Лекция 1.4. Эксплуатационные качества и свойства автомобилей и тракторов

1.4.1. Общая характеристика и определение эксплуатационных качеств и свойств

Автомобиль и трактор – сложные подвижные энергетические и транспортные средства, используемые для комплексной механизации и автоматизации сельского хозяйства, а также для расширяющихся перевозок промышленных и сельскохозяйственных грузов и пассажиров. Как указывалось ранее, автомобили и тракторы должны иметь определённые эксплуатационные качества и свойства, которые оцениваются научно обоснованными измерителями (показателями).

Свойство характеризует какую-либо одну сторону машины, выявленную во взаимоотношении с такой же стороной другой машины. Например, устойчивость на склонах трактора горной модификации выше устойчивости трактора равнинной модификации того же класса.

Качество – это совокупность свойств, составляющих такую определённость машины, которая отличает её от другой машины. Например, вследствие сочетания высоких тягово-сцепных свойств трактора, выполненного по колёсной формуле 4К4 с улучшенной плавностью хода и повышенной энергонасыщенностью его производительность при прочих неизменных свойствах гораздо выше производительности трактора с колёсной формулой 4К2, худшей плавностью хода и более низкой энергонасыщенностью.

Повышение и научно-практическое обоснование новых эксплуатационных свойств и их измерителей, а также понимание объективной связи между измерителями эксплуатационных свойств и реальными эксплуатационными качествами машин имеет существенное значение для совершенствования структуры автотракторного парка.

Важнейшими эксплуатационными качествами, изучаемыми в теории автомобиля и трактора и представляющими собой совокупность эксплуатационных свойств, характеризующих отдельные стороны машины, являются производительность, экономичность и проходимость.

1.4.2. Производительность автомобиля и трактора

Производительность трактора определяется размером земельной площади, которая может быть им обработана в агрегате с соответствующими сельскохозяйственными машинами в единицу времени при соблюдении заданных качественных показателей. Она зависит, прежде всего, от ширины захвата сельскохозяйственных машин, с которыми работает трактор и скорости движения при выполнении данной операции. Аналогично производительность автомобиля определяется массой перевозимого груза или числом пассажиров и расстоянием, которое автомобиль при этом проходит, в единицу времени.

Таким образом, производительность автомобилей и тракторов зависит от тяговых и скоростных свойств, а также от конструктивных и эксплуатационных факторов, могущих оказать влияние на использование этих свойств. Исследование указанных вопросов является одной из основных задач теории автомобиля и трактора.

Производительность, как правило, обозначается буквой и измеряется в га/час, т/час, ткм/час. Для сравнительной оценки по производительности иногда вводят удельную производительность

,

где - конструктивный (сухой) вес машины.

Производительность характеризуется следующими важнейшими эксплуатационными свойствами:

- энергонасыщенность – это отношение мощности двигателя к конструктивному весу машины и обозначается буквой ;

- тягово-сцепные свойства, которые измеряются главным образом коэффициентом сцепления , коэффициентом сопротивления качению , буксованием и к.п.д. ходовой части . Вместе с к.п.д., учитывающим потери в трансмиссии предпоследние две характеристики в совокупности определяют тяговый к.п.д. трактора, который определяют по формуле

,

где - тяговая мощность (мощность на крюке)

Если трактор работает с валом отбора мощности (ВОМ), то

.

Тягово-сцепные свойства наглядно представлены в так называемой теоретической тяговой характеристике (ТТХ);

- управляемость автомобиля и трактора, под которой понимается их способность следовать по заданной траектории, а при воздействии на органы управления изменять её по заданному закону. Управляемость оценивается радиусом поворота , а также степенью автоматизации управления основными механизмами машин. Радиус поворота – это расстояние от центра поворота до середины заднего моста;

- устойчивость автомобиля и трактора, которая характеризуется предельными углами подъёма, уклона и крена машины в статическом положении по опрокидыванию и сползанию, критическими углами подъёма по управляемости для колёсных машин и критическими углами подъёма при движении гусеничного трактора. Кроме того она зависит от критической скорости движения машины на повороте по условиям опрокидывания и заноса;

- эргономические свойства, которые характеризуются уровнем шума, загазованностью и запылённости кабины, обзорностью, усилиями, необходимыми для управления педалями и рычагами, плавностью хода и другими показателями;

- разгонно-тормозные свойства. Разгонные свойства автомобиля оцениваются ускорением , путём разгона и временем разгона . Для тракторов вводится возможность трогания с места на заданной передаче и время разгона . Тормозные свойства характеризуются максимальной величиной замедления , минимальным путём торможения и минимальным временем торможения . Иногда в качестве оценочного показателя тормозных свойств автомобиля и трактора используют минимальный остановочный путь, который учитывает время реакции водителя, время срабатывания тормозной системы, а также состояние тормозной системы;

- надёжность как свойство определяется числом отказов в работе за определённое время работы, - процентным ресурсом и др. показателями;

- ремонтопригодность как эксплуатационное свойство оценивается периодичностью и частотой технического обслуживания (ТО), число точек контроля систем автомобиля и трактора, приспособленность к капитальному ремонту, способом диагностирования и хранения.

Все эти свойства проявляются с высокими показателями при условии, что поля ровные, спланированные, прямоугольной формы, трактор оснащён полным набором машин и орудий, все основные механизмы трактора работают без отказов, имеется рациональная структура автомобильного и тракторного парка, наличие системы обслуживания и ремонта, нефтескладского хозяйства, ровные и в достаточном количестве дороги, высококвалифицированные инициативные постоянные кадры (трактористы-машинисты и водители).

1.4.3. Экономичность автомобиля и трактора

Экономичность автомобиля и трактора определяется себестоимостью выполненных работ и зависит от величины расхода топлива, смазочных материалов и их стоимости, затрат на заработную плату водителей, расходов на техническое обслуживание и ремонт, срока службы деталей и ряда других факторов. В теории автомобиля и трактора рассматриваются главным образом топливная экономичность машины и её зависимость от величины удельного расхода топлива двигателем при различных режимах работы, от потерь, возникающих при движении машины, от подбора передач в трансмиссии и других конструктивных и эксплуатационных факторов, а также оптимальный срок службы в зависимости от цены машины и затрат на эксплуатацию и ремонт её.

- топливная экономичность автомобиля и трактора, как эксплуатационное свойство, оценивается топливной экономичностью двигателя, которая характеризуется оценочным расходом топлива т.к. двигатель в процессе эксплуатации работает в различных режимах. Оценочный расход топлива двигателя это некая среднестатистическая величина. Экспериментами установлено, что эта среднестатистическая величина на 3-5% отличается от минимального удельного расхода топлива двигателя , поэтому в качестве оценочного расхода топлива принимают минимальный удельный расход топлива двигателя. Кроме того на топливную экономичность автомобиля и трактора оказывают влияние обтекаемость обводов машины, состояние дороги и ходовых частей машины, а также отмеченные ранеее такие эксплуатационные свойства, как управляемость, устойчивость, тягово-сцепные, эргономичность и др. Топливная экономичность автомобиля, как эксплуатационное свойство, характеризуется расходом топлива на 100 км. пути, а топливная экономичность трактора – удельным расходом топлива на одну единицу мощности на крюке;

- оптимальный срок службы определяется из экономических соображений и его не следует отождествлять с долговечностью машины (срок службы до первого капитального ремонта). Главнейший наиболее общий показатель, по которому потребитель может судить о техническом совершенстве трактора, является стоимость единицы выработки по прямым затратам. В качестве удельного параметра объёма работ для трактора в связи с многообразием работ принимают 1га условной пахоты.

Удельная стоимость единицы выработки в руб. определяется по формуле:

,

где - цена трактора в руб.;

- годичные затраты на заработную плату и топливо;

- длительность эксплуатации трактора в годах;

- годичные затраты на ремонт, зависящие от длительности эксплуатации трактора;

- ежегодная выработка трактора в гектарах условной пахоты.

Для функции существует много видов, однако наиболее простой её принимают линейной, т.е. . После интегрирования получим

.(*)

Кривая, построенная по этому уравнению, имеет вид, изображённый на рисунке 6. Экономически оптимальным сроком службы трактора является срок, соответствующий минимальной удельной стоимости . Очевидно, что сама постановка вопроса об оптимальном сроке службы трактора возможна только потому, что расходы на ремонт растут с увеличением срока пребывания трактора в парке.

