Трёхточечная сцепка для тракторов

Введение

Крепление для прикрепления навесного оборудования к тракторам

Трехточечное крепление (англ. three point linkage) – широко используемый тип крепления для прикрепления плугов и другого навесного оборудования к сельскохозяйственным или промышленным тракторам. Три точки крепления образуют либо треугольник, либо букву А. С инженерной точки зрения, трехточечное крепление является самым простым и единственным статически определенным способом жесткого соединения двух тел. Трехточечное крепление соединяет навесное оборудование с трактором таким образом, чтобы ориентация оборудования была фиксированной относительно трактора и положения рычагов крепления. Трактор несет часть или весь вес навесного оборудования. Другой основной механизм для прикрепления груза – это тягово-сцепное устройство, одноточечное, поворотное крепление, при котором навесное оборудование или прицеп не имеют фиксированного положения относительно трактора. Основное преимущество системы трехточечного крепления заключается в передаче веса и сопротивления навесного оборудования на ведущие колеса трактора. Это обеспечивает трактору большую полезную тягу, чем он имел бы в противном случае при той же мощности, весе и расходе топлива. Например, когда Ford 9N представил конструкцию трехточечного крепления Гарри Фергюсона для американских серийных тракторов в 1939 году, это был легкий и доступный трактор, конкурирующий в основном с тракторами для междурядных культур, такими как Farmalls, которые еще не имели трехточечных креплений. В среднем, 9N мог вспахивать больше, чем за обычный день, тянув два плуга, превосходя тяговые характеристики более тяжелой и дорогой модели Farmall F 30. Простота и полезность этого крепления впоследствии сделали его отраслевым стандартом.

Компоненты

Трехточечное навесное устройство состоит из нескольких взаимодействующих компонентов. К ним относятся гидравлическая система трактора, точки крепления, подъемные тяги и стабилизаторы. Трехточечные навесные устройства состоят из трех подвижных рычагов. Две нижние тяги – подъемные рычаги – управляются гидравлической системой и обеспечивают подъем, опускание и даже наклон рычагов. Верхний центральный рычаг, называемый верхним звеном, подвижен, но обычно не приводится в действие гидравлической системой трактора. Каждый рычаг имеет приспособление для крепления орудий к навесному устройству. Каждое навесное устройство имеет отверстия для крепления орудий, а само орудие имеет штифты, которые проходят через эти отверстия. Орудие фиксируется шплинтами на концах штифтов. Подъемные тяги приводятся в действие собственной гидравлической системой трактора. Гидравлической системой управляет оператор, и обычно доступно множество настроек. В современных трехточечных навесных устройствах часто предусмотрен механизм контроля тягового усилия. Тяговое усилие орудия, то есть сила, необходимая для его буксировки, измеряется на верхнем звене, и гидравлическая система автоматически слегка приподнимает рычаги при увеличении тягового усилия и опускает их при его уменьшении.

