ट्रैक्टर व पावर टिलर: शक्ति संचरण, कर्षण, त्रि-बिंदु अड़ान, द्रवचालित व संचालन तंत्र, परीक्षण तथा सुरक्षा
2. क्लच, ब्रेक व शक्ति-संचरण तंत्र
क्लच इंजन को गियरबॉक्स से सुचारु रूप से जोड़ता है और गियर बदलने हेतु अलग करता है। एकल-प्लेट शुष्क घर्षण क्लच T = μ·W·R_m·n संचारित करता है, जहाँ W अक्षीय स्प्रिंग बल, n घर्षण सतहों की संख्या (एकल प्लेट हेतु दो) और R_m माध्य त्रिज्या है — घिस चुके क्लच हेतु प्रयुक्त एकसमान-घिसाव मान्यता में (R₁ + R₂)/2। μ = 0.3, W = 3000 N, R₁ = 150 mm व R₂ = 100 mm पर T = 0.3 × 3000 × 0.125 × 2 = 225 N·m। द्वैत क्लच में एक पैडल से चरणों में चलने वाली दो प्लेटें होती हैं, अतः गियरबॉक्स अलग किया जा सकता है जबकि PTO चलता रहे — वह जीवंत PTO जो मोवर या बेलर को चाहिए। ब्रेक (ड्रम, या तेल में गीली डिस्क) प्रत्येक पिछले पहिये पर स्वतंत्र रूप से कार्य करते हैं, अतः एक पहिये पर ब्रेक लगाने से मोड़ तीखा होता है; सड़क यात्रा हेतु दोनों पैडल साथ बाँध दिए जाते हैं।
गियरबॉक्स (सर्पी-मेल, स्थिर-मेल या सिंक्रोमेश, प्रायः उच्च व निम्न परिसरों सहित) बल-आघूर्ण गुणित करता है और यात्रा चाल तय करता है। डिफ़रेंशियल मोड़ पर दोनों चालक पहियों को भिन्न चालों पर घूमने देता है और बल-आघूर्ण बराबर बाँटता है; दोनों पहिया चालों का योग क्राउन-चक्र चाल के दोगुने के बराबर है, अतः यदि एक पहिया खड़ा रहे तो दूसरा क्राउन-चक्र की दोगुनी चाल पर घूमता है। यही गुण फिसलन वाले स्थान पर एक पहिये को घूमने देता है जबकि दूसरा रुक जाता है, जिसे डिफ़रेंशियल लॉक दोनों अर्ध-धुरियों को साथ बाँधकर रोकता है — केवल सीधी रेखा में खींचने हेतु, मोड़ पर कभी नहीं। अंतिम चालन पहियों से ठीक पहले एक अंतिम बड़ा न्यूनीकरण देते हैं। PTO शाफ़्ट निर्दिष्ट इंजन चाल पर 540 चक्कर/मिनट (या बड़ी मशीनों हेतु 1000 चक्कर/मिनट) की मानक चाल पर चलता है, अतः कोई भी PTO मशीन किसी भी ट्रैक्टर पर लगती है; पट्टा घिरनी स्थिर मशीनों की सेवा करती है।
यात्रा चाल न्यूनीकरणों की शृंखला से निकलती है। 70:1 के समग्र न्यूनीकरण से होकर 2100 चक्कर/मिनट पर इंजन पहियों को 30 चक्कर/मिनट पर घुमाता है; 1.4 m पहिया व्यास पर सैद्धांतिक चाल π × 1.4 × 30 × 60/1000 = 7.92 km/h है, और वास्तविक चाल पहिया फिसलन जितनी कम होती है।
3. ट्रैक्टर चेसिस की यांत्रिकी व कर्षण सिद्धांत