Экономически оправданный оптимальный срок службы показывает потребителю о нецелесеобразности дальнейшей эксплуатации машины потому, что затраты на её содержание будут расти с каждым последующим годом эксплуатации, кстати в зависимости от того каков будет вид функции затрат на ремонт. Это не означает, что к дальнейшей эксплуатации машина не пригодна и срок службы её заканчивается, но потребитель должен иметь в виду, что удельная стоимость единицы выработки будет непрерывно увеличиваться. С другой стороны замена машины потребует вложение средств во вновь приобретаемую и обоснованность такого шага должна быть экономически подкреплена.

Поэтому весьма важной становится задача определения удельной стоимости единицы выработки и оптимального срока службы автомобиля и трактора.

Для того чтобы определить минимальное значение и оптимальный срок службы нужно продифференцировать выражение (*) и приравнять производную к нулю, получим

; откуда и .

Из этих формул видно, что экономически оптимальный срок службы трактора не зависит ни от годового использования трактора , ни от затрат на заработную плату и топливо . Он зависит только от первоначальной цены трактора и расходов на ремонт в год . Однако потребитель не всегда имеет возможность обновлять парк в экономически целесообразные сроки, поэтому и проблема повышения долговечности тракторных механизмов не может быть снята с повестки дня.

Всё сказанное относится к физическому износу 1-го рода. Существует и физический износ 2-го рода – износ при хранении вследствие коррозии, однако его мы рассматривать не будем.

Кроме физического износа существует и моральный износ. Моральный износ проявляется двояко. Моральный износ 1-го рода вызывает снижение первоначальной цены трактора по мере того как тракторы те же могут быть приобретены более дёшево (технический прогресс производства). Моральный износ 2-го рода состоит в обесценении трактора вследствие появления новых, более совершенных типов тракторов (технический прогресс конструкции). Существуют методы количественной оценки морального износа.

Моральный износ 1-го рода, выражающийся в снижении первоначальной цены трактора, можно учесть, заменив в формулах для определения и первоначальную цену трактора на меньшую. Влияние снижения цены трактора на оптимальный срок службы и минимальную удельную стоимость единицы выработки можно выразить следующими цифрами. Если уменьшится на 30%, то снизится на 17%, а - на5%. Влияние морального износа 2-го рода также может быть учтено. Аналитическими расчётами установлено, что если у трактора нового типа значение на 25% меньше, чем у трактора старого типа, что вполне реально, то это приводит к сокращению старого трактора примерно в 2 раза с момента начала серийного выпуска трактора нового типа.

1.4.4. Проходимость автомобиля и трактора

Под проходимостью автомобиля понимается его способность перемещаться без остановки, преодолевая дорожные препятствия двух типов: препятствия профильного характера (стенка канавы, камни и т.д.) и участки дороги со слабонесущим опорным слоем почвы или грунта. Поэтому проходимость автомобиля принято называть дорожной, подразделяя её на профильную и опорно-сцепную проходимость.

Под проходимостью трактора понимается его способность передвигаться по дорогам, грунтам и почвам различных типов с заданной силой тяги на крюке и наибольшим тяговым к.п.д., преодолевая местные неровности рельефа без существенного ухудшения плодородия почв и качества выполняемой работы.

Проходимость автомобиля и трактора характеризуется следующими основными эксплуатационными свойствами:

- тягово-сцепными свойствами, измерителями которых, как было указано ранее, являются коэффициент сцепления , коэффициент сопротивления качению , величина буксования и к.п.д. ходовой части ;

- опорно-временными свойствами, которые оцениваются удельным давлением ходовых частей на почву , глубиной колеи , давлением воздуха в шинах передних и задних колёс, периодом взаимодействия колёс или гусениц с почвой и др.;

- конструктивно-дорожными свойствами, к характеристикам которых можно отнести дорожный просвет, конструкцию ходовых частей машины, давление воздуха в шинах и ряд других;

- агроэкологические свойства, которые характеризуются уплотнением почвы, агротехническим просветом, защитными зонами и др.;

- поворачиваемость, которая характеризуется радиусом поворота, степенью повреждения поверхности почвы и как следствие этому потеря проходимости из-за повышенного буксования колёс.