Мероприятия по снижению изнашивания шин тракторов

Мероприятия по снижению изнашивания шин тракторов

Современное сельскохозяйственное производство Беларуси достаточно активно насыщается современными энергетическими средствами, в частности колесными тракторами. Если в прежние годы длительное время наиболее популярным был трактор МТЗ-80 и его модификации, относящийся к тяговому классу 1,4, то в настоящее время крупные сельхозпроизводители в основном приобретают тракторы высокой мощности и более высоких тяговых классов. При этом в последнее время владельцы тракторов «Беларус» высокой мощности обращают внимание на ускоренное изнашивание шин, которые являются довольно дорогими составными частями трактора.

Необходимо выяснить причины этого явления, связанного с серьезными расходами для владельцев тракторов.

Претензии можно было бы предъявить к производителю шин, однако это не совсем верно. Свой «вклад» в этот процесс вносят не только производители шин, но и создатели тракторов и эксплуатационники. Повышенный износ может быть обусловлен не только качеством шин, но и интенсивностью их буксования, оцениваемой коэффициентом буксования.

Коэффициент буксования предопределяется суммарным тяговым сопротивлением, направленным против хода трактора, коэффициентом сцепления ведущих колес с поверхностью передвижения, сцепным весом (сцепной силой тяжести) и мощностью двигателя.

Суммарное тяговое сопротивление зависит от свойств поверхности передвижения, свойств ходовой части, силы тяжести трактора, передаваемых на него сопротивлений от рабочего оборудования и от некоторых других факторов.

Коэффициент сцепления главным образом зависит от конструктивных особенностей ходовой части (колес), ее состояния, свойств поверхности, по которой перемещается машина.

Сцепной вес в основном определяется силой тяжести трактора и вертикальными составляющими действующих на трактор со стороны рабочего оборудования нагрузок, а также от их распределения на ведущие мосты.

Две важнейшие составляющие, во многом предопределяющие тяговые возможности энергетического средства, — масса средства и мощность его двигателя — характеризуют энергонасыщенность этого средства. Энергонасыщенность или удельная мощность машины — это отношение установленной мощности к массе машины.

Целью данных исследований является анализ причин ускоренного изнашивания шин и обоснование рекомендаций по его снижению.

Анализ источников. Для оценки энергонасыщенности были проанализированы данные советских колесных тракторов, выпускавшихся Минским, Кировским, Липецким, Харьковским и Владимирским тракторными заводами, и данные основных марок тракторов, выпускающихся в настоящее время. В основном рассматривались универсально-пропашные или сельскохозяйственные тракторы общего назначения. В качестве источников информации использовались каталог сельскохозяйственной техники [1], справочник конструктора сельскохозяйственных машин [2], учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию [3]. По современным тракторам использовались альбом по экскаваторам непрерывного действия [4], заводские проспекты с информацией по продукции [5], публикации периодического издания «Современная сельхозтехника и оборудование» [6−9] и др.

Методы исследования. Исследования выполнялись путем расчета энергонасыщенности по опубликованным данным и логического анализа полученных и опубликованных результатов. При расчете значение мощности принималось номинальное, а масса — эксплуатационная. Были учтены данные по 90 маркам тракторов. Результаты оценки представлены на рисунке в виде гистограммы с дифференциальной кривой, построенной по гистограмме.

Из представленных на рисунке результатов следует, что модальное значение дифференциальной кривой близко к 14 Вт/кг.

Приведенные цифры нельзя считать совершенно точными, так как есть различия в трактовке понятия эксплуатационная масса, кроме того, она зависит от комплектации тракторов. На них могут устанавливаться разные шины, кабины, двигатели и гидросистемы разных модификаций и т. п.

Один из наиболее массовых старых тракторов МТЗ-5ЛС имел энергонасыщенность — 11,4, а самоходное шасси Т-16М — 8,1 Вт/кг. Общей тенденцией по времени выпуска для всех производителей является повышение энергонасыщенности. Самый массовый трактор МТЗ-80 и его модификации имеют энергонасыщенность близкую к 16,08−16,67, Беларус 550 и 552 — свыше 17, МТЗ-1221 — 20,7, модификации Беларус 1523 — 17,8−18,6, Беларус 2522 — 20,0, Беларус 2822.1 — 17,8, Беларус 3022.1 — 19,9 Вт/кг. Наибольшую энергонасыщенность имеет Беларус 1522 — 23,0 Вт/кг.

Тракторы Кировец К-744Р1 и К-744Р2, согласно данным каталога [5], имеют соответственно 14,8 и 16,6 Вт/кг.

