Многоцелевые гусеничные и колесные машины. Проектирование

В.П. БОЙКОВ
В.В. ГУСЬКОВ
Ч.И. ЖДАНОВИЧ

МНОГОЦЕЛЕВЫЕ 
ГУСЕНИЧНЫЕ И КОЛЕСНЫЕ 
МАШИНЫ 
ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Под общей редакцией доктора технических наук, 
профессора В.П. Бойкова

 
Минск 
Москва
 
«Новое знание» 
«ИНФРАМ»
2018

Допущено
Министерством образования Республики Беларусь
в качестве учебного пособия для студентов учреждений 
высшего образования по специальностям «Тракторостроение», 
«Многоцелевые гусеничные и колесные машины», 
«Дизайн гусеничных и колесных машин»

 
Ответственный за выпуск 
С.В. Исаенко
Подписано в печать 29.11.2017. Формат 60×90 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Петербург. 
Печать цифровая. Усл. печ. л. 18,5. Уч.-изд. л. 15,57. Тираж 500 экз. (I — 50). Заказ № 00000
Общество с ограниченной ответственностью «Новое знание». Свидетельство о государственной 
регистрации издателя, изготовителя, распространителя печатных изданий № 1/276 от 23.12.2015. 
Пр. Пушкина, д. 15а, Минск, Республика Беларусь. Почтовый адрес: а/я 79, 220050, Минск, 
Республика Беларусь. Телефон/факс: (10-375-17) 360-20-02. E-mail: nk@wnk.biz http://wnk.biz

УДК 629.365/367(075.8)
ББК 39.34-018я73
 
Б77

Бойков, В.П.
Многоцелевые гусеничные и колесные машины. Проектирование : 
учеб. пособие / В.П. Бойков, В.В. Гуськов, Ч.И. Жданович ; под общ. 
ред. д-ра техн. наук, проф. В.П. Бойкова. — Минск : Новое знание ; 
М. : ИНФРА-М, 2018. — 296 с. : ил. — (Высшее образование).
ISBN 978-985-475-870-1 (Новое знание).
ISBN 978-5-16-013772-8 (ИНФРА-М, print).
ISBN 978-5-16-106443-6 (ИНФРА-М, online).
Изложены основные вопросы проектирования многоцелевых гусеничных 
и колесных машин. Приведены классификации машин, даны основы создания 
типажей и семейств. Изложены вопросы системы автоматического проектирования, информационных технологий, жизненного цикла машины, порядок формирования стадий проектирования, основы функционально-стоимостного анализа. Приведены основные потребительские свойства машин, их выбор и обоснование, перечень современных конструкционных материалов и их свойства.
Для студентов и преподавателей вузов автотракторных специальностей 
и инженерно-технических работников машиностроительных предприятий, 
выпускающих гусеничные и колесные машины.
УДК 629.365/367(075.8)
ББК 39.34-018я73

Б77

 
© Бойков В.П., Гуськов В.В., 
Жданович Ч.И., 2018
 
© ООО «Новое знание», 2018

Р е ц е н з е н т ы:
кафедра лесных машин Белорусского государственного технологического университета;
главный научный сотрудник Объединенного института машиностроения НАН 
Республики Беларусь, доктор технических наук, профессор П.А. Амельченко

Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

ISBN 978-985-475-870-1 (Новое знание)
ISBN 978-5-16-013772-8 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-106443-6 (ИНФРА-М, online)

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29
E-mail: books@infra-m.ru        http://www.infra-m.ru

Оглавление

Предисловие................................................................................................................................6

Список использованных сокращений..................................................................................8

Введение.....................................................................................................................................9

Глава 1. Разработка концепции и функции (назначения) мобильных 
машин.........................................................................................................................................11
1.1. Основные направления ускорения научно-технического прогресса.........11
1.2. Экстенсивный и интенсивный пути развития машиностроения................15
1.3. Тенденции развития многоцелевых гусеничных и колесных машин........19
1.4. Определение концепции и назначения машины...............................................24
1.5. Направления развития технологии проектирования

мобильных машин.........................................................................................................27

Глава 2. Типаж и система машин...................................................................................36
2.1. Основные понятия и определения..........................................................................36
2.2. Типаж и классификация МГиКМ. Требования к их конструкции.............38

