Несущая система и компоновка трактора

 

содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

     Тра́ктор (новолат. tractor, «тягач») — безрельсовое транспортное средство, используемое в качестве тягача. Отличается низкойскоростью и большой силой тяги. Широко применяется в сельском хозяйстве для пахоты и перемещения несамоходных машин и орудий. Трактор может оборудоваться навесным и полунавесным оборудованием сельскохозяйственного, строительного или промышленного назначения (например, буровым оборудованием). 
      Трактор состоит из следующих механизмов и систем:

• Несущая система (Остов);

• Двигатель и его системы (Система подачи топлива, Система смазки, Система охлаждения);

• Шасси, к которому относятся:

Трансмиссия;

Ходовая часть (колёса и подвеска);

Рулевое управление;

• Системы агрегатирования;

• Пост управления и др. системы управления;

• Внешнее и внутреннее оборудование.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Несущая система и компоновка трактора

 

         Несущая система (остов) трактора служит для размещения механизмов и систем и воспринимает вес и силы реакции этих элементов. Известны три наиболее распространенных типа несущих систем тракторов: рамный, полурамный и безрамный. 
          Компоновка трактора определяет тип применяемого остова и выбирается исходя из назначения трактора, тягового класса, и типа применяемого движителя. Современные тракторы как правило строятся по классическим компоновочным схемам.

1.1.Компоновка колёсного трактора

          Универсальные колёсные тракторы строятся по двум классическим схемам: с увеличенными задними колёсами и с колёсами одинакового диаметра.

 

1.1.1.Тракторы с увеличенными задними колёсами

          Тракторы с увеличенными задними колёсами, например МТЗ-80 имеют полурамный остов. При этом частью остова, воспринимающего силы, возникающие от действия веса, тягового усилия и сил инерции трактора воспринимают картеры узлов трансмиссии и двухбалочная полурама в передней части трактора. К полураме крепится передний мост, передняя опора двигателя и его систем, переднее навесное оборудование. Такие тракторы имеют переднее расположение двигателя и заднее расположение поста управления. Полурамный остов упрощает конструкцию трактора, но затрудняет процесс его разборки и сборки при ремонте. Кроме того, большие переменные нагрузки на картеры узлов трансмиссии снижают ее долговечность и не позволяют применять зубчатые зацепления высокой точности. Управление поворотом осуществляется передними колёсами.

1.1.2.Тракторы с колёсами равного диаметра

          Тракторы с колёсами одинакового диаметра, например, К-700 как правило имеют рамный остов, состоящий из двух полурам, соединенных шарнирами. На каждой из полурам установлено по ведущему мосту.                                                    
         Управление поворотом осуществляется за счет поворота полурам. Такая компоновка позволяет применять колёса увеличенного диаметра и ширины, но ухудшает устойчивость трактора, так как при повороте центр тяжести смещается в сторону от продольной оси. Расположение узлов трактора на полурамах может быть различным. Например, у трактора К-700 двигатель, коробка передач и кабина расположены на передней полураме, а на задней полураме имеется только механизм навески. У трактора-тягача МАЗ-531 двигатель и редуктор отбора мощности расположены на задней полураме, а кабина и коробка передач на передней.

1.1.3.Колёсные самоходные шасси

            Компоновка тракторного колёсного универсального самоходного шасси строится исходя из необходимости размещения на раме трактора тяжелых или крупногабаритных машин, орудий или самосвального кузова. Поэтому колёсные самоходные шасси как правило имеют компактный силовой агрегат (двигатель в сборе с трансмиссией), размещенный сзади. Передняя часть представляет собой открытую раму.