У достаточно популярных в Беларуси зарубежных тракторов энергонасыщенность, рассчитанная по данным [6−9], имеет следующие значения: Claas Axion 850 — 17,5, Massey Fergusson 8690 SCR — 21,7, New Holland T 6040 Elite — 15,7 Вт/кг.

Считающиеся одними из лучших в мире, тракторы Fendt при расчете удельной энергонасыщенности по конструктивной массе имеют (за исключением серии 200) от 13,1 до 24,1 Вт/кг. При расчете по эксплуатационной массе этот показатель будет на 10−20% ниже. Причем тракторы Fendt одной и той же массы выпускаются с двигателями разной мощности. Например, тракторы модели «Fendt 900 Vario» с конструктивной массой 10 080 кг выпускаются в шести вариантах с двигателями номинальной мощностью от 140 до 243 кВт. Причем для реализации мощности предлагается устанавливать сдвоенные передние и задние колеса и передние грузы массой 2700 кг. Подобным путем идет и компания John Deere [10]. Производимые ею тракторы серии 8R пяти модификаций имеют энергонасыщенность от 15,0 до 21,2 Вт/кг, а тракторы серии 7030 Premium — от 18,3 до 20,5 Вт/кг.

Проводившиеся НПО НАТИ в 80−90-е годы обследования, в которых участвовала и БСХА [11], показали, что наиболее экономичными являются тракторы типов Т-40, МТЗ-80 и ЮМЗ-6. Они имели энергонасыщенность от 10,8 до 16,7 Вт/кг.

Приведенные данные позволяют предположить, что энергонасыщенность, превышающая значения 17−18 Вт/кг, на данном этапе для сельскохозяйственных колесных тракторов является избыточной.

Уже в работе [12] отмечалось, что «рост энергонасыщенности тракторов привел к значительному недоиспользованию мощности установленных на них двигателей». И там же констатируется, что «мощность современных тракторов сельскохозяйственного назначения используется преимущественно как тяговая. При увеличении энергонасыщенности тракторов расчет делается на то, что соответственно повысятся скорости МТА. Однако повышение скоростей мобильных средств механизации — процесс медленный, и рост энергонасыщенности тракторов его опережает. В то же время тяговые свойства тракторов в каждом тяговом классе при повышении энергонасыщенности остаются практически неизменными. В результате появляется избыточная мощность двигателя, которая не может быть использована ни для повышения скорости, ни для увеличения ширины захвата и грузоподъемности существующих агрегатов».

Подавляющее большинство современных тракторов способны по мощности двигателя развивать тяговое усилие, существенно превышающее как силу тяжести трактора, так и возможную силу тяги по сцеплению. Это приводит к буксованию трактора с соответствующим возрастанием износа шин независимо от их качества. При работе с сельскохозяйственным орудием пассивного действия для предотвращения буксования необходимо или уменьшить силу тяги трактора по мощности двигателя, или увеличить возможную силу тяги по сцеплению.

Выполнение первого условия означает снижение установленной мощности, или в данном случае энергонасыщенности, или переход на работу на более высоких рабочих скоростях, что, как правило, требует модернизации существующих или разработки новых агрегатируемых с трактором машин. Близким решением является и разработка новых машин с пониженным тяговым сопротивлением. Однако процесс создания сельхозмашин обычно отстает от проектирования и выпуска тракторов, что приводит к недостаточной их обеспеченности оптимальным шлейфом машин и снижению эффективности использования тракторов.

Выполнение второго условия, т. е. увеличение силы тяги по сцеплению, может быть достигнуто как конструктивными, так и эксплуатационными мероприятиями. Потребитель техники обычно пользуется только вторыми. Например, с целью увеличения силы тяги по сцеплению снижают давление в шинах, ниже указанного в инструкции по эксплуатации. Однако, как резонно отмечается в публикации [13], «это справедливо только на слабонесущих болотистых почвах и на песке». Там же констатируется, что «при избыточном давлении шина более чувствительна к ударам и порезам, а при пониженном давлении каркас подвергается большей деформации. В результате этого появляются расслоения, трещины, изломы, что приводит к быстрому выходу шин из строя». Вместе с тем покупатель техники не всегда обращает внимание на необходимость подбора шин по давлению, ширине и характеристике протектора в зависимости от почвенных условий и преобладающего вида работ. В то же время установлено [13], что «интенсивность износа тракторных шин с протектором повышенной проходимости на песчаных почвах в два раза выше, чем на суглинистых». Тем не менее главным критерием для покупателя зачастую является цена, что не всегда оправдано. износ шина колесный трактор Рекомендуемым приемом повышения сцепления шин является их сдваивание или использование широкопрофильных (арочных) шин. Они снижают давление на почву и улучшают сцепление. Широкопрофильные шины легче сдвоенных. Последние имеют преимущество при необходимости увеличения сцепного веса, которое ведет к повышению силы тяги по сцеплению и, как правило, к снижению буксования. Увеличения сцепного веса и оптимизации распределения нагрузок на колеса добиваются установкой грузов на диски колес и раму трактора. Однако при этом следует иметь в виду, что увеличение нагрузки на колеса означает и увеличение деформации шин. Установка сдвоенных шин часто ведет к повышению коэффициента сопротивления качению колес. Установка дополнительных грузов, дополнительных колес и колесных грузов ведет к возрастанию сил инерции, возникающих при ускорении или замедлении хода. Это не только ведет к повышению пробуксовывания колес, но и требует повышенных энергозатрат на передвижение.

Наиболее конструктивно отработанным сельскохозяйственным орудием, существующим практически столько же, сколько существует и сам трактор, является тракторный плуг. Обладая достаточно большим тяговым сопротивлением, плуги, как правило, эффективно используют возможности тракторов. Однако относительно недавно все шире стали применяться более тяжелые оборотные плуги, имеющие ряд достоинств по сравнению с необоротными. Вместе с тем ориентировочные расчеты показывают, что при повышении массы сельскохозяйственного агрегата, например, на пахоте на одну тонну, расход топлива увеличится примерно на один килограмм в час. Поэтому можно считать нецелесообразным тотальный отказ от необоротных плугов. Для обоснования данного положения рассмотрим технические данные некоторых популярных многокорпусных плугов, приведенные в таблицах 1 и 2 [5, 14, 15].

В этих таблицах значения удельных величин, таких как масса и мощность, приходящиеся на один корпус плуга, и мощность, приходящаяся на один метр ширины захвата плуга, определены расчетным путем. Из данных, приведенных в табл. 1, следует, что в среднем на один корпус необоротного плуга требуется примерно 26,2 кВт мощности, на него приходится около 278 кг массы. На метр ширины захвата плугом требуется 67,6 кВт.

Таблица 1. Технические данные необоротных плугов

У оборотных плугов (табл. 2) на один корпус требуется 31,2 кВт мощности (на 19% больше) и 519 кг массы (на 87% больше). На метр ширины захвата плугом требуется 71,3 кВт (на 5,5%). К этим данным близки и показатели аналогичных оборотных плугов Rabe cерий Albatros, Kormoran и Marabu. Девятикорпусный оборотный плуг БЕЛАРУС ППО.9.30/45 существенно проигрывает по массе, приходящейся на один корпус (789 кг), но выигрывает в необходимой мощности трактора. Для изделий однотипных цена близка к прямо пропорциональной зависимости от массы. При техническом обслуживании и хранении более сложные оборотные плуги также требуют больших затрат. Эти данные следует привести к производительности, однако по многим плугам таких данных найти не удалось. При расширении круга рассматриваемых плугов значения могут несколько измениться, но тенденция, безусловно, сохранится. Конструктивно близкие плуги одного назначения и с одинаковой шириной захвата, но разные по массе имеют и разное тяговое сопротивление. Следовательно, оборотные плуги, как более тяжелые, будут способствовать более интенсивному изнашиванию шин.

Таблица 2. Технические данные оборотных плугов

Этот пример подтверждает необходимость оптимизации комплектования тракторов сельскохозяйственными орудиями.

Механизаторы и инженерные службы иногда недооценивают роль проверки и правильной установки углов развала и схождения управляемых колес. Несоблюдение требуемых значений ведет к повышению сопротивления движению и ускоренному и неравномерному изнашиванию протекторов.

Кроме того, следует выполнять общеизвестные эксплуатационные рекомендации, такие как необходимость выдерживания режима движения без рывков, резкого торможения и крутых поворотов, особенно на большой скорости, работать без необоснованных перегрузок, осуществлять правильное хранение шин. С учетом высокой стоимости шин тракторов высоких тяговых классов эти рекомендации особенно важны.

Выводы

• 1. Модальное значение энергонасыщенности универсально-пропашных колесных тракторов близко к 14 Вт/кг. Анализ приведенных в обзоре данных позволяет предположить, что энергонасыщенность, превышающая значения 17−18 Вт/кг, на данном этапе для них является труднореализуемой.
• 2. Подавляющее большинство современных тракторов способны по мощности двигателя развивать тяговое усилие, существенно превышающее как силу тяжести трактора, так и возможную силу тяги по сцеплению. Это приводит к буксованию трактора с соответствующим возрастанием износа шин независимо от их качества.
• 3. Потребителю необходимо предлагать тракторы одного тягового класса с двигателями разной мощности и расширить возможности приобретения сельскохозяйственных орудий с разными тяговыми сопротивлениями.
• 4. Установка дополнительных грузов, дополнительных колес и колесных грузов увеличивает силу сопротивления качению колес и силы инерции, возникающие при ускорении или замедлении хода. Это не только ведет к повышению пробуксовывания колес, но и требует повышенных энергозатрат на передвижение.
• 6. Следует считать нецелесообразным тотальный отказ от необоротных плугов, так как в среднем у оборотных плугов на один корпус требуется мощности на 19, массы на 87% больше, а на метр ширины захвата плугом требуется на 5,5% мощности больше, чем у необоротных. Следовательно, оборотные плуги при одной и той же ширине захвата, как правило, будут иметь большее тяговое сопротивление и способствовать более интенсивному изнашиванию шин трактора.
• 8. Для снижения изнашивания шин следует выполнять общеизвестные эксплуатационные рекомендации, такие как необходимость установки правильных развала и схождения колес, выдерживания режима движения без рывков, резкого торможения и крутых поворотов (особенно на большой скорости) работы без необоснованных перегрузок, осуществления правильного хранения шин.

• 1. Сельскохозяйственная техника: каталог для заказа сельскохозяйственной техники колхозами, совхозами и другими сельскохозяйственными организациями и предприятиями. — М.: Колос, 1967. — 623 с.
• 2. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин: в 4 т. / под ред. М. И. Клецкина [и др.]. — Т. 1, изд. второе. — М.: Машиностроение, 1967. — 722 с.
• 3. Курсовое и дипломное проектирование по мелиоративным машинам / под ред. И. И. Мера [и др.]. — М.: Колос, 1978. — 175 с.
• 4. Мелиоративные экскаваторы непрерывного действия: атлас конструкций / БГСХА; сост. Е. И. Мажугин, В. Д. Прудников, В. М. Горелько, А. Н. Карташевич, А. И. Купченко, под ред. Е. И. Мажугина. — Горки, 2006. — 131 с.
• 5. Полымя. Каталог сельскохозяйственной техники [Электронный ресурс]. — 2007. — Режим доступа: http://www.polymya.ru. — Дата доступа: 20.05.2011.
• 6. Компактный и экономичный. Современная сельхозтехника и оборудование [Электронный ресурс]. — 2010, вып. 2−3. С. 10 — 15. — Режим доступа: http://www.profi.com/russia. — Дата доступа: 20.05.20 011.
• 7. Больше комфорта для восьмерки. Современная сельхозтехника и оборудование [Электронный ресурс]. — 2010, вып. 2−3. — С. 16−17. — Режим доступа: http://www.profi.com/russia. — Дата доступа: 20.05.2011.
• 8. Первый — лучший. Современная сельхозтехника и оборудование [Электронный ресурс]. — 2010, вып. 2−3. — С. 20−26. — Режим доступа: http://www.profi.com/russia. — Дата доступа: 20.05.2011. С. 20 — 26.
• 9. Синяя элита. Современная сельхозтехника и оборудование [Электронный ресурс]. — 2010, вып. 2−3. — С. 28−33. — Режим доступа: http://www.profi.com/russia. — Дата доступа: 20.05.20 011.
• 10. Тракторы John Deere [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.JohnDeereInternational.com. — Дата доступа: 13.06.2011.
• 11. Kartashevich, A.N. The efficiency of using tractors in large agro-industrial enterprises / A.N. Kartashevich, E.I. Mazhugin // Agricultural Engineering into the Third Millennium, part 2/ Math. of Conf. jointly org. by the European Society of Agricultural Engineers, the Institution of Agricultural Engineers, Silsoe Research Institute and Royal Agricultural Society of England. Silsoe: SRI, 2000, Р. 203−204.
• 12. Шалягин, В. Н. Комплексное повышение эффективности МТА с энергонасыщенными тракторами / В. Н. Шалягин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. — 1988. — № 5. — С. 9−13.
• 13. Эксплуатация шин. Современная сельхозтехника и оборудование [Электронный ресурс]. — 2010, вып. 2−3. — С. 101−103. — Режим доступа: http://www.profi.com/russia. — Дата доступа: 20.05.2011.
• 14. Барсуков, А. Ф. Сельскохозяйственная техника (каталог) / А. Ф. Барсуков, А. Д. Орехов, Г. П. Шамаев. — М.: ЦНИИТЭИ, 1975. — 854 с.
• 15. Полунавесные плуги Фогель унд Ноот © Плюс [Электронный ресурс]. — 2008. — Режим доступа: http://www.vogel-noot.info. — Дата доступа:20.05.2011.