05.05.03 – колесные и гусеничные машины

Приказ Высшей аттестационной комиссии Республики Беларусь от 23 августа 2007 г. № 138
 

1. Цели и задачи программы-минимум

Программа-минимум соответствует паспорту специальности 05.05.03 - колесные и гусеничные машины, которая относится к области науки и техники, охватывающей создание, исследование и совершенствование мобильных машин с колесными и гусеничными движителями. Целью решаемых специальностью проблем является формирование и развитие комплекса знаний, необходимых для создания эффективных, надежных, экономичных и экологичных колесных и гусеничных машин и обеспечения научно-технического прогресса в этой области.

Программа-минимум ставит своей задачей подготовить аспирантов и соискателей к самостоятельной научно-исследовательской и (или) научно-педагогической деятельности.

В основу программы положены следующие дисциплины: «Теория движения автомобили (трактора)», «Конструкция автомобилей (тракторов)», «Компьютерные модели автомобилей», «Проектирование трансмиссий автомобилей (тракторов)», «Проектирование систем управления автомобилей (тракторов)», «Проектирование ходовых систем и кузовов», «САПР узлов и механизмов автомобилей (тракторов)», «Тракторы, автомобили и оборудование», «Конструирование и расчет трактора», «Математическое моделирование», «Основы теории двигателя», «Теория автоматических систем автомобилей (тракторов)», «Испытания автомобилей (трактора)», «Электрооборудование автомобилей (тракторов)», «Автомобильная электроника и микропроцессорная техника».

Помимо этого предполагается знание общетехнических и общетеоретических дисциплин.

2. Требования к знаниям, умениям и навыкам аспиранта (соискателя)

В результате подготовки к сдаче кандидатского экзамена аспирант (соискатель) должен изучить все темы, составляющие содержание курса. В содержании не приводятся вопросы по устройству колесных и гусеничных машин. Предполагается, что этими вопросами аспирант (соискатель) владеет на современном уровне.

При сдаче экзамена аспирант (соискатель) должен:

  • показать глубокие знания по основным вопросам, связанным с диссертацией;
  • знать методы расчета параметров машины, обеспечивающих заданные эксплуатационные свойства, и уметь применять их на практике;
  • знать методы расчета нагрузочных режимов механизмов и агрегатов машин;
  • уметь выполнять расчеты деталей машин на прочность и долговечность;
  • уметь анализировать полученные результаты и оценивать точность расчетов;
  • знать методы проведения испытаний колесных и гусеничных машин.

3. Содержание курса

Введение

Основные направления развития автомобиле- и тракторостроения в Беларуси. Состояние и тенденции развития мирового автомобиле- и тракторостроения. Научно-технический прогресс в автотракторной промышленности Беларуси. Роль отечественных ученых и организаций в развитии науки об автомобиле и тракторе.

Классификация автомобилей и тракторов. Основные технические требования к автомобилям и тракторам. Главные нормативные документы — стандарты РБ, ГОСТы, ОСТы, правила ЕЭК ООН и др. Роль стандартизации и унификации в создании автомобилей и тракторов. Вопросы патентной чистоты конструкции.

Качество, методы определения качества машин, аттестация продукции, карты технического уровня, эргонометрические и экологические показатели оценки машин.

3.1. Теория автомобиля и трактора

Технико-эксплуатационные характеристики машин, их оценочные показатели.

3.1.1. Механика колесного движителя

Качение жесткого и эластичного колеса по твердой поверхности. Кинематические и силовые характеристики колеса, его сцепление с опорной поверхностью, сопротивление движению. Напряжения и деформации в контакте пневматической шины с дорогой. Эластичное колесо как передаточный механизм. Качение колеса с развалом и схождением. Динамические явления, имеющие место при качении колеса. Стабилизирующие моменты колеса. Математические модели, используемые для описания поведения колесного движителя для определения тормозной динамики, устойчивости, плавности хода, нагруженности элементов несущих систем транспортного средства и др.

3.1.2. Механика гусеничного движителя

Кинематика гусеничного обвода. Общая кинематика гусеничного обвода. Особенности кинематики звенчатой гусеницы. Коэффициент неравномерности движения гусеницы. Статика и динамика гусеничного движителя.

Статическое натяжение гусеницы. Полное натяжение гусеницы. Динамика задней ветви звенчатой гусеницы. Натяжение ветвей гусеничного обвода. Динамические характеристики гусеничного обвода. Математические модели, используемые для описания поведения гусеничного движителя для определения тормозной динамики, плавности хода, нагруженности элементов несущих систем транспортного средства и др.

