Многоцелевые гусеничные и колесные машины. Теория

МНОГОЦЕЛЕВЫЕ 
ГУСЕНИЧНЫЕ 
И КОЛЕСНЫЕ МАШИНЫ
ТЕОРИЯ
Допущено 
Министерством образования Республики Беларусь
в качестве учебного пособия для студентов
учреждений высшего образования по специальностям 
«Тракторостроение», «Многоцелевые гусеничные 
и колесные машины»
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Под общей редакцией доктора технических наук, профессора 
В.П. Бойкова
Москва
ИНФРА-М
2025

УДК 629.365/.367(075.8)
ББК 39.34-01я73
 
М73
 
М73
  
Многоцелевые гусеничные и колесные машины. Теория : учебное 
пособие / под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. В.П. Бойкова. — Москва : 
ИНФРА-М, 2025. — 543 с. — (Высшее образование). 
ISBN 978-5-16-005514-5 (print)
ISBN 978-5-16-104808-5 (online)
В учебном пособии изложены основные вопросы теории многоцелевых 
гусеничных и колесных машин. Рассмотрены физико-механические и геометрические свойства поверхности движения, взаимодействие движителей 
с грунтом, динамика мобильных машин, теории устойчивости и управляемости, плавности хода и проходимости. Даны алгоритмы динамического 
и тягового расчетов с применением вычислительной техники. Изложены 
вопросы оптимизации мобильных машин на основе системного подхода.
Для студентов вузов автотракторных специальностей, а также инженерно-технических работников машиностроительных предприятий, вы пускаю щих колесные и гусеничные машины.
УДК 629.365/.367(075.8)
ББК 39.34-01я73
Р е ц е н з е н т ы:
кафедра «Тракторы и автомобили» Белорусского государственного аграрного технического университета;
Амельченко П.А., доктор технических наук, профессор, заместитель 
начальника отдела тракторов, главный научный сотрудник Объединенного института машиностроения Национальной академии наук 
Беларуси
А в т о р ы:
Бойков В.П., Гуськов В.В., Коробкин В.А., Равино В.В., Усс И.Н. 
ISBN 978-5-16-005514-5 (print)
ISBN 978-5-16-104808-5 (online)
© ООО «Новое знание», 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
9
ГЛАВА 1.
КЛАССИФИКАЦИЯ ТРАКТОРОВ И МНОГОЦЕЛЕВЫХ 
ГУСЕНИЧНЫХ И КОЛЕСНЫХ МАШИН 
И ИХ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА
 1.1. Тракторы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
 1.2. Многоцелевые гусеничные и колесные машины . . . . .13
1.2.1. Гусеничные машины  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
1.2.2. Колесные машины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 
 1.3. Потребительские свойства машин . . . . . . . . . . . . . . . .18
1.3.1. Классификация потребительских свойств . . . .18
1.3.2. Противоречивость требований к потребительским свойствам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
ГЛАВА 2.
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 
ПОВЕРХНОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ
 2.1. Классификация поверхностей движения и их физические свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
 2.2. Механические характеристики грунтов  . . . . . . . . . . .29
2.2.1. Сопротивление грунтов сжатию  . . . . . . . . . . . .30
2.2.2. Сопротивление грунтов сдвигу  . . . . . . . . . . . . .35
2.2.3. Структура почв . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
2.2.4. Уплотнение почв  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.2.5. Оценка уплотняемости почв . . . . . . . . . . . . . . . . 51
 2.3. Геометрические свойства поверхности грунтов . . . . . .55

