Устройство минитрактора
Людям, далеким от сельского хозяйства, очень трудно будет оценить по достоинству всю важность тракторов малого класса. Конечно, когда распахиваются стандартные поля или на них вносятся удобрения, то это делается средними и большими тракторами типа МТЗ-80 или Т-150К. Однако, необходимо отметить, что очень часто, при посеве на огромных полях, образуются так называемые «просевы». Иными словами, часть земли остается необработанной. Вот тогда в дело и вступают тракторы малого класса типа Т-25.
Благодаря своим небольшим габаритам и весу они не разрушают уже просеянный слой. Ловко маневрируя между делянками, эти маленькие трудяги закончат начатое их большими братьями. Этот же пример можно привести и в случае с пахотой, когда повторное использование большой техники может привести к неоправданным убыткам, а почва так и останется необработанной. В связи с этим, стоит отметить, что малые тракторы решают тысячи различных сельскохозяйственных проблем, для которых использование более крупной техники просто нецелесообразно. А если говорить о небольших полях или приусадебных участках, то и вовсе можно определить этот класс техники как приоритетный. Особенно, когда речь идет о мини-тракторах без кабины, изобретенных и произведенных отечественными конструкторами в домашних условиях. Как раз об одном из таких проектов и пойдет речь в данной статье.
Этот маленький чудо-помощник задумывался именно как приусадебная машина. Его создатель постарался воплотить в своем детище все то, чего так не хватает дачникам и мелким фермерам. Как известно, даже самые талантливые творцы вдохновляются идеалом, который будоражит их воображение. В данном случае прототипом для создания минитрактора послужил знаменитый российский малый трактор Т-25 «Владимирец», идеально приспособленный для решения малых агротехнических задач.
Как известно, основой любой инженерной конструкции является рама. Она несет основные силовые элементы всей конструкторской схемы. Однако, при создании своего трактора изобретатель пошел несколько иным путем. Инженер использовал то, что у него в данный момент находилось под рукой. И поэтому начал свою разработку именно с двигательной установки — использовал для своего будущего механизма двигатель УД-2, который был в наличии. Ульяновский двигатель внутреннего сгорания общей мощностью 8 л. с. изобретатель оборудовал маховиком механизма сцепления, который устанавливался на автомобиль ГАЗ-21. Сам маховик он присоединил к коленчатому валу двигателя через переходник. Нужно отметить, что именно в этом переходнике воплотилась оригинальная инженерная мысль создателя трактора: начиная от первого чертежа и до ручной сборки переходника — все было сделано исключительно самостоятельно. Забегая вперед, можно отметить, что данная конструкция крепления маховика отлично себя зарекомендовала при последующей эксплуатации трактора.
Далее, следуя выбранной схеме, инженер установил картер сцепления. Изюминка конструкции в том, как размещен картер. Он установлен в перевернутом виде, так как традиционное расположение было неприемлемо: усложнялось дальнейшее присоединение стартера. Доработка на этом не закончилась. В целях оптимизации основного крепления первичного вала, в ушках крепежной кромки коробки были вручную увеличены отверстия для крепления на 2 мм. Дальнейшим шагом в создании будущего минитрактора стала компоновка трансмиссии. Рассуждая об этом условно и схематично, скажем, что данная трансмиссия по задумке автора представляет собой сцепку, состоящую из нескольких коробок передач. Для понимания всех сложностей, с которыми пришлось столкнуться изобретателю в реализации именно этой схемы, рассмотрим историю ее создания более подробно.
