Trójpunktowy układ zawieszenia, powszechnie znany jako TUZ (z ang. Three-Point Hitch), stanowi jeden z kluczowych elementów konstrukcyjnych współczesnych ciągników rolniczych. Bez niego współpraca maszyny z innymi urządzeniami byłaby niemożliwa, co czyni go niezbędnym narzędziem w nowoczesnym rolnictwie. Jego funkcjonalność znacząco rozszerza możliwości ciągnika, przekształcając go w wszechstronną maszynę zdolną do realizacji szerokiego zakresu prac.
Historia i Ewolucja Trójpunktowego Układu Zawieszenia (TUZ)
Tylny podnośnik, czyli Trójpunktowy układ zawieszenia, został po raz pierwszy zastosowany jeszcze przed II wojną światową. Zaprojektowany i opatentowany w 1925 lub 1928 roku (w zależności od dostępnych źródeł) przez H. Fergusona jako trójpunktowy zaczep na tylne koła ciągnika. Mechanizm ten stał się jednym z głównych elementów produkowanych w przyszłości ciągników rolniczych. Po raz pierwszy prawdopodobnie został zamontowany w ciągniku przez samego projektanta układu, H. Fergusona, w 1935 roku.
Od momentu powstania jego budowa na przestrzeni XX wieku była cały czas modernizowana i udoskonalana, aż do chwili obecnej. W pierwotnej wersji służył on głównie do podnoszenia i opuszczania pługa. W dalszej kolejności został dostosowany do współpracy z innymi maszynami i agregatami, co okazało się jego wielką zaletą i zapewniło mu centralne miejsce w konstrukcji ciągników.
Funkcjonalność i Klasyfikacja Maszyn Rolniczych
TUZ służy do podłączania maszyn i urządzeń rolniczych do ciągnika. Maszyny te możemy podzielić na zawieszane, półzawieszane oraz przyczepiane. Te ostatnie są montowane za pomocą trzypunktowego układu zawieszenia wraz z belką zaczepową, zaczepem rolniczym i zaczepem transportowym. Stosowany układ zawieszenia umożliwia podnoszenie i opuszczanie zawieszonego urządzenia lub maszyny, pozwala uzyskać położenie maszyny do transportu, zapewnia jej stabilizację oraz zmianę zagłębienia. Układ zawieszenia umożliwia podnoszenie narzędzia w położenie transportowe i odpowiednie ustawienie go w położeniu roboczym.
Dwa punkty zawieszenia stanowią przeguby łączące narzędzie z dwoma cięgłami dolnymi (prawym i lewym). Trzeci punkt znajduje się na przegubie łączącym wsporniki narzędzia z łącznikiem górnym. Przeguby kuliste znajdujące się w cięgłach i łącznikach umożliwiają ruchy narzędzia we wszystkich kierunkach. Trzypunktowy układ zawieszenia charakteryzuje się dużą statecznością i umożliwia zarówno poprzeczne, jak i podłużne wypoziomowanie narzędzia.
Budowa Trójpunktowego Układu Zawieszenia
Trójpunktowy układ zawieszenia możemy podzielić na dwa główne podzespoły: część mechaniczną oraz część hydrauliczną. Pod względem budowy mechaniczne części TUZ-u są do siebie podobne w różnych markach ciągników. Natomiast różnice polegają na tym, że niektóre elementy, w tym cięgna, są dostosowane do współpracy z maszynami o większych parametrach technicznych, a co za tym idzie, muszą charakteryzować się większą wytrzymałością. TUZ jest znormalizowany i posiada swoją normę PN-ISO 730:2018-02 (wcześniej DIN ISO 730-1). Norma ta określa wymiary oraz główne wymagania, jakie musi spełnić układ do zawieszania maszyn i urządzeń.
Część Mechaniczna TUZ
Część mechaniczna to cały układ udźwigu, który składa się z następujących elementów:
- Cięgła dolnego lewego i prawego (zwane także dźwignią)
- Łącznika górnego (również zwanego cięgłem)
- Wieszaka lewego i prawego (regulowany)
- Ramion podnośnika
- Wału podnośnika
- Stabilizatorów cięgieł dolnych
Wymienione elementy wykonane są z wysokiej jakości stali atestowanej. Podnoszenie cięgieł dolnych odbywa się za pomocą siłownika hydraulicznego połączonego z ramionami, które za pomocą wieszaków podnoszą cięgła do góry. Natomiast łącznik górny, służący jako mocowanie, pomaga również w poziomowaniu maszyny w stosunku do ciągnika za pomocą śruby rzymskiej. Założenie górnego łącznika np. w środkowym otworze stojaka zawieszenia pługa (z trzech możliwych) daje optymalny zakres ruchu. Łącznik górny ustawiony w otworze dolnym powoduje zwiększenie siły niezbędnej do wydźwignięcia narzędzia i bardzo pionowe ustawienie łącznika podczas transportu.
Producenci TUZ zaczęli stosować różne rozwiązania techniczne mające na celu wyeliminowanie wszelkich przeszkód w szybszym, łatwiejszym i bezpieczniejszym połączeniu maszyny lub urządzenia z TUZ-em. Obecnie produkowane cięgna są często wyposażone w automatyczne szybkozłącza hakowe. Stabilizatory boczne cięgieł dolnych regulują ich wahania, jak również podłączonego sprzętu, zarówno w trakcie prac polowych, jak i transportu towarów. Stabilizatory są regulowane na swej długości w celu zapewnienia jak najlepszego położenia maszyny lub urządzenia względem ciągnika. Po dokonaniu odpowiedniej regulacji należy je zabezpieczyć za pomocą odpowiedniej zawleczki. Stabilizatory zastępują tradycyjne łańcuchy napinające. Boczne ruchy narzędzia można zminimalizować odpowiednim ustawieniem stabilizatorów. Odstęp (wolna przestrzeń) od opony lub błotnika do dolnego cięgna powinien wynosić minimum 10 cm we wszystkich kategoriach.
Część Hydrauliczna TUZ
Układ hydrauliczny składa się głównie z następujących elementów:
- Pompy hydraulicznej
- Siłownika
- Rozdzielacza
Pompa hydrauliczna stanowi główne centrum całego układu, generując ciśnienie dla obwodu wewnętrznego oraz zewnętrznego. Wewnątrz pompy znajdują się koła zębate, które pracują za pomocą napędu wału korbowego silnika ciągnika, wytwarzając ciśnienie oleju, które jest rozdzielane poprzez zawór na konkretne obwody. Ważną rzeczą jest zastosowanie zaworu bezpieczeństwa, zwanego też zaworem redukcyjnym, który otwiera się wskutek wysokiego ciśnienia oleju spowodowanego podniesieniem ciężaru ponad normatywnego przez podnośnik. Otwarcie zaworu pozwala uchronić urządzenie przed trwałym uszkodzeniem.
Pompa hydrauliczna jest urządzeniem dość prostym, jednak jak każde urządzenie, ulega awariom. Najczęstszą przyczyną jest brak odpowiedniego ciśnienia oleju, co może skutkować gorszym działaniem TUZ w kwestii podnoszenia. Jednak te objawy niekoniecznie muszą świadczyć o awarii pompy; przyczyn może być kilka. Pierwsza z nich to niedostateczny poziom oleju w układzie, który może być spowodowany nieszczelnością w całym układzie i tym samym ubytkiem oleju. Również może nastąpić rozszczelnienie samego siłownika poprzez zużycie pierścieni uszczelniających, co w konsekwencji również prowadzi do utraty oleju, a co za tym idzie, osłabienia podnoszenia tylnego podnośnika. Mając odpowiedni manometr, można sprawdzić ciśnienie w całym układzie.
W układzie wyróżniamy obwód wewnętrzny, który zasila tylny podnośnik, natomiast obwód zewnętrzny przekazuje ciśnienie do tylnych gniazd hydraulicznych. Do tych gniazd podpinane są węże przyczep lub innych maszyn czy urządzeń. W TUZ-ach montowane są siłowniki hydrauliczne jednostronnego działania, których działanie polega na wypływie oleju do zbiornika, natomiast powrót siłownika następuje dzięki sile przekazywanej przez zawieszoną maszynę. W siłowniku dwustronnego działania olej jest podawany z obu stron tłoka, który posiada dwie komory. Zatem proces podnoszenia i opuszczania wymuszany jest ciśnieniem oleju podawanego do siłownika. Dopływem oleju do siłownika steruje rozdzielacz, zwany także zaworem sterującym, który otwiera i zamyka jego dopływ.
