Построение тяговой характеристики гусеничной машины с механической трансмиссии

УДК 625.76.08
ББК 39.311-06-51

П 63

Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей от 
информации, причиняющей вред их здоровью и 
развитию» данная продукция маркировке не подлежит.

Рецензент  д-р техн. наук, проф. Н.С. Галдин (СибАДИ) 

Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве 
методических указаний. 

Рассмотрен 
порядок, 
методика 
расчета 
и 
построения 
тяговой 
характеристики гусеничной машины без отбора мощности на привод 
вспомогательных механизмов, приведены некоторые справочные данные для 
самостоятельного построения тяговой характеристики.  
Имеет интерактивное оглавление в виде закладок. 
Рекомендуются  для  обучающихся всех форм обучения, изучающих 
теоретические курсы: «Тяговая механика строительных и дорожных машин», 
«Конструкция 
и 
эксплуатация 
специальной 
автотракторной 
техники» 
(специальности: 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства», 
23.03.02 
«Наземные 
транспортно-технологические 
комплексы», 
23.03.03 
«Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»), а также 
при выполнения курсовых и контрольных работ по этим курсам. Может также 
использоваться обучающимися в магистратуре и аспирантуре. При выполнении 
курсовых и контрольных работ использовать ГОСТ Р 2.105–2019. 

Текстовое (символьное) издание (2,1 Мб)
Системные требования: Intel, 3,4 GHz; 150 Мб; Windows XP/Vista 7; 
1Гб свободного места на жестком диске; программа для чтения  
pdf-файлов: Adobe Acrobat Reader; Foxit Reader 

Редактор Н.И. Косенкова 
Техническая подготовка Л.Р. Усачева 

Издание первое. Дата подписания к использованию 23.06.2022

Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 
РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1 

© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2022 

Построение 
тяговой 
характеристики 
гусеничной 
машины 
с 
механической 
трансмиссией : методические указания / СибАДИ, Кафедра «Техника для строительства 
и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктур»; сост. В.И. Лиошенко. – 
(Серия внутривузовских методических указаний СибАДИ). – Электронный дан.  – 
Омск : СибАДИ, 2022. – Режим доступа : http://bek.sibadi.org/MegaPro, для авторизованных 
пользователей. – Загл. с экрана.

   П 63 

~ 3 ~ 

ВВЕДЕНИЕ 

Машина, в широком смысле, это устройство, предназначенное для преобразования 
энергии, материалов и информации. В зависимости от основного назначения 
машины классифицируют на энергетические, информационные и рабочие. 
Строительные и дорожные машины (СДМ) относятся в основном к рабочим 
машинам, которые предназначены для выполнения различных работ в 
условиях строительства. 
Работа СДМ в условиях строительства имеет свою специфику. С одной 
стороны, тяжелые условия эксплуатации, с другой стороны, режим работы 
большинства СДМ характеризуется резкими колебаниями рабочих нагрузок, 
реализацией максимальной мощности двигателя на различных передачах, частыми 
изменениями направления и скорости движения, особенно это касается 
землеройно-транспортных машин. Следовательно, они должны иметь высокие 
тяговые и скоростные качества, хорошую проходимость и устойчивость, возможность 
их агрегатирования с различным навесным и прицепным оборудованием.  
Для оценки тяговых, скоростных, динамических, потребительских 
свойств, топливно-экономических показателей машин удобно пользоваться их 
тяговыми характеристиками. 
 Тяговая характеристика представляет собой графическое выражение реальных 
выходных тяговых параметров машины, определяемых результатами 
совместной работы движителя, трансмиссии и двигателя. Характеристика 
предназначена для определения указанных выше качеств машины при работе 
на конкретной передаче и строят ее применительно к установившемуся режиму 
работы машины и при движении по горизонтальному участку. Для полного 
представления о тяговых и экономических качествах машины необходимо построить 
ряд тяговых характеристик для разных работ, передач и разных грунтовых 
условий.  Следовательно, необходимо достаточно полно представлять конструкцию 
машины, параметры двигателя, трансмиссии и движителя, поскольку 
тяговая характеристика строится для конкретного вида работы  и конкретных 
грунтовых условий [2]. 
Современная СДМ имеет целую гамму различных навесных и прицепных 
орудий, вспомогательного оборудования, на привод которых расходуется мощность 
двигателя, на привод движителя остается только часть мощности. При 
расходе мощности двигателя на привод вспомогательных механизмов (рабочих 
органов, гидропривода, вентиляции, отопления, освещения и т.д.) это следует 
учитывать при построении тяговой характеристики. 
В данном учебном издании рассматривается построение тяговой характеристики 
гусеничного тягача (трактора) с механической трансмиссией при отсутствии 
у него навесных рабочих органов и расходом мощности двигателя 
только на привод движителя (самый простой случай). 

