Разработка коникового зажимного устройства с тросовой петлей тележки агрегатируемой с трактором БЕЛАРУС серии 1000

Заключение

Разработанная в данном курсовом проекте конструкция коникового зажимного устройства (КЗУ) может быть смонтирована на базовый трактор БЕЛАРУСЬ-100.
Применение КЗУ на лесосечных работах повышает производительность труда и снижает затраты на содержание машины и как следствие увеличивает прибыль предприятия.
Все вышеперечисленное дает основание предположить, что внедрение проектируемого технологического оборудования экономически целесообразно.
 

...

Содержание

Введение 2
1. Обзорная часть 4
1.1 Классификация кониковых зажимных устройств по конструктивным признакам 4
1.2 Обзор кониковых зажимных устройств 8
2 Техническое задание 16
3 Расчетная часть 17
3.1 Основные эксплуатационные характеристики деревьев 17
3.2 Разработка кинематической схемы КЗУ 18
5 Безопасность жизнедеятельности 39
Заключение 41
Список используемой литературы 42

Введение

Российский лесопромышленный комплекс обладает значительным потенциалом развития и, прежде всего, за счёт объективно складывающихся конкурентных преимуществ (наличием значительных запасов древесного сырья, в котором доля хвойных пород занимает более 2/3 от общего запаса спелых насаждений).
Анализ тенденций развития техники и технологии лесосечных работ показывает, что в ближайшие 8-10 лет доминирующей в нашей стране будет хлыстовая технология. Сортиментная заготовка древесины с использованием харвестеров и форвардеров в России занимает 15 % от общего объема заготовок.
Научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими организациями страны совместно с машиностроительными заводами в течение последних де¬сятилетий были разработаны и поставлены на серийное производство машины и сис темы машин преимущественно для заготовки и вывозки леса в хлыстах. Это валочные машины: ВМ-4; валочно-пакетирующие: ЛП-19А, МЛ-119А, МЛ-135, ЛП-60-01А, ЛП-54; валочно-трелевочные ЛП-17А, ЛП-58, ВМ-4Б, МЛ-65; трелевочные: ТБ-1М, ТБ-1М-15, ЛП-18Г, ЛТ-154, МЛ-117, МЛ-136, МЛ-30, МЛ-56; валочно-сучкорезно-трелевочные: МЛ-45, МЛ-55; сучкорезные: ЛП-30, ЛП-33.
Вместе с тем существует огромная потребность отечественного лесной промышленности в современной технике, а также наличие значительного собственного потенциала в этой сфере определяют целесообразность проведения глубокой модернизации действующих машиностроительных предприятий в целях налаживания производства машин и оборудования новых поколений и организации системы профессионального обслуживания выпускаемой техники. Особенно остра проблема резкого расширения строительства лесных дорог. Поэтому основная часть объёма лесозаготовок обеспечивается освоенной зоной лесов, находящейся вблизи существующих транспортных лесовозных магистралей и дорог общего пользования.
Целью курсового проекта является расчет и проектирование коникового зажимного устройства с тросовой петлей тележки агрегатируемой с торактором БЕЛАРУС серии 100.
В курсовом проекте проведен обзор и анализ существующих кониковых зажимных устройств, выбран прототип. Проведены расчеты выбранной конструкции, выполнены сборочные и рабочие чертежи.

