TRANSPORT DREWNA
OBLICZENIA TRAKCYJNE TABORU ZRYWKOWEGO
Katedra Techniki Leśnej
Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu
Wykonanie ćwiczeń
Rozwiązać zestaw zadań i udzielić odpowiedzi na postawione w tekście pytania.
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 Pu′ [kN], która jest konieczna do ruszenia dłużycy z miejsca oraz wartość stałej siły uciągu Pu w kN koniecznej do utrzymania dłużycy w ruchu. Podłoże, po którym odbywa się zrywka charakteryzuje się współczynnikiem oporów zrywki fz oraz kątem pochylenia
α [°]. Obliczenia przeprowadzić dla zrywki w górę i w dół stoku.
Na podstawie obliczeń określić bardziej korzystny kierunek zrywki.
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:
Pu = Q(fzcosα + sinα) [kN] (1 . 1)
a przy zrywce w dół stoku:
Pu = Q(fzcosα - sinα) [kN] (1 . 2)
Chwilową siłę uciągu potrzebną do ruszenia dłużycy z miejsca obliczamy ze wzoru:
Pu′ = Q(1.5 fz cosα + sinα) [kN] (1 . 3)
gdzie:
Pu - stała siła uciągu w kN,
Pu′ - chwilowa siła uciągu w kN,
fz - 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
Gp [kN]. Dane zależne od podłoża: niemianowany współczynnik oporów toczenia dwukółki f, współczynnik tarcia końca dłużycy o grunt ft, kąt pochylenia terenu α [°]. Obliczyć wielkość siły uciągu Pu 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:
Pu = [f(Gp+kQ)+ft(1-k)Q]cosα+(Gp+Q)sinα [kN] (1.4)
gdzie:
Pu - siła uciągu w kN,
Gp - ciężar urządzenia pomocniczego w kN,
Q - ciężar dłużycy w kN,
ft - 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 Gk [kN], ciężarze dwukółki Gp [kN], współczynniku oporów zrywki fz, współczynniku oporów przetaczania dwukółki f, współczynniku tarcia dłużycy o grunt ft 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,
Pu2 - siła uciągu koni w kN,
Gk - ciężar konia w kN,
fz - współczynnik oporów zrywki,
Gp - ciężar urządzenia pomocniczego w kN,
f - współczynnik oporów toczenia urządzenia pomocniczego,
ft - 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.
Pu2 = Pu γ [kN] (1.7)
gdzie:
Pu2 - siła uciągu pary koni w kN,
Pu - 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 Pu w kN, przy określonej mocy silnika napędzającego wciągarkę Ns 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 - Pu). 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 Pu w kN obliczamy ze wzoru:
[kN] (1.8)
gdzie:
Pu - siła uciągu wciągarki w kN,
Ns - 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 fz i maksymalnej prędkości liny V [m/s].
Wskazówki do zadania 1.5
Moc silnika napędzającego wciągarkę Ns w kW wyznaczamy ze wzoru:
Ns = QV(fzcosα+sinα) [kW] (1.9)
gdzie:
Ns - moc silnika w kW,
Q - ciężar ładunku w kN,
V - prędkość ruchu liny wciągarki w m/s,
fz - 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 hz [m] i c [m].
Dane techniczne ciągnika: moc silnika Ns [kW], ciężar ciągnika G [kN], rozstaw osi L [m], położenie środka ciężkości a [m], h [m], promień tylnych kół rk [m], położenie haka transportowego stanowiącego zaczep przy zrywce naziemnej hz [m], najmniejsza prędkość jazdy VIb [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 fz i tarcia dłużycy o grunt ft - z zestawów danych.
Na podstawie zestawionych wyników obliczeń podać:
jaki czynnik ogranicza wielkość jednorazowego ładunku przy zrywce przez wleczenie,
a jaki przy zrywce półpodwieszonej,
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:
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,
Ns - moc silnika w kN,
VIb - najmniejsza prędkość jazdy w km/h,
G - ciężar ciągnika w kN,
fz - współczynnik oporów zrywki,
f - współczynnik oporów przetaczania ciągnika,
α - kąt wzniesienia terenu w stopniach,
η - współczynnik sprawności układu napędowego,
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,
ft - 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:
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,
hz - odległość punktu zaczepiania ładunku (haka zaczepowego) od podłoża w m,
rk - promień kół tylnych w m,
G - ciężar ciągnika,
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:
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,
Zpmin - najmniejsza wartość pionowej reakcji podłoża działającej na przednie koła ciągnika. Jeżeli chcemy zachować kierowalność ciągnika przyjmujemy Zpmin = 2.0 kN,
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