TRANSPORT DREWNA

OBLICZENIA TRAKCYJNE TABORU ZRYWKOWEGO

Katedra Techniki Leśnej

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Wykonanie ćwiczeń

1. Rozwiązać zestaw zadań i udzielić odpowiedzi na postawione w tekście pytania.

2. Przeprowadzić analizę uzyskanych wyników i wyciągnąć wnioski uogólniające.

Zadanie 1.1. Określenie siły uciągu koniecznej do zerwania dłużycy

Dłużyca ma ciężar Q [kN]. Wyznaczyć wartość chwilowej siły uciągu P_u′ [kN], która jest konieczna do ruszenia dłużycy z miejsca oraz wartość stałej siły uciągu P_u w kN koniecznej do utrzymania dłużycy w ruchu. Podłoże, po którym odbywa się zrywka charakteryzuje się współczynnikiem oporów zrywki f_z oraz kątem pochylenia
α [°]. Obliczenia przeprowadzić dla zrywki w górę i w dół stoku.

1. Na podstawie obliczeń określić bardziej korzystny kierunek zrywki.

2. Określić relacje między siłą chwilową i stałą podczas zrywki w górę stoku

Wskazówki do zadania 1.1

Stałą siłę uciągu potrzebną do utrzymania dłużycy w ruchu przy zrywce w górę stoku obliczamy ze wzoru:

P_u = Q(f_zcosα + sinα) [kN] (1 . 1)

a przy zrywce w dół stoku:

P_u = Q(f_zcosα - sinα) [kN] (1 . 2)

Chwilową siłę uciągu potrzebną do ruszenia dłużycy z miejsca obliczamy ze wzoru:

P_u′ = Q(1.5 f_z cosα + sinα) [kN] (1 . 3)

gdzie:

P_u - stała siła uciągu w kN,

P_u′ - chwilowa siła uciągu w kN,

f_z - współczynnik oporów zrywki,

α - kąt pochylenia stoku w stopniach.

Zadanie 1.2. Określenie siły uciągu przy zrywce drewna na urządzeniach pomocniczych

Dłużycę o ciężarze Q [kN] zrywamy przy użyciu dwukółki o ciężarze
G_p [kN]. Dane zależne od podłoża: niemianowany współczynnik oporów toczenia dwukółki f, współczynnik tarcia końca dłużycy o grunt f_t, kąt pochylenia terenu α [°]. Obliczyć wielkość siły uciągu P_u w kN koniecznej do zerwania dłużycy w sposób: półpodwieszony za odziomek, półpodwieszony za wierzchołek i podwieszony. Na podstawie wykonanych obliczeń określić, który ze sposobów zrywki jest najbardziej korzystny i czym jest to spowodowane.

Wskazówki do zadania 1.2

Siłę uciągu konieczną do zerwania dłużycy na urządzeniu pomocniczym obliczamy ze wzoru:

P_u = [f(G_p+kQ)+f_t(1-k)Q]cosα+(G_p+Q)sinα [kN] (1.4)

gdzie:

P_u - siła uciągu w kN,

G_p - ciężar urządzenia pomocniczego w kN,

Q - ciężar dłużycy w kN,

f_t - współczynnik tarcia dłużycy o podłoże,

f - współczynnik oporów toczenia dwukółki,

α - kąt pochylenia terenu w stopniach,

k - współczynnik rozkładu ciężaru dłużycy.

Przyjąć, że przy zrywce półpodwieszonej za odziomek k = 0.6, przy zrywce półpodwieszonej za wierzchołek k = 0.4, przy zrywce podwieszonej k = 1.0.

Zadanie 1.3. Wyznaczenie wielkości jednorazowego ładunku zrywanego przez sprzężaj
konny

Wyznaczyć maksymalny ciężar ładunku Q w kN zrywanego parą koni przez wleczenie i za pomocą dwukółki w różnych warunkach pracy, przy ciężarze konia G_k [kN], ciężarze dwukółki G_p [kN], współczynniku oporów zrywki f_z, współczynniku oporów przetaczania dwukółki f, współczynniku tarcia dłużycy o grunt f_t i kącie pochylenia terenu α [°]. Przy zrywce półpodwieszonej przyjąć, że na urządzeniu pomocniczym umieszczony jest odziomek zrywanej dłużycy (k = 0.6). Obliczenia przeprowadzić dla sześciu wariantów uzależnionych od warunków pracy koni (patrz tabela 1.1).

Na podstawie wykonanych obliczeń określić, który ze sposobów zrywki jest bardziej korzystny i czym jest to spowodowane.

Wskazówki do zadania 1.3

Wielkość jednorazowego ładunku przy zrywce przez wleczenie parą koni w dół stoku określa wzór:

[kN] (1.5)

W przypadku zrywki w dół stoku za pomocą dwukółki wielkość jednorazowego ładunku dla pary koni określa wzór:

[kN] (1.6)

gdzie:

Q - maksymalna wielkość ładunku w kN,

P_u2 - siła uciągu koni w kN,

G_k - ciężar konia w kN,

f_z - współczynnik oporów zrywki,

G_p - ciężar urządzenia pomocniczego w kN,

f - współczynnik oporów toczenia urządzenia pomocniczego,

f_t - współczynnik oporów tarcia dłużycy o grunt,

k - współczynnik rozkładu ciężaru dłużycy,

α - kąt pochylenia stoku w stopniach.

Siłę uciągu pary koni oblicza się z uwzględnieniem nierównomierności ich pracy.

P_u2 = P_u γ [kN] (1.7)

gdzie:

P_u2 - siła uciągu pary koni w kN,

P_u - siła uciągu konia wg tabeli 1.1 w kN,

γ - współczynnik nierównomierności pracy = 1.96.

Tabela 1.1. Siła uciągu koni w kN przy prędkości poruszania się około 3.6 km/h

Warunki pracy konia	Siła uciągu w kN
		*konia lekkiego	*konia ciężkiego
przeciętne w ciągu dnia	0.7-0.8	1.0-1.1
krótkie odległości (do 200 m)	1.5	2.0
krótki zryw (do 10 s)	7.0-8.0	10.0-11.0

*koń lekki: 5.0-6.0 kN

*koń ciężki: 6.1-8.0 kN

Zadanie 1.4. Zależność między siłą uciągu wciągarki a prędkością ruchu liny

Określić zależność między prędkością liny wciągarki V w m/s a uzyskiwaną siłą uciągu P_u w kN, przy określonej mocy silnika napędzającego wciągarkę N_s w kW, i prędkości zmieniającej się od 0.25 do 2.00 m/s. Przyjąć, że współczynnik sprawności silnik - wciągarka jest równy 0.7. Obliczenia przeprowadzić dla prędkości w odstopniowaniu co 0.25 m/s. Uzyskane wyniki przedstawić w formie tabelarycznej i graficznej w układzie współrzędnych (oś X - V, oś Y - P_u). Na podstawie obliczeń i wykresu podać jak zmienia się siła uciągu wciągarki w zależności od prędkości ruchu liny, jaka jest dynamika tych zmian i jakie to może mieć znaczenie praktyczne.

Wskazówki do zadania 1.4

Siłę uciągu wciągarki P_u w kN obliczamy ze wzoru:
[kN] (1.8)

gdzie:

P_u - siła uciągu wciągarki w kN,

N_s - moc silnika napędzającego wciągarkę w kW,

V - prędkość liny wciągarki w m/s,

ϕ - współczynnik sprawności układu silnik - wciągarka.

Zadanie 1.5. Określenie mocy silnika wciągarki linowej

Wyznaczyć moc silnika napędzającego wciągarkę linową do zrywki drewna w terenie o kącie pochylenia stoku α [°], przy wielkości jednorazowego ładunku Q [kN], współczynniku oporów zrywki dla danego podłoża f_z i maksymalnej prędkości liny V [m/s].

Wskazówki do zadania 1.5

Moc silnika napędzającego wciągarkę N_s w kW wyznaczamy ze wzoru:

N_s = QV(f_zcosα+sinα) [kW] (1.9)

gdzie:

N_s - moc silnika w kW,

Q - ciężar ładunku w kN,

V - prędkość ruchu liny wciągarki w m/s,

f_z - współczynnik oporów zrywki,

α - kąt pochylenia terenu w stopniach.

Moc silnika wyznaczona ze wzoru (1.9) jest wystarczająca do zerwania ładunku
w podanych warunkach, lecz byłaby wykorzystana wówczas w 100%. Ponieważ jest wskazane, aby silnik dysponował pewną rezerwą mocy, obliczoną moc silnika należy zwiększyć o 10-15%.

Zadanie 1.6. Określenie wielkości jednorazowego ładunku zrywanego przez ciągnik
rolniczy

Obliczyć wielkość jednorazowego ładunku dla ciągnika rolniczego z napędem na tylne koła przy zrywce naziemnej (wleczonej) i półpodwieszonej w terenie o kącie wzniesienia α [°].

Położenie punktu zawieszenia ładunku przy zrywce półpodwieszonej określają h_z [m] i c [m].

