Współczesne rolnictwo opiera się na wydajnych maszynach, a centralną rolę w ich funkcjonowaniu odgrywają układy zawieszenia narzędzi. W ostatnich latach rośnie popularność przednich trzypunktowych układów zawieszenia (TUZ), które znacząco zwiększają funkcjonalność ciągników. Jednocześnie, historia mechanizacji w Polsce, szczególnie w okresie powojennym, obfitowała w ciekawe epizody związane z konstruowaniem własnoręcznie budowanych ciągników rolniczych, zwanych potocznie "SAM-ami". Niniejszy artykuł przedstawia zarówno ewolucję i działanie trzypunktowego układu zawieszenia, jak i specyfikę oraz wyzwania związane z konstrukcjami "SAM", z uwzględnieniem kwestii technicznych dotyczących zawieszenia.
Historia i Rozwój Trzypunktowego Układu Zawieszenia (TUZ)
W końcu udało się skonstruować traktory umożliwiające ciągnięcie maszyn uprawowych, takich jak pługi czy brony, które posiadały własne mechanizmy podnoszenia umożliwiające ustawienie położenia roboczego lub transportowego. Jednak operowanie takim zestawem wymagało szerokich nawrotów i na małych polach było dosyć uciążliwe. Rozpoczęto prace nad stworzeniem mechanizmu umożliwiającego podnoszenie maszyny przez traktor.
Rola Harry'ego Fergusona
Przełomową rolę w historii TUZ-a odegrał syn irlandzkiego farmera - Harry Ferguson. Swoją pracę nad systemem zawieszania narzędzi rozpoczął od gruntownej zmiany dotychczasowej konstrukcji pługa. Po odrzuceniu ramy, zaczepu i kół podporowych okazało się, że pług waży o połowę mniej, a także jest sporo krótszy. Następnie Ferguson skupił się na opracowaniu systemu, który umożliwi zawieszenie zmodyfikowanego pługa na ciągniku. Oczywiście nie obyło się bez wielu problemów konstrukcyjnych, jednak po wielu próbach Fergusonowi udało się stworzyć system zawieszania narzędzi, a także zaprojektować całą gamę narzędzi przystosowanych do tego systemu. Efektem tej pracy był pierwszy seryjnie produkowany (we współpracy z firmą David Brown) ciągnik Fergusona.
Budowa i Działanie TUZ-a
TUZ, czyli Trzypunktowy Układ Zawieszenia narzędzi, składa się z kilku podstawowych części: dwóch cięgieł dolnych, łącznika centralnego oraz dwóch wieszaków i dwóch ramion. Aby układ spełniał swoją rolę, potrzebny jest jeszcze mechanizm podnoszący. Podnoszenie narzędzia realizowane jest za pomocą układu hydraulicznego, w skład którego wchodzą cztery główne elementy: pompa hydrauliczna, siłownik główny (coraz częściej są również dwa pomocnicze), wał z dźwignią oraz układ sterujący pracą podnośnika.
Komponenty Układu Hydraulicznego
- Siłownik główny: Zwykle montowany jest w górnej części korpusu tylnego mostu i połączony z wałem podnośnika za pomocą dźwigni.
- Siłowniki pomocnicze: Montowane są na zewnątrz korpusu tylnego mostu.
- Pompa hydrauliczna: Jej lokalizacja może się różnić w zależności od marki i modelu ciągnika. Najczęściej znajduje się w korpusie skrzyni biegów bądź tylnego mostu, ale może być również montowana przy silniku (napędzana z rozrządu), tak jak np. w ciągnikach marki Renault.
- Układ sterujący: Mechanizmy sterujące możemy podzielić na dwa rodzaje: mechaniczne oraz elektrohydrauliczne.
- Mechaniczny układ sterujący (MHR): Zbudowany jest z systemu dźwigni i sprężyn, które w zależności od wybranej regulacji (pozycyjna lub siłowa) sterują cylindrem podnośnika.
- Elektroniczny system sterowania podnośnika (EHR): Nad prawidłową regulacją działania podnośnika czuwa układ elektroniczny.
