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 |
|