Тракторы и автомобили: теория и технологические свойства

ТРАКТОРЫ 

И АВТОМОБИЛИ

ТЕОРИЯ

И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

УЧЕБНИК

Москва

ИНФРА-М

2022

Г.М. КУТЬКОВ

Рекомендован 

Учебно-методическим объединением вузов Российской

Федерации по агроинженерному образованию в качестве учебника

для студентов высших учебных заведений, обучающихся
по специальностям «Механизация сельского хозяйства»

и «Технология обслуживания и ремонта машин

агропромышленного комплекса»

(направление подготовки 35.03.06 «Агроинженерия»)

Второе издание, переработанное и дополненное

Кутьков Г.М. 

Тракторы и автомобили: теория и технологические свойства : учеб
ник / Г.М. Кутьков. — 2 изд., перераб. и доп. — Москва : ИНФРА-М, 
2022. — 506 с. + Доп. материалы [Электронный ресурс].— (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/974.

ISBN 978-5-16-006053-8 (print)
ISBN 978-5-16-100299-5 (online)

В учебнике даны основы теории трактора и автомобиля: взаимодействие 

движителей с почвой (дорогой), тяговый и энергетический балансы, тяговая 
и тормозная динамика, проходимость, устойчивость, управляемость, плавность хода. Рассмотрены технологические свойства мобильных энергетических средств сельскохозяйственного назначения, оценочные показатели 
технологических свойств, методы их определения, связь технологических 
свойств с конструктивными параметрами и техническими характеристиками 
энергетических средств, методика определения их технологического уровня.

Изложены требования к тракторам по безопасной работе. Анализируется 

влияние некоторых показателей эргономических свойств на технологические 
показатели работы трактора. Даны рекомендации по содержанию, разработке и технологическому обоснованию исходных требований на мобильные 
энергетические средства.

Предназначен для студентов, обучающихся по специальностям «Механи
зация сельского хозяйства» и «Технология обслуживания и ремонта машин 
агропромышленного комплекса».

УДК 656(075.8)

ББК 39.3я73

Материалы, отмеченные знаком 
, 

доступны в электронно-библиотечной системе Znanium.com

К95

ISBN 978-5-16-006053-8 (print)
ISBN 978-5-16-100299-5 (online)
© Кутьков Г.М., 2014

УДК 656(075.8)
ББК 
39.3я73

 
К95

ФЗ 

№ 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

Предисловие

Настоящий учебник является вторым изданием первого в России 
учебника, опубликованного автором в 2004 г., в котором наряду с 
теорией трактора и автомобиля изложены методы определения технологических свойств сельскохозяйственных тракторов.
В первом издании сформулирована проблема теории технологической эксплуатации сельскохозяйственного трактора, предложено 
понятие мобильного энергетического средства и его технологического 
уровня. Изложена структура показателей технологических свойств и 
методические основы оценки технологического уровня мобильного 
энергетического средства сельскохозяйственного назначения.
Всю совокупность сложившихся знаний о тракторе можно распределить на три раздела:
1) теории трактора;
2) теории конструирования трактора;
3) теории эксплуатации трактора.
Предметом изучения теории принято считать методы определения 
свойств и показателей трактора, характеризующих соответствие его 
своему функциональному назначению и требованиям техники безопасности: тягово-сцепные свойства, тяговый и энергетический баланс, устойчивость, управляемость, плавность хода и др.
С помощью методов конструирования и расчета создают конструкцию трактора такой, чтобы она в целом и по отдельным системам и агрегатам удовлетворяла требованиям его функционального 
назначения, надежности, экологии, условиям безопасности труда 
тракториста, художественной эстетики.
Теория автомобиля и теория трактора зародились в нашей стране 
в один и тот же исторический период вместе с зарождением отраслей 
автомобиле- и тракторостроения. Основоположниками науки о тракторе и автомобиле являются первопроходцы создания этих машин: 
академик Е.А. Чудаков — теории автомобиля; профессор Е.Д. Львов — 
теории трактора; профессор Д.К. Карельских — теории конструирования и расчета трактора. В дальнейшем теория автомобиля и теория 
трактора получили развитие в научно-исследовательских отраслевых 
институтах, вузах, а также в конструкторских коллективах.
Содержание раздела теории эксплуатации трактора, по мнению 
автора, должно состоять из двух основных частей: техническая эксплуатация и технологическая эксплуатация трактора. Примерное 
содержание разделов науки о тракторе приведено на рис. П1.
Техническая эксплуатация — это наука о методах и способах поддержания работоспособного состояния трактора в процессе эксплуа

