера, как на одно­ осном моторном модуле, гидроцилиндры поворота, которые крепятся на кронштейнах 1 1, карданную передачу 1 2 и переднюю полураму 1 3.

В результате агрегатирования одноосного моторного модуля трактора Т-25 А с активным полуприцепом получается высокопроходимая лесо­ транспортная система - лесохозяйственный колесный трактор Т-25 АЛ с колесной формулой 4x4.

Лесохозяйственный колесный трактор Т-25 АЛ имеет за кабиной пло­ щадку, на которой может быть размещено различное технологическое обо­ рудование. Компоновка трактора выполнена таким образом, что при дви­ жении с грузом нагрузки от передних и задних колес на грунт распределя­ ются равномерно. Равномерное распределение нагрузок обеспечивает реа­ лизацию максимального тягового усилия трактора [5].

Лесохозяйственный колесный трактор Т-25 АЛ имеет два ведущих мос­ та. Причем колеса заднего моста подключаются в тяговый режим только при определенном буксовании колес переднего моста, а синхронный при­ вод на колеса заднего моста осуществляется при помощи специального синхронизирующего редуктора, устанавливаемого на корпусе главной пе­ редачи [6].

Кинематическая схема лесохозяйственного колесного трактора Т-25АЛ представлена на рис. 2.2. Параметры шестерен сведены в табл. 2.1.

Обозначение Крутящий момент от двигателя 1 передается через силовую передачу колесам переднего и заднего мостов трактора.

В устройство силовой передачи входят муфта сцепления 2, коробка пе­ редач 3, передний ведущий мост, включающий дифференциал с полуосями 4 и 15, синхронизирующий редуктор 6 с синхронным валом отбора мощ­ ности 7, карданная передача 8, задний мост, включающий сдвоенную об­ гонную муфту двойного действия храпового типа 11, полуоси 1 0, 1 2 и ко­ нечные передачи 9, 13.

Рис. 2.2. Кинематическая схема лесохозяйственного колесного трактора T-25AJI:

1 - двигатель; 2 - муфта сцепления; 3 - коробка передач; 4 - правая передняя полуось; 5, 14 - конечные передачи переднего моста; 6 - синхронизирующий редуктор; 7 - синхронный вал отбора мощности;

8 - карданная передача; 9,1 3 - конечные передачи заднего моста; 10 - правая задняя полуось; 11 - сдвоенная обгонная муфта двойного действия храпового типа; 12 - левая задняя полуось; 15 - левая передняя полуось Синхронизирующий редуктор (рис. 2.3) устанавливается на корпус главной передачи вместо корпуса гидромеханизма навесной системы, ко­ торая используется на сельскохозяйственном тракторе Т-25 А. Назначение синхронизирующего редуктора - обеспечить синхронную работу вала от­ бора мощности для передачи крутящего момента на задний мост трактора T-25AJI [7].

1 - плита; 2 - прокладка; 3 - корпус редуктора; 4 - вал шестерни; 5 - крышка;

- фланец синхронного вала отбора мощности; 7 - прокладка; 8 - стакан наружный; 9 - подшипник; 10 - крышка; 11 - вал; 12 - шестерня коническая ведущая; 13 - ось промежуточной шестерни; 14 - промежуточная шестерня;

15 - шестерня дифференциала переднего моста трактора Корпус синхронизирующего редуктора 3 крепится к корпусу коробки передач при помощи плиты 1. Через консольно расположенную шестерню 14, свободно вращающуюся на оси 13, происходит зацепление с шестерней 15 дифференциала переднего моста трактора. Таким образом, через про­ межуточную шестерню 14 передается вращение от шестерни дифферен­ циала 15 на цилиндрическую шестерню, которая жестко закреплена на ва­ лу 11 синхронизирующего редуктора. На этом же валу 11 жестко закреп­ лена и ведущая коническая шестерня 1 2, которая входит в зацепление с ва­ лом-шестерней 4 и передает вращение на фланец 6, вращающийся в под­ шипниках 9.

Фланец 6, вследствие кинематической связи с шестерней дифферен­ циала 15, изменяет свою угловую скорость в зависимости от включенной передачи. К фланцу 6 подключается карданная передача, которая передает крутящий момент на задний мост трактора, на котором установлена сдво­ енная обгонная муфта двойного действия храпового типа. Обгонная муфта двойного действия служит для автоматического включения заднего моста трактора, а также позволяет задним ведущим колесам вращаться с разными угловыми скоростями [6,7].

Схема сдвоенной обгонной муфты двойного действия храпового типа представлена на рис. 2.4. Она состоит из корпуса обгонной муфты 1, внут­ ри которого помещены обоймы 8 и 15, имеющие наружные шлицы и со­ единенные с полуосями 7 и 14. На корпусе 1 жестко установлена ведомая коническая шестерня 4 главной передачи, которая входит в зацепление с ведущей конической шестерней главной передачи 11. Ведущая шестерня получает вращение от синхронного вала отбора мощ ности через кардан­ ную передачу.

1 - корпус обгонной муфты; 2 - ось левой собачки; 3 - собачка левая;

4 - ведомая шестерня главной передачи; 5 - опорная часть оси левой собачки; 6 - тормозная шайба левая; 7 - полуось левая; 8 - обойма с наружными шлицами левая; 9 - пружина оси правой собачки; 10 собачка правая; 1 1 - ведущая шестерня главной передачи; 1 2 - ось правой собачки; 13 - тормозная шайба правая; 14 - полуось правая;

15 - обойма с наружными шлицами правая; 16 - пружина оси левой собачки; 17 - корпус главной передачи заднего моста В одной плоскости с правой (по ходу движения трактора) обоймой находится собачка 10, закрепленная шпонкой на оси 12. Ось свободно вставлена в сверление корпуса 1 и заложенной в нее пружиной 9 смещает­ ся вправо, благодаря чему упорный выступ, имеющийся на правом конце оси, оказывается постоянно прижатым к тормозной шайбе 13, установлен­ ной на корпусе главной передачи заднего моста 17. Такая же собачка имеется и с левой стороны, но размещена она в одной плоскости с левой обоймой 8, а ее ось 2 прижимается упорным выступом 5 к левой тормозной шайбе 6.

При вращении корпуса обгонной муфты 1 силой трения, возникающей между выступами осей и тормозными шайбами, собачки поворачиваются в том же направлении. Если корпус обгонной муфты начнет вращаться в противоположном направлении, то собачки развернутся в другую сторону.

Передаточные числа в передачах к задним и передним колесам подобраны так, что при отсутствии буксования передних колес трактора полуоси 7 и 14 с обоймами 8 и 15 вращаются несколько быстрее ведомой шестерни 4 и собачки 3 и 10 проскальзывают по наружным шлицам обойм 8 и 15. Зад­ ний мост при этом выключен. Когда же передние колеса трактора попадут в тяжелые дорожные условия и начнут буксовать, это буксование вызовет уменьшение угловой скорости полуосей 7 и 14 с обоймами 8 и 15. При этом будет происходить выравнивание угловых скоростей полуосей с обоймами и ведомой шестерни.

Как только буксование передних колес трактора достигнет определен­ ной величины, например, 4%, угловые скорости полуосей с обоймами и ведомой шестерни станут равными, т.е. корпус обгонной муфты с ведомой шестерней догонит обоймы. В результате собачки упрутся в наружные шлицы обойм. С дальнейшим увеличением буксования передних колес крутящий момент начнет передаваться от ведомой шестерни через собачки на обоймы и далее через полуоси и конечные передачи к задним колесам.

Задний мост будет включен. При уменьшении буксования передних колес трактора полуоси с обоймами снова начнут вращаться быстрее ведомой шестерни, собачки выйдут из зацепления и начнут проскальзывать по на­ ружным шлицам обойм, и крутящий момент не будет передаваться к зад­ ним колесам.

При повороте трактора вправо заднее колесо, проходя больший путь начнет вращаться быстрее. Поэтому левая обойма 8 обгоняет ведомую шестерню 4 и ее собачка проскальзывает по зубцам. Правая же собачка по-прежнему будет упираться в нагруженные шлицы обоймы 15 и переда­ вать крутящий момент правому заднему колесу, в результате чего оно бу­ дет вращаться с такой же угловой скоростью, как и при прямолинейном движении трактора. При повороте влево обгонная муфта действует так же, но проскальзывает в этом случае уже правая собачка.

Таким образом, задний ведущий мост трактора автоматически включа­ ется в работу, если буксование передних колес более 4%, и выключается, когда буксование передних колес менее 4%.

Итак, условие работы сдвоенной обгонной муфты двойного действия храпового типа определяется выражением [7] где ю1 - угловая скорость полуоси заднего моста, рад/с; - угловая ско­ рость ведомой шестерни главной передачи, рад/с.

На основании зависимости (2.1) подбираются шестерни синхронизи­ рующего редуктора трактора Т-25АЛ.

Особенность тягового расчета трактора с активным полуприцепом со­ стоит в том, что при работе на лесных деформируемых грунтах колеса ак­ тивного полуприцепа автоматически подключаются в тяговый режим при определенном проценте буксования 8 колес трактора [3]. Обычно он вы­ бирается в пределах 4 - 6%.

Когда трактор с полуприцепом работает на твердых грунтах, т.е. когда коэффициент сцепления с грунтом высок и колеса трактора не пробуксо­ вывают, тяговое усилие реализуется колесами трактора, а колеса активного полуприцепа перекатываются по грунту, не создавая тягового усилия.