История

До 1940-х годов большинство сельскохозяйственных орудий прицеплялись к тракторам с помощью тягового бруса, по тому же принципу, что и современный фаркоп. Тяговый брус представлял собой плоскую планку с отверстиями, а орудия были прицепами с дышлами, которые крепились к тяговому брусу штифтом через отверстие. Основная причина, по которой это было стандартным способом прицепки, заключалась в том, что это было естественным продолжением практики использования конных орудий, которые буксировались лошадью или упряжкой как прицепы (и часто имели место для оператора). Фактически, на протяжении десятилетий в период механизации сельского хозяйства в Европе и Северной Америке, когда тракторы постепенно заменяли лошадей, существующие конные орудия часто использовались с тракторами. Буксировка с помощью тягового бруса – это хорошая и практичная система для многих целей, и она продолжает использоваться и сегодня, но трехточечная навеска превосходит ее по ряду параметров (описанных ниже). Гарри Фергюсон запатентовал трехточечную навеску для сельскохозяйственных тракторов в Великобритании в 1926 году. Он давно выступал за жесткое крепление плуга к трактору. Идея не принадлежала ему, но он возглавил ее популяризацию на протяжении многих лет разработки, объяснений и продаж. В течение десятилетия с 1916 по 1926 год он развивал свои идеи посредством различных итераций – дуплексных и триплексных, механических и гидравлических – чтобы прийти к запатентованной конструкции. В следующее десятилетие он продолжал объяснять и продавать свои навески и орудия, и даже производил собственную модель трактора в сотрудничестве с David Brown Ltd. через компанию Ferguson Brown Company. Особая геометрия навески, соединявшей плуг с трактором, позволяла передавать силы, создаваемые плугом, на задние колеса трактора. Это перенаправляло сопротивление плуга в виде вертикальной силы на ведущие колеса, что позволило трактору Фергюсона быть значительно легче и маневреннее, чем более ранние модели сельскохозяйственных тракторов с эквивалентной тягой. В результате его трактор мог работать на мягкой почве и меньше уплотнял почву по сравнению с другими тракторами того времени, а также выполнял определенный объем работы за меньшее время и с меньшим расходом топлива. Гидравлически управляемая трехточечная навеска использовала тяговое усилие навешенного орудия для регулирования глубины его работы и, следовательно, нагрузки на трактор (автоматическое регулирование глубины или регулирование тягового усилия). Кроме того, трехточечная навеска предотвращала опрокидывание трактора назад на ведущих колесах, если орудие наталкивалось на камень или другое неподвижное препятствие. Фергюсон и его коллеги разработали несколько инноваций для этого устройства (например, гидравлический подъем и регулирование глубины), которые сделали систему работоспособной, эффективной и востребованной. В 1938 году, после почти двух десятилетий попыток убедить Генри Форда использовать систему Фергюсона на тракторах массового производства Ford, Фергюсону наконец удалось убедить Форда. Американский дебют состоялся с Ford Ferguson 9N в 1939 году. Система Фергюсона, как ее называли, была не просто улучшенной навеской, а скорее навеской плюс целой линейкой орудий, специально разработанных для полного использования ее преимуществ. В 1940-х годах она была настолько выгодной и популярной, что другие производители были вынуждены разрабатывать конкурирующие улучшения навесок, которые также можно было представить как запатентованные "системы" с некоторыми функциями системы Фергюсона (такими как быстрая и легкая прицепка и отцепка, подъем и опускание орудий, управляемые с сиденья трактора, и рассматривание трактора и орудия как единого целого, а не сочлененной пары). Так, International Harvester разработала свой Fast Hitch и начала рекламировать концепцию "сельского хозяйства с системой Farmall", а Allis Chalmers представила свой Snap Coupler, который позволял оператору прицеплять и отцеплять орудия, не покидая своего места. Аналогичным образом, JI Case разработала свой Eagle Hitch, и аналогичный путь был пройден в John Deere. Некоторые из этих систем с одно- или двухточечной прицепкой не подходили для подъема тяжелых орудий. Они также создавали проблему несовместимости между марками тракторов и орудий, оказывая давление на продавцов и вызывая недовольство у многих фермеров. В 1950-х и 1960-х годах фермерам часто приходилось покупать орудия той же марки, что и их трактор, чтобы правильно или наиболее эффективно прицепить орудие. Если фермеру требовалось использовать орудие другой марки, иногда требовался адаптерный комплект, который обычно был неуклюжим, плохо подогнанным или небезопасным. Давление на привязку к поставщику было палкой о двух концах для продавцов. Это было преимуществом в тех случаях, когда это стимулировало продажу орудий (например, фермер решил купить не только трактор, но и новые орудия для замены старых, рассчитывая на повышение производительности, чтобы оправдать затраты), но это было недостатком в той степени, в которой фермеры не видели ценности в новой навеске, если они не могли позволить себе также купить новые орудия для полного использования ее возможностей или опасались покупать новые орудия, когда у них уже были существующие, которые все еще можно было использовать. Фергюсон часто сталкивался с последней проблемой в Великобритании и Ирландии в 1920-х и 1930-х годах, и это также относилось к запатентованным навескам конкурентов в 1940-х и 1950-х годах. В 1960-х годах, когда срок действия патентов на технологию истек, производители тракторов и орудий договорились о трехточечной навеске как об одном стандартном, взаимозаменяемом, полнофункциональном способе прицепки орудий к тракторам. С появлением непатентованного статуса производители смогли усовершенствовать систему и создать полезные модификации. Теперь почти все производители приняли ту или иную стандартизированную форму современной трехточечной навески; многие компании также предлагают безопасные адаптерные комплекты для преобразования нестандартных навесок в трехточечную систему.

Before the 1940s, most hitching of farm implements to tractors was done simply with a drawbar, on the same principle as a modern tow hitch. The drawbar was a flat bar with holes in it, and the implements were trailers, with tongues that attached to the drawbar with a pin through a hole. The main reason why this was the default hitching idea is that it was the natural follow on from the days of horse drawn implements, which were towed as trailers by the horse or team (and often had an operator's seat). In fact, for decades during the mechanisation of agriculture in Europe and North America, as tractors gradually replaced horses in increasing degrees, existing implements from the horse era were often what the tractor pulled. Towing with a drawbar is a good, practical system for many purposes, and it has continued to be used even up to today, but the three point hitch outperforms it in several ways (described below). Harry Ferguson patented the three point linkage for agricultural tractors in Britain in 1926. He had long been a champion of the importance of rigid attachment of the plough to the tractor. The idea did not originate with him, but he led its popularization over many years of development, explaining, and selling. During the decade of 1916 to 1926 he developed his ideas through various iterations, duplex and triplex, mechanical and hydraulic, to arrive at the patented form. During the next decade, he continued explaining and selling his hitches and implements and even produced his own model of tractor in cooperation with David Brown Ltd. via the Ferguson Brown Company. The particular geometry of the linkage that attached the plough to the tractor enabled forces generated by the plough to be applied to the rear wheels of the tractor. This redirected the plough's resistance into downward force on the drive wheels, which enabled Ferguson's tractor to be much lighter and more manoeuvrable than earlier models of farm tractor with equivalent tractive force and traction. As a result his tractor could operate on soft ground and caused less compacting damage to the soil in comparison with other tractors of the time, and it could produce given amounts of work with less time and fuel. The hydraulically operated and controlled three point hitch used the draft of the mounted tool to moderate the depth of the tool and therefore the load on the tractor (automatic depth control or draft control). In addition, the three point hitch would prevent the tractor from flipping backwards on the drive wheels if the implement being dragged were to hit a rock or other immovable obstruction. Ferguson and his colleagues developed several innovations to this device (e. g., the hydraulic lift and depth control) which made the system workable, effective, and desirable. In 1938, after almost two decades of trying to sell Henry Ford on using Ferguson's system on tractors mass produced by Ford, Ferguson finally convinced Ford. The American mass market debut was via the Ford Ferguson 9N in 1939. The Ferguson system, as it was called, was not just an improved hitch but rather the hitch plus an entire line of implements purpose built to make full use of its advantages. During the 1940s, it was so advantageous and popular that other manufacturers were compelled to come up with competing hitch improvements that could also be pitched as proprietary "systems" with at least some of the features of the Ferguson system (such as quick, easy hitching and unhitching, implement raising and lowering controlled from the tractor seat, and treating the tractor and implement as a unit rather than an articulated pair). Thus, International Harvester developed its Fast Hitch and began to advertise the notion of "farming with the Farmall system" and Allis Chalmers introduced its Snap Coupler which allowed the operator to hook and unhook implements without leaving the operator's seat. Likewise, JI Case developed its Eagle Hitch, and similar path was followed at John Deere. Some of these systems, with one point or two point hitching, were not well suited to lifting heavy implements. They also presented the problem of incompatibility between brands of tractors and implements, applying pressure toward vendor lock in that many farmers resented. During the 1950s and 1960s, farmers often would have to purchase the same brand implements as their tractor to be able to hook up the implement correctly or to best effect. If a farmer needed to use a different brand of implement, an adaptation kit—which were typically clumsy, ill fitting, or unsafe—was sometimes needed. The pressure toward vendor lock in was a two edged blade for the salespeople. It was an advantage in cases where it encouraged the sale of implements (e. g., a farmer decided to purchase not just a tractor but also new implements to replace his old ones, betting on increased productivity to make it worth the cost), but it was a disadvantage to the extent that farmers did not see the value in a special new hitch if they could not afford also to buy new implements to make full use of it or felt uneasy about buying new implements when they already had existing implements that were still usable. Ferguson often faced the latter problem in the UK and Ireland in the 1920s and 1930s, and it also applied to the competitors' proprietary hitches of the 1940s and 1950s. In the 1960s, as patents on the technology expired, tractor and implement manufacturers agreed on the three point hitch as the one standard, interchangeable, full featured system to hitch implements to tractors. With the advent of nonproprietary status, the manufacturers were able to refine the system and create useful modifications. Now, nearly all manufacturers have adopted some standardised form of the modern three point hitch system; many companies also offer safe adaptation kits for converting the non standard hitch systems to the three point hitch system.