Oczywiście, oba systemy, aby działały poprawnie, muszą zostać odpowiednio (w zależności od potrzeb) ustawione przez operatora.
Kategorie Zaczepów TUZ
Narzędzie współpracujące z ciągnikiem powinno mieć zaczep zgodny z zaczepem pracującego w gospodarstwie ciągnika. Istnieją 4 główne kategorie TUZ-ów, które są zależne od mocy ciągnika:
- I kategoria: Do urządzeń o mocy do 62 KM.
- II kategoria: Do traktorów o mocy od 62 KM do 120 KM.
- III kategoria: Do traktorów o mocy między 120 a 240 KM.
- IV kategoria: Obejmuje ciągniki o mocy między 240 a 450 KM.
Oprócz tych czterech, istnieją kategorie przejściowe między głównymi, oznaczone symbolem N lub S. Aby ustalić, do jakiej kategorii należy hak w TUZ-ie ciągnika, wystarczy sprawdzić wymiar zewnętrzny kuli pasującej do tego haka. Kategorię zaczepu maszyny, którą chcemy spiąć z ciągnikiem, można rozpoznać na podstawie średnicy sworznia ramy zawiesia.
Zdarza się, że do ciągnika z TUZ-em kategorii 3 potrzebujemy podpiąć maszynę ze sworzniami o średnicy 28,4 mm (KAT 2). Bywa, że zaczep maszyny wyposażony jest w dwa rozmiary sworzni i nie ma potrzeby zmiany kuli. Najczęściej jednak maszyna posiada jedynie jeden rozmiar sworzni zaczepowych. W takim przypadku można użyć kuli KAT 3-2, czyli pasującej do haków KAT 3 ciągnika i jednocześnie do sworzni KAT 2 maszyny. Zdarzają się również przypadki odwrotne, kiedy to kategoria zaczepu maszyny jest wyższa od kategorii ciągnika.
Wybór i Akcesoria do TUZ-a
Wybierając odpowiedni TUZ, należy znać model i markę ciągnika, tak aby TUZ był z nimi kompatybilny. Różne marki i modele mogą mieć nieco różne specyfikacje montażowe, dlatego ważne jest, aby wybrać przedni TUZ, który pasuje do konkretnego ciągnika. Należy sprawdzić również, jaka jest moc traktora. Jest to istotne ze względu na obciążenia, jakie przedni TUZ będzie musiał udźwignąć. Upewnij się, że wybrany TUZ jest wystarczająco wytrzymały i dostosowany do mocy ciągnika.
Jeśli chcesz zwiększyć funkcjonalność Trzypunktowego Układu Zawieszenia, warto go wyposażyć w odpowiednie akcesoria. Z pewnością dobrze jest zadbać o akumulator ciśnieniowy, który odpowiedzialny jest za niwelowanie drgań powodowanych przez zamocowane na TUZ-ie osprzęty. To z kolei dobrze wpływa na żywotność całej konstrukcji. Mogą Ci się przydać również takie dodatki, jak gniazdo elektryczne czy szybkozłącza hydrauliczne podwójnego działania. W przypadku zamontowania pługa śnieżnego trzeba będzie nabyć odpowiednią płytę komunalną. Aby mieć więcej możliwości użycia przedniego TUZ-a, możemy zamontować przedni WOM. Zwiększa on elastyczność w podłączaniu różnych narzędzi i maszyn rolniczych, umożliwiając pracę z przodu ciągnika. Przedni WOM ułatwia obsługę maszyn skrętnych, takich jak kosiarki, rozsiewacze, zamiatarki i inne.
W przypadku kiedy potrzebujemy dopasować elementy TUZ do posiadanego sprzętu (np. wymiana zużytych haków zaczepowych, mechanizmu blokującego bądź elementów łącznika centralnego), należy dokładnie zidentyfikować ich kategorię oraz producenta. Mimo przyjętych standardów, które określają odpowiednie normy, zdarzają się sytuacje, kiedy niektóre elementy wykonane są w sposób, który uniemożliwia ich zamianę na części uniwersalne. Najlepszym przykładem są łączniki centralne dedykowane do ciągników marki Fendt oraz John Deere. W pierwszym przypadku średnica otworu kuli łącznika od strony ciągnika wynosi 22,25 mm, a w drugim 20,25 mm. Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku łącznika centralnego do Ursusów licencyjnych z grupy MF3.