При работе на слабых грунтах, когда буксование колес трактора дости­ гает некоторой принятой величины, автоматически подключаются колеса активного полуприцепа, и тяговое усилие реализуется как колесами трак­ тора, так и колесами полуприцепа.

Характер распределения крутящих моментов по колесам трактора и ак­ тивного полуприцепа рассмотрим на примере агрегатирования с трактором Т-25А1 класса тяги 6 кН [3].

М аксимальная суммарная касательная сила тяги Р к определяется из выражения где Ркр т а х - сила тяги на крюке для трактора Т-25А1 по заводскому пас­ порту составляет 7585Н ;Р / - сила сопротивления качению где / тк - коэффициент сопротивления качению ( / тк = 0,12); Gт - вес трак­ тора по паспорту, От= 15 680 Н (1600 кг);

Суммарный крутящий момент М к на ведущих колесах определяется из уравнения (1.9) где гдк - динамический радиус колеса агрегата ( гдк = 0,583 м); тогда М к = 9466 х 0,583 = 5518 Н х м.

Большое влияние на реализацию колесами касательных усилий оказы­ вает распределение нагрузок на ведущие колеса.

Величина крутящих моментов, передаваемых колесами трактора и ак­ тивного полуприцепа, меняется в зависимости от величины нагрузки на колеса и от состояния лесного грунта.

Лучшие показатели имеют место в случае, когда нагрузки на колеса трактора и полуприцепа при движении с грузом распределены равномерно.

Примерные данные по распределению крутящего момента по колесам агрегата при одинаковой нагрузке на колеса трактора и активного полу­ прицепа приведены в табл.2.2.

Распределение крутящего момента по колесам агрегата п/п 1 Движение трактора с активным полуприце­ стку с твердым грун­ 2 Движение трактора с активным полуприце­ стку в условиях лес­ 3 Движение трактора с активным полуприце­ пом на повороте (вле­ во) в условиях лесно­ го бездорожья При движении активного полуприцепа в агрегате с сель­ скохозяйственным трактором с грузом по плотному лесному грунту, обес­ печивающему большой коэффициент сцепления, крутящий момент пере­ дается только колесами трактора, причем за счет установки дифференциа­ ла крутящий момент передается равномерно на оба колеса, и в этом случае тяговое усилие обеспечивает только базовый трактор.

При движении по бездорожью, когда коэффициент сцепления движи­ теля с лесным грунтом снижается, а буксование увеличивается, крутящие моменты распределяются на четыре колеса.

При движении на поворотах передача моментов осуществляется тремя колесами, так как конструкция обгонной муфты позволяет на поворотах наружному колесу вращаться, не передавая крутящего момента. При этом внутреннее колесо активного полуприцепа передает увеличенный момент по сравнению с движением по прямому участку.

На рис. 2.5 представлена осциллограмма испытаний трактора Т-25АЛ на трелевке леса от рубок ухода в Лисинском лесхозе.

Рама трактора Т-25 АЛ состоит из двух полурам - передней и задней, соединенных между собой шарниром, позволяющим осуществлять пово­ рот полурам относительно друг друга в двух плоскостях - в горизонталь­ ной и вертикальной (поперечной).

Устройство шарнира показано на рис. 2.6 [7]. Ш арнир состоит из двух труб - внутренней 4 и наружной 5, которые могут вращаться друг относи­ тельно друга в вертикальной (поперечной) плоскости. Для уменьшения трения между трубами установлены бронзовые втулки 3. Во внутренней трубе проходит вал 9, который передает крутящий момент от синхронного вала отбора мощности на задний мост. Крутящий момент передается при помощи карданных валов. Н а головках карданных валов установлены резиновые втулки 1. Наличие в головках карданные валов эластичных ре­ зиновых втулок смягчает ударные нагрузки на детали ш арнира и синхро­ низирующего редуктора.

Вал 9 вращается на двух подшипниках 7 и 10 и с двух сторон закрыт крышками 2. Для смазки трущихся поверхностей установлена масленка 8.

Н а конец вала, имеющий наружные шлицы, устанавливается стакан с внутренними шлицами 1 1, который служит для соединения с карданным валом. Стакан крепится от осевого смещения гайкой 12. Н а другой конец вала с внутренними шлицами устанавливается стакан с наружными ш ли­ цами, также для соединения с карданным валом.

JРис. 2.5. Осциллограмма испытаний трактора T-25AJI М \ - крутящий момент на переднем левом колесе; М 2 - крутящий момент на переднем правом колесе; Мз - крутящий момент на заднем левом колесе; М 4 - крутящий момент на заднем правом колесе; Pw - усилие в тросе; а - угол наклона троса 1 - резиновая втулка; 2 - крышка; 3 - бронзовая втулка; 4 - внутренняя труба;

5 - наружная труба; 6 - кронштейн; 7, 10 - подшипники, 8 - масленка;

На наружной трубе 5 шарнира установлены кронштейны 6, позволяю­ щие осуществлять поворот трактора в горизонтальной плоскости.

Поворот активного полуприцепа в двух плоскостях дает возможность колесам не отрываться от почвы, что повышает устойчивость и проходи­ мость в тяжелых лесных условиях.

Передняя полурама изготовлена из двух швеллеров, которые крепятся к корпусу главной передачи одноосного модуля. Передняя полурама под­ держивает двигатель, а поддон, установленный снизу, предохраняет двига­ тель от встречающихся на пути препятствий: пней, сучьев, деревьев и т.п.

К передней полураме крепится топливный бак, а также может крепиться отвал, необходимый для штабелевки хлыстов и сортиментов и других ра­ бот. Передняя полурама выполнена разборной, что позволяет при ремонте менять узлы.

Задняя полурама выполнена из двух частей, которые поперечными свя­ зями соединяются в жесткую коробчатую конструкцию.

На задней полураме, изображенной на рис. 2.7, устанавливается техно­ логическое оборудование. На ней монтируется также задний ведущий мост с тормозами и конечными передачами. Регулировка дорожного просвета производится переналадкой бортовых редукторов. Задний ведущий мост изображен на рис. 2.8.

1 - кронштейн шарнира; 2 - корпус полурамы; 3 - задний ведущий мост с тормозами; 4 - конечная передача (бортовой редуктор);

Тормоза и конечные передачи заднего моста унифицированы с тормо­ зами и конечными передачами переднего моста трактора. Задний ведущий мост трактора Т-25 АЛ унифицирован с узлами переднего ведущего моста сельскохозяйственного трактора Т-40АМ.

Аналогичный мост устанавливается также на перспективный трактор Т-30 А Владимирского тракторного завода.

Картер обгонной муфты заднего моста при помощи специальных пла­ стин соединяется с боковыми частями задней полурамы и корпусами тор­ мозных рукавов.

Карданные валы передают крутящий момент от синхронизирующего редуктора к заднему ведущему мосту трактора. Карданная передача также унифицирована с карданной передачей автомобиля ГАЗ-53 или трелевоч­ ного трактора ТДТ-55А.

Как видно из описанного выше устройства, трактор Т-25 АЛ имеет вы­ сокую степень унификации. Унификация деталей и узлов при создании трактора предусматривает применение в конструкции машин одних и тех же деталей, узлов, агрегатов. Это способствует сокращению номенклатуры деталей, уменьшению стоимости изготовления трактора, облегчает снаб­ жение предприятия и упрощает организацию производства трактора, его эксплуатацию и ремонт [3,7,8,15].

1 - конечная передача (бортовой редуктор); 2 - тормозной рукав;

3 - плита; 4 - корпус полурамы; 5 - корпус главной передачи При проектировании трактора Т-25 АЛ на основе унификации исполь­ зовался принцип конструктивной преемственности, при которой в конст­ рукции в максимальной степени используются детали и узлы, уже приме­ ненные в других машинах и агрегатах.

Поворот трактора в горизонтальной плоскости осуществляется при по­ мощи двух гидроцилиндров ЦС-36, установленных на специальных крон­ штейнах слева и справа от шарнира, сопрягающего полурамы трактора.

Для управления гидроцилиндрами поворота применяется гидрообъемное рулевое управление.

Принципиальная схема гидрообъемного рулевого управления трактора T-25AJI показана на рис. 2.9 [7].

Рис. 2.9. Гидравлическая схема рулевого управления:

1 - насос масляный НШ-10ЕЛ; 2 - золотник; 3 - насос-дозатор;

4 - гидроцилиндры поворота; 5 - распределитель; 6 - гидроцилиндры управления погрузочным щитом; 7 - фильтр; 8 - гидробак Масляный насос НШ -10ЕЛ (рабочее давление 10 МПа) предназначен для подачи рабочей жидкости в агрегаты гидравлической системы. М еха­ низм включения насоса представляет собой соединительную шариковую муфту, с помощью которой можно включать и выключать насос при рабо­ тающем двигателе.

Распределитель Р-75-В2А направляет поступающий от насоса поток масла в соответствующие полости, автоматически переключает насос на холостой ход и предохраняет систему от перегрузок. С помощью насосадозатора можно управлять гидроцилиндрами поворота 4 при работающем насосе (с усилением) и не работающем (без усиления). Жидкость, нагне­ таемая насосом через золотник 2, поступает в насос-дозатор 3, из которого направляется на гидроцилиндры поворота 4. При этом осуществляется плавный поворот влево или вправо, позволяя трактору Т-25 АЛ, в случае необходимости, проезжать под пологом леса между отдельно стоящими деревьями, не повреждая их. Для возможности управления трактором при неработающем двигателе гидробак 8 должен располагаться значительно выше насоса-дозатора 3.

Кроме гидроцилиндров поворота 4 на тракторе Т-25 АЛ установлены гидроцилиндры 6 управления погрузочным щитом. Эти гидроцилиндры могут применяться и для другого технологического оборудования.

Гидроцилиндры погрузочного щита управляются с помощью рычага одного из золотников распределителя 5.

Для нормальной работы всех гидроцилиндров необходима тщательная фильтрация масла. Загрязнение масла может вызвать засорение автомати­ ческих устройств золотников, перепускного и предохранительного клапа­ нов. Для предотвращения этого в гидросистеме установлен фильтр 7.

Опыт работы трактора Т-25 АЛ показал надежность работы гидрообъ­ емного рулевого управления. На следующих моделях трактора Т-25 АЛ предусматривается установка двух насосов Н Ш -10ЕЛ, что позволит обес­ печить автономную работу системы гидрообъемного рулевого управления и повысить ее надежность.

2.2. Технологическое оборудование лесного Лесохозяйственный колесный трактор Т-25 АЛ предназначен для меха­ низации работ в лесном хозяйстве как на рубках ухода, под пологом леса, так и в лесных питомниках.

Небольшие габариты и масса трактора в сочетании с высокой прохо­ димостью и маневренностью позволяют широко применять его в лесном хозяйстве.

При работе под пологом леса трактор не повреждает подрост и корни деревьев; колеса большого диаметра с шинами низкого давления не нару­ шают лесной грунт; шарнирная рама позволяет проезжать между отдельно растущими деревьями, не повреждая их.

Конструкция трактора позволяет монтировать на нем различное техно­ логическое оборудование. Например, на задней полураме можно устано­ вить трелевочный щит и лебедку, гидравлический манипулятор и коник, срезающее устройство, устройство для вертикальной разделки деревьев, электрифицированный лесохозяйственный агрегат ЭЛХА и др.

Кроме того, трактор можно оборудовать серийной гидравлической на­ веской для агрегатирования с лесохозяйственными машинами, что позво­ лит применять его на технологических операциях в лесных питомниках, на обработке почвы, посадке саженцев, посеве лесных семян и т.д.

Причем все перечисленное технологическое оборудование является съемным, что позволит в короткий срок переоборудовать трактор для раз­ личных работ.

Трактор может выполнять лесохозяйственные работы во всех типах древостоев и искусственных лесонасаждениях [8].

Выполнение возросших объемов рубок ухода невозможно без ш ироко­ го применения средств механизации.

Проведение рубок ухода с применение средств комплексной механиза­ ции предусматривает проведение подготовительных работ на лесосеке.

Для трелевки леса тракторами нужна сеть технологических коридоров и верхних складов, чтобы при работе машин и механизмов обеспечить мак­ симальную сохранность от механических повреждений оставляемой части древостоя, подроста и почвы. Механические повреждения, наносимые стволам и корневым системам деревьев при валке и трелевке, могут быть причиной болезней, ослабления устойчивости насаждений к неблагопри­ ятным метеорологическим условиям.

Под технологией рубок ухода понимают способ вырубки и удаления из насаждений назначенных в рубку деревьев с целью выращивания высоко­ продуктивных насаждений. Технология рубок ухода при комплексной ме­ ханизации лесосечных работ состоит из подготовки лесосеки - устройство верхних складов, магистральных трелевочных волоков, технологических коридоров, подъездов к лесовозным дорогам, а также способов выполне­ ния технологических операций - валки деревьев, обрезки сучьев, трелевки хлыстов или сортиментов.

Технологические схемы разработки лесосек в зависимости от ширины пасек могут быть широкопасечными (80...100 м), среднепасечными (30...

50 м) и узкопасечными ( 1 0. 2 0 м).

На рис. 2.10 показана среднепасечная технологическая схема разработ­ ки лесосеки при прореживании и проходных рубках ухода за лесом. Тех­ нологические коридоры предназначены для движения тракторов при тре­ левке леса. М агистральный трелевочный волок соединяет верхний склад с несколькими технологическими коридорами.

Рис. 2.10. Технологическая схема механизированных рубок ухода:

1 - верхний склад; 2 - магистральный трелевочный волок;

3 - технологический коридор; 4 - лесохозяйственный колесный трактор Т-25АЛ; 5 - штабель хлыстов или деревьев с кроной Для валки деревьев при проведении рубок ухода в молодняках (освет­ ление, прочистки) применяются моторные инструменты «Секор», РЭС-2.

Для валки деревьев и обрезки сучьев при прореживании и проходных руб­ ках ухода эффективно используются ручные бензиномоторные пилы «Тай­ га-214», МП-5, «Урал-2» и др.

При среднепасечных технологических схемах лесохозяйственный ко­ лесный трактор успешно применяется на формировании пачек и трелевке деревьев, хлыстов или сортиментов. При этом расстояние трелевки может быть значительно увеличено.

При узкопасечных технологических схемах лесохозяйственные моди­ фикации тракторов применяются на трелевке древесины по технологиче­ ским коридорам до лесовозных дорог. Кроме того, они могут служить ба­ зой для легких валочных и валочно-пакетирующих машин. При этом они оснащаются манипуляторами и валочно-срезающими устройствами.

Применение манипуляторных машин на рубках ухода, как и на всех видах рубок леса, является большим достижением научно-технического прогресса, имеет целый ряд важных преимуществ: достигается максималь­ ная механизация процесса, исключается полностью ручной труд, значи­ тельно улучшаются условия труда [7].

Примеры применения трактора Т-25 АЛ с манипуляторным технологи­ ческим оборудованием приведены на рис. 2.11 - 2.13.

Рис. 2.11. Трактор Т-25 АЛ с манипулятором и зажимным коником для трелевки хлыстов или деревьев: 1 - кабина; 2 - кониковое зажимное устройство; 3 - ма­ нипулятор с захватом для формирования пачки хлыстов или деревьев Рис. 2.12. Трактор Т-25 АЛ с манипулятором и срезающим устройством На трелевке хлыстов от рубок ухода может применяться трактор Т-25 АЛ с чокерным оборудованием. Схема размещения технологического оборудования на трелевочном тракторе показана на рис. 2.14.

В качестве технологического оборудования на тракторе установлены лебедка и погрузочный щит для трелевки тонкомерной древесины, хлы­ стов, деревьев и, в случае необходимости, отходов лесозаготовительного производства.

Рис. 2.14. Трактор Т-25 АЛ со щитом и лебедкой: 1 - кабина; 2 - лебедка;

3 - погрузочный щит; 4 - задний мост; 5 - задняя полурама; 6 - шарнир;

Кабина 1 трактора имеет ограждение и достаточно прочный каркас, способные защитить оператора при опрокидывании.

Трелевочная лебедка 2 имеет реверсивное устройство, что значительно облегчает работу оператора при трелевке леса. Кинематическая схема ре­ версивного устройства представлена на рис. 2.15. Трелевочная лебедка и реверсивное устройство позаимствованы от автомобиля ГАЗ-66-02.

Рис. 2.15. Кинематическая схема реверсивного устройства:

1 - карданная передача; 2 - корпус; 3 - блок шестерен включения реверса; 4 - червячный редуктор; 5 - барабан лебедки Кроме своего основного назначения лебедка может быть использована и для самовытаскивания трактора.

Передаточное число глобоидальной передачи........... Число зубьев червячного колеса

Число заходов червяка

Диаметр троса, м м

Тяговое усилие, Н

Масса, к г

Погрузочный щит 3 (см. рис. 2.14) имеет две точки перегиба, что зна­ чительно упрощает кинематику его рабочего движения и управление им.

Погрузочный щит предназначен для втаскивания на него пачки леса или отдельных хлыстов и деревьев, а также отходов лесозаготовок, сформиро­ ванных в пакеты. Во время сбора отдельно лежащих на лесосеке деревьев, погрузочный щит служит упором. Погрузочный щит управляется при по­ мощи гидроцилиндров, установленных на задней полураме 5. На тракторе Т-25АЛ устанавливаются колеса размером 10-28", 9-32" или 9,5-32".

Тип трактора

Марка

Габаритные размеры, м:

длина

ширина

высота

Ширина колеи

База, м

Дорожный просвет

Масса, кг (без груза)

Грузоподъемность, Н

Скорости движения (расчетные), вперед и назад, м/с (км/ч):

на I передаче

на II передаче

на III передаче

на IV передаче

на V передаче

на VI передаче

на I замедленной передаче

на II замедленной передаче

Тяговые усилия (расчетные), Н:

на I передаче

на II передаче

на III передаче

на IV передаче

на V передаче

на VI передаче

на I замедленной передаче

на II замедленной передаче

Т ип

Марка

Мощность, кВт (л.с.)

Диаметр цилиндра, м м

Ход поршня, м м

Степень сжатия

Рабочий объем, л

Топливо

Размер шин

Масса колеса, к г

Давление в шинах, М Па

Динамический радиус колеса (9-32"), м

Лебедка

Тросоемкость барабана, м

Тяговое усилие лебедки, Н

Трелевочный щ ит

Привод щита

Производительность трактора на трелевке леса от рубок ухода зависит от расстояния трелевки, среднего объема трелюемых хлыстов (деревьев), почвенно-грунтовых условий, рельефа местности и типа технологического оборудования.

