Конструирование и расчет наземных транспортно-технологических машин

КОНСТРУИРОВАНИЕ 
И РАСЧЕТ НАЗЕМНЫХ 
ТРАНСПОРТНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН

А.А. ЖИЗДЮК
Л.А. ЖУРАВЛЕВА
М.В. КАРПОВ

Москва
ИНФРА-М
2024

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УДК 629+621(075.8)
ББК 39:34.4я73
 
Ж71

Р е ц е н з е н т ы :
Гомберг С.В., кандидат технических наук, доцент, директор ООО 
«Мелиоративные машины»;
Буйлов В.Н., кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры 
общеобразовательных дисциплин Вавиловского университета

ISBN 978-5-16-018326-8 (print)
ISBN 978-5-16-111342-4 (online)
© Жиздюк А.А., Журавлева Л.А., 
Карпов М.В., 2024

Жиздюк А.А.
Ж71  
Конструирование и расчет наземных транспортно-технологических 
машин : учебное пособие / А.А. Жиздюк, Л.А. Журавлева, М.В. Карпов. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 288 с. — (Высшее образование). — 
DOI 10.12737/1977999.
ISBN 978-5-16-018326-8 (print)
ISBN 978-5-16-111342-4 (online)

Учебное пособие содержит теоретический материал в области конструирования современных наземных транспортно-технологических машин. Рассмотрены способы повышения эффективности машин на стадиях 
проектирования и конструирования. Направлено на формирование у студентов знаний по основам конструирования, овладение инженерными 
методами решения задач, расчета, выбора и использования машин и оборудования.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.
Для студентов, изучающих дисциплины «Надежность технических 
систем и техногенный риск», «Техника и технологии переработки и утилизации отходов», «Расчет и проектирование систем обеспечения безопасности» студентами соответствующих направлений подготовки (23.03.02 
«Наземные транспортно-технологические комплексы», 20.03.01 «Техносферная безопасность», 20.04.01 «Техносферная безопасность»).

УДК 629+621(075.8)
ББК 39:34.4я73

Предисловие

Для увеличения производительности труда и уменьшения 
удельного расхода материалов и энергии на единицу произведенной продукции используют решения достижений науки и техники, экономики и производства. На основании этого в машиностроении обеспечивается необходимость для удовлетворения 
разных запросов потребителей (в работе, здравоохранении, воспитании, образовании, бытовых условиях, питании, досуге и т.д.) 
за счет обеспечения средствами механизации. Конструктор ставит 
перед собой задачу создания машин, которые полностью отвечают 
потребностям народного хозяйства, дают наибольший экономический эффект и имеют оптимальные технико-экономические и эксплуатационные показатели, являются способными конкурировать 
на российском и международном рынках.
Основные показатели машин — производительность, прочность 
и надежность, малые масса и габариты, металлоемкость, экономичность и энергоемкость, объем и стоимость ремонтных работ, 
расходы на эксплуатационные расходы, высокий ресурс, степень 
автоматизации, простота и надежность конструкции, удобство 
управления, сборки и разборки для обслуживания. При конструировании необходимо учитывать требования времени, эстетику — 
строгую отделку, красивый и изящный внешний вид.
Каждый из факторов зависит от функцио нального назначения 
конструкционных особенностей машин:
 
– в приборостроении — точность, стабильность и чувствительность показателей;
 
– транспорте — малая масса, высокий КПД двигателя;
 
– металлостроении — производительность и точность обработки, диапазон выполняемых операций;
 
– сельском хозяйстве — производительность, четкость и безотказность, степень автоматизации;
 
– машинах получения и преобразования энергии — величина 
КПД при преобразовании энергии и т.д.
Изучая дисциплины, конструктор должен уметь проектировать 
машины, применение которых рентабельно и приводит к экономическому эффекту при выполнении различных видов работ. Экономическая эффективность применения машины учитывает технологические, организационно-производственные и эксплуатационные 
показатели. В учебном пособии рассмотрены способы повышения 

эффективности машин на стадии проектирования и конструирования.
Учебное пособие предназначено для изучения дисциплин «Надежность технических систем и техногенный риск», «Техника 
и технологии переработки и утилизации отходов», «Расчет и проектирование систем обеспечения безопасности» студентами соответствующих направлений подготовки (23.03.02 «Наземные транспортно-технологические комплексы», 20.03.01 «Техносферная 
безопасность», 20.04.01 «Техносферная безопасность»); для студентов очной и заочной формы обучения. Базовые знания, которыми должен обладать студент после изучения материала учебного 
пособия, призваны способствовать освоению дисциплин, направленных на формирование профессио нальных знаний и умений.
В результате изучения данного учебного пособия обучающиеся 
будут:
знать
 
– основные направления развития конструкций машин;
 
– характеристики и требования, предъявляемые к машинам 
и механизмам;
 
– типаж и типоразмерные ряды машин;
 
– служебное назначение технологического оборудования;
 
– основы организации процесса проектирования и конструирования;
 