मृदा पर चालक पहिया प्रति चक्कर अपनी लुढ़कन परिधि से सदा कम चलता है, क्योंकि खिंचाव विकसित करने हेतु वह मृदा को अपरूपित करता है। पहिया फिसलन s = (V_t − V_a)/V_t है, जहाँ V_t सैद्धांतिक (बिना फिसलन) चाल और V_a वास्तविक चाल है, अथवा समतुल्य रूप से (भार-रहित प्रति चक्कर दूरी − भारयुक्त)/भार-रहित। पहिये पर मृदा प्रतिक्रिया सकल कर्षण देती है; उसका भाग गति प्रतिरोध (लुढ़कन प्रतिरोध, अधिकांशतः लीक बनाने का कार्य) में व्यय होता है, और शेष शुद्ध कर्षण या ड्रॉबार खिंचाव है। शुद्ध कर्षण गुणांक खिंचाव बटा चालक पहियों पर गतिक भार है, और कर्षण दक्षता ड्रॉबार शक्ति बटा धुरी शक्ति है: TE = (P·V_a)/(T·ω) = (P/GT)(1 − s)। कर्षण दक्षता मध्यम फिसलन पर शिखर पर होती है — लगभग 8 से 15 प्रतिशत, दृढ़ मृदा पर कम और ढीली मृदा पर अधिक — क्योंकि कम फिसलन पर कम खिंचाव विकसित होता है और अधिक फिसलन पर चाल व्यर्थ जाती है; यही ट्रैक्टर में गिट्टी डालने का आधार है।
भार स्थानांतरण। व्हीलबेस L वाले दो-पहिया चालन ट्रैक्टर के पिछले पहिया संपर्क के परितः आघूर्ण लेने पर, ऊँचाई h पर लगा क्षैतिज ड्रॉबार खिंचाव P अगली धुरी को P·h/L उठाता है और उतना ही पिछली में जोड़ता है। 10 kN (अग्र) व 20 kN (पश्च) स्थैतिक प्रतिक्रियाओं, L = 2 m, h = 0.5 m व P = 10 kN पर स्थानांतरण 2.5 kN है, अतः पिछली धुरी 22.5 kN और अगली 7.5 kN वहन करती है। स्थानांतरण कर्षण सुधारता है, परंतु यदि P·h, अग्र स्थैतिक प्रतिक्रिया × L के निकट पहुँचे तो अगले पहिये उठते हैं और ट्रैक्टर पीछे की ओर पलट सकता है — अतः अड़ान नीची रहनी चाहिए, और फँसा भार खींचते ट्रैक्टर को कभी ड्रॉबार से ऊपर नहीं जोड़ना चाहिए।
ईंधन खपत इंजन की विशिष्ट ईंधन खपत से निकलती है: लीटर प्रति घंटा = bsfc (kg/kWh) × शक्ति (kW)/घनत्व (kg/L)। 30 kW व 0.25 kg/kWh पर, 0.84 kg/L घनत्व वाले डीज़ल के साथ, ट्रैक्टर 7.5 kg/h = 8.93 L/h जलाता है। प्रभावी क्षेत्र क्षमता से भाग देने पर यह लीटर प्रति हेक्टेयर बन जाता है, वह आँकड़ा जो किसी संक्रिया की लागत तय करता है।
4. त्रि-बिंदु अड़ान, द्रवचालित नियंत्रण व संचालन
त्रि-बिंदु लिंकेज आरोहित उपकरण को दो निचली कड़ियों व एक ऊपरी कड़ी पर वहन करता है। पार्श्व दृश्य में निचली व ऊपरी कड़ियाँ, बढ़ाए जाने पर, आभासी अड़ान बिंदु (तात्क्षणिक केंद्र) पर मिलती हैं, जिसके परितः उपकरण घूमता है; यह तय करता है कि उपकरण मृदा बल में परिवर्तन पर कैसी प्रतिक्रिया देगा। लिंकेज दो प्रकार से प्रयुक्त होता है। मुक्त-कड़ी (तैरती) संक्रिया में द्रवचालित तंत्र छोड़ दिया जाता है, कड़ियाँ स्वतंत्र चल सकती हैं, और उपकरण अपने गेज पहिये या अपने मृदा बलों पर अपनी गहराई स्वयं पाता है, भूमि का अनुसरण करते हुए। प्रतिबंधित-कड़ी संक्रिया में द्रवचालित तंत्र कड़ियों को थामे रहता है, अतः ट्रैक्टर उपकरण की गहराई नियंत्रित करता है।
| विधा | क्या स्थिर रखती है | उपयुक्त |
|---|---|---|