1.2.Компоновка гусеничного трактора

           Классической для гусеничных тракторов является схема с передним расположением двигателя и задним расположением поста управления. Такая схема оптимальна для сельскохозяйственного трактора, поскольку обеспечивает во-первых хороший обзор навесных машин и орудий, а с другой стороны — переднее расположение центра тяжести. Переднее расположение центра тяжести необходимо сельскохозяйственному трактору потому, что его задняя часть в процессе работы догружается весом и реакцией навесного орудия. Встречаются и иные схемы, например с передним расположением кабины и задним двигателя. Такая схема применена на промышленном тракторе Т-330. Переднее расположение кабины обеспечивает хороший обзор бульдозерного оборудования, а заднее расположение двигателя — оптимальную развесовку (ввиду того, что передняя часть догружается весом и реакцией бульдозерного отвала). Гусеничные тракторы могут иметь как рамный, полурамный или безрамный остов. Тип остова гусеничного трактора определяется его подвеской. 
         Рамный остов имеют тракторы с индивидуальной или парной упругой подвеской опорных катков, например тракторы ДТ-75 и Т-180. При этом узлы трактора монтируются на общей раме, представляющей собой сварную металлоконструкцию. Обычно, рама трактора состоит из двух продольных балок-лонжеронов, соединенных несколькими поперечными перемычками. Такая схема позволяет легко разбирать и собирать трактор при ремонте. Другим преимуществом рамного остова является возможность применения облегченных корпусов узлов и агрегатов, которые оказываются разгруженными от веса трактора и его тягового усилия. Однако сварная рама обладает низкой жесткостью, что вызывает относительные смещения валов узлов трактора и требует их соединения упругими муфтами или карданными шарнирами. Эти элементы обладают ограниченным ресурсом и не могут передавать большой крутящий момент.

Полурамный остов имеют тракторы с полужесткой подвеской, например Т-4 и Т-130. 
         Безрамный остов имеют тракторы с групповой упругой или жесткой подвеской опорных катков к балансирному брусу, например тракторы Т-330. Преимущество безрамного остова — высокая жесткость, позволяющая отказаться от упругих соединительных муфт между валами агрегатов. Недостаток безрамного остова — сложность крепления на нем навесных систем и оборудования трактора. Агрегаты тракторов с полурамным и безрамным остовом имеют в стенках картеров люки, позволяющие осматривать и ремонтировать отдельные механизмы и системы без разбора всего трактора.

2.Двигатель

         Основным типом двигателя современных тракторов является четырехтактный дизель, так как он обладает высокими значениями крутящего момента при малых частотах вращения и высокой экономичностью. На сверхлегких садово-огородных и газонных тракторах находят применение бензиновые двигатели, а на сверхмощных — газовые турбины. Существуют также тракторы с электрическим двигателем (для работы в закрытых помещениях), получающие электроэнергию по кабелю или через троллейные провода. 
        Ранее выпускались тракторы с паровыми машинами, с бензиновыми или керосиновыми карбюраторными двигателями, с керосиновыми калоризаторными двигателями.