Dane techniczne ciągnika: moc silnika N_s [kW], ciężar ciągnika G [kN], rozstaw osi L [m], położenie środka ciężkości a [m], h [m], promień tylnych kół r_k [m], położenie haka transportowego stanowiącego zaczep przy zrywce naziemnej h_z [m], najmniejsza prędkość jazdy V_Ib [km/h].

Przyjąć, że sprawność układu napędowego η = 0.7, współczynnik rozkładu ciężaru dłużycy k = 0.5, natomiast wartości współczynników: przyczepności ϕ, oporów przetaczania ciągnika f, oporów zrywki f_z i tarcia dłużycy o grunt f_t - z zestawów danych.

Na podstawie zestawionych wyników obliczeń podać:

1. jaki czynnik ogranicza wielkość jednorazowego ładunku przy zrywce przez wleczenie,
   a jaki przy zrywce półpodwieszonej,

2. który ze sposobów zrywki jest bardziej korzystny.

Na podstawie wzoru (1.15) określić, jaki wpływ na wielkość jednorazowego ładunku przy zrywce półpodwieszonej ma wysokość punktu podwieszenia i jego odległość od tylnej osi.

Wskazówki do zadania 1.6

Wielkość jednorazowego ładunku przy pełnym wykorzystaniu mocy silnika oblicza się:

1. w przypadku zrywki przez wleczenie ze wzoru:

[kN] (1.10)

gdzie:

- wielkość jednorazowego ładunku przy pełnym wykorzystaniu mocy silnika, przy

zrywce przez wleczenie w kN,

N_s - moc silnika w kN,

V_Ib - najmniejsza prędkość jazdy w km/h,

G - ciężar ciągnika w kN,

f_z - współczynnik oporów zrywki,

f - współczynnik oporów przetaczania ciągnika,

α - kąt wzniesienia terenu w stopniach,

η - współczynnik sprawności układu napędowego,

2. w przypadku zrywki półpodwieszonej bezpośrednio na ciągniku ze wzoru:

[kN] (1.11)

gdzie:

- wielkość jednorazowego ładunku przy pełnym wykorzystaniu mocy silnika, przy

zrywce półpodwieszonej w kN,

f_t - współczynnik tarcia dłużycy o grunt,

k - współczynnik rozkładu ciężaru dłużycy.

Wielkość jednorazowego ładunku, jaki może być zerwany przy pełnym wykorzystaniu siły przyczepności tylnych kół napędzających ciągnik oblicza się:

1. w przypadku zrywki przez wleczenie ze wzoru:

[kN] (1.12)

gdzie:

- wielkość jednorazowego ładunku ze względu na przyczepność kół do podłoża przy

zrywce przez wleczenie w kN,

ϕ - współczynnik przyczepności kół do podłoża,

L - rozstaw osi ciągnika w m,

a - odległość środka ciężkości ciągnika od osi przedniej w m,

h - odległość środka ciężkości ciągnika od podłoża w m,

h_z - odległość punktu zaczepiania ładunku (haka zaczepowego) od podłoża w m,

r_k - promień kół tylnych w m,

G - ciężar ciągnika,

2. w przypadku zrywki półpodwieszonej bezpośrednio na ciągniku ze wzoru:

[kN] (1.13)

gdzie:

- wielkość jednorazowego ładunku ze względu na przyczepność kół napędzających do

podłoża przy zrywce półpodwieszonej w kN,

c - odległość punktu zaczepienia ładunku od osi tylnych kół ciągnika w m.

Wielkość jednorazowego ładunku ze względu na kierowalność ciągnika oblicza się:

1. w przypadku zrywki przez wleczenie ze wzoru:

[kN] (1.14)

gdzie:

- wielkość jednorazowego ładunku ze względu na kierowalność przy zrywce przez

wleczenie w kN,

b - odległość środka ciężkości od osi kół tylnych, przy czym b = L - a,

Z_pmin - najmniejsza wartość pionowej reakcji podłoża działającej na przednie koła ciągnika. Jeżeli chcemy zachować kierowalność ciągnika przyjmujemy Z_pmin = 2.0 kN,

2. w przypadku zrywki półpodwieszonej bezpośrednio na ciągniku ze wzoru:

[kN] (1.15)

gdzie:

- wielkość jednorazowego ładunku ze względu na kierowalność przy zrywce

półpodwieszonej.

Wyniki obliczeń zestawić w tabeli wg wzoru:

Tabela 1.2.

Zrywka	Wielkość ładunku zdeterminowana przez
		moc	przyczepność	kierowalność
wleczona
półpodwieszona

1