ГЛАВА 3. 
ОБЩАЯ ДИНАМИКА КОЛЕСНЫХ МАШИН
 3.1. Колесный движитель. Основные понятия
и определения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65
 3.2. Кинематика качения колеса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66
 3.3. Скольжение и буксование колеса . . . . . . . . . . . . . . . . .70
 3.4. Физико-механические свойства пневматической
шины  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73
 3.5. Качение ведомого колеса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78
 3.6. Сопротивление движению ведомого эластичного 
колеса за счет мятия грунта и образования колеи . . . . . .82
 3.7. Работа ведущего колеса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87
 3.8. Сцепление ведущего эластичного колеса. 
Касательная сила тяги  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93
 3.9. Качение эластичного ведомого колеса 
по недеформируемой поверхности . . . . . . . . . . . . . . 100
 3.10. Качение эластичного колеса с уводом  . . . . . . . . . . . .103
 3.11. Моменты инерции, упругие и диссипативные 
свойства ведущих колес  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108
3.11.1. Моменты инерции масс шин  . . . . . . . . . . . . .108
3.11.2. Упругие и диссипативные свойства шин
ведущих колес  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110
 3.12. Оптимизация параметров шин ведущих колес . . . . .119
 3.13. Тяговый баланс колесной машины . . . . . . . . . . . . . . .123
ГЛАВА 4. 
ОБЩАЯ ДИНАМИКА ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
 4.1. Гусеничный движитель. Основные понятия
и определения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133
 4.2. Кинематика гусеничного движителя . . . . . . . . . . . . .137
4.2.1. Траектория движения точки обвода . . . . . . . .138
4.2.2.  Абсолютное ускорение точки  . . . . . . . . . . . . .140 
4.2.3. Особенности кинематики звенчатой
гусеницы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141
 4.3. Динамика гусеничного движителя  . . . . . . . . . . . . . .146
 4.4. Распределение давления по длине опорной 
поверхности движителя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Оглавление

4.5. Сопротивление движению гусеничного
движителя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163
4.5.1. Внутренние сопротивления движителя  . . . . .163
4.5.2. Внешние сопротивления  . . . . . . . . . . . . . . . . .171
 4.6. Сцепление гусеничного движителя с грунтом . . . . . 179
 4.7. Тяговый баланс гусеничной машины . . . . . . . . . . . . .184
ГЛАВА 5.
ТЯГОВО-ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
 5.1. Основные понятия и определения  . . . . . . . . . . . . . . .190
 5.2. Характеристика дизельного двигателя. 
Определение ведущих моментов . . . . . . . . . . . . . . . . .191
 5.3. Баланс мощности тяговой машины
и тяговый КПД . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .198
 5.4. Сопротивление машин и орудий, агрегатируемых 
с многоцелевыми колесными и гусеничными 
машинами  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .211
 5.5. Определение системообразующих параметров 
проектируемой тяговой машины . . . . . . . . . . . . . . . .223
5.5.1. Определение номинального крюкового
усилия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .223 
5.5.2. Выбор расчетных скоростей движения . . . . . .228
 5.6. Определение эксплуатационной и конструктивной
масс многоцелевой тяговой машины . . . . . . . . . . . . .235
5.6.1. Определение эксплуатационной массы . . . . . .236
5.6.2. Определение конструктивной массы . . . . . . . .245
 5.7. Выбор рационального положения центра тяжести 
тяговой машины  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .248
 5.8. Определение массы многоцелевых колесных 
машин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .255
 5.9. Распределение нагрузки от полной массы 
многоцелевой колесной машины по мостам  . . . . . . .257
 5.10. Определение эффективной мощности двигателя 
многоцелевых тяговых машин . . . . . . . . . . . . . . . . . .261
 5.11. Определение эффективной мощности двигателя 
многоцелевой колесной машины . . . . . . . . . . . . . . . .263
Оглавление

5.12. Определение передаточных чисел ступенчатой 
трансмиссии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .264
 5.13. Разгонные качества многоцелевых колесных 
и гусеничных машин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .274
5.13.1. Трогание с места и разгон без переключения 
передач  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .274
5.13.2. Поэтапный разгон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .287
ГЛАВА 6.
ТЯГОВО-ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 
ТЯГОВЫХ И ГРУЗОНЕСУЩИХ МНОГОЦЕЛЕВЫХ 
КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
 6.1. Тяговые характеристики тяговых машин . . . . . . . . .298
 6.2. Теоретическая тяговая характеристика машин 
со ступенчатой механической трансмиссией . . . . . . .300
 6.3. Теоретическая потенциальная характеристика
трактора со ступенчатой трансмиссией . . . . . . . . . . .308
 6.4. Теоретическая тяговая характеристика трактора
с гидродинамической трансмиссией  . . . . . . . . . . . . .313
 6.5. Теоретическая тяговая характеристика трактора 
с гидрообъемной трансмиссией  . . . . . . . . . . . . . . . . .319
 6.6. Теоретическая тяговая характеристика трактора 
с электрической трансмиссией . . . . . . . . . . . . . . . . . .325
 6.7. Динамическая характеристика многоцелевых
колесных машин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .328
6.7.1. Уравнение движения колесной машины  . . . .328
6.7.2. Методы решения уравнений силового 
и мощностного балансов. . . . . . . . . . . . . . . . . .334
ГЛАВА 7. 
ПОВОРОТ КОЛЕСНОГО ТРАКТОРА 
И МНОГОЦЕЛЕВОЙ КОЛЕСНОЙ МАШИНЫ
 7.1. Основные понятия и определения  . . . . . . . . . . . . . . .339
 7.2. Способы поворота колесных машин . . . . . . . . . . . . . .343
 7.3. Кинематика поворота колесного трактора . . . . . . . . .349
 7.4. Распределение тягового усилия между ведущими
мостами и колесами трактора . . . . . . . . . . . . . . . . . . .358
Оглавление

7.5. Статическая поворачиваемость колесного 
трактора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .367
 7.6. Динамическая поворачиваемость колесного 
трактора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .371
 7.7. Уравнения движения многозвенных 
многоцелевых колесных машин . . . . . . . . . . . . . . . . .378
ГЛАВА 8. 
ПОВОРОТ ГУСЕНИЧНОГО ТРАКТОРА И МНОГОЦЕЛЕВОЙ 
ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ
 8.1. Основные понятия и определения  . . . . . . . . . . . . . . .384
 8.2. Классификация механизмов поворота . . . . . . . . . . . .385
 8.3. Кинематика поворота гусеничной машины . . . . . . . .394
 8.4. Взаимодействие гусеничного движителя с грунтом
при повороте машины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .401
 8.5. Установившийся поворот гусеничной машины . . . . .412
 8.6. Кинематика и динамика механизмов
поворота с одинарным потоком мощности . . . . . . . . .421
 8.7. Теоретическая характеристика управляемости
гусеничной машины при установившемся 
повороте . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .427
 8.8. Динамическая поворачиваемость гусеничной 
машины  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .430
ГЛАВА 9. 
УСТОЙЧИВОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ТРАКТОРОВ И МНОГОЦЕЛЕВЫХ 
КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
 9.1. Основные понятия и определения. 
Критерии устойчивости  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .440
 9.2. Устойчивость движения машинно-тракторного
агрегата  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .444
 9.3. Устойчивость трактора против заноса . . . . . . . . . . . .453
 9.4. Устойчивость движения управляемых колес  . . . . . .459
 9.5. Устойчивость машины к опрокидыванию . . . . . . . . .465
 9.6. Динамика торможения поездов  . . . . . . . . . . . . . . . . .473
Оглавление

ГЛАВА 10.
 ПЛАВНОСТЬ ХОДА ТРАКТОРОВ
 И МНОГОЦЕЛЕВЫХ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН
 10.1. Основные понятия и определения  . . . . . . . . . . . . . . .484
 10.2. Подвески и их характеристики  . . . . . . . . . . . . . . . . .488
 10.3. Расчетные схемы систем подрессоривания . . . . . . . .492
 10.4. Собственные колебания машины . . . . . . . . . . . . . . . .496
 10.5. Вынужденные колебания машины. . . . . . . . . . . . . . .506
 10.6. Амплитудно-частотные   характеристики 
колебаний линейной динамической системы  . . . . . .516
 10.7. Воздействие колебаний на водителя. . . . . . . . . . . . . .522
Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  532
Список использованных источников  . . . . . . . . . . . . . . . . .  540
Оглавление