3.1.3. Работа движителей на деформируемом грунте

Классификация и механические свойства грунтов. Движение эластичного колеса по грунту. Сопротивление движению, сцепление и буксование колеса на грунте. Взаимодействие гусеницы с грунтом. Давление на опорную поверхность и нагружение гусеницы. Сцепление гусеницы с грунтом и коэффициент сцепления. Буксование гусеницы. Потери мощности на буксование.

Особенности взаимодействия колесного и гусеничного движителя с песком и снегом.

3.1.4. Механика прямолинейного движения машины.

Сопротивление движению. Потери энергии при движении. Потери энергии в движителе. Понятие о КПД движителя. Уравнение прямолинейного движения машины в наиболее общем случае. Тяговая и динамическая характеристики, методы их построения. Ускорение, время и путь разгона автомобиля и трактора. Тяговый расчет. Процесс разгона машины с трансмиссиями различных типов (механическими, гидродинамическими, гидрообъемными, электрическими).

Распределение сил и моментов по колесам полноприводного автомобиля. Явление циркуляции мощности. Динамические явления в трансмиссии машины и ее нагружение в процессе трогания с места и разгона.

Динамические модели процесса торможения. Методы расчета тормозного замедления и тормозного пути. Понятие об эффективности торможения и методы ее оценки. Влияние распределения тормозных сил по колесам автомобиля на эффективность торможения. Оптимизация распределения тормозных сил. Особенности торможения машин с прицепом и полуприцепом. Пути улучшения тормозных свойств.

3.1.5. Плавность хода

Понятие плавности хода и методы ее оценки, требования и нормы по обеспечению плавности хода. Характеристики опорной поверхности, как причины возмущающих воздействий.

Расчетные схемы для оценки плавности хода многоопорной машины. Динамические модели типичных колебательных систем подвески и их анализ. Колебания машины при движении по дороге со случайным микропрофилем.

Применение средств виртуального моделирования для определения показателей плавности хода транспортных средств на стадии проектирования.

3.1.6.Криволинейное движение машины. Управляемость и устойчивость

Способы и кинематика поворота машины. Особенности кинематики поворота машин с прицепом и полуприцепом.

Качение эластичного колеса по криволинейной траектории. Явление бокового увода. Факторы, влияющие на боковой увод. Силы, действующие на колесо при его качении по кривой.

Уравнение криволинейного движения многоосного автомобиля. Уравнение криволинейного движения автопоезда. Распределение по колесам тяговых усилий и боковых реакций. Явление циркуляции мощности при повороте.

Поворот гусеничной машины. Сопротивление повороту. Влияние внешних сил. Понятие о рекуперации мощности при повороте. Поворот пассивного гусеничного прицепа. Поворот с частичным заносом. Критерии оценки тяговых качеств машины при равномерном повороте. Уравнение криволинейного движения машины без заноса и с частичным заносом.

Понятие об устойчивости машины. Продольная и поперечная устойчивость. Устойчивость опрокидывания, сползания и бокового заноса. Движение по косогору. Динамическая устойчивость при опрокидывании. Устойчивость машины при торможении.

Управляемость, как свойство системы "машина - водитель - внешняя среда". Нормы и методы по оценке управляемости. Понятие о неустановившемся уводе эластичного колеса. Автоколебания управляемых колес автомобиля. Влияние кинематики подвески на управляемость и устойчивость автомобиля.

Понятие о курсовой устойчивости и методы ее оценки. Аэродинамическая устойчивость. Внешние возмущения, вызывающие отклонения машины от траектории.

Избыточная и недостаточная поворачиваемость машин, параметры и характеристики ее обусловливающие.

Применение средств виртуального моделирования для определения показателей управляемости транспортных средств на стадии проектирования.

3.1.7. Топливная экономичность

Современные требования и методы оценки топливной экономичности машин. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на топливную экономичность. Пути улучшения топливной экономичности.

3.1.8. Проходимость

Опорная и профильная проходимость. Понятие о проходимости машины по твердым, деформируемым и сыпучим поверхностям. Характеристики грунтов. Методы оценки проходимости. Показатели проходимости. Влияние на проходимость различных конструктивных и эксплуатационных факторов. Преодоление препятствий.

Навигационные качества плавающей машины. Современные методы расчета устойчивости и плавучести. Сопротивление движению плавающей машины по воде. Расчет параметров силовой установки.

3.1.9. Экология

Источники шума автомобиля. Определение акустической характеристики автомобиля.

3.2. Конструирование и расчет автомобиля и трактора

3.2.1. Общие сведения

Основные направления в развитии отечественного автомобиле- и тракторостроения. Особенности эксплуатации автомобилей и тракторов различного назначения. Порядок конструирования и расчета. Технические условия проектного задания. Технологичность конструкции. Прогнозирование и оценка качества автомобиля и трактора. Проблемы обеспечения безопасной эксплуатации автомобиля и трактора.

Основы оценки экономической эффективности автомобилей и тракторов на стадии проектирования. Оценка показателей качества и надежности на стадии проектирования.

Основные виды компоновочных схем автомобилей и тракторов. Общая компоновка автомобиля и трактора. Базовые модели, семейства машин. Выбор основных параметров двигателя и отдельных механизмов. Общая компоновка механизмов. Анализ условий работы механизмов и выявление требований к деталям. Требования к установке агрегатов в автомобиле и тракторе. Агрегатирование. Работы заводов и научных учреждений по изысканию новых компоновок автомобилей и тракторов.

Методы расчета конструкций. Источники и характер возмущающих воздействий. Детерминированные нагрузки. Случайные нагрузки. Вероятностные методы расчета. Методы компьютерного моделирования, программы расчета и исследований автомобилей и тракторов. Принцип модульности и унификация узлов и агрегатов мобильных машин.

3.2.2. Трансмиссии автомобилей и тракторов

Назначение и основные требования к трансмиссии. Оценка различных типов и схем трансмиссий и их механизмов. Механические, гидромеханические и электрические трансмиссии.

Основы динамического расчета трансмиссий. Типичные динамические модели трансмиссий автомобилей и тракторов. Определение параметров крутильной системы. Определение частот и форм свободных колебаний. Метод расчета крутильных систем. Демпферы. Выбор места установки демпфера. Переходные процессы в крутильной системе. Передаточные функции многомассовых систем. Расчет переходных процессов.

Фрикционные устройства автомобильных и тракторных трансмиссий. Основные требования к конструкции. Параметры, определяющие надежность работы. Коэффициент запаса. Коэффициент трения рабочих поверхностей. Определение основных размеров фрикционного устройства. Работа буксования. Расчет фрикционного устройства на удельную работу буксования и нагрев. Расчет валов, дисков трения и пружин на прочность. Материалы, применяемые для изготовления деталей фрикционных устройств.

Системы командного и автоматического управления гидромеханическими и механическими трансмиссиями: классификация, типовые структурные схемы; выбор законов переключения передач и автоматической блокировки гидротрансформатора; автоматическая защита трансмиссии.

Основные и раздаточные коробки передач. Исходные данные для расчета. Общие принципы выбора конструктивных схем.

Определение передаточных чисел. Определение нагрузок и методы расчета основных деталей. Выбор подшипников и расчет их работоспособности. Расчет синхронизаторов. Кинематический и силовой анализ планетарных передач. Методика вычисления КПД. Особенности выбора чисел зубьев шестерен и прочностных расчетов деталей планетарных передач. Методы синтеза схем планетарных коробок передач с двумя и тремя степенями свободы.

Надежность коробок передач.

Выбор смазки и уплотнений.

Карданные передачи. Основные требования. Критическое число оборотов карданного вала. Кинематический расчет карданных передач. Влияние схемы карданной передачи на акустическую характеристику автомобиля. Расчеты на прочность и долговечность.

Основные требования и исходные данные для расчета бортовых редукторов. Расчет валов и шестерен. Выбор подшипников, смазки и уплотнений. Оценка различных конструкций бортовых редукторов. Конструкции и особенности расчета гидромеханических, гидрообъемных передач и электрических мотор колес.

Ведущие мосты. Конструкции главных передач и дифференциалов. Расчет и рекомендации по конструированию простых дифференциалов и дифференциалов повышенного трения. Выбор коэффициента блокировки межколесного дифференциала.

Гибридные силовые установки.

2.3. Механизмы управления автомобилей и тракторов

Основные показатели безопасности. Безопасность движения. Специальные устройства для обеспечения эффективности и безопасности автомобилей и тракторов в нормальных и экстремальных климатических условиях.

Основные данные для расчета тормозных систем. Сравнительная оценка различных типов тормозных систем. Статические и динамические характеристики тормозного привода. Рабочий процесс и конструкции регуляторов тормозных сил. Расчет антиблокировочных устройств. Динамические свойства и передаточные функции тормозных систем с усилителями. Определение нагрузок и расчет основных элементов колодочных, ленточных и дисковых тормозов.

Сервоприводы колесных и гусеничных машин, методы выбора их параметров, элементы конструкции и расчета.

Требования к механизмам поворота гусеничных тракторов. Исходные данные для расчетов. Сравнительная оценка различных типов механизма поворота. Методы синтеза кинематических схем механизмов поворота.

Системы рулевого управления. Компоновочная схема и метод оценки. Влияние кинематики рулевого привода на эксплуатационные свойства автомобилей и тракторов. Расчет рулевого привода. Расчет системы рулевого привода на прочность. Динамические свойства и передаточные функции систем рулевого управления с усилителями. Схемы усилителей. Надежность систем рулевого управления. Системы x-by-wire. Электропневматические тормозные системы.

2.4. Ходовая часть автомобилей и тракторов

Компоновочные системы подвески. Кинематика и расчет на прочность направляющего аппарата. Расчет нагрузочных характеристик упругих элементов, амортизаторов и стабилизаторов. Оценка долговечности подвески.

Требования к гусеничному движителю. Силы, действующие в гусеничном обводе. Динамические нагрузки при колебаниях ветвей гусениц. Динамика взаимодействия гусениц с опорными катками. Зацепление гусениц с ведущими колесами. Расчет звеньев и шарнирных сочленений. Построение профиля зубьев ведущих колес. Расчет опорных катков. Расчет натяжного устройства и компенсаторов натяжения. Способы повышения долговечности гусеничного движителя.

Применение средств виртуального моделирования (МКЭ и средств моделирования динамики многомассовых механических систем — Multibody Dynamics) для определения показателей нагруженности деталей и узлов подвески транспортных средств на стадии проектирования.

2.5. Несущие системы автомобилей и тракторов

Рамные, сочлененные, безрамные и полурамные основы автомобилей и тракторов. Оценка конструкций и методы их расчета на прочность. Современные методы расчета несущих систем автомобилей.

Метод конечных элементов для расчета несущих систем. Применение ЭВМ для проектирования и расчета несущих систем, кабин, кузовов.

Кузова и кабины. Конструкции и расчет кузовов и кабин. Расположение и компоновка органов управления. Проблемы обитаемости. Вопросы художественного конструирования.

Сервоприводы колесных и гусеничных машин, методы выбора параметров. Элементы конструкции и расчета.

Виды и критерии отказов несущих конструкций транспортных средств, характеризующие их предельное состояние. Расчет прочности и долговечности.

3.3. Испытания автомобилей и тракторов

Виды и задачи испытаний. Национальные и международные стандарты и нормы на испытания.

Методы экспериментальных исследований. Особенности, виды и способы регистрации измерений, наблюдений измерения. Виды ошибок. Исследование качества и надежности на стадии производства и эксплуатации. Виды испытаний на надежность, методы испытаний, обработка полученных данных с целью оценки надежности.

Обработка экспериментальных данных. Методы вычисления параметров эмпирических формул. Методы машинной обработки результатов эксперимента. Обнаружение и устранение грубых ошибок.

Стратегия эксперимента. Классификация экспериментов. Критерии оценки и основные этапы экспериментальной работы. Организация экспериментов. Математические методы планирования эксперимента. Тактика эксперимента и измерений.

Оформление результатов исследований, представление и способы передачи информации. Определение экономической эффективности научно-исследовательских работ.

Стенды и стендовое испытательное оборудование. Характеристики измерительной и регистрирующей аппаратуры. Преобразование механических величин в электрические. Погрешности различных измерительных систем.

Измерение кинематических параметров механических систем. Измерительные системы, применяемые для определения кинематических параметров.

Измерение шумов и вибраций и применяемые при этом измерительные системы. Характеристики этих систем. Виды лабораторных и дорожных испытаний. Ресурсные испытания в условиях полигона. Методы сравнительных испытаний. Перспективы и направления развития методов лабораторных и дорожных испытаний.

Испытания по технологии hardware-in-loop (HIL).

Список литературы

  • Автомобили: Испытания /Под ред. А.И. Гришкевича. — Мн.: Выш. шк., 1991.— 187 с.
  • Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Системы управления и ходовая часть / Под ред. А.И. Гришкевича. — Мн.: Выш. шк., 1987. — 200 с.
  • Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия / Под ред. А.И. Гришкевича. — Мн.: Выш. шк., 1985.— 240 с.
  • Автомобили: Основы проектирования / Под ред. А.И. Гришкевича и М.С. Высоцкого. — Мн.: Выш. шк., 1987. — 152 с.
  • Альгин В.Б. Динамика, надежность и ресурсное проектирование трансмиссий мобильных машин. — Мн.: Навука i тэхнiка, 1995. — 256 с.
  • Андреев А.Ф., Ванцевич В.В., Лефаров А.Х. Дифференциалы колесных машин /Под общей ред. А.Х. Лефарова. — М.: Машиностроение, 1987.—216с.
  • Антонов Д.А. Теория устойчивости движения многоосных автомобилей. — М.: Машиностроение, 1978.— 216 с.
  • Безверхий С.Ф., Яценко Н.Н. Основы технологии полигонных испытаний и сертификации автомобилей. — М.: ИПК Издательство стандартов, 1996. –600с.
  • Белоусов Б.Н., Попов С.Д. Колесные транспортные средства особо большой грузоподъемности. Конструкция. Теория. Расчет / Под общ. ред. Б.Н. Белоусова.– М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. — 728 с.
  • Ванцевич В.В., Высоцкий М.С., Гилелес Л.Х. Мобильные транспортные машины: Взаимодействие со средой функционирования. — Мн.: Беларуская навука, 1998. — 303 с.
  • Высоцкий М.С., Гилелес Л.Х., Херсонский С.Г. Грузовые автомобили: проектирование и основы конструирования. — М.: Машиностроение, 1995. — 256 с.
  • Гришкевич А.И. Автомобили: Теория. — Мн.: Выш. шк., 1986. — 208 с.
  • Гуськов В.В. Тракторы. Теория. — М.: Машиностроение, 1992. — 425 с.
  • Евграфов А.Н., Высоцкий М.С. Аэродинамика колесного транспорта. — Мн.: Наука и техника, 2001. — 368 с.
  • Иванов В.Г. Доэкстремальное управление в интеллектуальных системах активной безопасности.— Мн.: БНТУ, 2004.— 208 с.
  • Красневский Л.Г. Управление гидромеханическими многоступенчатыми передачами мобильных машин. — Мн.: Навука i тэхнiка, 1990. — 256 с.
  • Красненьков В.И., Вашец А.Д. Проектирование планетарных механизмов транспортных машин. — М.: Машиностроение, 1986. — 272 с.
  • Куновский Э.Б. Идентификация источников шума автомобиля / Э.Б.Куновский; под научн. ред. А.П.Ракомсина. — Мн.: Технопринт, 2005. — 100 с.
  • Литвинов А.С, Фаробин Я.Е. Автомобили: Теория эксплуатационных свойств. —М: Машиностроение, 1989. — 240 с.
  • Лукин П.П., Гаспарянц Г.А., Родионов В.Ф. Конструирование и расчет автомобиля. — М.: Машиностроение, 1984. — 376 с.
  • Многоцелевые гусеничные шасси / Под ред. В.Ф. Платонова. — М.: Машиностроение, 1998.— 342 с.
  • Пирковский Ю.Б., Шухман СБ. Теория движения полноприводного автомобиля (прикладные вопросы оптимизации конструкции шасси).— М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001; Элит-2000, 2001. —230 с.
  • Платонов В.Ф., Леиашвили Г.Р. Гусеничные и колесные транспортно-тяговые машины. — М.: Машиностроение, 1986. — 240 с.
  • Проектирование полноприводных колесных машин / Под ред. А.А. Полунгяна. —М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999. — 487с.
  • Проектирование трансмиссий автомобилей: Справочник / Под общ. ред. А.И. Гришкевича. — М.: Машиностроение, 1984. — 272 с.
  • Скойбеда А.Т. Автоматизация ходовых систем колесных машин.— Мн.: Наука и техника, 1979.— 280 с.
  • Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин. — М.: Машиностроение, 1990.—352 с.
  • Тарасик В.П. Интеллектуальные системы управления автотранспортными средствами / В.П. Тарасик, С.А. Рынкевич. — Мн.: УП «Технопринт», 2004. — 512 с.
  • Тарасик В.П. Математическое моделирование технических систем. — Мн.: «Дизайн ПРО», 2004. — 640 с.
  • Тарасик В.П. Теория автомобилей и двигателей / В.П. Тарасик, М.П. Бренч. — Мн.: ООО «Новое знание», 2004. — 400 с.
  • Тарасик В.П. Теория движения автомобиля. — СПб.: БХВ-Петербург, 2006. — 478 с.
  • Тракторы. Проектирование, конструирование и расчет / Гуськов В.В, Ксеневич И.П., Тарасик В.П. — М.: Машиностроение, 1994. — 438 с.
  • Харитонов С.А. Автоматические коробки передач. — М.: Машгиз, 2004.— 420 с.
  • Цитович И.С., Альгин В.Б., Грицкевич В.В. Анализ и синтез планетарных коробок передач автомобилей и тракторов. — Минск: Наука и техника, 1987. — 224 с.