Гроші з повітря, або Як тиск у ши­нах впли­ває на по­каз­ни­ки ро­бо­ти сільгосп­техніки

Оптимізація тиску в шинах наразі має достатньо потенціалу для підвищення ефективності механізованих робіт у рослинництві. Залежно від поставленої мети можна отримати кращі технологічні або технічні показники роботи сільгосптехніки.

А. Ру­бець,
Білоцерківський НАУ

Тех­но­логічна скла­до­ва
Про­дук­тивність МТА (ма­шин­но-трак­тор­них аг­ре­гатів). Вплив ти­с­ку повітря на цей по­каз­ник є наслідком зро­с­тан­ня си­ли тя­ги на га­ку енер­ге­тич­но­го за­со­бу і, зви­чай­но, ре­алізується за умо­ви мож­ли­вості ско­ри­с­та­ти­ся цим зро­с­тан­ням. Мо­ва йде про збільшен­ня ро­бо­чої швид­кості або ши­ри­ни за­хва­ту МТА. Збільшен­ня ро­бо­чої швид­кості шля­хом зни­жен­ня бук­су­ван­ня до­ся­гається збільшен­ням площі кон­так­ту ко­ле­са із грун­том. По­ряд із цим зни­жен­ня ти­с­ку в шині на 20% при­зво­дить до змен­шен­ня радіуса ко­чен­ня ко­ле­са на 1,6–4,5%, відтак зни­жується ко­ло­ва швидкість, а змен­шен­ня бук­су­ван­ня на 2,3–8,7% спри­я­ти­ме зро­с­тан­ню про­дук­тив­ності (на­при­клад, під час ос­нов­но­го об­робітку грун­ту) на 3,05%.
По­зи­тив­ний вплив цьо­го відсот­ка на вро­жайність сільгоспкуль­ту­ри чи­сель­но зафіксу­ва­ти не вдасть­ся,
а «ло­ви­ти» більші по­каз­ни­ки не дасть змо­ги фор­со­ва­не спра­цю­ван­ня ши­ни, тоб­то втра­ти бу­дуть неспівмірні
із ви­г­ра­шем.
З од­но­го бо­ку, прак­ти­ка підтвер­д­жує підви­щен­ня ефек­тив­ності на 30% та збільшен­ня про­дук­тив­ності МТА за­вдя­ки збільшен­ню ши­ри­ни за­хва­ту порів­ня­но із підви­щен­ням про­дук­тив­ності шля­хом збільшен­ня ро­бо­чої швид­кості. З дру­го­го бо­ку, по­тенціал збіль­шен­ня си­ли тя­ги за зни­жен­ня ти­с­ку в ши­нах за­зви­чай не­мож­ли­во ре­алізу­ва­ти в ре­аль­них умо­вах: підви­щен­ня ши­ри­ни за­хва­ту ок­ре­мої сільгоспма­ши­ни (до­да­ван­ня кор­пусів плу­га, дисків лу­щиль­ни­ка, лап куль­ти­ва­то­ра) технічно не пе­ред­ба­че­но. Виріши­ти це пи­тан­ня мож­на ви­ко­ри­с­тан­ням ба­ла­ст­них ван­тажів, за­вдя­ки яким збільшу­ють зчіпну ва­гу трак­то­ра.
Вплив на грунт. Ви­ко­ри­с­тан­ня колісних рушіїв пов’яза­не із не­га­тив­ним впли­вом ос­танніх на грунт. З од­но­го бо­ку, ви­ко­ри­с­тан­ня ба­ла­ст­них ван­тажів зни­жує бук­су­ван­ня — на­томість підви­щує ущільню­валь­ну дію на грунт. От­же, для прак­ти­ки потрібно знай­ти оп­ти­маль­ний ба­ласт за не­пе­ре­ви­щен­ня до­пу­с­ти­мо­го бук­су­ван­ня і пи­то­мо­го ти­с­ку на грунт та нор­маль­но­го ти­с­ку в шині, про­дик­то­ва­но­го не­обхідним її ре­сур­сом.
У про­цесі підго­тов­ки грун­ту, висіву куль­ту­ри, до­гля­ду за рос­ли­на­ми і зби­ран­ням уро­жаю різні ма­ши­ни про­хо­дять по­лем від 5 до 15 разів, у ре­зуль­таті су­мар­на пло­ща слідів рушіїв цих ма­шин удвічі пе­ре­ви­щує пло­щу по­ля, 10–12% площі по­ля піддається дії рушіїв від 6 до 20 разів, 65–80% — від 1 до 6 разів і ли­ше 10–15% площ не за­зна­ють ущільнен­ня ма­ши­на­ми. Опір об­робітку  грун­ту по сліду колісних трак­торів зро­с­тає до 40% порівня­но з опо­ром об­ро­бітку не­ущільне­них діля­нок.
«За­хи­ща­ють» грунт від шкідли­вої дії рушіїв чинні стан­дар­ти Ук­раїни: ДСТУ 4428:2005 «Техніка сільсько­го­с­по­дарсь­ка мобільна. Ме­то­ди виз­на­чан­ня дії хо­до­вих си­с­тем на грунт» та ДСТУ 4521:2006 «Техніка сільсько­го­с­по­дарсь­ка мобільна. Нор­ми дії хо­до­вих си­с­тем на грунт».
Що ниж­чий тиск повітря у ши­нах, то мен­ше ущільнюється грунт по колії трак­то­ра. Так ви­ник­ла технічна по­тре­ба ви­ко­ри­с­тан­ня ароч­них шин. Їхнє за­сто­су­ван­ня про­дик­то­ва­не низь­ким внут­рішнім ти­с­ком — до 0,055 МПа, що в 1,5 ра­за ниж­че від мінімаль­но­го ти­с­ку в трак­тор­них ши­нах.
Ус­та­нов­лен­ня ароч­них шин ефек­тив­не на ве­ду­чих ко­ле­сах трак­торів, що пра­цю­ють на пе­ре­зво­ло­же­них грун­тах і в умо­вах без­доріжжя. Низь­кий тиск у зоні кон­так­ту ароч­ної ши­ни із до­ро­гою і до­статнє зчеп­лен­ня із грун­том да­ють змо­гу ре­алізу­ва­ти у вка­за­них умо­вах відпо­відні тя­гові зу­сил­ля (у 1,5–1,8 ра­за більше, ніж із серійни­ми ши­на­ми). До то­го ж ці ши­ни за­без­пе­чу­ють зни­жен­ня ви­т­ра­ти паль­но­го на 15–20% і ко­ефіцієнта опо­ру ко­чен­ню — в 1,7–2 ра­зи. Ви­со­ка ела­с­тичність і низь­кий тиск повітря за­без­пе­чу­ють ароч­ним ши­нам ви­сокі амор­ти­заційні якості.
По­ряд із пе­ре­ва­га­ми арочні ши­ни ма­ють і не­доліки: їхня ек­сплу­а­тація на до­ро­гах із твер­дим по­крит­тям при­зво­дить до швид­ко­го спра­цю­ван­ня грун­то­за­чепів і по­ру­шен­ня теп­ло­во­го ре­жи­му, збільшен­ня ви­т­ра­ти паль­но­го внаслідок рос­ту ко­ефіцієнта опо­ру ко­чен­ню і ди­намічних на­ван­та­жень на де­талі і вуз­ли; під час ру­ху льо­дя­ною по­верх­нею ці ши­ни не за­без­пе­чу­ють до­стат­­ньо­­го зчеп­лен­ня у по­пе­реч­но­му на­прям­ку, що збільшує не­без­пе­ку бо­ко­во­го за­не­сен­ня енер­го­за­со­бу. До то­го ж на трак­торі з ароч­ни­ми ши­на­ми не­мож­ли­во ви­ко­ну­ва­ти ро­бо­ти із до­гля­ду за про­сап­ни­ми куль­ту­ра­ми, ширина міжрядь яких ста­но­вить мен­ше ніж 70 см.
Окрім ароч­них, пер­спек­тив­ним є ви­ко­ри­с­тан­ня ши­ро­ко­профільних шин (шини наднизького тиску). Во­ни подібно до ароч­них ма­ють ве­ли­ку ши­ри­ну профілю порівня­но із ши­на­ми зви­чай­но­го ти­пу. Слід відзна­чи­ти, що ці ши­ни мо­жуть пра­цю­ва­ти із внутрішнім ти­с­ком 0,033–0,041 МПа, але не при­сто­со­вані для пе­ре­дачі ве­ли­ких крут­них мо­ментів че­рез слабкі бо­ко­ви­ни. Це пе­ре­шко­д­жає їхньо­му ши­ро­ко­му ви­ко­ри­с­тан­ню на енер­гоємних опе­раціях.
Ос­нов­ний об­робіток грун­ту. Під час оран­ки та інших енер­гоємних опе­рацій тиск у ши­нах потрібно оби­ра­ти з ура­ху­ван­ням збільшен­ня на­ван­та­жен­ня на задні (ве­дучі) ко­ле­са і змен­шен­ня — на пе­редні. Для по­вно­привідних трак­торів це особ­ли­во важ­ли­во, оскільки сприяє зни­жен­ню бук­су­ван­ня за кіне­ма­тич­но­го уз­го­д­жен­ня швид­ко­с­тей обер­тан­ня пе­редніх і задніх ве­ду­чих коліс. За ви­ко­ри­с­тан­ня колісно­го трак­то­ра в ор­них аг­ре­га­тах праві ко­ле­са, як пра­ви­ло, ру­ха­ють­ся бо­роз­ною, у ре­зуль­таті чо­го про­тек­то­ри пра­вих і лівих коліс спраць­о­ву­ють­ся не­од­на­ко­во. Різний рівень спра­цю­ван­ня грун­то­за­чепів за­зви­чай виз­на­ча­ють зо­внішнім ог­ля­дом і за ­по­тре­би їх міня­ють місця­ми, не по­ру­шу­ю­чи нор­маль­но­го на­прям­ку обер­тан­ня, по­ка­за­но­го стріл­кою. За­вдя­ки цьо­му мож­на по­до­вжи­ти термін служ­би про­тек­торів ве­ду­чих коліс.
Пло­ща кон­так­ту шин із грун­том за­ле­жить від їхніх розмірів, ти­с­ку повітря, фор­ми і розмірів ма­люн­ка про­тек­то­ра, гли­би­ни хо­ду коліс у грунті. Що мен­ший тиск повітря, то більша де­фор­мація ши­ни і пло­ща кон­так­ту з грун­том. Зі змен­шен­ням ти­с­ку на грунт змен­шується гли­би­на колії і опір ко­чен­ню че­рез де­фор­мацію грун­ту. Про­те не слід спо­ку­ша­тись змен­шен­ням ти­с­ку, ад­же із йо­го змен­шен­ням зро­с­та­ють втра­ти на де­фор­мацію, внутрішнє тер­тя у ма­теріалі ши­ни і вик­ли­ка­ний ни­ми опір ко­чен­ню, зни­жується тиск грун­то­за­чепів і змен­шується їхнє за­глиб­лен­ня у грунт, зна­чить — по­слаб­люється си­ла зчеп­лен­ня. Для вирішен­ня за­зна­че­но­го про­тиріччя слід оп­тимізу­ва­ти тиск повітря у шині для кож­но­го ви­ду по­верхні ко­чен­ня ко­ле­са. Збільшен­ня площі кон­так­ту мож­на до­сяг­ти за­сто­су­ван­ням ши­ро­ко­про­фільних, ароч­них шин та здвоєних ве­ду­чих коліс. А це не­мож­ли­во без зва­жу­ван­ня мас, що при­па­да­ють на пе­ред­ню і зад­ню осі трак­то­ра(у більшості гос­по­дарств цьо­го не роб­лять).
Висів, суцільна куль­ти­вація і бо­ро­ну­ван­ня. Хо­дові си­с­те­ми універ­саль­но-про­сап­них трак­торів ма­ють бу­ти відре­гу­ль­о­вані, щоб за­без­пе­чу­ва­ти мінімаль­ний вплив на грунт, оскільки по­дальші об­робітки не націлені на йо­го роз­пу­шу­ван­ня. Тиск повітря у ши­нах слід оби­ра­ти мінімаль­ний, вра­хо­ву­ю­чи до­пу­с­тимість ко­рот­ко­час­них пе­ре­ван­та­жень шин до 40% (ГОСТ 7463 — 2003). Ре­ко­мен­до­ва­не роз­став­лян­ня коліс: пе­редніх — на мінімаль­ну колію, задніх — на мак­си­маль­ну. Внаслідок цьо­го ущільнен­ня грун­ту під ни­ми не до­да­ють­ся — під впли­вом зна­рядь щільність грун­ту віднов­люється по слідах до оп­ти­маль­ної.
Хо­дові си­с­те­ми колісних трак­торів за­галь­но­го при­зна­чен­ня ре­ко­мен­дується ос­на­щу­ва­ти здвоєни­ми ко­ле­са­ми зі збільше­ним за­зо­ром між зовнішніми і внутрішніми ши­на­ми. Тиск у ши­нах: у внутрішніх — не більше 0,08 МПа, у зовнішніх — 0,06 МПа. Для уник­нен­ня пе­ред­час­но­го ви­хо­ду із ла­ду підшип­ників за ро­бо­ти на здвоєних ко­ле­сах тиск у ши­нах зовнішніх коліс має бу­ти в 1,20–1,25 ра­за мен­ший, ніж у внут­рішніх. Слід пам’ята­ти, що су­мар­на ван­та­жопідйомність здвоєних шин не має пе­ре­ви­щу­ва­ти ван­та­жопідйомність оди­нар­ної ши­ни у по­над 1,7 ра­за.

Транс­портні ро­бо­ти
Пе­ред ви­ко­нан­ням транс­порт­них робіт тиск у ши­нах має бу­ти вста­нов­ле­но з ура­ху­ван­ням до­ван­та­жен­ня коліс трак­то­ра від при­че­па чи напівпри­че­па.
Під час ро­бо­ти на до­ро­гах із по­крит­тям слід за­сто­со­ву­ва­ти ши­ни із най­більшою на­си­ченістю грун­то­за­че­па (до­рожні мо­делі), відклю­ча­ти привід пе­ред­нь­о­го ве­ду­чо­го мос­та, а тиск у ши­нах підви­щи­ти до верх­ньої межі. Слід пам’ята­ти, що збільшен­ня об­ся­гу транс­порт­них робіт трак­тор­но-транс­порт­ним аг­ре­га­том від нор­мо­ва­них стан­дар­том 30 до 60% спри­чи­нює змен­шен­ня га­рантійно­го стро­ку ви­ко­ри­с­тан­ня шин на 30%. От­же, для пе­ре­ве­зен­ня сільгосп­про­­дукції та тех­но­логічно­го ма­теріалу доцільно за­лу­ча­ти ван­тажні ав­то­мобілі, по­за­як ти­с­ком у ши­нах не ут­ри­маєш фор­со­ва­но­го спра­цю­ван­ня грун­то­за­чепів, які у по­даль­шо­му кон­че потрібні на ос­нов­но­му об­робітку грун­ту.

Технічна скла­до­ва
Зни­жен­ня ти­с­ку повітря у ши­нах трак­то­ра на ме­ханізо­ва­них по­льо­вих ро­бо­тах від 350 до 80 кПа сприяє підви­щен­ню уро­жай­ності ярої пше­ниці на 2–7,5 ц/га. На пер­ший по­гляд — не­по­га­не керівництво до дії… Про­те чи вар­то от­ри­му­ва­ти ці цент­не­ри ціною ре­сур­су шин, «ска­же» техніка.
Пнев­ма­тич­на ши­на роз­ра­хо­ва­на на ро­бо­ту в пев­но­му діапа­зоні вер­ти­каль­них на­ван­та­жень, що відповіда­ють внут­рішньо­му ти­с­ку і швид­кості ру­ху трак­то­ра. Ре­сурс ши­ни знач­но за­ле­жить від внутрішньо­го ти­с­ку (фото 1а) і на­ван­та­жен­ня на неї (фото 1б): за змен­шен­ня ти­с­ку в шині на 10% за незмінно­го на­ван­та­жен­ня ре­сурс ши­ни змен­шується на 22,27%, а за збільшен­ня на­ван­та­жен­ня на 10% за незмінно­го ти­с­ку — змен­шується на 4,83%. Не­да­рем­но ДСТУ рег­ла­мен­тує відхи­лен­ня ти­с­ку від ре­ко­мен­до­ва­ної нор­ми
± 0,01 МПА та нор­маль­не йо­го са­мо­вільне змен­шен­ня до 10 кПа за сім діб.

Ви­ко­ри­с­тан­ня трак­то­ра зі вста­нов­ле­ним у ши­нах ти­с­ком ниж­че за нор­му «тяг­не» за со­бою такі про­бле­ми:
   про­вер­тан­ня шин на ободі;
  пе­ре­ти­ран­ня бор­ту ши­ни краєм обо­да (фото 1а);
  розтріску­ван­ня бо­ко­вин шин
(фото 1б);
  роз­ша­ро­ву­ван­ня або злам кар­ка­са ши­ни (фото 1в);
  ви­ри­ван­ня вен­ти­ля ши­ни.

Ви­ко­ри­с­тан­ня трак­то­ра зі вста­нов­ле­ним у ши­нах ти­с­ком по­над нор­му спри­чи­нює:
   підви­ще­не спра­цю­ван­ня;
   роз­тя­гу­ван­ня шарів кар­ка­са і зни­жен­ня ела­с­тич­ності;
   збільшен­ня бук­су­ван­ня коліс.

Еко­номіка
Вартість усу­нен­ня на­ве­де­них ви­ще відмов ста­но­ви­ти­ме 4–15 тис. грн на од­ну ши­ну або дорівню­ва­ти­ме вар­тості ши­ни. А ви­ко­ри­с­тан­ня ши­ни із ти­с­ком повітря, зни­же­ним ли­ше на 10% від нор­маль­но­го, втра­та ре­сур­су ко­ш­ту­ва­ти­ме 1600–4100 грн, що має пе­ре­ко­на­ти гос­по­да­ря у важ­ли­вості вста­нов­лен­ня від­по­відності між ве­ли­чи­на­ми тиск — на­ван­та­жен­ня. Пе­ре­ви­щен­ня на­ван­та­жен­ня на ши­ну на 20% зни­жує її ре­сурс на 10%, що «виллється» ви­т­ра­та­ми в 750–900 грн на ши­ну (150-силь­но­го трак­то­ра).
Підви­ще­не спра­цю­ван­ня ши­ни від­бу­­вається за невідповідності на­ван­та­жен­ня на неї внутрішньо­го ти­с­ку. У та­ко­му разі бо­ко­ви­ни шин прий­ма­ти­муть значні нор­мальні та до­тичні на­ван­та­жен­ня, їхня тем­пе­ра­ту­ра підви­щується, що, своєю чер­гою, при­ско­рює спра­цю­ван­ня. За надмірно­го ти­с­ку грун­то­за­че­пи найінтен­сивніше спра­цьо­­ву­ють­ся у се­редній ча­с­тині пля­ми кон­так­ту ши­ни з опор­ною по­верх­нею до­ро­ги, за зни­же­но­го — із боків.
Відповідність ти­с­ку в ши­нах на­ван­та­жен­ню на неї (таблиця) обу­мов­ле­на потрібни­ми ви­со­ки­ми тя­го­во-зчіпни­ми ха­рак­те­ри­с­ти­ка­ми трак­то­ра, особ­ли­во під час ро­бо­ти на енер­гоємних тех­но­логічних опе­раціях ви­ро­щу­ван­ня сіль­госп­­куль­тур. Пе­ревірку на та­ку відпо­від­ність за­зви­чай у пе­ресічно­му гос­по­дарстві не про­во­дять, що при­зво­дить до пе­ре­ви­т­ра­ти паль­но­го внаслідок підви­ще­но­го бук­су­ван­ня і зни­жен­ня про­дук­тив­ності МТА. Щоб за­побігти цьо­му і, на­впа­ки, за­без­пе­чи­ти рег­ла­мен­то­ва­ний ре­сурс шин, доцільно при­ве­с­ти у відпо­відність ве­ли­чи­ни вер­ти­каль­но­го на­ван­та­жен­ня і внутрішньо­го ти­с­ку.  
На­при­клад, шина 380/70R24 (виді­ле­ний стовпчик) мо­же пра­цю­ва­ти із мінімаль­ним ти­с­ком 60 кПа під вер­ти­каль­ним на­ван­та­жен­ням 1050 кг і мак­си­маль­ним ти­с­ком 160 кПа із на­ван­та­жен­ням 1650 кг. У за­зна­че­них ме­жах ти­с­ку і на­ван­та­жен­ня опе­ра­тор мо­же оби­ра­ти ре­жим ро­бо­ти ши­ни без будь-якої шко­ди для її ре­сур­су та з мінімаль­ним впли­вом на грунт.

Ба­ла­с­ту­ван­ня
Ба­ла­с­ту­ван­ня трак­то­ра на­разі ви­ко­ну­ють фрон­таль­ни­ми ван­та­жа­ми, ван­та­жа­ми на ко­ле­са, за­пов­нен­ням ка­мер коліс роз­чи­ном та ви­ко­ри­с­тан­ням здвоєних коліс. Най­е­фек­тивнішим є за­сто­су­ван­ня здвоєння коліс: так мож­на до­сяг­ти до 40% збільшен­ня си­ли тя­ги, а тя­го­ва по­тужність (до­бу­ток си­ли тя­ги на швидкість) у та­ко­му разі об­ме­жу­ва­ти­меть­ся по­тужністю дви­гу­на. До­об­лад­нан­ня до­дат­ко­ви­ми ко­ле­са­ми ко­ш­тує 1,4–1,8 вар­тості ком­плек­ту шин, про­те це дає змо­гу до­сяг­ти двох цілей: підви­щен­ня си­ли тя­ги і зни­жен­ня ущіль­ню­валь­ної дії на грунт. У разі на­ли­ван­ня колісних ка­мер ба­ла­ст­ним роз­чи­ном на ос­нові хло­ри­с­то­го кальцію слід пам’ята­ти, що за­пов­ню­ва­ти їх мож­на не більш ніж на 50% — для радіаль­них шин та 75% — для діаго­наль­них.