Задача инженерам: защита почвы!

Шины: снижаем давление!

Шины – это „переходное устройство“ между машиной и почвой. И различные значения давления в шинах непосредственно связаны с давлением, оказываемым на почву: давление воздуха в шинах примерно соответствует давлению почвы на глубине 10 см. Чем выше давление в шинах, тем меньше в почве остается крупных пор. В такой почве плохо развиваются корни растений, кроме того, она хуже впитывает воду.

При работе на поле давление в шинах необходимо уменьшить! Даже широкопрофильные шины способствуют защите почвы только в том случае, если внутреннее давление в них сброшено. В противном случае их опорная поверхность равна площади стандартных шин. Пневматические шины с небольшим давлением сплющиваются на поверхности грунта, контактная площадь увеличивается. С почвой контактирует большее число грунтозацепов, шина передает большее тяговое усилие. Интенсивность буксования снижается, что заметно экономит топливо. Благодаря увеличенной опорной площади снижается также глубина колеи. Каждый сантиметр глубины колеи стоит около 10 % перерасхода топлива, поскольку колесам приходится толкать перед собой рыхлый грунт либо постоянно двигаться по земляному гребню. Колея глубиной 10 см соответствует увеличению расхода топлива вдвое. „Неправильные“ шины выталкивают порой на 100 м3 земли на гектаре площади больше, чем их щадящие почву аналоги. Выравнивание колеи следорыхлителем, по сути, – косметическое средство, стоящее немало топлива. Нужно не допускать образования колеи, а не бороться с ней впоследствии!

Уменьшение давления с 1,4 бар до 0,8 бар способствует снижению интенсивности буксования на 50 %, а глубина колеи при этом уменьшается на 30-50 %. Многие фермеры просто не используют возможности современных шин. Хорошо, когда шина сминается – деформироваться должна именно она, а не поле. Однако если сбросить давление ниже нормы или выбрать слишком быстрый ритм движения, шина начнет деформироваться очень интенсивно. При этом она будет перегреваться и повредится. Таблица давления показывает, насколько можно сбросить давление в шинах. Простое правило: с почвой должно одновременно контактировать как минимум три грунтозацепа, а боковины шины должны иметь равномерный изгиб, но не резкую складку. Чем больший объем воздуха имеет шина, тем безопаснее езда на большой скорости с невысоким давлением. Всю нагрузку несет именно воздух. Разработка последних лет, получившая название Super Volume Tyre – сверхобъемные шины с большим внешним диаметром и небольшим посадочным диаметром обода. Однако обод не может уменьшаться бесконечно, и пределы здесь определяются минимально необходимой для передачи тягового усилия контактной поверхностью, размерами рукава картера моста и степенью раскачки шин с большой высотой боковин. При правильном применении положительный эффект могут обеспечить и сдвоенные колеса: в зерноуборочных комбайнах они обеспечивают такую же опорную площадь, как и гусеничный ходовой механизм. Однако и здесь давление должно оставаться на достаточно низком уровне!

Регулирование давления во время езды

Мягкие шины для поля – жесткие для шоссе. Кто любит свое поле и хочет сберечь шины, тот регулирует давление. Системы регулирования давления щадят почву и шины, позволяют использовать шины намного раньше, достигать образование неглубокой колеи, уменьшая при этом потребность в тяговой мощности и топливе. Существуют как простые, так и полностью автоматические системы, у которых регулирование давления может осуществляться:

■ после остановки машины при помощи блока управления, соединяемого шлангами со всеми четырьмя колесами.
■ Во время движения с внешней стороны или через ось.

У традиционных компрессоров тормозных систем часто не хватает мощности для полноценного регулирования давления в шинах. Их можно заменить более производительными установками. Однако если система предполагает подключение шин прицепа, без дополнительного воздушного насоса обойтись не удастся.

Винтовые компрессоры отличаются компактностью, производительностью и высокой стоимостью. Иногда можно последовательно подключить несколько стандартных компрессоров. Приводятся в действие они либо механически (например, при помощи переднего вала отбора мощности), либо гидравлически (предпочтительнее всего при помощи системы впрыска Load Sensing). И хотя шасси прицепа имеет значительно больше свободного места для размещения компрессоров, монтаж их на тракторе, безусловно, более рационален.

Сократить время регулирования позволяют дополнительные воздушные баллоны (ресиверы), а также трубопроводы и клапаны большого диаметра.

