Компоновка мобильных энергетических средств

Компоновка МЭС — относительное размещение основных агре-гатов (узлов) и технологического оборудования, обеспечивающее наибольшую универсальность и эффективность работы, а также ра-циональную увязку со всеми рабочими машинами для получения вы-соких эксплуатационных свойств МТА, таких как производительность

и топливная экономичность, проходимость, особенно в междурядьях пропашных культур, маневренность, допустимое воздействие движи-телей на почву, удобство управления МТА, тягово-сцепные свойства. Компоновка характеризуется следующими основными факторами: ти-пом движителей МЭС, расположением двигателя и кабины с органа-ми управления, количеством и расположением рабочего оборудования (навесных устройств и ВОМ) и технологических пространств.

Типы движителей рассмотрены в подразделе 1.2; возможно рас-положение двигателей спереди, сзади и посредине остова трактора (под кабиной). Кабина также может быть расположена сзади, посре-дине и спереди, расположение навесных устройств — заднее и перед-нее, а ВОМ — заднее, переднее и боковое.

Под технологическим пространством понимают предусмотрен­ ное компоновкой энергетического средства место для расположения сельскохозяйственной машины или дополнительного технологиче-ского оборудования, например емкостей с технологическим материа-лом (семенами, удобрениями, гербицидами).

Технологических пространств может быть одно, два, три и четы-ре. МЭС с одним технологическим пространством, расположенным сзади, называется «Классик» (рис. 1.1, а), с двумя (спереди и сза-ди) — «Классик-М» (рис. 1.1, б), а с тремя (сзади, спереди и за каби-ной на раме МЭС) (рис. 1.1, в, е) и с четырьмя (сзади, спереди, за ка-

14 • 1.  Эксплуатационные свойства, классификация и компоновка

биной и перед кабиной, под рамой МЭС за передними колесами) (рис. 1.1, г, д) — «Система».

При разработке рациональной компоновки руководствуются необ-ходимостью обеспечения:

1) конструкционной увязки габаритов по ширине движителей

и по внешним их кромкам с агрегатируемыми машинами с учетом на-значения трактора (для тракторов общего назначения в целях уменьше-ния частоты воздействия на органы управления ширина по внешним кромкам движителей должна исключать асимметричное приложение нагрузки, вызывающей разворот трактора и увод его от заданного на-правления движения; для универсально-пропашных тракторов колея

и ширина по внешним кромкам дополнительно определяется шириной междурядий; при использовании тракторов с прицепами и сельскохо-зяйственными машинами, имеющими собственные движители, колея должна обеспечивать возможность движения их по одному следу);

2) высоких тяговых показателей при хорошей управляемо-сти и устойчивости путем рационального распределения нагрузки на опоры ходовой части, в том числе с учетом ее перераспределения от действия тягового сопротивления и массы агрегатируемых машин; 3) удобства управления и посадки тракториста, хорошей обзорно-

сти пути, рабочих машин и оборудования;

4) маневрирования на разворотной полосе и высокой курсовой

устойчивости;

5) минимальных затрат труда при соединении трактора с машина-

ми и орудиями и возможности составления и управления ими одним

трактористом;

6) удобного обслуживания в процессе эксплуатации, разборки

и сборки при ремонте;

7) высокой технологичности при изготовлении, эксплуатации

и ремонте.

Технический прогресс в тракторостроении идет в направлении повышения мощности двигателей, энергонасыщенности, совершен-ствования конструкции, повышения надежности, автоматизации контроля, регулирования и управления режимами работы, улучше-ния условий труда тракториста и снижения вредного воздействия машины на окружающую среду, в том числе на почву. При передаче мощности двигателя через тягу рост ее сопровождается увеличением массы трактора, что при сохранении ширины междурядий пропаш-ных культур приводит к изменению структуры почвы и снижению ее плодородия.

1.3. Компоновка мобильных энергетических средств• 15

Многие универсально-пропашные колесные тракторы России и за-рубежных стран имеют так называемую классическую компоновку: переднее расположение двигателя и заднее (над задним мостом) раз-мещение кабины. Отечественные гусеничные пропашные и специали-зированные тракторы на базе некоторых колесных машин и во многом

с ними унифицированы. Российские гусеничные тракторы общего на-значения, как и колесные универсально-пропашные, имеют переднее расположение двигателя, кабина размещена также сзади над задним мостом.

Варианты применяемых в мировой практике компоновочных схем колесных МЭС, включая рассмотренные, представлены на рис. 1.1. Традиционная компоновка трактора — колесная схема 4К2 с перед-ними управляемыми колесами меньшего размера, чем задние (см.

