R. Pražan, I. Gerndtová, J. Čedík Výzkumný ústav zemědělské techniky, v. v. i., Praha. Abstract:

Transkript

1 VLIV POUŽITÍ TŘÍ SAD FLOATAČNÍCH PNEUMATIK U DVOUNÁPRAVOVÉHO NÁVĚSU NA SPOTŘEBU NAFTY INFLUENCE OF USING THREE SETS OF FLOATATION TIRES AT TWO-AXLE TRAILER ON FUEL CONSUMPTION R. Pražan, I. Gerndtová, J. Čedík Výzkumný ústav zemědělské techniky, v. v. i., Praha Abstract: The article deals with the comparison of the three types of flotation tires size 600/55 R26,5 on two-axle tractortrailer in terms of their impact on fuel consumption. Fuel consumption was measured on permanent grassland surface with maximum load of the trailer during average speed transport corresponding to driving on the field. Keywords: flotation tyres, tractor trailer, fuel consumption 1. ÚVOD Hlavní část dopravního procesu v zemědělství se uskutečňuje v rámci vnitropodnikové dopravy. V této se za rok přepraví průměrně 81 mil. tun materiálu. Značná část této dopravy materiálů se uskutečňuje na pozemku, při samotné sklizni plodin nebo aplikaci různých materiálů zpět na pole (Syrový a kol. 2008). Nároky na zemědělskou techniku určenou pro přepravu materiálů jsou vysoké. V současné situaci snižujících se zásob fosilních paliv je spotřeba paliva důležitým ukazatelem hospodárnosti provozu. Spotřeba paliva je také úzce spojena s produkcí škodlivých emisí (Jílek 2008). V zemědělské praxi jsou stále více zaváděny s vyššími nároky na provoz. Mezi hlavní vlastnosti patří vyšší zatížení při nižším huštění, vyšší maximální povolená rychlost a nižší spotřeba paliva. Pneumatiky přípojných vozidel v zemědělství musí 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 nejnižší utužení půdy koly návěsu a při jízdě po silnici je naopak zapotřebí co nejnižší odpor valení (Syrový a kol. 2008, Grečenko 1994). Pneumatika pro traktorové návěsy by měla splňovat tyto kritéria při co nejnižší spotřebě paliva. Spotřeba paliva je z hlediska pneumatik nejvíce ovlivněna odporem valení. Odpor valení je významně ovlivňuje tlak huštění a konstrukce, zejména její deformace (Xiong a Tuononen 2014, Heinrich a Klüppel 2008, Pearce a Hanlon 2007, Calek a Schwanghart 1998). Odpor valení roste se snižujícím se tlakem huštění, zvyšující se rychlostí a vertikálním zatížením (Li et al. 2014, Taghavifar a Mardani 2013, Čupera a Šmerda 2010). Udompetaikul et al. (2011) došel k závěru, že na zpevněné cestě se spotřeba paliva lineárně snižuje se zvyšujícím se tlakem huštění. Příspěvek je zaměřen na porovnání 3 typů flotačních pneumatik z hlediska spotřeby motorové nafty při jízdě v terénu. 2. METODIKA MĚŘENÍ Porovnávány byly flotační zn. Michelin,. Mitas a BKT, jejich technické parametry uvádí tab. 1. Záměrem toho měření bylo zjištění, jaký vliv na spotřebu paliva má konstrukční řešení těchto typů pneumatik nahuštěných na tlak odpovídající maximální nosnosti dvounápravového návěsu Annaburger HTS 20 B 79 při jízdě po louce. Před vlastním měřením spotřeby motorové nafty bylo měřeno, pomocí nápravových vah HEANNI, rozložení hmotnosti připadající na jednotlivá kola a nápravy u plně naložené dopravní soupravy. Vážením bylo u soupravy traktoru s návěsem zjištěno vertikální zatížení jednotlivých kol s přesností na 20 kg. Traktor s návěsem popojížděl jednotlivými nápravami na přenosné váhy umístěné na vodorovné, asfaltové vozovce. Zatížení odpovídalo maximální přípustné hmotnosti návěsu. Dále byly měřením zjištěny otisky pneumatik a stanoveny odvalené obvody pneumatik u všech tří sad měřených návěsových pneumatik. Huštění u všech měřených návěsových pneumatik odpovídalo výrobcem doporučovanému tlaku huštění pro dané zatížení (220 kpa). Zjištění měrných tlaků pneumatik návěsu na tvrdou a měkkou podložku bylo provedeno v souladu s ČSN Měření vlivu různých typů pneumatik u přípojného vozidla na spotřebu nafty bylo provedeno s jedním traktorem Massey Fergusson MF8470 (197 kw, ± 80 kg), aby se eliminoval technický stav motoru. Na traktor, použitý pro měření, byl namontován spotřeboměr EDM 1404, GPS přijímač Qstarz BT- Q1000X, snímač otáček a točivého momentu na vývodovém hřídeli Mfi 2500Nm a radar pro měření okamžité rychlosti soupravy. Na přípojné vozidlo, návěs Annaburger HTS 20 B.79, byl namontován otáčkoměr ZME ORS120A na jedno pojezdové páté kolo, pro kontrolu rychlosti z radaru. Návěs byl při měření naplněn pískem, rozmístěným rovnoměrně v celém ložném prostou, o hmotnosti 13 t. 1

2 Celková hmotnost návěsu byla ± 80 kg. Všechny snímače byly pomocí A/D převodníku LabJack U3 a I/O modulu pro impulsní snímače Quido 10/1 připojeny k měřícímu počítači HP mini Každé měření probíhalo za stejných, porovnatelných podmínek (traktor pracoval ve stejném pracovním režimu pro každý typ pneumatik). Měření se uskutečnilo na pozemku s posečeným trvalým travním porostem louce (obr. 1). Pro vlastní měření byly vytyčeny 3 úseky. Každý úsek byl určený pro daný typ měřené. Měření se provádělo při nastavenou rychlost soupravy 8 km/h. Zvolená pojezdová rychlost byla udržovaná pomocí tempomatu traktoru. Každý úsek byl dlouhý přibližně 300 metrů a široký 10 metrů. 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. Pro zdokumentování aktuálního stavu povrchu pozemku v době měření byly odebrány půdní vzorky ornice z 12 míst zkušebního pozemku a to z povrchu 0 50 mm, v hloubce mm; mm a mm. Z těchto vzorků byla stanovena vlhkost půdy a proveden zrnitostní rozbor půdy pro určení půdního druhu. Tab. 1 Technické parametry měřených pneumatik Výrobce Označení Konstrukční rozměry 1. MICHELIN CARGOxBIB 600/55 R 26,5 2. MITAS AGRITERRA /55 R 26,5 3. BKT FLOTATION Radial FL /55 R 26,5 3. VÝSLEDKY MĚŘENÍ Obr. 1: Pozemek pro měření spotřeby paliva při jízdě v terénu po projetí soupravy s návěsovými pneumatikami Michelin a Mitas Analýza podmínek měření Vrchní vrstva půdy v hloubce 0-50 mm, byla mokrá s obsahem vody v rozmezí 30,77 % až 33,75 % hm. V hloubce mm byla půda vlahá s obsahem vody 10,84 % až 17,22 % hm. Jednalo se o jemnou jílnatou hlínu s prachovitou texturou. V půdě převažuje obsah prachových částic (o průměru 0,002-0,05 mm) v rozmezí 67,24 až 81,50 % nad podílem písčitých zrn, tj. částic o průměru 0,05 až 2,0 mm. Podle zrnitostní analýzy se jedná o středně těžkou půdu. Spotřeba motorové nafty při jízdě v terénu Výsledky měření rozložení hmotnosti připadající na jednotlivá kola a nápravy u plně naložené dopravní soupravy dvounápravového návěsu Annaburger HTS 20 B.79 s traktorem MASSEY FERGUSSON MF8470 jsou uvedeny v tabulce 2. Hodnoty měrných tlaků na tvrdou a měkkou podložku pro všechny měřené sady návěsových pneumatik rozměru 600/55 R 26,5 jsou uvedeny v tabulce 3. 2

3 Tab. 2: Rozložení hmotnosti připadající na jednotlivá kola a nápravy u plně naložené pracovní soupravy dvounápravového návěsu Annaburger HTS 20 B.79 s traktorem MASSEY FERGUSSON MF8470 připadající na kolo - levá strana připadající na kolo - pravá strana připadající na nápravu [kg ] [kg ] [kg ] traktor přední přední MASSEY FERGUSSON MF8470 zadní zadní Celková hmotnost traktoru dvounápravový návěs přední přední Annaburger HTS 20 B.79 zadní zadní Celková hmotnost dvounápravového návěsu Celková hmotnost soupravy traktor + návěs Tab. 3: Plochy, tlak v ploše styku na tvrdou a měkkou podložku u všech tří sad měřených návěsových pneumatik rozměru 600/55 R 26,5 Pneumatika Huštění (ohraničená obrysem) styku mezer Plnost Tlak v ploše styku Tlak v ploše S o S d S m γ p s p o [kpa ] [cm 2 ] [cm 2 ] [cm 2 ] [% ] [kpa ] [kpa ] 1. MICHELIN ,6 443,3 237,6 2. MITAS ,1 400,6 232,7 3. BKT ,7 511,4 218,3 Pozn. vypočteno dle ČSN V tabulce č. 4 a na obrázku č. 2 jsou uvedeny vypočtené průměrné hodnoty jednotkové a hodinové spotřeby nafty při jízdě v terénu. Průměrná jednotková spotřeba paliva byla v terénu nejnižší pro Mitas s rozdílem 0,6 % ve srovnání s pneumatikami BKT a 2% ve srovnání s pneumatikami Michelin. Tab. 4: Spotřeba motorové nafty při jízdě soupravy v terénu Varianta měření Délka trasy Doba jízdy Průměrná rychlost Spotřeba paliva Hodinová spotřeba Jednotková spotřeba [m ] [min] [km/h] [l] [l/h ] [l/tkm ] MICHELIN 264,8 1,9833 8,01 0,501 15,15 0,145 MITAS 298,6 2,195 8,16 0,553 15,12 0,142 BKT 302,4 2,1833 8,31 0,566 15,56 0,143 3

4 16,2 0,146 Hodinová spotřeba (l/h) 16,0 15,8 15,6 15,4 15,2 0,145 0,144 0,143 0,142 0,141 Jednotková spotřeba (l/tkm) 15,0 0,140 Michelin Mitas BKT Hodinová spotřeba (l/h) Jednotková spotřeba (l/tkm) Obr. 2: Průměrná hodinová spotřeba motorové nafty a jednotková spotřeba nafty při jízdě v terénu pro jednotlivé typy pneumatik 4. DISKUZE A ZÁVĚR Pohyb zemědělské dopravní techniky na orné půdě a trvalých travních porostech je většinou spojený s nežádoucími jevy, především technogenním zhutňováním, poškozením drnu vlivem otáčení se na pozemku atd. Obsluha stroje by měla dbát nejen na ekonomičnost provozu stroje, ale i na použití maximálně šetrnných pneumatik vzhledem k půdě. Z široké nabídky, návěsových pneumatik, byly pro měření vybrány záměrně s odlišným tvarem a velikostí. Z měřených parametrů měly největší plochu Mitas Agrittera 02. Z toho vyplývá, že při jízdě v terénu vykazují nejnižší měrný tlak na půdu. Tento činil 400 kpa. Naměřená jednotková spotřeba 0,142 l/tkm je velice příznivá. Toto je dáno hlavně optimalizovanou přepravní soupravou traktoru s návěsem. Porovnáním tří typů pneumatik u plně naloženého návěsu Annaburger HTS 20 B.79 se projevily rozdíly ve spotřebě motorové nafty. Nejnižší hodnota jednotkové spotřeby nafty byla zjištěna u pneumatik Mitas Agrittera 02. PODĚKOVÁNÍ Článek vznikl za podpory grantového projektu VG Stanovení minimální potřeby energie pro zajištění základních funkcí zemědělství v krizových situacích a analýza možností jejího zajištění z vlastních energetických zdrojů resortu. LITERATURA CALEK, M., SCHWANGHART, H.: Effect of tyre pressure on propelling forces and rolling resistence forces. Acta technologica agriculturae, 25, 40-44, Nitra 1998 ČUPERA, J., ŠMERDA, T.: Influence of tire inflation on passive resistance of a tractor, Acta Univ. Agric. Silvic. Mendelianae Brun, 58, 43-52, Brno 2010 GREČENKO, A.: Vlastnosti terénních vozidel. VŠZ Praha, 118, Praha 1994 HEINRICH, G., KLÜPPEL, M.: Rubber friction, tread deformation and tire traction, Wear, 265, , 2008 JÍLEK, L a kol.: The effect of the tractor engine rated power on diesel fuel consumption during material transport. [Vliv využití jmenovitého výkonu motoru traktoru na spotřebu motorové nafty při přepravě materiálu]. Research in Agricultural Engineering, 2008, vol. 54, no. 1, p. 1-8 LI, B., ZHAO, Y., ZANG, L., WANG, J., ZHANG, M.: Analytical model of tire rolling resistance based on elastic hysteresis theory, Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 30, 56-62,

5 PEARCE, M.J., HANLON, J.T.: Energy conservation from systematic tire pressure regulation, Energy Policy, 35, , 2007 SYROVÝ, O. a kol. : Doprava v zemědělství. 1. Vyd. Praha : Profi Press, 2008, 248 s. ISBN TAGHAVIFAR, H., MARDANI, A.: Investigating the effect of velocity, inflation pressure, and vertical load on rolling resistance of a radial ply tire, Journal of Terramechanics, 50, , 2013 UDOMPETAIKUL, V., UPADHYAYA, S.K., VANNUCCI, B.: The effect of tire inflation pressure on fuel consumption of an agricultural tractor operating on paved roads, Transactions of the ASABE, 54, 25-30, St. Joseph 2011 XIONG, Y., TUONONEN, A.: A laser-based sensor system for tire tread deformation measurement, Measurement Science and Technology, 25, 2014 Abstrakt: Článek se zabývá porovnáním tří typů flotačních pneumatik o rozměru 600/55 R26,5 u dvou-nápravového traktorového návěsu z hlediska jejich vlivu na spotřebu paliva. Spotřeba paliva byla měřena při jízdě v terénu na trvalém travním porostu při maximálním zatížení návěsu při průměrné přepravní rychlosti odpovídající jízdě na poli. Klíčová slova: flotační, traktorový návěs, spotřeba paliva Kontaktní adresa: Ing. Radek Pražan, Ph.D. Ing. Ilona Gerndtová Ing. Jakub Čedík Výzkumný ústav zemědělské techniky v.v.i., Drnovská 507, Praha 6 Tel: , radek.prazan@vuzt.cz Recenzovali: Ing. V. Podpěra, CSc., Ing. J. Skalický, CSc. 5