Przedni Trzypunktowy Układ Zawieszenia (Przedni TUZ)
W ostatnich latach możemy zaobserwować rosnącą popularność układów TUZ montowanych z przodu ciągnika; w nowych ciągnikach jest to już niemalże standard wyposażenia. Do niektórych starszych modeli, które fabrycznie nie posiadały takiego rozwiązania, można dokupić dedykowane konstrukcje. Przedni TUZ może znacząco zwiększyć wydajność ciągnika przy zachowaniu liczby przejazdów technologicznych.
Funkcje i Zastosowania Przedniego TUZ-a
Przedni trzypunktowy układ zawieszenia może służyć jako rama nośna dla pługa odśnieżnego lub pługa niwelacyjnego. Umożliwia on zawieszenie na ciągniku osprzętu czy maszyn rolniczych, a następnie odpowiednio zmienić ich położenie lub kontrolować sposób ich pracy. Dzięki TUZ-om możemy wykonać dodatkowy zabieg podczas jednego przejazdu ciągnika, co pozwala zaoszczędzić czas i paliwo. Przedni TUZ umożliwia też podczepianie dodatkowego ciężaru, co ma pozytywny wpływ na równowagę ciągnika, zwłaszcza gdy jest on obciążony przez narzędzie lub maszynę zamocowaną z tyłu.
Jeżeli obciążnik nie jest nam potrzebny, w łatwy sposób powinniśmy go odczepić. Niepotrzebne obciążenie przodu ciągnika może doprowadzić bowiem do nadmiernego zużycia przednich kół i układu kierowniczego.
Porównanie Przedniego i Tylnego TUZ-a
Sterowanie tylnym TUZ-em może odbywać się mechanicznie, za pomocą rozdzielacza i dźwigni sterującej, lub elektronicznie, z wykorzystaniem EHR-u. W przypadku przedniego TUZ-a, rozdzielacz pozwala sterować całością. Co więcej, tylny TUZ ma 3-4 krotnie większy udźwig od przedniego. Tylny TUZ składa się również z łącznika centralnego (który stanowi górne podtrzymanie narzędzia pracy), a także dwóch dolnych belek. Pionową stabilność belek zapewniają wieszaki o regulowanej wysokości lub cięgła pionowe. Stabilność poziomą ustanawiają łańcuchy boczne.
Wyzwania i Inspiracje dotyczące Przedniego TUZ-a
Wielu rolników rozważa samodzielną budowę przedniego TUZ-a. Jeden z użytkowników planuje wykorzystać maszt z wózka widłowego o udźwigu 3,2 tony, aby stworzyć rozwiązanie do mocowania obciążników, wyciągarki leśnej, pługa śnieżnego, skrzynki narzędziowej czy łyżki ładowarki. Taki pomysł jest postrzegany jako bardziej praktyczny niż tradycyjny ładowacz czołowy, ponieważ "nic nigdzie nie przeszkadza".
Kluczową kwestią przy samodzielnych konstrukcjach jest uzyskanie certyfikatu technicznego. Bez niego pojawiają się problemy na stacji kontroli technicznej. Planowana ładowność takiego rozwiązania to 2-3 tony, co jest znaczącą wartością. Przedni trzypunktowy układ zawieszenia może wytrzymać do 3 ton i, w przeciwieństwie do tylnego TUZ-a, nie przeszkadza w manewrowaniu. Należy jednak pamiętać, że montaż urządzeń na przednim i tylnym TUZ-ie nie może prowadzić do przekroczenia DMC (dopuszczalnej masy całkowitej), dopuszczalnych obciążeń osi oraz nośności opon, w które wyposażony jest ciągnik.
