
- •Основи теорії та розрахунку трактора і автомобіля
- •1. Вступ
- •1.1. Із історії розвитку Вітчизняного тракторобудування
- •1.2. Із історії розвитку Вітчизняного автомобілебудування
- •1.3. Вклад Вітчизняних вчених в розвиток “Теорії трактора та автомобіля”
- •1.4. Типаж тракторів
- •1.4.1. Загальна будова трактора
- •1.4.2. Класифікація тракторів
- •1.5. Типаж автомобілів
- •1.5.1. Загальна будова автомобіля
- •1.5.2. Класифікація автомобілів
- •1.6. Предмет вивчення курсу “Теорія трактора та автомобіля”
- •1.7. Експлуатаційні властивості тракторів та автомобілів
- •2. Загальна динаміка колісних тракторів і автомобілів
- •2.1. Умови і режими роботи коліс
- •2.2. Утворення сили, моменту опору кочення та дотичної сили тяги
- •2.3. Фізико-механічні властивості грунту
- •2.4. Ведучий момент на рушіях трактора і автомобіля
- •2.5. Дотична сила тяги і її обмеження по зчепленню з ґрунтом
- •2.6. Необхідна і достатня умова руху трактора і автомобіля
- •2.7. Кінематика та динаміка веденого і ведучого коліс
- •2.7.1. Кінематика та динаміка веденого колеса
- •2.7.2. Динаміка ведучого колеса з пневматичною шиною
- •2.7.3. Зчеплення з ґрунтом і буксування рушіїв
- •2.9. Сили, які діють на рухому колісну машину
- •2.10. Тяговий баланс
- •2.11. Нормальні реакції грунту на передні і задні колеса тракторів та автомобілів
- •2.12. Нормальні реакції ґрунту на колеса трактора при роботі з навісною машиною
- •3. Загальна динаміка гусеничного трактора
- •3.1. Особливості кінематики і динаміки гусеничного рушія
- •3.3. Центр тиску гусеничного трактора і його зміщення відносно
- •Рівняння моментів має наступний вигляд
- •3.4. Робота гусеничного трактора з навісними машинами
- •Виконуємо такі арифметичні дії
- •Після скорочення рівняння (3.38) приймає вигляд
- •Рівняння (3.44) можемо записати наступним чином
- •3.5. Розподіл нормальних реакцій грунту
- •4. Визначення зчіпної ваги та розподіл навантаження
- •5. Тягова динаміка і паливна економічність трактора
- •5.1. Баланс потужності трактора
- •5.2. Побудова потенційної тягової характеристики проектуємого трактора
- •5.4. Процес розгону машинно-тракторного агрегату
- •5.4.1. Основні показники, їх оцінювання
- •5.4.2. Вплив на процес розгону механізмів для переключення
- •6. Тягова і гальмівна динаміка та паливна
- •6.1. Баланс потужності автомобіля
- •6.2. Динамічний фактор і динамічна характеристика автомобіля
- •6.3. Гальмівні властивості автомобіля
- •6.3.1. Процес гальмування автомобіля
- •6.3.2. Гальмова сила на колесах автомобіля
- •6.3.3. Рівняння руху автомобіля при гальмуванні
- •6.3.4. Вимірювачі гальмових якостей автомобіля
- •6.3.5. Гальмування двигуном
- •6.4. Паливна характеристика проектуємого автомобіля
- •7. Тягова динаміка повнопривідних
- •7.1. Основні типи безступеневих автоматичних трансмісій тракторів та автомобілів
- •7.1.1. Фрикційна механічна трансмісія
- •7.1.2. Електричні трансмісії
- •7.1.3. Гідродинамічна трансмісія
- •7.1.4. Гідростатична (гідрооб'ємна) трансмісія
- •7.2. Методика тягового розрахунку трактора
- •8. Теорія повороту тракторів та автомобілів
- •8.1. Теорія повороту колісних тракторів та автомобілів
- •8.1.1. Загальні відомості
- •8.1.2. Способи повороту колісних машин
- •8.1.3. Кінематика повороту колісної машини з рульовою трапецією
- •8.1.4. Динаміка повороту колісних машин
- •8.1.5. Керованість колісної машини
- •8.1.6. Вплив бокового уводу шин на кінематику повороту
- •8.1.7. Стабілізація керованих коліс
- •8.2. Поворот гусеничного трактора
- •8.2.1. Кінематика повороту