Такие системы предлагаются уже не только в качестве дополнительного оборудования. Определить по внешним признакам, исчерпаны ли возможности шины, очень тяжело. И здесьможет быть очень кстати система Soil-Load-Monitor (SLM), продемонстрированная на выставке „Агритехника“ компанией Grasdorf-Wennekamp и отмеченная там серебряной медалью. Устанавливаемый на ободе ультразвуковой датчик измеряет фактический упругий прогиб шины. На основании этих данных, а также нагрузки и скорости, система определяет минимально возможное давление в шине. Это позволяет предупредить повреждения шин вследствие слишком низкого в них давления.

Широкие дороги для мягких подошв

Узкие шины испытывают значительные нагрузки при использовании разбрасывателя удобрений или опрыскивателя. Боковые стенки этих „отрезных дисков“ имеют небольшую высоту, внутреннее давление достигает 8 бар и структура почвы повреждается на довольно большую глубину.

Свободные колеи становятся все более глубокими и неровными, вода перестает из них вытекать или образует на склонах эрозионные русла. В итоге бесцельно теряются целые дни полевых работ. При той же нагрузке узкие шины оставляют в три раза более глубокие следы, чем широкие, щадящие почву. Скапливающаяся в колеях вода ведет к еще большему их уплотнению. Вывод: узкие шины отжили свое время – пора уступить дорогу!

Поскольку ширина захвата опрыскивателей и разбрасывателей удобрений постоянно растет, засевая поле, можно смело перекрыть один из рядов сеялки на колею, что позволит использовать более щадящие почву шины. На пропашных культурах также все более заметной становится тенденция к использованию свободных колей. Для этого новые посадочные машины и устройства точного высева имеют электронную систему управления.

Легче – значит лучше

Чем меньше вес воздействия на почву, тем лучше. Максимальные значения нагрузки на колесо имеют место в уборочных машинах с большими бункерами, а также в машинах для перевозки различных грузов, например, цистернах для жидкого навоза. При использовании шланговой системы тяжелый транспорт остается стоять на краю поля, а по полю ездит как можно более щадящий почву трактор с распределителем. Перегружающие прицепы позволяют уменьшить число ненужных ходок уборочной машины для разгрузки, и укомплектованы они соответствующими шинами.

Копатели-погрузчики для уборки свеклы или картофеля оснащены собственными бункерами. Будущее же принадлежит новым легким материалам и оптимизированным конструкциям. Новые конструкторские программы позволяют лучше симулировать реальные нагрузки, способствуя при этом экономии материалов. Новое поколение навесных приставок Krone для кормоуборочных комбайнов весит на 400 кг меньше при той же ширине захвата. Детали из высокопрочных сортов стали выдерживают здесь те же нагрузки, имея значительно  меньшую толщину. Многие кукурузные початкособиратели имеют сегодня пластиковые кожухи.

Выше сцепление – меньше буксование

Буксование – это потери в чистом виде. Это не только перерасход топлива, но и нарушение структуры почвы. Меньшее давление в шинах способствует лучшему их сцеплению с почвой. Однако при всем при этом без балласта протяжка тяжелых орудий невозможна. Колесные и передние балластные грузы улучшают силу тяги и снижают интенсивность пробуксовки. Очень важно при этом, чтобы навешивание и снятие грузов производилось легко и не занимало много времени. При обработке поля и уходе за посевами масса трактора должна быть небольшой. Это положительно скажется не только на кошельке фермера, но и на состоянии трактора.

Вследствие затягивания плуги и культиваторы в рабочем положении оказывают на трактор такую же нагрузку, как и в поднятом. Поэтому гибридный плуг работает на поле как навесной, перенося основную нагрузку на трактор. При развороте на краю поля он ведет себя как полунавесной плуг и перемещается на собственном колесе. При работе с навесными орудиями трактор требует установки балластных грузов. Гидравлические цилиндры системы увеличения сцепления и здесь используют нижнюю тягу культиватора, прижимая к почве заднюю ось трактора. Таким образом, на тягач может быть перенесено до 2 т нагрузки. Верхние цилиндры, например, в цистернах для перевозки жидкого навоза, хотя и работают в другом направлении, но выполняют ту же функцию: они устанавливаются на центральную тягу системы навески и прижимают к земле переднюю ось трактора. Благодаря использованию подвижных осей в прицепах, их нагрузка на дорожное покрытие не выходит за законодательно установленные рамки. На поле же сдвигающийся назад мост обеспечивает большую опорную нагрузку и сцепление.