| स्थिति नियंत्रण | ट्रैक्टर के सापेक्ष उपकरण की ऊँचाई, कर्षण कुछ भी हो | समतल भूमि; मृदा से ऊपर वहन किए उपकरण, स्प्रेयर, ग्रेडर |
| कर्षण नियंत्रण | कर्षण: बढ़ता कर्षण उपकरण को थोड़ा उठाता है, घटता कर्षण नीचे करता है | परिवर्ती प्रतिरोध वाली मृदा में हल व कल्टीवेटर; अतिभार से रक्षा |
| मिश्रित नियंत्रण | दोनों का मिश्रण | असमान खेत जहाँ शुद्ध कर्षण नियंत्रण गहराई बहुत बदलता है |
कर्षण स्वयं लिंकेज से भाँपा जाता है — छोटे ट्रैक्टरों पर ऊपरी कड़ी से, जिसका संपीडन कर्षण के साथ बदलता है, और बड़े ट्रैक्टरों पर निचली कड़ियों से। द्रवचालित तंत्र एक गियर पंप, नियंत्रण वाल्व, उत्थापन सिलिंडर व भंडार है; इसकी शक्ति p × Q है, अतः 30 L/min (5 × 10⁻⁴ m³/s) पर 15 MPa, 7.5 kW है। संचालन (स्टीयरिंग) यांत्रिक (वर्म-व-सेक्टर या पुनःपरिसंचारी-बॉल बॉक्स), शक्ति-सहायित, या पूर्णतः द्रवस्थैतिक होता है। सही संचालन ज्यामिति ऐकरमैन सिद्धांत का पालन करती है: सभी पहिये पिछली-धुरी रेखा पर एक केंद्र के परितः लुढ़कें, जिसके लिए बाहरी व भीतरी संचालित कोणों हेतु cot φ_o − cot φ_i = w/L आवश्यक है, w किंगपिन अंतराल व L व्हीलबेस। L = 2 m, w = 1.2 m व φ_i = 30° पर cot φ_o = 1.732 + 0.6 = 2.332, अतः φ_o = 23.2°।
5. ट्रैक्टर परीक्षण व निष्पादन; मानव अभियांत्रिकी व सुरक्षा
ट्रैक्टरों का परीक्षण मानक संहिताओं से होता है — अंतरराष्ट्रीय स्तर पर OECD संहिताएँ, भारत में राष्ट्रीय परीक्षण संस्थानों द्वारा भारतीय मानक ब्यूरो की प्रक्रियाओं पर, जिनमें केंद्रीय संस्थान बुदनी स्थित केंद्रीय कृषि मशीनरी प्रशिक्षण एवं परीक्षण संस्थान है। मुख्य परीक्षण हैं: PTO निष्पादन (अधिकतम शक्ति, तथा परिवर्ती भार व चाल पर शक्ति व ईंधन खपत, जिससे बल-आघूर्ण व विशिष्ट-ईंधन-खपत वक्र मिलते हैं); प्रत्येक गियर में परीक्षण पथ पर ड्रॉबार निष्पादन (खिंचाव, चाल, फिसलन, ड्रॉबार शक्ति व ईंधन खपत); द्रवचालित उत्थापन क्षमता व उत्थापन का बने रहना; ब्रेक निष्पादन; मोड़ त्रिज्या व मोड़ स्थान; चालक के कान पर व परिवेश में शोर; सीट पर कंपन; तथा उपकरणों सहित खेत परीक्षण। इन परीक्षणों में ड्रॉबार व PTO शक्ति का अनुपात ट्रैक्टरों की खींचने की क्षमता की तुलना हेतु सर्वोत्तम एकल संख्या है।
- मानव अभियांत्रिकी (श्रम-दक्षता विज्ञान): सीटें, पैडल, लीवर व स्टीयरिंग चालक समूह की पहुँच व शक्ति के भीतर, मानवमितीय आँकड़ों से आकारित (उदाहरणार्थ 5वें से 95वें शतमक तक), नियंत्रणों पर बल सुविधाजनक सीमाओं में रखते हुए।
- शोर व कंपन: ध्वनि स्तर dB(A) में मापे जाते हैं; सीट पर सम्पूर्ण-शरीर कंपन निलंबन सीटों व केबिन आरोहणों से घटाया जाता है।
