Как работают тракторы?

Если бы у вас была возможность иметь только одно транспортное средство во всем мире, что бы вы выбрали? Многие из нас выбрали бы потрясающий спортивный автомобиль или даже гоночный автомобиль. Некоторые выбрали бы полный привод или пикап. Если бы мне предоставили возможность выбрать абсолютно любое транспортное средство, я думаю, я бы выбрал трактор . Вооруженный мощным дизельным двигателем и огромными толстыми шинами, я мог бы поехать куда угодно и сделать что угодно! Тракторы — действительно удивительные транспортные средства, но вы когда-нибудь задумывались, что делает их такими замечательными? Давайте рассмотрим их поближе!

Фото: Первые тракторы были не более чем заменой сельскохозяйственных животных: все, что они могли делать, это тянуть вещи. Современные тракторы могут делать гораздо больше, потому что у них есть отбор мощности (вращающаяся силовая ось сзади) и передняя и задняя навески (гидравлические подъемники спереди и сзади). Этот John Deere подстригает живую изгородь в Стаффордшире, Англия, с желтым орудием, прикрепленным сзади (Shelbourne Reynolds Powerblade).

Что такое трактор?

Если вы когда-либо застревали за одним из них в медленно движущемся потоке, вы, вероятно, думаете, что трактор — это неприятность, но это вряд ли определение! Слово «трактор» связано с такими словами, как «тяга» и «тяговый», от латинского слова «tractus», что означает тянуть (тянуть): трактор — это, по сути, машина, предназначенная для того, чтобы тянуть что-то, как правило, очень медленно и уверенно.

Фото: Тракторы предназначены как для буксировки тяжелых грузов, так и для приведения в действие навесного оборудования (плуги, прицепы и другие виды машин), прикрепленных сзади. Этот трактор John Deere делает и то, и другое одновременно: трактор приводит в действие оборудование внутри сеноуборочного пресса, который он тянет за собой.

Тракторы имеют большие и мощные дизельные двигатели, как и
бульдозеры, краны, железнодорожные поезда, корабли и другие гигантские машины. Теоретически это означает, что они должны быть способны двигаться невероятно быстро, как спортивные автомобили. Но в тракторе мощность двигателя предназначена для использования совершенно иным образом: для буксировки больших и тяжелых грузов. Это возможно благодаря коробке передач трактора, которая преобразует высокоскоростные обороты мощного дизельного двигателя в гораздо более медленные обороты колес, увеличивая силу, которую трактор может использовать для буксировки вещей одновременно. Если вы хоть что-то знаете о передачах, вы поймете, что невероятная тяговая мощность трактора должна достигаться за счет скорости: если вы когда-нибудь увидите трактор, едущий очень быстро, скорее всего, он не тащит тяжелый груз. Аналогично, если вы застряли за действительно ворчащим трактором, медленно двигающимся по дороге, вы поймете, что двигатель, вероятно, работает на пределе своих возможностей, тянущий груз.

Почему были изобретены тракторы

Тракторы изначально были разработаны для замены рабочих животных, таких как волы и лошади, которых люди использовали для того, чтобы тянуть телеги и плуги с древних времен. Один из пионеров современных тракторов, американский промышленник Генри Форд, получил, по крайней мере, часть своего вдохновения из простого решения придумать что-то лучшее, чем лошадь, для выполнения тяжелой сельскохозяйственной работы.

Фото: Паровой тяговый двигатель, похожий на тот, что вдохновил Генри Форда. Вы можете видеть, что это по сути большой металлический цилиндр на колесах. Цилиндр (окрашенный в красный и золотой цвет) — это место, где вода кипятится для получения пара. Колеса сделаны полностью из металла, со спицами, но без современных резиновых шин.