Сменная производительность трелевочного трактора с чокерным тех­ нологическим оборудованием определяется по формуле [7] где Т - продолжительность смены, с; tn - время на подготовительно­ заключительные операции, с ( ^ = 1800...2400 с); Q - объем трелюемой пач­ ки, м3; фр - коэффициент использования расчетной нагрузки на рейс трак­ тора (фр = 0,8...0,9); t1 - время движения трактора в холостом направлении, с; t2 - время движения трактора в грузовом направлении, с; t3 - время на чокеровку деревьев и формирование пачки, с; t4 - время на отцепку пачки и чокеров на погрузочном пункте, с.

Значения t1, t2, t3 и t4 определяются по формулам [7] где l - среднее расстояние трелевки, м; их - скорость движения без груза, м/с; иг - скорость движения трактора с грузом, м/с; a, b, с - постоянные ко­ эффициенты, - определяются опытным путем (а = 4,0; b = 0,4; с = 0,5);

Qm - средний объем хлыста, м3; qо - ликвидный запас древесины, предна­ значенный для рубок ухода на 1 га, м3.

В настоящее время большое внимание уделяется охране окружающей среды. Это в большой степени относится к лесной промышленности и лес­ ному хозяйству.

Рациональное использование лесосек, повышение выхода готовой про­ дукции из одного кубометра леса, сохранение лесной среды - важнейшие требования для научно-исследовательских институтов, конструкторских бюро и заводов-изготовителей, создающих лесную технику.

В связи с этим, большое внимание должно быть уделено лесовосстано­ вительным работам, которые проводятся после сплошных рубок, а также мероприятиям по уходу за лесом в период его созревания, которые весьма интенсивно воздействуют на древостой.

К лесовосстановительным работам относятся работы по подготовке территории, подготовке почвы, посадке саженцев или посеву лесных се­ мян, уходу за лесными культурами.

Для проведения лесовосстановительных работ трактор Т-25 АЛ может быть оборудован серийной сельскохозяйственной навесной системой (рис.

2.16).

Навесное устройство служит для быстрого присоединения к трактору навесных лесохозяйственных машин и орудий, для перевода их из рабоче­ го в транспортное положение и наоборот, обеспечивает правильное поло­ жение рабочих органов лесохозяйственных машин и орудий в почве при выполнении различных видов лесовосстановительных работ.

Техническая характеристика заднего навесного устройства Схема

высота

основание

Ход оси подвеса, м

Рис. 2.16. Трактор Т-25АЛ с гидравлической навесной системой Трактор Т-25АЛ, оборудованный навесным устройством, может агрегатироваться с различными лесохозяйственными машинами. Например, по двух- или трехточечной схеме могут агрегатироваться следующие машины [7,8]:

- дисковый культиватор КЛБ-1,7;

- лесопосадочная машина СЛН-1;

- плуг однокорпусный ПН-30Р;

- плуг двухкорпусный П-2-25;

- борона дисковая БДН-1,3 и другие машины.

Таким образом, трактор Т-25 АЛ способен механизировать большое ко­ личество технологических операций, что позволяет в целом по лесному хо­ зяйству увеличить производительность труда и повысить выход деловой продукции с одного гектара леса.

2.3. Исследование компоновки лесных колесных Обобщенная принципиальная расчетная схема сил и моментов, дейст­ вующих на корпус ЛКТ, двигающегося на подъем с пачкой леса (хлыстов или деревьев с кроной), изображена на рис. 2.17.

Для упрощения расчетного случая принимаем установившийся режим движения трактора. Ускорения, возникающие при разгоне (трогании с мес­ та) или торможении, в данном случае отсутствуют, т.е. х = 0. Скорость дви­ жения трактора с грузом считаем постоянной, ит= const.

Рис. 2.17. Расчетная схема сил и моментов, действующих Н а расчетной схеме (рис. 2.17) приняты следующие обозначения:

Gk - сила тяжести корпуса трактора (без колес), Н; N - вертикальная тех­ нологическая нагрузка от силы тяжести пачки деревьев (при трелевке ком­ лем вперед N ^ ^ G ^ s a ), Н; Т - горизонтальная технологическая нагрузка от сопротивления волочащейся части пачки деревьев (при трелевке комлем вперед сила тяжести волочащейся части пачки составляет 0,4Gn), Н; Gn сила тяжести пачки деревьев, Н; 1, 2 - точки опор переднего и заднего мостов корпуса трактора, соответственно; Z1 - нормальная суммарная ре­ акция на две опоры переднего моста корпуса трактора от ходовой системы, Н; Z2 - нормальная суммарная реакция на две опоры заднего моста корпуса трактора от ходовой системы, Н; Gk sina - проекция силы тяжести Gk на ось Х; Gk ^ s a - проекция силы тяжести Gk на ось Z; a - угол уклона пути, град.; Р к1, Р к2 - касательные силы тяги на переднем и заднем ведущих мос­ тах трактора, соответственно, Н; S 1, S2 - силы сопротивления качению пе­ редних и задних колес трактора, соответственно, Н; М р1, М р2 - реактивные моменты переднего и заднего ведущих мостов трактора, соответственно, Н-м; ит - скорость движения трактора, м/с; Р дин - динамическая сила трак­ тора, возникающая при трогании с места и торможении, а также в случае неустановившегося движения ( х ^0; ит^ const), Н; - плечо силы N отно­ сительно опоры 2 трактора, м; О - центр масс трактора; ацм - продольная координата центра масс трактора; ^ цм - высота центра масс трактора, м;

L т- база трактора, м; hx - высота точки опоры груза, м; гдк - динамический радиус колеса, м.

Для проведения анализа компоновки трактора необходимо определить горизонтальную ацм и вертикальную координаты центра его масс.

Расчетная схема для определения координат центра масс ЛКТ (без гру­ за, при a= 0) представлена на рис. 2.18. На изображенной расчетной схеме положение центра масс трактора определяется горизонтальной координа­ той а цм (/2=ацм) и вертикальной - ^ м; /цм - расстояние от центра масс до оси Z; /о - расстояние от опоры переднего моста до оси Z.

Рис. 2.18. Расчетная схема для определения положения центра масс Координаты центра масс определяются графоаналитическим методом, при котором выражение горизонтальной координаты /цм относительно оси Z имеет вид где т. - масса каждого узла, кг; /. - координата центра масс каждого узла трактора по оси X; тт- масса трактора, кг.

Вертикальная координата hm определяется из выражения где h. - координата центра масс каждого узла трактора по оси Z.

Радиус инерции трактора где р. - радиус инерции каждого узла трактора, м.

Относительно оси переднего моста трактора расстояние /1= /цм- /о. То­ гда горизонтальная координата центра масс относительно оси заднего мос­ та равна Данные для расчета положения центра масс и радиуса инерции треле­ вочного трактора Т-25АЛ сведены в табл. П1.1 и табл. П1.2 приложения 1.

Из табл.П1.1 по формуле (2.4) находим горизонтальную координату центра масс трактора /цм относительно оси Z Расстояние от опоры переднего моста трактора Т-25 АЛ до оси Z со­ ставляет /о =1,56 м, база трактора = 2,14 м. Соответственно, согласно (2.7) получаем горизонтальную координату центра масс относительно зад­ него моста Далее из табл. П1.1 определяем значение р. Это делается делением суммарной величины, полученной в графе 7, на массу трактора (2.6), т.е.

Следовательно, радиус инерции р будет равен По данным табл. П1.2 определяем вертикальную координату центра масс h ^, используя формулу (2.5). Получаем Итак, для трелевочного трактора Т-25 АЛ координаты центра масс имеют следующие значения: ацм= 1,49 м; ^ м = 0,93 м.

2.3.4. В ывод зависим остей для опр ед ел ения Итак, как уже указывалось, рассматриваем установившееся движение (Рдин = 0). При этом ux= const и х = 0. При установившемся движении общая касательная сила тяги Р о равна сумме всех сил сопротивления ХРя (см. рис.

2.17) где P f - сила сопротивления движению трактора с грузом, Н, где Gx - сила тяжести трактора, Н, где G4kot - сила тяжести всех колес трактора, Н; f - коэффициент трения качения ( f = 0,12).

Так как Р о = ХРя, то касательная сила тяги Р о определится из выраже­ ния Реактивные моменты на ведущих колесах трактора определятся из вы­ ражения Учитывая выражение касательной силы тяги Р о (2.10), выражение для определения реактивных моментов будет выглядеть следующим образом Для определения реакции Z1 составим уравнение моментов относи­ тельно точки 2 (см. рис. 2.17):

Отсюда получим Уравнение равновесия сил по оси Z:

Отсюда Для проведения дальнейших вычислений необходимо определить зна­ чения технологических сил N и Т.

т ехнол огич еских сил, д ействую щ их на Расчетная схема для определения технологических сил N и Т представ­ лена на рис. 2.19.

Рис. 2.19. Расчетная схема для определения технологических сил, Н а расчетной схеме приняты следующие обозначения:

^ и Тп - технологические силы, действующие на комлевую часть пачки леса, в случае ее подвеса в точке А, Н; N и Т - технологические силы, дей­ ствующие на корпус трактора от пачки леса, лежащей на конике трактора, Н; - длина пачки леса, м; /х - расстояние от вершины (т. В) до центра масс пачки леса, м; т. О - центр массы пачки леса; Р - угол наклона оси пачки леса к поверхности пути, град; F xF - сила трения волочащейся части пачки леса, Н.

Для проведения расчетов примем ряд следующих допущений:

1) Угол Р имеет небольшие значения, поэтому принимаем угол Р«0, соответственно, ось пачки леса (хлыстов или деревьев с кроной) па­ раллельна пути;

2) Реакция грунта на часть пачки леса, волочащейся по земле, перпен­ дикулярна оси X;

3) Сила трения Р тр волочащейся части пачки деревьев и реакция грунта Rz на эту часть пачки леса приложены в центре пятна контакта крон деревьев с грунтом, и для упрощения схемы приведены к точке В (см. рис.2.19) [3];

4) Движение трактора принимается установившееся (ux= const и х = 0).

Проведем силовой анализ схемы Отсюда реакция грунта или где f п - коэффициент трения пачки леса о почву, f п = 0,6; п = /х /Lx.

или После преобразований сумма проекций всех сил на ось Х примет вид Далее определим технологические силы N и T, принимая Итак, мы вывели зависимости (2.14), (2.15) для определения реакций Z1 и Z2, действующих на корпус трактора (без учета сил тяжести колес), а также определили составляющие технологических сил N и Т, действующих на трактор при трелевке пачки леса.

Зная силу тяжести одного колеса трактора GK найдем далее давления под колесами трактора Z™™ и Z 2ю™ :

Отсюда, с учетом выражений реакций Z1 и Z2 по (2.14), (2.15) и техно­ логических сил N и Т по (2.18), (2.19), для определения давлений под колеполн полн сами Z1 и Z 2 получаем окончательно следующие выражения:

- [G n(1-n) cos a-fn + Gn sina](hx - Гдк) - [(Gx + п -Gn) cos a - f + Исходные данные для проведения исследования нагруженности ходо­ вой части трелевочного трактора Т-25АЛ приведены в табл. 2.3.

Значения параметров трелевочного трактора Т-25 АЛ 1 GK- сила тяжести корпуса трактора Н 27320 Без учета груза и колес Gn - сила тяжести пачки леса L - база трактора В - ширина колеи трактора 9 ^ кол - геометрический диаметр колес мм 1270 Колесо 9-32" 14 f п- коэффициент трения волоча­ 15 f к- коэффициент трения качения 16 0 ш- предельная нагруженность 17 р ш- давление в шине 18 aN - плечо силы N hx- вертикальная координата Ширина колеи трактора В регулируется. Колею ведущих колес переднего активного модуля изменяют так же, как и у трактора Т-40АЛ,- поворотом и перестановкой обода и диска колеса [9, 16]. При этом колеса с шинами 9-32" позволяют получить колею от 1100 до 1500 мм с интервалами в 50 мм, а колеса с шинами 10-28" - колею 1200, 1300, 1370 и 1470 мм.

Используя данные табл. 2.3 по формулам (2.23), (2.24) вычисляются давления под передними и задними колесами трактора Z™™, Z™™. Рас­ четы производятся для различных углов уклона пути а в диапазоне от -30° до +30° с шагом 5°.

Значения давлений Z ^ 0IШ Z ^олн, а также соответствующие им значе­ ния коэффициента неравномерности распределения давлений на грунт К н согласно (1.11), заносятся в табл. 2.4. Затем строятся графики изменения Z ^ oляи Z 2олн (рис. 2.20). Проводится анализ нагруженности ходовой части трактора.

С учетом расчетной вертикальной координаты центра масс трактора h ^ по формуле (1.13) определяется предельный угол крена ЛКТ упр при дви­ жении с грузом. Для чего вначале рассчитывается вертикальная техноло­ гическая нагрузка N по формуле (2.18) с учетом (2.20) при угле уклона пу­ ти а=0°.

После этого делаются выводы и даются рекомендации по компоновке трактора.

Рис. 2.20. Графики изменения технологических сил N, Т, касательной силы Р0 и силы трения Fxp (а), Z^™ и Z2п (б) и Кн (в) в зависимости от угла уклона пути а, при движении трелевочного трактора Т-25АЛ с грузом (Vu = 1,5 м3) Результаты расчета значений технологических сил и давления под колесами трелевочного трактора Т-25АЛ (Vn = 1,5 м3) компоновки тр ел евочного тр актор а Т-2 5АЛ Определение и использование дискретного аргумента. Дискретным называется аргумент, принимающий ряд значений, отделяемых одинако­ выми шагами. Чтобы определить дискретный аргумент, введите имя пере­ менной, сопровождаемое двоеточием и диапазоном значений. В нашем случае для ввода исходных данных для расчета горизонтальной и верти­ кальной координат центра масс и радиуса инерции трелевочного трактора переменная i принимает значения от 1 до 35 - по количеству узлов и меха­ низмов указанных в табл. П1.1 и П1.2. Введите i и затем нажмите клавишу двоеточия ( : ) для режима работы клавиатуры «английский [США]». П ус­ тое поле указывает, что M athcad ожидает определение для i. В этот момент M athcad не знает, будет ли i обычной переменной или дискретным аргу­ ментом. Введите 1, 2 и затем нажмите клавишу точки с запятой ( ; ), - это сообщает Mathcad, что определяется дискретный аргумент. M athcad пока­ зывает точку с запятой как две точки.., что означает диапазон значений с шагом A i = 1. Завершите определение дискретного аргумента, введя зна­ чение ограничивающее диапазон - 35:

Если в выраж ении используется дискретный аргумент, M athcad вы­ числяет выраж ение один раз для каждого значения дискретного аргумен­ та. Это правило мы будем использовать не только для организации таблиц ввода исходных данных, но и для определения давления под передними и задними колесами трактора для различных углов уклона пути а в диапазо­ не от -3 0 ° до +30° с шагом 5°.

Определения координат центра масс ЛКТ Ввод знака = после выражения с дискретными переменными создает таблицу ввода. Чтобы ввести данные из табл. П1.1 и П1.2 определите дис­ кретный аргумент ( i ), затем введите следующие выражения для mi, li, (р 2 )i и hi, используя символ определения:

Для ввода числовых значений в поля таблицы используйте клавишу за­ пятой, например, для значений mi: 285.0, 195.0, 184.0, 80.0, 115.0, и т.д.

Распределите выражения по длине командной строки как показано ни­ же для первых пяти строк таблицы ввода данных:

Двигатель с воздухоочистителем Кабина с оборудованием Колёса передние (9,5-32") Муфта сцепления и пром. передача Тракторист и сидение Для создания текстовой области установите курсор в том месте, где предполагается размещение области, выберите из меню системы В стави ть строку Т ек сто вая О бласть. M athcad создаст текстовую область, крестооб­ разный курсор преобразуется в маркер ввода и появится текстовая рамка.

Когда ввод текстовых пояснений закончен, щелкните вне текстовой облас­ ти и текстовая рамка исчезнет. M athcad игнорирует текст при выполнении вычислений. Рамку с текстом можно перемещать в любое место рабочего поля, выделив ее нажатием левой клавиши мыши и удерживая ее нажатой при перемещении.

Промежуточные вычисления в табл. П1.1 и П1.2 выполняются по сле­ дующим выражениям:

М асса трактора и массы приходящиеся на переднюю и заднюю оси оп­ ределяются из выражений:

Итого на переднюю ось, кг:

Далее листинг программы выглядит следующим образом:

Горизонтальная координата центра масс трактора, относительно оси Z, м:

Расстояние от опоры переднего моста трактора Т-25АЛ до оси Z составляет I0 := 1.56 м, база трактора Ьт := 2.14 м.

Горизонтальная координата центра масс трактора, относительно заднего моста, м:

Радиус инерции трелёвочного трактора Т-25АЛ, м:

Вертикальная координата центра масс трактора, м:

О пределение давлений под передними и задними колесами трел е­ вочного трактора Т-25АЛ в зависимости от угла наклона пути Перед составлением основных расчетных формул (2.10)-(2.22) в про­ грамму необходимо ввести исходные данные из табл.2.3.:

Значения параметров трелёвочного трактора Т-25АЛ:

1. Сила тяжести корпуса трактора (без учета груза и колес), Н: GK := 2. Сила тяжести трактора (без учета груза, но с учетом колес), Н: От := 3. Сила тяжести пачки деревьев (хлыстов), объёмом Уп = 1,5 м3, Н ^ := 4. Сила тяжести одного колеса 9-32", Н:

5. Ширина колеи трактора, м:

6. Динамический радиус колеса 9-32", м:

8. Расстояние от вершины до центра масс пачки деревьев, м:

9. Коэффициент n = !х/Ьх, при трелёвке комлем вперед: n : = --п : = 0. 10. Коэффициент трения волочащейся части пачки о грунт:

11. Коэффициент трения качения колес:

12. Предельная нагруженность одной шины 9-32", Н:

13. Давление воздуха в шине 9-32", МПа:

14. Плечо действия технологической силы N, м:

15. Вертикальная координата точки приложения технологической силы N м:

Для различных углов уклона пути а в диапазоне от -30° до +30° с ша­ гом 5° опять используем дискретный аргумент, что позволит организовать таблицу вывода данных. В табл.2.4 приведен пример оформления резуль­ татов расчета значений технологических сил и давления под колесами для Уп = 1,5 м. Для ввода значений угла наклона в градусах используется встроенная единица измерений deg на которую надо умножить а. По умолчанию углы измеряются в радианах (rad). Переносить длинное мате­ матическое выражение на следующую строку можно используя комбина­ цию клавиш [Ctrl] + [Enter], но выполнить перенос можно только на опе­ рации сложения (перед знаком +). Для ввода нижних индексов использует­ ся соответствующая кнопка (x2) в строке меню системы Mathcad, или кла­ виша клавиатуры с нижней точкой (действует при «английском» раскладе клавиатуры) для более ранних версий.