2.1.Тракторы с дизельными двигателями

          На лёгких тракторах тягового класса до 1 тс находят широкое применение дизельные двигатели воздушного охлаждения, не имеющие наддува мощностью до 50 л.с. Такие двигатели просты по устройству, достаточно дешевы, не требовательны к качеству горюче-смазочных материалов, компактны. Их недостатки — сложность регулирования теплового режима, повышенная шумность и большие потери энергии на привод вентилятора. Среди отечественных тракторов двигателями воздушного охлаждения оснащаются, например, самоходное шасси Т-16, пропашные тракторы Т-25 и Т-40. На более тяжелых тракторах применяются дизельные двигатели жидкостного охлаждения. Однако, для промышленного трактора Т-330 был разработан двигатель воздушного охлаждения мощностью 330 л.с. 
         Основная деталь остова тракторного двигателя — блок-картер обычно представляет собой чугунную или алюминиевую отливку сложной формы. Блок-картер объединяет в себе гильзы цилиндров, опоры коленчатого вала и опоры деталей газораспределительного механизма. Снизу к блоку картеру закрепляются нижние половины опор коленчатого вала. Нижняя часть блока-картера закрывается масляным поддоном, который может быть лёгким навесным или несущим. В передней части блока картера размещается привод газораспределительного механизма и вспомогательных систем. Задняя часть блока-картера двигателя соединяется с картером узлов трансмиссии. 
         Двигатели с воздушным охлаждением обычно не имеют единого блока-картера. Их цилиндры отдельные, съёмные с радиаторными рёбрами снаружи для улучшения теплоотвода. 
          Головка цилиндров тракторного двигателя обычно представляет собой отливку из алюминиевого сплава, но может быть и чугунной. В головке цилиндров размещаются клапаны и другие детали газораспределительного механизма, газообменные каналы, посадочные места для топливных форсунок. Кроме того, в головке цилиндров может размещаться камера сгорания неразделённого или разделённого типов. Головки цилиндров двигателей с воздушным охлаждением индивидуальные, имеют наружный радиатор. Головки цилиндров двигателей жидкостного охлаждения обычно общие на несколько цилиндров и имеют внутри каналы для циркуляции охлаждающей жидкости. 
          Кривошипно-шатунный механизм тракторного двигателя не имеет существенных отличий от аналогичного узла автомобильного двигателя. Однако, в силу того, что тракторные двигатели форсируются не по частоте вращения, а по среднему давлению цикла, поршень тракторного двигателя воспринимает большие силы от давления газов и меньшие инерционные силы по сравнению с автомобильным. Поэтому поршни тракторных двигателей обычно чугунные, хотя на современных моделях тракторов широко внедряются алюминиевые поршни. Поршни мощных тракторных двигателей, как правило, принудительно охлаждаемые маслом. 
          Коленчатые валы тракторных двигателей обычно полноопорные, то есть имеют опору на каждой коренной шейке. В качестве опор используются смазываемые под давлением подшипники скольжения. На тракторах наибольшее распространение имеют цельнокованные стальные коленчатые валы, но ранее встречались и сборные. 
           Тракторные двигатели обычно имеют рядное или V-образное расположение цилиндров. Рядное расположение характерно для пропашных тракторов, так как им необходимо иметь по возможности малую ширину для работы в междурядьях. На других типах тракторов широкое применение нашли V-образные двигатели, так как они компактнее рядных и имеют более короткий и следовательно более жёсткий коленчатый вал. 
           Тракторы двигатели, как правило, имеют меньшее количество цилиндров по сравнению с автомобильными двигателями одинакового рабочего объема и меньшее отношение диаметра цилиндров к ходу поршня (то есть, тракторные двигатели более «длинноходовые»). Это объясняется меньшей частотой вращения и необходимостью получения большего крутящего момента. Однако, в последнее время наблюдается тенденция к увеличению частоты вращения тракторных двигателей и их основные соотношения приближаются к значениям, характерным для автомобильных двигателей. 
             Механизм газораспределения тракторных двигателей имеет мало отличий от аналогичного механизма автомобильных двигателей. Для тракторных двигателей характерно применение механизма с расположением клапанов в головке цилиндров а распределительного вала — в блоке-картере с передачей движения посредством тяг и коромысел. Такая схема упрощает привод распределительного вала, а ее основной недостаток — высокая инерционность не существенный для тракторного двигателя по причине малой частоты вращения. Тракторы старых типов, например ДТ-75 в составе механизма газораспределения имеют декомпрессионный механизм, позволяющий производить начальную раскрутку коленчатого вала двигателя при пуске без сжатия в цилиндрах воздуха. Декомпрессионный механизм обычно представлял собой кулачковый вал, действующий на коромысла впускных клапанов, удерживающий последние в открытом состоянии при декомпрессии. На современных тракторных двигателях, в связи с совершенствованием систем пуска, декомпрессионных механизмов нет. 
           Система смазки тракторных двигателей обычно комбинированная. Подшипники коленчатого и распределительного валов смазываются под давлением, а остальные пары трения — разбрызгиванием. Как правило система смазки имеет один насос и масляную ванну в картере. Однако мощные тракторы имеют двигатели с «сухим картером», где масло из картера собирается специальным насосом в масляный бак, в котором оно отстаивается и освобождается от пены. Система с «сухим картером» более сложная, но обеспечивает существенно больший срок службы масла, поскольку последнее подвергается негативному воздействию нагрева и картерных газов в течение существенно меньшего времени. 
           На тракторах старых типов масло очищалось центробежным способом в центрифугах с гидродинамическим приводом ротора. На современных тракторных двигателях используются бумажные фильтры автомобильных типов а также комбинированные системы очистки. 
          Тепловые нагрузки на масло в тракторных двигателях существенно выше, чем в автомобильных, поэтому масло необходимо охлаждать. Для этого в системе смазки применяются масляные радиаторы или оребренные и обдуваемые воздухом поверхности масляных поддонов или баков. На новых типах тракторов, в связи с применением масел высокого качества, способных работать при повышенной температуре, масляные радиаторы могут отсутствовать. 
          Система питания тракторных двигателей воздухом должна обеспечивать высокую эффективность его очистки, так как тракторы обычно работают в условиях повышенной запыленности воздуха и загрязненности воздуха пожнивенными остатками, листвой, насекомыми. Воздухоочистители тракторных двигателей выполняют многоступенчатыми. Первая ступень обеспечивает удаление наиболее крупных частиц: вороха, листвы, насекомых. Обычно она выполняется в виде цилиндра из металлической сетки, вращающегося с большой частотой. Центробежные силы, возникающие при вращении не позволяют оседать на сетке крупным частицам. Вторая ступень обеспечивает удаление значительной доли пыли. Для этого используют циклонные очистители. Значительное количество пыли, собираемой циклонными уловителями требует автоматизации процесса их очистки, желательно без остановки двигателя трактора. Обычно это осуществляется эжекционной системой, работающей за счёт энергии отработавших газов — пыль из поддона очистителя всасывается в выхлопную систему и удаляется через выхлопную трубу. Третья ступень обеспечивает окончательную очистку воздуха. На старых типах тракторов для этой цели применялись маслонаполненные волокнистые фильтры, а на современных — сухие бумажные (по типу автомобильных). При работе тракторов в угольных разрезах во впускном тракте устанавливается фильтр-увлажнитель, эффективно осаживающий частицы угольной пыли . 
            Тракторные двигатели обычно снабжают турбонаддувом, позволяющим существенно повысить мощность двигателя при малых частотах вращения. Кроме того, применение регулируемого турбонагнетателя позволяет обеспечивать постоянную мощность двигателя в широком диапазоне частоты вращения. Такие двигатели называют двигателями постоянной мощности (ДПМ). Применение двигателей постоянной мощности позволяет существенно упростить трансмиссию трактора, сократив число передач и облегчить труд машиниста. В настоящее время двигатели постоянной мощности получают широкое распространение на тракторах всех классов. 
           Топливная система тракторных двигателей не имеет существенных особенностей. Она состоит из топливных фильтров, подкачивающей помпы, топливного насоса высокого давления (ТНВД), форсунок и регулятора. Старые типы тракторов имели блочный ТНВД и механический центробежный регулятор. Такие системы просты по устройству, но имеют ряд недостатков: низкую стабильность частоты вращения, повышенный расход топлива и дымление на переходных режимах. Ужесточающиеся требования к экономичности и экологической совместимости тракторов обуславливает применение более сложных топливных систем с электронным управлением количества впрыскиваемого топлива и момента впрыска. Электронная система управления современного трактора дозирует подачу топлива учитывая фактическое наполнение цилиндров воздухом, величину и тенденцию изменения нагрузки двигателя, скорость и тяговое усилие трактора, а также ряд других факторов. Эти меры позволили сократить расход топлива с 180 г/л.с.*ч, типичный для тракторов 60-х — 70-х годов до 100 г/л.с.*ч, исключив выброс в атмосферу токсичных продуктов неполного сгорания топлива. 
       Пуск тракторных дизельных двигателей может осуществляться различными способами:

