ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Автомобили и тракторы»

М. П. Куприянов

«ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЯ И ТРАКТОРА»

Курс лекций

для студентов специальности 190201.65 «Автомобиле- и тракторостроение»

Липецк 2009г.

«Теория автомобиля и трактора» является одним из основных теоретических курсов подготовки инженера по специальности 190201.65 «Автомобиле- и тракторостроение». Содержание дисциплины частично изменяется вместе с развитием мирового и отечественного автомобиле- и тракторостроения, но основные законы движения автомобиля и трактора остаются неизменными. «Теория автомобиля и трактора» обобщает знания об эксплуатационных качествах и свойствах автомобилей и тракторов, оценках и закономерностях их изменений, методах определения и изучения их. В процессе изучения дисциплины предполагается получение студентами углубленных профессиональных знаний, умений и навыков выбирать основные параметры автомобилей и тракторов с целью повышения производительности, совершенствования конструкции и обеспечения потребительского спроса на те или иные тяговые транспортные средства. Освоение дисциплины подготавливает студента к решению профессиональных задач в проектно- конструкторской, организационно-управленческой, научно-исследовательской деятельности и в сфере ремонта и технического обслуживания машин.

Модуль 1. Основные сведения об эксплуатационных качествах и свойствах автомобилей и тракторов и их двигателях Лекция 1.1. Введение

1.1.1. Цели и задачи курса «Теория автомобиля и трактора»

Трактор или автомобиль это сложная машина, и требования, предъявляемые к ней, настолько разнообразны, что для их удовлетворения необходимо наличие ряда эксплуатационных качеств и свойств. Эти качества и свойства в совокупности должны характеризовать эффективность работы трактора и автомобиля в тех или иных условиях.

«Теория автомобиля и трактора» - одна из дисциплин, изучающая эксплуатационные качества и свойства машин.

Основными задачами теории автомобиля и трактора являются:

а) выбор и характеристика важнейших эксплуатационных качеств и свойств;

б) исследование влияния, оказываемого на них, различными конструктивными и эксплуатационными факторами;

в) обоснование измерителей, которые позволяют объективно оценивать эксплуатационные качества и свойства;

г) разработка методов определения этих измерителей.

Технический прогресс базируется на изучении конструкций выпускаемых машин, обобщении опыта их эксплуатации и учёте потребительского спроса на них. В этих условиях значение теории автомобиля и трактора особенно велико, так как она даёт научно обоснованные критерии для объективной оценки эксплуатационных качеств и свойств машин, находящихся в производстве, для разработки технических требований на новые конструкции, а также для проведения испытаний экспериментальных образцов по соответствующей методике.

В теории автомобиля и трактора изучаются общие закономерности процесса преобразования энергии двигателя в движущее усилие самоходной установки, предназначенной, в основном, для выполнения работ с помощью силы тяги на крюке или для перевозки грузов, а также рассматриваются законы движения её.

Для правильного использования конечных выводов теории необходимо подробное изучение основных предпосылок и глубокое проникновение в физическую сущность изучаемого явления.

В конечном счёте, задача теории автомобиля и трактора, а, следовательно, и цель данного курса, заключается в создании и освоении научных основ для дальнейшего совершенствования конструкций этих машин и повышения эффективности их использования.

1.1.2. Вклад отечественных учёных в развитии науки о тракторах и автомобилях

Ещё в 1785-1788 годах появились работы И.И.Комова «О земледелии» и «О земледельческих орудиях». В 1837г. Д.А.Загряжский патентует проект первого гусеничного трактора, а в 1879г. Ф.А.Блинов строит первый в мире гусеничный трактор, значительно опередив начало строительства подобных тракторов за рубежом (И.Б.Барский «Советские тракторы»).

В 1918г. завод «Большевик» выпускает мощные гусеничные тракторы.

С 1920г. по 1929г. Коломенский машиностроительный завод выпускает серию колёсных тракторов «Коломенец», созданных под руководством одного из пионеров отечественного тракторостроения и разработчика науки о тракторах Е.Д. Львова. С 1923г. выпускаются колёсные тракторы «Красный путиловец», над созданием мощных гусеничных тракторов «Коммунар» работает Харьковский паровозостроительный завод и ряд других предприятий.

Хотя к этому времени создаётся много оригинальных конструкций этот период можно считать подготовительным, который показал, что новая отрасль машиностроения может быть организована только на специальных заводах, оснащённых новейшей техникой. И в 1930г. строится Сталинградский, а в 1931г.- Харьковский тракторные заводы, которые выпускали ежегодно по 50 тысяч колёсных тракторов СХТЗ. В 1933г. Челябинский тракторный завод начинает выпуск гусеничных тракторов С-60.