тации. Эта часть теории эксплуатации является законченной в разработке, и ее развитие продолжается параллельно с развитием самого 
трактора и средств обеспечения его технического состояния. Однако 
трактор создан не только для того, чтобы его обслуживать и ремонтировать. Основная его задача — обеспечить энергией технологический 
процесс возделывания сельскохозяйственных культур в составе МТА при 
строгом соблюдении агротехнических правил.
По существу, знания технологических свойств трактора — это наука о его потребительских свойствах. Необходимость развития такой 
теории давно назрела, потому что многие практические задачи 
оценки приспособленности трактора к выполнению технологических 
операций на этапе создания новых моделей решаются без должного 
анализа. Аналогично теории конструирования и расчета трактора 
(конструирование, расчеты, испытания, дизайн и др.) должна получить полноценное развитие теория технологической эксплуатации 
трактора, содержащая методы определения параметров и показателей мобильных энергетических средств на соответствие требованиям 
технологий сельскохозяйственного производства. С помощью этих 
методов можно объективно прогнозировать развитие конструкции 
энергетических средств и оценивать соответствие их своему технологическому назначению по главным параметрам (технической концепции и компоновочной схеме, энергонасыщенности, типу и параметрам движителя, характеристике скоростного ряда трансмиссии 
и др.).
В настоящее время потребность в методах оценки технологических свойств проявляется особенно остро, потому что на рынок Рос
Рис. П1. Примерная структура науки о тракторе

сии поставляется большое разнообразие моделей энергетических 
средств и тракторов зарубежных фирм, производители которых в 
целях борьбы за рыночную конъюнктуру применяют порой дорогостоящие конструктивные новинки, не придающие трактору соответствующих технологических свойств. Без объективных методов оценки 
технологических свойств бывает трудно оценить технологическую 
значимость технических ухищрений производителей тракторов.
Настоящий учебник сохранил в основном структуру первого издания учебника, но доработан и существенно дополнен. Основные 
дополнения и изменения можно свести к следующим. Более развито 
изложение теории качения колеса и сокращен некоторый объем материала по гусеничным движителям. Наряду с тяговым расчетом, 
введен тягово-динамический расчет трактора, учитывающий динамический характер тяговой нагрузки трактора, методика тягового 
расчета трактора тягово-энергетической концепции; приведена разработанная автором методика аппроксимации корректорного участка 
регуляторной характеристики дизеля, дано понятие эталонной энергонасыщенности трактора как тяговой машины. По теории автомобиля дополнены разделы устойчивости, управляемости, маневренности.
В сравнении с первым изданием существенно переработан раздел 
теории технологических свойств мобильных энергетических средств 
на основе результатов исследований автора. Изложены методы и приведены примеры определения обобщенных показателей технологических свойств (универсальность, потенциальная производительность, показатель агротехнических свойств и стоимости технологического процесса), а также технологического уровня энергетического 
средства в целом. Приведены примеры анализа технологического 
уровня современных зарубежных тракторов и энергетических средств, 
отличающихся высокой энергонасыщенностью, технологической 
универсальностью, а также отдельными техническими новшествами, 
такими как бесступенчатая коробка передач типа Vario, высокий запас крутящего момента дизеля и др.
Сохранена и доработана в соответствии с современными стандартами глава «Безопасность мобильных энергетических средств». Введена глава испытаний тракторов по определению технологических 
свойств. В совокупности с материалами по эргономическим свойствам она придает методическую законченность разделу «Технологические свойства мобильных энергетических средств».
В учебнике изложены методические основы и ставится задача 
научить студента технологически грамотно эксплуатировать и оценивать трактор, а также уметь разработать технологические требования к перспективному трактору или энергетическому средству. Это 
должно побудить его не только освоить знания о тракторе и способах 

