Який двигун вибрати для тракторів ХТЗ?

Нині в світі, крім придбання нової техніки, набула поширення модернізація наявної. Відтак, за порівняно незначних витрат в аграріїв з'являється можливість на базі наявних тракторів виготовити конструкції, що відповідають сучасним вимогам. 

Провідні світові машинобудівні підприємства розширюють практику встановлення різних двигунів на однакові шасі для створення гами тракторів за збереження уніфікації базових деталей і вузлів для задоволення вимог широкого кола замовників.
Складальні одиниці мають бути типізовані, уніфіковані й відпрацьовані у функціональному й монтажному відношенні, а їхні параметри -  максимально задовольняти вимоги всіх моделей і модифікацій. Та чи може бути трактор кращим за свого двигуна? Безумовно, ні. Не принижуючи роль трансмісії та ходової частини, слід зазначити, що саме двигун забезпечує головні техніко-економічні показники трактора.
Трактори виробництва ВАТ "ХТЗ" серій Т-150, Т-150К, ХТЗ-160, ХТЗ-170 виконують найенергоємніші технологічні операції в сільгоспвиробництві. І хоч би скільки точилися дискусії щодо їхньої заміни на альтернативні, зокрема зарубіжні, на сьогодні вони, як і раніше, залишаються основним мобільним енергозасобом, здатним виконувати найенергоємніші механізовані роботи з оптимальним співвідношенням затрати/прибуток.
За роки серійного випуску тракторів типу Т-150 на ХТЗ виконано значні роботи із доведення конструкції шасі цих тракторів. Технологія їхнього виготовлення та вдосконалена конструкція забезпечують потрібну надійність і продуктивність трактора. Але двигун...
Свого часу, під час створення серії нових тракторів типу Т-150/Т-150К у Харкові, крім тодішнього моторобудівного заводу "Серп і Молот", було спеціально збудовано Харківський завод тракторних двигунів (ХЗТД) для випуску дизелів, передусім для тракторів ХТЗ.
Що ж ми маємо тепер? Харківські моторні заводи ХЗТД і СМД, які забезпечували двигунами практично всі моделі тракторів ХТЗ (і не тільки), перестали існувати. На жаль, Україна нині не має тракторних двигунів. То які ж двигуни варто ставити на трактори ХТЗ? Виробники тракторів і фахівці сільського господарства постійно перебувають у пошуку оптимального двигуна для своїх моделей. Пропозицій - безліч, були б гроші.
Оскільки двигуни фірми "Дойтц" дуже вибагливі до якості пально-мастильних матеріалів, то в умовах постійної експлуатації це призводить до частих виходів із ладу їхньої паливної апаратури. Через це вони не мають стабільних потужних та економічних показників. Але найгірше те, що їхній ремонт потребує значних затрат як на запасні частини, так і на виконання відповідних робіт.
Російські двигуни Ярославського моторного заводу серій ЯМЗ-236, ЯМЗ-238 різних модифікацій і КамАЗ-740 за допомогою набору відповідних перехідних пристроїв з'єднуються з трансмісією. Є чимало компаній, які займаються переобладнанням тракторів, установленням нових двигунів ЯМЗ-236М2 чи ЯМЗ-236Д3. Головне, щоб роботу було виконано якісно, без обрізання привідного вала ВВП із балансуванням зчеплення та були надані відповідні документи для реєстрації в Держтехнагляді.
На жаль, ці двигуни за своїм технічним рівнем значно поступаються аналогічним зарубіжного виробництва.
Функціонально їх конструювали як автомобільні, тому їхні характеристики неповною мірою відповідають роботі на тракторах і комбайнах. Отримані результати випробувань тракторів із цими двигунами свідчать про те, що вони за основними характеристиками поступаються двигунам зарубіжних тракторів. Зокрема, вони витрачають пального на 20-25% більше.
Та й потужності таких двигунів недостатньо для ефективного використання тракторів у перспективних енергоощадних сільгосптехнологіях, оскільки сучасні високопродуктивні грунтообробні знаряддя та посівні комплекси потребують застосування енергозасобів із потужністю двигуна понад 200 к. с. У разі агрегатування з високопродуктивними знаряддями тракторів, що мають меншу потужність двигуна, не забезпечується реалізація всіх їхніх переваг, закладених конструкторами. При цьому агрегат рухається полем з меншою швидкістю, відповідно, зменшується не лише його продуктивність, а й порушується якість проведеної технологічної операції, оскільки робочі органи сільгоспмашин розраховані на відповідну швидкість. До того ж, ці двигуни, розроблені ще в 60-ті роки минулого століття, є застарілими конструкціями, які аж ніяк не можна назвати економічними за витратою пального.
