Tlak mezi vozovkou a dezénem pneumatiky

Doprava v zemědělství a lesnictví patří svým přepravním objemem, různorodostí přepravovaných hmot, časovou omezeností z hlediska agrotechnických lhůt, sezónním charakterem a různorodostí povrchů, po nichž se dopravní technika pohybuje, k nejsložitějším dopravním soustavám.

Očekávaný přechod z traktorové dopravy na automobilovou dopravu v zemědělství se nekonal tak, jak bylo předpokládáno. Ale vzhledem k potřebě vysoké výkonnosti zemědělské dopravy, lze očekávat, že k tomu bude na jedné straně postupně docházet a to především pro dosažení vyšších dopravních rychlostí, ale také na straně druhé se zvýší užitečná hmotnost přípojných vozidel za traktory. Samozřejmě, že faktor zvýšené rychlosti se v podmínkách zemědělské dopravy, kde převládají krátké dopravní vzdálenosti a doprava po polních cestách a po povrchu zemědělské půdy, neprojeví tolik jako přechod na vyšší užitečnou hmotnost.
V oblasti dopravy v lesnictví (zejména odvoz vytěženého dříví z odvozního místa ke spotřebiteli, resp. zákazníkům) se prosazuje potřeba jak zvýšené rychlosti jízdy, tak zvýšené užitečné hmotnosti, čímž se dosáhne zvýšení výkonnosti přepravy. Zvýšení užitečné hmotnosti u dopravní techniky v lesnictví racionalizuje významnou měrou spotřebu energie. Obdobné platí v určitých oblastech i pro dopravu v zemědělství.

Negativní vlivy zvyšování hmotnosti vozidel

Zvyšování užitečné hmotnosti a tím i celkové hmotnosti vozidel se projeví ve zvyšování měrných tlaků na půdu, na povrch polních cest, na kryt vozovek a cest (obrusná vrstva, ložná vrstva), na podklad vozovek, ale i na ochrannou vrstvu a podloží ostatních vozovek, po kterých doprava probíhá.
Můžeme být svědky toho, že se asfaltová směs protlačuje do podloží, nejčastěji na místech, kde vozidla brzdí, akcelerují, projíždí obloukem nebo jsou zde nerovnosti, dochází k vyjíždění podélných kolejí, ke vzniku příčných vln, k trhlinám v asfaltové vrstvě a drcené kamenivo se pneumatikami vyráží ze svého uložení a postupně vznikají hluboké výtluky v povrchu vozovky.
K uvedeným poruchám vozovky dochází za předpokladu, že je buď chybná technologie výstavby cesty, životnost cesty je na svém konci nebo je překračováno dovolené namáhání podloží vozovky dopravní technikou, což se děje zřejmě v nejvyšší míře.
Dopravní zatížení se vyjadřuje počtem všech vozidel, která projedou daným místem po vozovce za určitý čas nebo častěji pouze počtem nákladních vozidel, která jsou pro vozovku rozhodující.
Silniční automobily, přívěsy a návěsy používané v zemědělství a lesnictví by měly mít takovou konstrukci strojového spodku, který umožňuje jednak jízdu po nezpevněných komunikacích, po cestách s neurovnaným a nezhutněným povrchem, ve složitých terénních podmínkách a pod., tak i po vozovkách silnic, kde by měly umožňovat rychlou a bezpečnou jízdu. Na straně druhé, by neměly být poškozovány vozovky silnic a povrchy cest koly dopravní techniky. Z hlediska účinků vozidla na vozovku je důležitý zejména kontaktní tlak kol s povrchem vozovky. Čím více kol, tím nižší hodnota tlaku, čím, širší pneumatika, tím nižší hodnota tlaku, čím nižší hmotnost nákladu, tím nižší hodnota tlaku na podloží.

Co říkají předpisy

Dopravní prostředky musí disponovat vysokou přepravní kapacitou, která je dána nosností podvozku. ( Nosnost je dána legislativou Vyhl. č. 102/1995, vyplývající ze Zákona č. 38/1995 Sb. o technických podmínkách provozu silničních vozidel na pozemních komunikacích.).
Legislativa stanoví, že měrný tlak mezi vozovkou a otiskem dezénu pneumatiky nápravy se statickým zatížením do 10 tun včetně, nesmí překročit hodnotu 1000 kPa a u nápravy se statickým zatížením přesahujícím 10 tun, nesmí překročit hodnotu 800 kPa.
Celková hmotnost vozidla se dvěma nápravami nesmí být vyšší než 18 tun, se třemi nápravami nesmí překročit 25 tun a je-li hnací náprava vybavena dvojitou montáží pneumatik pak to nesmí být více jak 26 tun.
Celková hmotnost vozidla je součet pohotovostní a užitečné hmotnosti, přičemž pohotovostní hmotností vozidla se rozumí hmotnost kompletně vybaveného vozidla pro jízdu (do pohotovostní hmotnosti se zahrnuje i hmotnost pomocných pracovních zařízení – naviják, nakládací jeřáb).
Užitečnou hmotností vozidla se rozumí hmotnost nákladu, osob a pomocného nebo pracovního zařízení přechodně i nepevně připojeného (radlice, jeřáby, protizávaží …)
Maximální celková hmotnost jízdní soupravy je 48 tun.
Vozidlo působí na povrch vozovky prostřednictvím kol. Kolo vozidla působí na povrch vozovky prostřednictvím pneumatiky svislou silou a horizontálními silami, které jsou rovnoběžné s povrchem vozovky. Rovnoběžné síly působí ve směru jízdy a kolmo na směr jízdy (obrázek č.1).

Velikost tlaku na vozovku závisí na hmotnosti připadající na nápravu a na svislé síle působící na konkrétní kolo, přičemž při jízdě vozidla se může velikost této síly měnit (nerovnosti, náklony vozidla, příčné a podélné sklony vozovky, pohyb nákladu na korbě nebo v nádobě přepravující kapaliny, projíždění oblouků a pod.). Změny velikosti hodnot působící svislé síly obecně závisí na nerovnostech vozovky, rychlosti jízdy, způsobu tlumení výkyvů nápravy a na odpružení vozidla.
Jestliže působí svislá síla ve středu kola, lze charakterizovat změnu hodnot této síly vlivem dynamických účinků následovně:
Fdyn = k . Fv (N)
kde:
Fdyn – dynamicky působící síla na kolo při jízdě (N)
k – dynamický součinitel ve vztahu staticky a dynamicky působící síly

Všeobecně se uvádí, že velikost dynamického součinitele k se mění v rozsahu 0,5 až 2,0. Záleží na mnoha faktorech. Mezi nejdůležitější faktory patří systém pružení vozidel, zda se jedná o systém s vinutými pružinami a plyno-kapalinovými tlumiči nebo pneumatické pružení s adaptivním tlumícím účinkem, u něhož jsou dynamické účinky podstatně nižší. Podíl pneumatiky na pružení je minimální.
Při pohybu vozidla působí na vozovku také horizontální síly, které vznikají při přenosu tažné síly nebo brzdné síly na povrchu vozovky ve směru pohybu, při jízdě v oblouku působí tyto síly kolmo na směr pohybu vozidla.
Jejich velikost závisí na součiniteli smykového tření, na konstrukci vozidla a na způsobu jízdy.
Ft = ft . m . Fs (N)
kde:
ft – součinitel tření
m – součinitel zohledňující konstrukci vozidla, režim jízdy a konstrukci pneumatik
Fv – síla působící svisle na kolo (N)

Pro účinek kola na vozovku je důležitý tvar a velikost plochy otisku pneumatiky. Platí, že čím je plocha otisku větší a kompaktnější, tím je střední hodnota tlaku nižší při konstantní hodnotě svisle působící síly.
Kontaktním tlakem kola na půdu a na vozovku se rozumí tlak přenášený kolmo na podložku a působící v dosedací (styčné) ploše pneumatiky.
Kontaktní tlak ps je definován poměrem vertikální reakce síly na kolo-pneumatiku G1 a plochy dotyku (otisku) So. V případě působení pneumatiky na pevnou podložku je to plocha dotyku figur dezénu – Sd.

Podíváme-li se na dezény pneumatik, zjistíme, že dezén každé pneumatiky se otiskne na pevný povrch vozovky jinak, resp., že velikost otisku dezénu bude různá a to i při stejných konstrukčních a rozměrových parametrech pneumatik

Například pneumatika na pozici č.7 bude mít plochu otisku dezénu menší než pneumatika na pozici č.2 i při stejné šířce pneumatiky. Je to dáno tvarem žeber dezénu a velikostí drážek mezi žebry dezénu.
Následující tabulka č.1 dává přehled o rozměrech pneumatik a jejich nosnosti v závislosti na tlaku vzduchu v pneumatikách. Velmi zajímavým údajem jsou plochy otisku pneumatik v závislosti na jejich šířce a také průměru. (Materiál je převzat od firmy NOKIAN)

Z tabulky je velmi dobře patrná závislost nosnosti pneumatiky na tlaku vzduchu v pneumatice. Také lze vypozorovat, že velikost plochy otisku se zvyšuje se zvyšující se šířkou pneumatiky a také se zvyšujícím se průměrem pneumatiky.

Příklad z praxe

Vezměme si konkrétní příklad. Například odvozní soupravu na podvozku TATRA 815-2 v provedení 6 x 6 pro odvoz dlouhého dříví z odvozních míst v lese. Pro odvoz dlouhého dříví se tahač kompletuje s jednoosým nebo dvouosým oplenovým přívěsem s výsuvnou ojí. Pohotovostní hmotnost této soupravy s dvouoosým oplenovým přívěsem je 13 700 kg. Řidič této soupravy může mezi klanice oplenu naložit určité množství kmenů podle jejich průměru až do horní výše klanic. Jestliže se podíváme do legislativy, zjistíme, že souprava motorového vozidla s jedním přívěsem včetně nákladu nesmí přesáhnout délku 18 metrů. Délka výřezů kmenů může být tedy přibližně 13 až 14 metrů. Při délce smrkového kmene 13 metrů a středové tlouštce 0,33 m je jeho objem přibližně 1 m3. Pokud je převážen v čerstvém stavu (to nejčastěji), lze určit jeho hmotnost při známé objemové hmotnosti mokrého smrku přibližně 740 kg.m-3. Tato hmotnost se může pohybovat v rozsahu 720 až 800 kg (záleží na prostředí růstu stromu). Při vhodném uložení kmenů může hmotnost nákladu dosáhnout hodnoty až 16 000 kg. U listnáčů to bude ještě více.
Souprava je vybavena pneumatikami 18 R 22,5 v jednomontáži a oplenový polopřívěs je vybaven pneumatikami 18 R 22,5 v jednomontáži. Vzhledem k tomu, že nelze přesně určit rozložení hmotnosti na jednotlivé nápravy, musíme použít teoretický výpočet. Celková hmotnost soupravy maximálně naložená smrkovými výřezy může mít tedy hodnotu 29 700 kg. To je samozřejmě v rozporu s údaji výrobce, protože ten uvádí, že užitečná hmotnost může být pouze 10 600 kg. To ponecháme nyní stranou, protože při pohledu na některé naložené soupravy, které se blíží na hraniční přechody se SRN a Rakouskem, je odborníkům „vše jasné“. Plocha otisku dezénu pneumatiky záleží na tvaru a počtu žeber dezénu, na tlaku vzduchu v pneumatikách, na zatížení, na konstrukci pneumatiky a může se pohybovat v rozmezí 0,04 – 0,08 m2. Takže tlak pod koly této soupravy, uvažujeme-li rovnoměrné rozložení nákladu na všechna kola, může být v rozsahu 360 – 730 kPa. Legislativě tedy vyhovuje, ale otázka je, zda je náš předpoklad v souladu se skutečností. Například lze předpokládat, že svislá síla na zadních kolech tahače může být vyšší hodnoty, než jsme předpokládali.
Jestliže se vrátíme k dynamickým účinkům svislé síly a zvolíme dynamický součinitel 1,5 vzhledem k odpružení soupravy, z výpočtu zjistíme, že tlak mezi vozovkou a otiskem dezénu pneumatiky při dynamickém zatížení může být téměř 1100 kPa. Takovému zatížení odolá málokterá starší vozovka.
Z výše uvedeného nám plyne, že pro kombinovaný provoz zemědělské a lesnické dopravní techniky na silnicích a zpevněných cestách je vhodná pneumatika s úzkými drážkami dezénu na běhounu a šířky minimálně kolem 500 mm.

Ing. Ivo Celjak
KZT, ZF, JČU

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *