WWW.TECHSTORY.RU
Сайт о механических экскаваторах, старой строительной,
авто- и железнодорожной технике


История тракторного двигателестроения
А.Круглов

Тепловой двигатель – главная энергетическая силовая установка трактора и она, так же, как и сам трактор, имеет богатую и насыщенную историю, пройдя длинный путь эволюции от паросиловой установки до сверхмощных современных дизельных двигателей. Именно в нашей стране 25 апреля 1763 года, за 20 с лишним лет до Джэймса Уатта, была создана первая паровая машина, и сделал это Иван Иванович Ползунов – уроженец Урала.

Дальнейшее развитие тема применения паросиловых установок на тракторах получила в конце 19 века, когда талантливый крестьянин Ф.А.Блинов, сконструировав свой трактор, оснастил его паросиловой машиной, приводившей трактор в действие. Однако, в дальнейшем, выяснилось, что паровые двигатели имеют массу негативных моментов, как то: тихоходность, неэкономичность, большие массы и габариты.

Примерно в этот же период, в 1879 году, капитан русского флота О.С.Костович, сконструировал и испытал двигатель внутреннего сгорания с наружным способом смесеобразования – прообраз карбюраторного двигателя с воспламенением электрическим разрядом, который и стал на первое время самой массовой и применяемой энергетической машиной в тракторостроении. К сожалению, в силу множества негативных обстоятельств и слаборазвитой промышленности в то время в России, многие работы по созданию силовых установок и самих тракторов не получили распространения и развития. Поэтому, следует несколько раздвинуть рамки истории отечественного машиностроения и рассмотреть пути развития двигателе и тракторостроения в других развитых странах. Дальнейшим развитием темы двигателей внутреннего сгорания стала разработка немецкого учёного Р. Дизеля. В 1893 году он предложил конструкцию двигателя внутреннего сгорания с самовоспламенением топлива от сжатия. Однако, первоначальная конструкция была ещё далека от идеала – двигатель работал на керосине, а распыл топлива осуществлялся сжатым воздухом, что требовало наличия компрессора. Спустя несколько лет, русские инженеры Г.В.Тринклер и Я.В.Мамин провели работу по усовершенствованию двигателя Дизеля, в результате чего впрыск топлива в цилиндр стал осуществляться специальным устройством. Примерно в таком виде двигатель Дизеля и нашёл массовое применение в технике, в том числе и в тракторостроении.

Мощное развитие тракторостроение, а вместе и с ним двигателестроение, получило в США в начале 20-го века, оказавшее значительное влияние на дальнейшее развитие тракторостроения и в других странах, в том числе и в СССР. Первоначально, в качестве силовых агрегатов применялись уже хорошо освоенные паровые машины и осваиваемые и постоянно совершенствующиеся двигатели внутреннего сгорания с наружным смесеобразованием для работы на керосине, лигроине, бензине в качестве топлива. Долгое время, тракторные фирмы США и Европы выпускали тракторы, рассчитанные для работ в сельском хозяйстве, что ограничивалось их предельной мощностью примерно в 60 л.с. Однако, в 1931 году фирма Caterpillar осваивает массовое производство собственной модели принципиально нового двигателя в тракторной промышленности – дизеля, что дало новый толчок к дальнейшему развитию и совершенствованию тракторной техники. Именно это событие можно считать датой зарождения целой ветви развития мощных тракторов промышленного назначения. В дальнейший период, с 1930-х гг. и по наше время, наблюдается непрерывный рост мощности тракторных двигателей. Достигалось это путём внедрения газотурбинного наддува (впервые массово это новшество было внедрено фирмами Caterpillar и Hanomag), увеличением размеров и количества цилиндров, увеличением числа оборотов коленчатого вала. Именно большая энергонасыщенность дала возможность оснащать тракторы навесными орудиями большого веса, реализовывать большие тяговые усилия и отбирать мощность крутящего момента для привода активных рабочих органов. Однако, несмотря на оптимальные характеристики применения дизельных двигателей для тракторной техники, долгое время в странах Запада, вплоть до 1970-х гг. применялись массово двигатели карбюраторные, правда, лишь на легких машинах сельскохозяйственного предназначения для индивидуальных владельцев. Не лишним будет упомянуть и тот факт, что значительное количество тракторных двигателей в США было рассчитано на работу на сжиженном газе. Так же, интерес представляют опытные работы по внедрению газотурбинных двигателей в тракторосторение. Наибольший вклад в развитие мирового тракторного двигателестроения внесли фирмы Caterpillar, Perkins, Ford Motor, International, Dietz, Allis-Chalmers,Cummins.

