Wprowadzenie do Konstrukcji Ciągników Rolniczych
Przy podejmowaniu decyzji o zakupie ciągnika rolniczego, konsumenci kierują się najczęściej mocą silnika oraz przeznaczeniem pojazdu (kompaktowy, uniwersalny, ciężki). Jednakże istnieje jeszcze jeden ważny aspekt, a mianowicie konstrukcja nośna. Ciągnik rolniczy, jako pojazd z założenia przeznaczony do pracy w ciężkich, zmiennych warunkach, powinien spełniać wygórowane wymagania w zakresie wytrzymałości mechanicznej. Oznacza to, że poszczególne elementy powinny być połączone w taki sposób, aby zapewnić możliwie dużą sztywność i odporność na odkształcenia powodowane działaniem sił zewnętrznych, na przykład pochodzących od oporu roboczego zagregowanych maszyn. To właśnie sposób połączenia podzespołów ciągnika definiuje rodzaj konstrukcji nośnej. Z kolei konstrukcja nośna może mieć wpływ na niektóre właściwości eksploatacyjne ciągnika, takie jak chociażby zwrotność. W wymienionych wyżej konstrukcjach mogą występować różne odmiany i opcje wyposażenia, co może dodatkowo wpływać na właściwości eksploatacyjne.
Konstrukcja Samonośna (Bezramowa)
Charakterystyka i Zastosowanie
W konstrukcji samonośnej poszczególne podzespoły, czyli silnik, skrzynia biegów oraz most napędowy, będąc ze sobą połączone, stanowią integralną konstrukcję ciągnika. Na ogół to rozwiązanie konstrukcyjne występuje w tak zwanej odmianie klasycznej, czyli takiej, w której silnik znajduje się z przodu, kabina w tylnej części ciągnika, a przednie koła mają mniejszą średnicę niż tylne.
Taki rodzaj konstrukcji ma swoje podłoże jeszcze w czasach protoplastów ciągników, czyli lokomobili z drugiej połowy XIX wieku. W maszynach tych tylna oś z przekładnią oraz kierowana oś przednia były mocowane bezpośrednio do kotła parowego, a z racji tego, że tylne koła były napędzane, miały większą średnicę niż koła na osi przedniej. Ten układ konstrukcyjny był używany przez wiele lat i dotrwał do dziś. Praktycznie każda marka ciągnikowa ma obecnie w swojej ofercie traktory z takim właśnie rozwiązaniem.
Zalety Konstrukcji Samonośnej
Główną zaletą konstrukcji samonośnej jest jej uproszczona budowa i mniejsze zapotrzebowanie na materiał na etapie produkcji. Ponadto, bezpośrednie łączenie elementów ze sobą daje modułowość konstrukcji, czyli możliwość zamiennego stosowania poszczególnych odmian silnika, skrzyni biegów, mostu napędowego czy przedniej osi.
Wady i Ograniczenia
Niestety, układ samonośny ma też pewne, niekiedy dość istotne, wady. Główną z nich jest ograniczona wytrzymałość mechaniczna konstrukcji. Z racji tego, że podzespoły ciągnika są ze sobą połączone bezpośrednio, na ich połączeniach występować będą naprężenia powodowane oddziaływaniem sił zewnętrznych. Oczywiście, ten fakt jest uwzględniany na etapie obliczeń konstrukcyjnych ciągnika, jednak z praktyki wiadomo, że zewnętrzne obciążenia działające na ciągnik cechują się bardzo dużą zmiennością i może dochodzić do sytuacji, gdy elementy łączące będą „pracowały” blisko swojej wytrzymałości maksymalnej.
Szczególnie niebezpieczne są sytuacje, gdy dochodzi do krótkotrwałego, ale nagłego wzrostu obciążenia, co może prowadzić nawet do uszkodzenia elementów łącznych. Przykładem takiej sytuacji może być nagłe uderzenie kół przedniej osi o podłoże. Z takim przypadkiem mamy do czynienia wtedy, gdy z tyłu ciągnika występuje za duży opór roboczy i oś przednia chwilowo odrywa się od podłoża. Nagłe rozłączenie napędu w takiej sytuacji, na przykład wysprzęglenie, spowoduje właśnie gwałtowne opadnięcie osi i uderzenie kół o podłoże. Wówczas najsłabszym punktem w ciągnikach bezramowych okazuje się połączenie silnika z obudową sprzęgła. To właśnie tam może dojść do zbyt dużych naprężeń, a w konsekwencji nawet do rozerwania ciągnika na dwie części.
Z podobnym przypadkiem możemy mieć też do czynienia w ruchu drogowym podczas kolizji z innym pojazdem - przy uderzeniu w bok ciągnika, nawet przy relatywnie małych prędkościach zderzeniowych, częstym następstwem jest niestety rozpołowienie.
Istotną wadą ciągników bezramowych są również problemy przy pracach remontowych. Ograniczona sztywność i wytrzymałość konstrukcji bezramowej wymaga również racjonalnego balastowania oraz doboru ładowacza czołowego. Siły działające na balast czy ładowacz powinny rozkładać się na możliwie jak największym obszarze konstrukcji ciągnika. W przeciwnym razie może dojść do tak zwanego spiętrzenia naprężeń, co może prowadzić do uszkodzeń mechanicznych w obrębie połączeń.
Konstrukcja Ramowa
Charakterystyka i Zalety
W ciągnikach z konstrukcją ramową podzespoły montowane są do ramy, która stanowi element przenoszący obciążenia zewnętrzne. Rama ma najczęściej konstrukcję podłużnicową, w której funkcję głównych elementów nośnych pełnią dwie równoległe podłużnice połączone prostopadłymi poprzeczkami. W praktyce umożliwia to uzyskanie większej wytrzymałości mechanicznej i sztywności konstrukcji, co z kolei daje większe możliwości, jeśli chodzi o obciążenia powstałe w trakcie prac polowych z dużymi maszynami. Lepsze są też możliwości wykorzystania ciągnika z ładowaczem czołowym.
Konstrukcja ramowa, dając większą wytrzymałość mechaniczną, zapewnia również większe bezpieczeństwo traktorzyście. Jest to szczególnie istotne w ruchu drogowym, gdzie występuje ryzyko kolizji z innymi pojazdami. Pewną zaletą konstrukcji ramowych jest też łatwiejsze przeprowadzenie czynności naprawczych.
Ciągniki oparte na ramie mają do niej przykręcone wsporniki do wysięgnika ładowacza czołowego. Tym sposobem wszelkie naprężenia i obciążenia są przenoszone przez ramę biegnącą od wspornika osi przedniej do tylnego mostu, a nie przez korpus silnika i układu napędowego.
Wady Konstrukcji Ramowej
Do wad konstrukcji ramowych zaliczymy większy stopień skomplikowania konstrukcji oraz większy jej koszt, ponieważ ramy jako elementy „odpowiedzialne” muszą być wykonywane z wysokogatunkowych materiałów. Pierwotnie ramowe konstrukcje najczęściej dotyczyły dużych zakresów mocy, zaś obecnie ciągniki kołowe z konstrukcją ramową oferowane są w różnych wielkościach i przedziałach mocy.
Przykłady Ciągników z Ramą
-
John Deere
Firmą, która od wielu lat oferuje ciągniki na ramie, jest John Deere. Zastosowanie ramy nie wyklucza w tym przypadku modułowości konstrukcji i możliwości różnych jej konfiguracji. Jako przykład można przytoczyć serię 6M, która obejmuje ciągniki o mocach od 95 do 250 KM.
-
Ciągniki z dwoma osiami skrętnymi
Odrębną grupę ciągników na ramie stanowią te, w których obie osie są skrętne. Oprócz wcześniej wymienionych zalet dodatkowo uzyskujemy w tym przypadku dużą zwrotność.
-
JCB Fastrac serii 4000
Jednym z przykładów takiej konstrukcji są ciągniki JCB Fastrac serii 4000. Jak powszechnie wiadomo, są to jedne z najszybszych produkowanych seryjnie ciągników, co wynika z zastosowanych rozwiązań konstrukcyjnych. Konstrukcja Fastraców bazuje na pełnej ramie, jednak w odróżnieniu od innych ciągników ramowych, obie osie posiadają amortyzację. Inny jest ogólny układ, bowiem kabina nie znajduje się nad tylną osią, a między osiami. To pozwala na uzyskanie rozkładu masy przód/tył 50/50. Ciągniki JCB Fastrac są dostępne w różnych wariantach, na przykład wspomniana seria 4000 oferuje ciągniki o mocach 170-220 KM.
-
Claas Xerion 12
Innym przykładem ciągnika o konstrukcji ramowej z obiema osiami skrętnymi jest Claas Xerion 12. Ciągniki tej serii dysponują mocą maksymalną 585 lub 653 KM i bazują na dwupodłużnicowej ramie, z kabiną zamontowaną między osiami. Podobnie jak w poprzednio opisywanym przypadku umożliwia to rozkład masy rzędu 50/50, co zapewnia maksymalną przyczepność. Ciągniki Xerion 12 oferowane są z systemem czterech skrętnych gąsienic systemu Terra Trac, przy czym istnieje możliwość ich zastąpienia kołami z oponami o rozmiarach 700/70R42 lub 800/70R42, z możliwością stosowania kół bliźniaczych.
-
Konstrukcje Przegubowe
Zasada Działania i Zastosowanie
Ciągniki przegubowe znacząco różnią się układem konstrukcyjnym od ciągników z klasycznym układem skrętu. Uzyskiwanie skrętu odbywa się tu bowiem poprzez łamanie ciągnika w przegubie, który zamontowany jest w środkowej części ciągnika. Przegub łączy zatem przednią i tylną część ciągnika. Taka konstrukcja została wprowadzona do ciągników rolniczych głównie w celu uzyskania dużej zwrotności przy zachowaniu dużych wymiarów ciągnika.
Ewolucja i Przykłady
Przez wiele lat to właśnie ciągniki o największych mocach miały konstrukcję przegubową. Przykładem może być nawet słynny największy ciągnik na świecie, czyli Big Bud 747. Obecnie jednak ciągniki przegubowe są oferowane również w mniejszych zakresach mocy.
-
Case IH Steiger / Quadtrac
Jednym z najpopularniejszych przedstawicieli konstrukcji przegubowej jest produkowany przez firmę Case IH. W wersji kołowej jest to model Steiger, natomiast w gąsienicowej - Quadtrack. Nazwa Steiger pochodzi od amerykańskiej firmy, która jako pierwsza wprowadziła do produkcji seryjnej ciągniki przegubowej o dużych mocach, co miało miejsce w latach 60. ubiegłego wieku. Firma ta została w późniejszym czasie zakupiona przez koncern CNH, ale doświadczenie zdobyte podczas konstruowania ciągników przegubowych jest ciągle wykorzystywane w ciągnikach Case IH. Ponadto pierwotna siedziba firmy Steiger w Fargo w stanie Północna Dakota jest obecnie miejscem produkcji przegubowych ciągników Case IH.
Zarówno kołowa, jak i gąsienicowa wersja tych ciągników bazuje na konstrukcji, w której kabina umiejscowiona jest między osiami, zaś przegub zamontowany jest tuż za kabiną. Współczesne wersje serii Steiger/Quadtrack dysponują mocami silników 475-715 KM i w zależności od zastosowanego silnika mogą być wyposażone w przekładnię stopniową lub bezstopniową. Umieszczenie kabiny po środku ciągnika zapewnia bardzo dobry rozkład masy, co jest szczególnie istotne w wersji gąsienicowej. Dzięki czterem równomiernie obciążonym gąsienicom uzyskać można bardzo dobre właściwości trakcyjne przy minimalnym ugniataniu gleby i zachowaniu bardzo dobrej zwrotności.
-
Versatile Deltatrack
Jedną z firm mających duże doświadczenie w produkcji ciągników przegubowych jest też kanadyjska firma Versatile. W ofercie ma ona przykładowo gąsienicowe ciągniki Versatile DT (Deltatrack) z konstrukcją dwuramową, kabiną montowaną po środku i przegubem tuż za nią.
Konstrukcje Przegubowe w Mniejszych Ciągnikach
Konstrukcje przegubowe są również stosowane w ciągnikach mniejszych mocy, wyjątkiem nie są tu również ciągniki sadownicze czy ogrodnicze. Zastosowanie konstrukcji przegubowej w tych przypadkach ma pewne uzasadnienie, bowiem umożliwia uzyskanie dużej zwrotności.
Ciekawym rozwiązaniem w ciągnikach o mniejszych mocach jest przegubowy system kierowania dostępny w ciągnikach Valtra Direct w serii N. Ciągnik ten ma klasyczny układ konstrukcyjny - silnik z przodu, kabina z tyłu, przednie koła o średnicy mniejszej niż tylne, jednakże przed kabiną ciągnik ten ma zamontowany przegub. Jednocześnie zachowany jest klasyczny układ skrętu osi przedniej. Oba układy skrętu mogą pracować jednocześnie, co zmniejsza promień skrętu. Oprócz polepszenia zwrotności, to rozwiązanie daje jeszcze możliwość zastosowania tak zwanego trybu "psiego chodu".