Montaż przedniego podnośnika i WOM Solis 90 Folger
Ciągniki Rolnicze "SAM" - Historia i Konstrukcja
Ciągniki rolnicze skonstruowane przez domorosłych mechaników, zbudowane z wykorzystaniem części, które akurat były pod ręką, to jeden z ciekawszych epizodów historii mechanizacji w Polsce. Najbardziej ogólnym i najczęściej używanym słowem w stosunku do traktorów skonstruowanych w jednym egzemplarzu w sposób amatorski lub rzemieślniczy to SAM. Ale w zależności od regionu nazywano je także papajami, esiokami, pukocami czy unochodami. Niektóre z tych nazw pochodzą od dźwięków, jakie generowały, silników, jakie zazwyczaj używały, albo odnosiły się do pewnej grupy pojazdów.
Nazwa SAM odnosi się nie tylko do traktorów i pojazdów rolniczych, ale także do własnoręcznie zbudowanych samochodów osobowych i w ogóle wszelkich pojazdów wykonanych w sposób amatorski. Wbrew pozorom, nazwa SAM to nie skrót wyrażenia: „sam go zbudowałem” lub czegoś podobnego. Dziennikarze "Motoru" zauważyli, że na rynku pojawiło się mnóstwo samochodów wykonanych własnoręcznie przez ich właścicieli z wykorzystaniem części dostępnych na rynku. Jedne były ładniejsze, inne nieco brzydsze, ale każdy był oryginalny, nietypowy i ciekawy. Równocześnie z pojawieniem się samochodów, które od lat 50. zaczęto nazywać SAM, na wsi zaczęły powstawać traktory sklecone z tego, co było pod ręką.
Kolekcje i Klasyfikacja Ciągników SAM
Największą kolekcję takich pojazdów ma w tej chwili Muzeum Wsi Radomskiej, wszak to w okolicach Radomia budowano najwięcej pojazdów tego typu na Mazowszu. Radomska kolekcja powstała już w 1990 r., kiedy to do placówki trafił pierwszy SAM z Mąkos Nowych. W 2008 r. Tomasz Dzikowski, kustosz wystawy stałej rolniczych SAM-ów w Muzeum Wsi Radomskiej, podzielił konstrukcje na cztery podstawowe grupy:
- Pojazdy, w których wykorzystano podzespoły innych konstrukcji (najczęściej samochodów osobowych), które następnie zaadaptowano na jakąś ramę. Konstrukcje z tej grupy mają często ciekawe rozwiązania, takie jak reduktor czy odwrócony o 180 stopni most napędowy.
- (Grupa druga nie została opisana w dostarczonym tekście).
- SAM-y zbudowane na podstawie elementów z innych ciągników rolniczych.
- Wszelkie pojazdy skonstruowane na bazie motocykli i silników z motocykli. Zazwyczaj wykorzystywano do takich konstrukcji przód motocykla z ramą i dobudowywano do nich specjalną pakę.
Dodatkowo Tomasz Dzikowski podzielił pojazdy ze względu na położenie silnika. Według kustosza z Radomia w Polsce występują papaje:
- Z osiowym położeniem silnika - wówczas silnik jest połączony bezpośrednio ze sprzęgłem i skrzynią biegów (oś wału korbowego pokrywa się z osią sprzęgła i skrzyni biegów).
- Silnik o układzie równoległym, gdzie połączenie ze sprzęgłem i skrzynią biegów wymaga dodatkowej przekładni działającej w jednej płaszczyźnie (oś wału korbowego jest w tym wypadku równoległa do osi skrzyni biegów).
Popularne Silniki i Przykłady Ciągników SAM
Od lat 50. chęć konstruowania przez domorosłych mechaników traktorów nie umarła wraz z przejściem polskiej gospodarki z centralnie planowanej do rynkowej. Najpopularniejszym napędem wśród wszystkich polskich ciągników domowych są oczywiście „esioki”, czyli pojazdy wykorzystujące motory małej mocy z Andrychowa. Jednostki o oznaczeniu S15, S320, S321, S322 o mocach od 15 do 36 KM stały się podstawą do konstruowania własnych ciągników. Popularny był także motor S60 o mocy 11 - 12 KM. Oczywiście zdarzały się także pojazdy wykorzystujące silnik S301D (zwane także S7) o mocy zaledwie kilku KM. Szczególnie te starsze konstrukcje wykorzystują wiele elementów z samochodów terenowych typu Wyllis MB, Dodge czy GAZ 67B. Zdarzały się także konstrukcje wykorzystujące silniki Syreny, elementy napędowe z Warszawy, Stara czy innych pojazdów.
