Dalis variklio generuojamos energijos prarandama ne vien transmisijoje, bet ir varytuvuose, sukuriančiuose traukos jėgą. Patiriamus nuostolius mašinos operatorius gali sumažinti. Pabandykime atsakyti, kiek prarandama ir kokią naudą galima gauti oro slėgiui padangose skiriant deramą dėmesį.

JAV kompanija „Allis-Chalmers" daugiau kaip prieš 80 metų, 1934-aisiais, pirmoji įtikinamai pademonstravo pneumatinių padangų pranašumus, palyginti su plieniniais ratais. Traktorius su pneumatinėmis padangomis didele persvara (45 proc.) įveikė varžovą ekonomiškumo bandymuose. Dar vienas svarbus žingsnis žengtas diagonalines padangas pakeitus radialinėmis: 6-14 proc. padidėjo traktoriaus traukos galia, taip pat sumažėjo varytuvų buksavimas ir degalų sąnaudos.

Slėgio padangose įtaka traukai

Didinant traukos jėgą, traktoriaus varantieji ratai pradeda buksuoti. Procesas visais požiūriais nenaudingas, nes mažėja darbo našumas, didėja degalų sąnaudos, intensyviai gadinama dirvos struktūra. Buksavimą galima mažinti, didinant varomųjų ratų sukibimą.

Variklio efektyvioji galia per transmisiją perduodama ratams, todėl slėgio reguliavimas padangose turi didelę įtaką išvystomai traukos galiai. Per didelis oro slėgis padangose mažina atraminio (sukibimo) paviršiaus plotą su dirva ir padidina jos suslėgimą bei mechaninę deformaciją, varytuvų buksavimą. Tai didina degalų sąnaudas - lyginamosios sąnaudos 1 ha apdirbti taip pat didėja.

Jei atraminio paviršiaus plotas pastovus ir nekeičiamas, traktoriaus išvystoma traukos jėga priklauso nuo vertikaliosios ratų apkrovos. Tai ne traktoriaus bendroji masė apskritai, o kaip tinkamai jis subalastuotas, t. y. kokia traktoriaus masės dalis tenka kiekvienam iš varančiųjų tiltų.

Praktiniai bandymai patvirtina, kad didžiausia traukos jėga išvystoma, kai varančiųjų ratų buksavimas siekia 25 proc., tačiau mažiausios degalų sąnaudos kietoje, nesupurentoje dirvoje gaunamos, kai ratų buksavimas 15 proc. Praktikoje naudojamas kitas dydis: traktorius apkrautas tinkamai, jeigu ratų buksavimas yra 10 procentų.

Buksavimą galima sumažinti, naudojant atitinkamus balastinius svorius priekyje, ant galinių ratų arba juos montuojant ant traktoriaus liemens (didesnio kaip 400 AG pajėgumo, vienodo dydžio varytuvus turinčiuose traktoriuose). Dirbant su pakabinamais agregatais, dalis jų masės taip pat perkeliama galiniam varančiajam tiltui. Perkeliamos masės dydį galima reguliuoti - tam traktoriaus centrinė trauklė turi tris tvirtinimo taškus, kuriuos keičiant gaunama vis kita galinių ratų statmenoji reakcijos jėga. Vien tik keičiant centrinės trauklės tvirtinimo vietą, priklausomai nuo naudojamo pakabinamo agregato tipo ir dirbimo gylio reguliavimo būdo, naudojant jėginį-pozicinį dirbimo gylio reguliavimą, buksavimą galima sumažinti trečdaliu.

Naudą pagrindžiantys praktiniai tyrimai

Labai svarbi priemonė buksavimui riboti - mažinti slėgį padangose arba dvejinti priekinius ir galinius ratus. Nereikia pamiršti, kad išvystoma traukos jėga labai priklauso nuo dirvakibių būklės. Prieš aštuonerius metus Aleksandro Stulginskio universitete (anksčiau Lietuvos žemės ūkio universitetas) praktiniais tyrimais nustatyta, kad dirvakibiams nudilus 85-90 proc., varančiųjų ratų buksavimas padidėja 8-19 procentų.

