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 : учебник / 
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 «Механизация 
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 раз-
работке, 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 ремон-
тировать. 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 на-
ука 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 полу-
чить полноценное развитие теория технологической эксплуатации 
трактора, содержащая методы определения параметров и показате-
лей 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 техно-
логическому назначению по главным параметрам (технической кон-
цепции и компоновочной схеме, энергонасыщенности, типу и пара-
метрам движителя, характеристике скоростного ряда трансмиссии 
и др.).
В настоящее время потребность в методах оценки технологиче-
ских 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 дорого-
стоящие конструктивные новинки, не придающие трактору соответ-
ствующих технологических свойств. Без объективных методов оценки 
технологических свойств бывает трудно оценить технологическую 
значимость технических ухищрений производителей тракторов.
Настоящий учебник сохранил в основном структуру первого из-
дания учебника, но доработан и существенно дополнен. Основные 
дополнения и изменения можно свести к следующим. Более развито 
изложение теории качения колеса и сокращен некоторый объем ма-
териала по гусеничным движителям. Наряду с тяговым расчетом, 
введен тягово-динамический расчет трактора, учитывающий дина-
мический характер тяговой нагрузки трактора, методика тягового 
расчета трактора тягово-энергетической концепции; приведена раз-
работанная автором методика аппроксимации корректорного участка 
регуляторной характеристики дизеля, дано понятие эталонной энер-
гонасыщенности трактора как тяговой машины. По теории автомо-
биля дополнены разделы устойчивости, управляемости, маневрен-
ности.
В сравнении с первым изданием существенно переработан раздел 
теории технологических свойств мобильных энергетических средств 
на основе результатов исследований автора. Изложены методы и при-
ведены примеры определения обобщенных показателей технологи-
ческих свойств (универсальность, потенциальная производитель-
ность, показатель агротехнических свойств и стоимости технологи-
ческого 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 воз-
делывания сельскохозяйственных культур. Такая задача и методиче-
ские 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 кол-
лег-педагогов, ученых и специалистов в области механизации сель-
ского хозяйства, читателей, направленные на повышение научно-
методического уровня учебника.
Учебник может быть использован для подготовки как бакалавров, 
так и магистров.
Автор выражает глубокую благодарность профессорам В.Н. Си-
дорову, А.П. Парфенову, В.М. Шарипову за ценные замечания, сде-
ланные по рукописи учебника, а также В.А. Воронину и С.С. Шерс-
тюку, оказавшим большую помощь при подготовке рукописи к пе-
чати.

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 сни-
жения колебаний и другими упругими элементами конструкции 
трактора и автомобиля
Nн — недоиспользованная мощность, возникающая вследствие 
колебаний нагрузки на двигатель
Nп — мощность сопротивления передвижению трактора при под-
воротах на гоне
Nс — мощность преодоления внешних сопротивлений при пово-
роте гусеничного трактора
Nуд — удельная мощность автомобиля
Мк — крутящий момент двигателя
Мmax — максимальный крутящий момент двигателя по регулятор-
ной 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 сопро-
тивления 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 агре-
гата, приведенный к валу двигателя
Mр — реактивный момент
МR — момент от реакции почвы на отстающих колесах, возника-
ющий 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 ма-
шины
kг — коэффициент объемного сжатия почвы
L — продольная база машины
Lоп — длина опорной ветви гусеничного обвода
Lм — расстояние между осями ведущего колеса трактора и опор-
ного колеса навешенной машины
Вк — ширина колеи машины
Dк — диаметр колеса
D — динамический фактор автомобиля
ао — расстояние от центра тяжести гусеничного трактора до сере-
дины 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 навешен-
ной 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