• электростартером;

• пусковым бензиновым двигателем (тракторы, работающие в условиях холодного климата);

• сжатым воздухом (ДЭТ-250);

• инерционным стартером с ручным приводом.

Ряд тракторных двигателей имеет несколько модификаций, отличающихся применяемым типом пускового устройства. Например двигатель Д-37 трактора Т-40 может комплектоваться электростартером или пусковым бензиновым двигателем, а двигатель Д-21 трактора Т-25 — электростартером или инерционным стартером. В последнее время, в связи с улучшение пусковых качеств дизельных двигателей и повышение энергоемкости аккумуляторных батарей выпуск тракторных двигателей, оснащенных бензиновым пусковым двигателем сокращается. Например двигатель Д-245, применяемый на тракторах МТЗ-100 не имеет модификации с пусковым бензиновым двигателем.

2.2.Газотурбинные тракторы

         Мощность дизельных двигателей сельскохозяйственных тракторов как правило не превышает 500 л.с. Дальнейшее ее увеличение сопряжено с неоправданным повышением массы трактора, что приведет к повышению удельного давления на почву и не позволит реализовать главное преимущество энергонасыщенного трактора — высокую скорость работы. Лишь на промышленных тракторах, которым для создания большого тягового усилия нужна увеличенная масса находят применение дизельные двигатели мощностью порядка 1000 л.с. В то же время усовершенствовавшиеся в последние годы технологии возделывания почвы позволяют эффективно использовать и более мощные сельскохозяйственные тракторы. Важным резервом повышение энергонасыщенности тракторов является использование газовых турбин, имеющих малую удельную массу. Например в США в течение ряда лет фирмами Big Roy и Elis Walters выпускаются газотурбинные тракторы мощностью до 700 л.с. Предпринимались попытки выпуска газотурбинных тракторов и в СССР. Так Кировским заводом совместно с НАТИ был разработан газотурбинный трактор «Кировец-Турбо» на базе газотурбинной силовой установки танка Т-80. Широкому применению газовых турбин на тракторах препятствует высокая частота вращения выходного вала турбины (порядка 20000 об/мин), что усложняет трансмиссию трактора и повышенный расход топлива по сравнению с дизельными двигателями.

