TRAKTORIAUS 4X4 VARANČIŲJŲ RATŲ KINEMATINIO NEATITIKIMO ĮTAKOS DEGALŲ SĄNAUDOMS TYRIMAS

ALEKSANDRO STULGINSKIO UNIVERSITETAS ŢEMĖS ŪKIO INŢINERIJOS FAKULTETAS JĖGOS IR TRANSPORTO MAŠINŲ INŢINERIJOS INSTITUTAS RIMANTAS DEMENIUS TRAKTORIAUS 4X4 VARANČIŲJŲ RATŲ KINEMATINIO NEATITIKIMO ĮTAKOS DEGALŲ SĄNAUDOMS TYRIMAS Magistrantūros studijų baigiamasis darbas Studijų sritis: Technologijos mokslai Studijų kryptis: Mechanikos inţinerija Studijų programa: Ţemės ūkio mechanikos inţinerija Akademija 2015

Baigiamųjų darbų ir egzaminų vertinimo komisija: (Patvirtinta Rektoriaus ( 2015 balandţio 23 d.) įsakymu Nr. 124 PA ) Pirmininkas: Prof. Habil.. dr. Bronius Kavolėlis, Aleksandro Stulginskio universitetas Nariai: 1. Doc. dr. Rolandas Domeika, Aleksandro Stulginskio universitetas 2. Prof. dr. Gvidonas Labeckas, Aleksandro Stulginskio universitetas 3. Gen. Dir. Audrius Kavaliauskas, UAB Dojus agro Mokslinis vadovas: doc. Gediminas Pupinis, Aleksandro Stulginskio universitetas Recenzentas: doc. dr. Audrius Ţunda, Aleksandro Stulginskio universitetas Katedros vedėjas: doc. dr. Stasys Slavinskas, Aleksandro Stulginskio universitetas Oponentas: Prof. dr. Dainius Steponavičius, Aleksandro Stulginskio universitetas 2

ALEKSANDRO STULGINSKIO UNIVERSITETAS ŢEMĖS ŪKIO INŢINERIJOS UNIVERSITETAS JĖGOS IR TRANSPORTO MAŠINŲ INŢINERIJOS INSTITUTAS Magistratūros studijų baigiamasis darbas Traktoriaus 4x4 varančiųjų ratų kinematinio neatitikimo įtakos degalų sąnaudoms tyrimas Autorius: Rimantas Demenius Vadovas: Gediminas Pupinis Kalba lietuvių Darbo apimtis 48 p. Lentelių skaičius 3 Paveikslų skaičius 25 Naudota informacijos šaltinių 22 Priedų skaičius 1 Santrauka Tyrimų tikslas: ištirti oro slėgių padangose įtaką traktoriaus varančiųjų ratų kinematiniam nesutapimui, ir degalų sąnaudoms eksploatuojant traktorių su 4x4 varančiaisiais ratais. Tyrimai atlikti traktoriaus,,zetor 10540''. Bandymų metu buvo nustatytas priekinių ir galinių ratų buksavimas bei apskaičiuotas varančiųjų ratų kinematinis neatitikimas eksploatuojant traktorių su 4x4 varančiaisiais ratais asfalto keliu. Taip pat tyrimų metu buvo išmatuotos traktoriaus degalų sąnaudos. Padidėjus kinematiniam neatitikimui padidėjo degalų sąnaudos. Reikšminiai ţodţiai: traktoriaus slėgis padangose, buksavimas, varančiųjų ratų kinematinis neatitikimas, valandinės degalų sąnaudos. 3

ALEKSANDRAS STULGINSKIS UNIVERSITY FACULTY OF AGRICULTURAL ENGINEERING INSTITUTE OF POWER AND TRANSPORT MACHINERY ENGINEERING Master theses Investigation influence of the kinematic discrepancy of the consumption 4x4 driving wheels tracktor Author: Rimantas Demenius Supervisor: Gediminas Pupinis Language Lithuanina Pages 48 p. Tables 3 Picuters 25 Sources of literature 22 Summary Purposes of the study was to investigate the influence of air pressure in the tires of the tractor drive wheels kinematic discrepancy and fuel consumption during operation of tractors with 4x4 wheel drive. Investigations were carried out of the tractor Zetor 10540. The test was set for front and rear wheels skid and estimated driving wheels kinematic discrepancy operation of tractors with 4x4 wheel drive asphalt road. Also, studies have measured the tractor's fuel consumption. Increased kinematic discrepancy increased fuel consumption. Keywords: the pressure in the tires of the tractor, skid, drive wheels kinematic discrepancy hourly fuel consumption. 4

TURINYS SIMBOLIŲ AIŠKINAMASIS ŢODYNAS... 7 ĮVADAS... 8 1. INFORMACIJOS ŠALTINIŲ ANALIZĖ... 9 1.1. Transporto priemonės galios balansas ir traukos naudingumo koeficientas... 9 1.1.1 Transporto priemonių klasifikacija pagal atliekamas operacijas... 9 1.1.2 Transporto priemonių galios balansas... 10 1.2.Transporto priemonių ratų ir kelio paviršiaus tarpusavio sąveika... 12 1.3. Transporto priemonės dinamika stabdant kai eksploatuojama su junginiu ir be junginio... 15 1.4. Varančioji galia ir varančiojo rato naudingumo koeficientas... 18 1.5. Varančiųjų ratų buksavimas ir jo priklausomybė nuo kelio paviršiaus... 19 1.6. Ţemės ūkio transporto priemonės masės įtaka traukos galiai... 23 1.7. Transporto priemonės su 4 varančiaisiais ratais ratų ir kelio paviršiaus sąveika... 27 1.8. Galios cirkuliacija... 29 1.9. Literatūros šaltinių analizės apibendrinimas... 33 2. TYRIMŲ OBJEKTAS IR METODIKA... 35 3. TYRIMŲ REZULTATAI... 37 3.1 Priekinių ir galinių ratų buksavimo priklausomybės esant skirtingiems slėgiams traktoriaus padangose eksploatuojant traktorių su 4x4 varančiaisiais ratais... 37 3.2 Oro slėgio padangose įtaka kinematiniam neatitikimui eksploatuojant traktorių su 4x4 varančiaisiais ratais... 41 3.3 Kinematinio neatitikimo įtaka traktorioaus degalų sąnaudoms eksploatuojant traktorių su 4x4 varančiaisiais ratais... 42 3.4 Tyrimų rezultatų apibendrinimas... 42 IŠVADOS... 44 LITERATŪRA... 45 5

MOKSLINIO DARBO APROBACIJA... 47 PRIEDAI... 48 6

SIMBOLIŲ AIŠKINAMASIS ŢODYNAS F t traktoriaus traukos jėga (kn); traktoriaus posvyrio kampas; R p ir R g traktoriaus atraminės reakcijos ties priekiniais ir galiniais ratais (N); M t traktoriaus masė (kg); e p atstumas nuo priekinio rato ašies iki atraminės reakcijos (m); e g atstumas nuo galinio rato ašies iki atraminės reakcijos (m); r traktoriaus rato spindulys (m); x g atstumas nuo traktoriaus galinės ašies iki galinio hidraulinio keltuvo prikabinimo įtaiso (m); y g atstumas nuo kelio paviršiaus iki galinio hidraulinio keltuvo prikabinimo įtaiso (m); x 1 traktoriaus ratų bazė (m); x 2 atstumas nuo traktoriaus priekinės ašies iki jo masės centro (m); y c masės centro aukštis (m); p p oro slėgis traktoriaus priekinėse padangose (bar); p g oro slėgis traktoriaus galinėse padangose (bar); buksavimas (%); k n kinematinio nesutapimo koeficientas; s išj ir s įj ratų nuvaţiuotas atstumas, esant įjungtam ir išjungtam priekiniam tiltui (m); m k krovinio esančio traktoriaus priekyje masė (kg); l 2 atstumas tarp traktoriaus ašių (m); l 3 atstumas tarp traktoriaus galinės ašies ir krovinio masės centro (m); M p traktoriaus priekinių ratų pasipriešinimo momentas (knm); M g traktoriaus galinių ratų pasipriešinimo momentas (knm); v traktoriaus vaţiavimo greitis (km/h); s traktoriaus nuvaţiuotas kelias, (m); proporcingumo koeficientas. 7

