114-1
.pdfФедеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия»
СУХОПУТНЫЙ ТРАНСПОРТ ЛЕСА
Раздел Эксплуатация лесных дорог и организация вывозки древесины
Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 250401 – Лесоинженерное дело
Воронеж 2009
2
УДК 630*377.7(075.8)
Афоничев, Д. Н. Сухопутный транспорт леса. Раздел Эксплуатация лесных дорог и организация вывозки древесины [Текст] : методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 250401 – Лесоинженерное дело / Д. Н. Афоничев ; Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2009. – 92 с.
Печатается по решению учебно-методического совета ГОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № 4 от 18 декабря 2008 г.)
Рецензент канд. техн. наук, проф. Воронежского государственного аграрного университета Н.С. Ковалев
Научный редактор д-р техн. наук, проф. В.К. Курьянов
3
Введение
Раздел «Эксплуатация лесных дорог и организация вывозки древесины» для лесоинженеров является одним из наиболее важных разделов специальной дисциплины «Сухопутный транспорт леса», так как он дает навыки определения эксплуатационных параметров специализированного подвижного состава, расчета производительности, организации движения лесовозных автопоездов, планирования вывозки древесины, организации работ по содержанию и ремонту лесных дорог.
Настоящие методические указания включают пять лабораторных работ (ЛР). ЛР № 1 посвящена определению эксплуатационных показателей автомобильного специализированного подвижного состава, ЛР № 2 – измерителей работы транспорта и производительности автопоездов. При выполнении ЛР № 3 студентам представляется возможность определить потребность в материальных и трудовых ресурсах транспорта. ЛР № 4 преследует цель научиться рационально использовать технические средства и трудовые ресурсы автомобильного транспорта в течение года, ЛР № 5 – в течение смены.
Исходные данные для выполнения ЛР принимаются по индивидуальному варианту – последним двум цифрам номера зачетной книжки.
ЛР оформляются на листах формата А4, графические материалы и распечатки результатов расчетов на ЭВМ прикладываются в конце работы. На титульном листе указываются: название работы, фамилия и инициалы студента, номер индивидуального варианта, фамилия и инициалы проверяющего.
4
Лабораторная работа № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЬНОГО СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Цель работы: Получить навыки определения эксплуатационных показателей автомобильного специализированного подвижного состава.
Оборудование: микрокалькулятор, ЭВМ.
Определение полной массы автопоезда
Полная масса автопоезда M АП складывается из следующих составляющих: масса снаряженного тягача MТ ; масса снаряженного прицепного состава
M П ; масса груза M Г .
Допустимая масса автопоезда M АП (т) обосновывается по следующим
критериям:
1. Ограничение статической нагрузки на ходовую часть
|
|
1 |
m |
|
|
M АП |
= |
∑Pj , |
(1.1) |
||
g |
|||||
|
|
j=1 |
|
где Pj – допустимая статическая нагрузка на |
j -ю ось автопоезда, кН; |
g – ускорение свободного падения, м/с2; |
|
m– количество осей автопоезда.
2.Ограничение массы прицепного состава
|
|
|
1 |
|
n |
|
|
|
|
M АП |
= Mдоп |
+ |
|
|
∑Pj |
− PС |
, |
(1.2) |
|
g |
|||||||||
|
|
|
|
j=1 |
|
|
|
где Mдоп – допустимая масса буксируемого прицепного состава для данного тя-
гача, т;
Pj – допустимая статическая нагрузка на j -ю ось тягача, кН;
n – количество осей у тягача;
PС – допустимая статическая нагрузка на опорно-сцепное устройство, кН.
3. Преодоление максимального дорожного сопротивления на второй передаче коробки передач (КП) при расчетном значении коэффициента сцепления
ϕ
|
M АП = |
F |
|
|
|
, |
(1.3) |
|
g (i |
+ f |
0 |
) |
|||
|
|
max |
|
|
|
|
|
где F – касательная сила тяги на второй передаче КП, кН; |
|
||||||
f0 |
– коэффициент сопротивления качению при малых скоростях (20 км/ч и |
||||||
менее); |
|
|
|
|
|
||
imax |
– максимальный продольный уклон дороги. |
|
|||||
5
4. Возможность трогания с места на остановочном пункте на первой передаче КП при расчетном значении коэффициента сцепления ϕ
|
M АП = |
F + Fдоп |
|
|
|
|
, |
(1.4) |
|
|
g (iост + f0 + fтр )+ a |
|||
где F – касательная сила тяги на первой передаче КП, кН; |
|
|||
Fдоп |
– дополнительная сила тяги от буксира, кН; |
|
||
fтр |
– коэффициент сопротивления троганию с места; |
|
||
a – ускорение при трогании с места, м/с2; |
|
|||
iост |
– продольный уклон на остановочном пункте. |
|
||
Из четырех значений допустимой массы автопоезда принимается меньшее. Для автопоездов в составе «автомобиль-тягач+прицеп-роспуск» проверку пункта 2 производить не надо.
Расчет полезной нагрузки на автопоезд и параметров размещения груза
Полезная нагрузка лесовозного автопоезда QП (м3) определяется из сле-
дующих требований:
1. Использование грузоподъемности M ГП (т) автопоезда
M ГП = M АП − MТ − M П , |
(1.5) |
где MТ , M П – соответственно массы снаряженных тягача и прицепного соста-
ва, т.
2. Допустимая масса пачки хлыстов или деревьев M Д (т) по условию ог-
раничения свеса вершин за коник прицепа-роспуска для автопоезда в составе «автомобиль-тягач+прицеп-роспуск»
|
1 |
n |
|
|
|
|
M Д |
=3 |
|
∑Pj |
− MТ |
, |
(1.6) |
|
||||||
|
g |
j=1 |
|
|
|
|
где Pj – допустимая статическая нагрузка на |
j -ю ось автомобиля-тягача, кН; |
|||||
n– количество осей у автомобиля-тягача.
3.Использование грузовместимости QВ (м3) грузовых устройств тягача и
прицепного состава
QВ =αbhLП , |
(1.7) |
где α – коэффициент полнодревесности пачки (при перевозках щепы α =1); b, h – внутренние размеры (ширина и высота) коника или кузова, м;
LП – расчетная длина пачки равная средней длине хлыстов или сумме длин
пакетов сортиментов, а при перевозках щепы – внутренней длине кузова, м.
Для автопоездов в составе «автомобиль-тягач+прицеп» расчет по формуле (1.7) производится отдельно для автомобиля и прицепа, а грузовместимость автопоезда будет равна сумме двух полученных значений.
6
Величина полезной нагрузки на автопоезд обосновывается следующим
образом. Рассчитывается отношение |
γkкрQВ |
(γ – средневзвешенная плотность |
|
||
|
M ГП |
|
древесины пачки (пакетов), размещаемой на подвижном составе, т/м3; kкр – коэффициент, учитывающий массу кроны, для деревьев kкр =1,15…1,30, для хлы-
стов, долготья, сортиментов, щепы kкр =1). Если |
γ kкрQВ |
≥1, то грузовмести- |
|
||
|
M ГП |
|
мость подвижного состава достаточна, чтобы разместить пачку (пакеты) массой M ГП с плотностью древесины γ , а следовательно масса груза M Г будет равна
меньшему значению из двух: M ГП и M Д . Если γkкрQВ <1, то вместимость под-
M ГП
вижного состава не позволяет разместить пачку массой M ГП . Если M ГП > M Д , то следует проверить возможность размещения пачки массой M Д . При
|
γkкрQВ |
≥1 масса груза M Г будет равна M Д , а в противном случае полезная на- |
|||||
|
|
||||||
|
M Д |
|
|
|
|
|
|
грузка на автопоезд QП будет равна QВ . Масса груза M Г |
(т) и полезная нагруз- |
||||||
ка на автопоезд Q |
(м3) связаны между собой зависимостью |
||||||
|
|
П |
|
|
|||
|
|
|
M Г =γkкрQП . |
(1.8) |
|||
|
Коэффициенты использования грузоподъемности kгр и грузовместимости |
||||||
kгвм определяются по формулам: |
kгвм = QП . |
|
|||||
|
|
|
kгр = |
M Г |
; |
(1.9) |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
M ГП |
QВ |
|
|
Автопоезда в составе «автомобиль-тягач+прицеп-роспуск» применяются для вывозки длинномерных материалов из древесины: деревьев, хлыстов, долготья. Пачка материалов из древесины размещается комлевым концом на автомобиле, а вершинами – на роспуске. Устойчивость пачки, сцепной вес тягача, управляемость автопоезда и допустимый свес пачки за коник прицепа-роспуска обеспечиваются определенным расстоянием между кониками тягача и прицепароспуска. Расстояние между кониками тягача и прицепа-роспуска lкон (м) зави-
сит от величин нагрузок на данные коники qТ и qП , причем qП ≤ 2qТ . Допус-
тимая нагрузка на коник тягача qТ |
(т) равна qТ |
= |
1 |
∑n |
Pj |
− MТ |
(обозначения – |
|||
g |
||||||||||
|
|
|
|
|
j=1 |
|
|
|
||
см. формулу |
(1.6)), нагрузка на |
коник |
прицепа-роспуска |
qП (т) равна |
||||||
qП = M Г −qТ . |
Если по расчету получается, |
что |
qП < qТ , |
то следует принять |
||||||
qП = qТ =0,5M Г .
7
lкон |
= |
M Г (aLП −lкомл ) |
, |
(1.10) |
|
||||
|
|
M Г −qТ |
|
|
где a – коэффициент, определяющий положение центра тяжести пачки: для деревьев a =0,37, для хлыстов a =0,33, для долготья a =0,45 (при укладке в разнокомелицу a =0,5);
LП – расчетная длина пачки, м;
lкомл – свес комлей за коник автомобиля-тягача, м.
Для автопоезда в составе «автомобиль-тягач+прицеп», который может быть использован для вывозки сортиментов и щепы, с целью обеспечения наибольшего сцепного веса автомобиля определяется допустимая нагрузка на ав-
томобиль |
mА |
= |
1 |
∑n |
Pj |
− MТ (обозначения – |
см. формулу (1.6)), |
полезная на- |
|||||||||||||||
|
g |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
грузка |
на |
автомобиль |
(м3) |
будет равна |
|
q |
А |
= |
mА |
. Нагрузка |
на прицеп |
||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
γ |
|
|||
m |
П |
= M |
Г |
−m |
А |
, |
т или q |
П |
= |
mП |
, м3. Значение |
q |
А |
не должно превышать парамет- |
|||||||||
γ |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ра QВ , определенного по формуле (1.7) для автомобиля, в противном случае необходимо уменьшить mА и выполнить расчет нагрузки на прицеп заново с про-
веркой грузовместимости прицепа.
Автопоезда в составе «седельный тягач+полуприцеп» могут использоваться для вывозки древесины в любом виде. Для автопоездов данного типа требуется обеспечение наибольшей сцепной массы седельного тягача, а следовательно надо установить допускаемую нагрузку на опорно-сцепное устройство
mО (т), которая равна mО = 1g PС −mСО , где PС – допустимая статическая нагруз-
ка на опорно-сцепное устройство, кН; mСО – часть собственной массы полу-
прицепа, приходящаяся на опорно-сцепное устройство, т. Нагрузка на тележку или ось полуприцепа составит mТ = M Г −mО . Полезная нагрузка qО, qТ (м3) рас-
считывается через плотность древесины. При размещении пакетов сортиментов объем qО располагается в первой половине (от тягача) полуприцепа (с обяза-
тельной проверкой грузовместимости этой половины), а объем qТ – во второй
половине.
Пачки деревьев и хлыстов на автопоезде в составе «седельный тягач+полуприцеп» размещаются комлями к переднему борту, при этом может быть использована формула (1.10), в которой нагрузка на коник тягача заменяется нагрузкой на опорно-сцепное устройство mО ; lкон – расстояние от оси
опорно-сцепного устройства до оси или середины тележки полуприцепа, м; lкомл
– свес комлей за ось опорно-сцепного устройства, м. Параметр lкон известен, так как зависит от конструкции полуприцепа, а поэтому задача сводится к установ-
8
лению величины lкомл , которая ограничивается расстоянием от переднего борта
до опорно-сцепного устройства lПБ , то есть lкомл ≤lПБ , и нагрузки на опорносцепное устройство mО .
l = mОlкон + M Г (aLП −lкон ).
комл M Г
m= M Г (lПБ +lкон −aLП ).
Оlкон
(1.11)
(1.12)
Свес вершин пачки lвер (м) за задний борт полуприцепа равен
lвер = LП −lкомл −lкон −lЗБ , |
(1.13) |
где lЗБ – расстояние от оси или середины тележки полуприцепа до заднего борта, м.
Определение среднетехнических скоростей движения автопоезда
Среднетехническая скорость транспортного средства V (км/ч) на отрезке пути длиной L (км) равна
V = kL , |
(1.14) |
tL |
|
где k – понижающий коэффициент, зависящий от категории дороги, и учитывающий разгон и замедления, простои;
tL – время хода на отрезке пути L , ч.