До дорадчої служби Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. Петра Василенка часто звертаються представники агроформувань різних форм власності з проханням прокоментувати переваги встановлюваних двигунів Д-260.4 Мінського моторного заводу (ММЗ) на трактори та комбайни. Мінські чотирициліндрові двигуни серії Д-240 завоювали прихильність користувачів високими техніко-економічними показниками, надійністю в роботі та ремонтопридатністю. А от як працюватиме рядкова шістка Д-260.4 на тракторах ХТЗ?
Досвід використання двигунів Мінського моторного заводу (понад 1000 шт. Д-260.4 на тракторах ХТЗ і понад 100 шт. Д.262.S.2) свідчить, що вони добре адаптовані до вітчизняних пально-мастильних матеріалів і складних умов експлуатації. Ці агрегати за невеликих габаритних розмірів і маси мають значний запас крутного моменту (25-28%) і доволі високу надійність. Крім того, в Україні мінські двигуни дуже поширені, тому проблеми зі створення спеціалізованої ремонтної бази немає. А за економічністю вони наближаються до двигунів "Дойтц".
У провідних машинобудівних підприємствах світу протягом кількох років здійснюють роботи з підвищення запасу крутного моменту двигунів сільськогосподарських і промислових тракторів. Поліпшення цього показника сприяє підвищенню продуктивності машинно-тракторних агрегатів, зниженню витрати пального, спрощенню трансмісії, підвищенню зручності управління трактором. Найпрогресивнішим рішенням у цьому напрямі є створення двигунів постійної потужності. Двигун постійної потужності різниться зі звичайним двигуном високим значенням запасу крутного моменту й постійністю потужності в широкому діапазоні частот обертання за роботи в режимі зовнішньої характеристики. Завдяки цьому забезпечуються безступеневе та автоматичне регулювання тягової сили й швидкості руху трактора практично за 100%-го використання потужності двигуна й за високої економічності пального. Випробуваннями, проведеними в УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого, встановлено, що номінальний коефіцієнт запасу крутного моменту дизеля Д-260.4 становить 24 відсотки.
Для отримання достовірної інформації проведено комплексні аналітико-експериментальні дослідження із визначення переваг двигунів Д-260.4 у реальних умовах експлуатації.
Потужність і економічність двигуна залежать, передусім, від кількості пального, що подається до циліндра, та повноти його згоряння, а також від механічних втрат у поршневій групі та в двигуні загалом. Для розв'язання цієї проблеми у повітряному тракті двигуна Д 260.4 встановлено турбокомпресор, що забезпечує подання під тиском повітря в циліндри - для підвищення щільності повітря, а відповідно, і вмісту кисню в одиниці об'єму, що гарантує повне згоряння дизельного палива. Оскільки розміри поршневої групи залишаються незмінними, то й механічні втрати на тертя практично не збільшуються, а залишаються на попередньому рівні. Саме ці чинники, передусім, і забезпечують нарощення потужності та економічності двигуна.
Потужність дизеля, обладнаного турбокомпресором, додатково підвищується охолодженням повітря, що надходить із турбокомпресора в циліндри, за допомогою повітряного радіатора-охолоджувача (інтеркулера). Щільність охолодженого повітря підвищується, його ваговий заряд, відповідно, збільшується, що дає можливість подавати й ефективніше спалювати підвищені дози дизпалива.
Приблизні розрахунки свідчать, що зниження температури надувного повітря на 10° підвищує його щільність майже на 3%. Це, своєю чергою, дає змогу збільшити потужність двигуна приблизно на такий самий відсоток. Наприклад, охолоджування повітря на 33° дасть зростання потужності приблизно на 10%. Унаслідок нагнітання та охолодження повітря тиск у циліндрах збільшується, й потужність зростає на 15-20 відсотків.
Інтеркулерами-охолоджувачами й турбокомпресорами обладнують більшість дизелів для тракторів і комбайнів, які випускають за кордоном. Саме використання турбокомпресорів з охолоджувачами забезпечує високі техніко-економічні показники двигунів і на 20-30% зменшує витрати дизпалива на номінальних навантаженнях на відміну від їхніх безнаддувних аналогів.
Крім того, охолодження повітряного заряду веде до зниження температури на початку такту стискання й дає змогу реалізувати ту саму потужність двигуна за зменшеного ступеня стискання в циліндрі. Наслідком цього є зниження температури відпрацьованих газів, що позитивно позначається на зменшенні теплового навантаження деталей камери згоряння.
