Общая часть

1.         Общая часть

1.1 Назначение и область применения новой машины

В последние годы лесозаготовители проявляют повышенный интерес к технологиям и мобильным машинам для заготовки древесины. Заготовка древесины уже имеющимся комплексом машин может осуществляться по различным технологиям. Однако наиболее благоприятные условия ее применения создаются при использовании лесозаготовительных машин на базе колесных шарнирно-сочлененных тракторов. Такие машины при их высокой проходимости, маневренности, хороших эргономических качествах благоприятно влияют на сохранение окружающей среды и обеспечивают высокие технико-экономические показатели.

При сортиментной технологии заготовки древесины валку деревьев, обрезку сучьев, раскряжовку хлыстов на сортименты осуществляет харвестер.

Сортиментовоз (форвардер) предназначен для сбора сортиментов после харвестера и транспортировке по лесосеке, волоком, усам к лесовозным дорогам, складам, разгрузке, сортировке и складировании сортиментов на рубках промежуточного пользования.

Так же он может использоваться в качестве погрузочно-транспортной машины на основных лесозаготовках, для выполнения работ с перемещением сортиментов по дорогам общего пользования. Сортиментовоз может также использоваться при ручной заготовке сортиментов.

Машина предназначена для круглогодичной заготовки древесины на рубках промежуточного пользования в равнинной и пересеченной местности с крутизной склонов до 10°, на грунтах 1, 2, 3 категории, снежном покрове до 1 м ( при оснащении вспомогательными средствами - гусеницами или цепями противоскольжения), глубиной брода до 0.7м., на лесосеках с наличием препятствий высотой до 0,4м., в районах с умеренным климатом по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 16350-80 при температуре окружающей среды от - 40°С до +35°С.

Машина предназначена для работы в Северо-Западном, Центральном и Волго-Вятском районах Европейской части России в насаждениях на 1га 200 м³, при этом объем вырубаемой с 1 га древесины составляет до 70 м³.

1.2 Общий анализ конструкции колесных сортиментовозов

Практика показывает, что проходимость лесных двуосных колесных тракторов при оснащении их навесным технологическим оборудованием для механизированного сбора и транспортировки пачки деревьев большого объема или сортимента недостаточна. Это объясняется тем, что в результате навешивания технологического оборудования нагрузки на колеса трактора неоправданно высоки, поэтому для улучшения проходимости трактора приходится снижать полезную нагрузку, а, следовательно, уменьшать их производительность и экономичность.

В связи с этим в последнее время широко распространились трехосные или четырехосные машины на базе агрегатов и узлов двуосных колесных тракторов. Их колесные формулы 6×6; или 8×8.

Машины выполняются с низким давлением на грунт или (в большинстве случаев) имеют переднюю ось и балансирную тележку с возможностью перевода ее на колесно-гусеничный ход под грузовой платформой. Удельное давление на грунт передних колес составляет 75–90 кПа, а колес тележки – около 100–150 кПа.

Одним из важнейших узлов конструкции колесных тракторов является ходовая часть.

Грунт в лесу часто не обладает достаточно высокой несущей способностью. Необходимость обеспечения высокой проходимости тракторов по пересеченной местности, по снегу зимой и по бездорожью в весенние и осенние распутицы, предъявляет различные требования к выбору трансмиссий и движителей. Большие размеры колес и рациональное распределение массы по осям создают низкое давление на грунт, тем самым, обеспечивая высокую проходимость, уменьшают колееобразование и снижают сопротивление качению.

При всех прочих условиях колесный трактор должен иметь малый радиус поворота и хороший обзор из кабины водителя. Наличие всех этих качеств существенно облегчает условия работы на колесном тракторе.

Наличие блокируемых дифференциалов в мостах и применение цепей противоскольжения также способствуют повышению проходимости.

Передние мосты неповоротные. У колесных тракторов отсутствует подвеска и при движении небольшие неровности грунта, на которые наезжает трактор, воспринимаются шинами.

Для устранения скручивания полурам при преодолении больших препятствий без отрыва колес от земли в конструкцию рам тракторов тракторов вводится универсальный шарнир или балансирно подвешенный передний мост.