- •8.2.3. Поворот гусеничного трактора з навантаженням на гаку
- •8.2.4. Характеристика повороту гусеничного трактора
- •9. Стійкість тракторів та автомобілів
- •9.1. Повздовжня стійкість тракторів та автомобілів
- •9.2. Граничний статичний кут по сповзанню
- •9.3. Загальна умова повздовжньої стійкості колісних машин
- •9.4. Повздовжня стійкість колісної машини з навантаженням на гаку
- •9.5. Гранична статична стійкість гусеничного трактора
- •9.6. Поперечна стійкість тракторів та автомобілів
- •9.7. Способи підвищення стійкості тракторів та автомобілів
- •9.8. Поперечна стійкість колісних машин
- •9.9.Поворот колісної машини на схилах і під’йомах
- •9.10. Прохідність тракторів та автомобілів
- •9.10.1. Загальні відомості
- •9.10.2. Геометричні параметри прохідності
- •9.10.3. Способи поліпшення прохідності
- •10. Плавність руху і енергономічність машин
- •10.1. Загальні відомості
- •10.2. Характеристики поверхні доріг
- •10.3. Вплив коливань на людину
- •10.4. Рівняння коливань
- •10.5. Вимірювачі плавності ходу
- •10.6. Гасіння коливань
- •10.7. Коливальна система колісного трактора
- •11. Основи розрахунку шасі тракторів і автомобілів
- •11.1. Загальні положення
- •11.2. Розрахунок фрикційних муфт зчеплення
- •11.3. Особливості розрахунку фрикційних муфт повороту
- •11.4. Основи розрахунку коробок передач
- •11.5. Розрахунок елементів з’єднувальних муфт і карданних механізмів
- •11.6. Розрахунок механізмів заднього моста
- •11.7. Розрахунок рульового механізму
- •11.8. Розрахунок елементів ходових систем
1.2. Із історії розвитку Вітчизняного автомобілебудування
1908-1915 роки. Російсько-Балтійським заводом (м. Рига) випущено 450 легкових автомобілів.
1924 рік. Початок випуску Московським заводом АМО (нині ЗИЛ) вантажного автомобіля АМО-Ф-15 вантажопід’ємністю 1,5 т.
1926 рік. Початок випуску Ярославським автомоторним заводом вантажного автомобіля Я-3. До 60-х років завод випускав автомобілі марок Я-3, Я-4, ЯГ-5 і ЯГ-6.
1927 рік. Початок випуску заводом “Спартак” (м. Москва) легкових автомобілів НАМИ-01. Автомобілі мали двохциліндрові двигуни з повітряним охолодженням потужністю 13,7 кВт.
1932 рік. Початок випуску вантажних автомобілів Горьківським автомобільним заводом (ГАЗ) (м. Нижній Новгород).
1934 рік. Початок випуску автобусів ЗИС-8 заводом АМО.
1940 рік. Початок виробництва малолітражних автомобілів заводом ім. КИМ (м. Москва). В подальшому завод називався АЗЛК.
1943 рік. Початок випуску Ульяновським автомобільним заводом (УАЗ) легкового автомобіля підвищеної прохідності ГАЗ-67Б.
1944 рік. Початок випуску автомобілів заводом Урал ЗИС (м. Міас Челябінської області).
1946 рік. Початок випуску ГАЗом вантажного автомобіля ГАЗ-51 і легкового автомобіля М-20 “Победа”.
1947 рік. Початок випуску АЗЛК легкових автомобілів “Москвич-400”. Це були перші автомобілі призначені для продажу населенню.
1956 рік. Початок випуску Павловським автобусним заводом (ПАЗ) автобусів ПАЗ-652.
1957 рік. Початок випуску автобусів Львівським автобусним заводом (ЛАЗ) двох моделей автобусів: ЛАЗ-696 – міський; ЛАЗ-697 – туристський.
1958 рік. Початок випуску мікроавтобусів РАФ-10 “Латвія” (м. Рига).
1959 рік. Початок випуску автобусів ЗИЛ-158 заводом в м. Лікіно
(Московська обл.). Виробництво на побудований завод було передано з ЗИЛа.
1960 рік. Початок випуску заводом “Комунар” (м. Запоріжжя) легкових малолітражних автомобілів ЗАЗ-965.
1968 рік. Початок випуску легкових автомобілів “Москвич-412 ИЭ” заводом в м. Іжевськ.
1970 рік. Початок випуску легкових автомобілів ВАЗ-2101 Волжським автомобільним заводом (м. Тольятті).
