Історія тракторного двигунобудування
WWW.TECHSTORY.RUСайт про механічні екскаватори, стару будівельну, авто- та залізничну техніку
| Історія тракторного двигунобудуванняА.Круглов |
Подальший розвиток тема застосування паросилових установок на тракторах отримала наприкінці 19 століття, коли талановитий селянин Ф. А. Блінов, сконструювавши свій трактор, оснастив його паросиловою машиною, яка наводила трактор у дію. Однак, надалі, з'ясувалося, що парові двигуни мають масу негативних моментів, як то: тихохідність, неекономічність, великі маси та габарити.
Приблизно в цей же період, у 1879 році, капітан українського флоту О.С.Костович, сконструював і випробував двигун внутрішнього згоряння із зовнішнім способом сумішоутворення – прообраз карбюраторного двигуна із запаленням електричним розрядом, який і став на перший час наймасовішою та найзастосованішою енергетичною машиною у тракторобудуванні. На жаль, через безліч негативних обставин і слаборозвиненої промисловості на той час в Україні, багато робіт зі створення силових установок і самих тракторів не набули поширення та розвитку. Тому слід дещо розсунути рамки історії вітчизняного машинобудування та розглянути шляхи розвитку двигуна та тракторобудування в інших розвинутих країнах. Подальшим розвитком теми двигунів внутрішнього згоряння стала розробка німецького вченого Р. Дизеля. У 1893 році він запропонував конструкцію двигуна внутрішнього згоряння із самозайманням палива від стиснення. Однак, початкова конструкція була ще далека від ідеалу - двигун працював на гасі, а розпил палива здійснювався стисненим повітрям, що потребувало компресора. Через декілька років,українські інженери Г.В.Трінклер та Я.В.Мамін провели роботу з удосконалення двигуна Дизеля, внаслідок чого впорскування палива в циліндр стало здійснюватися спеціальним пристроєм. Приблизно в такому вигляді двигун Дизеля знайшов масове застосування в техніці, в тому числі і в тракторобудуванні.
Потужний розвиток тракторобудування, а разом і з ним двигунобудування, отримало в США на початку 20-го століття, що вплинуло на подальший розвиток тракторобудування і в інших країнах, у тому числі і в СРСР. Спочатку, як силові агрегати застосовувалися вже добре освоєні парові машини і двигуни внутрішнього згоряння, що освоюються і постійно вдосконалюються, з зовнішнім сумішоутворенням для роботи на гасі, лігроїні, бензині в якості палива. Довгий час, тракторні фірми США та Європи випускали трактори, розраховані для робіт у сільському господарстві, що обмежувалося їх граничною потужністю приблизно 60 к.с. Однак, у 1931 році фірма Caterpillar освоює масове виробництво власної моделі принципово нового двигуна в тракторній промисловості – дизеля, що дало новий поштовх до подальшого розвитку та вдосконалення тракторної техніки. Саме цю подію можна вважати датою зародження цілої галузі розвитку потужних тракторів промислового призначення. У подальший період, з 1930-х років. і до нашого часу, спостерігається безперервне зростання потужності тракторних двигунів. Досягалося це шляхом впровадження газотурбінного наддуву (вперше масово це нововведення було впроваджено фірмами Caterpillar та Hanomag), збільшенням розмірів та кількості циліндрів, збільшенням кількості обертів колінчастого валу. Саме більша енергонасиченість дала можливість оснащувати трактори навісними знаряддями великої ваги, реалізовувати великі тягові зусилля та відбиратипотужність моменту, що крутить, для приводу активних робочих органів. Однак, незважаючи на оптимальні характеристики застосування дизельних двигунів для тракторної техніки, тривалий час у країнах Заходу, аж до 1970-х років. застосовувалися масово карбюраторні двигуни, щоправда, лише на легких машинах сільськогосподарського призначення для індивідуальних власників. Не зайвим буде згадати і той факт, що значна кількість тракторних двигунів у США була розрахована на роботу на зрідженому газі. Так само, інтерес представляють досвідчені роботи з впровадження газотурбінних двигунів у тракторосторіння. Найбільший внесок у розвиток світового тракторного двигунобудування зробили фірми Caterpillar, Perkins, Ford Motor, International, Dietz, Allis-Chalmers, Cummins.