рис. 1.1, а).

a б в

г д е

ж з

и

Рис. 1.1.Компоновочные схемы мобильных энергетических средств:

а — классическая; б — модернизированная классическая; в — трактор колесной формулы 4К4б; г — модель «Xylon»; д — тракторное самоходное шасси; е — модель «Intrac»; ж — «Meks-Mobile»; з — высвобождаемое энергетическое средство; и — модульное энерготехнологическое средство

Разный размер колес обусловлен тем, что задние колеса — ведущие,

а передние — ведомые. Чтобы трактор развивал высокую силу тяги, большую часть его веса перенесли на ведущие колеса. По этой схеме

16 • 1.  Эксплуатационные свойства, классификация и компоновка

были созданы первые тракторы массового производства в соответ-ствии с существующими тогда представлениями о функциональном назначении этой тяговой машины, а многолетний опыт эксплуатации подтвердил рациональность такой компоновки.

Поиск лучшей компоновочной схемы привел к совершенствованию классической схемы. На тракторе стали применять активный привод на передние колеса, переднюю навесную систему и передний ВОМ. На-ряду с другими конструктивными мероприятиями это позволило соз-дать вместо одного два технологических пространства (см. рис. 1.1, б).

Одним из основных направлений совершенствования сельско-хозяйственных колесных тракторов, широко реализованных во всех странах мира, стало создание тракторов с четырьмя ведущими коле-сами, причем передние колеса — меньшего размера и являются управ-ляемыми (схема 4К4а).

Эти тракторы в настоящее время пользуются наибольшим спросом

в сельскохозяйственном производстве мира, опережая тракторы 4К2. У некоторых тракторов 4К4 управляемые не только передние, но и зад­ ние колеса.

Отечественные колесные сельскохозяйственные тракторы общего назначения имеют переднее расположение двигателя, кабина разме-щается за двигателем (ближе к середине колесной базы), передние и за-дние колеса одинакового размера и грузоподъемности (см. рис. 1.1, в). Сцепление и коробки передач жестко соединяются с двигателем, пе-редний и задний мосты приводятся с помощью карданных передач. Такая компоновка называется раздельно-агрегатной. Она характерна для тракторов тягового класса 3 и 5 (Т-150К и К-744Р). Поворот трак-тора осуществляется с помощью шарнирной рамы.

Стремление сократить число проходов по полю и снизить интен-сивность воздействия рабочих органов на почву обусловило появле-ние комбинированных сельскохозяйственных машин, выполняющих операции предпосевной подготовки почвы, посева и прикатывания за один проход. Такие машины имеют в отдельных случаях массу бо-лее 10 т, выполняются прицепными и оборудуются дополнительными колесами для транспортирования. Технологические емкости располо-жены на сельскохозяйственной машине. Навесное исполнение таких агрегатов потребовало установки на тракторы минимум двух навес-ных систем — передней и задней. Для размещения технологической емкости предусмотрена специальная площадка за кабиной трактора. Трактор, на базе которого можно составлить такой агрегат, называется интегральным, т.е. суммирующим.

1.3. Компоновка мобильных энергетических средств• 17

К интегральным универсально-пропашным тракторам с компоно-вочной схемой 4К4б относятся тракторы фирмы Mersedes-Benz (Гер-мания) модели «MB-trac», Липецкого тракторного завода ЛТЗ‑155 (см. рис. 1.1, в) и трактор Нижнетагильского вагоностроительного за-вода РТ-М-160. У этих тракторов центральное расположение кабины, распределение веса по передним и задним колесам в статике 60 и 40%. Типоразмерный ряд модели «MB-trac» включает несколько модифи-каций с двигателями мощностью 73—110 кВт, мощность двигателя трактора ЛТЗ-155 — 110 кВт, РТ-М-160 — 106 кВт.

Технологические особенности таких тракторов обусловлены высо-кой грузоподъемностью передних колес и хорошей приспособленно-стью к работе с навесными комбинированными агрегатами.

Тракторы оборудованы задней и передней навесными систе-мами высокой грузоподъемности (до 30 кН), задним и передним ВОМ, реверсивным постом управления. За кабиной, над осью за-дних колес, предусмотрено место для установки емкостей с техно-логическим материалом. При агрегатировании тракторов с зерно-вой сеялкой и установке на грузовой платформе опрокидывающего кузова объемом 1,5 м³ МТА без остановок на дозаправку засевает площадь 10 га.

При выполнении других операций на грузовой платформе устанав-ливают емкости с удобрениями и гербицидами, что также повышает технологические свойства трактора и производительность агрегата за смену.

Тракторы модели «MB-trac» выпускали небольшими партиями. Тенденции к более широкому их использованию не наметилось. Это объясняется, во-первых, улучшением приспособленности тракторов классической схемы к работе с комбинированными агрегатами; во-вторых, высокой стоимостью тракторов модели «MB-trac» по сравне-нию с тракторами традиционной компоновочной схемы.