У трехосных колесных тракторов, которые являются наиболее распространенными базовыми тракторами для сортиментовозов, на задней полураме устанавливаются балансирные тележки.

Конструкция балансирной тележки обеспечивает хороший контакт колес с почвой и равномерное распределение нагрузок на них. Установка балансирных тележек, помимо уменьшения удельного давления на грунт, позволяет улучшить ходовые качества машины, а именно проходимость.

Дальнейшее уменьшение удельного давления на грунт и увеличение сцепных свойств колесного трактора возможно путем установки на колеса тандемной (балансирной) тележки – так называемых «мягких» гусениц. Удельное давление на грунт снижается на 35–50%. Однако, применение мягких гусениц на осях балансирных тележек приводит к увеличению расхода топлива, и на твердых грунтах такие гусеницы изнашиваются значительно интенсивнее.

Балансирная тележка также увеличивает боковую устойчивость машины, так как ось с тележкой имеет более плавный ход и вызывает меньшие перемещения при преодолении препятствий по сравнению с независимой подвеской осей и, кроме того, позволяет преодолевать препятствия без отрыва колес от поверхности пути. Машина с балансирной тележкой поднимается только на ½ по сравнению с одиночной осью, также снижается примерно на 40% сила удара. Это дает возможность трактору работать на более трудных участках и развивать более высокие скорости.

Основными недостатками такой машины является ее высокая стоимость. Также при использовании тракторов с балансирными тележками при повороте происходит скольжение колес, что ведет к разрушению верхнего слоя почвы. Однако воздействие на почву значительно меньше, чем у тракторов на гусеничном ходу. Трудности могут возникнуть при подборе покрышек по ширине и диаметру.

Было установлено, что наиболее приемлемым вариантом для вывозки сортиментов является колесный трактор, выполненный на шасси с тремя осями и имеющий грузоподъемность порядка 8–15 тонн. При этом мощность двигателя данного трактора должна составлять 75–130 кВт.

Применение в тракторе шарнирно-сочлененной рамы дает ряд преимуществ в тяжелых условиях эксплуатации на лесозаготовках по сравнению с ныне применяемой рамой на машинах. При использовании шарнирно-сочлененной рамы в сочетании с шинами низкого давления можно отказаться от применения эластичной индивидуальной подвески на каждую ось.

Горизонтальный шарнир рамы с углом качения  позволяет преодолевать участки сложного лесного рельефа без существенного изменения сцепной массы на колесах. Кроме того, шарнирно-сочлененная рама гарантирует полное использование сцепного веса машины и исключает вывешивание или разгрузку одного из колес, что положительно влияет на проходимость. Однако шарнирное соединение, имея дополнительные степени свободы, может привести к снижению запаса устойчивости по опрокидыванию. Для повышения устойчивости лесозаготовительных машин на пневматическом ходу можно применять блокировку горизонтального шарнира.

Большое значение для эффективной работы трактора имеет тип трансмиссии. Во время работы трактора на лесосеке величина сопротивления движению постоянно меняется. Это вызвано изменением рельефа местности, плотности почвы, наличием препятствий в виде пней, корней, упавших деревьев.

Для таких условий работы колесных тракторов по сравнению с механическими передачами более приемлемой является гидростатическая трансмиссия.

Зарубежные фирмы, такие как Valmet, Locomo, Volvo, Norcar, John Deere, Ponsse, Rottne широко используют такие конструкции при проектировании машин для лесозаготовок.

В нашей стране подобного типа машины были созданы на базе трактора МТЗ-80 (ЛТ-189), ПО «МТЗ» совместно с «ЦНИИМЭ» (МЛ-131) и ряд других моделей: МЛ-72-0; МЛ-74; МЛ-104; МЛ-142; ШЛК 6-04; ТЛ-60Ф-4.

Техническая характеристика некоторых машин приведена в таблицах 1.1.и 1.2.

Таблица 1.1

Техническая характеристика иностранных машин

Таблица 1.2

Техническая характеристика отечественных машин

В таблице 1.3. приведены технические характеристики манипуляторов устанавливаемых на сортиментовозах как отечественного, так и импортного производства.

Таблица 1.3

Техническая характеристика манипуляторов