Kategorie Zaczepów TUZ
Wraz z rozwojem konstrukcji ciągników powstało kilka kategorii zaczepów, dostosowanych do mocy maszyny. Obecnie obowiązuje norma DIN ISO 730-1, która określa ogólne parametry i ich wartości. Bardzo ważne jest sprawdzenie, czy odstęp między narzędziem a końcówką wałka w ciągniku jest zgodny z normą i czy odpowiada wałkowi dostarczonemu wraz z narzędziem. Nie zawsze można doczepić narzędzie lub maszynę do dowolnego ciągnika.
Opisane są cztery kategorie charakteryzujące tylny podnośnik ciągnika w zależności od jego mocy:
- Kategoria I: ciągniki o mocy do 48 KM (zakres podnoszenia od 61 cm)
- Kategoria II: ciągniki o mocy do 120 KM
- Kategoria III: ciągniki o mocy do 240 KM
- Kategoria IV: ciągniki o mocy do 450 KM (zakres podnoszenia do 76 cm)
Oprócz czterech wyżej wymienionych są kategorie przejściowe między głównymi, oznaczone symbolem N, które dotyczą ciągników o specyficznych wymaganiach. Narzędzie współpracujące z ciągnikiem powinno mieć zaczep zgodny z zaczepem pracującego w gospodarstwie ciągnika.
Elektroniczny System Sterowania Podnośnikiem (EHR)
EHR to elektroniczny system sterowania Trójpunktowego Układu Zawieszenia, zwany po angielsku Electronic Hitch Control. W obecnie produkowanych ciągnikach system EHR jest już standardem. Opracowany przez system Bosch, został zamontowany w produkcji seryjnej w ciągnikach Massey Ferguson. Starsze modele ciągników również mogą zostać doposażone w system EHR, co znacznie przyśpieszy zakres prac i zwiększy bezpieczeństwo.
Dużym udoskonaleniem jest montaż przycisków na błotniku, które pozwalają operatorowi w sposób samodzielny i bardzo bezpieczny podłączyć maszynę lub urządzenie do tylnego podnośnika. W najnowszych ciągnikach praca z maszynami towarzyszącymi jest bardzo ułatwiona dzięki elementom sterującym tylnym podnośnikiem za pomocą EHR, które pozostają pod ręką operatora. Układ łączy w sobie szczególnie funkcje w zakresie:
- Czułości ustawiania,
- Szybkiego opuszczania,
- Automatycznej szybkości opuszczania,
- Zapewnienia jeszcze lepszego kopiowania terenu w celu zapewnienia jak najlepszego obciążenia oraz wydajności.
Zaczepy Ciągnikowe: Rodzaje i Zastosowanie
Do połączenia ciągnika rolniczego z urządzeniami, maszynami, przyczepami oraz innym sprzętem rolniczym i budowlanym służą różnego rodzaju zaczepy transportowe. Możemy wyróżnić dwa rodzaje połączeń:
- Zaczep transportowy: służy do podłączenia przyczepy oraz innych maszyn, które zostały skonstruowane i zbudowane jak przyczepa.
- Zaczep polowy: służy do połączenia maszyn z ciągnikiem.
Ręczne i Automatyczne Zaczepy Transportowe
Ręczny zaczep transportowy polega na włożeniu końcówki dyszla w zaczep ciągnika, a następnie zabezpieczeniu jej za pomocą sworznia, który jest dodatkowo mocowany w dolnej części. Mechanizm ten jest stosunkowo prosty, jednak jedną z jego wad jest możliwość doznania uszczerbku dłoni lub innych części ciała podczas połączeń. Z tego względu coraz częściej stosowane są zaczepy automatyczne z mechanizmem zatrzaskowym. W tym przypadku ucho dyszla zostaje po sprzęgnięciu natychmiast zablokowane poprzez wysunięty sworzeń. W tym systemie przewody pneumatyczne, elektryczne oraz hydrauliczne są nadal łączone ręcznie. Aby odłączyć maszynę, należy ręcznie wyjąć sworzeń, choć w znacznej części nowych maszyn tę czynność można wykonać bezpośrednio z kabiny, ponieważ zaczepy są wyposażone w różnego rodzaju linki bądź dźwignie.
Specjalistyczne Zaczepy
Następnym rodzajem są zaczepy z ruchomą wysokością położenia, takie jak Piton-Fix, kulowe oraz typu Hitch.