В 1934г. производится модернизация ЛКЗ и начинается выпуск колёсного трактора «Универсал». Проектируются новые тракторы и Сталинградский, и Харьковский тракторные заводы переходят на выпуск гусеничных тракторов СХТЗ-НАТИ с двигателем мощностью 38,2кВт, а с 1937г. Челябинский тракторный завод начинает выпуск тракторов с двигателем мощностью 55,1кВт

К началу Великой Отечественной войны по выпуску тракторов СССР был на первом месте в мире, а общий выпуск составлял 40% мирового производства.

В 1944г. восстанавливаются Сталинградский и Харьковский заводы, а с 1943г по 1954г строятся новые заводы в гг. Рубцовске, Липецке и Минске по выпуску колёсных и гусеничных тракторов и к 1950 году страна достигла довоенного уровня.

Важнейшей задачей народного хозяйства страны уже в первые годы Советской власти было создание автомобилестроения. Развитие его характеризуется несколькими этапами. В период становления автомобильной промышленности (1924-1931гг.) были созданы первые советские автомобили АМО-Ф15 и Я-3. В период 1931-1945 гг. главное внимание уделялось созданию материальной базы для массового производства автомобилей. Были построены крупнейшие автомобильные заводы: Горьковский и Московский, значительно расширен Ярославский, а во время Великой Отечественной войны начал работать автомобильный завод на Урале. Уже в 1937г. годовой выпуск автомобилей достиг 200 тысяч, что способствовало успешному выполнению предвоенных пятилеток и имело большое значение в победе советского народа в Великой Отечественной войне.

Послевоенный период характеризуется развитием автомобильной промышленности, строительством новых автомобильных и автоагрегатных заводов, увеличением выпуска автомобилей и повышением их качества. Свидетельством признания отечественного автомобилестроения явилась международная Брюссельская выставка 1958 года, на которой советская автомобильная экспозиция была удостоена «Гран-при». Учитывая, что подобные выставки собирали весь цвет мировой индустрии, а конкурс «Автомобиль года» ещё не выдумали, то лучшими автомобилями 1958 года, по крайней мере, в Европе считались ГАЗ-21 «Волга» и ГАЗ-13 «Чайка», которые пришли на смену легендарной М-20 «Победа»

Вместе с развитием отечественного автотракторостроения начала развиваться и наука о проектировании автомобилей и тракторов. Ещё в 1918 году при Высшем Совете народного хозяйства (ВСНХ) была организована научно-исследовательская лаборатория (НАЛ) для проведения работ в области автомобилей и тракторов, автотракторных и авиационных двигателей. В дальнейшем на её базе были созданы Научно-автомоторный институт (НАМИ) и Научно-исследовательский институт (НАТИ).

Основоположником отечественной автомобильной школы является Е.А. Чудаков, которому принадлежит более двухсот работ по различным направлениям автомобильной науки. Г.В.Зимелёв исследовал тяговую динамику автомобиля и предложил аналитический метод расчёта её показателей. Я.М. Певзнер, А.С. Литвинов и Я.Е.Фаробин разработали теорию движения автомобиля на повороте. В области тормозной динамики работали Н.А.Бухарин и А.Б.Гредескул, а вопросы плавности хода обобщены в трудах Р.В.Ротенберга. Н.А.Яковлевым и Я.Х.Закиным проделана большая работа по исследованию эксплуатационных свойств автомобильного поезда.

Большая роль в создании теории автомобиля и трактора принадлежит видным советским учёным Е.Д.Львову, профессору М.Н.Кристи, академику В.П.Горячкину и др.

На современном этапе наметились основные тенденции развития конструкции автомобилей и тракторов: снижение металлоёмкости, повышение рабочих скоростей и мощности автотракторного двигателя, увеличение числа ступеней трансмиссии и улучшение условий труда водителя.

1.1.3. Классификация тракторов

В общем случае тракторы бывают сельскохозяйственные и промышленные и применяются соответственно в сельском хозяйстве при выполнении различных работ и в промышленности.

По назначению сельскохозяйственные тракторы классифицируются следующим образом:

- общего назначения, применяемые для пахоты, посева, культивации, уборки зерновых культур и т.д. (например, ДТ-75М, Т-150К, Т-4А и К-701);

- универсально-пропашные, предназначенные главным образом для междурядной обработки и уборки пропашных культур (например, Т-40А, МТЗ-80 и Т-70С);

- специализированные, предназначенные для работы на виноградниках и чайных плантациях, в горном земледелии и на болотах (например, ДТ-75Б).

По конструкции ходовой части тракторы подразделяют на два вида:

- колёсные тракторы, ходовая часть которых оборудована колёсными движителями;

- гусеничные тракторы, ходовая часть которых имеет гусеничные движители.

По типу остова тракторы различаются:

- рамные тракторы, остов которых представляет собой клёпаную или сварную раму (например, ДТ-75М);

- полурамные тракторы, остов которых образуется корпусом трансмиссии и двумя продольными балками (лонжеронами), привёрнутыми (например, Т-40 и МТЗ-80) или приваренными (например, Т-130) к этому корпусу;

- безрамные тракторы, остов которых образуется в результате соединения корпусов отдельных механизмов.

