5 Общая компановка тракторов

Компоновка трактора или автомобиля - относительное размещение основных агрегатов и рабочего оборудования, отвечающее их функциональному назначению и позволяющее использовать трактор или автомобиль с наибольшей эффективностью.  

Компоновка сельскохозяйственных тракторов подразделяется на традиционную и нетрадиционную.

Универсально - пропашные и универсальные колесные тракторы имеют наиболее распространенную традиционную (классическую) компоновку с передним расположением двигателя, последовательным рядным расположением агрегатов трансмиссии, задним расположением кабины, управляемыми передними колесами с диаметром значительно меньше диаметра задних (рис. 1.3,а). Трансмиссию (сцепление, КП и задний мост) выполняют в одном блоке и жестко соединяют с двигателем. При такой компоновке до 70...75% массы трактора в статическом положении приходится на задние ведущие колеса, которые обеспечивают тяговое усилие трактора, передние ведущие колеса (если их привод предусмотрен конструкцией) выполняют вспомогательную роль при работе на влажной рыхлой почве.

Такую компоновку имеют все тракторы России и стран СНГ классов 0,6…1,4 (Т-25А; Т-30А80; ЛТЗ-55; ЮМЗ-6; МТЗ-80/82; МТЗ100/102).

За последние годы классическая компоновка претерпела модернизацию. Появилась так называемая улучшенная классическая компоновка (рис. 1.3,б). Отличие данной компоновки трактора от классической состоит в следующем:

-                    увеличена доля массы трактора, приходящейся на передний ведущий мост с 25...30% до 35...40%;  

-                    увеличен типоразмер шин передних ведущих колес; 

-                    передний портальный мост заменен на более мощный автомобильного типа; 

-                    угол поворота передних управляемых колес для повышения маневренности увеличен до 50...55^о; 

-                    устанавливается переднее навесное  устройство.

Такую компоновку имеет новый колесный трактор ВК-170 класса 3, разработанный ОАО «НАТИ» совместно с ВгТЗ. 

Колесные сельскохозяйственные тракторы общего назначения 4К4б (рис. 1.3,в) имеют переднее расположение двигателя, кабина размещена за двигателем (ближе к середине колесной базы), передние и задние колеса одинакового размера и грузоподъемности, жесткую или шарнирно сочлененную раму. За кабиной имеется свободное пространство для установки емкостей или другого технологического оборудования. На передний мост приходится 55...60% массы  трактора. Такую  компоновку  имеют  тракторы класса 3 и 5 (Т-150К, Т-151К,  К-701М, К-734, К-744).

Нетрадиционной компоновкой отличаются самоходные шасси, тракторы со свободным обзором, интегральные тракторы.

Рис. 1.3. Типы компоновок колесных сельскохозяйственных тракторов:

а - классическая; б - улучшенная классическая; в - с шарнирной рамой; г - тракторное самоходное  шасси;  д – трактор  со свободным  обзором; е - несущее самоходное шасси; ж, з - интегральные тракторы

Самоходные шасси (рис. 1.3,г) по компоновке занимают особое место среди универсальных тракторов. Тракторное самоходное шасси характеризуется тем, что двигатель, трансмиссия, пост управления с кабиной образуют единый блок, расположенный над задним мостом шасси, передняя часть представляет свободную раму для установки кузова или  навески  машин и  орудий. Для самоходных шасси Т-16МГ, выпускаемых Харьковским заводом тракторных самоходных шасси, характерно заднее расположение двигателя за кабиной, а для шасси, выпускаемых фирмой Фендт (Германия), - горизонтальное расположение двигателя перед кабиной в межбазовом пространстве.

Тракторы со свободным обзором (рис. 1.3,д) предложены фирмой Фендт в начале 90-х г. как промежуточная компоновка между самоходным шасси и интегральным трактором, направленная на увеличение роли переднего ведущего моста в реализации тягового усилия, на увеличение массы орудий, навешиваемых спереди.

Несущее многоцелевое самоходное шасси (рис. 1.3,е) предназначено для агрегатирования с уборочными машинами (силосоуборочным и свеклоуборочным комбайнами и др.) и орудиями общего назначения (передне- и задненавесной плуг, культиваторы), что увеличивает его годовую загрузку. Рама шасси может быть цельной или состоять из двух полурам, соединенных вертикальным шкворнем. Для улучшения управляемости шасси передняя полурама может быть выполнена несколько короче задней. Кабина имеет возможность перемещаться вдоль продольной оси, что улучшает обзорность и облегчает навеску орудий и машин от почвообрабатывающих до уборочных.

Модульная компоновка агрегатов двигателя и трансмиссии обеспечивает свободный доступ к ним для технического обслуживания и ремонта.

Интегральная компоновка (рис. 1.3,ж) появилась на современных моделях сельскохозяйственных тракторов. Основными ее признаки являются: 

-                    наличие трех зон свободного пространства (передней, средней,  задней) для установки орудий или технологических емкостей; 

-                    наличие разветвленной системы ВОМ; 

-                    переднее или центральное расположение кабины с круговым обзором; 

-                    четыре ведущих и управляемых колеса одинакового размера; 

-                    наличие разветвленной гидросистемы управления орудиями; 

-                    реверсирование хода трактора; 

-                    высокие тягово-сцепные и транспортные качества;   - необходимый запас мощности  двигателя. 

Эта  компоновка способствует более тесному функциональному объединению трактора с машинами и орудиями. 

“ Симметричная ” интегральная компоновка (рис. 1.3,з) еще в большей степени отвечает требованиям по возможности агрегатирования трактора с машинами и орудиями.

Гусеничные сельскохозяйственные тракторы общего назначения имеют переднее расположение двигателя и сцепления. Коробка передач и задний мост расположены сзади и соединены с двигателем карданным валом (рис. 1.4,а).  Кабина расположена сзади над ведущими колесами (звездочками). Такая компоновка обеспечивает в статике некоторое смещение центра давления вперед относительно середины опорных поверхностей гусениц и характерна для отечественных тракторов ДТ-75М, ДТ-175М и Т-4А.

Рис. 1.4 Расположение агрегатов в гусеничном сельскохозяйственном тракторе общего назначения

1- радиатор;  2- выхлопная труба; 3 - вентилятор; 4- двигатель; 5- воздухозаборник; 6 - сцепление; 7 - карданная передача; 8- КП; 9 - задний мост; 10- навесная система; 11- редуктор ВОМ

У этих тракторов возможно другое взаимное расположение агрегатов, когда двигатель, сцепление и коробка передач расположены в передней части трактора, а крутящий момент к заднему ведущему мосту передается через карданные передачи (рис. 1.4,б).

Компоновка промышленных тракторов отличается большим разнообразием и определяется назначением и условиями работы машины.

Традиционная компоновка гусеничного промышленного трактора общего назначения характеризуется передним  расположением двигателя, средним - кабины и задним - агрегатов заднего моста. Все сборочные блоки установлены на раме или полураме, к передней части которой крепят ось шарнира балансирной балки или рессоры, концами опирающейся на рамы гусеничных тележек. Тракторы с такой компоновкой оснащены защитными каркасами (устройствами, защищающими тракториста соответственно при опрокидывании трактора и от падающих предметов) или кабинами с защитными каркасами.

Подобную компоновку имеют отечественные промышленные тракторы Т-130М, Т-170М, Т-10, а также их зарубежные аналоги.

Компоновка промышленного трактора с треугольным гусеничным обводом (рис. 1.5) предложена фирмой “Катерпиллар” вначале для тяжелых тракторов, затем для  промышленных  тракторов  средней  мощности  и  для сельскохозяйственных общего назначения. Треугольный обвод гусениц обеспечивает ряд преимуществ: 

-                    конечные передачи и механизм поворота не подвержены воздействию вертикальной ударной нагрузки, вызываемой контактом ведущего колеса с почвой; 

-                    центр масс смещен ближе к передней части машины, что облегчает заглубление отвала бульдозера; 

-                    наличие увеличенной опорной поверхности сзади за осью ведущего колеса предотвращает подъем передней части трактора при больших тяговых нагрузках.

Рис. 1.5. Компоновка тракторов с треугольным гусеничным обводом:
  1 - отвал бульдозера; 2 -гидроцилиндры, 3 - радиаторы и вентилятор; 4 - механизм поворота и конечные передачи, 5 - центральная передача, б - коробка передач, 7 - карданный вал; 5 - гидротрансформатор; 9 - двигатель

При такой компоновке применен блочно-модульный принцип построения сборочных единиц (рис. 1.6), т.е. все основные узлы (двигатель, КП, механизм поворота, конечные передачи) выполнены в виде отдельных легко демонтируемых и монтируемых модулей.

Рис. 1.6. Конструктивная схема трактора с треугольным гусеничным обводом: 1 – конечная передача с ведущим колесом; 2, 5 -механизм поворота; 3 – главная передача; 4 – КП

Конструктивной особенностью болотоходных тракторов являются увеличенные размеры движителя из-за уширения гусеницы и увеличения продольной базы, например, за счет принудительного опускания направляющего колеса. 

Рис. 1.7. Компоновки гусеничных трелевочных тракторов:
а - со щитом; 6 - с челюстным погрузчиком, 1 - толкатель, 2 - кабина, 3 - двигатель; 4 -Пфбедка, 5 - коробка передач; 6 - карданный вал; 7 - задний мост, 8 - ведущее колесо, 9 - гидроманипулятор

Колесные лесопромышленные тракторы в нашей стране получили ограниченное распространение. Их создают на базе тракторов 4К4б, имеющих свободное пространство за кабиной.

Условиям использования колесных лесопромышленных машин с различным технологическим оборудованием наиболее полно отвечают компоновки многоосных тракторов 6К6, 8К8, имеющие большую грузоподъемность, более высокие тяговые показатели и лучшую проходимость за счет меньшего, чем у тракторов традиционных компоновок давления на грунт и глубины колеи.  

Лесохозяйственные тракторы работают с лесными плугами, культиваторами, корчевателями, лесопосадочными машинами, покровосдирателями и фрезами, а также как трелевочные на рубке леса.  

Компоновка гусеничных лесохозяйственных тракторов практически не отличается от компоновки лесопромышленных тракторов и позволяет получить различные модификации, в том числе для работы на грунтах с малой несущей способностью.

Рис 1.8 Компоновочные схемы лекговых автомобилей

а - классическая; б - заднемоторная; в - центральномоторная; г, д - переднеприводные; е, ж, з – полноприводные; 1 - двигатель; 2 - сцепление; 3 - КП; 4 - карданная передача; 5 - промежуточная опора карданной передачи; 6 – центральная (главная) передача; 7 - привод ведущих колес; 8 - раздаточная коробка; 9 - коробка отбора мощности

Компоновочную схему с задним расположением двигателя и ведущих колес называют заднемоторной (рис. 1.8,б). При такой компоновочной схеме несколько уменьшается общая масса автомобиля, однако задние колеса оказываются перегруженными, возникают проблемы с отоплением салона и обдувом ветрового стекла, уменьшается объем багажного отделения. Двигатель 1 вместе со сцеплением 2, КП 3 и центральной (главной) передачей 6 образует силовой агрегат, который может быть расположен как вдоль оси автомобиля, так и поперек. Данная компоновочная схема, не оказывая заметного влияния на эксплуатационные качества, позволяет уменьшить длину автомобиля. 

Последовательность передачи крутящего момента через механизмы трансмиссии не зависит от компоновочной схемы, однако устройство узлов и агрегатов непосредственно с ней связано. Так, например, в схеме, изображенной на рис. 1.8,б, картер центральной (главной) передачи находится между картерами сцепления 2  и КП 3, тогда как крутящий момент от двигателя 1 последовательно проходит через сцепление 2, КП 3 и главную передачу 6. При такой компоновочной схеме картер центральной (главной) передачи 6 должен предусматривать наличие проходящего через него вала, соединяющего сцепление 2 с КП 3. Кроме того, входной и выходной валы КП должны проходить через отверстия с одной и той же стороны ее картера, тогда как при классической компоновочной схеме трансмиссии (рис. 1.8,а) они выходят с разных сторон КП.   

При заднемоторной компоновочной схеме двигатель легкового автомобиля может располагаться за задней осью, над ней или перед ней. В последнем случае (рис. 1.8,в) компоновочную схему иногда называют центральномоторной . Наиболее часто заднемоторные компоновочные схемы применяются на гоночных автомобилях. 

Переднеприводная компоновочная схема позволяет обеспечить примерно такое же снижение общей массы автомобиля по сравнению с классической компоновочной схемой, как и заднемоторная, но теперь перегруженными оказываются передние колеса. Однако при такой схеме улучшаются управляемость и устойчивость автомобиля, имеется возможность увеличить объем багажного отделения. В наибольшей степени эти эффекты могут быть достигнуты при поперечном расположении двигателя (рис. 1.8,г), однако часто его располагают и продольно (рис. 1.8,д). В последнем случае снимаются ограничения на длину двигателя, удается унифицировать валы привода ведущих колес и упрощается создание полноприводной версии конструкции. В настоящее время существует устойчивая тенденция к расширению применения переднеприводной компоновочной схемы на автомобилях особо малого, малого и среднего классов. 

Полноприводная компоновочная схема до недавнего времени использовалась только на автомобилях повышенной проходимости, конструкция которых предполагает возможность эксплуатации на неусовершенствованных (грунтовых) дорогах. При этом двигатель располагался продольно в передней части кузова, а распределение крутящего момента между ведущими мостами происходило обычно с помощью раздаточной коробки (рис. 1.8,е). Однако в последнее время полноприводная компоновочная схема стала применяться и на автомобилях ограниченной проходимости, что обусловлено стремлением к наиболее полной реализации возможностей устанавливаемых на них мощных двигателей. Максимально возможная (равная массе автомобиля) сцепная масса полноприводного автомобиля позволяет реализовывать на колесах суммарно большую силу тяги, что особенно важно при плохих условиях сцепления колес с дорогой (в дождь или гололедицу). Такие автомобили обычно делают на базе переднеприводных, в которых двигатель может располагаться как вдоль (рис. 1.8,ж), так и поперек (рис. 1.8,з) автомобиля, а распределение крутящего момента происходит без раздаточной коробки (например, с помощью вязкостной муфты). 

Компоновочные схемы грузовых автомобилей наряду с колесной формулой и типом привода принято различать по расположению двигателя и кабины (рис. 1.9). Поскольку двигатель на большинстве грузовых автомобилей установлен в передней части остова, различают три компоновочные схемы: капотную, полукапотную и бескапотную (кабина над двигателем).

Капотная компоновочная схема (рис. 1.9,а) обеспечивает меньшую высоту автомобиля, упрощение механизмов управления двигателем и трансмиссией и лучшую пассивную безопасность (при лобовом ударе моторный отсек выполняет энергопоглощающие функции). Однако при такой компоновочной схеме ухудшена обзорность (имеется большая, закрываемая капотом «мертвая зона» перед автомобилем) и слишком большая доля длины автомобиля занята кабиной и моторным отсеком.  

Если кабину несколько приподнять и надвинуть на моторный отсек, то можно получить полукапотную компоновочную схему (рис. 1.9,б). Такая компоновочная схема позволяет увеличить объем кузова, однако доступ к двигателю становится более затрудненным. 

Установка кабины над двигателем позволяет получить беска потную компоновочную схему (рис. 1.9,в). При этом для

Рис. 1.9. Компоновочные схемы грузовых автомобилей общего назначения:

Расположение двигателя вдоль продольной оси грузового автомобиля бескапотной компоновочной схемы может достаточно сильно различаться, что связано с необходимостью обеспечения желаемого распределения нагрузок по осям. Так, при необходимости увеличения нагрузки на переднюю ось двигатель располагают очень близко к переднему концу остова, и он находится практически под кабиной (рис. 1.9,в). Если же нагрузку на переднюю ось нужно понизить, двигатель сдвигается назад и он может частично или полностью оказаться под кузовом. Такие компоновочные схемы часто используют на легких (рис. 1.9,г) или, наоборот, очень тяжелых грузовых автомобилях. 

 Часто легкие грузовые автомобили делают на базе легковых. В этом случае их компоновочную схему оценивают теми же терминами, что и у легковых автомобилей. Например, автомобиль может быть переднеприводным (рис. 1.9,д).

Рис. 1.10. Схемы трансмиссий грузовых автомобилей различных  колесных формул:

Наиболее простой вариант трансмиссии имеют автомобили колесной формулы 4×2 (рис. 1.10,а). Если двухосный грузовой автомобиль имеет колесную формулу 4×4 (рис. 1.10,б), то для распределения крутящего момента между передними и задними колесами практически всегда используется раздаточная коробка 7. 

Автомобили колесной формулы 6×4 могут также иметь раздаточную коробку 7 (рис. 1.10,в), тогда как при других схемах трансмиссии она может и отсутствовать (рис. 1.10,г). 

Специальные полноприводные многоосные автомобили часто имеют схемы трансмиссии с бортовым распределением мощности. При этом в одних схемах для этого используется раздаточная коробка 7 (рис. 1.10,ж), а в других схемах (рис. 1.10,з) предусматривается наличие на автомобиле двух двигателей 1.  

Рис. 1.11. Варианты расположения двигателя автобуса

При расположении двигателя в передней части кузова (рис. 1.11,а) и большой длине автобуса усложняется подвод крутящего момента к задним ведущим колесам. Поэтому компоновочная схема с передним расположением двигателя получила распространение на небольших автобусах. 

Пространство кузова используется более эффективно при расположении двигателя под полом между передней и задней осями (рис. 1.11,б). Однако при такой схеме нужен двигатель с небольшими вертикальными габаритами (этого можно достичь при горизонтальном расположении цилиндров поршневого двигателя), и даже при этом уровень пола поднимается, что затрудняет посадку и высадку пассажиров. Кроме того, здесь значительно затрудняется доступ к двигателю.  

Самая малая высота уровня пола может быть достигнута, если расположить двигатель вне колесной базы рядом с ведущим мостом, то есть использовать переднеприводную или заднеприводную компоновочные схемы. 

Существуют даже конструкции сочлененных автобусов с таким расположением двигателя (их называют автобусами с толкающей секцией). Смещение продольно расположенного двигателя к борту, противоположному тому, где находятся двери пассажирского салона (рис. 1.11,г), позволяет увеличить размеры накопительной площадки и понизить уровень пола.