а := —30,—25.. Изменение значений технологических сил от угла наклона пути, Н:

N (а ) := n ^ п -cos ( а -deg) T (а ) := Gп -(1 —n)-cos (a-deg)-fr[ + Gп -sin(a-deg) Изменение значений силы трения крон деревьев о грунт от угла наклона пути, Н:

Изменение касательной силы тяги трелевочного трактора Т-25АЛ, Н :

Изменение нормальной суммарной реакции на две опоры переднего моста корпуса тракто­ ра от ходовой системы, Н:

Изменение нормальной суммарной реакции на две опоры заднего моста корпуса трактора от ходовой системы, Н :

Изменение давления под колёсами трелёвочного трактора Т-25АЛ, Н :

Коэффициент неравномерности давлений на грунт:

Предельный угол крена трелёвочного трактора Т-25АЛ при движении с грузом, при а := Полученные в табл. 2.4 результаты нагляднее всего представить в виде графических зависимостей. В качестве примера, на рис. 2.20 представлены графики изменения технологических сил N, T, касательной силы Р0 и силы трения Ftp (а), а, при движении трелевочного трактора Т-25 АЛ с грузом (Уп = 1,5 м ).

Для создания графика в M athcad нужно указать мышью на том свобод­ ном месте, где его удобно разместить, и выбрать пункт Г р аф и к X-Y из подменю Г р аф и к и системного меню В стави ть. Появится пустой график с полями ввода для выражений, отображаемых по осям графика. В поле вво­ да под осью абсцисс вводится имя переменной а. В пустое поле в середине вертикальной оси вводятся через запятую выражения К (а ),Т (а ) и др., со­ держащие дискретную переменную, указанную для горизонтальной оси.

Определение сил, действующих на корпус трелевочного трактора, и исследования его компоновки проводятся при варьировании следующих параметров: рейсовая нагруз­ ка Уп (Сп); ширина колеи В; предельная нагруженность Qm одной или двух шин (по осям); давление в шине р ш плечо aN действия силы N; вертикальная координата hTточ­ ки приложения сил N и Т; способ трелевки - за комли (n = 0,6) или за вершины (n = 0,3).

На основании результатов исследований в выводах о качестве компоновки тракто­ ра необходимо осветить следующие вопросы:

1. Максимальная нагруженность передних и задних шин.

2. Соответствие нагрузок на шины допускаемым (см. приложение 3). Ограничения по заданной нагрузке на рейс.

3. Оценка качества компоновки трактора по коэффициенту неравномерности рас­ пределения давлений на грунт.

4. Оценка поперечной устойчивости трактора.

5. Рекомендации для успешной работы без ограничений по нагрузке на рейс.

2.4. Исследование компоновки лесных колесных тракторов (форвардеров) для транспортировки сортиментов Обобщенная принципиальная расчетная схема корпуса колесного лес­ ного трактора с шарнирной рамой, двигающегося на подъем с пакетом сортиментов, изображена на рис. 2.21.

Рис. 2.21. Расчетная схема сил и моментов, действующих на корпус Н а схеме показаны все силы и моменты, действующие на корпус трак­ тора с учетом технологической силы N от пачки сортиментов. Для упро­ щения расчетов принимается установившееся движение трактора (ско­ рость движения ит= const, ускорение х = 0).

На расчетной схеме (рис. 2.21) приняты следующие обозначения:

Ок - сила тяжести корпуса трактора (без колес), Н; N - вертикальная тех­ нологическая нагрузка от силы тяжести пакета сортиментов, Н; Gп - сила тяжести пакета сортиментов, Н; 1, 2 - точки опор переднего и заднего мос­ тов корпуса трактора, соответственно; Z1 - нормальная суммарная реакция на две опоры переднего моста корпуса трактора от ходовой системы, Н; Z - нормальная суммарная реакция на две опоры заднего моста корпуса трактора от ходовой системы, Н; s i ^ - проекция силы тяжести Gj^ на ось Х; Gj^ со sа - проекция силы тяжести Gj^ на ось Z; а - угол уклона пути, град.; Р о1 - касательная сила тяги на переднем ведущем мосте трактора, Н;

Р о2 - касательная сила тяги на заднем ведущем мосте трактора, Н; S 1, S2 силы сопротивления качению передних и задних колес трактора, соответ­ ственно, Н; М р1, М р2 - реактивные моменты переднего и заднего ведущих мостов трактора, соответственно, Н-м; ит - скорость движения трактора, м/с; Р дин - динамическая сила трактора, возникающая при трогании с места и торможении, а также в случае неустановившегося движения (X ^0;

const), Н; aN - плечо силы N относительно опоры 2 трактора, м; О - центр масс трактора; ацм - продольная координата центра масс трактора; h ^ высота центра масс трактора, м; Lt - база трактора, м; hT - высота центра тяжести пакета сортиментов, м; rm - динамический радиус колеса, м.

Для проведения анализа компоновки трактора необходимо определить горизонтальную ацм и вертикальную h ^ координаты центра его масс.

Расчетная схема для определения координат ацм и h ^ центра масс трактора-форвардера (без груза, при а= 0) представлена на рис. 2.22. На схеме приняты следующие обозначения: l2 = ацм ; /цм - расстояние от центра масс до оси Z; /о - расстояние от опоры переднего моста до оси Z.

Координаты центра масс /цм,, радиус инерции трактора р, горизон­ тальная координата ацм, здесь определяются также, как и для трелевочного трактора согласно формулам (2.4) - (2.7), соответственно.

Графоаналитический метод [7], используемый для определения коор­ динат центра масс ЛКТ - форвардера, представлен на расчетной схеме (см.

рис.2.22). Данные для расчета положения центра масс и радиуса инерции трактора Т-25АЛ - форвардера сведены в табл. П1.3 и табл. П1.4 приложе­ ния 1.

Рис. 2.22. Расчетная схема для определения положения центра масс Из табл. П1.3 по формуле (2.4) находим горизонтальную координату центра масс трактора /цм относительно оси Z Расстояние от опоры переднего моста трактора Т-25 АЛ до оси Z со­ ставляет /о =1,56 м, база трактора Ьт= 2,14 м. Соответственно, согласно (2.7) получаем горизонтальную координату центра масс относительно зад­ него моста Далее из табл. П1.3 определяем значение р. Это делается делением суммарной величины, полученной в графе 7, на массу трактора (2.6), т.е.

Следовательно, радиус инерции р будет равен По данным табл. П1.4 определяем вертикальную координату центра масс к цж, используя формулу (2.5). Получаем Итак, для трактора Т-25 АЛ - форвардера координаты центра масс имеют следующие значения: ацм= 1,49 м; кцж= 0,93 м.

2.4.4. В ывод зависим ост ей для опр еделения Для проведения расчетов принимается установившееся движение трак­ тора (ит= const, х = 0) и следовательно, динамическая составляющая Р дин тягового баланса трактора равна нулю (Рдан = т т х ).

Касательная сила тяги Р о при установившемся движении равна сумме всех сил сопротивления ZPR (см. рис. 2.21) где P f - сила сопротивления качению трактора с грузом, Н.

Силу сопротивления движению трактора с грузом можно записать в следующем виде где Gi- - сила тяжести трактора, Н, G4к0л - сила тяжести всех колес трактора, Н; f - коэффициент трения ка­ чения ( f = 0,12).

Технологическая сила N в выражении (2.26) возникает от силы тяжести пакета сортиментов и с учетом угла уклона пути a определяется следую­ щим выражением Так как Р о = XPR, запишем на основании (2.25) с учетом (2.26) и (2.27) выражение касательной силы тяги Р о в виде Реактивные моменты на ведущих колесах трактора определятся из вы­ ражения Так как общая касательная сила тяги Р о = Р о1 + Р о2, то После подстановки в последнее уравнение выражения (2.27) для Р о, по­ лучим Для определения реакции Z1 составим уравнение моментов относи­ тельно точки 2 (см. рис. 2.21):

Отсюда получим Уравнение равновесия сил по оси Z: ZZ* = 0;

Отсюда Полное давление на грунт складывается из величины реакции на кор­ пус трактора и силы тяжести колес. Давление на грунт раздельно от перед­ них и задних колес трактора определяется согласно выражениям (2.21), (2.22).

Окончательно для определения Z ^ ^ Z Н°лн, с учетом силы тяжести колес и выражений (2.27), (2.31), (2.32), получаем следующие выражения:

давление от передних колес давление от задних колес Исходные данные для проведения исследования нагруженности ходо­ вой части трактора Т-25АЛ - форвардера приведены в табл. 2.5.

Используя данные табл. 2.5 по формулам (2.33), (2.34) вычисляются давления под передними и задними колесами трактора Z™™, Z™™. Рас­ четы производятся для различных углов уклона пути a в диапазоне от -30° до +30° с шагом 5°.

Значения параметров трактора Т-25АЛ - форвардера G - сила тяжести корпуса трактора 4 И - вертикальная координата Gn - сила тяжести пакета сорти­ В - ширина колеи трактора И - вертикальная координата Значения давлений ^ 1олн и Z™™, а также соответствующие им значе­ ния коэффициента неравномерности распределения давлений на грунт К н согласно (1.11), заносятся в табл. 2.6. Затем строятся графики изменения Z1IOлни Z 2олн (рис. 2.23). Проводится анализ нагруженности ходовой части трактора.