1973 рік. Початок випуску автобусів КАВЗ-685 Курганським автобусним заводом.
1975 рік. Початок випуску вантажних автомобілів ГАЗ-52 і ГАЗ-53А Горьківським автомобільним заводом.
1976 рік. Початок випуску вантажних автомобілів КамАЗ-5320 Камським автомобільним заводом (м. Набережные Челны, Татарія).
1995-2008 роки. Випуск різними заводами легкових автомобілів ведучих зарубіжних виробників (ДЕУ, Шкода, Опель, Фольцваген, Хюндай, ВАЗ, ГАЗ та інші).
1.3. Вклад Вітчизняних вчених в розвиток “Теорії трактора та автомобіля”
В 1918 році створена автомобільна лабораторія. На базі лабораторії створений науково-дослідний автомоторний інститут (НАМИ). Першим директором НАМИ був професор Н.Р.Брилінг. Однією з перших робіт НАМИ була розробка експерементально-теоретичного обгрунтування реконструкції легкового автомобіля Руссо-Балт (Р-Б) моделі С-24-40, який прийнятий до виробництва. Керівником цих робіт був інженер Є.А.Чудаков.
Є.А.Чудаков в 1923 році опублікував статтю «К динамическому исследованию автомобиля Р-Б, С-24-40». В ній приведені дані про опір руху автомобіля , основну діаграму руху і проведено дослідження динаміки автомобіля в залежності від таких факторів: нахилу дороги до лінії горизонту, ваги, лобових поверхонь, передаточних чисел головної передачі.
Під керівництвом Є.А.Чудакова виконана робота інженером Н.А.Лавровим по визначенню впливу передаточного числа диференціала на час розгону автомобіля (опублікована в 1923 році). В ній зроблено теоретичне обгрунтування впливу обертових мас на опір розгону і приведений метод графічного визначення часу розгону по величинам, зворотним прискоренню; проведено дослідження залежності часу розгону від передаточного числа головної передачі, ваги автомобіля і його лобової площини.
В цих роботах викладені основи для подальшої розробки теорії динаміки автомобіля.
В 1928 році опублікована книга Є.А.Чудакова “Динамические и экономические исследования автомобиля”. В ній викладені закінчені дослідження по опорам руху; робочому балансу; розрахункам кутів нахилу лінії дороги до лінії горизонту; розрахункам прискорень; впливу передач трансмісії, зовнішньої характеристики двигуна , ваги і лобової площини на динаміку автомобіля; вперше викладені матеріали по економіці автомобіля; приведена методика розрахунків витрати палива для різних випадків руху автомобіля; розроблені дві основні діаграми по витраті палива економічна характеристика двигуна і економічна характеристика автомобіля; визначено вплив запасу потужності, ваги, лобової площини , передаточних чисел і кількості передач на економічність автомобіля.
Продовження досліджень приведено в підручнику Є.А.Чудакова “Тяговый расчёт автомобиля”, який опубліковано в 1930 році. В ньому суттєво доповнені і розширені основи теорії автомобіля, а також запропонований перехід від досліджень готової конструкції автомобіля до раціонального проектування основних параметрів автомобіля.
Вперше курс “Теорія автомобіля” викладено в підручнику Н.А.Яковлєва з одноіменною назвою, який був опублікований в 4-х частинах в 1932...1934 роках. Він був основним підручником для підготовки техніків автомобільного транспорту.
Повне викладення курсу приведено в підручнику Є.А.Чудакова “Теорія автомобіля”, який опублікований в 1935 році. Він був затверджений як основний підручник для автомобільних ВТУЗів. В ньому сформульовані експлуатаційно-технічні властивості автомобіля, приведені їх вимірювачі; приведені методи дослідного визначення експлуатаційно-технічних властивостей і приведено аналіз цих властивостей в процесі розвитку (поліпшення) конструкції автомобіля; приведена повна методика викладення комплексу питань по теорії автомобіля, які були окремо викладені в інших підручниках.
До підручника Є.А.Чудакова Зімелєв Г.В. розробив збірник типових задач по теорії автомобіля, який опублікований в 1936 році. Він був затверджений як основний навчальний посібник для машинобудівних ВТУЗів. В посібнику приведені методичні вказівки для розв’язання задач і приведені приклади рішення типових задач.
В 1939 році Н.А.Яковлєв в дисертаційній роботі розглянув окремі питання теорії автомобільних поїздів.
Основоположником методичної розробки питань розрахунків агрегатів шасі автомобіля є акад. Є.А.Чудаков. В 1933 -1934 роках в працях НАТИ він опублікував дві частини капітальної праці по систематизированому розрахунку деталей шасі. В подальшому ця робота вдосконалювалась і в 1947 році опубліковано четверте видання під назвою “Расчёт автомобиля”.
Над питанням уточнення розрахунків деталей шасі автомобіля працювала розрахункова група НАТИ в складі А.В.Осипяна, Б.А.Глуха, М.І.Лисова та інших.
Значний вклад в розвиток конструкції зубчатих зачеплень вніс акад. Є.А.Чудаков. Він розробив новий метод розрахунку зубців на міцність і спрацювання. Велика кількість робіт А.В.Осипяна присвячена розрахунку і випробуванню автомобільних шестерень, головним чином косозубих. Над цими проблемами також працювали в центральному бюро редукторобудування ЦНИИТМАШ (А.І.Петрусєвич, Дікер, Калужников та інші).
В 1937 році М.І.Лисов опублікував роботу по розрахункам шасі легкового автомобіля ЗИС-101, а в 1941 році Н.А.Бухарін розробив основи проектування механізмів автоматизированого управління автомобілем.
Для навчальних цілей цілей були призначені книги Марковникова В. Л. і Фалькевича Б. С. “Расчёт шасси автомобиля” (1935 рік), Чудакова Є. А. –“Конструкция и расчёт шасси автомобиля” (1939 рік) та Н. А. Яковлєва –“Задачник по теории и расчёту автомобиля” (1941 рік).
В 1942 році академік Є. А. Чудаков опублікував монографію “Устойчивость автомобиля”. В ній розглянуті питання стійкості автомобіля і циркуляції потужності в жорсткому приводі до ведучих коліс.
В. С. Ламовицький в 1946 році опублікував роботу “Некоторые вопросы теории автомобиля”, а в 1947 році – “Реакции горизонтальной дороги на колёса автомобиля при повороте”. В них вперше зроблено спробу вирішення основних питань динаміки автомобіля шляхом прикладання до процесу руху класичних законів теоретичної механіки.
Б. С. Фалькевич в 1947 році в дисертаційній роботі провів дослідження руху автомобіля на змінних режимах, а також визначив оптимальний режим руху автомобіля з урахуванням його виробітку і витрати палива.
Першою опублікованою роботою по випробовуванню автомобіля є стаття Є. А. Чудакова “Испытание автомобилей на тормозном станке”. В ній викладена будова дослідної установки НАМИ і результати досліджень. В 1931 році Г. В. Зімелєв опублікував роботу “Лабораторное испытание автомобиля”. В ній узагальнений досвід роботи автомобільної лабораторії МВТУ по лабораторним випробовуванням автомобілів. Є. А. Чудаков в працях НАТИ в цьому ж році опублікував монографію по випробовуванню автомобіля і його механізмів. В ній детально викладена будова дослідних установок і різної апаратури.
В 1933 році В. І. Сороко-Новіцький опублікував роботу “Методика испытаний автомобильных двигателей”. Яковлєв Н. А. в 1935 році опублікував “Лабораторний практикум по испытанию автомобиля”. В 1936 році Фалькевич Б. С. опублікував роботу “Дорожные испытания автомобиля”, а в 1944 році – “Динамические и экономические испытания автомобилей”.
“Теорія трактора“ як окрема галузь науки про експлуатаційні властивості мобільних машин сформувалась в середині 30-х років. Вона є продовженням і деталіровкою “Теорії автомобіля“ і складовою частиною “Теорії танка“.
Перелік деяких основних робіт по “Теорії автомобіля” (які були виявлені і дещо систематизовані авторами при перегляді наявної технічної літератури) приведені вище в лекції. Нижче, для прикладу, приведемо короткий огляд деяких робіт по “Теорії танка”. Роботи систематизовано по рокам опублікування.
1937 рік. Опубліковані дві роботи: одна А.С.Антонова під назвою “Танки”, друга Біновича Я.Є. – “Збірник задач по теорії танків”. Обидві роботи написані авторськими колективами. Приблизно в цей же рік захищена дисертація А.С.Антоновим на тему “Методика лабораторных испытаний гусеничных машин”.
1939 рік. Група авторів опублікувала книгу “Теория танков”.
1940 рік. А.І.Благонравов опублікував підручник “Танки і трактори”.
1943 рік. Н.А.Яковлєв опублікував книгу “Теория и расчёт танка”.
Нижче для прикладу приведемо перелік деяких робіт присвячених “Теорії трактора”.
1930 рік. М. К. Крісті опублікував книгу “Испытание гусеничных машин”.
1934 рік. М. І. Медведєв опублікував книгу “Теорія гусеничних систем”.
1935 рік. Надрукована книга. М. І. Медведєва “Конструирование трактора”.
1936 рік. Опубліковані книги таких авторів: Букін, Махлін “Пропашные тракторы”; Домбровський Н.Г. “Экскаваторы”; Львов Є. Д. “Теория трактора”; Морозов А. М. – “Тракторы с двигателями тяжёлого топлива”. Є. Д. Львов у своїй книзі вперше зробив систематизацію окремих питань “Теорії трактора”. Крім названих підручників в цьому ж році були захищені дві дисертації: Вербжицьким Н. Ф. “Неравномерность движения гусеничной цепи” та Опейко Ф. А. “Поворот гусеничного хода”.
1937 рік. Хлистов Ф. Л. опублікував книгу “Тяговые расчёты гусеничных и колёсных автомашин”, а в видавництві “Сельхозгиз” вийшов довідник авторського колективу під назвою “Справочник инженера-механизатора”.
1940 рік. Авторським колективом опублікована книга “Монтаж трактора СТЗ-НАТИ”.
Д. А. Чудаков захистив дисертацію під назвою “К расчёту механизмов трансмиссии трактора”.
Над питаннями теорії гусеничних машин працювали професори Н. І. Груздєв, А. С. Антонов, А. О. Нікітін, Л. В. Сергєєв, Ф. А. Опейко, Г. І. Зайчик та інші.
Академік В. П. Горячкін (1868...1935 р.р.) відомий як основоположник теорії сільськогосподарських машин. Але він також виконував роботи по теорії самохідних машин. До них відноситься вивчення фізико-механічних властивостей грунту, взаємодія рушіїв з грунтом і буксування ведучих органів.
В дійсний час питання “Теорії автомобіля” та “Теорії трактора” розглядаються як кожне окремо, так і обидва разом.
Основним підручником “Теорії трактора та автомобіля” є книга проф. Д. А. Чудакова “Основы теории и расчёта трактора и автомобиля”, яка опублікована в 1972 році [1]. В ній найбільш повно викладені сучасні питання теорії автомобілів, колісних і гусеничних тракторів; розрахунку окремих вузлів і агрегатів названих машин; приведені загальні вигляди діаграм і характеристик, по яким оцінюється робота машин; приведені приклади розв’язання типових задач по кожному розділу книги. До недоліків книги, потрібно віднести те, що, методика побудови діаграм і характеристик приведена дуже коротко або майже відсутня, чи відсутня зовсім.
В 1986 році була опублікована книга групи авторів під редакцією проф. В. А. Скотникова “Основы теории и расчёта трактора и автомобиля” [2]. В ній розмірності величин і вивід формул приведені в новій системі вимірювань СИ. Дещо змінено викладення деяких розділів попередньої книги; деякі розділи доповнені новим матеріалом.
Одним із перших підручників по “Теорії трактора та автомобіля” на українській мові є книга і. і. водяника “Експлуатаційні властивості тракторів і автомобілів” [3], яка була опублікована в 1994 році. Міністерством сільського господарства і продовольства України вона затверджена як навчальний посібник для викладачів і студентів інженерних факультетів сільськогосподарських вузів. В книзі дуже детально представлені залежності зміни різних величин, які характеризують експлуатацію машини, від умов експлуатації; приведена методика побудови основних характеристик машин; детально викладені деякі розділи, наприклад, 2.5. Наукові основи підвищення робочих швидкостей тракторів; 2.6. Шляхи підвищення динамічних і швидкісних властивостей; 3.2. Негативний вплив ходових систем машин на грунт; 3.3. Шляхи зниження рівня негативного впливу ходових систем на грунт; 3.4. Удосконалення коліс і гусениць; 4.3. Керованість; 4.4. Шляхи підвищення стійкості і керованості; 5.4. Шляхи поліпшення плавності ходу машин і умов праці водіїв; 6.3. Шляхи підвищення продуктивності і паливної економічності. Але зміст посібника не повністю розкриває теорію та розрахунок тракторів і автомобілів.