2.2.1. Система машин для агропромышленного комплекса

и типаж тракторов..............................................................................................38

2.2.2. Классификация многоцелевых гусеничных и колесных машин......47

2.3. Условия эксплуатации колесных машин..............................................................61

2.3.1. Климатические условия...................................................................................61
2.3.2. Дорожные условия.............................................................................................64

2.4. Требования к конструкции машин..........................................................................69

2.4.1. Общие требования.............................................................................................69
2.4.2. Экологические требования к колесным машинам.................................71

Глава 3. Потребительские свойства МГиКМ............................................................79
3.1. Основные понятия и определения. Классификация........................................79
3.2. Противоречивость требований к потребительским свойствам....................82
3.3. Производительность МГиКМ...................................................................................84
3.4. Эксплуатационные и агротехнические качества МГиКМ.............................87

Глава 4. Принципы и методы создания МГиКМ.....................................................94
4.1. Блочно-модульный принцип конструирования и агрегатирования

при создании машин....................................................................................................94

4.2. Универсальность машин.............................................................................................99

4.2.1. Основные типы универсальных машин.....................................................99
4.2.2. Условия целесообразности создания и применения

универсальных машин................................................................................... 100

Оглавление
4

4.2.3. Блочно-модульный принцип конструирования при создании

универсальной техники................................................................................. 102

4.2.4. Годовая загрузка универсальных машин................................................ 104

4.3. Надежность машин. Основные показатели надежности............................. 106

4.3.1. Основные понятия и определения........................................................... 106
4.3.2. Показатели надежности................................................................................ 109
4.3.3. Физический и экономический сроки службы изделий.................... 114
4.3.4. Управление надежностью машин на стадии проектирования....... 115

4.4. Ресурсоемкость............................................................................................................ 123

4.4.1. Трудоемкость машин...................................................................................... 123
4.4.2. Материалоемкость машин............................................................................ 125
4.4.3. Энергоемкость машин................................................................................... 131

4.5. Технологичность конструкции.............................................................................. 134

4.5.1. Определение и виды технологичности................................................... 134
4.5.2. Методы унификации при обеспечении технологичности

конструкции...................................................................................................... 136

4.5.3. Производственная технологичность конструкции............................. 139
4.5.4. Определение показателей унификации машин................................... 146
4.5.5. Оптимизация показателей унификации машин

(на примере тракторов)................................................................................ 153

4.5.6. Эксплуатационная технологичность конструкции машин.............. 159
4.5.7. Эксплуатационная технологичность при диагностировании......... 162
4.5.8. Ремонтная технологичность конструкции машин.............................. 164

Глава 5. Методы оптимизации параметров проектируемых МГиКМ.......... 165
5.1. Основные понятия и определения....................................................................... 165
5.2. Методы математического моделирования........................................................ 167
5.3. Критерии эффективности....................................................................................... 172
5.4. Выбор и обоснование критерия эффективности при определении

оптимальных параметров проектируемой машины...................................... 179

5.5. Выбор оптимальных параметров колесного движителя

проектируемого трактора........................................................................................ 186

5.6. Оптимизация типоразмерных рядов МГиКМ................................................. 190

5.6.1. Основные понятия и определения........................................................... 190
5.6.2. Оптимизация типоразмерного ряда колесных машин...................... 194
5.6.3. Основы методики оптимизации типоразмерного

ряда тракторов.................................................................................................. 197

Глава 6. Технический уровень и функционально-стоимостный анализ 
проектируемой машины.................................................................................................. 203
6.1. Основные понятия и определения....................................................................... 203
6.2. Прогнозирование себестоимости новой техники на стадии

проектирования.......................................................................................................... 213

Оглавление
5

6.3. Экономическая эффективность машин.............................................................. 218

6.3.1. Модели себестоимости и капитальных вложений при создании

новой техники................................................................................................... 218

6.3.2. Оценка доходов и издержек и их связь с объемом

производимого товара.................................................................................... 222

6.3.3. Экономическая эффективность новой техники.................................. 223
6.3.4. Методика определения экономической эффективности

(на примере семейства тракторов МТЗ)................................................ 232