С учетом расчетной вертикальной координаты центра масс трактора Ицм по формуле (1.13) определяется предельный угол крена ЛКТ упр при дви­ жении с грузом. При этом принимается вертикальная технологическая на­ грузка N = Gn (угол уклона пути а=0°).

М етодика составления программы для исследования компоновки лесно­ го колесного трактора Т-25 АЛ в среде M athcad подробно рассмотрена в §2.3.8. В программе необходимо использовать выражения для составляю­ щих технологической силы N (2.27) и T = Gn sin а, силы сопротивления движению сортиментовоза с грузом (2.26) и касательной силы тяги (2.28).

Рис. 2.23. Графики изменения технологических сил N, T, касательной силы Р0 и силы сопротивления движению Pf (а), Z^™ и Z2nолн (б) и Кн (в) в зависимости от угла уклона пути а, при движении сортиментовоза Т-25 АЛ с грузом (Уп = 1,5 м3) Результаты расчета значений технологических сил и давления под колесами Определение сил, действующих на корпус сортиментовоза Т-25 АЛ, и исследования его компоновки проводятся при варьировании следующих параметров: рейсовая на­ грузка п (Сп ширина колеи В; предельная нагруженность Qшодной или двух шин (по осям); давление в шине р ш плечо aN действия силы N; вертикальная координата И точ­ ки приложения силы N.

На основании результатов исследований в выводах о качестве компоновки тракто­ ра необходимо осветить следующие вопросы:

1. Максимальная нагруженность передних и задних шин.

2. Соответствие нагрузок на шины допускаемым (см. приложение 3). Ограничения по заданной нагрузке на рейс.

3. Оценка качества компоновки трактора по коэффициенту неравномерности рас­ пределения давлений на грунт.

4. Оценка поперечной устойчивости трактора.

5. Рекомендации для успешной работы без ограничений по нагрузке на рейс.

3. ЛЕСНОЙ КОЛЕСНЫЙ ТРАКТОР С ШАРНИРНОЙ

3.1. Устройство лесного колесного трактора Т-40АЛ Трактор Т-40 АЛ представляет собой одноосный моторный модуль трактора Т-40АМ в агрегате с активным полуприцепом (рис. 3.1) Рис. 3.1. Трелевочный трактор Т-40АЛ с чокерным технологическим оборудованием:

1 - передняя полурама; 2 - задняя полурама; 3 - центральный универсальный шарнир;

4 - синхронизирующий редуктор; 5 - ведущий мост активного полуприцепа; 6 - угло­ вой редуктор бокового ВОМа; 7 - карданный вал; 8 - лебедка; 9 - щит Активный полуприцеп является принадлежностью колесного трактора Т-40АМ и служит для повышения его тягово-сцепных качеств, проходимо­ сти и эффективности использования его в тяжелых условиях лесохозяйст­ венного производства.

Активный полуприцеп в агрегате с трактором Т-40АМ является энерге­ тическим средством механизации трелевки древесины при прореживании, проходных, санитарных, постепенных и выборочных рубках и для лесохо­ зяйственных работ по восстановлению леса и борьбы с лесными пожарами.

Агрегат является базой для выполнения транспортных работ и установ­ ки различного технологического оборудования.

Активный полуприцеп собирается из главной передачи и дифферен­ циала переднего ведущего моста, конечных передач и больших ведущих колес базового трактора.

Активный полуприцеп соединяется с трактором Т-40АМ рамой. Рама изготовляется из швеллеров и уголков и состоит из передней 1 и задней полурам (см. рис. 3.1), связанных между собой центральным универсаль­ ным шарниром 3, который обеспечивает поворот полурам активного полу­ прицепа в горизонтальной и поперечной плоскостях. Этим достигается по­ стоянный контакт всех колес с почвой при переезде препятствий высотой до 0,6 м.

Н а трактор Т-40АМ с активным полуприцепом установлено чокерное технологическое оборудование, которое состоит из серийной лебедки 8 от автомобиля ЗИЛ-131 с тяговым усилием до 39 200 Н и сварного щита 9.

Привод лебедки осуществляется через угловой редуктор 6 от бокового ВОМ и карданный вал от трактора ТДТ-55 (см. рис. 3.1).

Кинематическая схема силовой передачи активного полуприцепа и трактора Т-40АМ изображена на рис. 3.2 [3].

Привод колес 6 активного полуприцепа (заднего ведущего моста) осу­ ществляется от заднего синхронного вала отбора мощ ности (ВОМ) 1 трак­ тора Т-40АМ через синхронизирующий редуктор 2, карданную передачу 3, главную передачу и дифференциал со сдвоенной обгонной муфтой 4 двой­ ного действия храпового типа, аналогичную установленной на тракторе Т-25 АЛ, конечные передачи (бортовые редукторы) 5.

Синхронизирующий редуктор обеспечивает некоторое превышение (на 6,2 %) общего передаточного числа к колесам активного полуприцепа по сравнению с общим передаточным числом к колесам трактора Т-40АМ.

Для определения передаточного числа синхронизирующего редуктора служит зависимость где *вом - передаточное число конической пары привода заднего вала отбоZ1 17 i 3 i * ра мощности: *вом = — = — =1,31; * р - передаточное число синхронизис рующего редуктора; ir,n - передаточное число главной передачи полуприn цепа: izn = — = 4,33; iK n- передаточное число конечной передачи:

K n = 1 2 = 6,17; iTn - передаточное число главной передачи трактора Т-40АМ: iTn = — = 3,47; 1,062 - коэффициент на 6,2 % обеспечивающий превышение общего передаточного числа к колесам активного полу­ прицепа.

Рис. 3.2. Кинематическая схема силовой передачи колесного лесного трактора T-40AJI Значение чисел зубьев шестерен взято из кинематической схемы (см.

рис. 3.2), и они подставлены в равенство откуда ic p Синхронизирующий редуктор (рис. 3.3) имеет сварной корпус 1 и соби­ рается из шестерен 2 и 3, валов 4 и 5, подшипников 6 и 7, фланцев 8 и уп­ лотнительных элементов 9 серийного трактора ТДТ-55.

Ш естерня 2 с числом зубьев z = 26, ведомый вал 4, подшипники 6 и 7, фланцы 8 и уплотнительные элементы 9 берутся без переделки из редук­ тора привода лебедки трактора ТДТ-55. Ш естерня 3 с числом зубьев z = является шестерней пятой передачи каретки, пятой и четвертой передач коробки перемены передач трактора ТДТ-55.

Ведущий вал 5 синхронизирующего редуктора изготовляется из верхне­ го вала коробки передач того же трактора ТДТ-55.

1 - корпус; 2 - шестерня z = 26; 3 - шестерня z = 40; 4 - вал ведомый; 5 - вал ведущий;

6, 7 - подшипники; 8 - фланец; 9 - сальник Синхронизирующий редуктор 4 (см. рис. 3.1) монтируется на передней полураме 1 перед центральным универсальным шарниром 3.

Привод синхронизирующего редуктора осуществляется от заднего вала отбора мощ ности трактора Т-40АМ посредством карданного вала 7.

Дальнейшая передача крутящего момента от синхронизирующего ре­ дуктора 4 к ведущему мосту 5 активного полуприцепа осуществляется по­ средством серийных тракторных (ТДТ-55) карданных валов 7.

Активный полуприцеп подключается автоматически при пробуксовке колес переднего моторного модуля трактора Т-40АМ. Подключение обес­ печивается дифференциалом моста активного полуприцепа - сдвоенной об­ гонной муфтой двойного действия храпового типа, работа которой под­ робно описана ранее (см. рис.2.4).

Она состоит из корпуса 20 дифференциала, двух внутренних шлицевых обойм 21 и крышки. Корпус, крышка и ведомая коническая шестерня главной передачи соединены между собой четырьмя болтами и установле­ ны в двух шарикоподшипниках (рис. 3.4, а).

В отверстиях корпуса, крышки и ведомой шестерни расположены две оси 6, на каждой из которых на шпонке посажена собачка 4.

Рис. 3.4. Схема ведущего моста заднего активного полуприцепа трактора Т-40АЛ:

а - схема устройства моста, б, в - схемы работы дифференциала; 2 - корпус заднего моста, 3 - ведомая коническая шестерня, 4 - собачка, 6 - ось собачки, 7 - правая полу­ ось, 10 - стакан ведущей шестерни, 11 - вал ведущей шестерни, 12 - карданный вал, 19 - ведущая коническая шестерня, 20 - корпус дифференциала, 21 - шлицевые обоймы полуосей, 22 - тормозная шайба, 23 - рукав моста, 24 - левая полуось моста, 27 - вы­ движной кронштейн, 31 - двойная вилка карданного шарнира, 33 - ведущая шестерня, 34 - ось колеса, 35 - ведомая шестерня конечной передачи, 36 - корпус конечной пере­ дачи, 42 - задние ведущие колеса Если ведомая шестерня 3 (см. рис. 3.4, а) вращается, то собачки 4 вво­ дятся в зацепление с внутренними шлицевыми обоймами 21 полуосей си­ лой трения, возникающей между поверхностями тормозных шайб 22 и специальными упорами осей 6 собачек. Для создания силы трения оси по­ стоянно поджимаются к тормозным шайбам пружинами. Собачки входят в зацепление со шлицевыми обоймами одним концом в зависимости от на­ правления вращения ведомой шестерни дифференциала.