Mašinos traukai didelę įtaką turi ne tik dirvakibių būklė, bet ir jų skaičius, esantis kontakto su dirva plote. Sumažinus slėgį padangoje, aktyvių dirvakibių skaičius taip pat padidėja. Pavyzdžiui, galinėje vidutinės galios traktoriaus 650/65R42 dydžio padangoje, kurioje oro slėgis yra 1,4 bar, kontakto su dirva plote yra 4 dirvakibiai. Slėgį sumažinus iki 0,8 bar, aktyvių dirvakibių padaugėja iki 6.

Kaip pasikeičia našumas slėgį padangoje sumažinus 45 proc. nuo 1,4 iki 0,8 bar? Vokietijos kompanija „Grasdorf" praktiškai nustatė, kad atliekant sunkius traukos darbus su 3 m darbinio pločio Amazone Cenius 3002 noraginiu skutikliu, agreguojamu su traktoriumi Fendt 716 Vario, per darbo dieną papildomai galima įdirbti 2,5 ha. Remiantis „DLG PowerMix" naujausių traktorių bandymų rezultatais, 1 ha traukos darbams sunaudojama 9-12,5 l dyzelino, todėl nesunku apskaičiuoti degalų likutį bake dienos pabaigoje.

Remdamasi Vokietijos KTBL parengta ataskaita, „Grasdorf" apskaičiavo, kad giliai (> 20 cm) suskusti 2 000 ha, kai traktoriaus varytuvai buksuoja 20 proc., papildomai tektų sunaudoti iki 6 tūkst. l degalų, t. y. papildomai 3 l/ha. Šį plotą įdirbant sekliau diskiniu skutikliu, esant tokiam pačiam varytuvų buksavimui, papildomai tektų sunaudoti apie 2 tūkst. l degalų arba 1 l/ha daugiau.

Prieš ketverius metus ASU buvo tiriama didelės galios traktoriaus Ford 8340, agreguojamo su 4 m darbinio pločio mechanine sėjamąja Stegsted, eksploatacinių rodiklių priklausomybė nuo balastinių svorių dydžio ir oro slėgio padangose. Bandymai buvo atliekami po rudeninio arimo lengvo priemolio dirvoje, lygiame lauke. Traktorius su įjungtu priekiniu tiltu ir priverstinai (100 proc.) užblokuotais abiejų tiltų diferencialais važiavo septinta pavara. Praktiškai nustatyta, kad padangose esant dideliam 2 ir 2,5 bar slėgiui, traktoriaus balastavimas jo išvystomai traukos jėgai turėjo teigiamos įtakos - mažėjo buksavimas ir dėl to didėjo darbo našumas. Priešingai, mažinant slėgį padangose (bandymo metu kaip referencinis priimtas 1,5 bar slėgis), darbo našumas pradėjo mažėti, nes pasipriešinimą riedėjimui padidino išaugęs atraminio paviršiaus plotas.

Kokias išvadas galima daryti? Pirmuoju atveju traktorius dėl didelio slėgio varytuvuose buvo nepakankamai apkrautas, tačiau papildomais balastiniais svoriais pavyko šią apkrovą optimizuoti. Antruoju atveju jau padidėjęs atraminis paviršius pakankamai apkrovė traktoriaus variklį, todėl, dar labiau didinant apkrovą, jis jau buvo perkraunamas - sumažėjo technologinis greitis, atitinkamai ir darbo našumas. Šioje situacijoje svarbi viena detalė - 4 m sėjamoji yra pakabinama. Kad apsisukant galulaukėse su iškeltu agregatu mašiną būtų saugu valdyti, būtinas nedidelis kompromisas: atitinkamos masės balastiniai svoriai priekyje ir dėl to šiek tiek mažesnis našumas ir didesnės degalų sąnaudos.

Dirbant sunkius traukos darbus su žemo slėgio IF grupės padangomis, kurių darbinis slėgis gali būti 0,8 bar ir mažesnis, taupoma iki 20 proc. degalų. Tiesa, praktiniuose skaičiavimuose galima naudoti mažesnę, iki 8 proc. degalų ekonomiją, tačiau atskirais atvejais, priklausomai nuo padangų ir jų būklės, atliekamos technologinės operacijos, gali būti sutaupyta ir apie 15-20 proc. degalų.

Didelę žalą traktoriaus galios perdavai daro netolygus slėgis padangose. Įjungus priekinį varantįjį tiltą dėl slėgių skirtumo tarp priekinių ir galinių ratų gali atsirasti kinematinis nesutapimas. Atsirandanti parazitinė galios cirkuliacija yra ne tik žalinga, bet ir pavojinga: papildomai apkraunama ir laužoma transmisija, labiau dyla padangos (dažniausiai priekinės), didėja degalų sąnaudos, ypač kai dėl per mažo slėgio slysta (yra stumiami galinių) priekiniai ratai, o galiniai dėl to buksuoja. Bendra taisyklė: degalų sąnaudos tuo mažesnės, juo slėgis priekinėse ir galinėse padangose vienodesnis, t. y. kinematinis abiejų tiltų ratų nesutapimas mažiausias.

Pernai ASU Žemės ūkio inžinerijos fakultetas pristatė traktoriaus Valtra T213 Versu su Michelin Multibib 540/65R30 serijos priekinėmis ir 650/65R42 galinėmis padangomis tyrimus, pakopomis keičiant slėgį varytuvuose nuo 0,65 iki 2,45 bar. Rezultatai parodė, kad mažiausias kinematinis nesutapimas tarp priekinių ir galinių ratų yra tuomet, kai slėgis visose padangose yra vienodas. Atitinkamai, didžiausias kinematinis nesutapimas gaunamas, kada galinėse padangose slėgis mažiausias, o priekinėse - didžiausias. Dėl šio nesutapimo vidutinės galios klasės traktoriaus (6 cl. variklis, 160-270 AG pajėgumas ir bendroji masė iki 13,5 t) degalų sąnaudos gali padidėti 0,5 l/val.

Koks pavojus kyla, esant didesniam negu leistina kinematiniam nesutapimui tarp priekinių ir galinių ratų? Jei slėgis galinėse padangose mažesnis už slėgį priekinėse padangose, priekiniai ratai ima buksuoti, o galiniai - slysti. Atvirkščiai, jei slėgis galinėse padangose didesnis nei priekinėse, galiniai ratai buksuoja, o priekiniai yra jų stumiami, todėl taip pat slysta. Dirbant lauke, traktorius neišvysto reikiamos traukos galios, nes dalis energijos sunaudojama atsiliekantiems ratams stumti arba traukti. Važiuojant keliu - laužoma transmisija ir sparčiai dyla padangos, ypač tos, kuriose slėgis mažesnis.

Sunkiems traukos darbams gamintojai rekomenduoja orientuotis į slėgio ir apkrovos reikšmes, skirtas didžiausiam 30 km/val. greičiui. Naudoti mažesnį už 1 bar darbinį slėgį galima, tik jei padangos tinkamai sumontuotos ant ratlankių. Kartais, priklausomai nuo atliekamos technologinės operacijos, slėgį galima mažinti net iki 0,4 bar.

Visus minėtus dydžius galima rasti padangų techniniame pase arba jų techninėse charakteristikose.

Šiuolaikiniai technologiniai sprendimai

Didinant atraminio paviršiaus plotą, didėja ratinės mašinos traukos galia. Galima naudoti platesnio profilio padangas, galima sudvejinti galinio, labiau apkrauto tilto ratus, itin efektyvu naudoti dvejintus ratus dar ir priekyje. Tačiau ratų dvejinimas padidina gabaritinį mašinos plotį, pablogina jos manevravimą, papildomai apkrauna vairavimo sistemą ir transmisiją. Kokius naujausius sprendimus siūlo traktorių gamintojai?

Iki 2011 m. anonsuotos, o 2013 m. pristatytos pirmosios priešserijinės Fendt VarioGrip sistemos žemės ūkio mašinų rinkoje buvo diegiamos išimtinai išorinės slėgio padangose kontrolės sistemos. Vieną iš pirmųjų universalių, integruotų į transmisijos elementus sistemų, pritaikytų savaeigėms žemės ūkio mašinoms (traktoriams, kombainams ir savaeigiams pašarų smulkintuvams) 2013 m. pabaigoje pristatė Italijos kompanija „Dana".

Sistema vienu metu gali keisti slėgį ne tik visose padangose, bet ir vienos ašies ratų padangose atskirai. Atsiranda galimybė reguliuoti priekinių bei galinių varytuvų kinematinį atitikimą ir taip sumažinti žalingą vadinamųjų parazitinių jėgų cirkuliavimą transmisijoje. Spartus ir patogus slėgio reguliavimas neišlipant iš kabinos pailgina padangų eksploatacijos laiką, didina traktoriaus stabilumą važiuojant dideliais greičiais. Mašinai užbuksavus, sumažinti slėgį varytuvuose taip pat gali būti naudinga.

„Dana Spicer" centrinės slėgio padangose kontrolės sistemos CTIS (angl. Central Tire Infaltion System) konstravimas ir bandymai truko ilgiau kaip dešimtmetį. Viena tokia laboratorija ant ratų buvo ir 2007 m. pristatytas koncepcinis 6WD Fendt TriSix Vario traktorius. Nors panaši slėgio kontrolės sistema naudojama tūkstančiuose karinių mašinų, žemės ūkyje susiduriama su savitais priežiūros reikalavimais. Todėl, pavyzdžiui, oro tiekimo magistralių sandarinimas buvo vienas sudėtingesnių uždavinių, pareikalavusių kruopščių tyrimų.

CTIS sistemoje, palyginti su standartine traktoriaus pneumatine sistema, sumontuotas didesnio našumo oro kompresorius (didelės galios traktoriuje padidinti 0,8 bar slėgį nuo 1,2 iki 2 bar visose keturiose padangose užtrunka ne ilgiau kaip 10 min.), oro džiovintuvas (per didelis oro drėgnis turi įtakos pneumatinės sistemos veikimo patikimumui ir ilgaamžiškumui), atitinkamo tūrio suslėgto oro imtuvas, skirstytuvas oro srautui priekiniams ir galiniams ratams valdyti ir atskiras elektroninis valdymo blokas.

Centrinė slėgio padangose kontrolės sistema pirmą kartą sumontuota 2013 m. pabaigoje pristatytuose naujos kartos Fendt 800 ir 900 Vario serijos traktoriuose. Juose įrengti kompanijos „Dana Spicer" priekiniai varantieji tiltai su hidropneumatinėmis amortizacijos sistemomis. Slėgio padangose kontrolės sistema VarioGrip valdoma iš terminalo Varioterminal. Iš anksto galima nustatyti dvi pageidaujamas reikšmes: darbui lauke ir transportui. Sistema papildomai garsiniu signalu praneša apie kritinį slėgio sumažėjimą padangose. Beje, pirmąjį Fendt 828 Vario S4 serijos traktorių su Vario- Grip sistema praėjusiais metais jau įsigijo ir vienas Lietuvos ūkis.

