Теория трактора и автомобиля

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное образовательное  
учреждение высшего образования 
«Самарский государственный аграрный университет» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Теория трактора 
и автомобиля 
 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Кинель 2022 

УДК 631.372(075) 
ББК 40.72 
   Т33 
 
Рекомендовано учебно-методическим советом Самарского ГАУ 
 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, проф. кафедры «Технический сервис»,  
ФГБОУ ВО Самарский ГАУ, 
В. А. Милюткин; 
канд. техн. наук, доцент кафедры «Эксплуатация и технический сервис 
машин в АПК»,  ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ, 
Ю. А. Дугин 
 
Авторский коллектив: 
А. П. Быченин, О. С. Володько, Р. М. Мусин, Р. Р. Мингалимов, 
О. Н. Черников 
 
Т33 Теория трактора и автомобиля : учебное пособие / А. П. Быченин, О. С. Володько, Р. М. Мусин [и др.]. – Кинель : ИБЦ 
Самарского ГАУ, 2022. – 196 с. 
ISBN 978-5-88575-683-9 
 
В пособии рассмотрены физико-механические свойства почвы, работа ведомого и ведущего колес, тяговый и энергетический баланс и тяговая динамика трактора. Отдельно представлены тяговая и тормозная 
динамика автомобиля. Рассмотрены виды проходимости колесных и гусеничных машин, а также оценены факторы, влияющие на этот параметр 
машины. Приведен анализ факторов, влияющих на устойчивость и управляемость трактора и автомобиля в статике и динамике, рассмотрен процесс поворота колесных и гусеничных машин. Уделено внимание вопросам повышения энергетических и агротехнических свойств энергонасыщенных тракторов. 
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по 
программам подготовки бакалавров, специалистов и магистров инженерных направлений. 
УДК 631.372(075) 
ББК 40.72 
ISBN 978-5-88575-683-9 
 
© Быченин А. П., Володько О. С., Мусин Р. М., 
Мингалимов Р. Р., Черников О. Н., 2022 
© ФГБОУ ВО Самарский ГАУ, 2022 
 
 
2 

Предисловие 
 
Трактор и автомобиль – сложные машины, поэтому для удовлетворения требований, предъявляемые к ним, необходимо наличие у них ряда эксплуатационных качеств. Эти качества должны в 
комплексе характеризовать эффективность работы трактора и автомобиля в тех или иных условиях. Чтобы иметь возможность 
оценивать влияние отдельных эксплуатационных качеств на общую эффективность машины, нужно установить объективные, 
научно обоснованные измерители этих качеств и методику их 
определения. Правильный выбор эксплуатационных качеств и их 
оценочных измерителей, понимание связи между показателями, 
принятыми для характеристики машины, и ее реальной эффективностью в эксплуатационных условиях – все это имеет существенное значение для дальнейшего совершенствования автотракторного парка в сельскохозяйственном производстве. 
Эксплуатационные качества трактора и автомобиля условно 
разделяются на четыре группы. 
1. Качества, определяющие технико-экономические показатели тракторов и автомобилей (производительность и экономичность). 
2. Качества, присущие трактору и автомобилю как мобильным 
машинам. 
3. Качества общетехнического характера. 
4. Специальные качества, характеризующие приспособленность тракторов и автомобилей к выполнению особых требований, 
вытекающих из условий их работы в сельскохозяйственном производстве. 
Производительность тракторов и автомобилей как основной 
эксплуатационный параметр зависит от тяговых и скоростных качеств, а также от конструктивных и эксплуатационных факторов, 
оказывающих влияние на использование этих качеств. Исследование указанных вопросов является одной из основных задач теории 
трактора и автомобиля. 
Экономичность трактора и автомобиля определяется себестоимостью выполненных работ и зависит в том числе от величины 
расхода топлива, смазочных материалов и их стоимости. В теории 
трактора 
и 
автомобиля 
рассматривается 
главным 
образом  
 
3 

топливная экономичность машины и ее зависимость от величины 
удельных расходов топлива у двигателя при различных режимах 
работы, от потерь, возникающих при движении машины, от подбора передач в трансмиссии и других конструктивных и эксплуатационных факторов. Помимо этого важное значение имеют 
управляемость, маневренность, безопасность движения и удобство 
езды. 
Теория трактора и автомобиля – одна из дисциплин, изучающих эксплуатационные качества машин. В ее задачи входят выбор 
и характеристика важнейших эксплуатационных качеств, исследование влияния, оказываемого на них различными конструктивными и эксплуатационными факторами, а также обоснование измерителей, которые позволяют объективно оценивать эксплуатационные качества. В конечном счете задача теории трактора и автомобиля заключается в создании научных основ для дальнейшего 
совершенствования конструкций этих машин и повышения эффективности их использования. 
Представленный в учебном пособии материал способствует 
формированию у студентов общепрофессиональных и профессиональных компетенций в соответствии с ФГОС ВО. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 

1. ВВЕДЕНИЕ В КУРС «ТЕОРИЯ И РАСЧЕТ ТРАКТОРА 
И АВТОМОБИЛЯ». РАБОТА ТРАКТОРНЫХ 
И АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ 
 
