Колесный сортиментовоз с комбинированной трансмиссией».

в) Тандемная тележка трактора ВКС-120 (Чехословакия).

Тележка выполнена по традиционной схеме с опорно-поворотным узлом  консольного типа на подшипниках  скольжения. Грузоподъемность тележки  – 15 т. Тележка частично сбалансирована, так как передаточное отношение балансирного редуктора неравно 1, а ось качения балансиров совпадает с осью колес. Основное достоинство данной конструкции – простота. Недостаток конструкции – малый дорожный просвет и необходимость установки тормозов на колеса, что нежелательно для условий работы на лесозаготовках.

г) Тандемная тележка автогрейдера ДЗ-180.

Отличительной особенностью данной тележки  является встроенные в центральный  редуктор планетарные ряды. Планетарный  механизм позволяет обеспечить увеличение крутящего момента на ведущих  колесах. Передаточное отношение балансирных  редукторов равно 1, что позволяет  сделать тележку сбалансированной. Опорно-поворотный узел, как и в большинстве конструкций, представляет собой подшипник скольжения.

д) Тандемная тележка Московского научно-производственного объединения по строительству и дорожному машиностроению.

Отличительной особенностью этой конструкции  является то, что планетарный редуктор вмонтирован в опорно-поворотное устройство, что позволяет уменьшить  габариты балансиров и поперечной балки, а также снизить их металлоемкость. Интерес представляет собой также  и радиально-упорный подшипник  по типу крановой опоры, установленный  в опорно-поворотном узле. Преимущества такого подшипника – небольшие габариты по ширине, что существенно по компоновочным  соображениям. В целом конструкция  данной тележки компактна и обладает большей надежностью, чем тележки  с опорно-поворотными узлами на подшипниках  скольжения.

Анализ конструкций тандемных  тележек позволяет сделать следующие  выводы:

• Тандемные тележки лесных тракторов среднего и тяжелого классов выполняются с зубчатыми передачами в балансирных редукторах. Цепные передачи используются крайне редко и только на легких тракторах.
• Современные тележки выполняются, как правило, частично или полностью сбалансированными. Входные валы редукторов полностью разгружены от радиальных реакций на колеса. Наиболее распространенным техническим решением сбалансированных тележек является использование планетарных передач в корпусе центрального моста.
• Опорно-поворотный узел балансирного редуктора выполняется в большинстве конструкций консольным с подшипниками скольжения. Реже применяются радиально-упорные подшипники кранового типа.

2.3 Краткое описание конструкции  колесного сортиментовоза

Проектируемый трактор представляет собой тягово-транспортную машину, состоящую из двух модулей - энергетического  и технологического, соединенных  универсальным шарниром. С передним расположением двигателя, с шестью ведущими колесами, из них четыре задних колеса объединены в тандемную тележку.

Для улучшения тягово-скоростных свойств  на трактор установлен четырехцилиндровый дизельный двигатель с турбонаддувом Д-160.1 мощностью 109 кВт при 2200 об/мин коленчатого вала, и который крепится к передней полураме.

Кабина каркасная, герметичная, шумоизолирующая. Защитный каркас изготовлен в виде сварной конструкции из труб диаметром 34мм и состоит из верхней рамы, вертикальных скоб и защитной сетки  на заднем стекле кабины.

Верхняя рама съемная и крепится к верхнему поясу каркаса кабины трактора. По ширине она не выступает  за габаритные размеры трактора. Углы рамы имеют закругления. Вертикальные скобы крепятся сваркой верхними концами к углам верхней рамы кабины, нижними разъемными соединениями – к передней полураме трактора.

Защитная сетка установлена  на раму заднего окна трактора и  крепится болтами к ней. Для освещения  зоны работы в темное время суток  сверху под кабиной по периметру  установлено 12 фар.

Гидрообьемное рулевое управление с помощью двух цилиндров обеспечивает “излом” рамы на 45 градусов, что позволяет поворачивать трактору с радиусом поворота 5,7 м.

На сортиментовозе установлены две тандемные тележки на колесах которых установлены шины низкого давления размером 20,5×25. Такие шины снижают давление на грунт, что положительно влияет проходимость. Для дальнейшего уменьшения удельного давления, например, при работе зимой на снегу, на задние сдвоенные колеса можно устанавливать резинометаллические гусеницы или цепи. 