Когда передние колеса трактора вращаются с буксованием менее 4%, внутренние обоймы обгоняют ведомую шестерню, а собачки не могут вой­ ти в зацепление и вынуждены прощелкивать по зубьям внутренних обойм.

Задний мост в этом случае выключен (рис. 3.4, б).

Как только буксование передних колес достигнет 4%, движение тракто­ ра, а следовательно, и обороты задних колес замедляются настолько, что угловые скорости внутренних обойм и ведомой шестерни выравниваются.

Собачки входят в зацепление с внутренними обоймами (рис. 3.4, в). С дальнейшим увеличением буксования передних колес крутящий момент начнет передаваться от ведомой шестерни через собачки на внутренние обоймы через полуоси 7 и 24, карданные шарниры и конечные передачи к передним колесам. Задний мост будет включен. При уменьшении буксова­ ния передних колес внутренние обоймы вращаются быстрее ведомой ш ес­ терни, собачки выходят из зацепления и крутящий момент не передается к задним колесам.

Таким образом, задний ведущий мост автоматически включается в р а ­ боту, если буксование передних колес более 4%, и выключается, когда бук­ сование передних колес менее 4%.

Во время поворота трактора внешнее забегающее колесо имеет возмож­ ность вращаться быстрее внутреннего, при этом оно не является ведущим, так как сообщает внутренней обойме дифференциала частоту вращения выше частоты ведомой шестерни.

Центральный универсальный шарнир (рис. 3.5) состоит из плиты 1 с вилками 2, внутренней трубы 4 с вилкой 5 и наружной трубы 6 с запрессо­ ванными в нее подшипниками скольжения 7.

П лита 1 в верхней части крепится через угольники 3 к картеру заднего моста трактора Т-40АМ, а внизу - к передней полураме 1 (см. рис. 3.1) ак­ тивного полуприцепа. Вилки 2 плиты 1 соединяются с вилкой 5 внутрен­ ней трубы 4 двумя вертикальными пальцами 9. Внутренняя труба 4 пово­ рачивается в подшипниках 7 наружной трубы 6, которая соединяется пла­ стинами 8 с задней полурамой активного полуприцепа.

Перемещение трубы 4 в осевом направлении относительно трубы 6 ог­ раничивается фланцем 10, который крепится болтами 11 к торцу трубы 4.

Рис. 3.5. Центральный универсальный шарнир активного полуприцепа в сборе:

1 - плита; 2 - вилка плиты; 3 - угольник; 4 - внутренняя труба; 5 - вилка внутрен­ ней трубы; 6 - наружная труба; 7 - подшипник; 8 - пластина; 9 - вертикальный палец;

10 - фланец; 11- болт Ведущий мост активного полуприцепа (рис. 3.6) включает главную пе­ редачу, состоящую из пары спиральных конических шестерен 1 и 2, диф­ ференциала 3, представляющего собой сдвоенную обгонную муфту двой­ ного действия храпового типа, которые помещены в корпус моста 4, и по­ луоси 5 переднего ведущего моста трактора Т-40АМ. Полуоси 5 по­ средством ступиц тормозных барабанов 6 передают крутящий момент от главной передачи к конечным передачам 7. Корпус конечной передачи соединяется с корпусом моста 4 посредством серийных тормозных рукавов 8 (правого и левого) трактора Т-40АМ и оригинальных проставок 9 (пра­ вой и левой), выполненных из труб с фланцами. Ведущий мост соединяет­ ся с задней полурамой 10 посредством болтов 11.

Конечные передачи трактора Т-40АМ повернуты вперед, что уменьшает консоль моторной части трактора и увеличивает его клиренс.

Управление поворотом полуприцепа осуществляется двумя способами:

а) реверсивным распределителем, рычаг которого выведен в кабину трактора, установленным под капотом и связанным трубопроводами с си­ ловым цилиндром поворота активного полуприцепа;

б) гидрообъемным рулевым управлением.

Рис. 3.6. Ведущий мост активного полуприцепа:

1 - ведущая шестерня главной передачи; 2 - ведомая шестерня главной передачи; 3 - дифференциал; 4 - корпус моста;

5 - полуось; 6 - тормозной барабан (правый и левый); 7 - конечная передача; 8 - тормозной рукав (правый и левый); 9 - про­ ставка (правая и левая); 10 - задняя полурама; 11 - болт Двойное управление позволяет обеспечивать надежную работу машины как в условиях лесосеки, так и на транспортных работах.

Принципиальная гидравлическая схема трактора Т-40 АЛ с активным полуприцепом и чокерным технологическим оборудованием представлена на рис. 3.7 [3].

Рис. 3.7. Гидравлическая схема трактора Т-40АЛ в агрегате с активным полуприце­ пом: 1 - гидроцилиндры подъема и опускания щита; 2 - гидроцилиндры рулевого управления; 3 - усилитель потока; 4 - насос-дозатор; 5 - обратный клапан; 6 - перепу­ скной клапан; 7 - рулевое колесо; 8 - гидрораспределитель рулевого управления;

9 - гидрораспределитель системы трактора; 10 - делитель потока; 11 - гидронасос;

12 - фильтр Поворот колесного трактора в агрегате с активным полуприцепом осу­ ществляется с помощью силовых гидроцилиндров 2 (см. рис.3.7) за счет складывания полурам полуприцепа (рис. 3.8), т. е. относительного их угло­ вого перемещения в горизонтальной плоскости вместе с осями ведущих колес. Применение универсального шарнира с полурамами позволяет улучшить маневренность агрегата и упростить конструкцию рулевого управления.

Поворотливость оценивается минимальным радиусом поворота (рас­ стоянием от центра поворота до центра ведущего моста полуприцепа).

Статический радиус поворота р (см. рис.3.8) для колесного трактора, со­ единенного с активным полуприцепом универсальным шарниром, опреде­ ляется по формуле [3,15] где 'i и '2 - длины полурам соответственно передней и задней; a - угол отклонения колес или полурам от прямолинейного направления движения;

у/ 1 и / 2 - углы бокового увода шин соответственно трактора и полу­ прицепа (предельные значения / < 4 ).

Основные преимущества гидрообъемных приводов рулевого управле­ ния: компактность и небольшая масса, возможность расположения рулево­ го колеса в любом месте, простота регулирования его положения по высо­ те и углу наклона, обеспечение привода рулевого управления при нерабо­ тающем двигателе и масляном насосе.

Основой гидрообъемного рулевого привода служит вращаемый руле­ вым колесом 7 насос-дозатор 4 (см. рис.3.7), который обеспечивает регу­ лирование подачи рабочей жидкости в полости силовых цилиндров 2 в со­ ответствии с направлением и скоростью вращения рулевого колеса, при этом исключается механическая передача (механическая обратная связь).

Техническая характеристика насоса-дозатора НД- Теоретическая подача рабочей жидкости за один оборот вала, см3

Максимальное давление, М П а

Максимальный момент на валу при неработающем питающем насосе, Н х м

Масса, кг

Когда рулевое колесо неподвижно, насос-дозатор запирает масло в си­ ловом цилиндре и открывает выход маслу от насоса в сливной канал. При вращении рулевого колеса вращается насос-дозатор и направляет масло под давлением в рабочую полость цилиндра в количестве, зависящем от угла поворота рулевого колеса. Если двигатель не работает и насос не по­ дает масло, насос-дозатор засасывает масло и подает его в цилиндр. Уси­ лие для вращения рулевого колеса в этом случае значительно возрастает.

Для обеспечения надежной работы аварийного управления (при оста­ новке двигателя) взаимное расположение по высоте маслобака и насосадозатора, а также соединение их должно быть таким, чтобы при всасыва­ нии масла насосом-дозатором (из сливной магистрали) не образовывался вакуум выше чем 0,03 МПа. В связи с этим установка насоса-дозатора ни­ же уровня масла в баке является предпочтительней [3].

В гидрообъемном приводе рулевого управления, разработанном НАТИ, устанавливается усилитель потока 3 (см. рис.3.7), позволяющий использо­ вать насос-дозатор небольшого объема.

Усилитель потока обеспечивает увеличение подачи рабочей жидкости в полости гидроцилиндра в соответствии с потоком, регулируемым насосомдозатором. При этом для обеспечения заданного передаточного числа ру­ левого привода не требуется изменение рабочего объема насоса-дозатора.

Величина подачи определяется величиной коэффициента усиления по по­ току, который задается настройкой усилителя потока.

3.2. Технологическое оборудование лесного На тракторе Т-40АЛ может быть установлено бесчокерное технологи­ ческое оборудование (рис. 3.9), которое включает гидроманипулятор 1 с клещевым захватом 3, кониковое зажимное устройство 2, ограждение ка­ бины 4. Лебедка может быть сохранена. Привод манипулятора осуществ­ ляется от специальной насосной станции, состоящей из двух насосов и раздаточной коробки.

Рис. 3.9. Трелевочный трактор Т-40АЛ с бесчокерным технологическим оборудованием: 1 - гидроманипулятор; 2 - кониковое зажимное устройство;

На тракторе Т-40 АЛ с активным полуприцепом может быть установле­ но технологическое оборудование для погрузки и транспортировки сорти­ ментов (рис. 3.10), которое включает специальный гидроманипулятор 1 с захватным устройством 3, грузовой отсек 2, силовое ограждение кабины 4.