Однак, слід знову повернутися до того, в якому напрямку розвивалося вітчизняне двигунобудування. За довгі роки розвитку, тракторне двигунобудування в СРСР накопичило великий досвід і було створено вітчизняну наукову базу, засновану як на суто вітчизняних розробках, так і з огляду на двигуни іноземних фірм. Почавши в 1918 році з виробництва та впровадження малопотужних гасових або навіть працюючих на чистій нафті (у трактора Карлик) двигунів, радянська тракторна промисловість впевнено перейшла в 1937 на повномасштабне серійне виробництво тракторних дизельних двигунів на ЧТЗ. Звичайно, не секрет, що цей двигун, як і його попередник М-17, який працював на легоїні, створювалися з огляду на двигуни фірми Caterpillar. І хоча, в період до 1950 року було освоєно у виробництві ще три типи тракторних дизелів Д-35, Д-54 та КДМ-46 потужністю відповідно 37, 54 та 93 к.с., ще довгий час можна було зустріти трактори з карбюраторними двигунами або дуже рідкісними –газогенераторними. Однак, незважаючи ні на що, дизель показав себе як перспективний силовий агрегат, і його повсюдне впровадження обіцяло лише позитивні моменти в галузі тракторобудування і не тільки. В результаті, в СРСР до 1960 дизельний двигун був поза конкуренцією і впевнено зайняв свої позиції. Вже до середини 1950-х років. у СРСР було припинено випуск карбюраторних тракторних двигунів. А до 1965 року випуск тракторних дизелів становив приблизно 300 000 одиниць, далеко залишивши позаду аналогічну галузь у навіть Європі! Основними характеристиками радянських тракторних дизелів були простота конструкції, надійність, низька вартість виробництва та експлуатації, невибагливість. Всі ці дизелі працювали за чотиритактною схемою циклу. Але, не зайвим буде нагадати, що тракторна промисловість використовувала у виготовленні ряду машин та дизелі з боку, отримуючи їх від інших відомств та міністерств, наприклад Ярославські дизелі ЯМЗ-236, 238, 240… В основі ж челябінського дизеля В-30 лежала конструкція танкового дизеля В-2.
Тут слід зупинитись на основних конструкційних особливостях вітчизняних дизелів. Зважаючи на те, що тракторні двигуни постійно вдосконалювалися і нарощували свою потужність, відповідно, відбувалася зміна в конструкціях, впроваджувалися оригінальні та цікаві нововведення та рішення конструкторів-дизелістів. Найпростіше простежити еволюцію розвитку тракторних двигунів в нашій країні на прикладі простих і наднадійних чотирициліндрових моторів виробництва ЧТЗ, які ведуть свій родовід з самого заснування заводу, а можливо і з прообразу у вигляді першого дизеля Caterpillar. Розвиток дизелів ЧТЗ відбувався плавно, постійно зберігалася наступність нової моделі з попередніми, використовувалась велика кількість освоєних деталей таскладальних одиниць. Як правило, багато моделей радянських тракторних дизелів знаходилися у виробництві 12-16 років. Результатом розвитку довоєнного дизеля М-17 став післявоєнний дизель ЧТЗ марки КДМ-46 потужністю 93 к.с.. Надалі цей дизель з підвищенням потужності до 100 л. с. став маркуватись як КДМ-100. Обидва ці дизелі мали одну особливість – передкамерне сумішоутворення. Проте, конструкторами на основі КДМ-100 було сконструйовано досконаліший та економічніший двигун марки Д-108 потужністю 108 к.с. з камерою згоряння у поршні. Збереження наступності дизелів ЧТЗ дозволяло легко переробляти дизелі старих марок у нові Д-108 – взаємозамінність деталей це дозволяла. В результаті оптимізації конструкції двигунів ЧТЗ впроваджувалися нові матеріали, велася робота щодо посилення та зміцнення навантажених елементів, при цьому маса двигунів знижувалася, постійно підвищувався моторесурс. З освоєнням більш потужних тракторів у 1960-ті роки на ЧТЗ було проведено роботу з подальшого підвищення потужності та експлуатаційних якостей дизелів Д-108. Для цього в конструкцію двигунів було впроваджено газотурбінний наддув, у результаті потужність двигунів зросла до 140 к.с. та удосконалені двигуни отримали марку Д-130. У свою чергу, через кілька років, був взятий курс на подальше форсування двигуна Д-130 до 160-170 к.с. шляхом збільшення розмірів циліндро-поршневої групи, оптимізацією паливоподачі та сумішоутворення. У результаті у виробництво було впроваджено двигун марки Д-160, який досі зустрічається в експлуатації. Варто згадати і шестициліндрові варіанти дизелів ЧТЗ марок 6КДМ-50Т (як варіант КДМ-46) і Д-180 (як варіант Д-108) для тракторів БАЗ. Приблизно такий шлях розвитку пройшли майже всі радянські дизелі, наприкладСМД.
Проте, наприкінці 1960-х рр. Конструктори прийшли до висновку, що майбутнє освоєння нових сімейств і видів тракторної техніки в СРСР вимагатиме застосування дизелів абсолютно нових конструкцій, створених і розроблених з чистого листа, без огляду на дизелі минулих поколінь і іноземні марки. У результаті був розроблений перспективний типаж дизелів для нового сімейства тракторів загального призначення і для надпотужних тракторів промислового призначення, що освоюються в Челябінську, випуск яких повинен був початися в Чебоксарах. Таким чином, з'являються V-подібні двигуни СМД з індексами 60 і 62 і двигуни повітряного охолодження потужністю 220, 330 і 500 к.с. Проте, мав ще довгий шлях освоєння і доведення реальних зразків. Двигуни повітряного охолодження для радянських дизелістів не були в новинку - на той час подібні мотори успішно експлуатувалися на тракторах малої потужності, компресорах та дорожніх катках. Однак, це були мотори, розраховані зовсім на інші режими роботи. Тому для створення та впровадження надпотужних дизелів повітряного охолодження довелося мобілізувати величезний потенціал вітчизняної школи дизелебудування. Нові двигуни відповідали всім вимогам, що висуваються тракторним моторам, що працюють в умовах екстремальних навантажень, властивих промисловим тракторам. Повітряне охолодження двигуна було обрано не випадково – для цього були вагомі підстави. Це був перший потужний двигун з повітряним охолодженням в історії вітчизняного тракторобудування. Свідома відмова від системи рідинного охолодження була викликана тим, що в умовах Півночі та Далекого Сходу, де й мало бути в основному працювати трактору, двигун зповітряним охолодженням кращий - виключалася, як мінімум, головна загроза у вигляді розморожування блоку циліндрів і полегшувався запуск при температурі навколишнього середовища до мінус 40С. Крім того, двигун повітряного охолодження компактніший, легший в обслуговуванні і має набагато меншу масу.
Організувати охолодження дизельного двигуна повітряними потоками – справа досить складна. Головна складність полягає в тому, щоб організувати потік охолоджуючого повітря від вентилятора максимально ефективно, без застійних і необдувних зон, в яких можливі місцеві перегріви. Тому проточній частині конструктори приділили особливу увагу. Для цього на двигун 8ДВТ-330 змонтували дев'ятилопатевий осьовий вентилятор нагнітального типу з направляючим апаратом з приводом від шестерень через гідромуфту. Гідродинамічна муфта впроваджена для автоматичної підтримки найсприятливішого теплового режиму. Діаметр лопат вентилятора – 550 мм, а його продуктивність – 13 000 м2/година! Система очищення повітря, що засмоктується в циліндри дизеля - двоступінчаста, з циклоном і фільтром з паперовими елементами. Інша особливість дизеля – наявність газотурбінного наддуву. Застосовуваний турбокомпресор марки ТРК-11Н створював тиск 1,7-1,8 кгс/см? (0,17-0,18 МПа). Основа двигуна – V-подібний блок із розвалом 90 град. з вісьмома циліндрами. Ступінь стиску 14,5. Експлуатаційна потужність двигуна – 330 к.с., номінальна стендова – 360 к.с. при 1850 об/хв. Максимальний момент, що крутить, - дуже важливий показник для тракторного дизеля - 105 кгс·м. Маса суха – 2550 кг. Габаритні розміри, мм: 2230 х 1150 х 1465. Термін служби – 6000 мотогодин. Система живлення дизеля забирала паливо з бака ємністю 670 літрів, розташованого позаду трактора, праворуч. Виробництво новогодвигуна організували у Волгограді, звідки і постачали його в Чебоксари для монтажу на трактори Т-330 та ТТ-330. Подальші спроби вдосконалення дизеля 8ДВТ-330 призвели до появи потужнішого мотора з індексом 8ДВТ-400.
Перспективи подальшого тракторного двигунобудування ймовірно продовжаться в руслі зниження токсичності газів, що відпрацювали, подальшого підвищення потужності при зниженні споживання пального і власної маси, впровадженням високоточних електронних систем управління робочими процесами в двигунах. Буде відновлено або продовжено роботи з впровадження газотурбінних силових установок, переведення частини двигунів на альтернативні види палива. Однак, дизель-мотори ще довго використовуватимуться як головні силові елементи тракторної техніки. Адже запас модернізації дизельних двигунів вичерпано приблизно лише на 50%.
Щоб уявити те величезне значення, яке зіграло тракторне двигунобудування в житті нашої країни і в прогресі всього людства, слід просто нагадати, що для оснащення різних видів техніки енергетичними установками було обрано саме тракторні дизелі. Причина проста – саме вони максимально відповідають усім тим параметрам та нелегким умовам праці, у яких зазвичай працюють землерийні, військові, сільськогосподарські, залізничні та інші машини. Простим прикладом можуть стати вітчизняні дизелі ЧТЗ, СМД або Алтайдизель – ці тракторні мотори встановлювалися на екскаватори, автогрейдери, дизель-генератори, компресори, крани, комбайни, насоси, дорожні катки та багато іншого. Якщо називати більш конкретні моделі двигунів, які найбільше вплинули на прогрес і розвиток машинобудування та інших галузей народного господарства, то слід виділити тракторні дизелі марок Д-108, Д-37,СМД-14, 8ДВТ-330, Д-240, А-01 та їх модифікації. Біля витоків вітчизняного тракторного двигунобудування стояли такі великі вчені як Н.Р.Бріллінг, Б.С.Стечкін, А.С.Орлін, В.І. . Воістину дизель це двигун прогресу!