Super SAM 18 KM - Przykład Innowacji
Niezwykle ciekawy jest pojazd nazwany Super SAM 18 KM, zbudowany w 1991 r. przez Benedykta Sielatyckiego w Zduńskiej Woli. Ciągnik jest niezwykle dopracowany. Do napędu posłużył silnik typu 2KVD 9SVL o mocy 18 KM, znany z nośnika narzędzi RS-09 produkcji NRD. Skrzynia biegów była własnego projektu i wykonania, 6-przełożeniowa z reduktorem, podobnie most napędowy ze zwolnicami na końcach półosi. Zespoły te wraz z silnikiem połączone są w jeden samonośny blok. Wałek przekaźnika tylny dwubiegowy, o obrotach niezależnych 540 obr./min. i 750 obr./min., między osiami wałek do napędu kosiarki. Hydraulika 3-sekcyjna - obsługuje tylny podnośnik narzędzi w układzie standardowym TUZ, spychacz czołowy oraz ramię kosiarki bocznej listwowej. Zawieszany na podnośniku siewnik 4-rzędowy jest maszyną otrzymującą napęd mechanizmu od kółek jezdnych. Hamulce zasadnicze mechaniczne działające na półosie napędowe, rozdzielne. Ciągnik jest wyposażony we wszystkie wymagane przepisami światła i sygnały. Super SAM 18 KM był na tyle niesamowity, że w 1992 r. zdobył I nagrodę w ogólnopolskim konkursie na racjonalizatorów rolnictwa.
SAM na bazie Syreny
W zbiorach Muzeum Wsi Radomskiej znajduje się ciągnik, którego autor miał do dyspozycji bardzo duży zasób części samochodu Syrena. Świadczy o tym nie tylko pięknie wyeksponowana przednia część pojazdu, z kompletnym zawieszeniem, przekładnią, amortyzatorami czy elementami mocowania w nadwoziu, ale gdy przyjrzeć się bliżej krągłej, smukłej ramie, to od razu przywodzi ona na myśl Syrenkę. Oczywiście w tym projekcie nie mogło zabraknąć wymiany silnika; fabryczny syrenowski, bez względu na to, czy z początku, czy końca produkcji, raczej nie byłby dobrym wyborem do napędu ciągnika, choć zdarzały się i takie konstrukcje. Konstruktor postawił na klasykę, czyli silnik S60 ZM Gorzów/WSW Andrychów, który był bohaterem wielu konstrukcji typu SAM. Była to jednostka znacznie bardziej dostępna niż cokolwiek, co potrafiło się samo poruszać; wystarczyło dodać jedynie przekładnię, mosty, koła ramę i ciągnik gotowy. Tu z pomocą przyszła przekładnia pasowa oraz samodzielnie wykonane sprzęgło podatne. Całości dopełniają znacznie masywniejsze i mocniejsze przeguby Cardana, które zastąpiły te fabryczne.
Rozprzestrzenienie i Twórcy SAM-ów
Według szacunków dostępnych w Radomiu na terenie Polski udokumentowano 12 974 szt. ciągników typu SAM. Ponad 6,6 tys. z nich jeździ lub jeździło w woj. małopolskim, śląskim i podkarpackim. Najmniejsze zagęszczenie „papajów” występuje w woj. warmińsko-mazurskim, zachodniopomorskim, lubuskim i podlaskim. Najpłodniejsi konstruktorzy takich pojazdów w pewnym czasie wręcz utrzymywali się z budowy SAM-ów. Niektórzy zbudowali w ciągu swej działalności nawet kilkaset pojazdów.
Utarło się, że najwięcej takich pojazdów wciąż jest użytkowanych w Bieszczadach oraz na południe od Krakowa, Nowego Sącza czy Tarnowa. Praktycznie każde muzeum zajmujące się rolnictwem lub motoryzacją posiada jeden lub więcej pojazdów tego typu.