6.4. Установление цены на машину.............................................................................. 242

6.4.1. Методы определения цены.......................................................................... 242
6.4.2. Методика определения лимитной цены, ее верхнего

и нижнего предела, а также себестоимости........................................... 244

6.4.3. Метод расчета отпускной (верхнего предела) цены на новые

изделия на стадии разработки технического задания....................... 248

6.4.4. Метод расчета лимитной себестоимости нового изделия

на стадии разработки технического задания........................................ 250

6.4.5. Метод прогнозирования себестоимости трактора в зависимости

от его технических параметров и объемов производства................ 251

6.4.6. Метод расчета ожидаемой цены (нижнего предела цены)

нового трактора................................................................................................ 254

6.5. Карта технического уровня машины................................................................... 256

Глава 7. Жизненный цикл МГиКМ. Современные технологии 
проектирования.................................................................................................................. 259
7.1. Жизненный цикл машины. Основные понятия и определения............... 259
7.2. Основы проектирования машин. Основные понятия и определения.......266
7.3. Особенности технологии проектирования МГиКМ...................................... 268
7.4. Составные части процесса проектирования..................................................... 271
7.5. Описание объектов проектирования................................................................... 276
7.6. Регламент разработки и постановки машины на производство............... 282

Список использованных источников.............................................................................. 296

Предисловие

Основой данного учебного издания послужили лекции авторов

по дисциплинам «Конструирование и расчет тракторов» и «Конструирование и расчет многоцелевых гусеничных и колесных машин», читаемые студентам Белорусского национального технического университета (БНТУ), обучающимся по специальностям
«Тракторостроение» и «Многоцелевые гусеничные и колесные машины».

Созданный профессорско-преподавательским составом кафе
дры «Тракторы» БНТУ и ее филиалов на Минском тракторном
заводе (МТЗ) и на Минском заводе колесных тягачей (МЗКТ)
(сформированы из сотрудников конструкторских организаций
упомянутых заводов) комплекс учебников и учебных пособий по
специальным дисциплинам для студентов специальностей «Тракторостроение» и «Многоцелевые гусеничные и колесные машины»
доказал несомненную пользу при подготовке инженеров-конструкторов по тракторостроению. В нем с единых методических позиций представлена технология проектирования и весь жизненный
цикл машины, включая проектирование, изготовление, испытания,
эксплуатацию, ремонт и, в конечном счете, утилизацию. Студенты
получают не только теоретические знания по специальным предметам, но и, благодаря участию в учебном процессе сотрудников
МТЗ, практическую адаптацию в совершенном производстве по
созданию тракторной техники.

За время издания упомянутого комплекса были разработаны

новые компьютерные и информационные технологии проектирования машин, включая CALS-технологии, во многом изменившие
сам процесс создания изделий. Наметилась тенденция выделять
так называемое внешнее и внутреннее проектирование. Под внешним проектированием понимается формирование функции и концепции машины, под внутренним — конструирование и расчет
машины в целом, ее узлов и агрегатов. В соответствии с этим весь
процесс создания многоцелевых гусеничных и колесных машин
(МГиКМ) излагается в двух частях. В первой части рассматриваются процессы формирования функции машины, вопросы научных
исследований в данной области деятельности, использование компьютерных и информационных технологий, проектирование функционально-стоимостного анализа. В результате должна сформироваться

Предисловие
7

концепция машины и ее внешний облик. Во второй — вопросы 
конструирования и расчета узлов и агрегатов и машины в целом 
с применением систем автоматизированного проектирования. Настоящее учебное пособие посвящено изложению вопросов, рассмотренных в первой части.

Авторы благодарят коллективы сотрудников кафедр «Тракторы» 

БНТУ, их филиалов на МТЗ и МЗКТ, студентов специальностей 
1-37.01.0 и 1-37.01.04 БНТУ, а также сотрудников Объединенного 
института машиностроения НАН Беларуси и коллективы конструкторских организаций МТЗ и МЗКТ за содействие при создании 
этого учебного пособия.

Авторы надеются, что данная книга будет полезна как студен
там названных специальностей, так и инженерам, научным работникам, занимающимся проектированием МГиКМ, и в какой-то 
мере восполнит недостаток литературы в этой области.