Фирма Fendt (Германия) разработала модель трактора «Xylon» (см. рис. 1.1, г) с четырьмя технологическими пространствами. Дополни-тельное пространство появилось благодаря установлению двигателя

с горизонтально расположенными цилиндрами вместе с трансмисси-ей под кабиной энергетического средства

Фирма Claas (Германия) создала энергетическое средство Xeri-ton 2500 с гидростатической трансмиссией, в котором кабину можно устанавливать в двух положениях: над осью и между осями. Трактор обладает полным реверсом и оснащен технологическим оборудовани-ем спереди и сзади, что существенно расширяет его технологические

18 • 1.  Эксплуатационные свойства, классификация и компоновка

возможности за счет большого количества сочетаний вариантов агре-гатирования и направления движения.

Мировой опыт применения тракторов свидетельствует, что уни­ версально-пропашные тракторы колесной формулы 4К4б меньше востребованы в сельскохозяйственном производстве, чем тракторы общего назначения такой же колесной формулы. Возможно, это свя-зано с более высокой их стоимостью. Кроме того, для эффективного использования тракторов 4К4б на некоторых операциях нужны спе-циально разработанные сельскохозяйственные машины.

Тракторное самоходное шасси.Тракторные самоходные шасси(см.рис. 1.1, д) предназначены для возделывания пропашных культур

и выполнения транспортных работ. Преимущества шасси по сравне-

нию с универсально-пропашными тракторами:

— возможность трехрядного эшелонированного расположенияорудий за счет использования межосевого пространства под рамой шасси (в отличие от двухрядного расположения орудий при агрегати-

ровании с тракторами);

— более точное положение рабочего органа орудия в междурядьепри навеске культиватора в межосевом пространстве шасси (по срав-

нению с навеской его сзади или впереди трактора);

— свободное внутреннее(между осями)пространство для разме-щения технологического оборудования уборочных машин;

— возможность использования свободного пространства впередикабины над рамой для размещения емкостей с технологическим ма-

териалом;

— хорошая обзорность с места водителя ориентиров движения,управляемых колес, рабочих органов машин, сцепных устройств.

К недостаткам компоновочной схемы тракторных шасси относятся сложность навески сельскохозяйственных машин в межосевом про-странстве и трудность осуществления привода к передним колесам при сохранении свободного пространства между осями.

В целом тракторные шасси не получили широкого распространения в сельскохозяйственном производстве как в России, так и за рубежом. Это можно объяснить тем, что пока не удалось создать машины, кото-рые позволили бы реализовать перечисленные преимущества шасси.

По компоновочной схеме и технологическим свойствам к чис-лу тракторных шасси можно отнести модели тракторов фирм Fendt

и Intrac (Германия). Компоновочная схема мобильного энергетиче-ского средства F390/395 GТА фирмы Fendt отличается тем, что на ме-сте двигателя предусмотрена свободная зона. Двигатель с гори-

1.3. Компоновка мобильных энергетических средств• 19

зонтально расположенными цилиндрами размещен под кабиной,

а образовавшаяся вследствие этого свободная зона служит главным образом для более удобного размещения передненавесных машин в пространстве между осями и лучшего наблюдения за выполняемым технологическим процессом впереди трактора. Кроме того, в этой зоне можно устанавливать емкость с технологическим материалом.

Оригинальность компоновки энергетического средства Intrac со-стоит в том, что кабина сдвинута вперед и расположена над передним мостом (см. рис. 1.1, е). Появление тракторов такой компоновки, как и тракторов «MB-trac», вызвано требованиями комбинирован-ного агрегатирования и повышения универсальности. Компоновка тракторов Intrac (дополнительно к преимуществам шасси, перечис-ленным ранее) обеспечивает возможность фронтального присоеди-нения полунавесных и навесных уборочных машин. Трактор имеет впереди и сзади независимый ВОМ для привода активных рабочих органов машин.

В практике мирового тракторостроения остается приоритетным создание тракторов, обеспечивающих эшелонированное агрегатиро-вание с хорошим обзором фронтальной навески. Это свойство трак-торов новых компоновочных схем конструкторы стремятся перенести на тракторы классической схемы. Оно особенно важно на операциях междурядной обработки, так как позволяет уменьшить количество подрезанных обрабатываемых растений, повысить точность внесения удобрений и улучшить другие агротехнические показатели работы агрегата.

На рисунке 1.2 показан трактор классической компоновки с хоро-шим фронтальным обзором. У него приподнята кабина, а капот двига-теля наклонен вперед, вследствие чего с места водителя (точка К) вид-ны присоединительные места переднего навесного устройства. Такая компоновка, обеспечивающая хороший обзор, получила в настоящее время широкое применение.

Модель мобильного энергетического средства Stayer-83000А фир-мы Stayer (Австрия) назвали Meks-Mobile (см. рис. 1.1, ж). Эта модель

отличается оригинальностью компоновки:

— переднее колесо больше заднего,поэтому при работе создаетсявпечатление, что трактор перемещается задним ходом;

— высоко расположенная над большим колесом кабина обеспечи-вает хороший обзор технологического процесса, выполняемого фрон-тально навешенной машиной, что особенно важно для зерно-, кормо-, снегоуборочных и других машин с активными рабочими органами.

20 • 1.  Эксплуатационные свойства, классификация и компоновка

K

Рис. 1.2.Трактор классической компоновки,обладающий хорошим фронтальным обзором

Наиболее существенное отличие энергетического средства Meks-Mobile от трактора — чрезвычайно высокая энергонасыщенность. При двигателе мощностью 191 кВт энергетическое средство имеет массу 4,5 т, тогда как у отечественного трактора К-701 с двигателем мощностью 198 кВт масса 13,5 т. Таким образом, энергетическое сред-ство Meks-Mobile в 3 раза превышает по энергонасыщенности трактор К-701. Вследствие этого оно утратило свойство тягача и стало предна-значаться для работы только с машинами, имеющими активные рабо-чие органы.

Meks-Mobile имеет гидрообъемный привод на ходовые колеса, ограниченный мощностью 73 кВт, и механический привод на ВОМ, способный передать в режиме длительной работы свыше 118 кВт. Та-кая комбинация привода обусловлена назначением машины и направ-лена на получение высокого КПД трансмиссии в целом. Применение гидрообъемного привода на ходовые колеса стало возможно потому, что энергетическое средство не предназначено для работы в режиме тягача, вследствие чего на движитель передается сравнительно неболь-шая часть энергии двигателя.

Гидрообъемный привод на ходовые колеса придает трактору важ-ное эксплуатационно-технологическое свойство бесступенчатого ав-томатического регулирования скорости поступательного движения агрегата. При отборе большой мощности на рабочие органы убороч-ных машин загрузка двигателя вследствие переменной массы убирае-мой культуры автоматически регулируется изменением скорости дви-жения и подачи зеленой массы.

К трактору Meks-Mobile создан ряд сельскохозяйственных машин

с активными рабочими органами различного назначения, в том числе

1.3. Компоновка мобильных энергетических средств• 21

для обработки почвы. Но почвообрабатывающие машины с активны-ми рабочими органами применяют ограниченно, поэтому Meks-Mobile не используется в сельском хозяйстве на операциях по возделыванию культур.

Испытания показали очень высокую эффективность модели Meks-Mobile на кормоуборочных операциях. Это побудило к созда-нию и внедрению в серийное производство на Гомельском заводе сельскохозяйственного машиностроения энергетического средства «Полесье» с параметрами, близкими к параметрам модели Meks-Mobile.

Модульное энерготехнологическое средство, представленное на рис. 1.1, и, рассмотрено в подразделе 1.2. Эта компоновочная схема пока не реализована в серийно выпускаемых МЭС.

Одной из разновидностей компоновки МЭС с колесной схемой 4К4б является Xerion 3300 Тrak VC, поворотная кабина которого может занимать три положения: среднее, переднее (над двигателем) и заднее. Это МЭС используется с полуприцепными одноосными и двухосны-ми транспортными машинами, имеющими бункеры (бочки) разного назначения, косилками, комбинированными машинами для обработ-ки почвы, посева и одновременного внесения удобрений, а также с ма-шинами для лесного и паркового хозяйства.

Контрольные вопросы и задания

1.  Какие машины относятся к мобильным энергетическим сред-ствам?

2.  Какова связь между тяговыми энергетическими средствами и мобильными энергетическими средствами?

3.  На какие группы условно разделяются эксплуатационные свой-ства МЭС и какими основными показателями оценивают эти свойства?

4.  Какие основные агротехнические требования предъявляют к МЭС сельскохозяйственного назначения?

5.  Как классифицируются сельскохозяйственные тракторы по на-значению, типу движителя и номинальному тяговому усилию?

6.  На какие тяговые классы разделяются в России сельскохозяй-ственные тракторы и что понимают под названием «тяговый класс»?

7.  Как классифицируются автомобили?

22 • 1.  Эксплуатационные свойства, классификация и компоновка

8.  Что понимают под компоновкой МЭС?

9.  Что понимают под технологическим пространством МЭС

и как классифицируются МЭС по количеству технологических пространств?

10. Назовите наиболее применяемые компоновочные схемы МЭС

и приведите примеры их применения.