Fendt VarioGrip sistema leidžia pasiekti iki 10 proc. degalų ekonomiją. Palyginimui, „Dana Spicer" deklaruoja iki 3,3 proc. degalų ekonomiją ir iki 10 proc. ilgesnį padangų eksploatavimo laiką. Be abejo, greta bepakopio greičio reguliavimo, TŪS sistemų su ISO-Bus valdymo protokolu ir dyzelinės-elektrinės (hibridinės) technologijos, slėgio reguliavimo sistema šiandien yra viena pažangiausių techninių priemonių, įdiegtų traktoriuje.

Fendt 800 ir 900 Vario serijos traktoriai ne vieninteliai turi valdymo terminale integruotą slėgio reguliavimo padangose programą. Tokia numatyta ir kompanijos „Claas" Cebis terminale, pavyzdžiui, naudojamame didelės galios Xerion serijos traktoriuose. Juose nėra galimybės įrengti vidinės slėgio padangose kontrolės sistemos - tik išorinę, tačiau programinis paruošimas yra puiki nuoroda, rodanti slėgio reguliavimo padangose svarbą šiose traukos mašinose.

Jeigu traktoriuje įrengtas oro kompresorius (pneumatinei agreguojamo padargo, priekabos stabdžių sistemai, kabinos ar priekinio tilto amortizacijai), jį galima naudoti padangoms pripūsti. Operacija nėra patogi, atima laiko, tačiau rezultatas atneša ekonominę naudą. Tuo tikslu dažno traktoriaus įrankių dėžutėje yra tinkama oro tiekimui žarna su prijungimo galvute. Vokietijos kompanija „Grasdorf" siūlo dar patogesnių, profesionalių priemonių rinkinį Airbooster Plus: ne tik specialią žarną su apsauginiu slėgio vožtuvu, greito prijungimo galvute (ji jungiama prie pneumatinių stabdžių linijos traktoriaus gale), 4 skirtingais vožtuvais, bet ir manometru, kurio skalė sugraduota kas 0,1 bar.

***

Varomųjų ratų sukibimo su dirva didinimo būdai

• Balastavimo, t. y. vertikalios ratų apkrovos, atitinkančios traukos jėgą, parinkimas.
• Slėgio padangose mažinimas, t. y. apkrovos dėl didesnio atraminio paviršiaus ploto išnaudojimas.

***

Skaičiai ir faktai apie buksavimą

• Nudilus dirvakibiams 85-90 proc., buksavimas padidėja 8-19 proc.
• 30 proc. sumažinti buksavimą galima keičiant centrinės trauklės tvirtinimo vietą.
• Esant 25 proc. buksavimui, išvystoma didžiausia traukos jėga.
• Didžiausias ekonomiškumas pasiekiamas esant 15 proc. buksavimui.
• 10 proc. - praktinis dydis, rodantis, kad traktorius tinkamai apkrautas.

***

Skaičiai ir faktai apie oro slėgį padangose

• Slėgį padangoje sumažinus nuo 1,4 iki 0,8 bar, 50 proc. padidėja aktyvių dirvakibių skaičius.
• Naudojant IF grupės padangas (slėgis iki 0,8 bar), galima gauti iki 20 proc. degalų ekonomiją.

***

Reguliuojant oro slėgį padangoje būtina atsižvelgti į tris dydžius:

• didžiausią leistiną apkrovą;
• didžiausią perduodamą sukimo momentą;
• didžiausią transportinį greitį.

***

Nors slėgio padangose kontrolės sistemos, ypač integruotojo tipo, yra brangios, tačiau slėgio reguliavimo nauda akivaizdi:

• iki 20 proc. didesnė traukos galia;
• iki 15 proc. (su IF grupės padangomis - iki 20 proc.) mažesnės degalų sąnaudos;
• iki 6 proc. didesnis darbo našumas;
• dėl iki 50 proc. didesnio atraminio paviršiaus kontaktinis slėgis mažesnis iki 33 proc.;
• iki 30 proc. mažesnis dirvakibių dėvėjimasis.