Предисловие, введение, гл. 1 написаны профессором В.П. Бой
ковым; гл. 2, 3 — совместно профессором В.П. Бойковым и доцентом Ч.И. Ждановичем; гл. 4 — совместно профессорами В.П. Бойковым и В.В. Гуськовым; гл. 5, 6 — профессором В.В. Гуськовым; 
гл. 7 — доцентом Ч.И. Ждановичем.

Список использованных сокращений

АСУП — автоматизированная система управления предпри
ятием

ВТМ — валово-трелевочная машина
ДВС — двигатель внутреннего сгорания

ЕСКД — Единая система конструкторской документации
ИАСУ — интегрированная автоматизированная система управ
ления

ИПО — информационно-патентный отдел
ИСК — инструкция системы качества

КБ — конструкторское бюро

КТУ — карта технического уровня

МГиКМ — многоцелевые гусеничные и колесные машины

МКЦ — маркетинг-центр
МТА — машинно-тракторный агрегат
НДС — налог на добавленную стоимость

НИОКР — научно-исследовательские и опытно-конструктор
ские работы

НТП — научно-технический прогресс

САПР — система автоматизированного проектирования
СКШ — секционное колесное шасси
ФСА — функционально-стоимостный анализ
CAD — Computer Aided Design (система автоматизирован
ного проектирования)

CAE — Computer Aided Engineering (программы для реше
ния инженерных задач)

CALS — Continuous Acquisition and Life cycle Support (не
прерывная информационная поддержка поставок
и жизненного цикла)

CAM — Computer Aided Manufacturing (автоматизированная

система технологической подготовки производства)

ВВедение

Создание машин — задача техническая, экономическая и эко
логическая, поскольку разрабатываемые многоцелевые гусеничные и колесные машины должны не только обладать совершенными техническими характеристиками, но и обеспечивать более 
высокие экономические и экологические показатели, а также 
иметь привлекательный внешний вид и хорошие экономические 
качества.

Многоцелевые мобильные машины работают в различных поч
венно-климатических зонах и движутся в основном по естественной 
поверхности грунта, что предопределяет их высокую проходимость, 
устойчивость и маневренность. Задача конструктора — создать машины, обеспечивающие заданное повышение производительности 
при достижении высокого технического уровня, качества, надежности и привлекательности.

В соответствии с последними мировыми достижениями про
ектирование машин можно разделить на две составляющие:

ˆ
ˆ внешнюю, включающую в себя обоснование функции и кон
цепции машины, оптимизацию ее параметров, которые обеспечивают наилучшие потребительские свойства, экономическую эффективность, дизайн, комфорт и безопасность обслуживающего 
персонала;

ˆ
ˆ внутреннюю, связанную с конструированием узлов и агре
гатов проектируемой машины, которые обеспечивают перечисленные выше свойства.

Во внешнюю составляющую входят:

ˆ
ˆ классификация машин, создание типоразмерных рядов и се
мейств, наличие функции и концепции машины;

ˆ
ˆ потребительские свойства машин (производительность, на
дежность, ресурсоемкость, технологичность, унификация и типизация, универсальность);

ˆ
ˆ оптимизация параметров машины, включающая обоснова
ние критериев и методов оптимизации;

ˆ
ˆ жизненный цикл машины и алгоритм процесса ее проекти
рования;

ˆ
ˆ системы автоматизированного проектирования, включающие 

методики использования программ для расчета и конструирования 
машины в целом и ее узлов;

Введение
10

ˆ методы математического моделирования, включающие про
цесс создания моделей и составление систем уравнений, описывающих поведение машины в обусловленных пределах;

ˆ художественное конструирование и эргономика, включающие

концепции дизайна и примеры создания облика машины, а также
методы эргономики, обеспечивающие комфорт и безопасность водителя;

ˆ функционально-стоимостный анализ, включающий анализ

функций машины и методы определения ее эффективности, стоимости и лимитной цены.

Содержание перечисленных разделов основано на применении

системного подхода и CALS-технологий, применяемых при проектировании современных мобильных машин.