1.1. Физико-механические свойства почвы 
 
Тракторы по своему технологическому назначению работают 
преимущественно в полевых условиях. Значительная часть автомобильных перевозок в сельском хозяйстве осуществляется по 
грунтовым и полевым дорогам. Во всех этих случаях несущим основанием для ходовых органов служат верхние почвенные слои 
земной коры. Поэтому знание физико-механических свойств почв 
и характера процессов, происходящих при взаимодействии с почвой колес и гусениц, имеет решающее значение для построения 
теории сухопутных тяговых и транспортных машин. Однако 
большое разнообразие почв и множество факторов, влияющих на 
их свойства, затрудняют разработку теоретически обоснованных 
зависимостей, которые могли бы характеризовать механические 
свойства почвы при различных ее состояниях и различных условиях нагружения. Наука о механике почв не располагает пока достаточными данными по этим вопросам, а имеющиеся носят в значительной степени эмпирический характер. Поэтому приходится 
ограничиваться лишь некоторыми сведениями, представляющими 
интерес с рассматриваемой точки зрения. 
Почвенные условия определяются комплексом физических и 
механических свойств. 
Из физических свойств основными являются: 
а) структура почвы и ее гранулометрический состав, под которым понимается процентное содержание в почве твердых частиц различной крупности; 
б) плотность, зависящая при данном состоянии почвы от ее 
минералогического состава и входящих в нее органических веществ; 
в) объемная масса скелета (твердых частиц), равная массе 
твердых частиц в единице объема почвы; она характеризует степень уплотнения почвы; 
г) водопроницаемость, т.е. способность почвы пропускать 
(фильтровать) через свои поры воду; 
 
5 

д) влажность и твердость. 
При воздействии на почву ходовых органов движущихся машин она подвергается сжатию (уплотнению) и сдвигу в разных 
направлениях; в результате этого в ней возникают поля нормальных и касательных напряжений, распространяющихся в глубину и 
в разные стороны от места приложения нагрузки. Величина 
напряжений и распределение их в деформируемых слоях почвы 
зависят как от действующих нагрузок и условий их приложения, 
так и в значительной степени от физических свойств и состояния 
почвы. От способности почвы выдерживать указанные нагрузки 
зависят глубина колеи, образуемой движущимися колесами и гусеницами, величина сопротивления качению и сила сцепления ведущих органов с почвой. Поэтому основными механическими 
свойствами почвы, влияющими на тягово-сцепные качества машины, являются сопротивления почвы сжатию и сдвигу. 
Многочисленными опытами, проведенными путем вдавливания в почву жестких штампов, установлено, что сопротивление 
почвы сжатию меняется с изменением глубины h ее осадки под 
штампом (рис. 1.1). На кривой можно выделить три характерных 
участка, отображающих особенности взаимодействия между 
внешними нагрузками qш и внутренними силами сопротивления 
почвы. На участке I кривая близка к наклонной прямой, на этом 
участке происходит главным образом уплотнение почвы. На 
участке II осадка почвы растет быстрее, чем внешняя нагрузка. 
Здесь почва не только уплотняется, но в ней возникают очаги 
местных сдвигов. По мере роста внешней нагрузки напряжения 
сдвига становятся в ряде мест больше внутреннего трения и сцепления между частицами почвы, в результате чего рост осадки постепенно становится все более интенсивным. На участке III начинается пластическое течение почвы: весь массив, вовлеченный в 
деформации, охвачен сдвигами, уплотнение почвы прекращается, 
и вся она из-под колес и гусениц выпирается в стороны. Участок 
III кривой осадки представлен на рисунке 1.1 вертикальной прямой. На этом участке условно принято, что осадка прогрессирует 
без повышения внешней нагрузки. 
Основными показателями механической прочности почвы, 
определяющими ее сопротивление сжатию, являются: 
k – коэффициент объемного сжатия почвы, Па/см3; 
р0 – предельная 
несущая 
способность 
почвы, 
Па/см2,  
устанавливающая величину удельного давления, при которой 
 
6 

осадка почвы начинает расти без дальнейшего увеличения действующей на нее вертикальной нагрузки. 
 
 
 
Рис. 1.1. Кривая осадки почвы под штампом 
 
О значениях этих показателей имеется обширный фактический материал в соответствующей специальной и справочной литературе. Сопротивление почвы сдвигу обусловлено двумя факторами: молекулярными силами сцепления частиц почвы и трением 
между частицами почвы. 
Сцепление проявляется главным образом у связных почв. У 
почв с раздельнозернистым строением – песчаных и супесчаных – 
силы сцепления незначительны. Природа сил сцепления может 
быть различной. Основную роль в обеспечении сцепления между 
частицами играют влажность и наличие в почве глинистых фракций, органических коллоидов и других естественных вяжущих 
веществ. 
Внутреннее трение между частицами почвы возникает вследствие зацепления частиц друг за друга при сдвиге. Оно может проявиться только при действии на почву нормальных давлений и 
находится в известной зависимости от их величины. Наиболее 
значительным внутренним трением обладают песчаные почвы, состоящие из шероховатых частиц с относительно большими неровностями. 
В общем случае сопротивление сдвигу определяется действием обоих указанных факторов и может характеризоваться кривой, 
приведенной на рисунке 1.2, где на оси абсцисс отложены нормальные напряжения почвы σ, а на оси ординат – касательные 
напряжения τ, вызывающие сдвиг почвы. 
 