Предисловие
Основой данного учебного издания послужили лекции авторов «Теория трактора» и «Теория систем “местность — машина”», читаемые студентам Белорусского национального 
технического университета (БНТУ), обучающимся по специальностям «Тракторостроение» и «Многоцелевые колесные и 
гусеничные машины».
Многоцелевые гусеничные и колесные машины, в том числе тракторы (в дальнейшем будем называть их «мобильные  
машины»), предназначены для использования в различных 
климатических условиях при движении преимущественно по 
естественной поверхности грунтов. Поэтому одним из важных 
аспектов рассматриваемой теории является изучение процесса взаимодействия  движителя машины с опорной поверхностью, чаще всего с грунтом, имеющим  различные фоны: дерновым, залежью, пахотой и т.д.
Мобильные машины объединяет ряд свойств: вездеходность, т.е. способность передвигаться по естественной поверхности грунтов, возможность эксплуатации в агрегате (трактор + агрегатируемая сельхозмашина, тягач + прицеп, тягач + 
навесное оборудование и т.д.); проходимость (т.е. способность 
двигаться по слабым грунтам, таким как торфяно-болотные и 
т.п.); продольная и поперечная устойчивость (движение вдоль 
и поперек склона); маневренность (т.е. движение в ограниченных размерах траектории) и ряд других.
Вместе с тем по назначению они имеют ряд специфических свойств, которые отличают их друг от друга и позволяют 
создать отдельные классификации. Физико-механические и 
геометрические свойства поверхности движения оказывают 
существенное влияние на тягово-сцепные и скоростные качества мобильной машины, ее устойчивость и управляемость, 
торможение и разгон, маневренность, плавность хода и про

ходимость, экономичность, экологичность и т.д. Поэтому в 
рассматриваемой теории изучаются такие физические свойства грунтов, как структура и механический состав, влажность, плотность и др., а также их сопротивление сжатию и 
сдвигу. Сопротивление грунтов сжатию и сдвигу подчиняется 
законам, отличающимся от законов строительной механики. 
При этом учитывается динамическое приложение нагрузки и 
то, что грунт ведет себя как неоднородное тело, имеющее упругие остаточные и пластические деформации в зависимости 
от его состояния.
Особое внимание уделяется кинематике и динамике движителя мобильной машины при движении по естественной 
поверхности грунтов. У них, в отличие от автомобилей, движущихся по искусственной поверхности (асфальт, бетон и 
др.), в процессе взаимодействия с грунтом возникают процессы буксования и скольжения, которые в значительной степени определяют тягово-сцепные и скоростные свойства машин.
В издании значительное внимание уделено тягово-динамическому расчету машины при разработке технического задания, при котором определяются основные системообразующие 
параметры (концепция машины), такие как конструктивная 
и сцепная масса, мощность устанавливаемого двигателя, тип 
движителя, диапазон  скоростей  движения, коэффициенты 
полезного действия машины в целом и отдельных ее узлов и 
т.д. Тягово-динамический расчет позволяет разработать теоретические тяговые, потенциальные и динамические характеристики машины, которые дают возможность оценить ее 
тягово-сцепные, скоростные и экономические показатели при 
установившихся режимах работы. В задачи рассматриваемой 
теории входит изучение принципа построения машины и оптимизации ее параметров.
В учебном пособии на основе системного подхода и принципов аналитической механики подробно рассмотрены разгон 
и торможение, устойчивость и управляемость, маневренность 
и плавность хода, проходимость машины.
Авторы стремились не только познакомить читателей с основами теории мобильных машин, но и вооружить их совреПредисловие