- सुरक्षा: पलटने के विरुद्ध सीट बेल्ट सहित पलटाव-रक्षक संरचनाएँ (ROPS); PTO शाफ़्ट व गतिशील भागों पर आवरण; पीछे पलटने के विरुद्ध नीची अड़ान व अग्र गिट्टी; सड़क पर धीमे-वाहन चिह्न व बत्तियाँ; केवल न्यूट्रल में सुरक्षित आरंभ।
- उपकरण अभिकल्प: कटर बार, कुट्टी मशीन के भरण रोलरों व थ्रेशर भरण ढलानों पर आवरण — थ्रेशर भरण ढलान हाथ की चोटों का प्रलेखित कारण है, और लंबी ढकी ढलान हाथ को बेलन से दूर रखती है।
मुख्य बिंदु
- पहिया फिसलन = (V_t − V_a)/V_t; कर्षण दक्षता = ड्रॉबार शक्ति/धुरी शक्ति, और यह मध्यम फिसलन पर शिखर पर होती है।
- ऊँचाई h पर ड्रॉबार खिंचाव P, P·h/L अगली धुरी से पिछली पर स्थानांतरित करता है; बहुत ऊँची अड़ान ट्रैक्टर को पीछे पलट देती है।
- क्लच बल-आघूर्ण T = μWR_m n, एकसमान घिसाव हेतु R_m = (R₁ + R₂)/2; PTO मानक 540 चक्कर/मिनट (या 1000) है।
- मुक्त-कड़ी उपकरण को अपने बलों पर तैरने देती है; प्रतिबंधित-कड़ी द्रवचालित तंत्र को उसे थामने देती है — स्थिति से या कर्षण से।
- ईंधन उपयोग L/h में = bsfc × kW/घनत्व; ऐकरमैन संचालन को cot φ_o − cot φ_i = w/L चाहिए।
अभ्यास प्रश्न (13)
उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।
भार-रहित, ट्रैक्टर के चालक पहिये उसे 20 चक्करों में 100 m ले जाते हैं; उपकरण खींचते हुए 20 चक्कर उसे केवल 85 m ले जाते हैं। पहिया फिसलन, प्रतिशत में, क्या है?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 15
s = (100 − 85)/100 = 0.15 = 15 प्रतिशत, बिना फिसलन (भार-रहित) यात्रा के सापेक्ष मापा गया। भारयुक्त दूरी से भाग देने पर 17.6 प्रतिशत आता है, सामान्य ग़लत विकल्प।एक ट्रैक्टर 4.5 km/h पर 12 kN ड्रॉबार खिंचाव लगाता है। उसकी ड्रॉबार शक्ति, kW में, क्या है?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 15
ड्रॉबार शक्ति = खिंचाव × चाल = 12 kN × 4.5/3.6 m/s = 12 × 1.25 = 15 kW। 12 को सीधे 4.5 से गुणा करने पर 54 आता है, जो km/h को m/s में बदलना भूल जाता है।एक ट्रैक्टर ड्रॉबार पर 15 kW देता है जब उसकी चालक धुरी पर शक्ति 22.5 kW है। उसकी कर्षण दक्षता, प्रतिशत में (एक दशमलव स्थान तक), क्या है?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 66.7
TE = ड्रॉबार शक्ति/धुरी शक्ति = 15/22.5 = 0.667 = 66.7 प्रतिशत; शेष 7.5 kW फिसलन व गति प्रतिरोध में जाता है। ड्रॉबार शक्ति की इंजन या PTO शक्ति से तुलना संचरण हानियों सहित कम आँकड़ा देती है — एक भिन्न दक्षता।2.0 m व्हीलबेस वाले दो-पहिया चालन ट्रैक्टर पर स्थैतिक धुरी भार अगली पर 10 kN व पिछली पर 20 kN है। वह भूमि से 0.5 m ऊँचाई पर 10 kN क्षैतिज ड्रॉबार खिंचाव लगाता है। खींचते समय पिछली धुरी पर भार, kN में, क्या है?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 22.5