– стадии и этапы разработки конструкторской документации;
 
– рекомендуемые машиностроительные материалы для деталей машин и механизмов;
 
– методы термической и химико-термической обработки металлов;
 
– общие принципы расчета и построения расчетных схем динамических систем;
 
– основы теории и расчета приводов и механизмов;
 
– общие вопросы проектирования схем гидропривода;
 
– особенности проектирования транспортирующих машин;
уметь
 
– формулировать цели и ставить задачи исследований;
 
– осуществлять поиск данных об информационно-технических 
справочниках по наилучшим доступным технологиям и технике в области охраны окружающей среды в электронных 
справочных системах и библиотеках;
 
– анализировать и периодически пересматривать запланированные ответные действия по предотвращению или смяг

чению негативных экологических воздействий от аварийных 
ситуаций на предприятиях;
 
– анализировать и применять знания и опыт в сфере конструирования наземных транспортно-технологических машин 
для решения задач в профессио нальной деятельности;
 
– использовать технологическое оборудование;
 
– применять конструкции разрабатываемых машин для таких 
областей, как безопасность жизнедеятельности и защита 
окружающей среды;
 
– разрабатывать нормативно-правовую документацию по машинам и оборудованию для сфер профессио нальной деятельности в соответствующих областях безопасности, проводить 
экспертизу проектов нормативных правовых актов;
 
– проводить анализ проектов для внедрения новой природоохранной техники и технологий с учетом наилучших доступных 
достижений в области охраны окружающей среды;
 
– анализировать ресурсосбережение в результате внедрения 
новой разрабатываемой природоохранной техники и технологий в организации;
 
– выделять основные факторы, влияющие на экологическую 
безопасность при внедрении в организации новой природоохранной техники и технологий;
 
– разрабатывать предложения по технике для предупреждения аварийных выбросов и сбросов загрязняющих веществ 
в окружающую среду;
 
– проектировать машины с учетом требований к конструкции 
узлов и деталей, показателям технического уровня и качества 
технических объектов, применяемых в машиностроении;
 
– рассчитывать и подбирать характеристики сортамента, соединения, передач, учитывать особенности расчета сварного 
соединения;
 
– применять основы теории и расчета рабочего оборудования 
машин;
 
– повышать эффективность проектируемого оборудования;
 
– разрабатывать конструкторские докумен ты на проектируемое оборудование;
 
– проводить технико-экономическое обоснование технологических решений;
 
– принимать решения по технологичности конструкции 
и внешнего вида оборудования;
 
– разрабатывать план внедрения малоотходных и безотходных 
технологий и наземных транспортно-технологических 

машин, обосновывать возможности их использования в организации;
владеть
 
– навыками выявления основных источников опасности 
для потребителей при эксплуатации техники и оборудования;
 
– методами анализа ресурсосбережения в результате внедрения новой природоохранной техники и технологий в организации;
 
– общими методами расчета машин;
 
– методами создания производственных унифицированных 
машин;
 
– методами взаимозаменяемости и стандартизации;
 
– методикой конструирования;
 
– методами активизации технического творчества;
 
– технологиями сборки машин и оборудования.

Глава 1. 

МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ

1.1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Высокоэффективные машины — основа современного высокоэффективного производства. Благодаря их использованию повышается производительность труда, облегчается физический и умственный труд человека и т.д.
Машина — это механическое устройство, предназначенное 
для выполнения требуемой полезной работы, связанной с процессами производства или транспортирования, процессами преобразования энергии, движения или информации.
В зависимости от способа управления различают машины ручного управления (на встроенном рабочем месте или дистанционно), 
полуавтоматического и автоматического действия. Машина, в которой преобразование энергии (материалов и информации) происходит без непосредственного участия человека, называется машиной-автоматом. Совокупность машин-автоматов, соединенных 
между собой автоматическими транспортными устройствами, 
управляемых единой системой управления и предназначенных 
для выполнения определенного технологического процесса, образует автоматическую линию.
По назначению и характеру рабочего процесса машины подразделяются на следующие группы (классы).
1. Энергетические (электрические, тепловые и т.п.) машины — 
преобразуют различные виды энергии в механическую работу и наоборот. К этой группе относятся как машины-двигатели (электродвигатели, тепловые и ядерные двигатели и т.п.), так и машиныпреобразователи (компрессоры, электрические генераторы и др.).
2. Технологические или рабочие машины — выполняют производственные процессы по изменению формы, свойств и положения объектов труда (отраслевые машины, например металлорежущие и ткацкие станки, сельскохозяйственные машины, полиграфические, швейные, горнодобывающие и другие машины, 
роботы и т.п.).
3. Транспортные машины — перемещают объекты труда.
4. Информационные (контрольно-управляющие) машины — 
преобразуют вводимую информацию для контроля, регулирования 

и управления технологическими процессами (вычислительные, кибернетические машины и др.).
Механизм — часть машины, в которой рабочий процесс реализуется путем выполнения определенных механических движений.
Механизмы представляют собой совокупность (систему) взаимосвязанных тел, предназначенных для преобразования движения 
одного или нескольких тел в требуемые движения других тел.
Механизм осуществляет передачу энергии (движения), как правило, с преобразованием сил и характеристик закона движения 
от источника, например двигателя, к одному или нескольким рабочим органам машины; преобразование и регулирование механического движения; заданную компоновку машины.
Если в преобразовании движения участвуют как твердые, так 
и жидкие или газообразные тела, то механизм называется соответственно гидравлическим или пневматическим.
Деталь — изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. 
К деталям можно отнести валик из одного куска материала, литой 
корпус, пластину из биметаллического листа, печатную плату и т.д. 
Деталь может быть изготовлена с применением местных сварки, 
пайки, склеивания, сшивания и т.д. (трубка паянная или сваренная из одного куска листового материала; коробка, склеенная 
из одного куска картона) и иметь защитное или декоративное покрытие.
Кинематическое звено — это деталь или несколько деталей, 
связанных в работе между собой неподвижно или взаимно неподвижно. Выполнение звеньев не из одной, а из нескольких соединенных между собой деталей обеспечивает возможность:
 
– изготовления деталей из разных материалов (например, вкладышей подшипников — из бронзы или другого антифрикционного материала, а корпуса подшипника — из чугуна);
 
– удобной замены быстроизнашивающихся деталей;
 
– сборки (например, установка коленчатого вала в коренные 
подшипники двигателя выполнима лишь при съемных 
крышках) и облегчения сборки машины;
 
– облегчение изготовления деталей ввиду упрощения их формы 
и уменьшения размеров;
 
– большей нормализации, стандартизации и централизованного изготовления деталей.
Кинематическая пара — это соединение двух звеньев, обеспечивающее их относительную подвижность (рычаг — стойка, толкатель — направляющая, щуп — направляющая).

По характеру движения кинематические пары делятся:
 
– на вращательные;
 
– линейные (поступательные).
По характеру соприкосновения звеньев кинематические пары 
делятся:
 
– на низшие;
 
– высшие.
Низшими называют такие кинематические пары, в которых соприкосновение звеньев происходит по поверхности. Высшими — 
пары, в которых соприкосновение звеньев происходит по линии 
или точке.
Изделием называется любой предмет производства (или набор 
предметов), подлежащий изготовлению на предприятии.
Изделия в зависимости от их назначения делят на изделия 
основного производства и вспомогательного.
К изделиям основного производства относятся изделия, предназначенные для поставки (реализации), к изделиям вспомогательного производства — изделия, предназначенные только для собственных нужд предприятия.
Установлены следующие виды изделий:
 
– детали;
 
– сборочные единицы;
 
– комплексы;
 
– комплекты.
Сборочная единица — изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе 
сборочными операциями (свинчиванием, сочленением, клепкой, 
сваркой, пайкой, опрессовкой и т.д.), например автомобиль, станок, 
редуктор, сварной корпус, маховичок из пластмассы с металлической арматурой и др.
Комплекс — два или более специфицированных изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, 
но предназначенные для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций (автоматическая телефонная станция, бурильная 
установка; изделие, состоящее из метеорологической ракеты, пусковой установки и средств управления; корабль и т.п.).
Комплект — два или более изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями и представляющих 
собой набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера (комплект запасных частей, комплект инструмен та и принадлежностей, комплект измерительной 
аппаратуры, комплект упаковочной тары и т.д.).

1.2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ТРЕБОВАНИЯ, 
ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МАШИНАМ И МЕХАНИЗМАМ

Основными характеристиками машин являются:
 
– назначение и область применения;
 
– способ управления;
 
– мощность и производительность;
 
– коэффициент полезного действия;
 
– масса;
 
– габаритные размеры;
 
– стоимость и др.
Производительность машин измеряют в единицах, которые 
наиболее пригодны для данного оборудования. Например, производительность ткацких станков характеризуют количеством метров 
сотканной ткани, транспортера — массой транспортируемого груза 
в единицу времени и т.п.
Коэффициент полезного действия является характеристикой 
экономичности машин. Он показывает долю полезно реализуемой 
энергии и эффективность ее использования.
Массу и габаритные размеры необходимо знать для транспортирования машин и размещения их на производственных площадях.
Основные характеристики машин указывают в их техническом 
паспорте.
К машинам и механизмам предъявляют следующие основные 
требования:
 
– работоспособность;
 
– надежность;
 
– технологичность;
 
– экономичность;
 
– эргономичность.
Работоспособность. Работоспособностью называют состояние 
машин и механизмов, при котором они способны нормально выполнять заданные функции с параметрами, установленными нормативно-технической докумен тацией (техническими условиями, 
стандартами и т.п.).
Надежность. Надежностью называют свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам в условиях использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.
Надежность является общей проблемой для всех отраслей машиностроения, приборостроения и др. Любая современная машина