- System Piton-Fix: polega na tym, że ucho dyszla jest nakładane na ucho sworznia na stałe umieszczonego w zaczepie. Ucho dyszla po założeniu na sworzeń jest blokowane poprzez zapadkę, która również jest blokowana za pomocą sworznia.
- Zaczep kulowy: jest urządzeniem sprzęgającym wykorzystywanym do połączenia ciągnika z maszyną. Konstrukcja zaczepu jest porównywalna do zaczepu Piton-Fix, jednak na końcu sworznia jest zamontowana kula, na którą zakładamy końcówkę dyszla maszyny rolniczej, a następnie za pomocą zapadki oraz sworznia zabezpiecza się połączenie.
- Zaczep typu Hitch: jego hak za pomocą hydrauliki może zmienić swoje położenie. Jest to jeden z najdroższych zaczepów, jednak zapewnia najwyższe bezpieczeństwo.
Zaczep Polowy
Zaczep polowy jest wykonany w kształcie belki, na końcu której znajdują się otwory dla sworzni blokujących. Jest on montowany wychylnie w stosunku do ciągnika, posiadając możliwość zmiany jego wysunięcia. Służy do połączenia maszyn z ciągnikiem i jest montowany poniżej zaczepu transportowego. Obniżenie zaczepu polowego podyktowane jest tym, aby nie dopuścić do odciążenia tylnej osi. Również poniżej zaczepu polowego znajduje się belka polowa, montowana do ciągnika wychylnie. Wszystkie zaczepy muszą posiadać świadectwa homologacji. Wyroby powinny zawierać tabliczkę znamionową z danymi takimi jak: nazwa wytwórcy, oznaczenie rodzaju, klasa urządzenia, oznaczenie państwa, numer świadectwa homologacji oraz dane techniczne.
Systemy Regulacji Podnośnika Hydraulicznego
Aktualnie stosowane elektroniczne układy sterujące pracą podnośnika hydraulicznego pozwalają na większe wykorzystanie ciągników. Niestety, często możliwości te nie są w pełni wykorzystywane przez użytkowników ciągników, co często wynika z niewiedzy lub przyzwyczajenia do korzystania tylko z jednej regulacji. Nieznajomość funkcji podnośnika powoduje, że operator niepotrzebnie wykonuje czynności, które z powodzeniem mógłby wykonać układ automatycznej regulacji. Dokładne poznanie funkcji podnośnika hydraulicznego pozwala lepiej wykorzystać możliwości ciągnika i w konsekwencji znacznie obniżyć koszty prac uprawowych, zwłaszcza orki.
Regulacja Pozycyjna
Regulacja pozycyjna polega na automatycznym utrzymywaniu narzędzia na stałej wysokości względem ciągnika. Zapewniony jest ścisły związek między położeniem narzędzia a położeniem dźwigni sterującej. Jeżeli położenie dźwigni nie będzie zmieniane, układ regulacyjny dąży do utrzymania zadanej wysokości ramion podnośnika. Po ich nieznacznym opadnięciu automatycznie uzupełniane są ubytki oleju w cylindrze siłownika. Jeżeli podczas orki dźwignia sterująca zostanie przesunięta w położenie odpowiadające najmniejszej wysokości ramion podnośnika, nastąpi kopiowanie przez narzędzie nierówności pola - wtedy będzie to regulacja kopiująca.
Podczas pracy z regulacją pozycyjną istnieje możliwość dociążania tylnych kół ciągnika częścią masy zawieszonego narzędzia. Uzyskany w ten sposób przyrost siły uciągu może dochodzić do 15%. Aby uzyskać tę funkcję, należy dźwignię sterującą przesunąć w skrajne przednie położenie. Podczas „dociążania" do cylindra roboczego tłoczony jest olej pod mniejszym ciśnieniem i podnośnik zachowuje się tak, jakby był za słaby, aby podnieść ciężkie narzędzie. Unoszone częściowo narzędzie pracuje w dalszym ciągu na tej samej głębokości, ale jego nacisk na glebę jest o wiele mniejszy niż poprzednio. Podnośnik, unosząc w ten sposób narzędzie, powoduje zwiększenie nacisku na oś napędową i na koła do podłoża, czyli dociąża ciągnik. Z regulacji pozycyjnej można korzystać podczas wykonywania orki na terenie równym i o różnej strukturze. Na terenie nierównym każde wychylenie ciągnika powoduje zmianę głębokości pracy narzędzia.
Regulacja Siłowa (Uciągowa)
Regulacja siłowa zapewnia automatyczne podnoszenie lub opuszczanie narzędzia w celu utrzymania stałej, uprzednio ustalonej siły ze strony gleby. Ustalając za pomocą zderzaka najniższe położenie dźwigni sterującej, zadaje się żądaną wielkość oporu, z jaką pracować ma narzędzie. Pod wpływem zwiększonego oporu, np. wskutek większego zagłębienia się narzędzia, następuje zwiększone ściskanie łącznika górnego w układzie zawieszenia. Siły te, przekazane do rozdzielacza, powodują samoczynne uniesienie narzędzia i utrzymują je na takiej wysokości, na której wielkości oporów roboczych mieszczą się w granicach regulacji przeprowadzonej wstępnie przez operatora. Układ regulacyjny ocenia wielkość oporu na podstawie sił działających w cięgłach dolnych lub w łączniku górnym. Układ sterujący stara się utrzymywać siłę oporu narzędzia na stałym poziomie. Możliwość rezygnacji z kół kopiujących daje dodatkowy efekt w postaci dociążenia kół ciągnika całą masą narzędzia i siłami pochodzącymi od spulchnianej gleby, zwiększając tym samym siłę uciągu ciągnika. Na glebach ze zmienną zwięzłością zmienia się również głębokość pracy pługa, ponieważ podnośnik unosi ramiona, gdy opór stawiany przez glebę wzrasta, lub opuszcza, gdy zwięzłość gleby maleje. Z tego powodu nie należy stosować regulacji siłowej na polach o bardzo zróżnicowanej strukturze gleby. Można ją natomiast stosować na terenach nierównych i pofałdowanych. Podczas pracy w terenie o strukturze gleby jednorodnej, ale w której mogą znajdować się na głębokości pracy narzędzia jakieś przeszkody, chroni narzędzie przed uszkodzeniem poprzez uniesienie w momencie trafienia jego elementu roboczego na taką przeszkodę. Podczas orki z wykorzystaniem regulacji siłowej uzyskuje się na przykład, w stosunku do regulacji kopiującej, wzrost wydajności orki o około 10%, przy jednakowym zużyciu paliwa.
Regulacja Mieszana
Regulacja mieszana łączy w sobie zalety regulacji pozycyjnej i siłowej. Dzięki takiemu połączeniu zmniejsza się reakcja podnośnika na zmiany oporu narzędzia, a tym samym zmiany głębokości są mniejsze. Oba systemy są równoprawne i reagują zarówno na zmiany położenia, jak i zmiany siły. Stopień reagowania układu na zmianę siły lub położenia, zwany stopniem zmieszania, może być regulowany za pomocą odpowiedniej dźwigni, tj. w dwóch wariantach: z przewagą regulacji siłowej lub pozycyjnej. Operator ma możliwość ustalenia stopnia zmieszania obu systemów regulacji zależnie od wymagań i warunków agrotechnicznych. Przewagę regulacji pozycyjnej stosuje się na polach o glebach cięższych i bardziej niejednorodnych. W ciągnikach, w których pomiar siły odbywa się za pomocą łącznika górnego, dodatkowo reguluje się wielkość reakcji podnośnika, wybierając jeden z otworów w kadłubie tylnego mostu ciągnika. Zaczepienie łącznika w górnym otworze powoduje dużą czułość na zmiany oporu narzędzia i zaleca się je stosować podczas lżejszych prac. W wypadku niższego otworu spowoduje to zmniejszenie czułości układu. Przy pracach najcięższych trzeba zakładać łącznik górny w najniższy otwór.
Regulacja Ciśnieniowa
W regulacji ciśnieniowej każdemu położeniu dźwigni sterującej odpowiada stałe ciśnienie wewnątrz cylindra siłownika, czyli stała siła na ramionach podnośnika. Jest to regulacja podobna do tej, która jest stosowana w ciągniku C-330, a związana jest z chwilowym dociążaniem. Ten rodzaj regulacji był stosowany m.in. w ciągniku Ursus 1014 w sposób stały. Dzięki temu można było docisnąć w razie potrzeby narzędzie zawieszane. Za pomocą dźwigni można otworzyć przepływ oleju lub go zmniejszyć i dowolnie regulować ciśnienie. Ta opcja pozwalała docisnąć za pomocą specjalnego łącznika narzędzie zawieszane na ciągniku.
tags: #podnosniki #tylne #ciagnik