Історія створення тракторних двигунів

Міністерство освіти, науки, молоді та спорту України

Національний технічний  університет

«Харківський політехнічний  інститут»

 

 

 

 

 

 

Реферат

З історії науки і  техніки

Тема: «Історія створення  тракторних двигунів»

 

 

 

 

 

 

 

Виконав студент гр. ТМ-19

Свірідов А.А.

Перевірив: Понеділок  І.С.

 

 

 

 

 

 

 

Харків, 2012

Зміст

1. Вступ……………………………………..3
2. Історія розвитку тракторних двигунів…5
3. Висновки………………………………..12
4. Список використанної літератури…….14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

История любого трактора неразрывно связана с историей его двигателя. Так, первый паровой двигатель на первом паровом тракторе был установлен в 1868 году. Но эта модель еще не могла быть названа сельскохозяйственной, так как она использовалась в основном для перевозки грузов. Она представляла собой небольшой локомотив, который управлялся при участии одного человека и весил около 5 тонн. И только в 1879 году был разработан паровой трактор, который хотя бы отдаленно напоминал современный. Это был очень популярный в то время Гаррет 4CD. 
 
На смену Гаррету пришли первые трактора с бензиновыми двигателями. Первый такой экземпляр был представлен миру в 1887, а уже в 1892 году Джон Фроелич впервые применил такой трактор в сельском хозяйстве для сбора урожая при помощи его молотильного аппарата, приспособив бензиновый двигатель на шасси Робинсона. Это была первая модель трактора, которая с успехом работала на бензиновом топливе. Массовое производство тракторов с бензиновыми двигателями осуществлялось на заводе Генри Форда, в то время они назывались автомобильными плугами. 
 
В 1904 была внедрена новая модель трактора Хартоса, которая работала на примитивном мультицилиндрическом двигателе, благодаря чему у машины был более плавный ход. Эти тракторы стали очень популярны, некоторые предприятия, выпускавшие молотильное оборудование, в дальнейшем перешли на производство только тракторов. Тракторная промышленность стала одной из наиболее выгодных и прогрессивных. 
 
Мощность моделей продолжала увеличиваться, и уже очень скоро мир увидел тракторы модели «Большой 4» с огромным двигателем на 4 цилиндра. Но, начиная с 1920 года, фермеры перестали увлекаться крупными тракторами и стали переходить на более легкие и подвижные. Поэтому четырехцилиндровая модель не успела заслужить большой популярности в сельском хозяйстве. 
 
В первые годы после Великой отечественной войны перед всей промышленностью и сельским хозяйством Советского Союза стояла одна большая задача – вывести все показатели работы на довоенный уровень, а затем превысить его. Это коснулось и машиностроения, в частности, выпуска тракторов. Многим заводам были даны свыше новые поручения. 
 
Так, Минский тракторный завод получил задание, согласно которому он должен был начать массовый бесперебойный выпуск новой модели гусеничных тракторов «Кировец КД-35» для нужд сельского хозяйства, которая была изначально сконструирована совместно специалистами Липецкого тракторного завода и Всероссийского научно-исследовательского автотракторного института «НИТИ». В основном трактор был предназначен для выполнения общих, а не каких-либо специфических целей. Было предусмотрено его использование вместе с различными прицепными устройствами, такими как плуг, дисковые и другие бороны, сеялки. На тракторе был также установлен задний вал отбора мощности и приводной шкив для установки сноповязалки, косилки, безмоторного комбайна и привода стационарной техники. 
 
Наиболее сложной задачей, связанной с выпуском нового вида тракторов, для завода стало освоение производства пускового типа двигателей. Для того, чтобы наладить их выпуск, было необходимо выполнение до 700 разных действий на различных станках. Но завод справился с поручением и уже к 31-ой годовщине Октябрьской Революции из его цехов вышел первый двигатель ПД-10. 
 
Дальше темпы производства нарастали с большой скоростью. К началу 1949 г. завод собрал уже больше 5008 двигателей пускового типа, а в 1950 г. общее их количество достигло 23107. Одновременно завод осваивал производство дизельных двигателей. Эта веха стала одной из самых замечательных и блестящих в истории отечественного тракторостроения.

 

История развития тракторных двигателей

 

 

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%.

Выводы

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!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список літератури:

 

1. Л.М. Бєссов «Історія науки і техніки»
2. Курс лекцій з дисципліни «Історія науки і техніки»
3. Матеріали кафедри ДВЗ НТУ ХПІ: http://www.kpi.kharkiv.edu/diesel/