Зниження ступеня стискання в дизелі Д-260.4 до 15 і зменшення розмірів турбіни поліпшують типово слабкі сторони двигуна з турбонаддувом, а саме: дають змогу збільшити крутний момент за низьких частот обертання колінчастого вала й скоротити час виходу на новий режим роботи за різкого прискорення. Обидва ці чинники для двигуна з наддувом в експлуатаційних умовах мають велике значення.
 Від характеристики системи турбонаддуву залежать також інші показники двигуна. За впровадження турбонаддуву не лише істотно підвищуються питома потужність двигуна, запас крутного моменту та паливна економічність, а й менш токсичними стають відпрацьовані гази.
Для поліпшення показників трактора потрібно, щоб дизель якийсь час працював на несталих режимах із зміною потужності й частоти обертання. Цю проблему значною мірою вирішено на дизелі Д-260.4, в якого за високої приємистості двигуна скорочується тривалість роботи на перехідних режимах за зміни частоти обертання колінчастого вала. Тривалість роботи на перехідних режимах знижується також і за збільшення пристосованості, оскільки, завдяки збільшенню опору руху трактора, підвищується крутний момент, який розвивається двигуном, та зростає сила тяжіння трактора. У разі використання на тракторах інших двигунів, у яких коефіцієнт пристосовності менший, зі збільшенням опору руху відбувається значне зниження частоти обертання й часте перемикання передач, яке пов'язане зі збільшенням тривалості роботи на перехідних режимах. Під час роботи двигуна на перехідних режимах знижується його паливна економічність порівняно з паливною економічністю на сталих режимах, оскільки порушується оптимальне співвідношення між окремими параметрами. Тому скорочення тривалості роботи на перехідних режи-мах підвищує економічність роботи трактора або комбайна. Крім того, якщо немає потреби часто перемикати передачі, то, відповідно, підвищується продуктивність машинно-тракторного агрегату, менше спрацьовується коробка передач і трансмісія в цілому.
Для визначення реальних параметрів двигуна Д-260.4 на тракторі ХТА-200 "Слобожанець" виконано його незалежні випробування в лабораторіях Українського науково-дослідного інституту прогнозування й випробування техніки і технологій для сільськогосподарського виробництва (УкрНДІПВТ) імені Леоніда Погорілого.
Як засвідчили випробування та досвід експлуатації тракторів у господарствах, трактор типу ХТЗ-170 з двигуном Д 260.4 за день витрачає менше дизпалива, ніж аналогічний агрегат, обладнаний двигуном ЯМЗ-236М2. Реальна економія під час виконання однакових робіт під навантаженням становить 40-60 л дизельного палива за зміну.
Результати стендових випробувань двигуна Д-260.4 наведено в таблиці.
Результати польових випробувань підтверджують стендові дані. Так, за агрегатування трактора Т-150К, оснащеного двигуном ММЗ Д-260.4 (210 к. с.) з важкою бороною УДА-3.8 (масою 3,25 т), якісно виконується технологічний процес, а витрата дизпалива становить 5,5 л/га. Такий самий трактор із встановленим ЯМЗ-236М2 (180 к. с.) витрачає 7,7 л на гектар.
За зміну трактор із двигуном ЯМЗ-236М2 з бороною УДА-3,1 обробляє 18-22 га, а з двигуном ММЗ Д-260.4 за той самий час - 30-34 гектари.
За використання трактора Т-150К, оснащеного двигуном ММЗ Д-260.4 (210 к. с.), на оранці в агрегаті з важким оборотним п'ятикорпусним плугом RS виробництва Німеччини, розрахованим на енергозасіб потужністю від 200 к. с., витрата дизпалива становить 17-18
л/га. А в такого самого трактора з двигуном ЯМЗ-238 (240 к. с.) - 24 л/га за однакової швидкості оранки.
Завдяки типовим випробуванням тракторів ХТЗ-170 і ХТА-200, оснащених двигуном Д-260.4, встановлено, що двигун за конструкційними параметрами задовільно зв'язується з трансмісією трактора. Компонування двигуна в підкапотному просторі задовільне. Незручностей під час обслуговування двигуна немає.
Він забезпечує показники потужності згідно з вимогами ТУ, відповідає за показниками паливної економічності. Двигун має допустиме вигоряння мастила - 0,3% (за ТУ - 0,4%). Система охолодження забезпечує потрібний тепловий режим роботи двигуна.
Рівень шуму в кабіні трактора на встановлених режимах роботи дизеля не перевищує (на відміну від двигунів ЯМЗ) допустимої норми відповідно до вимог ДСТ 12.1.003.

М. Макаренко,
доцент кафедри "Трактори й автомобілі" Харківського національного технічного університету сільського господарства
ім. Петра Василенка