Время хода tL определяется методом равновесных скоростей. Равновес-
ная скорость – это скорость, которая соответствует равенству движущих сил и сил сопротивления движению на некотором характерном участке с равнозначными условиями движения. При реализации метода равновесных сил используют графический способ нахождения скорости при помощи тягово-скоростной характеристики тягача (см. рис. 1.1), на которую нанесены: ограничение силы тяги по сцеплению и кривые сопротивления движению, а также вводят допущение – в пределах характерного участка длиной li скорость является постоян-
ной, а при переходе с участка li на участок li+1 изменяется мгновенно. На уча-
стках вредных спусков, где скатывающая сила превышает сумму сил сопротивления движению, скорость ограничивается расчетной для данной категории дороги или допускаемой по условиям безопасности движения для данного спуска.
e l |
|
|
|
||
tL = ∑ |
i |
|
, |
(1.15) |
|
|
|||||
i=1 V |
|
|
|
||
|
i |
|
|
|
|
где e – количество выделенных характерных участков li |
(км) на рассматривае- |
||||
мом отрезке пути длиной L (км) ( L = ∑e |
li ); |
|
|||
|
i=1 |
|
|
|
|
Vi – равновесная скорость (на вредных спусках – ограниченная) движения на участке li , км/ч.
9
I, II, III, IV, V – высшие передачи КП; I/, II/, III/, IV/, V/ – низшие передачи КП 1 – ограничение силы тяги по сцеплению; 2 – ограничение скорости движения; –30, –15, 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80 – продольные уклоны дороги (‰)
Рис. 1.1 Тяговая характеристика седельного тягача КамАЗ-5410 с нанесенными сопротивлениями движению автопоезда КамАЗ-5410+ОдАЗ-9370
10
Для определения равновесных скоростей необходимо все участки отрезка пути длиной L разделить на подъемы, безвредные и вредные спуски. На подъемах и безвредных спусках автопоезд движется в режиме тягового усилия, а его равновесная скорость определяется при помощи тягово-скоростной характеристики – точки пересечения кривых силы тяги с кривыми сопротивления движению (см. рис. 1.1). К безвредным относятся спуски, для которых выполняется условие PК + PВ > Pукл , где PК , PВ – сопротивления качению и воздушной среды
(сумма PК + PВ называется основным сопротивлением движению), кН. Учитывая, что автопоезда движутся со сравнительно не высокими скоростями, сопро-
тивлением воздушной среды |
PВ |
пренебрегаем, тогда PК > Pукл |
и предельный |
|||||||
безвредный спуск iБпред будет равен |
|
|
|
|
|
|||||
i |
|
= |
|
PК |
= f = f |
0 |
+ K |
f |
(v −20), |
(1.16) |
|
|
|
||||||||
Бпред |
|
|
M Аg |
|
|
|
|
|||
где M А – масса автопоезда, т; |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
f – коэффициент сопротивления качению; |
|
|
||||||||
f0 – коэффициент сопротивления качению при малых скоростях движения |
||||||||||
(до 20 км/ч); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K f – коэффициент, |
учитывающий возрастание сопротивления качению |
|||||||||
при скоростях более 20 км/ч; v – скорость движения, км/ч.
Тягово-скоростную характеристику (см. рис. 1.1) – зависимость силы тяги тягача F (кН) от скорости движения v (км/ч) на разных передачах КП можно построить задаваясь значениями частоты вращения коленчатого вала двигателя n в интервале от 900…1000 об./мин. до номинальной частоты ne соответст-
вующей максимальной мощности двигателя Ne |
(кВт) при помощи зависимо- |
|||||||||||||||
стей: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F = |
Mi η |
|
9,55NeβγД |
|
|
n |
|
n |
2 |
; v = |
3,6rn |
|
|
|||
Т |
; M = |
|
a +b |
|
+c |
|
|
|
i |
, |
(1.17) |
|||||
n |
n |
n |
||||||||||||||
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
е |
|
e |
e |
|
|
Т |
|
|
|||||
где M – крутящий момент на маховике двигателя, кН м; |
|
|
|
|
||||||||||||
iТ – передаточное число трансмиссии (iТ =iКПiРКiГП , |
iКП , |
iРК , iГП |
– соответ- |
|||||||||||||
ственно передаточные числа КП, раздаточной коробки (РК), главной передачи (ГП), если РК отсутствует, то iРК =1);
η – коэффициент полезного действия трансмиссии, принимаемый в зависимости от колесной формулы автомобиля или тягача (при колесной фор-
муле 4х2 η=0,9…0,92; 4х4 и 6х4 – η=0,85; 6х6 – η=0,8);
r – радиус качения ведущих колес, принимаемый 93…100 % от статического радиуса колеса (меньшие значения для грузовых автомобилей и автобусов, большие – для легковых), м; β – коэффициент, учитывающий отбор мощности на вспомогательные
нужды, равный 0,9…0,95;