Для данного трактора спроектирована трансмиссия, в которой подвод энергии  к тандемным тележкам осуществляется гидростатической передачей, а далее  к восьми ведущим колесам механически.

Гидростатическая передача состоит  из регулируемого нереверсивного гидронасоса  фирмы SAUER-DANFOSS и двух регулируемых реверсивных гидромоторов фирмы SAUER-DANFOSS. Насос вращается непосредственно двигателем трактора, моторы установлены на входе в тандемную тележку. Передача крутящего момента от главной передачи тандемной тележки к ведущим колесам осуществляется с помощью валов. Моторы мостов могут отключаться, управление производится посредством двухсекционного распределителя с электромагнитным управлением.

Анализ конструкций тандемных  тележек показал, что машин грузоподъемностью  более 100 кН лучше применять шестеренный  привод ведущих колес, а для поворота балансира тандемной тележки  использовать подшипник скольжения. За основу конструкции тандемной  тележки принята тандемная тележка  среднего автогрейдера ДЗ-31-1.

В конструкцию главной передачи моста тележки был добавлен самоблокирующейся  межколесный дифференциал свободного хода для повышения проходимости. Также были подобраны передаточные числа главной передачи и шестерен тандемной тележки, обеспечивающие требуемый тяговый и скоростной режим работы. Передаточное число тандемной тележки равно 0,827. Сама тележка поворачивается в подшипнике скольжения, размешенном в корпусе моста.

Задняя полурама имеет увеличенную длину и на ней размещены манипулятор с челюстным захватом, и коники для накапливания сортиментов. Привод манипулятора осуществляется гидравлически с управлением из кабины.

Техническая характеристика машины приведена  в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Техническая  характеристика колесного сортиментовоза

1. Назначение	Сбора и транспортировка сортиментов  к лесовозным дорогам, разгрузка, сортировка, и складирование
2. База	Колесный трактор
3. Тип двигателя	Д-160.1
4. Номинальная мощность двигателя,  кВт	109
5. Частота вращения коленчатого  вала при номинальной мощности, мин-1	2200
6. Удельный расход топлива при  номинальной мощности, л./кВт∙ч.	201
7. Скоростной дипазон	1
8. Тип трансмиссии	Гидростатичекая-механическая
9. Скорости движения,км/ч	0…25
10 Эксплуатационная масса машины, Н	110000
11. Грузоподъемность, Н	10000
12. Рамный шарнир	С блокировкой
13. Вылет манипулятора, м	6,5
14. Подъемный момент манипулятора, кНм	75
15. Шины:	20,5∙25
16. Тормоза	Дисковые с гидравлическим приводом
17. Ведущие мосты: Передний и задний	С самоблокирующимся дифференциалом С тандемной тележкой
18. База машины, мм	4460
19. Колея машины, мм	2200
20. Дорожный просвет, мм	645
21. Габаритные размеры, мм: – длина – ширина – высота	8310-8870 2800 3940

3. Расчетная часть

3.1 Тяговый расчет

Целью проверочного тягового расчета  является определение тягово-сцепных, скоростных и экономических качеств  сортиментовоза при прямолинейном поступательном движении.

При проведении расчета определяем предельный угол подъема сортиментовоза, мощность двигателя, диапазоны скоростей трактора и соответствующие передаточные числа. В заключение тягового расчета строим тяговые характеристики трактора, оценивающие тягово-сцепные качества трактора.

Расчет выполняется в следующем  порядке:

а) определяется предельный угол подъема сортиментовоза при заданных условиях движения;

б) определяют мощность двигателя  и производят выбор двигателя;

в) проводят расчет гидростатического провода;

г) устанавливают значение передаточных чисел элементов тандемной тележки.

3.1.1 Определение предельного  угла подъема сортиментовоза

Предельный угол подъема сортиментовоза определяется из условия сцепления с грунтом:

,

где:  - коэффициент, учитывающий, какая доля веса сортиментовоза с приходящимся на него полезным грузом, нагружает ведущие колеса; в заданных условиях  =1,0

 - максимальный вес груза;  =100 кН

 - коэффициент сопротивления качению  сортиментовоза;  = 0,13

φ- коэффициент сцепления; φ = 0,5

- угол подъема сортиментовоза с грузом;

Все коэффициенты даны для летней лесосеки.

Преобразуя выражение, получим:

Для порожнего и груженого сортиментовоза максимальный угол подъема равен:

Фактический вес сортиментовоза равен  =110 кН.

Тогда необходимая для передвижения порожнего и груженого сортиментовоза сила тяги с учетом уклона будет равна:

 ,

где:   - суммарный коэффициент сопротивления движению

 кH,

 кН

а по горизонтальной поверхности

 кH

 кН

3.1.2 Определение мощности  двигателя

Мощность двигателя определяется по формуле:

где:   - сила тяги, кН

 - рабочая скорость движения сортиментовоза с грузом,

=9 км/час

 - К.П.Д. трансмиссии,  =0,7.

= 97,5 квт.

Принимаем дизельный двигатель  с турбонаддувом Д-160.1 со следующей технической характеристикой:

- мощность полная - 109 кВт (148 л.с.)

- частота вращения коленчатого  вала - 2200 об/мин

3.1.3 Определение потребной  мощности двигателя в различных  условиях движения

а) По летней лесосеке с грузом.

Касательная сила тяги должна быть не менее всех сил сопротивления  и не должна превышать силу сцепления  с грунтом, т.е.

,

где:   - сцепной вес трактора с грузом

кН

φ- коэффициент сцепления; φ =0,5

Коэффициент суммарного сопротивления  движению:

при движении по летней лесосеке  = 0,1 а, и α = 0.

;

 =  кН;

 кН;

= 86,7 квт.

б) при движении по сухой грунтовой дороге с транспортной скоростью без нагрузки при  = 0,05   = 0,7 и α = 0.

;

кН;

кН.

>

= 54,5 кВт;

где  =25 км/час максимальная скорость движения определенная ниже.

3.2 Расчет гидравлической  передачи

Имея гидравлическую схему можно  приступить к расчету гидравлической передачи. На основании этого расчета  выбираются гидронасосы, гидромоторы и другая гидроаппаратура.

3.2.1 Подбор гидронасосов  и гидромоторов гидропривода

Гидростатическая передача состоит  из гидронасоса и двух гидроматоров фирмы SAUER-DANFOSS. Определим диапазон регулирования гидропередачи по скорости

,

где:   - диапазон регулирования;

 - максимальная скорость трактора, км/ч.

Минимальную расчетную скорость сортиментовоза найдем из условия использования полной мощности двигателя, подводимой к контуру и максимальной силы тяги.

,

где:  - мощность подводимая к контуру;

 - общий КПД трансмиссии.

Общий КПД трансмиссии можно  определить следующим образом:

, где:

 - КПД гидропередачи, принимаем  ;

 - КПД тандемной тележки, принимаем.

Тогда:

Минимальная скорость сортиментовоза, исходя из использования полной мощности, будет равна:

Максимальную скорость сортиментовоза, чтобы не ухудшить скоростные показатели, принимаем равной максимальной скорости аналогов:

Тогда

Определим минимальную подачу гидронасоса. Она определяется из условия реализации всей мощности, подводимой при движении сортиментовоза к силовому контуру:

, где:

 - номинальное рабочее давление  в гидросистеме, принимаем  ;

 - давление подпитки, принимаем  ;

 - минимальная подача насоса, м3/сек;

 - внутренний КПД гидронасоса: = 0,92

 - объемный КПД гидронасоса, принимаем  :

 - максимальная мощность подводимая  к насосу, принимаем

.

Определяем максимальную подачу гидронасоса.

Регулирование будет производиться  гидронасосом и гидромоторами.

То есть диапазон регулирования  гидропередачи равен :

 ,

где:   - диапазон регулирования гидронасоса.

Диапазон регулирования делится  на 4 поскольку регулирование осуществляется изменением объемов насоса и моторов, кроме того, один мотор может быть отключен. Это также уменьшает  расход жидкости. Исходим из того что  рабочие объемы насоса и моторов  равны.

Тогда максимальная подача гидронасоса  определяется выражением:

Имея номинальное давление в  системе , максимальную производительность гидронасоса , подбираем насос. Подходит аксиально – поршневой насос фирмы SAUER-DANFOSS типоразмера 90R130.

Его характеристики следующие:

- рабочий объем - 130 см3/об;

- максимальное число оборотов - 3400 об/мин;

- производительность: при 2200 об/мин  – 286 л/мин;

- номинальное давление – 42 мПа;