В одной из статей 1919 года инженер Эдвард Р. Хьюитт раскрыл принципы оптимальной работы тракторных двигателей. Хотя с тех пор прошло более века, его наблюдения остаются удивительно актуальными. В ту эпоху тракторы вроде Moline Universal, Little Bull или Waterloo Boy были редкостью, а Fordson только начинал завоевывать американский рынок. Уже тогда инженеры решали сложные задачи, многие из которых и сегодня ставят в тупик специалистов по сельхозтехнике.
Трактор Moline Universal, выпускавшийся в США с 1916 по 1923 год, — наглядный пример техники, которая была распространена до 1919 года. На фотографии запечатлено соревнование по пахоте в Дании в 1920 году.
Принципы экономичной эксплуатации от Эдварда Хьюитта
Ниже представлен адаптированный перевод ключевых фрагментов работы Эдварда Р. Хьюитта «Принципы эксплуатации колесных сельскохозяйственных тракторов», опубликованной Американским обществом сельскохозяйственных инженеров. Его выводы поражают своей прозорливостью.
Как нагрузка двигателя влияет на расход топлива
Классические двигатели внутреннего сгорания обладают характерным недостатком: при перегрузке они глохнут, если не работают на оборотах выше пика крутящего момента. При этом при снижении оборотов крутящий момент, как правило, увеличивается. Это позволяет несколько нарастить нагрузку на мотор, снизив скорость. Исходя из этой особенности, Хьюитт делает вывод: для устойчивой работы тракторный двигатель не должен постоянно трудиться на пределе своих возможностей. В противном случае любое внезапное увеличение сопротивления, например, на подъеме или при встрече с твердым участком почвы, приведет к остановке или вынужденному переключению на пониженную передачу.
Именно поэтому в практике того времени сложился подход, при котором передачи подбирались так, чтобы двигатель работал лишь на 40-50% от своей максимальной мощности. Такой «запас прочности» компенсировал риск кратковременных перегрузок и возможные несовершенства систем смазки и охлаждения.
Однако Хьюитт, опираясь на серию лабораторных испытаний, показал, что такой подход неэффективен с точки зрения расхода топлива. На графике (Рисунок 3) представлены усредненные данные по расходу топлива при различных нагрузках на двигатель, работающий на постоянных 1000 об/мин.
Рисунок 3 – Расход топлива в зависимости от нагрузки на двигатель (средние значения по нескольким экспериментам).
[Пояснение к графику: По вертикальной оси отложен расход топлива в фунтах на лошадиную силу в час. По горизонтальной оси внизу — процент нагрузки двигателя при 1000 об/мин, вверху — разрежение во впускном коллекторе (в дюймах ртутного столба). Кривые соответствуют разным режимам смесеобразования: 1 – Богатая смесь на холодном воздухе, 2 – Хорошее смесеобразование на холодном воздухе, 3 – Оптимальные условия работы, 4 – Теоретически лучший результат для цикла Отто.]
Нижняя кривая (4) демонстрирует наименьший возможный расход топлива в идеальных условиях. Кривая 1 отражает типичную для коммерческих тракторов того времени практику. Ключевой вывод Хьюитта: хотя двигатель и не должен долго работать при нагрузке ниже 60%, наилучшая экономичность достигается именно при высокой нагрузке. Самые совершенные моторы в хороших условиях показывали расход около 0,66 фунта на л.с. в час уже при 50% нагрузке.
Практические рекомендации: трансмиссия и контроль нагрузки
Эдвард Хьюитт настаивал: для постоянной работы в экономичном режиме (от 50% до полной нагрузки) критически важны эффективные системы смазки и охлаждения. Поскольку сопротивление почвы и рельеф постоянно меняются, трактор должен иметь достаточное количество передач, чтобы оператор мог поддерживать оптимальную нагрузку на двигатель.
Сам Хьюитт, столкнувшись с ограничениями двухскоростной коробки передач на своей машине (третья скорость была только для дорог), перешел на четырехступенчатую трансмиссию. Это позволило использовать три скорости для полевых работ (примерно 1, 2 и 3 мили в час при 1000 об/мин двигателя), что давало возможность всегда выбирать режим, близкий к максимальной эффективности.
В качестве простого и эффективного индикатора нагрузки он предложил использовать вакуумметр, подключенный к впускному коллектору. На шкале прибора была отмечена критическая точка — 8 дюймов ртутного столба, что соответствовало примерно 50% нагрузке. Если разрежение превышало эту отметку (нагрузка падала), водителю следовало переключиться на повышенную передачу, чтобы «догрузить» двигатель. Это полная противоположность логике вождения легкового автомобиля, где для снижения нагрузки, наоборот, включают пониженную передачу. В тракторе же более высокая нагрузка означает лучший КПД и экономию горючего.
Обратите внимание: Мебельный щит из бука: советы по эксплуатации.
Об авторе: инженер, изобретатель и легендарный рыбак
Эдвард Рингвуд Хьюитт (1866-1957) был поистине энциклопедической личностью. Выпускник Принстона, он работал в Англии с Хайремом Максимом над паровым самолетом, основал в США Hewitt Motor Company, которая позже вошла в состав International Motor Company и положила начало знаменитой марке грузовиков Mack. Именно под его руководством был создан Mack AB — первый серийный грузовик этой легендарной марки.
Mack AB — первый серийный грузовик марки Mack.
Но главной страстью Хьюитта была рыбалка. Он был пионером подводной съемки поклевок, основателем рыболовного клуба, изобретателем новых моделей мушек (например, Neversink Skater) и энтузиастом восстановления рек для форели. Им написано более десятка книг о рыбной ловле, многие из которых переиздаются до сих пор.
Эдвард Р. Хьюитт за вязанием рыболовной мушки.
Он также получил 24 патента на самые разные изобретения — от войлочной подошвы для обуви до станка для изготовления струн, и был страстным коллекционером музыкальных инструментов. На фоне этих разнообразных талантов его глубокое исследование работы тракторных двигателей 1919 года выглядит еще более впечатляюще. Это была эпоха титанов, способных к фундаментальным открытиям в самых разных областях.
Ссылка на источник:
Транзакции SAE, том 14, часть I, стр. 83–111
Эдвард Р. Хьюитт. Принцип работы колесных сельскохозяйственных тракторов. 1919 год
https://doi.org/10.4271/190003
Оригинал статьи можно найти здесь:
https://www.jstor.org/stable/44720496?seq=1
Цитируемые отрывки — на стр. 89–91.
Больше интересных статей здесь: Производство.
Источник статьи: Об оптимальной загрузке тракторного мотора – советы рыбака.