Здвоювання колісних систем: необхідність та проблеми

У цьому матеріалі ми розповімо вам про потребу використання системи здвоювання коліс тракторів, а також спробуємо об’єктивно розібратися, що спричинило в одному із господарств на Полтавщині під час експлуатації сучасного трактора зі здвоєною колісною системою несправність основних дисків задніх коліс. Відповідь на всі ці актуальні питання даватимуть провідні спеціалісти відомих компаній.

Г. Жолобецький
g.zholobetskiy@univest-media.com
М. Завада, директор департаменту з продажу с.-г. техніки,
компанія «Астра»

Неочікувана проблема
Навіть у надсучасної та надпотужної техніки, в якій, здавалося б, кожна окрема деталь, кожен механізм доведені до досконалості так, що в цілому сільскогосподарська техніка нагадує роботів-машин, неправильна експлуатація та недотримання правил й термінів технічного обслуговування можуть спричинити суттєву несправність, ремонт якої може обійтися власникові в досить відчутну сумму. Приводом для нашого технічного «розслідування» став сучасний трактор Fendt 936, якого один із господарів придбав п’ять років тому. На даний час на тракторі напрацьовано 2000 мотогодин. Задля того, щоб збільшити тягово-зчіпні властивості трактора та зменшити питомий тиск на грунт, господар замовив у комплекті систему здвоювання задніх коліс («через замки» на болтових стяжках).
Фронт польових робіт, а саме: основний, передпосівний обробіток грунту та висівання — мав виконати саме цей «трудівник», адже землі в господарстві не так уже й багато — близько 1000 га. Техніку відразу вирішили запустити в роботу із дисковою бороною Gregoire Besson DXRV-4,7, та як слід «потрудитися», показавши всю свою силу, техніці не вдалося. Після обробітку агрегатом близько 500 га землі виникли проблеми з основними дисками задніх коліс: невідомо з яких причин їх просто почало «рвати» (без перебільшення — вони почали тріскатися в напрямку від місця кріплення на ступиці трактора до шини, причому на обох колесах відразу). Звісно, використовувати далі трактор не можна.
Які будуть ваші оперативні дії в такій ситуації? Якщо у вас достатньо коштів, можна замовити новий комплект задніх коліс, але при цьому врахуйте, що їхня вартість становить від 60 до 80 тис. грн за одиницю (диск+шина). Далеко не факт, що нові диски також не вийдуть з ладу – причина поломки не відома, тож, як варіант, вам потрібно буде замовляти ще диски «про запас». Але яка основна причина пошкодження дисків? Отже, подаємо версію самого власника трактора Fendt 936.
До яких заходів вдався власник трактора для вирішення цієї проблеми? Власник, без зайвих вагань, аби швидше продовжити подальші польові роботи, вирішив самостійно відремонтувати пошкоджені диски задніх коліс. Для цього було видалено пошкоджену основу диска, товщина якої 14 мм.
Далі — зверніть увагу!

На її місце було вирізано та наварено метал завтовшки 50 мм (зварювальний шов 1: ліве та праве колеса, фото 1, 2). Тепер відремонтовані диски, порівняно з оригінальними, згідно з логікою, мали витримувати у 3,5 раза більше тягове навантаження, що передається від ступиці, і ніякі системи здвоювання коліс їм «не страшні».

Також, щоб їх закріпити, довелося самостійно робити подовжені шпильки кріплення коліс. Таким чином «реабілітовані» колеса були закріплені оригінальними гайками із прес-шайбами. У такий спосіб власникові все ж таки вдалося закінчити основні польові роботи у поточному році.
Наступного року, після збирання польових культур, трактор із здвоєною колісною системою знову був запущений у роботу із тією самою дисковою бороною (Gregoire Besson DXRV-4,7). І тут сталося неочікуване. Обробивши близько 700 га, відновлені основні диски задніх коліс, товщина яких уже становила не 14, а 50 (!) мм, знову були пошкоджені. У такій ситуації, сказати чесно, варто задуматися: у чому ж таки основна причина пошкодження металу?
Другу реставрацію дисків було проведено також власними силами: видалено пошкоджену частину та вварено новий метал (зварювальний шов 2, фото 1, 2), оригінальні гайки з прес-шайбами частково замінені конусними. Після другої реставрації дисків, задля уникнення подальших їхніх пошкоджень, трактор у господарстві вже не експлуатували разом із дисковою бороною. Під час агрегатування трактора зі здвоєною системою коліс з іншими знаряддями таких проблем не виникало. В цілому, якби не ця прикра ситуація, власник задоволений роботою трактора.
Висновок
Ігнорування виконання навіть найпростіших регламентних робіт з  обслуговування техніки може призвести до дуже серйозних поломок, збитки від яких будуть досить суттєвими.
Як можна убезпечитися від ушкодження
Розширення підприємств, зростання транспортної складової, збільшення відстані між полями, а також висока потреба в зменшенні витрат на здійснення різних операцій у сільськогосподарському виробництві потребують використання максимально енергонасичених тракторів.
Усього 10 років тому вершиною потужності був трактор на 250 к. с., а нині ми говоримо про трактори класичного компонування з потужністю понад 400 к. с.
Навряд чи для якої-небудь іще машини є такі суперечливі одна одній вимоги. На полі трактор повинен мати високу вантажопідйомність і водночас захищати грунт від шкідливого переущільнення. Крім того, пасивно працюючі робочі органи потребують великої кількості комбінованих агрегатів значно вищих тягових характеристик. І ця «тяга» має бути перенесена ефективно, тобто з найменшим пробуксовуванням, на грунт.
     
Рух дорогами
На відміну від інших типів покришок, AS-покришки мають дуже відкритий профіль. Площа протектора становить менш ніж 30%. Відділи розробок нових моделей у виробників покришок спрямовують свою роботу на таку оптимізацію геометрії протектора, яка забезпечує «спокійну» поведінку покришки й машини і на високих швидкостях. Щоправда, в цьому питанні не всі виробники є однодумцями.
Зі збільшенням швидкості підвищується також вплив правильності геометрії диска й покришки на поведінку трактора на дорозі. Основна кількість «преміальних» виробників покришок позначає найвищу точку покришки. І все ж нині таке маркування на диски наносить дуже мало виробників цієї продукції. Тоді як для правильного монтажу покришки на диску для оптимальної геометрії (правильне коло) змонтованого колеса маркування потрібне обов’язково.
На поведінку машини в дорозі значно впливає також тиск повітря в колесі. Але в полі потрібний низький тиск на грунт: покришка краще лягає на поверхню й амортизує. На дорозі ж низький тиск, особливо під час руху в повороті, відчутно погіршує керованість. Деякі виробники, запровадивши відповідні технології, значно посилили цей негативний ефект. Тож коли вибиратимете покришки, потрібно звертати увагу, передусім, на вимоги, які до них висунуто.

Поле
У полі турбота про грунт і перенесення тягових характеристик трактора демонструють цікавий «фокус».
Турбота про грунт досягається завдяки використанню покришок із більшим об’ємом повітря всередині.
Увага! Просте використання високооб’ємних покришок не зменшує ущільнення грунту. Ефект досягається тільки в разі поєднання покришки з низьким тиском усередині: тиск повітря в покришці й тиск на грунт перебувають у прямій залежності.

На перенесення тягових характеристик трактора впливають покришка, навантаження на колесо й власне грунт. Із різних параметрів покришки утворюється площа її контакту з грунтом. За поєднання з навантаженням на колесо відбувається тиск на грунт на контактній площі (фото 3).
Тут потрібні високооб’ємні покришки. Тільки вони мають потрібну для перенесення тягового моменту площу контакту з грунтом.
Мета: за низького коефіцієнта пробуксовування витримати високі тягові моменти. Просте використання високооб’ємних покришок або навіть спарених коліс не дасть бажаного результату, — навпаки, тягові характеристики трактора за недостатнього баластування навіть погіршуються (фото 4, графік 1).
Покришки з великою площею контакту з грунтом тягнуть гірше. Чому? Машина має «надлишкову гуму». Контакт протектора з грунтом недостатній. У зв’язку з цим трактори класичного компонування нерідко балансують (обважнюють противагами) до загальної ваги близько 18 т і більше. Приклад демонструє різницю. Грунтообробне знаряддя потребує тягової сили, рівної 6000 daN!
В обох випадках трактор виконує цю роботу. Правильно відбаластований трактор досягає цієї характеристики за пробуксування, рівного 15%, а недостатньо баластований — лише в разі 30%-го пробуксування (графік 2). З енергетичного погляду подовжений період пробуксування означає зменшення продуктивності, а відповідно, й зростання витрат на виконання цієї роботи.

Перенесення енергії на з’єднання диска та ступиці
Чи суперечить баластування запитам щодо турботи про грунт? Зовсім ні! Якщо тиск у покришці залишається константним і низьким, то з додатковим баластуванням змінюється тільки площа контакту покришки з грунтом. Тиск на грунт перебуває в прямій залежності з тиском повітря в покришці.
Як перенесення енергії пов’язане із з’єднанням між колесом і колісною ступицею трактора? У цьому місці контакту сили між ступицею й диском переносяться силами тертя. Крутним моментом колісного болта (гайки, шпильки) перенесена сила створює дуже високе притискання між двома площами контакту (диск — ступиця), що створює силу тертя для перенесення крутного моменту ступиці на колесо.
Дуже поширена помилка: часто шпильки ступиці переносять енергію від трактора на диск. Якщо крутний момент трактора більший за силу тертя на з’єднанні диск — ступиця, тоді може виникати ковзання на цьому з’єднанні, й шпилька може зсунутися до краю кріпильного отвору, що призводить до неправильного розподілу сил. Своєю чергою, це призводить до перевантаження матеріалів у ділянці кріпильних отворів на диску, а в разі тривалої неправильної експлуатації — й до ушкодження компонентів. Проявом цього часто бувають характерні тріщини, а іноді й повне виривання кільця з кріпильними отворами диска (фото 5).

Що це означає?
Якщо перенесення енергії між грунтом і колесом оптимізується за допомогою:
   низького тиску повітря в колесі;
   високооб’ємних покришок;
   спарених коліс;
   баластування,
 то між ступицею й диском має переноситися значно більше енергії, тому що втрати, пов’язані із пробуксовуванням, мінімізуються. Додатково зростає навантаження на колесо, пов’язане з баластуванням!

Що впливає на термін експлуатації колеса?
На зварному колісному диску є дві зони, на яких можуть виникати екстремальні навантаження. Ділянка максимальних навантажень — зона розміщення кріпильних отворів. На другому місці перебуває зварне з’єднання між внутрішньою «тарілкою» і зовнішнім кільцем колісного диска (фото 6, рисунок).
Першим сигналом недостатньо затягнутих коліс є відбиток різьблення ступичної шпильки всередині кріпильного отвору диска. Від цієї точки формуються тріщини, які відходять у напрямку зовнішньої межі зони прилягання з’єднання диск — ступиця, однозначний прояв ушкодження (фото 3). Найважливішим заходом для убезпечення від цього ушкодження є затягування кріплення колеса (шпилька — гайка) із крутним моментом, який запропонував в інструкції до трактора виробник. Часто виробники вказують інтервали, по закінченні яких треба перевірити момент затягування нарізних з’єднань кріплення колеса. Навіть якщо інтервал не зазначено, перевірку слід здійснити після закінчення 1, 10 і 50 мотогодин експлуатації колеса. Для цього, зрозуміло, потрібно використати динамометричний ключ.
Обидві контактні площі (диск — ступиця) мають бути, за можливості, без лакофарбового покриття. Високий тиск, який виникає під час монтажу колеса (затягування гайок на шпильках), видавлює лак із площі контакту диска зі ступицею. Дослідження першого монтажу нового колеса показують, що вже через 20 хв момент затягування зменшився на 11%. Колесо було затягнуто недостатньо. Тільки після шести затягувань із короткими інтервалами ≤ 2 год з’єднання було стабілізовано. У варіанті з видаленням покриття було достатньо всього двох затягувань (фото 7, графік 3).

Висновок
Краще перенесення енергії між грунтом і трактором висуває вищі вимоги до з’єднання між колесом і трактором. Незатягнуті колісні гайки можуть спричинити згубні ушкодження диска. Важливо вчасно перевіряти моменти затягування всіх нарізних з’єднань із крутним моментом, який задав виробник. Видалення фарби із площ контакту на колесі й ступиці убезпечує від ослаблення нарізних з’єднань.