До появления тракторов лошади значительно облегчали жизнь фермерам, но все, что они могли делать, это тянуть вещи. Поскольку первые тракторы были просто заменой лошадей, тянуть вещи было тем, для чего они в основном и использовались. Эти первые тракторы работали на угле и были известны как паровые тяговые двигатели . Они выглядели как небольшие паровозы с большими, прочными металлическими колесами, способными катиться по дорогам, и впервые появились в конце 19 века. Увидев одного из этих ранних лесозаготовительных зверей, работающих на угле, Генри Форд действительно вдохновился на разработку собственных тракторов. Как он позже вспоминал в своей автобиографии «Моя жизнь и работа»:

«Я был совершенно уверен, что лошади, учитывая все хлопоты по уходу за ними и расходы на кормление, не оправдывают своего содержания. Очевидным
решением было спроектировать и построить паровой двигатель, который был бы достаточно легким, чтобы управлять обычной повозкой или тянуть плуг. Я считал более важным сначала разработать трактор. Избавиться от тяжелой работы на ферме и переложить ее на сталь и двигатели было моей самой постоянной целью».

Подробнее о Генри Форде вы можете прочитать в нашей статье об истории автомобилей.

Фотографии: Взрывы из прошлого: 1) Старый, почти
самодельный трактор. Он настолько примитивен, что вы почти можете увидеть, как все это работает. Посмотрите на рулевое колесо и его тяги, например, или на детали двигателя. Обратите внимание, что задние колеса сделаны со спицами и небольшими клиньями вокруг обода, чтобы копать и цепляться за мягкую землю. 2) Трактор John Deere трехколесного типа. Некоторые тракторы были построены таким образом, с передними колесами, расположенными близко друг к другу, чтобы они могли проезжать через ряды растущих культур, не раздавливая их. Однако они были чрезвычайно неустойчивыми, и эта конструкция больше не популярна сегодня.
Обе фотографии любезно предоставлены Архивом Кэрол М. Хайсмит, Библиотекой Конгресса, Отделом печати и фотографий.

Тяга и приведение в действие

Современные тракторы намного сложнее тяговых двигателей, и они могут делать все виды вещей, хотя их основная работа по-прежнему заключается в том, чтобы тянуть вещи. Тракторы могут тянуть или приводить в действие орудия (сельскохозяйственные машины, такие как плуги, прицепы, пресс-подборщики сена, разбрасыватели навоза и т. д.) тремя различными способами: с помощью простого дышла, с гораздо более сложным трехсторонним креплением, называемым сцепкой, или (если орудию нужна мощность) с помощью механизированного карданного вала, называемого валом отбора мощности.

Дышло

Самый простой способ тянуть такие вещи, как прицепы или фургоны, которые не требуют подъема, — это использовать прочный
стальной стержень, называемый дышлом , который создает надежную, но гибкую связь между трактором и всем, что следует за ним. Что-то вроде прицепа можно прикрепить к дышлу с помощью толстого металлического стержня,
называемого штифтом дышла, удерживаемого на месте металлическим зажимом безопасности. Затем прицеп поворачивается на дышле, так что трактор может легко тянуть его на поворотах, хотя движение задним ходом немного сложнее! Дышло можно вытащить или вставить, закрепить на месте (стационарно) или позволить ему поворачиваться так, чтобы оно качалось из стороны в сторону, позволяя прицепам и вещам поворачиваться позади него более легко. Дышло можно сдвинуть в сторону или вообще снять, если фермер хочет использовать более сложную и надежную форму крепления, называемую сцепкой.

Фото: Сельскохозяйственная техника облегчает выполнение таких работ с
начала XVIII века, когда английский фермер Джетро Талл (1674–1741) произвел революцию в сельском хозяйстве, изобретя первую механизированную сеялку. Современные плуги, такие как тот, что буксируется за этим трактором Massey-Ferguson, были изобретены
примерно столетие спустя кузнецом из Иллинойса Джоном Диром (1804–1886).
Этот плуг поднимается, поднимается и протаскивается по почве с помощью подъемной системы, называемой гидравлической сцепкой, которую изначально придумала Massey-Ferguson.