Колёсные тракторы могут иметь один ведущий мост (например, Т-40 и МТЗ-80) и два ведущих моста (например, Т-40А и МТЗ-82).

Колёсный трактор по сравнению с гусеничным более универсален, дешевле в изготовлении и эксплуатации. Однако на переувлажнённых и рыхлых почвах колёсный трактор не может быть использован так эффективно как гусеничный.

1.1.4. Классификация автомобилей

Автомобиль – самодвижущийся экипаж, предназначенный для перевозки по безрельсовым дорогам пассажиров, грузов или специального оборудования и буксирования повозок.

По назначению все автомобили принято делить на пассажирские, грузовые и специальные автомобили.

Пассажирские автомобили в зависимости от числа пассажирских мест разделяют на легковые, служащие для перевозки до шести пассажиров и автобусы – для перевозки больших групп пассажиров.

Грузовые автомобили используют для перевозки разнообразных грузов. Они характеризуются номинальной грузоподъёмностью, под которой понимается предельно допустимая масса груза, указанная в технической характеристике.

В зависимости от устройства кузова грузовые автомобили подразделяют на автомобили общего назначения, кузов которых представляет собой открытую платформу с откидными бортами и специализированные с кузовами, приспособленными для перевозки одного или нескольких видов грузов (например, самосвал, цистерны, продуктовые фургоны и др.).

Специальные автомобили предназначены для выполнения каких-либо определённых работ и оборудованы соответствующими приспособлениями и устройствами. К ним относятся пожарные автомобили, автокраны, автовышки и др. Обычно они представляют собой видоизменённые модели автомобилей общего назначения.

По приспособленности к дорожным условиям различают автомобили дорожной (нормальной) проходимости, предназначенные для работы на дорогах с твёрдым покрытием и сухих грунтовых дорогах и повышенной проходимости, которые могут работать на неблагоприятных (неблагоустроенных) дорогах и бездорожью. У автомобилей повышенной проходимости, как правило, два или три моста ведущие.

1.1.5. Типаж тракторов и основные принципы его рационального построения

Система машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства включает в себя типаж тракторов, состоящий из 10 классов с номинальными тяговыми усилиями 2, 6, 9, 14, 20, 30, 40, 50, 60, и 80 кН.

Типажом называется совокупность всех типоразмеров (моделей) тракторов с указанием их основных качественных показателей.

Базовый типоразмер – наиболее универсальный и распространённый типоразмер трактора в данном классе. В классе могут быть более одного базового типоразмера.

Модификация – типоразмер трактора, относящийся к тому же классу, что и базовый типоразмер, и тесно унифицированный с последним. Остальные типоразмеры класса относятся к самостоятельным моделям.

Номинальное тяговое усилие это такое наибольшее тяговое усилие, при котором буксование ведущих органов не выше допустимой величины (для гусеничных тракторов – 7%, для колёсных – 15%).

Разработка и обоснование рационального и перспективного типажа тракторов является весьма важной задачей. Число и набор типоразмеров тракторов в перспективном типаже должны быть экономически оптимальными. Чем меньше типоразмеров, тем больше в среднем масштаб производства каждого из них. Это создаёт благоприятные предпосылки для специализации производства, удешевления машины, упрощения и удешевления снабжения запчастями и эксплуатации парка этих машин. Однако если число типоразмеров слишком ограничено, в ряде случаев приходится использовать вместо оптимального типоразмера слишком большой или слишком маленький трактор. В первом случае потребитель несёт излишние издержки на стоимость трактора, во втором терпит ущерб из-за снижения производительности.

Типаж тракторов состоит из нескольких классов, каждый из которых определяет габаритные размеры трактора. Каждый класс представлен обычно несколькими, тесно унифицированными типоразмерами разного назначения, составляющими семейство. В семейство входят базовый типоразмер, модификации и самостоятельные модели.

Отношение или разность классификационных параметров двух крайних классов (их базовых моделей) определяет диапазон, охватываемый типажом, а отношение или разность классификационных параметров двух соседних классов определяет плотность типажа. Совокупность всех типоразмеров тракторов составляет номенклатуру типажа.

В качестве основного классификационного параметра принято считать номинальное тяговое усилие, Р_н .

Весьма важной задачей в перспективном типаже является унификация типоразмеров. Унификация базовой модели трактора с его модификациями бывает очень глубокой. Часто на них установлены взаимозаменяемые двигатели, механизмы трансмиссии и рабочего оборудования. Унификация моделей в пределах одного класса принято называть горизонтальной унификацией. Однако развитая унификация возможна и необходима и между тракторами разных классов. Такая унификация называется вертикальной. Она осуществляется обычно в двух направлениях:

- полная унификация элементов, размеры которых вообще не связаны с классом трактора (сиденья, рукоятки, краники, подножки, приборы, элементы кабины и др.);

- унификация с использованием секционного сочетания (число цилиндров, число катков и т.п.).