Úvod / Pôdohospodárstvo podľa tém / Stroje a zariadenia / Rôzne

Pneumatiky a prevádzka mobilných strojov

11-12-2020
S použitím dostupných zdrojov spracoval: doc. Ing. Jozef Ďuďák, CSc. | jozef.dudak@uniag.sk
Slovenská poľnohospodárska univerzita, Nitra

Na poliach sa objavujú stále nové, výkonnejšie, ale často aj ťažšie a mohutnejšie stroje, ktoré často zastanú prácu niekoľkých slabších mechanizmov. Majú však jednu veľkú nevýhodu. S rastúcou hmotnosťou sa zvyšuje ich merný tlak na pôdu. V posledných rokoch sa skutočne už veľmi nepriaznivo prejavuje zhutnenie jednotlivých vrstiev pôdy po prejazdoch týchto ťažkých strojov pri poľných prácach. Konštruktéri majú len jednu možnosť, ako toto nepriaznivé pôsobenie ťažkých poľnohospodárskych strojov obmedziť: „obuť“ ich do pneumatík veľkých rozmerov a pritom plnených relatívne nízkym tlakom, aby bola plocha ich styku s povrchom pôdy čo možno najväčšia. Ak sa hmotnosť stroja rozloží na väčšiu plochu, klesne merný tlak na pôdu, a tým sa obmedzí aj jej prílišné utlačenie.

Pneumatikami vybavené kolesá sú dôležitou súčasťou podvozku všetkých mobilných strojov. Vplyv ich parametrov na prevádzku mobilnej techniky je rôzny, často však veľmi významný. Ovplyvňujú nielen straty energetické vznikajúce valivým odporom, ale majú vplyv aj na straty agrotechnické, pretože pneumatiky v mnohých prípadoch zhutňujú pôdu, v dôsledku čoho sa zhoršujú podmienky pre rast pestovaných plodín a zvyšujú sa náklady v dôsledku vyšších odporov pri obrábaní pôdy.

Dôležitým činiteľom pôsobiacim na pôdu je tlak spôsobený kolesami techniky, ktorý je závislý na tiažovej sile a na ploche, na ktorú táto tiaž pôsobí. Je známou skutočnosťou, že veľkosť plochy odtlačku (dotyková plocha pneumatiky s podložkou) v rozhodujúcej miere závisí hlavne od rozmeru použitých pneumatík – šírky a priemeru. Ďalším dôležitým činiteľom, ktorý sa podieľa na nákladoch spojených s prevádzkou mobilného stroja, je výkon stratený pri prekonávaní valivého odporu. Tu zohráva rozhodujúcu úlohu najmä tlak vzduchu v pneumatikách, konštrukcia pneumatiky a charakter povrchu, po ktorom sa pneumatika odvaľuje.

Pneumatiky sú podobne tak, ako aj každá iná nevyhnutná súčasť energetických prostriedkov a pracovných strojov neustále zdokonaľované a každý rok výrobcovia inovujú a produkujú nové, vylepšené typy najpoužívanejších skupín pneumatík. Deje sa to tak s ohľadom na využitie pre dané výkonnostné skupiny mobilných strojov (traktory, kombajny atď.), ako aj s ohľadom na konkrétne klimatické a pôdne podmienky, v ktorých budú energetické prostriedky a pracovné stroje prevádzkované, pričom požiadavky na používané pneumatiky sa neustále rozširujú. Pokiaľ ide napr. o traktory, v priebehu posledných niekoľko rokov sa výkony ich motorov viac ako dvojnásobne zvýšili, a tomu sa musela nevyhnutne prispôsobiť aj konštrukcia pneumatík.

Výber správnej pneumatiky je dôležitý

Efektívna práca traktora závisí vo veľkej miere práve od správnej voľby pneumatík. Za dôležitý indikátor pri posudzovaní trakčných vlastností a funkčnej spôsobilosti pneumatiky možno považovať kontaktnú (stykovú) plochu pneumatiky s podložkou. Tá je daná predovšetkým násobkom šírky a dĺžky odtlačku zaťaženej pneumatiky pri jej pracovnom nasadení (v zábere). Pre čo najväčšiu plochu samotného odtlačku, a tým aj stykovú plochu pneumatiky s podložkou, má veľký význam šírka pneumatiky, resp. šírka jej odtlačku pri zaťažení, ale z praktického hľadiska, najmä pri práci traktora v medziriadkoch pestovaných plodín, alebo pri orbe s pohybom kolesa v brázde, má oveľa dôležitejší význam dĺžka odtlačku pneumatiky. Ak radiálne pneumatiky sú nahustené na „správny“ tlak, tak tieto pneumatiky budú na podložke vytvárať dlhý pozdĺžny odtlačok. V prípade, že radiálna pneumatika je nahustená na tlak presahujúci optimálnu hodnotu, tak dôjde ku skráteniu dĺžky odtlačku. To následne negatívne ovplyvní trakčné vlastnosti takto nahustenej pneumatiky. Kratší odtlačok znamená totiž, že pneumatika má zmenšený kontakt s podložkou v dôsledku čoho dochádza ku zhoršovaniu ťahových účinkov a pracovnej účinnosti pneumatiky.

Vplyv hustenia pneumatiky na veľkosť dotykovej plochy

Pri výbere správnych pneumatík odporúčajú výrobcovia traktorov postupovať tak, najskôr sa podľa možnosti volia pneumatiky s čo najväčším priemerom. Pneumatiky s väčším priemerom totiž vytvárajú dlhší odtlačok, ak sú správne nahustené. Treba však aj poznamenať, že pneumatiky s väčším priemerom vytvárajú správnu oporu pre závažím správne doťažený traktor pri nižšom tlaku hustenia. Nižší tlak hustenia tiež prispieva k dlhšiemu odtlačku, čím sa zlepšujú ťahové účinky traktora. Nižší tlak hustenia pneumatiky znižuje aj tuhosť samotnej pneumatiky. Pneumatiky s menšou tuhosťou a tvrdosťou prispievajú k dosiahnutiu vyššieho pohodlia operátora pri jazde a zároveň k lepšiemu ovládaniu traktora v prípade (nedochádza k nadhadzovaniu a „skákaniu“ traktora pri preťažení).

Tlak hustenia pneumatík patrí medzi faktory, ktoré významne ovplyvňujú schopnosť pneumatík prenášať výkon z kolies traktora na podložku. To v konečnom dôsledku určuje celkovú výkonnosť traktora v prevádzkových podmienkach. Tlak, na ktorý je pneumatika nahustená, má totiž vplyv na veľkosť odtlačku pneumatiky, čiže na veľkosť plochy s ktorou je pneumatika spojená s podložkou (povrchom pôdy) po ktorej sa traktor pohybuje. Ak je pneumatika správne nahustená, jej odtlačok má v porovnaní s nesprávne nahustenou pneumatikou väčšiu plochu. Výsledkom je väčšia ťahová sila a menšie utláčanie pôdy. Nadmerný tlak hustenia pneumatík spôsobuje skrátenie odtlačku (stopy) pneumatiky v pôde. Kratší odtlačok v konečnom dôsledku znamená menšiu hodnotu ťahovej sily a zároveň väčšiu hodnotu kontaktného tlaku na pôdu, pretože hmotnosť traktora pripadajúca na menšiu plochu odtlačku spôsobuje väčší tlak na pôdu. Pri určovaní správneho tlaku hustenia pneumatík treba vychádzať zo statického zaťaženia pripadajúceho na prednú a zadnú nápravu. V prípade potreby treba traktor a náradie zvážiť. V závislosti na zaťažení nápravy možno potom podľa manuálu pre obsluhu traktora nájsť príslušnú hodnotu hustenia pneumatiky.

Hustenie pneumatík vplýva na zhutňovanie pôdy

Zhutnenie pôdy je priamo ovplyvnené hmotnosťou strojovej techniky, veľkosťou a hustením pneumatík. Nižšie zaťaženie náprav spôsobuje zhutnenie sústredené bližšie k povrchu pôdy, pričom vysoké zaťaženie sa sústreďuje hlbšie a je náročné ho odstrániť. Rovnaké zaťaženie strojovej techniky a veľkosť pneumatiky spôsobuje pri vlhkých podmienkach zhutnenie sústredené v oveľa väčšej hĺbke v porovnaní so suchými podmienkami. Keďže hlboké zhutnenie presahuje rámec zvyčajnej hĺbky obrábania pôdy, tento druh zhutnenia bude pretrvávať na rozdiel od plytkého zhutnenia, ktoré sa môže odstrániť obrábaním pôdy.

Vo všeobecnosti možno konštatovať, že potenciál pre vznik zhutnenia v orničnej vrstve pôdy určuje kontaktný tlak a celkové zaťaženie náprav podmieňuje vznik zhutnenia v podorničnej vrstve pôdy. Za hranicu kontaktných tlakov, ktoré v priemere pôdnych podmienok nezanechávajú trvalé zhutnenie, je možné považovať tlaky do 80-100 kPa.

Pre hrubú orientáciu je možné kontaktný (merný) tlak na pôdu určiť zo vzťahu:

po = pp + 40 (kPa)

kde: pp – tlak hustenia pneumatiky, kPa.

V súčasnom poľnohospodárstve sa pre zvýšenie kontaktu s pôdou a zníženie zhutnenia pôdy stáva čoraz bežnejšie znižovanie tlaku v pneumatikách. Takýmto riešením sa tiež dosahuje to, že sa znižuje preklz, zlepšuje sa využitie ťahovej sily a ťahového výkonu. Predpokladá sa, že štandardné poľnohospodárske pneumatiky môžu pracovať dobre aj pri zníženom tlaku na 70 kPa (0,7 bar). Ani pri tomto tlaku nehrozí nebezpečenstvo dočasného poškodenia pneumatiky. Avšak dlhodobé využitie bežných pneumatík pri nízkom tlaku môže skrátiť ich životnosť. Z tohto dôvodu boli vyvinuté špeciálne konštrukcie pneumatík určené na prevádzku s nízkym tlakom, ktoré môžu byť trvalo prevádzkované pri tlaku pod 100 kPa, a to ako pri práci v teréne, tak aj v doprave.

Pri udržovaní pneumatík so správnym tlakom hustenia treba pamätať na skutočnosť, že rozdielne pracovné operácie a rozdielne náradie agregované s traktorom vyžadujú rozdielne tlaky hustenia pneumatík. Ťažké nesené náradie a veľké návesy pripájané na zadný trojbodový záves traktora, spôsobujúce veľké zaťaženie traktora vertikálnymi silami, vyžadujú často až 2-násobne väčšie hustenie zadných pneumatík než je potrebné pri agregovaní traktora s prívesným náradím.

Aj doťaženie pneumatík je dôležité

Ďalším dôležitým predpokladom pre správnu funkciu pneumatík je ich doťaženie. Prostredníctvom pneumatík sa totiž prenáša ťahový výkon na podložku, po ktorej sa traktor s náradím pohybuje. Ak pneumatiky traktora nie sú dostatočne doťažené, pri prenose výkonu motora dochádza k preklzu hnacích kolies traktora a tým zároveň ku stratám výkonu. Veľkú pozornosť pri prevádzkovaní traktorov je preto potrebné venovať predovšetkým znižovaniu hodnoty preklzu, čo možno dosiahnuť už spomínaným výberom vhodného rozmeru a druhu pneumatík v dobrom technickom stave, nastavením vhodného tlaku v pneumatikách a vyšším adhéznym zaťažením pojazdového ústrojenstva (napr. pri orbe sa to dá dosiahnuť použitím prídavných závaží, doťažením zadnej hnacej nápravy prenosom časti hmotnosti pripojeného stroja a pod.).

