Základní částí dopravní techniky je podvozek, jehož hlavní součástí jsou kola, resp. pneumatiky. Vliv jejich parametrů na provoz dopravní techniky je významný. Ovlivňují nejen energetické ztráty valivým odporem, ale mají vliv i na ztráty agrotechnické, protože pneumatiky v některých případech zhutňují půdu, čímž se zhoršují podmínky pro růst pěstovaných plodin a zvyšují se náklady v důsledku vyšších orebních odporů.
Důležitým činitelem působícím na půdu, je tlak prostřednictvím kol zemědělské a lesnické techniky, který je závislý na tíhové síle a na ploše, na které tíhová síla působí. Je všeobecně známo, že pro velikost plochy otisku (dotykovou plochu) má rozhodující význam zejména rozměr použitých pneumatik – šířka a průměr (foto č.1).
Dalším důležitým činitelem, který se podílí na nákladech přepravy je výkon ztracený při překonání valivého odporu. Zde hraje zřejmě rozhodující roli tlak vzduchu v pneumatikách, konstrukce pneumatiky a charakter povrchu, po kterém se pneumatika odvaluje.
Také nastávají podstatné změny v konstrukci pneumatik používaných zemědělskou a lesnickou technikou vlivem vývoje technologie výroby a používaných materiálů (pryž, kordové vlákno, zušlechťující přísady apod.).
U každé pneumatiky může existovat určitý optimální tlak vzduchu uvnitř pneumatiky v závislosti na jejím zatížení, při němž je hodnota součinitele odporu valení minimální v závislosti na konkrétní plasticitě podloží. Při zvýšení tlaku vzduchu nad tuto hodnotu může vzrůst za určitých podmínek valivý odpor v důsledku zvyšujících se deformací zeminy.
V opačném případě, kdy je tlak vzduchu v pneumatice nižší, valivý odpor rovněž vzrůstá a to v důsledku zvyšujících se deformací pneumatiky.
Při řešení valivých odporů pneumatiky je důležitou otázkou zjištění závislosti kontaktního tlaku na tlaku vzduchu v pneumatice. Převážnou část tíhové síly, působící na kolo, přenáší stlačený vzduch. Zbývající část přenáší kostra pneumatiky. Kontaktní tlak, kterým působí pneumatika na zeminu není tedy shodný s tlakem vzduchu v pneumatice. Hodnota kontaktního tlaku je ve skutečnosti poněkud vyšší než hodnota tlaku vzduchu v pneumatice. Velikost rozdílu těchto tlaků je závislá na konstrukci a tvaru pneumatiky.
Dopravní a jiná technika se pohybuje po různých površích, s různým zatížením náprav, s různou rychlostí, s různými pneumatikami, co se týče konstrukce, rozměru, dezénu, PR pneumatiky, plochou dotyku pneumatiky s podložkou a s různým tlakem vzduchu v pneumatice.
Všechny uvedené faktory se různou měrou podílejí na velikosti síly odporu valení. Některé působí spolu a snižují její hodnotu, některé působí proti sobě, ale pouze do určitého mezního stavu. Variant je velké množství.
Při pracích v zemědělství a lesnictví se v mnoha případech pohybuje dopravní a jiná technika po různých površích při plnění jednoho úkolu (například v zemědělství: a) pole - hlinitá polní cesta - asfaltová silnice, b) louka - štěrková cesta – asfaltová silnice, v lesnictví: a) lesní porost – soustřeďovací cesta – lesní štěrková komunikace, b) lesní porost – soustřeďovací cesta – odvozní komunikace). Kombinací je velké množství.
Doprava v zemědělství a lesnictví je v současné době řešena převážně traktorovými dopravními soupravami. V posledních letech je u nás patrný přechod od přívěsů k návěsům, zejména při soustřeďování a dopravě v oblasti těžby dříví v lesnictví (fotoč.2). Dopravní park v zemědělství u nás zahrnuje doposud více přívěsů než návěsů - stav k 1.2.1999. Přívěsy traktorové, celkem: 63 045, návěsy traktorové, celkem: 7 599. Počty zahrnují farmy s obhospodařovanou výměrou zemědělské půdy do 20 ha, do 300 ha, do 1000 ha a nad 1000 ha (Zpráva VÚ ZT Praha, 2000.).
Rozměry pneumatik používané u přívěsů a návěsů v zemědělské dopravě a manipulaci s materiálem jsou uvedeny v tabulce č.1. (Materiály firem: ZDT Nové Veselí, POL-AGRO s.r.o., TOKO a.s., Luhačovice, UNI AGROS a.s., Č.Těšín, Agrostroj Pelhřimov, a.s., časopis Mechanizace zemědělství)
Z tabulky je patrné, že nejvíce používanými pneumatikami přívěsů a návěsů v zemědělství jsou pneumatiky rozměru 12,5 x 18, PR 10 s doporučeným tlakem vzduchu 250 - 400 kPa.
Rozměry pneumatik používaných při soustřeďování dřevní hmoty v lesnictví
V poslední době se při těžbě a při porostní výchově dříví prosazují sortimentní metody. Tomuto způsobu vyhovují skandinávské technologie soustřeďování dříví – sortimentní metoda pomocí harvestorů a vyvážecích souprav. Podle údajů firmy REPAROSERVIS Praha a.s. bylo k 1.1.2001 v ČR provozováno již 65 souprav „harvestor - vyvážecí traktor s pevnými klanicemi“, oproti roku 1998, kdy na našem území pracovalo 6 těchto souprav, převážně formou služby. Přes zmíněný nárůst nových technologií těžby přetrvávají tradiční způsoby, ke kterým patří metoda stromová, resp. kmenová, kdy soustřeďování dříví zajišťuje SLKT a UKT.
Na zemědělské a lesnické pneumatiky jsou kladeny základní požadavky, mezi které zejména patří :
a) Nést potřebné zatížení (součet hmotnosti dopravního prostředku a nákladu)
b) Zajistit přenos motorické síly na půdu nebo na jinou podložku (povrch vozovek)
c) Zajistit dobré adhezní vlastnosti
d) Odpružit vozidlo a zmírňovat nárazy
e) Zajistit dostatečně velkou styčnou plochu a rovnoměrné rozložení tlaku na podložku
Volbou pneumatiky vhodných parametrů a konstrukce lze docílit :
a) Snížení hodnot trvalých deformací v půdě
b) Zmenšení tlaku na půdu a tím i snížení úrovně utužení půdy
c) Snížení hodnot valivého odporu a tím snížení měrné spotřeby paliva na jednotku práce
d) Snížení prokluzu a tím zlepšení trakčních vlastností
e)Zlepšení ergonomického působení na řidiče v důsledku tlumení vibrací a otřesů při přejíždění nerovností terénu
g) Snadnější překonávání překážek
Každá pneumatika má předepsanou nosnost při určitém tlaku vzduchu v pneumatice. Nosnost pneumatiky se vztahuje k definované rychlosti jízdy s ohledem na přípustné ohřívání boků pneumatik. Je-li dosažitelná rychlost jízdy nižší než definovaná rychlost, únosnost se zvyšuje podle údajů v katalogu pneumatik příslušné značky.
Katalogy výrobců pneumatik běžně uvádějí následující základní rozměry nových pneumatik (Obr.č.1):
šířka pneumatiky b (mm)
volný průměr pneumatiky dk (mm)
statický poloměr pneumatiky rs (mm)
odvalený obvod pneumatiky o (mm)
nosnost pneumatiky Qj v závislosti na tlaku vzduchu v pneumatice při určité rychlosti (kg)
průměr ráfku v palcích, na který je pneumatika určena dr (mm)
Z výše uvedených hodnot lze určit následující údaje:
výška profilu hk : hk = 0,5 (dk - 25,4 dr) (mm)
radiální deformace zatížené pneumatiky zk : zk = 0,5 dk - rs (mm)
valivý poloměr rv = o/(2000 ) (m). Valivý poloměr je u silničních vozidel označován jako dynamický poloměr rd. Při nízké rychlosti je rv = rd. S rostoucí rychlostí narůstá rd vlivem odstředivé síly a rovněž se zvětšuje při brždění.
Neuvádí-li katalog odvalený obvod, vypočte se směrná hodnota valivého poloměru pro R, D pneumatiky ze vztahu: rv = 0,48.10-3 . dk (m)
Při měření hodnot součinitele odporu valení na různých površích a zjišťování objemové hmotnosti zemědělské půdy po jejím přejezdu kolem opatřeným pneumatikami různé konstrukce a s rozdílným tlakem vzduchu v těchto pneumatikách byly zjištěny některé následující poznatky. Měřenými pneumatikami byly pneumatiky BARUM 12,5-18 a Trelleborg 600/50-22,5 (foto č.3).
1. Pro dosažení zvětšení plochy otisku pneumatika musí být na nízký tlak vzduchu konstruovaná. Nelze dosáhnout zvětšení plochy otisku So u pneumatiky běžného provedení snížením tlaku vzduchu, aby byl efekt zvětšené dotykové plochy přínosem z hlediska snížení středního kontaktního tlaku a zároveň nebyla negativně ovlivněna životnost pneumatiky.
2. Při snižování tlaku vzduchu v pneumatice BARUM 12,5-18 při konstantní svisle působící tíze G1 se šířka otisku b1 pneumatiky zvětšuje pouze do určité mezní hodnoty. Při dalším snižování tlaku vzduchu v pneumatice na kritickou mez, kdy šířka zatížené pneumatiky bg dosáhne hodnoty, kdy může dojít k poškození bočnice pneumatiky, se již šířka otisku dezénu pneumatiky b1 na pevném podloží nezvyšuje. Snižování tlaku vzduchu u pneumatiky BARUM tedy nemá velký význam pro snížení hodnoty středního kontaktního tlaku (obr.č.2).
3. Plocha otisku dezénu Sd pneumatiky TRELLEBORG 600/50-22,5 se pouze velmi málo mění při změnách tlaku vzduchu v pneumatice při konstantní velikosti svisle působící tíhy. Také se velmi málo mění při konstantním tlaku vzduchu v pneumatice a při postupně vzrůstající svisle působící tíze (obr.č.3).
4. Svisle působící tíha vyvolá snížení hodnoty statického poloměru pneumatiky, u níž je snižován tlak vzduchu, ale neprojeví se v nárůstu hodnoty šířky zatížené pneumatiky příliš významně.
5. Při vzrůstající hodnotě svisle působící tíhy a při konstantním tlaku vzduchu v pneumatice se snižuje statický poloměr pneumatiky, ale neprojeví se v nárůstu hodnoty šířky zatížené pneumatiky příliš významně (obr.č.4).
6. Pneumatika TRELLEBORG 600/50-22,5 vykazuje vyšší stabilitu rozměrů se změnami tlaku vzduchu v pneumatice a svisle působící tíhy než pneumatika BARUM 12,5-18 (obr.č.5).
7. Čím je větší plocha otisku kola s půdou, tím je půda méně utužována. Se stoupajícím tlakem vzduchu v pneumatice vzrůstá utužení půdy při konstantní hodnotě svisle působící tíhy.
8. Pneumatika menší šířky s nízkým tlakem vzduchu v pneumatice utužuje půdu více než pneumatika s větší šířkou a vyšším tlakem vzduchu v pneumatice při konstantní hodnotě svisle působící tíhy.
9. Při odvalování širší pneumatiky po čerstvě zoraném poli, na ulehlém poli, na strništi a na louce je součinitel odporu valení vyšší než při odvalování pneumatiky s menší šířkou. Platí to pro nízký i vysoký tlak vzduchu v pneumatice.
10. Na pevných površích (asfaltová vozovka, hlinitá polní cesta, strniště, louka, štěrková cesta) se součinitel odporu valení s nižším tlakem vzduchu v pneumatice zvyšuje. Platí to pro obě měřené pneumatiky.
11. Síla odporu valení klesá se vzrůstajícím tlakem vzduchu u obou typů pneumatik na pevných površích. Neplatí to na površích s určitou plasticitou jako je například pole, louka a štěrk.
12. U každé pneumatiky existuje optimální tlak vzduchu při určité velikosti hodnoty svisle působící tíhy, při kterém je hodnota součinitele odporu valení minimální v závislosti na charakteru (plasticitě) podloží. Při vzrůstu tlaku vzduchu v pneumatice nad tuto hodnotu vzrůstá hodnota součinitele odporu valení v důsledku zvyšujících se deformací plastického podloží. V opačném případě hodnota součinitele odporu valení rovněž vzrůstá a to v důsledku zvyšujících se deformací běhounu a boku pneumatiky.
13. Rozdíly v hodnotách součinitele odporu valení při různém tlaku vzduchu v pneumatice (nízkém a vysokém) jsou většinou malé. Výjimkou je rozdíl v hodnotě součinitele odporu valení na povrchu čerstvě zoraného pole a na rozprostřené vrstvě hrubého kameniva.
14. Čím je vyšší hodnota svisle působící tíhy a čím je menší plocha dotyku pneumatiky s podložkou, tím se zvyšuje hodnota objemové hmotnosti půdy pod pneumatikou, resp. tím dochází k vyššímu utužení půdy.
15. Pneumatika s větší šířkou běhounu se zaboří do ornice méně než pneumatika s menší šířkou dezénu. Nezáleží přitom na tlaku vzduchu v pneumatice (nižší nebo vyšší).
16. Tvar profilu stopy pneumatiky na plastickém podloží je závislý na způsobu tvaru dosedací plochy dezénu a na způsobu přechodu dezénu v bočnici pneumatiky.
17. Při zvyšující se hodnotě svisle působící tíhy dochází ke zmenšování mezer mezi žebry dezénu u pneumatiky s podélným drážkováním, u níž je tlak vzduchu v souladu s katalogovým údajem výrobce.
18. Tvar profilu stopy pneumatiky na plastickém podloží je závislý na způsobu tvaru dosedací plochy dezénu a na způsobu přechodu dezénu v bočnici pneumatiky.
19. Při jízdě s trvale nízkou hodnotou svisle působící tíhy, resp. s trvale vyšším tlakem vzduchu v pneumatice klasické konstrukce dochází k nerovnoměrnému opotřebení dezénu v jeho příčném profilu (větší opotřebení je uprostřed).
Ing. Celjak
KZT, ZF, JČU