Если для верхнего слоя почвы многократное прохождение колес не особенно критично, то в более глубоких слоях уплотнение нарастает при каждом последующем воздействии. В настоящий момент раз работаны (в первую очередь для тяжелых машин) концепции шасси, позволяющие избежать многократного прохождения колес по одной и той же колее:
■ Многоколесные шасси: компания Pоеttinger предлагает в качестве опции прицеп-погрузчик с восьмиколесным шасси, в котором ширина контактного пятна колес приближается к
габаритной ширине машины.
■ Выдвижные колеса: один из мостов цистерны для пере возки жидкого навоза от Schuitemaker может выдвигаться. Колеса этого моста движутся со смещением на одну колею. Компания Holmer разработала подобную систему для сдвоенных шин. Выдвижной механизм интегрирован здесь в колесный обод. Такая система обеспечивает лучшую боковую устойчивость при работе на склонах, при движении же по шоссе габаритная ширина машины не превышает установленные нормы.
■ Гусеницы плюс колеса: в свеклокопателе Grimme Maxtron спереди используется гусеничный ходовой механизм, а сзади – управляемая ось с двумя широкими колесами. Гусеничный механизм может выдвигаться в стороны для обеспечения большей устойчивости при работе на склонах.
■ Движение со смещением колей: благодаря системе управления поворотом всех колес, они движутся параллельно друг другу, а не по одной колее. Благодаря дополнительному шарниру в шасси, рабочий орган свеклокопателя может работать под прямым углом к направлению движения. По этой же причине Claas комплектует модели Xerion, предназначенные для работы с оборудованием передней навески при движении со смещением колей, поворотной гидравлической системой навески. Благодаря электронной системе управления осями,
например, разработанной компанией Fliegl, со смещением колей могут двигаться даже прицепы. 

GPS-системы с корректирующим сигналом демонстрируют точность в пределах нескольких сантиметров. Определение позиции с такой точностью может быть полезным и для защиты
почвы. И использовать это можно различным образом:

■ Внесение в память актуального положения свободной колеи: если известно их точное расположение, колею можно с большой точностью разрыхлять, в том числе и после обработки стерни, используя для этого всего три или даже два зубца рыхлителя.
■ Постоянные свободные колеи: свободные колеи остаются на одном и том же месте из года в год. При рядковом посеве GPS-управление обеспечивает точную их прокладку. Ряды
остаются неповрежденными, в том числе и после уборки урожая. Однако здесь возникает вопрос: что происходит, если колеи с каждым годом становятся все более неровными?
■ Controlled Traffic Farming (CTF): при использовании этого метода вся обработка – от подготовки почвы до уборки урожая – осуществляется по четко установленной схеме расположения колей. Езда по остальной площади абсолютно запрещена. При последовательном внедрении метода CTF необходимо точное согласование значений ширины колеи всех
используемых машин и ширины захвата всех сельскохозяйственных орудий. И, в первую очередь, это касается комбайнов и пропашных тракторов. 

Здесь вновь возникает вопрос: если обработка осуществляется по одним и тем же колеям в одном и том же направлении, не приведет ли это в долгосрочной перспективе к образованию неровностей?

Больше опоры – на дорогих гусеницах

Но у колес есть свои пределы роста, особенно если при этом не хочется нарушать ПДД. Альтернативное решение: ходовой механизм с резиновыми гусеницами. Такое оборудование может устанавливаться как на заводе-изготовителе, так и впоследствии в качестве замены колесам.

Опорная площадь растет при этом не в ширину, а в длину. Поскольку с почвой одновременно контактирует много грунтозацепов, гусеничный ходовой механизм передает высокие тяговые усилия. Но на рыхлых и влажных почвах гусеницы могут пробуксовывать.

Однако гусеницы не является автоматически синонимом лучшей защиты почвы: в гусеничных механизмах первых поколений под направляющими роликами и опорными катками имели место значительные пики давления. Именно поэтому современные гусеницы имеют преднатяг до 20 т, что способствует сохранению структуры почвы, но и увеличивает сопротивление качению. Заметьте, длинные гусеницы оказывают на грунт срезающие нагрузки, особенно ощутимые на резких поворотах.

При движении на шоссе по комфортабельности гусеничная техника сильно уступает колесным транспортным средствам, несмотря на появление новых подрессоренных опорных катков. На поле же гусеницы лучше сглаживают неровности почвы, чем колеса. Но оборудование машины гусеницами – дорогое удовольствие. При этом еще необходимо убедиться в том, что производитель допускает подобное переоборудование.