Многоцелевые гусеничные и колесные машины. Теория
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Автомобильный транспорт
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Авторы:
Бойков Владимир Петрович, Гуськов Валерий Владимирович, Коробкин Владимир Андреевич, Равино В. В., Усс Иван Никодимович
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 543
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-16-005514-5
ISBN-онлайн: 978-5-16-104808-5
Артикул: 175700.05.01
В учебном пособии изложены основные вопросы теории многоцелевых гусеничных и колесных машин. Рассмотрены физико-механические и геометрические свойства поверхности движения, взаимодействие движителей с грунтом, динамика мобильных машин, теории устойчивости и управляемости, плавности хода и проходимости. Даны алгоритмы динамического и тягового расчетов с применением вычислительной техники. Изложены вопросы оптимизации мобильных машин на основе системного подхода.
Для студентов вузов автотракторных специальностей, а также инженерно-технических работников машиностроительных предприятий, выпускающих колесные и гусеничные машины.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 23.03.02: Наземные транспортно-технологические комплексы
- ВО - Магистратура
- 23.04.02: Наземные транспортно-технологические комплексы
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
МНОГОЦЕЛЕВЫЕ ГУСЕНИЧНЫЕ И КОЛЕСНЫЕ МАШИНЫ ТЕОРИЯ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Под общей редакцией доктора технических наук, профессора В.П. Бойкова Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов учреждений высшего образования по специальностям «Тракторостроение», «Многоцелевые гусеничные и колесные машины» Москва ИНФРА-М 2023
УДК 629.365/.367(075.8) ББК 39.34-01я73 М73 А в т о р ы: Бойков В.П., Гуськов В.В., Коробкин В.А., Равино В.В., Усс И.Н. Р е ц е н з е н т ы: кафедра «Тракторы и автомобили» Белорусского государственного аграрного технического университета; Амельченко П.А., доктор технических наук, профессор, заместитель начальника отдела тракторов, главный научный сотрудник Объединенного института машиностроения Национальной академии наук Беларуси М73 Многоцелевые гусеничные и колесные машины. Теория : учебное пособие / под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. В.П. Бойкова. — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 543 с. — (Высшее образование). ISBN 978-5-16-005514-5 (print) ISBN 978-5-16-104808-5 (online) В учебном пособии изложены основные вопросы теории многоцелевых гусеничных и колесных машин. Рассмотрены физико-механические и геометрические свойства поверхности движения, взаимодействие движителей с грунтом, динамика мобильных машин, теории устойчивости и управляемости, плавности хода и проходимости. Даны алгоритмы динамического и тягового расчетов с применением вычислительной техники. Изложены вопросы оптимизации мобильных машин на основе системного подхода. Для студентов вузов автотракторных специальностей, а также инженерно-технических работников машиностроительных предприятий, вы пускаю щих колесные и гусеничные машины. УДК 629.365/.367(075.8) ББК 39.34-01я73 ISBN 978-5-16-005514-5 (print) ISBN 978-5-16-104808-5 (online) © ООО «Новое знание», 2012
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 ГЛАВА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТРАКТОРОВ И МНОГОЦЕЛЕВЫХ ГУСЕНИЧНЫХ И КОЛЕСНЫХ МАШИН И ИХ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА 1.1. Тракторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 1.2. Многоцелевые гусеничные и колесные машины . . . . .13 1.2.1. Гусеничные машины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 1.2.2. Колесные машины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 1.3. Потребительские свойства машин . . . . . . . . . . . . . . . .18 1.3.1. Классификация потребительских свойств . . . .18 1.3.2. Противоречивость требований к потребительским свойствам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22 ГЛАВА 2. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ 2.1. Классификация поверхностей движения и их физические свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26 2.2. Механические характеристики грунтов . . . . . . . . . . .29 2.2.1. Сопротивление грунтов сжатию . . . . . . . . . . . .30 2.2.2. Сопротивление грунтов сдвигу . . . . . . . . . . . . .35 2.2.3. Структура почв . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42 2.2.4. Уплотнение почв . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.2.5. Оценка уплотняемости почв . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.3. Геометрические свойства поверхности грунтов . . . . . .55
Оглавление ГЛАВА 3. ОБЩАЯ ДИНАМИКА КОЛЕСНЫХ МАШИН 3.1. Колесный движитель. Основные понятия и определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65 3.2. Кинематика качения колеса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66 3.3. Скольжение и буксование колеса . . . . . . . . . . . . . . . . .70 3.4. Физико-механические свойства пневматической шины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73 3.5. Качение ведомого колеса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78 3.6. Сопротивление движению ведомого эластичного колеса за счет мятия грунта и образования колеи . . . . . .82 3.7. Работа ведущего колеса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87 3.8. Сцепление ведущего эластичного колеса. Касательная сила тяги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93 3.9. Качение эластичного ведомого колеса по недеформируемой поверхности . . . . . . . . . . . . . . 100 3.10. Качение эластичного колеса с уводом . . . . . . . . . . . .103 3.11. Моменты инерции, упругие и диссипативные свойства ведущих колес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108 3.11.1. Моменты инерции масс шин . . . . . . . . . . . . .108 3.11.2. Упругие и диссипативные свойства шин ведущих колес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110 3.12. Оптимизация параметров шин ведущих колес . . . . .119 3.13. Тяговый баланс колесной машины . . . . . . . . . . . . . . .123 ГЛАВА 4. ОБЩАЯ ДИНАМИКА ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН 4.1. Гусеничный движитель. Основные понятия и определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133 4.2. Кинематика гусеничного движителя . . . . . . . . . . . . .137 4.2.1. Траектория движения точки обвода . . . . . . . .138 4.2.2. Абсолютное ускорение точки . . . . . . . . . . . . .140 4.2.3. Особенности кинематики звенчатой гусеницы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141 4.3. Динамика гусеничного движителя . . . . . . . . . . . . . .146 4.4. Распределение давления по длине опорной поверхности движителя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Оглавление 5 4.5. Сопротивление движению гусеничного движителя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163 4.5.1. Внутренние сопротивления движителя . . . . .163 4.5.2. Внешние сопротивления . . . . . . . . . . . . . . . . .171 4.6. Сцепление гусеничного движителя с грунтом . . . . . 179 4.7. Тяговый баланс гусеничной машины . . . . . . . . . . . . .184 ГЛАВА 5. ТЯГОВО-ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 5.1. Основные понятия и определения . . . . . . . . . . . . . . .190 5.2. Характеристика дизельного двигателя. Определение ведущих моментов . . . . . . . . . . . . . . . . .191 5.3. Баланс мощности тяговой машины и тяговый КПД . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .198 5.4. Сопротивление машин и орудий, агрегатируемых с многоцелевыми колесными и гусеничными машинами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .211 5.5. Определение системообразующих параметров проектируемой тяговой машины . . . . . . . . . . . . . . . .223 5.5.1. Определение номинального крюкового усилия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .223 5.5.2. Выбор расчетных скоростей движения . . . . . .228 5.6. Определение эксплуатационной и конструктивной масс многоцелевой тяговой машины . . . . . . . . . . . . .235 5.6.1. Определение эксплуатационной массы . . . . . .236 5.6.2. Определение конструктивной массы . . . . . . . .245 5.7. Выбор рационального положения центра тяжести тяговой машины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .248 5.8. Определение массы многоцелевых колесных машин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .255 5.9. Распределение нагрузки от полной массы многоцелевой колесной машины по мостам . . . . . . .257 5.10. Определение эффективной мощности двигателя многоцелевых тяговых машин . . . . . . . . . . . . . . . . . .261 5.11. Определение эффективной мощности двигателя многоцелевой колесной машины . . . . . . . . . . . . . . . .263
Оглавление 5.12. Определение передаточных чисел ступенчатой трансмиссии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .264 5.13. Разгонные качества многоцелевых колесных и гусеничных машин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .274 5.13.1. Трогание с места и разгон без переключения передач . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .274 5.13.2. Поэтапный разгон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .287 ГЛАВА 6. ТЯГОВО-ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЯГОВЫХ И ГРУЗОНЕСУЩИХ МНОГОЦЕЛЕВЫХ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН 6.1. Тяговые характеристики тяговых машин . . . . . . . . .298 6.2. Теоретическая тяговая характеристика машин со ступенчатой механической трансмиссией . . . . . . .300 6.3. Теоретическая потенциальная характеристика трактора со ступенчатой трансмиссией . . . . . . . . . . .308 6.4. Теоретическая тяговая характеристика трактора с гидродинамической трансмиссией . . . . . . . . . . . . .313 6.5. Теоретическая тяговая характеристика трактора с гидрообъемной трансмиссией . . . . . . . . . . . . . . . . .319 6.6. Теоретическая тяговая характеристика трактора с электрической трансмиссией . . . . . . . . . . . . . . . . . .325 6.7. Динамическая характеристика многоцелевых колесных машин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .328 6.7.1. Уравнение движения колесной машины . . . .328 6.7.2. Методы решения уравнений силового и мощностного балансов. . . . . . . . . . . . . . . . . .334 ГЛАВА 7. ПОВОРОТ КОЛЕСНОГО ТРАКТОРА И МНОГОЦЕЛЕВОЙ КОЛЕСНОЙ МАШИНЫ 7.1. Основные понятия и определения . . . . . . . . . . . . . . .339 7.2. Способы поворота колесных машин . . . . . . . . . . . . . .343 7.3. Кинематика поворота колесного трактора . . . . . . . . .349 7.4. Распределение тягового усилия между ведущими мостами и колесами трактора . . . . . . . . . . . . . . . . . . .358
Оглавление 7 7.5. Статическая поворачиваемость колесного трактора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .367 7.6. Динамическая поворачиваемость колесного трактора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .371 7.7. Уравнения движения многозвенных многоцелевых колесных машин . . . . . . . . . . . . . . . . .378 ГЛАВА 8. ПОВОРОТ ГУСЕНИЧНОГО ТРАКТОРА И МНОГОЦЕЛЕВОЙ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ 8.1. Основные понятия и определения . . . . . . . . . . . . . . .384 8.2. Классификация механизмов поворота . . . . . . . . . . . .385 8.3. Кинематика поворота гусеничной машины . . . . . . . .394 8.4. Взаимодействие гусеничного движителя с грунтом при повороте машины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .401 8.5. Установившийся поворот гусеничной машины . . . . .412 8.6. Кинематика и динамика механизмов поворота с одинарным потоком мощности . . . . . . . . .421 8.7. Теоретическая характеристика управляемости гусеничной машины при установившемся повороте . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .427 8.8. Динамическая поворачиваемость гусеничной машины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .430 ГЛАВА 9. УСТОЙЧИВОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ТРАКТОРОВ И МНОГОЦЕЛЕВЫХ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН 9.1. Основные понятия и определения. Критерии устойчивости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .440 9.2. Устойчивость движения машинно-тракторного агрегата . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .444 9.3. Устойчивость трактора против заноса . . . . . . . . . . . .453 9.4. Устойчивость движения управляемых колес . . . . . .459 9.5. Устойчивость машины к опрокидыванию . . . . . . . . .465 9.6. Динамика торможения поездов . . . . . . . . . . . . . . . . .473
Оглавление ГЛАВА 10. ПЛАВНОСТЬ ХОДА ТРАКТОРОВ И МНОГОЦЕЛЕВЫХ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН 10.1. Основные понятия и определения . . . . . . . . . . . . . . .484 10.2. Подвески и их характеристики . . . . . . . . . . . . . . . . .488 10.3. Расчетные схемы систем подрессоривания . . . . . . . .492 10.4. Собственные колебания машины . . . . . . . . . . . . . . . .496 10.5. Вынужденные колебания машины. . . . . . . . . . . . . . .506 10.6. Амплитудно-частотные характеристики колебаний линейной динамической системы . . . . . .516 10.7. Воздействие колебаний на водителя. . . . . . . . . . . . . .522 Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532 Список использованных источников . . . . . . . . . . . . . . . . . 540
Предисловие Основой данного учебного издания послужили лекции авторов «Теория трактора» и «Теория систем “местность — машина”», читаемые студентам Белорусского национального технического университета (БНТУ), обучающимся по специальностям «Тракторостроение» и «Многоцелевые колесные и гусеничные машины». Многоцелевые гусеничные и колесные машины, в том числе тракторы (в дальнейшем будем называть их «мобильные машины»), предназначены для использования в различных климатических условиях при движении преимущественно по естественной поверхности грунтов. Поэтому одним из важных аспектов рассматриваемой теории является изучение процесса взаимодействия движителя машины с опорной поверхностью, чаще всего с грунтом, имеющим различные фоны: дерновым, залежью, пахотой и т.д. Мобильные машины объединяет ряд свойств: вездеходность, т.е. способность передвигаться по естественной поверхности грунтов, возможность эксплуатации в агрегате (трактор + агрегатируемая сельхозмашина, тягач + прицеп, тягач + навесное оборудование и т.д.); проходимость (т.е. способность двигаться по слабым грунтам, таким как торфяно-болотные и т.п.); продольная и поперечная устойчивость (движение вдоль и поперек склона); маневренность (т.е. движение в ограниченных размерах траектории) и ряд других. Вместе с тем по назначению они имеют ряд специфических свойств, которые отличают их друг от друга и позволяют создать отдельные классификации. Физико-механические и геометрические свойства поверхности движения оказывают существенное влияние на тягово-сцепные и скоростные качества мобильной машины, ее устойчивость и управляемость, торможение и разгон, маневренность, плавность хода и про
Предисловие ходимость, экономичность, экологичность и т.д. Поэтому в рассматриваемой теории изучаются такие физические свойства грунтов, как структура и механический состав, влажность, плотность и др., а также их сопротивление сжатию и сдвигу. Сопротивление грунтов сжатию и сдвигу подчиняется законам, отличающимся от законов строительной механики. При этом учитывается динамическое приложение нагрузки и то, что грунт ведет себя как неоднородное тело, имеющее упругие остаточные и пластические деформации в зависимости от его состояния. Особое внимание уделяется кинематике и динамике движителя мобильной машины при движении по естественной поверхности грунтов. У них, в отличие от автомобилей, движущихся по искусственной поверхности (асфальт, бетон и др.), в процессе взаимодействия с грунтом возникают процессы буксования и скольжения, которые в значительной степени определяют тягово-сцепные и скоростные свойства машин. В издании значительное внимание уделено тягово-динамическому расчету машины при разработке технического задания, при котором определяются основные системообразующие параметры (концепция машины), такие как конструктивная и сцепная масса, мощность устанавливаемого двигателя, тип движителя, диапазон скоростей движения, коэффициенты полезного действия машины в целом и отдельных ее узлов и т.д. Тягово-динамический расчет позволяет разработать теоретические тяговые, потенциальные и динамические характеристики машины, которые дают возможность оценить ее тягово-сцепные, скоростные и экономические показатели при установившихся режимах работы. В задачи рассматриваемой теории входит изучение принципа построения машины и оптимизации ее параметров. В учебном пособии на основе системного подхода и принципов аналитической механики подробно рассмотрены разгон и торможение, устойчивость и управляемость, маневренность и плавность хода, проходимость машины. Авторы стремились не только познакомить читателей с основами теории мобильных машин, но и вооружить их совре