его технологической эксплуатации, но применить эти знания для 
того, чтобы сформировать параметрическую или технологическую 
«ипостась» перспективного мобильного энергетического средства, 
предназначенного для выполнения перспективных технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Такая задача и методические предпосылки для ее выполнения разработаны и изложены в 
учебнике впервые в практике подготовки инженеров по эксплуатации 
тракторов. Поэтому в книге возможны недоработки, неточности и 
другие недостатки. Автор с благодарностью примет замечания коллег-педагогов, ученых и специалистов в области механизации сельского хозяйства, читателей, направленные на повышение научнометодического уровня учебника.
Учебник может быть использован для подготовки как бакалавров, 
так и магистров.
Автор выражает глубокую благодарность профессорам В.Н. Сидорову, А.П. Парфенову, В.М. Шарипову за ценные замечания, сделанные по рукописи учебника, а также В.А. Воронину и С.С. Шерстюку, оказавшим большую помощь при подготовке рукописи к печати.

основные Принятые обозначения

Nе — эффективная мощность двигателя
Nн.э — эксплуатационная мощность двигателя
Nкр — тяговая мощность трактора
Nтр, Nf, Nδ, Ni — мощности, характеризующие расход энергии на 
трение в трансмиссии, буксование движителей, преодоление сил 
сопротивления качению и подъема
Nк — мощность на ведущем колесе
Nj — мощность сил инерции
Nр — мощность рассеивания, поглощаемая устройствами для снижения колебаний и другими упругими элементами конструкции 
трактора и автомобиля
Nн — недоиспользованная мощность, возникающая вследствие 
колебаний нагрузки на двигатель
Nп — мощность сопротивления передвижению трактора при подворотах на гоне
Nс — мощность преодоления внешних сопротивлений при повороте гусеничного трактора
Nуд — удельная мощность автомобиля
Мк — крутящий момент двигателя
Мmax — максимальный крутящий момент двигателя по регуляторной характеристике
Мвед — крутящий момент на ведущем колесе трактора (ведущий 
момент)
Мт — тормозной момент на колесе
Мf — момент сопротивления качению машины
Мfп — момент сопротивления качению ведомых колес
Мfк — момент сопротивления качению ведущих колес
Мн — номинальный крутящий момент двигателя
Мс — приведенный к валу двигателя суммарный момент сопротивления МТА
Мс.к — момент сопротивления на ведущем колесе
Mп — поворачивающий момент трактора и автомобиля
Мс.п — момент сопротивления повороту трактора и автомобиля
Мф — момент трения муфты сцепления
Мj.д — момент сил инерции от вращающихся частей двигателя
Мj.а — момент сил инерции от поступательно движущегося агрегата, приведенный к валу двигателя
Mр — реактивный момент
МR — момент от реакции почвы на отстающих колесах, возникающий от толкающей силы забегающих колес

Рк — касательная сила тяги на ведущем колесе машины
Ркр — тяговая сила на крюке машины
Ркр.н — номинальное тяговое усилие трактора
Рор — сила тягового сопротивления орудия
Рf — сила сопротивления качению машины
Рf.п — сила сопротивления качению передних колес
Рf.к — сила сопротивления качению задних колес
Рi — сила сопротивления подъему
Рj — сила инерции
Рj.п — сила инерции поступательно движущихся масс
Рj.вр — сила инерции вращательно движущихся масс
Рw — сила сопротивления воздуха;
Pϕ — сила сцепления движителей с опорной поверхностью
Pψ — сила сопротивления дороги
Рт — тормозная сила
Рц — центробежная сила
Fс — сила сцепления частиц почвы между собой
Ff — сила внутреннего трения частиц почвы при деформации 
сдвига
Fп — толкающая сила
Fк — сила сопротивления остова машины
Fа — сила сопротивления гидравлического амортизатора
Тс — сила статического (предварительного) натяжения гусеницы
Тр и Тсв — силы натяжения в рабочем и свободном участках гусеничной цепи
Тц — центробежная сила, действующая на гусеничную цепь
Тк — касательная сила трения (с почвой) на колесе
Хк — толкающая реакция почвы
Хп — составляющая силы лобового сопротивления гусеницы
Yп — нормальная реакция почвы на передние колеса
Yк — нормальная реакция почвы на задние колеса
Yм — нормальная реакция почвы на опорное колесо навесной машины
Yд — нормальная результирующая реакция почвы на гусеничную 
цепь
Rг — результирующая реакция почвы на колесо
Rх — горизонтальная продольная составляющая реакции дороги
Rу — нормальная реакция почвы на колесо
Rz — боковая реакция почвы на колесо
Gтр — эксплуатационный вес трактора
Gтр.к — конструктивный вес трактора
Gа — вес автомобиля
Gϕ — сцепной вес машины