1.2.3 Кониковое зажимное устройство трактора ЛП – 18АКониковое зажимное устройство трактора конструктивно выполнен в виде щита (рисунок 4) и закрепленного на нем канатосъемника, состоящего из трубы, на концах которой закреплены выполненные в виде стоек плунжерные гидроцилиндры и неподвижные блоки. На концах штоков плунжерных гидроцилиндров установлены подвижные блоки и при помощи крепежных элементов закреплены концы тонких канатов. На других концах этих канатов при помощи клиновых втулок закреплены подвижные оттяжки-блоки, через которые пропущен обвязочный канат. Один конец этого каната закреплен на щите, а другой на барабане лебедки, в результате чего образуется обвязочная канатная петля для удержания пачки при трелевке.Канатосъемник при помощи гидроцилиндра может поворачиваться к кабине или заднему мосту. При подъеме плунжеров гидроцилиндров 2 происходит растягивание петли, затем канатосъемник гидроцилиндром 1 поворачивается к кабине, и коник готов для приема укладываемого дерева (хлыста). После укладки комля на трубу 6 канатосъемник поворачивается назад и лебедкой затягивается канатная петля и закрепляется комель на конике. Щит представляет собой сваренную из швеллеров и уголков раму, закрытую сверху листом. Впереди щита установлено ограждение, направляющий голик, амортизаторы и кронштейны для установки блока и крепления обвязочного каната. Сверху на щите закреплены обоймы с подшипниками для крепления трубы канатосъемника. Щит имеет проушины, при помощи которых и осей он крепиться к передней раме, гидроцилиндру и раме базового трактора ТТ-4. Гидроцилиндр обеспечивает опускание и подъем щита.Рисунок 4 - Кониковое зажимное устройство трактора ЛП – 18А:1, 2 – гидроцилиндры; 3 – шток; 4 канатная петля; 5 – оттяжной канат; 6 – труба; 7 – блок; 8 – щит Недостатком данного коникового зажимного устройства является трудность загрузки деревьев. Процесс формообразования пучка стволов в тросовом силовом контуре происходит сложнее, и значительно труднее выполним.Преимуществом является то, что данное КЗУ выполнено неповоротным в горизонтальной плоскости, так как гибкая тросовая петля сама может иметь в горизонтальной плоскости необходимую степень свободы. Применение троса в качестве формообразующего элемента позволяет значительно улучшить формообразование пачки. 2 Техническое заданиеПринимаем следующие исходные данные для проектирования и расчета коникового захватного устройства:Максимальный объем трелюемого пакета 4м3 за комли.Средний объем хлыста 0,15м3.Коэффициент запаса прочности металлоконструкции элементов 1,5 (кроме троса).Рабочее давление: не более 25 МПа – максимальное, 10 МПа – номинальное. Скорость перемещения поршней гидроцилиндра не более 0,5 м/с. Агрегатирование с трактором БЕЛАРУСЬ -100.3 Расчетная часть3.1 Основные эксплуатационные характеристики деревьев Объем трелюемой пачки деревьев примем равный QП = 4 м 3, а объем одного дерева QД = 0,32 м 3.По таксационным таблицам [2, с.218-219] для объема QД = 0,32 м 3 примем диаметр дерева на высоте груди и II разряда высоты. = 22 см.Комлевой диаметр , т.е. диаметр дерева в месте реза определяется по формуле: , (1)где – диаметр дерева по высоте груди; – коэффициент формы комля.Коэффициент изменяется от 1,07 до 1,5 в зависимости от пород деревьев и условий их произрастания. Примем = 1,25. . Высота дерева по таксационной таблице 22 [2, с. 225] по II разряду высоты и диаметре на высоте груди = 22 см равна Н = 23 м.Для расчета максимальной площади поперечного сечения комлевой части трелюемой пачки примем диаметр дерева в месте охвата: , (2) . Площадь сечения такого дерева в месте обхвата определяется по формуле: ; (3) . Количество деревьев трелюемой пачки ; (4) . Примем п = 12 штук.Площадь сечения обхватываемой пачки коником определяется по формуле: (5)где k – коэффициент, учитывающий неполное заполнение стволами площади сечения коникового зажимного устройства. . Для круглого сечения силового контура диаметр круга равняется ; (6) . 3.2 Разработка кинематической схемы КЗУЦелью разработки компоновочно - кинематической схемы КЗУ является определение габаритных и других геометрических размеров отдельных элементов коникового зажимного устройства, позволяющих формировать и закреплять отдельные деревья (хлысты) и максимальную пачку деревьев (хлыстов) на машине.Компоновочно - кинематическая схема позволяет также обеспечить заданную «поворотливость» КЗУ в горизонтальной плоскости.При разработке компоновочно - кинематической схемы прочерчивают положение подвижных элементов коникового зажимного устройства как минимум для двух случаев (рис.5):при закреплении одного наименьшего заданного, дерева;при закреплении максимального по объему дерева или пачки деревьев. а) б)Рисунок 5 - Компоновочно-кинематическая схема:а) закрепление одного наименьшего заданного дерева; б) закрепление максимального по объему пачки деревьев3.3 Расчет усилия, обеспечивающего надежное удержание пачкиРасчет усилия, обеспечивающего надежное удержание пачки в КЗУ должен выполняться по двум условиям: 1) надежного удержания стволов внутри сжатой пачки; 2) надежного удержания всей пачки в силовом контуре при транспортировке (трелевке).3.3.1 Условие надежного удержания стволов внутри сжатой пачкиУсловие надежного удержания стволов внутри сжатой пачки удовлетворяется неравенством , (7)где - сила трения, удерживающая ствол дерева в сжатой пачке от сдвига вдоль пачки с учетом только давления силового контура, Н; - сила трения, удерживающая ствол дерева в сжатой пачки от сдвига вдоль пачки с учетом только веса деревьев, Н; - сила трения вол очащейся части дерева при трелевке, Н.В результате выполненных исследований тросовых силовых контуров получены следующие выражения для сил, , , :, (8) где - вес дерева, Н; f - коэффициент сухого трения свежесрубленной древесины; f = 0,9; - коэффициент, учитывающий влияние веса деревьев невертикального ряда, =1,0 - 1,2; b - малая полуось эллипса поперечного сечения пачки в месте его сжатия, м; у - ордината нижней точки сдвигаемого ствола, м; r - радиус поперечного сечения ствола в зоне закрепления пачки, м; m - коэффициент, учитывающий загрузку опорной балки коникового зажимного устройства весом частично приподнятого дерева (хлыста, пачки); для деревьев при укладке их за комель m=0,52. , (9)где QД – обьем дерева, м 3; pД – плотность свежесрубленной древесины, кг/м 3;Сила сопротивления волочению одного дерева по поверхности лесосеки:, (10) где - коэффициент сопротивления волочению одного конца дерева: по поверхности лесосеки и волока = 1,34-1,73; - коэффициент возможного возрастания сил сопротивления: =1,27-1,31.Сила трения:, (11) де - среднее нормальное давление в тросовом силовом контуре, Н;- комплекс переменных факторов, учитывающих неравномерность распределения давления силового контура по сечению, непараллельность укладки стволов ; значения определены экспериментально, выбираем [3, с. 147].Подставив уравнения (9); (10); (11) в неравенство (8) и решив его относительно , получим выражение для вычисления натяжения в тросовом силовом контуре круглого сечения (с=1),; (12) 3.3.2 Расчет по условию надежного удержания всей пачки при трелевкеРасчет по условию надежного удержания всей пачки в силовом контуре при транспортировке.Силы, удерживающие пачку в кониковом зажимном устройстве, складываются из сил трения пачки о кониковую балку и сил трения тросовых обжимных элементов или обжимных рычагов о периметр пачки. С учетом этого рассматриваемое условие можно выразить неравенством: , (13)где -сила трения пачки о кониковую балку под действием собственного веса пачки, Н; -сила трения рычажных обжимных элементов о периметр пачки при её сжатии, Н; -сила сопротивления перемещению волочащейся по лесосеке конца пачки, Н. Теоретическое определение сил и для кониковых зажимных устройств любого типа не представляет трудностей, так как их значения обуславливаются известными закономерностями: ; (14) , (15) где - объем транспортируемой пачки, м; - коэффициент трения стволов о кониковую балку или обжимные рычаги, =0,7-1,0. , (16)где – натяжение в тросовом, обжимающем пачку, элементе, Н; и - коэффициенты, характеризующие соответственно степень контакта обжимающего тросового элемента с периметром пачки и степень обхвата обжимающим тросовым элементом периметра пачки; Значение этих коэффициентов находим из кинематической схемы. , (17)где - суммарная длина линий активного давления тросового элемента на периферийные стволы, м; , (18)где - длина участков обжимных тросовых элементов, совпадающим с периметром пачки, м; f3 - коэффициент сопротивления перемещению обжимающего тросового элемента по стволам деревьев в пачке (f3= 0,3…0,6).Подставив уравнения (16); (15); (14) в неравенство (13) и решив его относительно , получаем выражение для вычисления натяжения в тросовом силовом контуре для пачки круглого сечения (с=1), по условию надежного удержания всей пачки в кониковом зажимном устройстве при трелевке: ; (19) . Полученное по выражению (19) и (12) значение усилия натяжения сравниваются. Наибольшее из них принимаем для дальнейших расчетов привода и прочности коникового зажимного устройства.Для дальнейших расчетов привода и прочности коникового зажимного устройства принимаем: = 57644,9 Н. 3.4 Проектирование привода коникового зажимного устройства3.4.1 Выбор гидроцилиндраУсилие привода рычагов по выбранному усилию определяется равенством: , (20)где и - плечи действия соответственно сил и относительно шарнира поворота рычагов, м.По компановочно- кинематической схеме: По этому усилию выберем гидроцилиндр двухстороннего действия с dцил.=140 мм, dшт.=80 мм, lпорш.=720 мм. [4, с. 28].Выталкивающее усилие данного гидроцилиндра: , (21)где - номинальное давление в гидроцилиндре трактора (у трактора БЕЛАРУС-100 принимаем давление =16 МПа); - диаметр поршня гидроцилиндра. При этом выполняется равенство:. (22)3.4.2 Выбор каната тросовой петлиКанат КЗУ работает в очень неблагоприятных условиях: испытывает многократные перегибы, возникают очень большие контактные напряжения и силы трения при взаимодействии с деревьями. Канат работает в грязи, в снегу, в сырости.В связи с этим требования к канату являются очень сложными. Он должен быть достаточно гибким, не раскручиваться на пряди и проволоки при эксплуатации, обладать выносливостью по истиранию наружных проволок, противостоять коррозийному воздействию окружающей среды.В соответствии с ГОСТ 7668-80 [5, с. 7] канат выбирается соотношению: Smax∙Zp ≤ Sразр,, (23)где Smax – максимальная рабочая нагрузка ветви каната H; Zp – коэффициент запаса прочности; Sразр – разрывная нагрузка каната в целом. . По этому усилию выберем канат двойной свивки типа ЛК – РО 6х36 (1+7+7/7+14)+1.0.С проволок с одним органическим сердечником ГОСТ 7668-80 [5, с. 9].Параметры каната:Диаметр каната dк = 18 мм.Разрывное усилие Sразр = 161500 Н.Маркировочная группа 1568 МПа. Ориентировочная масса 1000 м каната 1245,0 кг. 3.5 Расчет на прочность элементов конструкции коникового зажимного устройства3.5.