Znížiť preklz traktora a tým aj spotrebu nafty možno aj použitím druhej, prípadne ďalších poháňaných náprav. Zníženie preklzu je zvlášť významné najmä pri väčších ťahových silách. Znížiť preklz hnacích kolies umožňuje aj použitie radiálnych pneumatík.

Na zaťaženie pojazdového ústrojenstva kolesového traktora významným spôsobom vplýva aj správne rozloženie hmotnosti traktora na jednotlivé nápravy. Odvíja sa to predovšetkým od vykonávanej pracovnej operácie a použitého druhu náradia, s ktorým je traktor agregovaný. Základnou požiadavkou pre efektívne využívanie ťahových vlastností traktore je zabezpečiť dostatočné doťaženie prednej a zadnej nápravy, aby sa dosiahla stabilita traktora a jeho riaditeľnosť pri práci na poli a pri jazde po ceste. Pri rozhodovaní o rozdelení hmotnosti traktora na prednú a zadnú nápravu musia byť rešpektované konštrukčné parametre traktora a druh náradia s ktorým je traktor agregovaný. Pre toto rozdelenie sa využíva pomer napr. 40:60, čo znamená, že má prednú nápravu pôsobí 40 % hmotnosti traktora a na zadnú nápravu 60 % hmotnosti traktora.

Záver

K základným funkciám pneumatiky patrí zabezpečiť prenos sily z hnacej nápravy do stykovej plochy s podložkou, niesť náklad často premenlivej hmotnosti a pôsobiť ako pružný element medzi podvozkovou časťou stroja a podložkou, po ktorej sa stroj pohybuje. Pneumatika musí byť preto konštruovaná predovšetkým pre splnenie uvedených funkcií.

Prevádzkovateľ mobilného stroja však chce, aby pneumatika plnila aj ďalšie požiadavky, ktoré sú často vo vzájomnom konflikte, napr. aby bola pneumatika lacná, aby mala dobrú adhéziu na všetkých povrchoch, aby eliminovala rázy a vibrácie od vozovky, aby mala výborné záberové vlastnosti aj na mäkkom povrchu, aby bola odolná voči prerazeniu, aby bola ľahko montovateľná na disk, aby sa príliš neborila do pôdy, aby dezénom nepoškodzovala porast, aby mal dezén samočistiacu schopnosť, aby mala výbornú smerovú stabilitu, aby mala dlhú životnosť, aby sa jej vlastnosti nemenili v závislosti na vonkajších podmienkach (celoročná prevádzka), aby bola odolná voči poškodeniu pri náhlom úniku vzduchu (bezdušové pneumatiky), aby nebola pri prevádzke na pevnej komunikácii príliš hlučná, aby bola odolná v prípade použitia doplnkov na zlepšenie prenosu hnacej sily na podložku (reťaze), aby bola ľahko recyklovateľná a pod.

Z praxe je zrejmé, že výrobcovia pneumatík sa uvedeným požiadavkám prispôsobujú, ale nie vždy úplne, pretože požadované vlastnosti nevyhnutne ovplyvňujú iné, a tak sú používané pneumatiky výsledkom určitého kompromisu. Výrobcovia pneumatík sa snažia o určitú rovnováhu medzi úžitkovými vlastnosťami pneumatík a prevádzkovateľom mobilných techniky ponúkajú okrem špeciálnych pneumatík do konkrétnych podmienok aj „univerzálne pneumatiky“, ktoré sa v poľnohospodárstve asi využívajú najčastejšie, nakoľko prevádzka mobilných strojov je natoľko rôznorodá, že sa to inak ani nedá riešiť.

Na záver treba poznamenať, že pri výbere pneumatiky pre mobilný poľnohospodársky stroj treba zohľadňovať viacero faktorov, ale hlavnou požiadavkou by mala byť minimalizácia negatívnych dopadov na povrch pôdy pri zachovaní najlepších možných trakčných vlastností.