पिछले संपर्क के परितः आघूर्ण: खिंचाव का आघूर्ण P·h = 10 × 0.5 = 5 kN·m अग्र प्रतिक्रिया में 5/2 = 2.5 kN की कमी से संतुलित होता है, और ऊर्ध्वाधर साम्य वही 2.5 kN पिछली में जोड़ता है: 20 + 2.5 = 22.5 kN। इसके बजाय पिछली से घटाना भार स्थानांतरण की दिशा उलट देता है।एक ट्रैक्टर इंजन 0.25 kg/kWh विशिष्ट ईंधन खपत के साथ 30 kW देता है। डीज़ल का घनत्व 0.84 kg/L लेते हुए, ईंधन खपत, L/h में (दो दशमलव स्थानों तक), क्या है?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 8.93
द्रव्यमान दर = 0.25 × 30 = 7.5 kg/h; आयतन दर = 7.5/0.84 = 8.93 L/h। घनत्व से भाग के बजाय गुणा करने पर 6.30 L/h आता है, जिससे डीज़ल पानी से सघन हो जाता।एक ट्रैक्टर इंजन 2100 चक्कर/मिनट पर चलता है और इंजन से चालक पहियों तक समग्र न्यूनीकरण 70:1 है। पहियों का व्यास 1.4 m है। सैद्धांतिक यात्रा चाल, km/h में (दो दशमलव स्थानों तक), क्या है?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 7.92
पहिया चाल = 2100/70 = 30 चक्कर/मिनट; प्रति मिनट दूरी = π × 1.4 × 30 = 131.9 m; चाल = 131.9 × 60/1000 = 7.92 km/h। व्यास को त्रिज्या मानने पर यह दोगुना 15.83 km/h हो जाता है; वास्तविक चाल पहिया फिसलन जितनी कम है।दोनों फलक प्रभावी वाले एकल-प्लेट क्लच की घर्षण परतों की बाहरी त्रिज्या 150 mm व भीतरी त्रिज्या 100 mm है। अक्षीय स्प्रिंग बल 3000 N और घर्षण गुणांक 0.3 है। एकसमान घिसाव मानते हुए, वह कितना बल-आघूर्ण संचारित कर सकता है, N·m में?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 225
एकसमान घिसाव R_m = (0.15 + 0.10)/2 = 0.125 m देता है; दो घर्षण सतहों पर T = μWR_m n = 0.3 × 3000 × 0.125 × 2 = 225 N·m। दोनों फलकों का कार्य भूलने पर 112.5 N·m आता है; एकसमान-दाब माध्य त्रिज्या, (2/3)(R₁³ − R₂³)/(R₁² − R₂²) = 0.1267 m, थोड़ा अधिक 228 N·m देती है।ट्रैक्टर के त्रि-बिंदु अड़ान की मुक्त-कड़ी संक्रिया में:
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उत्तर: A — द्रवचालित तंत्र छोड़ दिया जाता है और उपकरण अपनी कार्य-गहराई अपने गेज पहिये व मृदा बलों से पाता है
मुक्त-कड़ी का अर्थ है कड़ियाँ तैरती हैं: उपकरण अपने गेज पहिये व अपने मृदा बलों के संतुलन पर भूमि का अनुसरण करता है, बिना द्रवचालित निवेश के। निश्चित ऊँचाई पर थामना स्थिति नियंत्रण है और कर्षण भाँपना कर्षण नियंत्रण — दोनों प्रतिबंधित-कड़ी विधाएँ, यही अंतर प्रश्न परखता है।ट्रैक्टर के त्रि-बिंदु लिंकेज के द्रवचालित नियंत्रण के विषय में निम्न में से कौन-से कथन सही हैं?