Информация, которая описывает конструктивное решение автора по установке выбранного типа трансмиссии, заинтересует всех людей с изобретательской жилкой, а также поможет оптимизировать работы мастерам по столь важному сегменту инженерной конструкции. Итак, рассмотрим детали. В исходном варианте компоновки корзина сцепления вместе с коробкой передач крепилась сразу же за двигателем, а существенно модернизированный планетарный редуктор от МТЗ 50 крепился к заднему мосту. Здесь стоит отметить, что КПП от УАЗ-469 была установлена вместе с коробкой распределения, в которой была своя пониженная передача. Замечание существенное, потому что стоит обратить внимание на надежность именно этого элемента, который использовал изобретатель. А в надежности узловых элементов внедорожника УАЗ-469 не сомневается никто. При разработке заднего моста своей конструкции автор опять использовал один из надежнейших элементов УАЗ-469. Можно, конечно, спросить, почему же изобретатель не использовал весь задний мост в сборе? На это есть простой и рациональный ответ — задний мост от УАЗ-469 был существенно укорочен по ширине, для уменьшения колесной базы будущего трактора. Сам же задний мост был укорочен за счет простой обрезки кожухов полуосей. Правда, хоть данная схема компоновки трансмиссии и просуществовала целый сезон, но оказалась далеко не оптимальной. Основная проблема заключалась в значительной потере масла, которое из планетарного редуктора стекало в картер моста, а затем через кожухи полуосей проникало в тормозные барабаны заднего привода, нарушая их нормальную работу.
Поэтому сразу же после первого рабочего сезона пришлось отказаться от планетарного редуктора, несмотря на явные преимущества данной компоновочной связки, заключавшиеся в очень хорошем наборе передач. На низших из них трактор достигал скорости в 3-5 км/ч при сохранении тяговитости, что весьма неплохо при пахоте или заготовке сена. Но, несмотря на это, расстаться пришлось и с распределительной коробкой, чтобы, не удлиняя базы трактора, появилась возможность для установки другого варианта коробки передач. По второй трансмиссионной схеме это была КПП от грузовика ГАЗ-69. Именно на этом узле остановился изобретатель, чтобы дать новую жизнь своему детищу. Но и тут его постигла неудача. Второй летний сезон показал неэффективность и этой схемы. На этот раз скорость на низших передачах существенно повысилась, что впоследствии привело к ухудшению общей тяговоруженности. Вдобавок ко всему стали выходить из строя первая и задняя передачи. Однако талантливый инженер не опустил руки, и вскоре трансмиссия получила третий по счету вариант компоновки. Следующая КПП, которая была установлена на минитрактор, когда-то служила автомобилю ГАЗ-5. Она на 30 мм длиннее предыдущей, и поэтому задний мост пришлось отодвинуть на такое же расстояние. Здесь опять необходимо пояснить, что описываемый третий вариант компоновки трансмиссии был конечным, однако рама и навеска комплектовались еще с первым вариантом. Столь пристальное внимание трансмиссионным проблемам было уделено исключительно из-за важности этого узла конструкции в тракторах.
Если говорить об основной раме, то нужно признать, что и здесь истина была открыта далеко не сразу. Как правило, для автомобилей и тракторов несущие рамы делают плоскими. Однако стандартная схема здесь не подошла, конструктор не смог найти необходимого в своих экспериментах. И тогда он пошел нетрадиционным путем, сделав, так называемую, пространственную раму. По-другому оснастить силовую установку «скелетом», исходя из вводных условий, было невозможно. Ко всему прочему встал вопрос о размещении генератора и масляного насоса - их никак не удавалось разместить рационально. Вопрос этот решился, как и в предыдущие разы, просто и оптимально. Две вставки из металлического швеллера 50х25мм были притянуты к двигательной установке обыкновенными болтами М12; затем к вставкам приварены кронштейны для установки генератора и маслонасоса. На переднем конце коленчатого вала нашлось удачное место для крепления основного шкива ременной передачи генератора и масляного насоса. Натяжение ремня получилось регулируемое: для этого достаточно лишь ослабить два болтовых соединения на платформе-натяжителе, и, сдвинув ее вниз, снова затянуть. В итоге получилось, что у силовой установки есть четыре точки опоры: две спереди, принадлежащие двигателю (они нашли свое место на резиновых подушках, которые уместились на нижних лонжеронах основной рамы) и две задние, принадлежащие КПП и расположенные на верхних лонжеронах. Что касается заднего моста, то он уютно расположился в специальных ложементах между лонжеронами. Хотелось бы отметить, что, кроме всего прочего, к основной раме было приварено множество различных кронштейнов, стоек и поперечин, которые предназначены для разного типа навесного оборудования сложного тракторного организма. В этом контексте, хотелось бы отметить, что так называемая пространственная рама предоставляет очень много возможностей для компоновки в ее пределах нужных элементов. Например, в промежутке между верхними и нижними лонжеронами, где, казалось бы, полностью господствуют силовая установка и задний мост, свободно разместилась гидравлическая система с ее объёмным баком и многочисленными шлангами, а также специальное навесное устройство (которое было смонтировано немного позднее). Иными словами, довольно практичное решение.