7 

 
 
Рис. 1.2. Кривая сопротивления почвы сдвигу 
 
Кривая берет начало в точке а, в которой нормальное давление на почву равно нулю, а касательное напряжение, равное τ0, создается молекулярными силами сцепления. Дальнейший рост сопротивления сдвигу обусловлен трением между частицами почвы. 
У сухих песчаных почв τ0 = 0, поэтому их сопротивление сдвигу 
определяется ординатами кривой относительно оси абсцисс, проведенной через точку а. У почв, обладающих большой связностью, 
трение между частицами существенной роли не играет, и для них 
приведенная кривая может быть заменена прямой, проведенной 
через точку а параллельно оси абсцисс. Оба рассмотренных примера являются крайними, в большинстве же случаев приходится 
иметь дело с почвами, обладающими промежуточной структурой. 
Механические свойства почвы в зависимости от ее состояния 
могут меняться в широких пределах. Наибольшее влияние на механическую прочность почвы оказывают твердость и влажность. 
Твердость почвы определяется путем вдавливания в почву 
твердомеров того или иного типа и оценивается по кривой осадки 
плунжера прибора в зависимости от величины приложенной к 
нему нагрузки. 
Влажность WП, %, почвы оценивают по отношению массы воды, содержащейся в единице объема почвы, к массе этой единицы 
объема и выражают в процентах или долях единицы от массы  
скелета, т.е. 
 
8 

В
m
W
,                           (1.1) 
%
100
П
m
m



В
Т
В
.
где   
В
m  – масса выпарившейся воды, г; 
В
Т
m .  – масса твердой части после испарения воды, г. 
В зависимости от влажности почва, особенно глина, проявляет себя либо как твердое тело, либо как пластичное. Тяговосцепные свойства и проходимость трактора и автомобиля на 
влажной почве существенно ниже, чем на сухой. 
Сельскохозяйственные тракторы обычно работают на почвах 
влажностью 
П
W  = 4...22%. При влажности 4% чернозем представляет собой твердую, монолитную, механически прочную массу, 
которая при 
П
W  = 28% превращается в жидкую грязь. 
При взаимодействии колеса с влажной почвой происходят 
следующие процессы. Под действием сил сжатия вода перетекает 
из одних пор в другие и сжимает в них воздух, который выдавливается наружу. Все эти процессы в пределах пластической деформации почвы происходят во времени. Поэтому чем меньше длительность действия колеса, тем меньше будет деформация почвы и 
глубина колеи. Следовательно, чем больше скорость поступательного движения машины по влажной почве, тем выше должна быть 
ее проходимость и тяговые свойства. Однако такая закономерность проявляется не всегда. Одно из условий проявления этой закономерности состоит в том, чтобы время контакта движителя с 
почвой было меньше времени, необходимого для полной деформации почвы под воздействием этого движителя. В процессе опытов установлено, что деформация почвы при плавном приложении 
нагрузки меньше, чем при импульсивном. Поэтому вертикальные 
колебания остова трактора также увеличивают осадку почвы и колею. 
 
1.2. Работа ведомого колеса 
 
Возможны следующие случаи качения ведомых колес: 
а) качение   колес   с   жестким   ободом   по   недеформирующейся поверхности. Примером этого может служить качение  
металлических катков по беговым дорожкам гусениц; 
 
9 

б) качение колес с жестким ободом по деформирующейся поверхности. В некоторой степени к этому приближается качение 
шин высокого давления по мягкой почве; 
в) качение деформирующихся колес по твердой поверхности. 
Сюда относится движение колес на пневматических шинах по дорогам с твердым покрытием; 
г) движение деформирующихся колес по деформирующейся 
поверхности. Наиболее типичны такие условия для тракторов на 
пневматических шинах. 
Рассмотрим движение ведомого металлического колеса по 
деформирующейся почве. Для упрощения примем, что колесо 
вращается равномерно и что движение происходит на горизонтальном участке. Ведомое колесо (рис. 1.3) катится под действием 
силы FП, Н, приложенной к колесу со стороны остова машины и 
толкающей колесо по направлению движения, указанному стрелкой V. Помимо силы FП, на колесо действует еще вертикальная 
сила GП, Н, складывающаяся из вертикальной нагрузки, передаваемой на ось колеса со стороны остова машины, и веса самого колеса. Моментом трения в подшипниках колеса и сопротивлением 
воздуха ввиду их незначительности пренебрегаем. 
 
 
 
Рис. 1.3. Схема сил, действующих на ведомое колесо с жестким ободом 
при установившемся движении по горизонтальной 
деформируемой поверхности 
 
10