Сцепка

Все, что лошадь может сделать, это тащить что-то за собой с помощью дышла, что является проблемой, поскольку орудия приходится поднимать и перемещать с одного поля на другое, иногда проезжая по дорогам общего пользования. Современные тракторы обходят это с помощью трехсторонней системы тяги и подъема сзади, известной как сцепка.

Фото: Посмотрите на заднюю часть трактора, и вы увидите сложный гидравлический рычажный механизм, называемый трехточечной навеской. Сюда крепятся такие орудия, как плуги.

Сцепка имеет много преимуществ по сравнению с простым дышлом. Обычно ее называют трехточечной сцепкой (или трехточечной навеской), потому что она очень надежно крепит орудие в трех местах: с помощью центрального звена наверху и
двух подъемных рычагов с гидравлическим приводом, по одному с каждой стороны. Гидравлические рычаги позволяют трактору легко опускать что-то вроде плуга, когда он работает на поле, а затем снова поднимать его, чтобы отвезти куда-то еще, но это не все, что делает сцепка. Она может поднимать и опускать орудия с земли одним щелчком переключателя, но также автоматически поддерживает трактор в эффективном тяговом положении, когда условия почвы меняются и оказывают большее сопротивление. Крепление в трех местах одновременно удерживает орудия на одном уровне и предотвращает их шатание из стороны в сторону. Она также переносит вес орудия (и нагрузку от его тяги) на задние колеса трактора, обеспечивая ему лучшее сцепление с землей. Механическая конструкция сцепки обеспечивает безопасность и устойчивость всего трактора и не дает ему переворачиваться назад, если тянущее его орудие внезапно застрянет в земле. Очень полезно, что это позволяет одному трактору работать со многими различными орудиями.

Почти все тракторы используют похожие сцепки, поэтому практически любое орудие будет работать с любой маркой трактора. Гарри Фергюсон, ирландец по происхождению, британский пионер тракторов, популяризировал современную трехточечную систему сцепки в 1940-х годах, хотя она была в значительной степени разработана его инженером и механиком Вилли Сэндсом. Сцепка сделала Фергюсона богатым и знаменитым, отчасти из-за недолгого партнерства с Генри Фордом; сегодня Фергюсона лучше всего помнят как одного из основателей тракторной компании Massey-Ferguson.

Фото: Вид сзади трактора. Гидравлическая сцепка представляет собой рычажный механизм, который поднимает и опускает орудия, приводимый в действие двумя подъемными рычагами (гидроцилиндрами), по одному с каждой стороны. Вы также можете увидеть дышло и коробку отбора мощности прямо над ним. Вверху находятся гидравлические соединения с силовыми орудиями и электрические розетки, которые можно использовать для питания таких вещей, как стоп-сигналы на орудиях, когда они буксируются по дороге.

Коробка отбора мощности

Ранние тяговые двигатели могли использоваться для питания комбайнов, элеваторов и другого оборудования, паркуя их, отсоединяя ведущие колеса и затем передавая их мощность на другую машину. Обычно это делалось путем надевания длинного
резинового ремня на прялку сверху тягового двигателя, чтобы он проходил через аналогичное колесо на машине, которую нужно было приводить в движение. Мощность передавалась между машинами примерно так же, как велосипедная цепь передает мощность от педалей к заднему колесу (только с резиновым ремнем вместо металлической цепи).

Практически все современные тракторы могут приводить в действие орудия или машины с помощью так называемого отбора мощности (ВОМ). Это вращающийся вал, обычно в задней части трактора, с которого можно снимать мощность с двигателя трактора. Чтобы использовать ВОМ, вам нужно подключить специальный вращающийся стержень (с умными, гибкими соединениями, называемыми карданными шарнирами) между трактором и орудием. Такая машина, как пресс-подборщик сена, имеет вращающиеся грабли, колеса и шестерни внутри себя. Когда он прицеплен к задней части трактора, он соединен с валом отбора мощности, так что двигатель трактора приводит в действие оборудование внутри пресс-подборщика, а также приводит в движение свои собственные колеса. Вот почему тракторы, тянущие силовые машины, должны двигаться относительно медленно: значительная часть мощности их двигателя перенаправляется на оборудование позади них. Как следует из названия, задача ВОМ — приводить в действие орудие, а не тянуть его. Это значит, что даже если вы используете навесное оборудование с ВОМ, вам необходимо присоединить его либо к дышло, либо к сцепному устройству.

Присмотритесь к трактору, работающему в поле, и вы часто можете увидеть, как вал отбора мощности вращается между трактором и тем, что он тянет. Но никогда не приближайтесь к ним: они вращаются со скоростью 500–1000 об/мин и могут быть чрезвычайно опасны.

Фото: Желтая планка, сходящая с задней части этого трактора John Deere, — это вращающийся вал отбора мощности — одна из самых опасных частей трактора. Под валом отбора мощности косилка надежно прикреплена к
тяговому брусу трактора.

Другие части трактора

Передняя сцепка

Хотя большинство тракторов крепят орудия сзади, некоторые имеют также передние навески, что позволяет использовать два
разных орудия одновременно за один проезд по полю. Некоторые тракторы также имеют передний ВОМ.

Фото: Передняя навеска: крупный план John Deere на верхнем фото, показывающий
механизм передней навески.

Шины

Самое заметное в тракторе — это его гигантские колеса и шины. Большие пневматические (наполненные воздухом) шины распределяют вес трактора по большей площади, а глубокие протекторы обеспечивают отличное сцепление. Уменьшая давление на грунт, шины не дают ему проваливаться в почву и грязь, в которых быстро увяз бы обычный автомобиль. Чем больше шины распределяют нагрузку, тем меньше повреждений от «уплотнения» (раздавливания) трактор наносит почве, по которой он едет.

Фото: Тракторные шины больше и толще автомобильных и часто бескамерные (без отдельных внутренних камер, как в велосипедных шинах). Это не значит, что они представляют собой сплошные куски резины! Это значит, что воздух заполняет все пространство между шиной и ободом колеса. Некоторые тракторы используют так называемые флотационные шины (сверхширокие шины, которые распределяют нагрузку и меньше погружаются на мягкой или песчаной поверхности). Другие имеют «двойные колеса» и шины (четыре колеса и четыре шины сзади, а иногда и четыре спереди). Это обеспечивает дополнительную тяговую мощность, лучшую проходимость и большее сцепление на болотистой почве.

Большинство тракторов имеют привод на два колеса, при этом большие задние колеса приводятся в движение двигателем, а маленькие передние колеса используются только для рулевого управления. Так как трактор обычно что-то тянет, это нормально: большой вес позади него толкает задние колеса вниз, увеличивая их сцепление, поэтому нет особого преимущества в том, чтобы иметь также приводные передние колеса. (Тракторы с полным приводом также менее распространены, поскольку они более сложны и дороги.) Некоторые тракторы имеют чрезвычайно широкие, множественные колеса и шины для преодоления особенно мягкой или сложной местности; по понятным причинам вы не увидите их на дорогах!

Иногда шины трактора частично заполнены раствором хлорида кальция, чтобы придать им дополнительный вес, который называется балластом. Это улучшает сцепление шин и помогает снизить центр тяжести трактора (поэтому общий вес находится ниже, что снижает вероятность опрокидывания трактора). «Частично заполненный» обычно означает максимум от половины до трех четвертей. Почему бы просто не использовать обычную воду? Потому что в холодных странах она просто замерзнет в твердый комок зимой. Хлорид кальция снижает точку замерзания (как антифриз) и сохраняет раствор в жидкой форме.

Дизельные двигатели

Тракторы обычно приводятся в действие большими дизельными двигателями, которые особенно хороши для обеспечения высокой тяговой мощности на очень низких скоростях (вот почему они используются в грузовиках и автобусах). Меньшие тракторы могут иметь
бензиновые двигатели, а некоторые работают на
сжиженном нефтяном газе (СНГ), как правило, чтобы сделать их более экономичными или экологически чистыми.

На фото: небольшой четырехцилиндровый бензиновый двигатель объемом 2,1 литра на старом тракторе Ferguson 30, выпущенном в начале 1950-х годов.

Несколько экспериментальных транспортных средств (например, на фото ниже) работают на водородных топливных элементах. Они вырабатывают электроэнергию из бака с водородом, как нечто среднее между дизельными двигателями и аккумуляторами.

Фото: Этот трактор New Holland приводится в действие не двигателем, а водородным топливным элементом.
Фото Кейта Випке предоставлено Министерством энергетики США/Национальной лабораторией возобновляемой энергии (DOE/NREL) (идентификатор фотографии NREL#33995).

Контроль

Вождение трактора может показаться легким — двигатель делает большую часть работы! — но это требует большого мастерства. Усилитель рулевого управления и тормоза помогают водителям тракторов безопасно держать тяжелые грузы под контролем. Поскольку тракторы тяжелые и часто должны работать на крутых склонах и мокрой, нестабильной почве, всегда есть риск, что они могут опрокинуться, поэтому современные тракторы, как правило, имеют усиленные кабины, оснащенные защитными дугами. Старые модели без кабины имеют просто защитную дугу за сиденьем водителя. Хотя тракторы никогда не назовешь роскошными, большинство из них теперь имеют отапливаемые кабины, некоторые — кондиционеры, а довольно многие оснащены спутниковой навигацией GPS (спутниковой навигацией), чтобы помочь фермерам планировать работу на полях с военной точностью.
Некоторые тракторы даже имеют небольшие холодильники, чтобы ваш обед оставался холодным.
Это все далеко от работы на полях с лошадью и телегой!

Не хотите читать наши статьи? Попробуйте вместо этого послушать

Если вы предпочитаете слушать наши статьи, а не читать их, подпишитесь на наш новый подкаст
на Apple Podcasts,
Spotify,
Amazon,
Podchaser
или в вашем любимом приложении для подкастов или слушайте ниже:

Узнать больше

На этом сайте

• Комбайны для уборки урожая
• Дизельные двигатели
• Гидравлика

Книги для юных читателей

• Total Tractor! Жозефины Робертс. Dorling Kindersley, 2015. Увлекательное 144-страничное руководство для детей 7–10 лет. Книга с большим количеством фотографий, охватывающая тракторы и тяговые двигатели разных эпох, с краткими информационными вставками и множеством фактов и цифр, чтобы вы могли сравнить разные модели.
• John Deere: Большая книга тракторов Хизер Александер. Дорлинг Киндерсли, 2007. Возраст 7–10 лет.
• DK Eyewitness: Farm Неда Хэлли. Dorling Kindersley, 2000. Отличное введение в науку и технологию фермерства, включая все, от ранней истории сельского хозяйства до современной генной инженерии. Возраст 9–12 лет.

Книги для читателей старшего возраста

• Иллюстрированная история тракторов и сельскохозяйственной техники Джона Кэрролла. Anness Publishing, 2018. В этой книге гораздо больше технических подробностей, включая спецификации для разных моделей.
• «The Tractor Book: The Definitive Visual History» Мизан Ван Зил и Сэм Кеннеди (редакторы). DK, 2015. Богато иллюстрированное руководство по 200 тракторам, старинным и современным.
• Большая книга тракторов John Deere Дона Макмиллана. Voyageur Press, 2014. Полная энциклопедия, охватывающая все модели, выпущенные John Deere за эти годы.
• Легендарные тракторы John Deere: Фотографическая история Эндрю Морланда. Voyageur Press, 2008. Богато иллюстрированное руководство, наполненное большими информативными фотографиями.
• Легендарные сельскохозяйственные тракторы: фотоистория Эндрю Морланда. Voyageur Press, 2014. Книга для любителей тракторов!