Однако, следует вновь вернуться к тому, в каком направлении развивалось отечественное двигателестроение. За долгие годы развития, тракторное двигателестроение в СССР накопило большой опыт и была создана отечественная научная база, основанная как на чисто отечественных разработках, так и с оглядкой на двигатели иностранных фирм. Начав в 1918 году с производства и внедрения маломощных керосиновых или даже работавших на чистой нефти (у трактора Карлик) двигателей, советская тракторная промышленность уверенно перешла в 1937 году на полномасштабное серийное производство тракторных дизельных двигателей на ЧТЗ. Конечно же, не секрет, что этот двигатель, как и его предшественник М-17, работавший на легроине, создавались с оглядкой на двигатели фирмы Caterpillar. И хотя, в период до 1950 года были освоены в производстве ещё три типа тракторных дизелей Д-35, Д-54 и КДМ-46 мощностью соответственно 37, 54 и 93 л.с., ещё долгое время можно было встретить тракторы с карбюраторными двигателями либо совсем редкими – газогенераторными. Однако, не смотря ни на что, дизель показал себя как перспективный силовой агрегат, и его повсеместное внедрение сулило лишь положительные моменты в отрасли тракторостроения и не только. В итоге, в СССР к 1960 годам дизельный двигатель был вне конкуренции и уверенно занял свои позиции. Уже к середине 1950-х гг. в СССР был прекращён выпуск карбюраторных тракторных двигателей. А к 1965 году выпуск тракторных дизелей составил примерно 300 000 единиц, далеко оставив позади аналогичную отрасль в США и Европе! Основными характеристиками советских тракторных дизелей были простота конструкции, надёжность, низкая стоимость производства и эксплуатации, неприхотливость. Все эти дизели работали по четырёхтактной схеме цикла. Но, не лишним будет напомнить, что тракторная промышленность использовала в изготовлении ряда машин и дизели со стороны, получая их от других ведомств и министерств, например Ярославские дизели ЯМЗ-236, 238, 240… В основе же челябинского дизеля В-30 лежала конструкция танкового дизеля В-2.

Тут следует остановиться на основных конструкционных особенностях отечественных дизелей. Ввиду того, что тракторные двигатели постоянно совершенствовались и наращивали свою мощность, соответственно, происходило изменение в конструкциях, внедрялись оригинальные и интересные новшества и решения конструкторов-дизелистов. Проще всего проследить эволюцию развития тракторных двигателей в нашей стране на примере простых и сверхнадёжных четырёхцилиндровых моторов производства ЧТЗ, которые ведут свою родословную с самого основания завода, а возможно и с прообраза в виде первого дизеля Caterpillar. Развитие дизелей ЧТЗ происходило плавно, постоянно сохранялась преемственность новой модели с предыдущими, использовалось большое количество освоенных деталей и сборочных единиц. Как правило, многие модели советских тракторных дизелей находились в производстве 12-16 лет. Результатом развития довоенного дизеля М-17 стал послевоенный дизель ЧТЗ марки КДМ-46 мощностью 93 л.с.. В дальнейшем, этот дизель с повышением мощности до 100 л. с. стал маркироваться как КДМ-100. Оба этих дизеля имели одну особенность – предкамерное смесеобразование. Однако, конструкторами на основе КДМ-100 был сконструирован более совершенный и экономичный двигатель марки Д-108 мощностью 108 л.с. с камерой сгорания в поршне. Сохранение преемственности дизелей ЧТЗ позволяло без труда переделывать дизели старых марок в новые Д-108 – взаимозаменяемость деталей это позволяла. В результате оптимизации конструкции двигателей ЧТЗ внедрялись новые материалы, велась работа по усилению и упрочнению нагруженных элементов, при этом масса двигателей снижалась, постоянно повышался моторесурс. С освоением более мощных тракторов в 1960-е годы на ЧТЗ была проделана работа по дальнейшему повышению мощности и эксплуатационных качеств дизелей Д-108. Для этого в конструкцию двигателей был внедрён газотурбинный наддув, в результате чего мощность двигателей возросла до 140 л.с. и усовершенствованные двигатели получили марку Д-130. В свою очередь, по прошествии нескольких лет, был взят курс на дальнейшее форсирование двигателя Д-130 до 160-170 л.с. путём увеличения размеров цилиндро-поршневой группы, оптимизацией топливоподачи и смесеобразования. В итоге в производство был внедрён двигатель марки Д-160, до сих пор встречающийся в эксплуатации. Стоит упомянуть и выпускавшиеся долгое время шестицилиндровые варианты дизелей ЧТЗ марок 6КДМ-50Т (как вариант КДМ-46) и Д-180 (как вариант Д-108) для тракторов БАЗ. Примерно такой путь развития прошли почти все советские дизели, например СМД.