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उत्तर: A — कर्षण नियंत्रण में, निर्धारित मान से ऊपर कर्षण बढ़ने पर उपकरण थोड़ा उठता है; B — स्थिति नियंत्रण कर्षण कुछ भी हो, उपकरण को ट्रैक्टर के सापेक्ष निर्धारित ऊँचाई पर रखता है; D — छोटे ट्रैक्टरों पर कर्षण प्रायः ऊपरी कड़ी से भाँपा जाता है
कर्षण नियंत्रण कर्षण बढ़ने पर उपकरण को थोड़ा उठाता है, ट्रैक्टर पर भार लगभग स्थिर रखते हुए; स्थिति नियंत्रण कर्षण की परवाह किए बिना ऊँचाई थामता है; छोटे ट्रैक्टर ऊपरी कड़ी के संपीडन से कर्षण भाँपते हैं, बड़े निचली कड़ियों से। मुक्त-कड़ी संक्रिया में द्रवचालित तंत्र छोड़ दिया जाता है, अतः तीसरा कथन असत्य है।ट्रैक्टर पर डिफ़रेंशियल लॉक किसलिए लगाया जाता है?
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उत्तर: A — जब एक चालक पहिया फिसल रहा हो तब दोनों को साथ घुमाने हेतु
डिफ़रेंशियल सामान्यतः दोनों पहियों को बराबर बल-आघूर्ण भेजता है, अतः फिसलन वाले स्थान पर एक पहिया घूमता है जबकि दूसरा खड़ा रहता है; लॉक अर्ध-धुरियों को जोड़ देता है ताकि दोनों साथ घूमें और पकड़ वाला पहिया खींचे। मोड़ पर भिन्न चालें देना बिना लॉक का डिफ़रेंशियल करता है, इसीलिए मुड़ने से पहले लॉक छोड़ना आवश्यक है।एक ट्रैक्टर का व्हीलबेस 2.0 m व किंगपिन अंतराल 1.2 m है। सही ऐकरमैन संचालन हेतु, यदि भीतरी अगला पहिया 30° घुमाया जाए, तो बाहरी पहिये को कितने अंश घूमना चाहिए (एक दशमलव स्थान तक)?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 23.2
cot φ_o = cot φ_i + w/L = cot 30° + 1.2/2.0 = 1.732 + 0.6 = 2.332, अतः φ_o = tan⁻¹(1/2.332) = 23.2°। बाहरी पहिया भीतरी से कम घूमता है; w/L घटाने पर cot φ_o = 1.132 और 41.5° आता है, जिससे बाहरी पहिया अधिक घूमता।एक ट्रैक्टर का द्रवचालित पंप 15 MPa दाब पर 30 L/min देता है। वह कितनी द्रवचालित शक्ति देता है, kW में?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 7.5
Q = 30 L/min = 0.030/60 = 5 × 10⁻⁴ m³/s, और P = pQ = 15 × 10⁶ × 5 × 10⁻⁴ = 7500 W = 7.5 kW। लीटर को m³ में बदलकर 60 से भाग देना भूलने पर 450 kW, और 10⁻³ के बिना लीटर प्रति सेकंड में छोड़ने पर 7500 kW आता है।ट्रैक्टर पर पलटाव-रक्षक संरचना (ROPS) मुख्यतः किस हेतु है?
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उत्तर: A — ट्रैक्टर पलटने पर सीट बेल्ट से बँधे चालक की रक्षा हेतु
ROPS पलटना नहीं रोकती; पलटने पर वह सीट-बेल्ट बँधे चालक के चारों ओर जीवन-रक्षा क्षेत्र बनाती है। पीछे पलटना नीची अड़ान व अग्र गिट्टी से रोका जाता है, और PTO का अपना आवरण होता है।