Komplexní test 3 typů flotačních pneumatik různých výrobců

Mezi tyto hlavní nároky patří vyšší zatížení při nižším huštění, vyšší maximální povolená rychlost a nižší spotřeba paliva. Dále musí pneumatiky přípojných vozidel v zemědělství splňovat řadu specifických požadavků, jako je především bezpečný, ekonomický a ekologický provoz při jízdě na zpevněném i nezpevněném povrchu. Při jízdě v terénu je zapotřebí dosahovat co nejnižšího utužení půdy koly návěsu a při jízdě po silnici je naopak zapotřebí co nejnižší odpor valení. Tyto parametry jsou ve svém vzájemném rozporu. Pneumatika pro traktorové návěsy by měla splňovat tato kritéria při co nejnižší spotřebě paliva. Spotřeba paliva je z hlediska pneumatik nejvíce ovlivněna odporem valení. Odpor valení významně ovlivňuje tlak huštění a konstrukce pneumatiky, zejména její deformace. Odpor valení roste se snižujícím se tlakem huštění, zvyšující se rychlostí a vertikálním zatížením.

Oblíbeným a efektivním dopravním prostředkem v ČR je traktorový návěs s užitnou hmotností 10–15 tun. VUZT byl průkopníkem kontejnerového a výměnného dopravního systému v ČR. Na základě chybějícího komplexního vzájemného porovnání různých pneumatik určených pro traktorové návěsy se výzkumný ústav rozhodl provést komplexní porovnávací test návěsových pneumatik u traktorového podvozku s výměnným systémem nástaveb (obr. 1). Pro tyto testy byly vybrány tři typy pneumatiky od třech prémiových výrobců pneumatik stejného rozměru 600/55 R26,5 (tab. 1) s odlišnou konstrukcí pneumatiky a odlišným tvarem dezénu.

Test byl zaměřen na porovnání 3 typů flotačních pneumatik z hlediska spotřeby motorové nafty při jízdě v terénu a asfaltovém povrchu, statický měrný tlak, trvalou deformaci půdy, hlučnost a samo-čisticí schopnosti pneumatik.

Tab. 1: Technické parametry měřených pneumatik

Metodika měření

Měření vlivu různých druhů pneumatik u přípojného vozidla a jejich huštění pro komplexní porovnávací test bylo provedeno s jedním traktorem, aby se eliminoval rozdílný technický stav motoru. Na traktor použitý pro měření byl namontován spotřeboměr, GPS přijímač, otáčkoměr motoru, radar pro měření okamžité rychlosti soupravy. Na přípojné vozidlo, návěs Annaburger HTS 20 B.79 byl na pojezdové kolo namontován otáčkoměr. U tohoto kola byly pořízeny otisky pneumatik a stanoven odvalený obvod pro dané huštění pneumatik. Měření daného parametru probíhalo pro všechny pneumatiky za stejných nebo porovnatelných podmínek. Návěs byl po celou dobu měření naplněn pískem rozmístěném rovnoměrně v celém ložném prostou. Všechny pneumatiky byly nahuštěny na výrobcem doporučovaný tlaku huštění. Tento byl podle doporučených hodnot výrobců pro všechny měřené typy pneumatik shodný, a to 220 kPa.

Test pneumatik se uskutečnil na Farmě Agross, Klíčany. Po celou dobu měření bylo ideální počasí (20 °C, bezvětří, oblačno).

1. Rozložení hmotnosti na jednotlivá kola a nápravy u plně naložené pracovní soupravy. Měření otisků pneumatik a odvalených obvodů pneumatik

Traktor s návěsem popojížděl jednotlivými nápravami na přenosné váhy umístěné na vodorovné, asfaltové vozovce. Vážením bylo u soupravy traktoru s návěsem zjištěno vertikální zatížení jednotlivých kol. Zatížení odpovídalo maximální přípustné hmotnosti návěsu. Zjištění měrných tlaků pneumatik návěsu na tvrdou a měkkou podložku bylo provedeno v souladu s ČSN, které mají v současné době doporučený charakter.

Hodnoty pro zjištění měrných tlaků na tvrdou a měkkou podložku pak v tabulce 2.

Tab. 2: Plochy otisku pneumatiky, tlak v ploše styku desénu pneumatiky na tvrdou a měkkou podložku u všech tří sad měřených návěsových pneumatik rozměru 600/55 R 26,5

2. Měření spotřeby nafty

Základním údajem pro další plánování a rozhodování v managementu firem, zabývajících se zemědělskou činností, je jednotková spotřeba. Ta slouží jako podklad pro další modelování, je vztažena do ekonomických výpočtů a slouží také jako podkladní materiál pro expertní systémy, které VUZT nabízí v rámci svého portfolia.

Měření spotřeby nafty se uskutečnilo na silnici s asfaltovým povrchem a na pozemku s trvalým travním porostem. Měření vlivu typu pneumatiky na spotřebu nafty při dopravě probíhalo na silnici, veřejné komunikaci, na dvou úsecích o délce přibližně 12 a 6 km. Tyto úseky byly projety s každým typem pneumatik třikrát.

Druhý, šestikilometrový úsek po rovině byl navíc projížděn konstantní rychlostí, jejíž dodržení bylo zajištěno použitím tempomatu.

Měření vlivu druhu pneumatiky na spotřebu nafty při jízdě soupravy v terénu proběhlo na pozemku s posečeným trvalým travním porostem – louce. Pro vlastní měření byly vytyčeny 3 úseky určené pro tři různé pojezdové rychlosti 5, 10, 15 km/hod. Zvolená pojezdová rychlost byla udržovaná pomocí tempomatu traktoru. Každý úsek byl dlouhý 100 metrů a široký 10 metrů (obr. 2). Souprava návěsu s traktorem pojížděla na vytyčených úsecích, vždy ve stejném směru tak, aby se vždy pohybovala na neujetém povrchu a jela tedy svou „vlastní stopou” (obr. 3). Při jízdě soupravy traktoru s návěsem v terénu byly sledovány stejné údaje, jako při jízdě soupravy po silnici.

Pro zdokumentování aktuálního stavu povrchu pozemku v době měření byly odebrány půdní vzorky ornice z 12 míst zkušebního pozemku, a to z povrchu 0 až 50 mm, v hloubce 50 až 100 mm; 100 až 150 mm a 150 až 200 mm. Z těchto vzorků byla stanovena vlhkost půdy a proveden zrnitostní rozbor půdy pro určení půdního druhu.

Obr. 2: Pozemek s vytyčenými úseky, na kterých se uskutečnilo měření spotřeby nafty při jízdě v terénu

Obr. 3: Jízda soupravy na vytyčeném úseku „vlastní stopou”. Na obrázku je úsek pro jízdu rychlostí 10 km/hod

Výsledky

Z hlediska naměřených a vypočtených hodnot v porovnání s tabulkovými normativy jednotkové spotřeby se jednalo o velmi efektivní využití testované dopravní soupravy. Porovnáním naměřených dat z údajů o rychlosti soupravy, celkové ujeté vzdálenosti, době jízdy, průměrné rychlosti jízdy se potvrdilo, že souprava s jednotlivými typy pneumatik jezdila v obou měřených úsecích za srovnatelných podmínek.

Nejnižší průměrná jednotková spotřeba nafty na silničním okruhu byla u pneumatik BKT. Ta činila na okruhu 0,065 l/km a na druhém rovném úseku 0,051 l/km. O 0,001 l/km vyšší spotřebu měly obě zbývající pneumatiky. Na poli spotřeba nafty dopadla obráceně a dle očekávání se zde projevil efekt plnějšího dezénu u pneumatik Michelin a Mitas. Nejnižší spotřeba byla změřena u pneumatik Mitas a činila 0,142 l/km, vyšší spotřeba byla změřena u pneumatik Michelin a nejvyšší spotřeba byla u pneumatik BKT. Rozdíly ve výsledné jednotkové spotřebě (l/km) mezi jednotlivými pneumatikami byly minimální, nicméně měřitelné.

3. Trvalá deformace půdy

Při pojezdu pneumatik dopravních prostředků vznikají reakce působící na podložku. Tyto síly způsobují vratné a částečně i nevratné změny na podložce. V zemědělství se jedná hlavně o změny ve struktuře půdy, popřípadě o mechanické změny stavu porostu. U tažených dopravních prostředků se jedná hlavně o vertikální a příčné horizontální síly vznikající při změně směru jízdy. Vertikální síly jsou velmi dobře definovatelné jako zatížení jednotlivých pojezdových kol. Měření příčných horizontálních sil v reálných podmínkách zemědělského provozu je velmi náročné na měřicí zařízení. Na návěsu byla zablokována zadní řiditelná náprava, čímž byla simulována jako tandemová. Toto bylo provedeno z hlediska znásobení vlivu příčné horizontální síly na podložku tak, aby byl tento vliv měřitelný. Měřená dopravní souprava se pak na měřeném úseku pohybovala při minimálním průměru zatáčení. Tím se dosáhlo, že měřené návěsové pneumatiky jely po neovlivněném povrchu a mohl se měřit jen vliv návěsových pneumatik na půdu. Celé měření probíhalo na ploše, která nebyla ovlivněna předešlými přejezdy mechanizace.

Byla měřena trvalá deformace půdy tak, že před vlastním projetím soupravy byl pomocí drátového profilografu změřen na třech místech profil vrchní vrstvy půdy (profilograf byl vždy posunut o 10 cm). Po projetí kol návěsu se měření drátovým profilografem opakovalo. Rozdíl mezi naměřenými hodnotami vyjadřuje posunutí vrchní vrstvy půdy buď v kladném (nahrnutí půdy), nebo v záporném (zmáčknutí půdy) směru.

Následně bylo provedeno měření utužení půdy vlivem přejezdu pneumatik změnou její pórovitosti ve třech hloubkách profilu půdy a měřen penetrometrický odpor půdy.

Výsledky

Z měření horní vrstvy půdy na pozemku profilografem se jasně prokázalo, že pneumatiky byly ve styku s povrchem v celé ploše, včetně plochy mezer mezi dezénem. Proto je potřeba pro hodnocení středního statického tlaku na podložku počítat s celou plochou otisku pneumatik. Střední statický tlak na měkkou podložku je potom u všech třech typů pneumatik téměř shodný. Rozdíl od průměrné hodnoty 2,34 kg/cm² je + 0,08 a –0,11 kg/cm². Z tohoto vyplývá, že rozdíl v naměřených hodnotách minimálního průměru zatáčení a profilů povrchu pozemku vytvořené projetím kol návěsu je daný konstrukcí pneumatiky, a to především použitým dezénem.

Pro hodnocení vlivu pneumatik na pozemek pomocí profilografu byly použity průměrné hodnoty trvalého stlačení půdy v místě přejezdu pneumatik návěsu získané rozdílem naměřených výškových hodnot v jednotlivých bodech měření profilografu před projetím a po projetí kol návěsu. Pneumatiky Mitas měly největší plochu otisku. To se projevilo v nejnižší průměrné hodnotě trvalého stlačení půdy. Ta činila 16,8 mm. U pneumatik Michelin to bylo 17,5 cm, u BTK 19,2 cm. Tento fakt se projevil i u měření pórovitosti, kdy nejnižší snížení pórovitosti půdy bylo při měření pneumatik Mitas.

4. Měření hluku

Měření hluku spočívalo v tom, že mikrofon hlukoměru instalovaný na stativu se umístil u kraje silnice, kudy projížděla měřená souprava (viz. obr. 4). Důvodem umístění hlukoměru u krajnice silnice místo jeho instalace na návěs byly obavy z jeho poškození odlétávajícími kusy zeminy z dezénu pneumatik. Řidič traktoru se rozjel za standardních rozjezdových podmínek do rychlosti 30 km/hod a pak z důvodů minimálního ovlivnění měření hlukem traktorového motoru rozpojil nožní spojkou převodovku od motoru a snížil otáčky motoru na volnoběžné.

Obr. 4: Umístění hlukoměru u kraje vozovky měření hluku projíždějící soupravy

Výsledky

U pneumatik Michelin a Mitas byla průměrná hladina akustického tlaku stejná a odpovídala hodnotě 61,3 dB. U pneumatik BKT byla průměrná hladina ak. tlaku o 1,9 dBa vyšší.

Důvody vyšší hlučnosti u pneumatik BKT lze hledat ve tvaru dezénu, kde mezera mezi jednotlivými zuby je již natolik velká, že při daném maximálním zatížení návěsu se značná část hmotnosti přenáší přes boky pneumatik a pneumatiky tzv. více vibrují. To dokládal i fakt, že na návěsu vlivem těchto vibrací (mikrovibrací) rozkmitalo táhlo, které způsobovalo uchem slyšitelné klepání.

5. Samočistící efekt pneumatik na panelové cestě

Pro samočistící efekt pneumatik je nejdůležitější druh a stav povrchu, po kterém pneumatiky pojíždějí. Povrch může být krytý trvalým travním porostem, strništěm, odkrytou utuženou zeminou či zeminou nakypřenou). Stav povrchu je daný druhem zeminy a její vlhkostí.

Konstrukce pneumatiky se na samočistící vlastnosti pneumatik podílí hlavně druhem a hloubkou dezénu a tuhostí, resp. plasticitou celého pláště při zatížení. Rychlost jízdy spolu s hmotností zeminy v dezénu působí odstředivou silou na její vyčištění. Samočistící efekt má význam jednak při vynášení zeminy z pozemku na zpevněné komunikace a jednak z trakčního hlediska, kdy zanesený dezén neplní zcela správně svou funkci. Samočistící vlastnost dezénu pneumatik je závislá na mnoha faktorech (druh podložky, stav podložky, konstrukce pneumatiky, rychlost jízdy). Konzistence zeminy souvisí s její adhezí k pneumatikám. Při stanovení konzistence je třeba rozlišovat lepivost půdy v mokrém stavu, plasticitu ve vlhkém stavu, pevnost za vlahého stavu, tvrdost za suchého stavu.

Pojezdem soupravy na pozemku v rozmočeném terénu, který byl bez strniště (předchozí úprava herbicidy), se dosáhlo celkového zanesení mezer mezi figurami obr. 5.

Vlastní měření probíhalo na panelové cestě, která přiléhala k pozemku, kde byl dezén pneumatiky zanesen zeminou. Aby měření nebylo ovlivněno uvolněnou zeminou z traktorových pneumatik, byly tyto před vlastním měřením omyty tlakovou vodou. Panelová cesta měla nulový podélný i příčný sklon. Byla rozdělena na 45 úseků o délce 1 m, ze kterých se odebíraly vzorky pro vážení odpadlého množství zeminy. Při měření všech pneumatik se traktorová souprava rozjížděla z nulové rychlosti standardním rozjezdem odpovídajícím praxi a po následné jízdě byla stanovena míra a intenzita znečištění vážením uvolněné zeminy. Mezi každým měřením byla cesta vyčištěna.

Obr. 5: Průběh zanášení pneumatik zeminou

Měření samočistícího efektu na delším úseku – asfaltové silnici, kde bylo možno dosáhnout vyšší pojezdové rychlosti, navazovalo na měření jízdy po panelové cestě. Měřená souprava se rozjížděla z rychlosti 0 km/hod maximální akcelerací a rychlost soupravy dosáhla cca 40 km/hod. Délka měřícího úseku byla zvolena tak, aby se dezén pneumatik zcela vyčistil, čemuž odpovídala vzdálenost do 160 m, kdy se z dezénu již neuvolňovaly žádné zbytky zeminy.

Obr.6: Otisky pneumatik vedle sebe – Michelin (žlutě), Mitas (modrá), BKT (červená)

Výsledky

Nejlepšího efektu samočištění dosáhly pneumatiky BKT s nejširší plochou mezer, které se zcela vyčistily již na 45 m panelové cestě. U pneumatik Mitas a BKT bylo největší množství vypadané zeminy v první třetině úseku – kdy rychlost soupravy dosáhla rychlosti přibližně 19 km/hod – a postupně se snižovalo. Pneumatiky Michelin se čistily na celém úseku takřka rovnoměrně. Měření na panelové cestě ukazuje graf 1.

Graf. 1: Hmotnosti vypadané zeminy na měřeném úseku panelové cesty (celkem 45 vzorků) v závislosti na ujeté dráze a dosažené pojezdové rychlosti

Následné měření na asfaltové silnici probíhalo jen u pneumatik Michelin a Mitas, neboť pneumatiky BKT byly zcela vyčištěny již při jízdě po panelové cestě. V úseku 0 až 20 m, než souprava dosáhla rychlosti 20 km/hod, se z pneumatik neuvolnila žádná zemina. Pneumatika Mitas se kompletně vyčistila v úseku 18 až 86 m, kdy se rychlost soupravy pohybovala od 20 do 34 km/hod. Pneumatika Michelin potřebovala pro samovyčistění nejdelší dráhu. Délka úseku pro samovyčistění byla 100 m. V dalším úseku se pneumatika již nečistila, i když se pracovní rychlost zvyšovala a přesahovala 35 km/hod. I potom zůstaly v dezénu zbytky zeminy. Množství těchto zbytků mezi zuby pneumatiky již nebylo dále měřeno.

Celkové zhodnocení

Z výše uvedených výsledků jednotlivých parametrů byla sestavena konečná tabulka hodnocení dané pneumatiky. Stupněm hodnocení bylo bráno 5 hvězdiček = nejlepší výsledek. Plocha styku dezénu a otisku pneumatiky byla u pneumatik Mitas nejvyšší. Nejnižší jednotková spotřeba na silnici byla u pneumatik BKT, na poli u pneumatik Mitas. U pneumatik Mitas bylo i změřeno nejnižší utužení půdy. Pneumatiky BKT měly nejlepší samočistící schopnost vlivem velkých mezer mezi zuby, ale kvůli tomu byly i nejhlučnější. Z bodového hodnocení se vypočítala hodnota konečného hodnocení pro danou pneumatiku. Každá pneumatika byla v daném parametru měření v něčem lepší oproti svým konkurentům.

Z hlediska jednotlivých parametrů měření jsou některé ve svém vzájemném rozporu pro různé způsoby převažujícího využití pneumatik, jízda v terénu proti jízdě po zpevněném povrchu – vozovce. Pro příklad lze uvést, že vyšší plocha otisku pneumatiky znamená, že je pneumatika šetrnější na utužení vrchní vrstvy půdy a na pozemku má menší odpor valení, ale na zpevněném povrchu způsobuje větší plocha styku pneumatiky naopak vyšší valivý odpor. Vypočtením průměrného počtu hvězdiček získaných v jednotlivých bodech hodnocení vyšla pneumatika Mitas s velice univerzální konstrukcí a dezénem pro dané podmínky, při kterých bylo měření provedeno, jako nejvhodnější.

V praxi ještě není zcela běžné, že se pneumatiky pro dopravní prostředky v zemědělství vybírají podle převažujících provozních podmínek. Jízdu po vozovce a po poli lze optimalizovat z hlediska tlaku působícího na podložku a z hlediska valivého odporu systémem huštění pneumatik na různý tlak během jízdy. Tento systém je však velice energeticky náročný a drahý. Proto je vhodnější pro běžné dopravní prostředky volit pneumatiky podle jejich vlastností na základě rozboru provozních podmínek a stanovení priorit, které chceme dosáhnout. To znamená stanovit si poměr vzdáleností jízd po vozovce k jízdám v terénu, stanovení k jakému účelu bude dopravní prostředek převážně využíván a z toho plynoucí druh povrchu při jízdě v terénu (jízda po polních cestách, strništi po obilovinách, strništi po kukuřici, slunečnici nebo po strništi pícnin na orné půdě či trvalých travních porostech). Neméně důležité je si uvědomit, zda se dopravní prostředky budou pohybovat po rovinatých terénech nebo na svazích.

V „zemědělském terénu” vstupuje do vytváření podmínek pro jízdu daleko více faktorů, které ovlivňují přenos sil od pneumatik na podložku, než při jízdě po zpevněné vozovce. Není proto jednoduché zvolit správný typ pneumatiky tak, aby nám vyhovoval ve všech případech. Zemědělský provoz není závod F 1, kdy v případě deště jsou pneumatiky okamžitě zaměněny za jiné, lépe vyhovující.

Provedený test tří typů pneumatik by měl být pro praxi návodem, na co se při výběru pneumatik zaměřit a co od nich lze očekávat.

Článek vznikl v rámci institucionální podpory na dlouhodobý koncepční rozvoj VÚZT, v. v. i. RO0614.

Tab. 3: Celkové hodnocení