ГлаВа

1

РазРаботка концепции и функции 
(назначения) мобильных машин

1.1. основные направления ускорения 
научно-технического прогресса

В странах с развитой экономикой ведущие позиции в ускоре
нии научно-технического прогресса (НТП) занимают фундаментальные и прикладные науки. В соответствии с анализом информационных технологий в области проектирования и создания
МГиКМ к приоритетным направлениям развития научных исследований относятся:

ˆ разработка и освоение прогрессивных технологий, обеспе
чивающих резкое повышение производительности труда при одновременном сбережении трудовых, материальных и энергетических ресурсов;

ˆ разработка новой перспективной техники, основанной, прежде

всего, на широком использовании компьютерных моделей и систем;

ˆ создание и внедрение в производство новых конструкцион
ных материалов, в том числе синтеза материалов с заранее заданными свойствами;

ˆ разработка перспективных методов и средств испытаний

технических средств и конструкционных материалов, рассчитанных на применение техники в различных ситуациях и условиях,
и ускоренное получение точных и полных результатов;

ˆ комплексная механизация и автоматизация производства,

основанная на использовании перспективных и гибких производ

Глава 1. Разработка концепции и функции (назначения) мобильных машин
12

ственных систем, автоматизированного проектирования и управления производственными процессами;

ˆ создание и освоение новых источников энергии, в том числе

нетрадиционных (альтернативных) экологически чистых;

ˆ разработка и реализация биотехнологий, в том числе для

получения экологически чистого топлива, промышленного производства ряда продуктов;

ˆ развитие новых форм дизайна и средств эргономики, обе
спечивающих комфорт и безопасность водителя и пассажиров.

Некоторые примеры, характеризующие основные направления

НТП, приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Основные направления НТП

Направление

НТП
Примеры

Освоение прогрессивных технологий

Изготовление моделей и прототипов с помощью перспективного технологического процесса — стереолитографии,
позволяющей создавать высокоточные функциональные
физические модели.
Мембранная технология, основанная на применении специальных материалов (мембран), осуществляющих избирательное поглощение и выделение определенных химических веществ.
Плазменные технологии для получения редких металлов,
ценного химического сырья, минеральных удобрений,
производства высококачественной стали и специальных
сплавов.
Технологии обработки металлических и неметаллических материалов с использованием импульсных нагрузок
и сверхвысоких давлений.
Технологии с использованием радиационной обработки
полимерных материалов для улучшения их потребительских свойств

Разработка новой перспективной техники

Компьютерные модели, позволяющие осуществлять имитационное моделирование и получать характеристики
эргономики и безопасности прототипов, которые невозможно понять и оптимизировать с применением других
средств.

1.1. Основные направления ускорения научно-технического прогресса
13

Направление

НТП
Примеры

Системы управления движением в городских условиях
и сельской местности, а также системы автоматического
управления машинно-тракторным агрегатом с применением спутниковых систем.
Системы измерений и контроля, способствующие выбору
оптимальных характеристик эксплуатации технических
средств.
Супер-ЭВМ нового поколения с использованием принципов искусственного интеллекта, средств общения человека с машиной при решении особо сложных научных
и инженерных задач

Создание новых
конструкционных материалов

Принципиально новые конструкционные материалы,
многократно превосходящие по своим физическим свойствам имеющиеся материалы (сверхпрочные, коррозионностойкие, кислотоустойчивые и т.п.).
Синтетические полимерные материалы. Материалы, изменяющие свои физические свойства при изменении
окружающих условий (созданные с применением интеллектуальных компьютерных систем).
Полупроводниковые материалы для микроэлектроники,
металлы и их соединения высокой частоты, с особыми
физическими свойствами

Разработка перспективных методов и средств
испытания техники и конструкционных
материалов

Перспективные методы оценки физико-механических
свойств различных конструкционных материалов, в том
числе методы динамического механического и термомеханического анализа.
Перспективные методы оценки физико-механических
свойств грунтов при помощи адаптированных измерительных средств, позволяющих создавать математические модели взаимодействия движителей с поверхностью
движения и оценивать тягово-сцепные, скоростные, экономические качества проектируемых машин.
Стенды и экспериментальные установки для оценки динамических свойств узлов, агрегатов и машин в целом.

Новые методы испытаний подвесок машин, основанные
на применении «плавающей реактивной массы».

Продолжение табл. 1.1