Kwestie Techniczne i Konstrukcyjne w Ciągnikach SAM
Samodzielna budowa ciągnika, szczególnie z uwzględnieniem napędu przedniego, wiąże się z wieloma wyzwaniami technicznymi. Użytkownik planujący budowę ciągnika z napędem na przód, wykorzystując części od Tico, napotyka na pytania dotyczące możliwości efektywnego orania niewielkiego ogródka oraz odśnieżania podwórka.
Napęd Przedni w Ciągnikach SAM - Wyzwania
Przedni napęd nie jest zbyt korzystny przy tego typu pracach. Orka to zabieg agrotechniczny o ogromnym zapotrzebowaniu na energię, a więc wymagający sporo więcej efektywnego uciągu niż na przykład bronowanie i włóczenie, zwożenie ładunków na przyczepie czy koszenie (np. kosiarką z własnym napędem noży). O zapotrzebowaniu na moc decyduje wiele czynników, na przykład głębokość zabiegu, rodzaj gleby, kultura danego areału. Przy przednim napędzie i sporym oporze lemieszy, traktor będzie miał tendencję do "podrywania" przednich kół, a więc wszelkie warunki do ześlizgiwania się. Ponadto koła nie mające pełnej przyczepności jeszcze bardziej zmniejszą uciąg. Rozwiązania sugerowane obejmują zastosowanie zwolnic lub reduktorów, aby zmniejszyć obroty na napędzie.
Jedną z propozycji jest umieszczenie silnika z przodu wzdłużnie, zaspawanie dyfra Tico i wyprowadzenie jednej z półosi na tylny most z blokadą, co jest standardem w niektórych "papajach". Inni sugerują zakup mostu od tylnonapędowca (np. od Żuka, Nysy, Lublina lub Poloneza) i z przodu wykonanie wahliwej osi na zwrotnicach od Tico.
Przednie Zawieszenie w Ciągnikach SAM
W kontekście przedniego zawieszenia w SAM-ach, rozważane są różne opcje. Użytkownik posiadający kolumnę kierowniczą (od C-360) i przednie zawieszenie od Zetora może je wykorzystać. Pytanie o wspomaganie kierownicy, czy jest potrzebne w małym ciągniku typu "papajek", zazwyczaj spotyka się z odpowiedzią negatywną.
W przypadku wykorzystania dyferencjału od Żuka, zalecane są koła o średnicy 16, maksymalnie 18 cali, ponieważ przy większych kołach i zwielokrotnionym przełożeniu dyfer może być nadmiernie obciążony. Jeśli na przód da się koła 12-13 cali z Malucha lub Dużego Fiata, może to nadać pojazdowi ciekawy, retro wygląd.
Definicja i Pomiary Zawieszenia Hydraulicznego
W projektowaniu i ocenie zawieszenia, w tym także w kontekście ciągników SAM, ważne są podstawowe parametry techniczne. Każda oś musi być wyposażona w zawieszenie hydrauliczne. W niniejszej definicji należy uwzględnić masę tłumioną M (kg) na jedną oś napędową lub zespół osi. Oś lub zespół osi wykazuje łączne ciśnienie między powierzchnią drogi a tłumioną masą K niuton/metr i wskaźnik łącznego tłumienia C niuton/metr i na sekundę (N/ms). Z oznacza drogę tłumionej masy w kierunku pionowym. Krótkotrwała swobodna pionowa oscylacja tłumionej masy tworzy krzywą sinusoidalną. Częstotliwość jest możliwa do ustalenia za pomocą pomiaru czasu potrzebnego dla obserwowalnej we wszystkich cyklach oscylacji. Tłumienie można ustalić za pomocą pomiaru następujących po sobie maksymalnych wartości oscylacji, które występują w tym samym kierunku. Do pomiarów pojazd należy wyposażyć w przetwornik rejestrujący przesunięcie pionowe, znajdujący się między osią napędową a ramą, bezpośrednio ponad osią napędową.
tags: #przednie #zawieszenie #ciagnik #sam