2.3.Тракторы с бензиновыми двигателями

         В настоящее время бензиновыми двигателями оснащают только особо легкие тракторы (микротракторы, мотоблоки, газонные тракторы, райдеры). Преимущества бензиновых двигателей — меньший вес и стоимость, легкий пуск (может быть ручным) и относительно простое техническое обслуживание. Недостатки — высокий удельный расход топлива (бензина - более догорого и пожароопасного) и малый крутящий момент, что усложняет трансмиссию трактора.

3.Трансмиссия

         Трансмиссия трактора как правило многопоточная, то есть передает мощность двигателя не только на ходовую часть, но и для привода агрегатируемых машин и вспомогательных механизмов. 
         Современные тракторы оборудуются трансмиссиями нескольких различных типов:

• Механические ступенчатые;

• Механические бесступенчатые;

• Гидромеханические;

• Гидрообъемные;

• Электрические и электромеханические.

3.1.Механические ступенчатые трансмиссии

            Механические ступенчатые трансмиссии имеют наименьшую стоимость и наиболее компактны при одинаковой величине передаваемой мощности, но не позволяют плавно регулировать скорость и тяговое усилие трактора. 
            Механическая трансмиссия трактора состоит из главной фрикционной муфты сцепления, коробки передач, центральной (главной) передачи, конечных передач, передачи механизма отбора мощности. Дополнительно в механическую трансмиссию могут входить: увеличитель крутящего момента, ходоуменьшитель, редуктор-умножитель числа передач, раздаточная коробка. На гусеничных тракторах, кроме того, в состав трансмиссии входит механизм поворота. 
           Главная фрикционная муфта сцепления позволяет разобщать и плавно соединять двигатель и трансмиссию трактора. Наибольшее применение на тракторах нашли муфты сцепления сухого типа, так как они характеризуются наименьшей работой выключения, что позволяет управлять трактором без использования сервомеханизмов. Но встречаются и муфты, работающие в масле. Последние обеспечивают более плавное включение, но для их привода требуются гидравлические сервомеханизмы. Главная фрикционная муфта сцепления может быть выполнена однопоточной и двухпоточной. 
          Двухпоточные муфты сцепления содержат в своем составе фактически две отдельных муфты, одна их которых используется для отключения трансмиссии ходовой части, а вторая — для отключения трансмиссии механизма отбора мощности. Двухпоточными муфтами оснащены, например, тракторы Т-40 и ЮМЗ-6 Двухпоточные муфты сложнее по конструкции и неудобны в обслуживании. По этой причине в более новых моделях тракторов они не применяются — управление механизмом отбора мощности производится отдельной муфтой. 
         На тракторах нашли применение главные фрикционные муфты сцепления с различным типом нажимных механизмов. Наибольшее распространение имеют постоянно замкнутые муфты с пружинным нажимным механизмом автомобильного типа. Выключение таких муфт осуществляется отжимом пружин с помощью механического привода на легких тракторах или гидравлических и пневматических сервомеханизмов — на тяжелых тракторах. Постоянно замкнутая муфта сцепления не может находиться долгое время в выключенном состоянии. Двухпоточные муфты могут иметь два независимых механизма управления, как например на тракторе Т-40 или управление одной педалью (ЮМЗ-6). 
         Кроме муфт с пружинным нажимным механизмом на тракторах также применяются центробежные муфты (на легких тракторах с бензиновыми двигателями), гидроподжимные муфты (на тяжелых тракторах), электромагнитные муфты. 
         Ступенчатые коробки передач тракторов могут иметь подвижные шестерни и шестерни постоянного зацепления. Коробки передач с подвижными шестернями проще по конструкции, но не позволяют производить переключение передач при движении трактора. Кроме того, в коробках с подвижными шестернями невозможно применение косозубых зацеплений. По этой причине их применение сокращается. Коробки передач с шестернями постоянного зацепления могут иметь замыкающие муфты различного типа: кулачковые, штифтовые, шлицевые с синхронизаторами, фрикционные. Первые два типа наиболее просты, но не обсепечивают безударного переключения передач. Шлицевые муфты с синхронизаторами (аналогичные автомобильным) обеспечивают безударное переключение передач при движении трактора, но только с разрывом потока мощности (при выключенном сцеплении). Фрикционные муфты позволяют производить переключение без разрыва потока мощности. Фрикционные муфты ступенчатых коробок передач обычно имеют гидравлический нажимной механизм, а коробка передач оснащается гидросистемой. 
        На отечественных тракторах применяются все типы вышеперечисленных коробок передач: