„Konkurenceschopnost a kvalita - inovace v zemědělském sektoru“
13/018/1310b/563/000309
Možnosti snižování nákladů u traktorových souprav na zpracování půdy
Termín: 6.3.2015 Místo konání: AGRO Brno - Tuřany, a.s., Pratecká 892/12a, 620 00 Brno - Tuřany
1
VLIV HUŠTĚNÍ PNEUMATIK NA TAHOVÉ VLASTNOSTI TRAKTORŮ Prof.Ing. František Bauer,CSc.
ÚVOD Moderní zemědělství přináší řadu nových technologií a konstrukčních inovací v oblasti strojů, které by měly svým příchodem na trh umožnit zvýšení produktivity a snížení energetické náročnosti zejména snížení spotřeby pohonných hmot a s tím spojené snížení množství nežádoucích emisí.A právě náklady spojené s nákupem motorové nafty představují jednu s největších položek, vezmeme-li v úvahu, že traktory vyšších výkonových tříd jako základní energetické prostředky používané v zemědělství, běžně odpracují 1500 -1800 hodin ročně. Výrobci jsou tak nuceni hledat nová řešení, která by zajistila energetickou úsporu. Tato řešení se netýkají jen hlavních funkčních částí, jako je motor a převodovka, ale i softwarového vybavení s možností přesné navigace a také nových koncepcí v oblasti podvozkové části. Pro zemědělce je pak největší úsporou energetických nákladů proškolená obsluha s dokonalou znalostí stroje, která dokáže využít veškerý potenciál energetického prostředku. Cílem předloženého příspěvku bylo na základě terénního měření zjistit a porovnat tahové vlastnosti traktorů - vliv huštění pneumatik na tahové vlastnosti kolového traktoru. MATERIÁL A METODY Měření tahových zkoušek traktorů John Deere 8320 R/RT proběhlo v červenci. 2010 na pozemcích agrodružstva Vrbovec, okres Znojmo na pozemku zvaném,,Za Mariňákem“. Charakteristika pozemku: typ půdy - písčitohlinitá hnědozem. Pěstovanou plodinou na pozemku byl hrách setý a předplodinou pšenice ozimá.Na povrchu půdy bylo strniště po sklizni hrachu s odstraněnou slámou. V době měření půda do hloubky 10 cm vykazovala průměrnou hmotnostní vlhkost 14,7 %. Na rovném úseku pozemku byl vytyčen 50m úsek, na kterém docházelo k měření tahových vlastností obou traktorů. Převodové stupně zvolené pro zkoušku byly 5,7,9 a 11 u kolového traktoru se vyšším hustícím tlakem pneumatik (tlak huštění – přední náprava 1,6 bar, zadní náprava 1,4 bar - varianta A), 5,7 a 9 u kolového traktoru s nižším huštěním pneumatikami (tlak huštění – přední náprava 1,2 bar, zadní náprava 1,0 bar - varianta B). Pro každý převodový stupeň bylo provedeno více měření s cílem vykreslit co nejpřesněji charakteristický průběh tahového výkonu. Každé měření probíhalo s konstantní zatěžovací silou, která se při dalším měření zvyšovala pro možnost vykreslení celého průběhu tahového výkonu. Zatěžovací síla byla v měřícím úseku zajištěna připojeným traktorem. Jako zatěžovací vozidlo pro kolový traktor byl použit traktor pásový. Souprava měřeného a zatěžovacího traktoru byla spojena lanem s vloženým tenzometrickým snímačem síly Hottinger typ U2A s rozsahem síly 0 – 200 KNviz. Obr.1. Měření probíhalo v jednom směru jízdy s výškou propojovacího lana 580 mm. Před počátkem měřícího úseku byla dostatečně dlouhá dráha pro dosažení požadované rychlosti a ustálení měřených parametrů.Kromětahové síly byla měřena současně další data z interních a externích snímačů doplněných na traktoru pro potřeby tahových zkoušek. Data z interních snímačů byla získána připojením na datovou 2
sběrnici Can-Bus, ze které byly ukládány do paměti měřícího počítače se stejnou frekvencí 20 Hz jako ostatní data. Jednalo se např. o spotřebu paliva, otáčky motoru, teoretickou a skutečnou rychlost, zatížení motoru, aktuální točivý moment, teploty provozních náplní atd. Externí snímače tvořily modul GPS a spouštěcí infračervený modul, označující počátek a konec měřícího úseku. Modul GPS byl využit pro ověření skutečné rychlosti traktoru při zkouškách. Informace o rychlosti skutečné a teoretické byly využity pro výpočet prokluzu kol nebo pásů dle vztahu 1.
=
∗ 100
[%]
(1)
kde: vt – teoretická rychlost vozidla vs – skutečná rychlost vozidla
Obrázek 1 Souprava měřeného a zatěžovacího traktoru propojena lanem s vloženým tenzometrickým snímačem.
3
V průběhu zkoušek byly na měřícím úseku odebírány vzorky půdy pro stanovení hmotnostní vlhkosti.
Penetrometrický odpor [MPa]
Půda do hloubky 10 cm vykazovala průměrnou hmotnostní vlhkost 14,7 %. Dále bylo provedeno měření utužení půdy pomocí penetrometru. Průběh penetrometrického odporu je uveden v grafu na obr. 2. 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0
100
200
300
400
500
Hloubka půdy [mm] Maximální penetrometrický odpor Minimální penetrometrický odpor
Obrázek 2 Průběhy penetrometrického odporu na měřeném pozemku K vlastnímu měření byl použit kolový traktor John Deere 8320R, který byl zkoušen jak se standardním tlakem huštěním, tak s nižším hustícím tlakem pneumatik. Technické parametry traktoru John Deere 8320R Motor: číslo motoru: RG 6090L078771*, číslo traktoru: *1 RW 8320RVAP006517*, rok výroby 2010, počet motohodin: 3,2. Motor: max. výkon 255 kW, jmenovité otáčky 2100 min-1 , počet válců: 6, vrtání: 118,4 mm, zdvih: 136 mm, celkový objem válců: 9 dm3, počet ventilů: 24, pohon ventilátoru chlazení: varicool – systém s proměnlivými otáčkami ventilátoru chlazení, přeplňování: turbodmychadlo, vstřikovací systém: vysokotlaký CommonRail s plně elektronickým řízením. Převodovka: typ: Powershift, počet převodových stupňů 16F/5R. Pneumatiky: přední náprava – Michelin 600/70 R30, zadní náprava: Michelin 710/70R 42. Závaží: čelní závaží 20 x 50kg (1000kg), zadní náprava: 2 x 925kg. Celková hmotnost 14 340kg.Rozložení hmotnosti traktoru: přední náprava 6920kg, zadní náprava 7420kg. VÝSLEDKY A DISKUSE Naměřené a vypočtené hodnoty tahových vlastností traktorů John Deere 8320R/RT jsou graficky zpracovány v grafech na obr. 3 a 4 V grafu na obr. 3 je vynesen tahový výkon v závislosti na tahové síle kolového traktoru jak se vyšším tlakem huštění pneumatik, což odpovídalo tlaku huštění 1,6 bar na přední nápravě a na zadní nápravě tlaku 1,4 bar (varianta A), tak varianta B s nižším tlakem huštění 1,2 bar na přední a 1,0 bar na zadní nápravě. Z grafu na obr. 3 je patrné, že kolový traktor se vyšším hustícím tlakem pneumatik (varianta A) dosáhl největší tahové síly 102,2 kN na sedmý převodový stupeň při prokluzu kol 50,3 %, tahovém výkonu 95,9 kW a měrné tahové spotřebě 548,3 g/kW.h. Nejvyššího tahového
4
výkonu dosáhl traktor na jedenáctý převodový stupeň a to 165,5 kW při tahové síle 60,4 kN, prokluzu 14,5 % a měrné tahové spotřebě 320,9 g/kW.h. Dále bylo provedené měření kolového traktoru se sníženým hustícím talkem pneumatik varianta B. Tahová charakteristika traktoru s nižším tlakem huštění je znázorněna v grafu na obr. 3, kde je patrné, že největší tahová síla byla naměřena na pátý převodový stupeň, a to 105,0 kN, při hodnotě prokluzu 53,6 %, tahového výkonu 75,5 kW a měrné tahové spotřebě 610 g/kW.h. Nejvyšší hodnoty tahového výkonu dosáhl traktor s podhuštěnými pneumatikami na devátý převodový stupeň, a to 157,8 kW, při tahové síle 74,7 kN, prokluzu kol 19,7 % a měrné tahové spotřebě 323,6 g/kW.h. 900
Měrná tahová spotřeba mpt [g/kW.h]
800 700 600 Rozdíl měrné
500 400 300 0
50 Tahová síla100 Ft [kN]
150
5 převodový stupeň (varianta A)
Obrázek 4 Průběh měrné tahové spotřeby kolového traktoru JD 8320R s vyšším hustícím tlakem pneumatik (varianta A) a s nižším huštěním pneumatik (varianta B).
5
180
180 Rozdíl tahového výkonu (převodový stupeň 9)vlivem huštění pneumatik
160
140
120
120
Tahový výkon Pt [kW]
140
100
100
80
80
60
60
40
40
20
20 Rozdíl prokluzu vlivem huštění pneumatik
0 0
20
40
60
80
100
120
0 140
Tahová síla Ft [kN] 5 převodový stupeň (varianta A) 7 převodový stupeň (varianta A) 9 převodový stupeň (varianta A) 11 převodový stupeň (varianta A)
5 převodový stupeň (varianta B) 7 převodový stupeň (varianta B) 9 převodový stupeň (varianta B) Prokluz (varianta B)
Obrázek 3 Tahová charakteristika kolového traktoru JD 8320. Varianta A – hustící tlak přední náprava 1,6 bar, zadní náprava 1,4 bar. Varianta B – hustící tlak přední náprava 1,2 bar, zadní náprava 1,0 bar. V grafech na obr. 3 a 4 je znázorněné porovnání tahových charakteristik a měrných tahových spotřeb kolového traktoru s vyšším hustícím tlakem (varianta A) a se sníženým tlakem huštění (varianta B). Z obr. 3 je patrné, že podhuštění pneumatik s následným zvýšením styčné plochy mezi podložkou a pneumatikami a s tím spojené snížení prokluzu kol má příznivý vliv na zvýšení tahové síly, zvýšení tahové výkonu a také na snížení prokluzu kol, při současném snížení měrné tahové spotřeby obr. 4. Srovnáme-li naměřené hodnoty na devátý převodový stupeň, který patří mezi nejvíce vytěžované převodové stupně pro polní práce, tak traktor 6
Prokluz δ [%]
160
s vyšším tlakem huštění ění ní vykazoval nejvyšší hodnotu tahového výkonu 135,8 kW, při p tahové síle 87,5 kN, prokluzu kol 33,1 % a měrné m tahové spotřeběě 388,8 g/kW.h. Traktor se sníženým hustícím tlakem dosahoval na devátý převodový p stupeňň hodnoty tahového výkonu 157,8 kW, přii tahové síle 74,7 kN, prokluzu 19,7 % a měrné m rné tahové spotřeby spotř 323,6 g/kW.h. Vyjádřeno procentuálněě má snížení tlaku v pneumatikách za následek zvýšení tahového výkonu o 16,2 %, snížení prokluzu kol o 40,48 % a snížení měrné m rné tahové spotřeby spot o 16,7 %, bereme-li li traktor se vyšším hustícím tlakem pneumatik (varianta A) jako základ.. Zadní pneumatika tlak 100 kPa 3591,93
3800 3600
Plocha otisku So [cm2]
3400 Zadní pneumatika tlak 140 kPa 2908,51
3200 3000 2800
Přední pneumatika tlak 120 kPa 2979,63
Přední pneumatika tlak 160 kPa 2444,88
2600 2400 2200 2000
1
2
3
4
Označení otisku Varianta A
Obrázek 5 Vliv huštění na změnu ěnu plochy otisku (rozměr přední – 600/70 R30, zadní – 710/70 R42)
ZÁVĚR Měření traktorůů bylo uskutečněno uskute s cílem zjistit a porovnat tahové charakteristiky traktorů se dvěma ma variantami huštění hušt pneumatik. Měření byla zaměřena ěřena na změnu zm tahové charakteristiky kolového traktoru se změnou zm nou hustícího tlaku. I zde bylo naměřeno, nam že traktor s nižším hustícím tlakem (varianta B) dosáhl zvýšení tahového výkonu o 16,2 %, snížení prokluzu o 40,48 % a snížení měrné mě tahové spotřeby eby o 16,7 %, než kolový traktor s variantou huštění ní A, který je brán jako základ. Tato zjištění ní mohou být užitečná užite zejména při výběru ru nového traktoru, kdy si potencionální zákazník může ůže volit doplňkovou dopl kovou výbavu jako je centrální huštění hušt pneumatik. S touto výbavou si obsluha bude moci volit tlak v pneumatikách v závislosti na vykonávaných pracích. To znamená, že při ři vykonávání vyko náročných ných tahových prací bude mít podhuštění podhušt kol za následek příznivější průběh ů ěhh tahové charakteristiky, snížení kontaktního tlaku na půdu p a s tím spojenou i nižší energetickou náročnost. náro Od každého nového stroje v zemědělství země ě se očekává snížení nákladů a zvýšení produktivity. A právě práv snížení nákladůů resp. snížení spotřeby spot pohonných hmot je možno docílit správnou volbou podvozkové části traktoru a také optimálním huštěním ním pneumatik pro vybrané polní práce kolového traktoru.
7
LITERATURA 1. Bauer, F., a kol.: Traktory, ProfiPrees, Praha, 2006, 192 s. 2. Bauer, F., a kol.: Traktory a jejich využití , ProfiPrees, Praha, 2013, 224 s.
8