~ 4 ~ 

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ТЯГОВОЙ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ 

Рис. 1. Трактор Т-150 

Марка трактора –  
Марка двигателя – 
Мощность двигателя – 
Ширина гусеницы – 
Длина опорной ветви гусеницы – 
Количество нагруженных грунтозацепов –   
Высота грунтозацепа – 
Диаметр начальной окружности ведущей звездочки – 
Передаточное число трансмиссии на заданной передаче – 
КПД, механический, трансмиссии на заданной передаче – 
Вид грунта, его состояние и влажность –  
Масса эксплуатационная машины – 
Регуляторная характеристика двигателя. 
Тяговая характеристика при выполнении курсовой (контрольной) работы 
строится на листе миллиметровки формата А3, А2. 
Расчетные условия при построении тяговой характеристики тягача: машина 
движется прямолинейно по горизонтальной поверхности; навесное рабочее 
оборудование отсутствует; вся мощность двигателя и его крутящий момент 
расходуются на привод движителя. Грунт – плотный свежесрезанный суглинок 
с влажностью, близкой к оптимальной. 

~ 5 ~ 

2. РЕГУЛЯТОРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ

Стандартные регуляторные характеристики двигателей приводятся в каталогах 
и строятся в функции мощности двигателя. При построении регулятор-
ной характеристики стандартную характеристику двигателя следует перестроить 
в функции крутящего момента    двигателя. 

Рис. 2. Регуляторная стандартная характеристика 
 двигателя   
Параметры регуляторной характеристики   ,   ,   ,    заносят в табл. 1. 
Измерения параметров следует выполнять используя методы интерполяции. 
При этом все точки перелома кривых (рис. 2) должны быть занесены в 
табл. 1. На регуляторной ветви характеристики следует взять 3–4 точки, данные 
занести в табл. 1.   
Построение тяговой характеристики тягача начинают либо с построения 
кривой буксования, либо с построения регуляторной характеристики двигателя. 
Для построения регуляторной характеристики двигателя снимают предварительно 
параметры со стандартной регуляторной характеристики   ,   ,   ,    
(рис. 2), полученные данные заносят в табл.1, а затем во втором квадранте размещают 
регуляторную характеристику двигателя в функции крутящего момента 
двигателя     (рис. 3). Начало координат точка О. 

~ 6 ~ 

Таблица 1 

Параметры регуляторной характеристики двигателя (пример) 

  , кВт
  , Н·м
  , об/мин
  , кг/ч

0
0
1837
3,90

20
–
–
–

40
225
1794
–

70
393
1754
18,50

80
450
–
20,60

90
500
1720
22,80

96
550
1700
24,00

90
587
1463
23,30

80
648
1250
21,25

76,7
653
–
–

70
627
1100
19,60

Регуляторная характеристика двигателя строится во втором квадранте и 
после построения имеет вид, показанный на рис. 3. 

Рис. 3. Начальные зависимости тяговой характеристики 

~ 7 ~ 

3. ПОСТРОЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ТЯГОВОЙ
ХАРАКТЕРИСТИКИ 

3.1. Построение кривой коэффициента буксования движителя 

В первом квадранте строят кривую коэффициента буксования δ в функции 
силы тяги тягача    . 
Коэффициент буксования δ гусеничной машины определяется по формуле [1]. 

%
100
)
1(
2







n
L
F
p
P

Д

KP

, 
 (1) 

где    – сила тяги на крюке, Н;

  – боковая площадь грунтозацепа, м2;
  – длина опорной ветви гусеницы, м;
  – число нагруженных грунтозацепов;
  – допускаемая объемная сила смятия грунта гусеничным движителем, Н/м3.
       ;     ;    ;    ;       . Указываются принятые численные значения 
параметров для расчета с размерностями. 
Численные значения     принимают исходя из типа грунта и удельной вертикальной 
деформации грунта, создаваемой движителем машины на опорную 
поверхность (прил. 1). 
Число нагруженных грунтозацепов   определяют для заданного тягача по 
общему виду машины (машину ставят на горизонтальную поверхность и считают 
нагруженные грунтозацепы). Нагруженным грунтозацепом считают грунтозацеп, 
внедренный в грунт. 
Боковая площадь грунтозацепа F определяется по формуле 

l
h
F


,  
  (2) 

где   – высота грунтозацепа, м; 
  – ширина грунтозацепа, м.
      ;     . 

При расчетах силу тяги на крюке     задают сами, при этом часто определяют 
силу тяги тягача максимальную, по сцеплению  max, которую используют 
как ориентир при выборе    . Следует помнить, что при буксовании гусеничных 
машин более 25–30% начинается срыв грунтозацепами грунтовых кирпичей 
и скорость машины падает.  

            ,         
  (3) 

где Tmax – сила тяги, максимальная, Н; 
 Pf  – сила сопротивления движению (качению) машины, Н.           

~ 8 ~ 

Силу тяги тягача максимальную по сцеплению вычисляют по формуле 

               , 
 (4) 

где     – сцепной вес машины, Н;
      
– коэффициент сцепления движителя с грунтом.
     
;       
     . 

Силу сопротивления качению машины можно определить по формуле 
[5,3]. 

       ,         
 (5) 

где   –сила тяжести машины, Н; 
 –коэффициент сопротивления движению машины.

   ;      . 

После нахождения всех параметров определяют по формуле (1) коэффициент 
буксования, для 3–5 значений силы    , начиная с        . Численные 
значения     принимают ориентируясь на     . По полученным данным строят 
график (рис. 3). При     –     расчеты заканчивают.

3.2. Построение зависимости окружной силы движителя РК 
в функции  e двигателя 

Для построения зависимости       откладывают значение     влево от 
точки   в масштабе силы     (точка   ). Из точки   , вправо, располагают шкалу 
окружной силы движителя    в масштабе силы тяги на крюке     (рис. 3). 

Задаваясь значениями  е  в первом квадранте, строят зависимость окружной 
силы движителя    в функции крутящего момента двигателя  е . 

   
        
  
 , 
 (6) 

где  – крутящий момент двигателя (значения принимают сами), Н∙м;

  – передаточное число трансмиссии на заданной передаче;
  – механический КПД трансмиссии на заданной передаче;
  – радиус начальной окружности ведущей звездочки, м.
    ;     ;     ;       . 

Передаточное число и механический КПД трансмиссии для рассматриваемой 
передачи определяют расчетом по кинематической схеме машины либо находят 
в литературе. 

~ 9 ~ 

Радиус начальной окружности ведущей звездочки машины ищут в литературе 
на машину, ориентировочные значения даны в прил. 2. 
Численные значения    принимают по регуляторной характеристике двигателя. 

Для построения зависимости     достаточно двух, трех точек, так как зависимость 
прямолинейна. Начальная точка   , конечной точкой может быть точка 
с1, при      
(рис. 3). Затем из точки с1 опускают вертикаль на шкалу     , 
точка с2 на шкале     дает силу тяги на крюке при максимальном крутящем 
моменте двигателя         . Следует помнить, что численное значение    зависит 
от передаточного числа трансмиссии. С изменением значения iМ кривая 
   также будет изменять свое положение на графике. 

3.3. Построение основной зависимости тяговой характеристики – кривой 
действительной скорости движения машины Vд 

В первом квадранте строят основную зависимость тяговой характеристики – 
кривую действительной скорости движения машины Vд в  функции силы тяги на 
крюке     [4,5 ]. 

         
     
      
 

     ,    
 (7) 

где    – действительная скорость машины, км/ч;

 е – число оборотов двигателя, об/мин;
  – радиус начальной окружности ведущей звездочки, м;
  – передаточное число трансмиссии на заданной передаче;
 – коэффициент буксования.
    ;     
 ;     ;    
  . 

Для определения численных значений    задаются силой тяги на крюке 
(начинают с      ) , после чего определяют другие параметры формулы (7). 
Задавшись значением      , проводят вертикаль до   . Из точки а1 пересечения 
с   проводят горизонталь во второй квадрант до пересечения с кривыми 
регуляторной характеристики а2,а3,а4 (рис. 4). 

Точка а4 дает численное значение  е – число оборотов двигателя при        . 
Точка а3 дает численное значение  е – часовой расход топлива при        . 
Точка а2 дает численное значение  е – мощность двигателя при        . 
Коэффициент буксования при         равен нулю (точка  ). 
По формуле (7) определяют    при    , равным нулю. Результаты расчета 
заносят в табл. 2. 
Затем принимают другое значение    , проводят вертикаль в5в1. Из точки 
в1 пересечения вертикали с    проводят горизонталь во второй квадрант, до пересечения 
с кривыми регуляторной характеристики, точки в2, в3, в4, которые 

~ 10 ~ 

дают численные значения параметров при другом, принятом значении    . По 
формуле (7) определяют    , результаты – в табл. 2. После нахождения 4–5 значений    
строят кривую (рис. 4). При этом найденные значения    откладывают 
на вертикалях соответствующих сил     в выбранном масштабе. Шкалу численных 
значений    и все последующие шкалы располагают с правой стороны характеристики. 
Одновременно в табл. 2 можно заносить другие параметры регу-
ляторной характеристики      ,   ,   , которые в дальнейшем будут использованы. 
Параметры при         и           должны быть использованы при расчетах 
обязательно и внесены в табл. 2. 
Таблица 2 
Результаты расчетов    (пример) 

   , H
δ, %
 е, об/мин
  , км/ч
 е, кг/ч
 е, кВт
  , кг/ч

0
0,000
2275
11,078
7,00
Снима-
–

10000
3,604
2250
10,562
13,50
ют
–

12000
4,610
2245
10,428
14,75
вместе
–

15000
7,650
2240
10,073
16,75
с
–

18000
16,830
2220
8,991
18,50
 е и  е
–

20000
30,021
2215
7,548
–
–
–

–
–
–
–
–
–
–

–
–
–
–
–
–
–

Рис. 4.  Построение зависимостей    и   

~ 11 ~ 

3.4. Построение основной зависимости тяговой  
характеристики – кривой часового расхода топлива  Т

В первом квадранте строят основную зависимость тяговой характеристики – 
кривую часового расхода топлива    в функции    . Для построения кривой    
задаются значением силы тяги на крюке    , проводят вертикаль до   , 
точки а1, в1, из этих точек – горизонтали до кривой  е  точки а3, в2. После нахождения 
4–5 точек строят кривую   .  Результаты расчетов заносят в табл. 3. 
Шкалу численных значений    располагают в первом квадранте (рис. 4). Если 
ния    уже имеются в табл. 2, сняты ранее, то их также используют для 
построе-ния кривой часового расхода топлива.