ĮVADAS Ratinės transporto priemonės apibūdinamos darbo našumu ir ekonomiškumu. Darbo našumą tiesiogiai įtakoja transporto priemonės traukos jėga arba galia, jeigu transporto priemonė atlieka įvairius traukos darbus. Taip pat varančioji jėga, arba varančioji galia transportuojant krovinius transporto priemonėmis. Įvairūs ţemės ūkio darbai, bei transportuojami kroviniai ne visuomet geromis kelio sąlygomis, todėl tokios transporto priemonės daţniausiai turi du ir daugiau varančiųjų tiltų, bei neretai eksploatuojamos juos įjungus. Taip pat daţnai ţemės ūkio transporto priemonėse naudojami ir sudvigubinti ratai. Transporto priemonės traukos jėga bei varančioji jėga priklauso nuo rato ir kelio paviršiaus sąveikos. Traukos jėga didėja maţėjat riedėjimo pasipriešinimui, taip pat maţėjant riedėjimo pasipriešinimui didėja maksimali galima transportuoti krovinio masė. Viena iš svarbiausių padangų savybių yra oro slėgis jose. Jis lemia padangos sukibimą su kelio danga, padangos ilgaamţiškumą bei komfortą. Varančiųjų ratų padangose tikslinga sumaţinti oro slėgį, tuomet padanga labiau deformuojasi, padidėja jos atramos plotas, ratų sukibimas su vaţiavimo paviršiumi pagerėja. Parinkus tinkamą oro slėgį padangose, buksavimą galima sumaţinti apie 5 %. Kinematinis nesutapimas tarp varančiųjų ratų pasireiškia traktoriuose ir kitose savaeigėse mašinose, kai abu jų tiltai yra varantieji. Paprastai su frontaliniu krautuvu dirbančio traktoriaus priekiniai ir uţpakaliniai ratai, veikiami neproporcingų apkrovų, deformuojasi nevienodai. Be to, skirtingų ratų padangose gali būti netinkamas oro slėgis. Ypatingai didelė traktoriaus padangų apkrova, o daţnai ir perkrova būna atliekant manevravimus su iškeltais padargais. Darbo tikslas: išanalizuoti transporto priemonių atliekančių įvairius traukos darbus arba transporto dinamiką ir jos priklausomybę nuo įvairių rodiklių. Uţdaviniai: 1. Nustatyti traktoriaus kinematinį neatitikimą. 2. Nustatyti kinematinio neatitikimo priklausomybę nuo slėgių padangose. 3. Nustatyti kinematinio neatitikimo įtaką traktoriaus degalų sąnaudoms. 8

1. INFORMACIJOS ŠALTINIŲ ANALIZĖ 1.1. Transporto priemonės galios balansas ir traukos naudingumo koeficientas 1.1.1 Transporto priemonių klasifikacija pagal atliekamas operacijas Vaţiuojančios transporto priemonės varančiųjų ratų energija panaudojama trinties jėgoms, riedėjimo pasipriešinimui nugalėti ir naudingam darbui atlikti. Atliekamas naudingas darbas yra skirtingas ir priklauso nuo transporto priemonės atliekamų operacijų. Todėl transporto priemonės daţnai būna pritaikytos vienai kuriai nors operacijai (darbui) atlikti [1, 2, 3]. Ratinės transporto priemonės pagal atliekamas operacijas skirstomos į tris pagrindines grupes: traukos, transportavimo ir traukos - transportavimo (kombinuotosios) (1.1 lent.). Eil. Nr. 1.1 lentelė. Transporto priemonių grupės pagal jomis atliekamas operacijas [1, 2]. Grupės pagal atliekamas operacijas Transporto priemonės atliekama operacija Traukos Transportavimo Kombinuotos 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 9

Traukos darbus atliekančiai grupei priskiriamos transporto priemonės transportuojančios krovinius priekabomis ar jų junginiais, platformomis, taip pat traukiančius įvairius ţemės dirbimo, pašarų ruošimo ir gamybos padargus. Šiai grupei daţniausiai priskiriamos įvairios ţemės ūkio mašinos). Transportavimo darbus atliekančiai grupei priskiriamos transporto priemonės, kurios transportuoja krovinius savo kėbule (sunkveţimiai, sunkveţimiai su priekabomis, vilkikai ir vilkikai su priekabomis), taip pat transporto priemonės skirtos keleiviams (autobusai). Taip pat šiai kategorijai priskiriami ir lengvieji automobiliai. Kombinuotosios transporto priemonės, tai transporto priemonių grupė, kuriai priskiriamos transporto priemonės vienu metu atliekančios abi anksčiau minėtas funkcijas. Ţemės ūkyje labiausiai paplitusios traukos grupei priskiriamos transporto priemonės, kurios daţniausiai dirba su įvairiais prikabintais ar pakabintais padargais. Padargai ir priekabos gali būti prikabinami ir pakabinami. Įvairūs padargai, arba priekabos prie transporto priemonės gali būti prikabinami dviem būdais: prie prikabinimo įtaiso sumontuoto ant hidraulinio keltuvo (tokiu būdu galima keisti prikabinimo aukšti ir toks būdas daţniausiai naudojamas ţemės ūkio mašinoms), arba prie prikabinimo įtaiso sumontuoto ant galinio tilto (daţniausiai ţemės ūkio mašinose) ar rėmo (abiem atvejais prikabinimo aukštis daţniausiai nekeičiamas) bei platformos esančios virš galinio tilto (vilkikuose) [3]. Traukos grupei priskirtos transporto priemonės dar daţnai apibūdinamos traukos galia ir pagal tai skirstomos į atskiras klases [3,4]. Ţemės ūkyje daţniausiai ta pati transporto priemonė atlieka keletą darbų: prikabinus ţemės dirbimo padargus dirbama ţemė, o prireikus ir transportuojami įvairūs kroviniai prikabinus prie jos priekabą ar jų junginį. Priekabos taip pat daţniausiai parenkamos pagal traukiančios transporto priemonės išvystomą traukos jėgą bei krovinio rūšį (tipą). 1.1.2 Transporto priemonių galios balansas Transporto priemonės atliekančios vien tik traukos darbus naudingam darbui atlikti reikalinga vien tik traukos jėga F t, arba traukos galia P t. Traukos jėga (galia) sunaudojama transportuojamų įrenginių pasipriešinimui nugalėti. Galios pasiskirstymas transporto priemonėje atliekančioje traukos darbus apibūdinamas galios balanso lygtimi [1,4]: 10

; (1) čia: P e variklio efektyvioji galia. P p papildomų įrenginių galios nuostoliai: generatoriaus vairavimo sistemos ir kitų; P tr transmisijos galios nuostoliai; P v vaţiuoklės galios nuostoliai; P δ galios nuostoliai dėl buksavimo,bei padangų ir kelio paviršiaus deformacijos. Ši galios balanso lygtis tinka transporto priemonei vaţiuojant nedideliu greičiu tiesiu lygiu keliu. O esant didesniam greičiui, įkalnei, nuokalnei reikia įvertinti oro, įkalnės pasipriešinimo galios nuostolius. Analizuojant transporto priemone, kurios atlieka įvairius traukos darbus dinamiką, norint padidinti traukos jėgą, taip pat ir traukos naudingumo koeficientą būtina maţinti visus galios nuostolius, o ypač svarbu sumaţinti galios nuostolius dėl buksavimo ir padangų deformacijos. Transporto priemonės atliekančius traukos darbus naudingai panaudota galia apibūdinama traukos naudingumo koeficientu [1,4]: ; (2) Traukos naudingumo koeficientą įtakoja vaţiuoklės η v ir transmisijos η tr naudingumo koeficientai: ; (3) Transporto priemonei atliekančiai transportavimo darbus (1.1 lent.) galios balanso lygtis uţrašoma atsiţvelgiant į galią P vr perduodamą varantiesiems transporto priemonės ratams [2,4]: čia: P f galia sunaudojama riedėjimo pasipriešinimui nugalėti. ; (4) Transporto priemonės galios nuostoliai dėl riedėjimo pasipriešinimo susidaro dėl dviejų komponentų: ; (5) čia: P fmtp galios nuostoliai riedėjimo pasipriešinimui dėl transporto priemonės nuosavos masės; P fmk galios nuostoliai riedėjimo pasipriešinimui dėl transportuojamo krovinio masės. 11

Transporto priemonės, atliekančios transportavimo darbus naudingumo koeficientas η tp apskaičiuojamas pagal lygtį [4]: ; (6) Reikia nepamiršti, kad ratų kibumo koeficientas priklauso nuo vertikalios jėgos veikiančios ratus, todėl kai kuriais atvejais tikslinga didinti krovinio masę, tačiau ją riboja maksimali transporto priemonės variklio galios bei dėl masės didėjanti padangų deformacija ir didėjanti riedėjimo pasipriešinimo jėga, kuri sumaţina transporto priemonės atliekančios transportavimo darbus naudingumo koeficientą. Transporto priemonei atliekant abejas anksčiau minėtas operacijas vienu metu, naudingumo koeficientą galima rasti panaudojant 2 ir 6 lygtis. 1.2.Transporto priemonių ratų ir kelio paviršiaus tarpusavio sąveika Traukos galia priklauso nuo rato ir kelio tarpusavio sąveikos, bei abiejų minėtų fizikinių bei mechaninių savybių (2 ir 6 lygtys). Nagrinėjant ratų ir kelio tarpusavio sąveiką išskiriama keletas atvejų [4]: standus ratas rieda besideformuojančiu kelio paviršiumi. Šis atvejais tinka kai ratai su dideliu slėgiu padangoje rieda dirvoje ar kitoje panašioje terpėje. ratas su besideformuojančia padanga rieda besideformuojančiu kelio paviršiumi. Šis atvejis daţniausiai pasitaiko praktikoje, transportuojant krovinius laukuose ir dirbant įvairius ţemės ūkio darbus. ratas su besideformuojančia padanga rieda nesideformuojančiu kelio paviršiumi. Šis atvejis pasitaiko atliekant transporto darbus asfalto arba ţvyro keliu. Transporto priemonės varančiuosius ratus veikiant sukimo momentui išvystoma liečiamoji jėga. Taip pat ratui riedant atsiranda riedėjimo pasipriešinimo jėga, priklausanti nuo kelio paviršiaus, oro slėgio padangoje ir kitų veiksnių. Riedėjimo pasipriešinimo jėga sumaţina liečiamąją traukos jėgą, todėl ratą veikia jau horizontali dirvos reakcija R x (1.1 pav.). Ji priklauso nuo varančiojo rato sukibimo su pagrindu. 12

1.1 pav. Transporto priemonės varantįjį ratą veikiančios apkrovos: W w normalinė rato apkrova (masė tenkanti ratui), R z atraminė reakcija normaline kryptimi; R x rato pasipriešinimo jėga; F x rato tangentinė jėga; T ω rato varantysis momentas; α atstumas tarp atraminės reakcijos normaline kryptimi ir rato ašinės linijos vertikalia kryptimi [2]. Kelio paviršiaus fizinės ir mechaninės savybės nebūna vienodos, todėl bandymais nustatoma maksimali ratą veikianti horizontali reakcija, kuri dar vadinama kibumo jėga F φ, pagal kurią randamas padangos kibumo koeficientas. Esant nedeformuojamam kelio paviršiui, kelio paviršiaus ir rato sąveikoje yra tiktai trinties jėga. Trintis (kibumas) tarp padangos ir kelio paviršiaus priklauso nuo kelio paviršiaus, padangos medţiagos savybių, rato apkrovos ir slydimo. Padangos ir asfalto, betono arba kita kelio danga yra gana didelė, todėl yra gana didelis ir trinties koeficientas. Esant ledu padengtam keliui trintis tarp padangos ir kelio paviršiaus yra ypač maţa, todėl esant slydimui išsiskirianti šiluma daro jai didelę įtaką. Slidţiame kelyje išsiskirianti šiluma tirpdo viršutinį ledo sluoksnį todėl esant plonam ledui stabdymo atstumas sumaţėja. Taip pat slidţiame kelyje labai didelę reikšmę trinčiai lemia ir padangos savybės. Tipinės kibumo koeficiento reikšmės pateiktos 1.2 lentelėje. [2, 4, 5, 6, 7]. 1.2 lentelė. Trinties koeficiento reikšmės esant skirtingam kelio paviršiui [8]. Paviršius Trinties koeficientas (f) Asfaltas 0,9 Ţvyro kelias 0,6 Ledu padengtas kelias 0,1...0,3 Ledu padengtas kelias ir ratai su grandinėmis 0,5 13

Trintis labai svarbi yra stabdant bei darant posūkius. Sustojus ratui ir atsiradus skersinei jėgai ši ir toliau didėja, todėl labai sunku transporto priemonę valdyti ypač slidţiuose keliuose [8, 9]. Ratams riedant nesideformuojančiu kelio paviršiumi esant radialinėmis padangomis didţiausia padangų deformacija atsiranda radialine (vertikaliąja) kryptimi. Vertikalioji deformacija įvertinama atsiţvelgiant į padangos standumą ir oro slėgį joje. Padangos standumas λ s (standumo koeficientas) apskaičiuojamas pagal formulę [8]: ; (7) čia: W w ratą veikianti vertikali apkrova (1.1 pav); Δh padangos aukščio pokytis. Stabdymo metu riedėjimo pasipriešinimo jėga taip pat maţina transporto priemonės greitį. Jei ratai yra visiškai sustabdyti, riedėjimo pasipriešinimo jėga pavirsta slydimo trintimi. Įvairiuose stabdymo bandymuose daţniausiai riedėjimo pasipriešinimo jėgos nepaisoma. Riedėjimo pasipriešinimo koeficientas gali būti apskaičiuotas pagal lygtį laisvai riedant transporto priemonei ir įvertinant greičio pokytį [8, 9]:, (8) čia: F f riedėjimo pasipriešinimo jėga; G ašį veikianti sunkio jėga, N; m masė veikianti transporto priemonės ašį; a transporto priemonės lėtėjimas pagreitis (lėtėjimas); g laisvo kritimo pagreitis, m/s 2. Pagrindinės riedėjimo pasipriešinimo prieţastys yra šios [4, 10, 11]: trintis rato guoliuose, palyginus ši trintis yra pakankamai maţa, todėl daţniausiai į ją nekreipiama dėmesio; kelio paviršiaus deformacija ţenkliai įtakoja rato riedėjimo pasipriešinimo jėgą, ypač vaţiuojant puria dirva arba artame lauke, todėl čia sunaudojama pakankamai daug energijos. padangos deformacija. Esant pakankamai didelei padangos deformacijai sumaţėja rato riedėjimo spindulys ir dėl to padidėja rato riedėjimo pasipriešinimo koeficientas f. Didelę dalį ratų riedėjimo pasipriešinimą sudaro padangos deformacijos histerezė, nes padangos slėgis į kelio paviršių rato priekinėje dalyje besideformuojančios padangos plote yra negu jos uţpakalinės dalies plote kur padanga išsitiesia. 14

Padangai deformuojantis kinematinis rato spindulys sumaţėja. Jis taip pat priklauso nuo ratų slydimo bei buksavimo. Ratui buksuojant kinematinis ratų spindulys maţėja, o slystant didėja [4, 11]. Riedėjimo apsipriešinimas atsiranda dėl padangos ir kelio deformacijos didėjant transporto priemonės greičiui ir masei bei maţėja didinant slėgį, todėl daţniausiai būna labai skirtingas [2,4]. Nagrinėjant varančiųjų arba varomųjų ratų dinamiką atsiţvelgiama į kelio paviršiaus ir padangos deformacijas. Daţniausiai nagrinėjami atvejai esant tik padangų deformacijai bei padangų ir kelio paviršiaus deformacijai, kai atliekami įvairūs ţemės ūkio darbai. 1.3. Transporto priemonės dinamika stabdant kai eksploatuojama su junginiu ir be junginio Kai ţemės ūkio transporto priemonė dirba lauko sąlygomis ją veikia palyginti didelės pasipriešinimo jėgos, taip pat ir jo darbinis greitis pakankamai maţas, todėl ji gana greitai sustoja savaime išjungus pavarą. Transporto priemonės transporto darbuose greitis daug didesnis ir maţesnės pasipriešinimo jėgos (1.2 pav.), todėl čia būtina naudoti stabdţius. Taip pat esant prikabintam agregatui kartu stabdomi ir jo ratai. Stabdymo efektyvumą apibūdina stabdymo atstumas s st ir stabdomos transporto priemonės lėtėjimas a st. Šie du minėti faktoriai priklauso nuo trinties tarp padangos ir kelio paviršiaus. 1.2 pav. Traktorių ir priekabą veikiančios jėgos stabdymo metu: F stp ir F stv priekinių ir galinių ratų stabdymo reakcija; R yp ir R yv priekinių bei galinių ratų vertikali atraminė reakcija; M rp ir M rv priekinių ir galinių ratų varantieji momentai; G ir G p traktoriaus ir priekabos sunkio jėgos; F sk sukabinime veikianti reakcija; F spp ir F spg priekabos priekinių ir galinių ratų stabdymo jėgos. 15

Trintis (kibumas) tarp padangos ir kelio paviršiaus priklauso nuo kelio paviršiaus, padangos medţiagos savybių, rato apkrovos ir slydimo. Esant ledu padengtam keliui trintis tarp padangos ir kelio paviršiaus yra ypač maţa, taip pat dar ir išsiskirianti šiluma daro jai didelę įtaką. Slidţiame kelyje išsiskirianti šiluma tirpdo viršutinį ledo sluoksnį todėl esant plonam ledui stabdymo atstumas sumaţėja [8]. Taip pat slidţiame kelyje labai didelę reikšme trinčiai lemia ir padangos savybės. Tipinės kibumo koeficiento reikšmės pateiktos 2 lentelėje. Esant skirtingam trinties (kibumo) koeficientui, stabdymo efektyvumas skiriasi. Transporto priemonės lėtėjimas a st apskaičiuojamas pagal formulę [8, 9]: ; (9) čia: m transporto priemonės masė; F sr transporto priemonės stabdymo jėga. Transporto priemonės lėtėjimą įvertina stabdymo efektyvumo koeficientas z:, % (10) Jėga veikianti transporto priemonės ir agregato sujungime stabdant apskaičiuojama pagal formulę: ; (11) čia: m p ir m t transporto priemonės ir prikabinamo agregato masė; λ c transporto priemonės ir agregato masių santykis, λ c =m t /m p. Ţinoma, kad stabdymas efektyviausias kai transporto priemonės ratai sukasi. Didţiausias stabdymo koeficientas yra tuomet, kai transporto priemonės ratai slysta apie 20...30 % ir jeigu stabdymo metu ratai pilnai slysta, stabdymo jėga sumaţėja 10...20 % [9]. Ţemės ūkio transporto priemonėse su dviem varančiaisiais tiltais stabdant automatiškai įsijungia priekinis tiltas ir visi ratai yra sustabdomi. Kai transporto priemonė su prikabinamu agregatu sustabdoma ant horizontalaus kelio greičiausias lėtėjimas a st max iki pilno sustojimo apskaičiuojamas pagal formulę [9]: ; (12) čia: δ s besisukančių masių inercijos momentas, ţemės ūkio transporto priemonėse jis lygus 1,0...1,15. m st masė tenkanti stabdomiems ratams; m visa transporto priemonės ir agregato masė. 16

Trumpiausias stabdymo atstumas, kai transporto priemonė pilnai sustoja s st apskaičiuojamas sekančiai: min ; (13) 1.3 paveiksle pateiktas stabdymo kelias esant skirtingam trinties koeficientui priklausomai nuo transporto priemonės greičio Proporcingai maţėjant trinties koeficientui stabdymo atstumas gali padidėti net iki 30 % daugiau: esant transporto priemonės greičiui 30 km/h ir trinties koeficientui 0,4 stabdymo atstumas lygus 10 m, o esant trinties koeficientui 0,3 prie to paties greičio stabdymo atstumas padidėja iki 13 m. Teorinis stabdymo kelias šiek tiek maţesnis negu faktinis (tikrasis). Tai priklauso dar ir nuo reakcijos laiko. 1.3 pav. Transporto priemonės stabdymo kelias (s st ) priklausomai nuo greičio (v) esant skirtingam trinties koeficientui (φ). Esant traktoriui su priekaba ir stabdant, priekaba stumia traktorių per prikabinimo tašką jei priekaba ir traktorius yra ne vienoje tiesėje (pvz. darant posūkį). Tai sukuria sukimosi momentą, kuris verčia traktorių suktis aplink savo masės centrą (1.4 pav.), todėl stabilumas prarandamas. Tai ypač pastebima vaţiuojant slidţiomis kelio dangomis. Tokiu atveju junginį galima ištiesinti tik trumpam atleidus stabdţius. 17

1.4 pav. Traktorių ir priekabą veikiančios jėgos stabdant: B tl, B t, B e priekabos ir traktoriaus stabdymo jėgos, β kampas tarp traktoriaus ir priekabos, cg traktoriaus masės centras [8]. Esant vienodai galinių ratų trinčiai, galiniai ratai stabdydami išlaiko stabilumą. Traktoriaus galinių ratų stabdymo jėgos B t atsveria traktoriaus sukimosi momentą aplink savo masės centrą. 1.4 paveiksle matyti, jog dešinės pusės stabdymo jėgos petys apie masės centrą yra kur kas ilgesnis negu kairės pusės stabdymo jėgos ir jėgos kuria stumiamas priekaba stumia traktorių, todėl traktorius ar kita transporto priemonė grįţta į pradinę padėtį. Tačiau stabdant dar ir priekiniais stabdţiais gaunamas priešingas efektas traktorius ar transporto priemonė pasisuka apie savo masės centrą [8] 1.4. Varančioji galia ir varančiojo rato naudingumo koeficientas Variklis sukimo momentą ir galią perduoda transporto priemonės transmisijai. Varantieji ratai sukimo momentą bei galią gauna iš transporto priemonės transmisijos. Ši galia apskaičiuojama pagal formulę [2, 4]: ; (14) čia: T v varančiojo rato varantysis momentas; ω v varančiojo rato kampinis greitis; Rato riedėjimo pasipriešinimo momentas apskaičiuojamas pagal formulę: ; (15) čia: R z atraminė reakcija normaline kryptimi (1 pav.) α atstumas tarp atraminės reakcijos normaline kryptimi ir rato ašinės linijos vertikalia kryptimi (1 pav.). 18

Ratas transporto priemonės liemeniui perduoda jėgą F kuri savo dydţiu lygi varančiajai jėgai F v arba horizontaliai reakcijai R x. Šiuo atveju rato perduodamo liemeniui galia P v (varančioji galia) apskaičiuojama pagal formulę: ; (16) čia: v transporto priemonės greitis; ω v varančiojo rato kampinis greitis. Varančiojo rato naudingumo koeficientas esant rato pastoviam greičiui η v apskaičiuojamas pagal formulę: ; (17) Šioje lygtyje momentų santykis parodo varančiųjų ratų riedėjimo pasipriešinimo nuostolius, todėl vadinamas ratų riedėjimo naudingumo koeficientu [4]. Varančiojo rato kampinio greičio ir varančiojo rato spindulio sandauga (ω v r v ) rodo varančiojo rato tikrąjį greitį. Daţniausiai tikrasis greitis yra maţesnis uţ teorinį. Taip atsitinka dėl kelio paviršiaus, padangos deformacijų ir buksavimo. 1.5. Varančiųjų ratų buksavimas ir jo priklausomybė nuo kelio paviršiaus Ţinoma, kad transporto priemonės varantieji ratai visuomet buksuoja, tik svarbiausia kiek. Kaip minėta, transporto priemonės ratai maţiau ar daugiau buksuoja, todėl tikrasis transporto priemonės greitis v būna maţesnis uţ teorinį greitį v. Greičio nuostoliai įvertinami buksavimo koeficientu δ [4, 12, 13]: ; (18) čia: v t teorinis transporto priemonės greitis; v f tikrasis transporto priemonės greitis. t Sudarant transporto priemonių agregatus (ypač ţemės ūkyje) bei paruošiant transporto priemones darbui svarbus energetinis ir ekonominis uţdavinys yra buksavimo išankstinis suskaičiavimas, t. y. prognozavimas. Tam reikalingi rodikliai. Toks rodiklis yra svorio panaudojimo varančiųjų ratų sukibimui koeficientas φ g [4, 8]: ; (19) čia: F t transporto priemonės traukos jėga; 19

G t transporto priemonės sunkio jėga veikianti ratus. Pagal svorio panaudojimo varančiųjų ratų sukibimui koeficientą φ g galima apytikriai nustatyti transporto priemonės varančiųjų ratų buksavimą. Išvystant nedidelę traukos jėgą, didelė rato vertikalios apkrovos jėga panaudojama tik iš dalies. Svorio jėgos sukibimui panaudojimo koeficientui φ g esant apie 0,1 buksavimas būtų labai nedidelis, tačiau kai φ g = 0,41, buksavimas gali priartėti prie leistinų ribų arba jas perţengti (raţienoje buksuotų maţdaug 12 %, o įdirbtoje dirvoje apie 17 % )[14]. Tyrimais nustatyta, kad didţiausia ţemės ūkio transporto priemonės traukos jėga yra išvystoma esant 25 % buksavimui, tačiau tai priklauso ir nuo vertikaliosios rato apkrovos. Didinant vertikalią rato apkrovą maksimalią traukos jėgą galima pasiekti ir esant 15...20 % buksavimui. Maţiausios degalų sąnaudos yra nustatytos esant 15 % buksavimui kietoje nepurentoje dirvoje (raţienoje). Taip pat nustatyta, kad esant maţesniam negu 5...8 % buksavimui transporto priemonės atliekančios traukos darbus traukos naudingumo koeficientas η t sumaţėja ir didėja energijos sąnaudos atliktam darbo vienetui. O esant kietai dangai (betonui, arba asfaltui) buksavimas nerekomenduotina, kad būtų didesnis negu 5...7 % (1.2 pav.). Taigi, traukos naudingumo koeficientas priklauso dar ir nuo kelio paviršiaus, kuriuo vaţiuoja transporto priemonė. Beje, esant per maţam buksavimui (< 5 %) traukos naudingumo koeficientas gali būti dar maţesnis negu esant, pavyzdţiui 20 % buksavimui supurentoje dirvoje [14, 15]. [15] 1.5 pav. Traukos naudingumo koeficiento priklausomybė nuo buksavimo esant įvairiems paviršiams 20

Optimaliausios sąlygos, kuriomis esant išvystoma didţiausia traukos jėga būna ne didesniam negu 15 % buksavimui ir tai dar priklauso nuo kelio paviršiaus, kuriuo vaţiuoja transporto priemonė (1.2 pav.)[15]. Buksavimą galima maţinti naudojant platesnius, sudvigubintus ratus, padangas su geresniu protektoriumi, maţinant oro slėgi padangose ir didesne jėga varančiuosius ratus spaudţiant prie ţemės. Maţinant slėgį padangose varančiųjų ratų atraminį plotą ir išvystomą traukos jėgą galima padidinti iki 20 % [14, 15].Esant didesniam slėgiui padangose, jos giliau klimpsta į dirvą. Pavyzdţiui, 10 cm ratų vėţės gylis atitinka 10 %. įkalnę. Vaţiuojant keliu, slėgį padangose reikėtų padidinti. Ţemės ūkio transporto priemonei vaţiuojant keliu didesniu greičiu slėgis padangose turėtų būti apie 1,4 1,6 baro [15]. Viena iš svarbiausių padangų savybių yra oro slėgis jose. Jis lemia padangos sukibimą su kelio danga, padangos ilgaamţiškumą bei komfortą. Varančiųjų ratų padangose tikslinga sumaţinti oro slėgį, tuomet padanga labiau deformuojasi, padidėja jos atramos plotas, ratų sukibimas su vaţiavimo paviršiumi pagerėja. Parinkus tinkamą oro slėgį padangose, buksavimą galima sumaţinti apie 5 %. Buksavimo maţinimo priemonių yra keletas. Viena iš jų kai padidinamas transporto priemonės varančiųjų ratų sukibimas ir didesne jėga prispaudţiant juos prie ţemės. Sukibimas priklauso nuo padangų dirvakibio aukščio ir oro slėgio jose. Tyrimais nustatyta, kad padangų dirvakibiams nudilus 85 90 %, traktoriaus varančiųjų ratų buksavimas padidėja 8 19 % [14]. Dirbant minkštoje dirvoje, oro slėgį tikslinga sumaţinti. Tuomet padangos labiau deformuojasi, padidėja jų atramos plotas, pagerėja sukibimas su dirva, o ţemės ūkio transporto priemonė lengviau rieda. Tačiau, reikia ţinoti, jog dirbant su maţesniu slėgiu padangose kietose dirvose arba kelyje, labai padidėja padangų dilimas, ţemės ūkio transporto priemonė sunkiau rieda. Taigi galimybės maţinti ratų buksavimą, gerinant jų sukibimą su dirva, yra ribotas. Keisdami slėgį padangose, buksavimą galima sumaţinti tik 2 4 % [12, 14, 15]. Priklausomai nuo eksploatacijos sąlygų reikalavimai padangų konstrukcijai iš esmės skiriasi. Dirbant minkštame grunte ir raţienose padangos turi uţtikrinti maksimalius traukos sukibimo rodiklius, gerą dirvakibių apsivalymą, maţą buksavimą ir dirvos spaudimą, negilią vėţę. Tai gali būti pasiekiama naudojant elastingas plataus profilio padangas su maţu karkaso sluoksnių skaičiumi, retu ir aukštu padangos rašto profiliu. Bet tokios padangos netinkamos naudojimui kietuose gruntuose ir ypač geruose keliuose dėl intensyvaus dirvakibių nusidėvėjimo. Nusidėvėjimas padidėja 3 3,5 karto dėl maţo kontakto su kelio paviršiumi, didelio spaudimo į stambų dirvakibį ir padidinto dirvakibio praslydimo. Be to esant maţam oro slėgiui ţemės ūkio 21

transporto priemonėse (1,7 2 barai) transporto darbuose padangos karkaso guminė medţiaga dėl stambaus protektoriaus gauna dideles vidines deformacijas, kurios lemia priešlaikinį karkaso susidėvėjimą [5, 14]. Esant didesniam negu 15 % buksavimui ne tik nukenčia darbo ekonomiškumas, bet ir ardomas dirvos viršutinis paviršius (1.6 pav.). Taip pat esant kietai dangai labiau dėvisi padangos dirvakibiai [14, 12] Buksuojant ratams ne tik maţėja darbo našumas, padidėja energijos sąnaudos, bet ir intensyviai gadinama dirvos struktūra. a) b) 1.6 pav. Traktoriaus varančiųjų ratų vėţė esant 15 % (a) ir 22 % (b) buksavimui [14] Kiekvienai ţemės ūkio transporto priemonei naudoti du skirtingus padangų komplektus (ţemės ūkio darbams ir transportui) nepatogu, nes reikėtų daţnai jų keisti. Dėl to pailgėtų padangų eksploatacijos laikas, jos pasentų ir pablogėtų jų fizikinės mechaninės savybės [15]. 22

1.6. Ţemės ūkio transporto priemonės masės įtaka traukos galiai Daugeliu atveju tinkamai parinkus ir išdėsčius balastines mases galima ţenkliai padidinti traktoriaus traukos galią. Ne visais atvejais gaunami tokie geri rezultatai kokių norėtųsi. Daţniausiai pridedant balastą padidinama traktoriaus masė ir kartu padidėja energijos sąnaudos papildomai masei paveţti. Parenkant balastų masę daţnai reikia atsiţvelgti ir į transporto priemonės darbinį greitį. Taip pat papildomai balastuojant transporto priemonę būtina atsiţvelgti ir į kelio paviršių, pavyzdţiui atliekant traukimo operacijas kur pakankamai didelis padangos ir kelio paviršiaus kibumo koeficientas (asfaltuotu keliu) papildomo balastavimo vertėtų atsisakyti. Esant maţesniam slėgiui padangose taip pat padidėja atraminis plotas. Tai reiškia, kad svoris pasiskirsto didesniame plote. Esant deformuojamam kelio paviršiui, pavyzdţiui dirvai, ratai maţiau smenga į dirvą bei maţau slegiama dirva. Be to, padidėjus atraminiam, plotui pagerėja padangos sukibimas su kelio paviršiumi [14, 16, 17]. 1.7 pav. Varančiųjų ratų naudingumo koeficiento η v, varančiosios jėgos F v ; traukos jėgos; riedėjimo pasipriešinimo jėgos F f ir vėţės gylio priklausomybė nuo varančiųjų ratų apkrovos G [18]. 1.7 paveiksle matyti, jog varančiųjų ratų naudingumo koeficientas yra didţiausias esant iki 20...25 % maţesnei varančiųjų ratų apkrovai (G 0 ) negu esant didţiausiai traukos jėgai (G R ). Tačiau didėjant rato vertikaliai apkrovai riedėjimo pasipriešinimo jėga proporcingai didėja. Varančiųjų ratų naudingumo koeficientas gali būti išreikštas įvertinant buksavimą δ bei riedėjimo pasipriešinimo koeficientą: ; (20) 23

čia: λ g varančiųjų ratų apkrovimo koeficientas, transporto priemonėms (traktoriams) su abiem varančiaisiais tiltais λ g =1. Varančiųjų ratų naudingumo koeficientas didţiausias būna tuomet esant svorio panaudojimo varančiųjų ratų kibumo koeficientui apie 0,4...0,5 ir priklauso nuo kelio paviršiaus (1.8 pav.), tačiau buksavimas didėja didėjant svorio panaudojimo varančiųjų ratų kibumui koeficientui. 1.8 pav. Buksavimo δ ir varančiųjų ratų naudingumo priklausomybė η v nuo varančiųjų ratų svorio panaudojimo koeficiento φ g [19]. 1.9 paveiksle matyti jog didėjant balasto masei buksavimas maţėja. Daugiausiai sumaţėja esant balastuotam traktoriui vaţiuojant dirvoje paruoštoje sėjai. Esant raukos jėgai 18 kn buksavimas papildomai balastuojant traktorių sumaţėjo 9 % raţienoje ir 11 % dirvoje paruoštoje sėjai atitinkamai. 24

1.9 Pav. Traktoriaus MTZ 82 traukos priklausomybė nuo buksavimo esant nebalastuotam Δ (traktoriaus masė 3870 kg) ir balastuotam traktoriui Δ ( traktoriaus masė 4840 kg) dirvoje paruoštoje sėjai (- - - -) ir raţienoje ( )[19]. Yra atlikti tyrimai su Fendt Vario 936 traktoriumi: be balasto vaţiuojant raţiena 15 km/h greičiu, kai slėgiai priekinėse ir galinėse padangose 0,8 ir 1,6 bar atitinkamai bei vaţiuojant 8 km/h greičiu, kai slėgiai priekinėse ir galinėse padangose buvo po 0,6 bar; jo priekyje esant 1250 kg masės balastui vaţiuojant raţiena 15 km/h greičiu, kai slėgiai priekinėse ir galinėse padangose 1,4 ir 1,6 bar atitinkamai bei vaţiuojant 8 km/h greičiu, kai slėgiai priekinėse ir galinėse padangose buvo 1,2 ir 0,6 bar atitinkamai ir 2500 kg masės balastu traktoriaus priekyje vaţiuojant raţiena 15 km/h greičiu, kai slėgiai priekinėse ir galinėse padangose 2,4 ir 1,6 bar atitinkamai bei vaţiuojant 8 km/h greičiu, kai slėgiai priekinėse ir galinėse padangose buvo 1,6 ir 0,6 bar atitinkamai. 25

1.10 pav. Traukos jėgos įtaka galios sunaudojimui [17]. Esant maţam traktoriaus darbiniam greičiui, šiuo atveju 8 km/h, traukos galią daugiausiai riboja padangos kontaktas su kelio (dirvos) paviršiumi. Taip pat nemaţai variklio galios eikvojama traktoriaus riedėjimo pasipriešinimui nugalėti. 1.10 paveiksle matyti, kad vaţiuojant 8 bei 15km/h greičiu ir esant maţai traukos jėgai (šiuo atveju maţdaug iki 45 kn) susidaro nemaţi galios nuostoliai traktoriui paveţti savo masę [17]. 1.11 pav. Balasto įtaka traukos galiai [17] 1.11 paveiksle matyti, kad papildomas traktoriaus balastavimas pridedant mases priekyje ir esant maţiems greičiams (8 km/h) padidina traukos jėgą. Esant 1250 kg balastui priekyje traukos 26

galia vidutiniškai padidėja 7 % ir dar padidinus balastą priekyje iki 2500 kg traukos galia vėl padidėja 7 %. o papildomai pridėjus po 100 kg masės balastą ant traktoriaus galinių ţenklaus skirtumo neuţfiksuota. Jokios įtakos traktoriaus traukos galiai neturėjo traktoriaus balastavimas (traktoriaus priekyje taip pat ir balastuojant traktoriaus galinius ratus) vaţiuojant 15 km /h greičiu. Taigi traukos jėga ir buksavimas yra glaudţiai susiję. Bet reikia nepamiršti, kad esat minkštam kelio paviršiui (arta dirva) slėgis padangose rekomenduotina, kad būtų maţesnis. Padidėjęs atramos plotas maţina riedėjimo pasipriešinimą, nes padanga ne taip maţiau sminga į dirvą. Kietoje dangoje atvirkščiai padanga negali smigti į kelio paviršių, o taip pat minkštai padangai deformuojantis didėja riedėjimo pasipriešinimo jėga. 1.7. Transporto priemonės su 4 varančiaisiais ratais ratų ir kelio paviršiaus sąveika Transporto priemonės su daugiau negu vienu varančiuoju tiltu dar vadinamos pravaţiosiomis. Šio tipo transporto priemonėse maksimali traukos esant įjungtam daugiau negu vienam tiltui yra didesnė negu vienu varomuoju tiltu. Transporto priemonės su dviem ir daugiau varančiųjų tiltų yra pranašesnės lauko darbuose, dirbant puriose, drėgnose, uţmirkusiose vietovėse. bet esant sausai kelio dangai nemaţai energijos išeikvojama priekinio varančiojo tilto pavaroje. Šiuolaikinėse ţemės ūkio transporto priemonėse (traktoriuose) daţnai visi keturi ratai yra varantieji. Gamintojai transporto priemonėse su daugiau negu vienu varančiuoju tiltu, perdavimų skaičius šiems tiltams paskirsto taip, kad šių tiltų tikrieji greičiai būtų vienodi atsiţvelgiant į tiltams tenkančią vertikalią apkrovą ir naudojamas padangas. Pavyzdţiui traktoriams su dviem varančiaisiais tiltais uţpakaliniams ratams tenka apie 50...60 % visos traktoriaus masės ir rekomenduojama kad masės pasiskirstymas nekistų daugiau negu 10 %. Daţniausiai pravaţiosios transporto priemonės transportuodamos įvairius krovinius, agregatus ar padargus, bei dirbant ţemę masė varantiesiems ratams pasiskirsto nevienodai, o dėl to varančiųjų ratų padangos nevienodai deformuojamos, taip pat nuolat keičiasi kelio paviršius ir jo deformacija. Šios prieţastys lemia kintantį varančiųjų ratų dinaminį spindulį, todėl ratų teoriniai greičiai daţnai skiriasi. Esant skirtingiems teoriniams greičiams atsiranda varančiųjų ratų kinematinis neatitikimas k n [4, 20]: ; (21) čia: v t pr ir v t gal priekinių ir galinių ratų teoriniai greičiai; 27

δ pr ir δ užp priekinių ir uţpakalinių ratų buksavimas arba slydimas. Esant daugiau negu vienam varančiajam tiltui varantieji ratai gali ir buksuoti ir slysti. Idealiu atveju varančiųjų ratų kinematinis neatitikimas lygus vienetui, tokiu atveju priekinių ir galinių ratų buksavimas arba slydimas lygus. 1.12 pav. Rato tangentinės jėgos (varančiosios jėgos) F x (a) ir sukimo momento T (b) priklausomybė nuo ratų slydimo/buksavimo s d esant pastoviai traukos jėgai F z, kai įjungti abu transporto priemonės varantieji tiltai [21]. Atlikta varančiojo rato (nesideformuojančio) riedančio sausu smėlėtu kelio paviršiumi kompiuterinė analizė esant abiem įjungtiems varantiesiems tiltams (1.12 pav.) rodo, kad ratui slystant (s d <0) traukos jėga maţesnė iki 40 % padidinus traukos jėga 25 %, o esant priešingam efektui buksavimui (s d 0) varančioji jėga išlieka ta pati didėjant trauks jėgai (sd 0). Transporto priemonės tiltas, kurio teorinis greitis didesnis vadinamas skubančiuoju, o kurio teorinis greitis maţesnis atsiliekančiuoju. Skubančiojo tilto ratai visuomet buksuoja daugiau, o atsiliekančiojo tilto ratai buksuoja maţiau, o taip pat gali ir slysti. Slystantys ratai visuomet priešinasi transporto priemonės judesiui, todėl šis atvejis yra pats nepalankiausias, kurio būtina vengti. Traktoriaus varančiųjų ratų sąveikos su keliu tyrimams atlikti buvo naudotas traktorius New Holland T 5060 su priekinėmis Contract AC 70 T / 380/70R24 / 125 A8 ir galinėmis Contract AC 70 T / 480/70R34 / 143 A8 padangomis. Ant traktoriaus buvo sumontuotas frontalinis krautuvas MX 10 ir 500 kg balastinė masė ant uţpakalinio hidraulinio keltuvo. Iš 1.13 pav. matyti, kad priklausomai nuo slėgių padangose tiek priekiniai tiek uţpakaliniai varantieji ratai gali ir buksuoti ir slysti. Uţpakalinėse padangose esant 1,6 bar slėgiui priekinių ir uţpakalinių varančiųjų ratų buksavimas ir slydimas yra artimas nuliui, kai oro slėgis o priekinėse 1,35...1,5 bar. Traktoriui veţant 500 ir 1000 kg krovinį frontaliniu krautuvu, kai priekinėse 28

padangose slėgis maţesnis uţ 1,35 bar uţpakaliniai ratai buksuoja ir slysta, kai priekinėse padangose oro slėgis didesnis uţ 1,5 bar. 1.13 pav. Traktoriaus priekinių ir uţpakalinių ratų buksavimo δ p ir δ g priklausomybės nuo slėgio priekinėse padangose p p, vaţiuojant be krovinio, veţant 500 kg ir veţant 1000 kg krovinius, kai slėgis uţpakalinėse padangose p g 1,6 bar [20]. Kinematinį varančiųjų ratų neatitikimą galima sumaţinti tinkamai parinkus slėgius priekinėse ir galinėse padangose. Šis sprendimas tinka tik esant pastoviai priekiniu bei galinių ašių vertikaliai apkrovai bei atliekant transporto ar kitus darbus esant tam pačiam kelio paviršiui. 1.8. Galios cirkuliacija Galios cirkuliacija atsiranda tiktai, kai pravaţiosios transporto priemonės ratai maţai buksuoja. Taip atsitinka tuomet kai transporto priemonė vaţiuoja kietu, maţai besideformuojančiu paviršiumi bei kelio paviršiaus ir padangos kibumo koeficientas pakankamai didelis. galios cirkuliacijos schema pavaizduota 1.14 paveiksle [1, 4, 5, 20, 22]. 29

1.14 pav. Galias cirkuliacija ţemės ūkio transporto priemonėje: N e variklio išvystoma efektyvioji galia; N m mechaniniai galios nuostoliai aušinimo sistemoje, generatoriuje ir t.t..; N e' likusi variklio galia; N t galia perduodama transmisijai; N mt galios nuostoliai transmisijoje; N kt galia perduodama transporto priemonės galiniam tiltui; N ft galios nuostoliai dėl galinių ratų riedėjimo pasipriešinimo; Not likusi galia įvertinus nuostolius dėl riedėjimo pasipriešinimo; N st galios nuostoliai dėl galinių ratų buksavimo; N ut likusi galia įvertinus galios nuostolius dėl buksavimo ir riedėjimo pasipriešinimo; N u varančioji galia; N up galia perduodama priekiniam transporto priemonės tiltui; N sp galios nuostoliai dėl priekinių ratų buksavimo; N op likusi galia įvertinus galios nuostolius dėl priekinių transporto priemonės ratų buksavimo; N fp galios nuostoliai dėl transporto priemonės priekinių ratų buksavimo; N kp galia perduodama priekiniam transporto priemonės tiltui; N mp galios nuostoliai priekiniame transporto priemonės tilte; N p galia perduodama velenu atgal į transporto priemonės transmisiją P u transporto priemonės traukos galia [22]. Galios cirkuliacija yra ţalingas reiškinys. Esant galios cirkuliacija pagrindiniai ratai (kurių vertikali apkrova didţiausia) visuomet daugiau apkraunami, dėl to, kad priekiniai ratai priešinasi transporto priemonės judėjimui, ir dėl to pagrindiniai ratai daug daugiau buksuoja. Nors kelio paviršiumi dalis galios grįţta atgal į priekinį tiltą, o iš jo į transmisiją, bet ši galios dalis papildomai apkrauną besisukančius mazgus, bei padidina juose trinties nuostolius. 30

1.15 pav. Momentų pasiskirstymas tarp priekinių ir uţpakalinių traktoriaus ratų vaţiuojant betonuotu sausu kelio paviršiumi į priekį (1) ir atgal (2) esant skirtingam priekiniu (r f ) ir galinių(r r ) ratų riedėjimo spinduliui: M f priekinių ratų sukimo momentas, M r galinių ratų sukimo momentas M s vaţiavimo pradţios momentas [5]. 1.15 paveiksle pavaizduotas varančiųjų ratų sukimo momentas esant skirtingiems priekinių bei galinių ratų dinaminiam spinduliui. Matyti, kad priekinių ratų riedėjimo spindulys maţesnis negu galinių, vaţiuojant į priekį varantysis priekinių ratų sukimo momentas yra neigiamas priekiniai ratai priešinasi transporto priemonės judėjimui ir (atsiranda stabdymo momentas), ta pati situaciją ir vaţiuojant atbuline eiga. 1.16 pav. Ratą veikiančių jėgų pasiskirstymas: Nf riedėjimo pasipriešinimo galia, Nn varančioji galia, Np galia, perduodama iš galinių varančiųjų ratų į priekinius (parazitinė galia) [22]. Atlikti tyrimai su traktoriumi Ursus 4x4 varančiaisiais ratais (1.16 pav.) rodo skirtingus galios cirkuliacijos atvejus. Sritis iki taškuotos vertikalios tiesės rodo, galios cirkuliaciją iš priekinių į uţpakalinius traktoriaus ratus. Grafike sritis apribota taškinės ir punktyrinės tiesių rodo galios cirkuliacijos sklaidą. Tai reiškia visa galios dalis grįţusi atgal į priekinius transporto 31

priemonės ratus išsisklaido į galios nuostolius priekinių ratų buksavimui, bei galios nuostolius priekinių ratų riedėjimo pasipriešinimui nugalėti. Toliau grafike sritis esanti uţ vertikalios ištisinės tiesės į dešinę rodo galios kiekį tenkantį priekiniams traktoriaus ratams, kur dalis galios priverčia slysti, o kita galios dalis grįţta per traktoriaus priekinį varantįjį tiltą į transmisiją. Transporto priemonei eksploatuojamai su daugiau negu vienu varančiuoju tiltu (šiuo atveju traktoriui) priekiniai bei galiniai transporto priemonės ratai išvysto skirtingą traukos jėgą, kuri priklauso ir nuo kinematinio neatitikimo bei kitų veiksnių. Ši nevienodai pasiskirsčiusi varančiųjų ratų traukos jėga apibūdinama traukos jėgos pasiskirstymo koeficientu k d : ; (22) čia: F tp ir F tg priekinių ir galinių ratų išvystoma traukos jėga. Transporto priemonei su visais keturiais varančiaisiais ratais, tiltai išvysto nevienodą teorinį greitį, todėl varantieji ratai nevienodai buksuoja, arba slysta. Galios nuostoliai šiose transporto priemonėse atsiranda ir priekiniame ir galiniame varančiajame tilte. Šiuo atveju patogu naudoti bendrą varančiųjų ratų buksavimo koeficientą η s4x4 : ; (22) čia: δ p ir δ g priekinių ir galinių ratų buksavimas/slydimas. v tp ir v tg priekinių ir gakinių tiltų teoriniai greičiai. 1.17 pav. Traktoriaus traukos jėgos pasiskirstymo koeficiento (k d ) priklausomybė nuo varančiųjų ratų kinematinio neatitikimo koeficiento (k n ) esant pastoviam varančiųjų ratų apkrovimo koeficientui (φ g ) vaţiuojant suslėgta dirva [5]. Paveiksle matyti, jog esant bet kokiam varančiųjų ratų apkrovimo koeficientui, traktoriumi vaţiuojant suslėgta dirva, kinematinio neatitikimo išvengiama kai varančiųjų ratų traukos 32

pasiskirstymo koeficientas yra maţdaug 0,5 (1.17 pav.). Taip pat reikia nepamiršti, kad vaţiuojant skirtingu kelio paviršiumi jis gali būti skirtingas. Didėjant varančiųjų ratų apkrovimo koeficientui teorinių varančiųjų ratų greičių skirtumas maţiau įtakoja traukos jėgos pasiskirstymo koeficientą. 1.18 pav. Varančiųjų ratų buksavimo koeficiento (η s4x4 ) priklausomybė nuo varančiųjų ratų apkrovimo koeficiento (φ g ) esant vienodam kinematiniam neatitikimui k n [5]. Yra atlikti tyrimai su traktoriumi Case IH Magnum vaţiuojant suslėgtu dirvos paviršiumi. Tyrimams naudoti septyni skirtingi padangų komplektai priekyje (13,6R28 ir 20,8R38; 14,9R28 ir 20,8R38; 16,9 26 ir 20,8R38; 16,9R26 ir 20,8R38; 13,6R28 ir 18,4R38; 14,9R2818,4R38). Slėgis priekinėse bei galinėse padangose buvo keičiamas nuo 82 kpa iki 193 kpa atitinkamai. Tyrimų metu nustatytos funkcinės priklausomybės tarp varančiųjų ratų buksavimo koeficiento ir varančiųjų ratų apkrovimo koeficiento esant tam pačiam kinematiniam neatitikimui. Matyti, kad kinematiniam varančiųjų ratu neatitikimui esant vienam (k n =1) varančiųjų ratų buksavimo koeficientas proporcingai maţėja didėjant varančiųjų ratų apkrovimo koeficientui (1.18 pav.). Tai reiškia kad priekiniai ir galiniai ratai buksuoja vienodai. 1.9. Literatūros šaltinių analizės apibendrinimas Matome, kad nemaţi galios nuostoliai atsiranda esant varančiųjų ratų kinematiniam neatitikimui. Atskirais atvejais kinematinį neatitikimą pavyksta sumaţinti arba jo išvengti, tačiau 33

nuolat besikeičiančiomis darbo sąlygomis bei dylant transporto priemonės varančiųjų ratų dirvakibiams (protektoriui) ši problema išlieka. Ţinoma, kad esant kietai kelio dangai, geromis padangų sukibimo su kelio paviršiumi sąlygomis eksploatuojant traktorių su 4 4 varančiaisiais ratais ir esant kinematiniam neatitikimui, atsiranda galios cirkuliacija tarp varančiųjų ratų. Esant galios cirkuliacijai papildomai apkraunami besisukantys varančiųjų tiltų mazgai bei padidėja trintis juose [7, 8]. Tačiau nėra išnagrinėtas varančiųjų tiltų kinematinio neatitikimo poveikis traktoriaus ekonominiams rodikliams. Darbo tikslas: ištirti oro slėgio padangose įtaką varančiųjų ratų kinematiniam neatitikimui bei degalų sąnaudoms eksploatuojant traktorių su 4 4 varančiaisiais ratais. Uţdaviniai: 1. Nustatyti traktoriaus kinematinį neatitikimą. 2. Nustatyti kinematinio neatitikimo priklausomybę nuo slėgių padangose. 3. Nustatyti kinematinio neatitikimo įtaką traktoriaus degalų sąnaudoms. 34

2. TYRIMŲ OBJEKTAS IR METODIKA Tyrimai atlikti traktoriumi Zetor 10540. Pagrindiniai techniniai traktoriaus duomenys pateikti 2.1 lentelėje. 2.1 lentelė. Traktoriaus Zetor 10540 techninė charakteristika Traktoriaus masė, kg 4336 Ratų bazė, mm 2380 Galinės padangos 16,9 14 R38 Priekinės padangos 12,4 28 TZ19 Priekinio tilto vertikali apkrova, kg 1848 Galinio tilto vertikali apkrova, kg 2488 Bandymai atlikti kietos dangos horizontaliame kelyje. Visi bandymai buvo atlikti su įjungtu ir su išjungtu priekiniu tiltu, vaţiuojant tame pačiame kelio ruoţe, ta pačia kryptimi. Tyrimų metu traktoriaus variklis dirbo pastoviais sūkiais 1130 aps/min. Siekiant uţtikrinti gautų rezultatų patikimumą buvo atliekami visų bandymų keturi vaţiavimai (pakartojimai). Bandymų metu buvo matuojami atstumai, kuriuos nurieda priekiniai ir galiniai traktoriaus ratai per 10 apsisukimų. Atstumų matavimui buvo naudojamas lazerinis matuoklis Bosch PLR 50, kurio matavimo paklaida ± 2mm. Traktoriaus ratų vertikali apkrova buvo nustatoma elektroninėmis ašies svarstyklėmis WPD-2, paklaida ±1 kg. Buksavimas apskaičiuojamas pagal šias formules: ; (1) (2) čia: ir atstumas, kurį nuvaţiuoja priekiniai ir galiniai ratai per 10 kiekvieno rato apsisukimų. 35

Kinematinis neatitikimas apskaičiuojamas pagal šią formulę: (3) čia: ir priekinių ir galinių ratų buksavimas. Degalų sąnaudos buvo matuojamos degalų skaitikliu HENGST AIC 4004, paklaida ± 1ml. Tyrimai atlikti varijuojant 2,4; 2,0; 1,6; 1,2; 0,8 barų slėgiams priekinėse ir galinėse padangose. 36