Навесное устройство, которое удачно расположилось в свободной части пространственной рамы, задумано и предназначено для транспортировки сменных сельскохозяйственных орудий и грузового прицепа. Устройство состоит из двух валов, проворачивающихся в специальных втулках (которые приварены к концам лонжеронов), серьги и рычагов для управления силовыми тягами. Однако, уже в процессе эксплуатации выявился существенный недостаток, который чуть было не свел на нет всю конструкцию устройства навески. Оказалось, что для работы с навесным плугом масса минитрактора слишком мала. Так как пахота была и остается одним из важнейших агротехнических приемов в сельском хозяйстве, конструктору срочно пришлось модернизировать устройство навесного оборудования в своем детище. Для этого пришлось утяжелить переднюю часть минитрактора двумя противовесами от Т-25 по 20 кг каждый. Благодаря этой модернизации, маленький трактор стал существенно мягче на ходу и послушнее при маневрировании.
При конструировании переднего моста изобретатель опять столкнулся с определенными трудностями. На этот раз возникла проблема крепежа основного узла переднего моста. В том месте, где необходимо было его крепить, оказался масляный насос. Выход нашелся сразу: точка крепления была смещена немного назад, а сама балка моста — слегка изогнута. Ее концы оказались отведенными вперед, чтобы рулевые передние колеса остались на своем месте. Балка изготовлена из стальной трубы прямоугольного сечения 40х60 мм с припусками на концах. В передней части была добавлена прочность — инженер приварил вставку из той же трубы, а сверху — втулку навески. Балка была подвешена к ответному узлу качания, который крепится путем привинчивания к широкой и прочной пластине, расположенной на нижних лонжеронах основной рамы. Нужно отметить, что в качестве узла качания была использована немного модернизированная поворотная цапфа от автомобиля ГАЗ-51.
Когда проблема крепления переднего моста была решена, настал черед устройства и налаживания рулевого механизма. Рулевая колонка была сделана очень функционально. Достаточно сказать о том, что она имеет несколько положений регулировки: можно отклонять как к себе, так и от себя (и даже откинуть вперед в случае необходимости). Последняя регулировка очень практична с точки зрения обслуживания и ремонта трактора в целом. Для крепления всей конструкции к передней части кабины был приварен тубус, который удачно получился из куска карданного механизма автомобиля ГАЗ-51. Сама же колонка позаимствована у трактора МТЗ-50. После небольшой модернизации от нее остались только труба и вал. Следующий шаг — шарнирное соединение трубы и тубуса с помощью сегментов конструкции карданного механизма. Если рассматривать узел более детально, то выглядело это примерно так: обрезка посадочных шеек от крестовин, затем их установка в подшипники тубуса и ввод между ними трубы (для промежуточного крепления использовалась электросварка). Затем изобретатель осторожно удалил подшипники, вынул трубу, обмотал шейки асбестовым шнуром и заварил окончательно. Получилась довольно оригинальная, гибкая и подвижная конструкция рулевого механизма, фиксирующаяся в необходимом положении специальной защелкой.
Для мягкости управления рулевой механизм взят от автомобиля «Москвич 412». Он соединен с рулевой колонкой модернизированным валом от соответствующего механизма трактора МТЗ, позволяющего отклонять колонку вверх и вниз. Здесь хотелось бы обратить внимание на смысл этой небольшой модернизации соединяющего вала: оптимизация достигнута путем обрезки вала, снабжением его телескопическим шлицевым соединением и тщательной подгонкой по месту. Нужно признать, что простота решения поражает своей гениальностью. За счет него рулевой механизм в целом удивляет своей мягкостью и точностью, что немаловажно при маневрировании на любых видах тракторов. Рычаги поворотов — сборные, сварные: один конец рычага, который с пальцем, с того же Москвича 412; другой — тракторный. Тракторный штурвал изобретатель решил опять позаимствовать у «Москвича 412», вероятно посчитав его форму оптимальной и удобной. Решив небольшую проблему со шлицевой ступицей, которая никак не подходила по диаметру к основной трубе, инженер, в сущности, закончил внешнее оснащение рулевой колонки в своем минитракторе.
В результате доработок и модернизаций рулевого управления трактор получился на редкость маневренный. Радиус разворота его составляет всего 5 м, что очень нехарактерно даже для тракторов малого класса. Поэтому можно сказать, что сконструированный минитрактор идеально подходит для выполнения работ на приусадебных участках, ширина и длина которых, как известно, довольно ограничены. Именно для таких целей изобретатель и задумывал свой механизм.
Когда с основными сегментами конструкции были решены все вопросы, инженер начал обдумывать внешний вид своего детища. Ведь очень важно, как будет выглядеть новоиспеченный помощник фермера. Оформление и облицовку кабины было решено взять все с того же Т-25, вероятно потому, что там они признаны наиболее удачными. Но это выглядело именно идеей, а на практике дело обстояло примерно так: основную часть кабины трактора, включающую в себя задние и передние стойки, автор собрал из участков металлической трубы сечением 40х40 мм, а силовой каркас — из частей труты сечением 20х20мм. Передняя часть каркаса изготовлена, исходя из размеров лобового стекла, с учетом установки резиновой окантовки герметичного уплотнителя. Образовавшийся же ниже окантовки лобового стекла проем был просто заверен куском листового железа толщиной 1 мм. Здесь хотелось бы обратить внимание на то, что все швы аккуратно подогнаны и обработаны. Изначально задумывалось круговое остекление кабины, как на прототипе взятом за основу. Однако, принимая во внимание климатические условия, теплые сезоны эксплуатации, конструктор остановился на правильном решении — не усложнять и не утяжелять получившуюся модель. По той же причине минитрактор не получил и боковые двери.
Вопрос с крышей был решен относительно быстро: она получилась на редкость добротная и удобная, надежно защищающая будущего тракториста. Сделана она из простого листа гнутого по трафарету железа, к слову сказать, примерно также был изготовлен и капот трактора. Он состоит из четырёх частей, соединенных вместе электросваркой. Хотелось бы подчеркнуть, что при изготовлении капота и кабины автор не забыл и о ребрах жесткости. Поэтому вся конструкция была просчитана и сделана с учетом сопротивления материалов. Крылья трактора изготавливались инженером по специальной выкройке. Причем задние вместе с подножками были удачно приварены автогеном к основной части кабины и верхнему лонжерону основной рамы. В подножках, для того чтобы не скользили ноги будущего тракториста, сделаны специальные углубления. Пол кабины трактора надежно прикрыл лист железа толщиной в 3 мм, а все технические отверстия в нем — для горловины бака, гидравлической жидкости и рычагов управления — были сделаны заранее. Педали управления изобретатель использовал от УАЗ-469, а компоновка расположения аккумулятора и выключателя «массы» была выбрана традиционно тракторной.
Несколько слов о педалях. Они получились по задумке автора навесными и слегка изогнутыми кверху для удобства пользователя, что было достигнуто с помощью автогена. Главное отличие от УАЗ-469 в том, что на минитракторе получились две тормозные педали: на правую и на левую сторону. Иными словами, трактористу не нужно долго думать в экстренной ситуации. Педали не блокируются, однако, парное и одновременное нажатие возможно. Если говорить о «приборной считке», то и здесь автор постарался воплотить в жизнь все нужные в тракторе индикаторы и показатели. Машинист может контролировать количество топлива в баке, температуру масла в двигателе и показания индикатора датчика давления в гидравлической системе. Зажигание в маленьком тракторе «батарейное», как на автомобиле ГАЗ-51. Причем магнето, которое стояло на УД-2 изначально, использовано как распределитель. Интересно, что бензонасос к своему трактору изобретатель посчитал нужным позаимствовать у салонной печки «Запорожца», а топливо к нему подается через фильтр тонкой очистки от автомобиля УАЗ. Если говорить о бензонасосе, то он встроен между фильтром тонкой очистки и карбюратором. Приводится в действие посредством тумблера «масса».
Переднее габаритное освещение минитрактора, довольно оригинально. Его лампочки размещены в фарах ближнего и дальнего света, а маленькие патроны для лампочек взяты со схемы приборного освещения. Заднее габаритное освещение автор решил установить на крыше, что существенно увеличило общую «видимость» всей конструкции.
Резюмируя, хочется обратить внимание на те агрегаты, с которыми полученный минитрактор может удачно агрегатироваться. В первую очередь — это самодельный прицеп с одной осью и грузоподъёмностью около 500 кг (хотя в процессе эксплуатации оказалось, что она значительно больше). Опрокидывающийся кузов прицепа оснащен одноштоковым гидроцилиндром. Кроме использования прицепа для грузовых перевозок, трактор может нести самодельный небольшой плуг, сделанный инженером из обычного конного устройства. Учитывая все нюансы конструкции этого маленького чудо-помощника, можно с уверенностью сказать, что у изобретателя получился довольно универсальный механизм, идеально приспособленный для малых полей и приусадебных участков.
Переходник и его положение относительно двигателя УД-2: 1 — конец коленвала двигателя, задний; 2 — переходник (из законцовки «волговского» коленвала).
Рама мини-трактора: 1, 3 — лонжероны нижний и верхний (стальная труба 60x40x5, по 2 шт.); 2, 4 — стойки передняя и задняя (стальная труба 60x40x5, по 2 шт.); 5 — ложемент заднего моста (2 шт.); 6,11 — опоры силовой установки, передние; 7, 13 — опоры силовой установки, задние; 8 — кронштейн крепления гидрораспределителя; 9 — перекладина крепления противовесов (стальная труба 50x3); 10 — балка крепления капота (стальная труба 60x40x5); 12 — опора переднего моста (стальной лист s12); 14—-кронштейн крепления гидроцилиндра; 15. 17 — поперечины верхняя и нижняя (стальная труба 40x40x3); 16 — стойка верхняя (стальная труба 40x40x3, 2 шт.); 18 — косынка кронштейна (стальной лист s5, 2 шт.); 19 — стойка кронштейна (стальная труба 60x40x5, обрезанная).
Схема сочленения коробок передач мини-трактора: 1— КПП-1; 2 — вал вторичный шлицевой (от УАЗ-451); 3 — пластина КПП-1, штатная; 4 — пластина переходная; 5 — болт крепления пластин к КПП-1 (4 шт.); 6 — втулка дистанционная (4 шт.); 7 —кольцо дистанционное; 8 — шпилька крепления КПП-2 к переходной пластине (4 шт.); 9 — фланец шлицевой (от УАЗ-451), наваренный на первичный вал от КПП-2; 10 — КПП-2 (от ГАЗ-51).
Привод масляного насоса и генератора: 1 — двигатель; 2 — шкив ведущий; 3 — ремень клиновидный; 4 — болт М12 крепления двигателя: 5 — лонжерон рамы нижний; 6 — опора двигателя передняя; 7 — кронштейн крепления плиты насоса, правый; 8 — болт М10 крепления насоса (2 шт.); 9 — пли-та-натяжитель ремня; 10 — шкив насоса; 11 — кронштейн крепления генератора; 12 — шкив генератора; 13 — насос масляный НШ-6 правого вращения; 14 -корпус подшипников; 15 — подшипники 204; 16 — шпонка; 17 — вал шкива шлицевой; 18 — вал насоса шлицевой.
Компоновка силовой установки и трансмиссии мини-трактора(некоторые элементы рамы условно не показаны): 1 — двигатель УД-2; 2 — проставка (швеллер, 2 шт.); 3 — картер сцепления (от УАЗ-469); 4 — КПП-1 (от УАЗ-469); 5 — пластина-опора КПП-1, штатная; 6 — пластина переходная (сталь, лист s14); 7 — КПП-2 (от ГАЗ-51); 8 — механизм карданный; 9 — мост задний (от УАЗ-469); 10 — ложемент моста; 11 — опора силовой установки, задняя; 12 — опора силовой установки, передняя (с резиновой подушкой).
Навесное устройство мини-трактора: 1 — кронштейн крепления гидроцилиндра; 2 — лонжерон рамы верхний; 3 — гидроцилиндр силовой; 4 — рычаг подъемный (2 шт.); 5 — серьга крепления тяги навески плуга; 6 — рычаг силовой; 7 — тяга боковая регулируемая (2 шт.); 8 — траверса; 9 — лонжерон рамы нижний; 10, 17 — валы верхний и нижний (стальной пруток диаметром 34); 11 — щека ограничительная (4 шт.); 12 — втулка-подшипник (стальная труба 40x2,5,2шт.); 13 — проставки (стальная труба 40x2,5); 14 — втулка-подшипник (стальная труба 45x2, 2 шт.); 15 — ушки траверсы; 16 — фиксатор (2 шт.); 18 — шайба ограничительная (2 шт.).
Передний мост мини-трактора: 1 — втулка навески; 2 — накладка (стальная труба 60x40x5); 3 — балка моста (стальная труба 60x40x5); 4 — стакан рулевой; 5 — кольцо упорное пружинное; 6 — заглушка (резина маслостойкая); 7 — цапфа-полуось поворотная; 8,11 — подшипники 204; 9 — втулка распорная; 10 — масленка (условно повернута в плоскость изображения); 12—подшипник 958305.
Рулевое управление мини-трактора: 1 — штурвал; 2 — труба (тубус условно не показан); 3 — вал; 4 — соединение шлицевое телескопическое; 5 — лонжерон рамы нижний; 6 — механизм рулевой; 7 — сошка рулевая; 8 — тяга толкающая регулируемая; 9 — рычаг поворотный рулевой; 10 — мост передний; 11 —опора моста; 12— болт М10 (6 шт.); 13 — тяга поперечная; 14 — шкворень; 15 — узел качания балки; 16 — вкладыш (бронза, 2 шт.); 17 — втулка навески.
Рулевая колонка мини-трактора: 1 — труба; 2 — защелка подпружиненная; 3 — тубус; 4 — рама; 5 — крышка подшипника; 6 — вилка вала.
Схема размещения органов управления и вспомогательного оборудования в кабине и под капотом (крыша, балка переднего моста и рулевая колонка условно не показаны): 1 — катушка зажигания; 2 — насос топливный; 3 — гидроцилиндр сцепления; 4 — реле-регулятор; 5 — гидроцилиндры тормозные главные; 6 — приборы контроля; 7 — лампа включения «массы» контрольная; 8 — замок зажигания; 9 — кнопка звукового сигнала; 10 — педаль «газа»; 11 — педали тормозные; 12 — замок включения стартера; 13 — включатель фар и габаритных фонарей; 14 — рычаги управления гидрораспределителем; 15 —рычаг КПП-2; 16 — аккумуляторная батарея; 17 — бак топливный; 18 — сиденье водителя; 19 — включатель батареи («масса»); 20 — пробка горловины гидробака (на полу); 21 — педаль сцепления; 22 — рычаг КПП-1; 23 — подножка.