Gп — вес машины, приходящийся на переднюю ось
Gн — нормальная нагрузка
Gт — вес топлива
Qг — грузоподъемность тракторного прицепа
mg — масса машины
m1 — масса переднего моста автомобиля
m2 — масса заднего моста автомобиля
mп.д — подрессоренная масса
mн.п — неподрессоренная масса
ср — жесткость упругих элементов подвески
сш — жесткость шины
спр — приведенная жесткость подвески и шины
gе — удельный расход топлива на единицу эффективной мощности 
двигателя
gкр — удельный расход топлива на единицу тяговой мощности 
трактора
qт — цикловая подача топлива
q — среднее условное давление одиночного движителя на жесткое 
основание
qк — максимальное давление движителя (колесного и гусеничного) 
на почву
kор — удельное тяговое сопротивление сельскохозяйственной машины
kг — коэффициент объемного сжатия почвы
L — продольная база машины
Lоп — длина опорной ветви гусеничного обвода
Lм — расстояние между осями ведущего колеса трактора и опорного колеса навешенной машины
Вк — ширина колеи машины
Dк — диаметр колеса
D — динамический фактор автомобиля
ао — расстояние от центра тяжести гусеничного трактора до середины опорной поверхности гусениц
ад — расстояние от центра давления (Yд) до середины опорной 
поверхности гусениц
ац — расстояние от центра масс трактора до оси задних колес
ам — расстояние от оси задних колес до центра тяжести навешенной машины
hц — ордината центра тяжести машины
hкр — ордината точки прицепа
hр — перемещение рейки топливного насоса высокого давления
hк — глубина колеи от прохода движителя, преодолеваемой канавы
hш — глубина погружения штампа в грунт
hн — нормальная деформация (прогиб) шины

hпр — агротехнический просвет
bг, bш — ширина гусеницы, обода колеса или протектора шины
lр — длина рабочей ветви гусеничного обвода
lсв — длина свободной ветви гусеничного обвода
lзв — длина звена гусеничной цепи
r0 — свободный радиус колеса
rст — статический радиус колеса
rд — динамический радиус колеса
rк — кинематический радиус (качения) колеса
Rп — радиус поворота машины
Rmin — минимальный радиус поворота машины
Rц.м — радиус поворота центра масс машины
Sт — длина тормозного пути машины
Sт. min — длина минимального тормозного пути
Sк — длина пути за один оборот колеса
qh — высота неровностей рельефа почвы, дороги
fр — прогиб упругого элемента подвески машины
fш — прогиб шины
fпр — суммарный прогиб подвески и шины подвески машины
αlim — предельный угол продольной устойчивости машины от опрокидывания на подъеме
α′lim — предельный угол продольной устойчивости машины от 
опрокидывания на спуске
αϕ.lim — предельный угол продольной устойчивости машины от 
сползания
βlim — предельный угол поперечной устойчивости машины от опрокидывания
βϕ.lim — предельный угол поперечной устойчивости машины от 
сползания
γкр — угол наклона линии действия тяговой силы на крюке относительно плоскости опорной поверхности
δ — угол бокового увода колеса
θ — угол наклона к горизонту линии действия результирующей 
силы, действующей на навесную машину в продольно-вертикальной 
плоскости
t — время
vт — теоретическая скорость
vтр — действительная скорость трактора
vтр — транспортная скорость трактора
vк — действительная скорость колеса
vа — скорость автомобиля
Ωн и Ωв — низкочастотные и высокочастотные собственные частоты колебаний системы
ωд — угловая скорость коленчатого вала двигателя