Однако, в конце 1960-х гг. конструкторы пришли к выводу, что грядущее освоение принципиально новых семейств и видов тракторной техники в СССР потребует применения дизелей абсолютно новых конструкций, созданных и разработанных с чистого листа, без оглядки на дизели прошлых поколений и иностранные марки. В итоге был разработан перспективный типаж дизелей для нового семейства тракторов общего назначения и для осваивающихся в Челябинске сверхмощных тракторов промышленного назначения, выпуск которых должен был начаться в Чебоксарах. Таким образом, появляются V-образные двигатели СМД с индексами 60 и 62 и двигатели воздушного охлаждения мощностью 220, 330 и 500 л.с.. Во многом, это были совершенные и современные двигатели, на уровне лучших зарубежных образцов. Однако, предстоял ещё долгий путь освоения и доводки реальных образцов. Двигатели воздушного охлаждения для советских дизелистов не были в новинку – к тому времени подобные моторы успешно эксплуатировались на тракторах малой мощности, компрессорах и дорожных катках. Однако, это были моторы рассчитанные совсем на другие режимы работы. Поэтому, для создания и внедрения сверхмощных дизелей воздушного охлаждения пришлось мобилизовать огромный потенциал отечественной школы дизелестроения. Новые двигатели отвечали всем требованиям, предъявляемым тракторным моторам, работающим в условиях экстремальных перегрузок, свойственных промышленным тракторам. Воздушное охлаждение мотора было выбрано не случайно – для этого были веские основания. Это был первый столь мощный двигатель с воздушным охлаждением в истории отечественного тракторостроения. Сознательный отказ от системы жидкостного охлаждения был вызван тем, что в условиях Севера и Дальнего Востока, где и предстояло в основном работать трактору, двигатель с воздушным охлаждением более предпочтителен – исключалась, как минимум, главная угроза в виде разморозки блока цилиндров и облегчался запуск при температуре окружающей среды до минус 40С. Кроме того, двигатель воздушного охлаждения более компактен, легче в обслуживании и имеет гораздо меньшую массу.

Организовать охлаждение дизельного мотора воздушными потоками – дело довольно сложное. Главная сложность заключается в том, что бы организовать поток охлаждающего воздуха от вентилятора максимально эффективно, без застойных и необдуваемых зон, в которых возможны местные перегревы. Поэтому проточной части конструкторы уделили особое внимание. Для этого на двигатель 8ДВТ-330 смонтировали девятилопастный осевой вентилятор нагнетающего типа с направляющим аппаратом с приводом от шестерен через гидромуфту. Гидродинамическая муфта внедрена для автоматического поддержания наиболее благоприятного теплового режима. Диаметр лопастей вентилятора – 550 мм, а его производительность – 13 000 м2/час! Система очистки засасываемого в цилиндры дизеля воздуха – двухступенчатая, с циклоном и фильтром с бумажными элементами. Другая особенность дизеля – это наличие газотурбинного наддува.  Применяемый турбокомпрессор марки ТРК-11Н создавал давление 1,7-1,8 кгс/см? (0,17-0,18 Мпа). Основа двигателя – V-образный блок с развалом 90 град. с восемью цилиндрами. Степень сжатия 14,5. Эксплуатационная мощность мотора – 330 л.с., номинальная стендовая – 360 л.с. при 1850 об/мин. Максимальный крутящий момент – очень важный показатель для тракторного дизеля - 105 кгс·м. Масса сухая – 2550 кг. Габаритные размеры, мм: 2230 х 1150 х 1465. Срок службы – 6000 моточасов. Система питания дизеля забирала топливо из бака емкостью 670 литров, расположенного сзади трактора, с правой стороны. Производство нового мотора организовали в Волгограде, откуда и поставляли его в Чебоксары для монтажа на тракторы Т-330 и ТТ-330. Дальнейшие попытки усовершенствования дизеля 8ДВТ-330 привели к появлению более мощного мотора с индексом 8ДВТ-400.

Перспективы дальнейшего тракторного двигателестроения вероятно продолжатся в русле снижения токсичности отработавших газов, дальнейшего повышения мощности при снижении потребления горючего и собственной массы, внедрением высокоточных электронных систем управления рабочими процессами в двигателях. Будут возобновлены или продолжены работы по внедрению газотурбинных силовых установок, перевода части двигателей на альтернативные виды топлива. Однако, дизель-моторы ещё долго будут использоваться как главные силовые элементы тракторной техники. Ведь запас модернизации дизельных двигателей исчерпан примерно лишь на 50%.

Что бы представить то огромное значение, которое сыграло тракторное двигателестроение в жизни нашей страны и в прогрессе всего человечества, следует просто напомнить, что для оснащения различных видов техники энергетическими установками были выбраны именно тракторные дизели. Причина проста – именно они максимально соответствуют всем тем параметрам и нелёгким условиям труда, в которых обычно работают землеройные, военные, сельскохозяйственные, железнодорожные и другие машины. Простым примером могут послужить отечественные дизели ЧТЗ, СМД или Алтайдизель – эти тракторные моторы устанавливались на экскаваторы, автогрейдеры, дизель-генераторы, компрессоры, краны, комбайны, насосы, дорожные катки и многое другое. Если называть более конкретные модели двигателей, оказавших наибольшее влияние на прогресс и развитие машиностроения и других отраслей народного хозяйства, то следует выделить тракторные дизели марок Д-108, Д-37, СМД-14, 8ДВТ-330, Д-240, А-01 и их модификации. У истоков же отечественного тракторного двигателестроения стояли такие великие учёные как Н.Р.Бриллинг, Б.С.Стечкин, А.С.Орлин, В.И.Гриневецкий, Е.К.Мазинг и их фундаментальные труды и исследования теории работы тепловых двигателей. Поистине – дизель это двигатель прогресса!

Марка двигателя Применяемость Номинальная мощность; л.с. Расположение цилиндров Количество цилиндров
Д-108 Тракторы ЧТЗ, экскаваторы, краны, дизель-генераторы, компрессоры, автогрейдеры, дробилки и др. 108 Р 4
Д-160 / Д-130 Тракторы ЧТЗ, экскаваторы 160 / 140 Р 4
Д-37 / Д-144 Тракторы ЛТЗ, дорожные машины, дизель-генераторы и др. 40 / 60 Р 4
ЯМЗ-238 Тракторы Кировец, грузовики КрАЗ и МАЗ, краны, экскаваторы, скреперы и др. дорожные машины 180 - 300 V 8
ЯМЗ-240 Тракторы Кировец, грузовики БелАЗ, скреперы и др. 300 - 500 V 12
8ДВТ-330 Тракторы ЧЗПТ 330 V 8
СМД-14 Тракторы ХТЗ, ОТЗ и ВгТЗ, краны, погрузчики, экскаваторы и др. 75 Р 4
А-01 / А-41 Тракторы АТЗ и ВгТЗ, краны, погрузчики, экскаваторы и др. 110 / 90 Р 6 / 4
Д-240 Тракторы МТЗ и ЮМЗ, грузовики ЗиЛ и ГАЗ, экскаваторы, дорожные машины и др. 75 Р 4

На страницу "Тематические статьи"

Автор сайта будет признателен за любую информацию и фотографии. E-mail: Techstory@mail.ru


Copyright © 2002-2016 TechStory.ru

Главная