A mezőgazdasági gumiabroncsokat általában mezőgazdasági termőföldeken vizsgálják a vonóerő-kifejtés, a talajroncsolás, az élettartam stb. szempontjából. A közúton, kemény útburkolaton – például kanyarban – haladó traktor gumiabroncsainak viselkedését nem szokás elemezni. Mivel a mai kerekes univerzális traktorok többségében négykerékhajtásúak, jelen cikkben ezek gumiabroncsainak viselkedését vizsgáljuk kanyarodás közben.
A közúton haladó traktor engedélyezett közúti sebessége várhatóan a közeljövőben 40 km/h-ról 50 km/h-ra fog növekedni. Az új traktortípusok már most is rendelhetők a nagyobb haladási sebességet biztosító erőátviteli rendszerekkel. Érdemes öszszefoglalni közlekedésbiztonsági szempontból a mezőgazdaságitraktor-gumiabroncsok kanyarban való viselkedésének alapvető tulajdonságait és azok következményeit.
A gumiabroncs, a talaj és az út kapcsolatának erőhatásai
A mezőgazdasági gumiabroncsok nagyon összetett terhelésnek vannak kitéve a vonóerő kifejtése során fékezéskor vagy kanyarodás közben. A traktorszerelvény (traktor és függesztett munkagép, pótkocsi) optimális haladásának fenntartása, a kellő stabilitás biztosítása a szántóföldi munkavégzés vagy az országúti közlekedés során a biztonságos üzemeltetés szempontjából kiemelt jelentőséggel bír. Mivel a traktort érő erőhatásokat a gumiabroncsok adják át a talajnak, közútnak, ezért érdemes röviden áttekinteni a gumiabroncs-talaj alapvető terheléseit.
Az egyenesen haladó traktorszerelvény kerekén vízszintesen a vonóerő vagy a fékerő, valamint merőlegesen a traktor + függesztett munkagép össztömegéből adódó terhelőerők terhelik a kerekek abroncsait. Az első és a hátsó gumiabroncsok megválasztásánál (a terhelési index kiválasztásánál) az egy kerékre eső tömegerőből szokás kiindulni, amelynek számszerű nagyságát (Gx) a nehézségi gyorsulás (g) és az egy kerékre eső tömeg nagyságának (mx) szorzata határozza meg Gx= g × mx(1. kép).
A kanyarban haladó traktorszerelvény tömegközéppontjában (súlypontban) centrifugális (helyesebben a centripetális) erő (C) ébred, amellyel szemben a talajon, az úton az oldaltámasztó erő (F) tart ellen.
A centripetális erő (C) számértéke egyenesen arányos a traktorszerelvény tömegével (m), a haladási sebesség (v) négyzetével és fordítva a fordulási (R) sugárral, vagyis C = m × v2/R. Az oldaltámasztó erő (F) a négy keréken ébredő támasztóerők összege, számértéke egyenesen arányos a súrlódási (μ) tényezővel, a nehézségi gyorsulással (g) és a traktorszerelvény együttes (m) tömegével F = μ × g × m.
Az igen összetett gumiabroncs–talaj kapcsolatok egyszerűsített vizsgálata során a problémákat a súrlódási (μ) tényezőhöz kapcsolják, amelyet adott viszonyok esetén méréssel határoznak meg. A súrlódási (μ) tényező értéke függ többek között a gumiabroncs és a talaj anyagi-fizikai-felületi tulajdonságától, a kerék és az út közötti csúszás (szlip) értékétől, a haladás sebességétől, a hőmérséklettől és a levegő relatív páratartalmától stb.
Ha a gumiabroncs és a talaj felfekvő felületét felülről nézzük (2. ábra), akkor megállapítható – például kanyarban való fékezésnél –, hogy a keresztirányú centripetális erő (C) és a hosszirányú fékerők (L) összegével létrejövő (E) eredőerővel kell ellentatani a a kerekenkénti oldalerők összegének (F) a stabil haladás biztosítása érdekében.
A 2 . ábrán vázolt esetben, mivel az eredőerő (E) nagyobb, mint az oldalerők összege (F), a járműszerelvény kanyarban, fékezéskor kifelé fog csúszni, és a jármű viselkedése attól függ, hogy ez az állapot az első tengely kerekeinél vagy a hátsó tengely kerekeinél jelentkezik-e. Az előbbi esetben a traktorszerelvény alulkormányzott, az utóbbi esetében pedig túlkormányzott lesz.
Mi történik a gumiabronccsal kanyarodáskor?
Kanyarodáskor a gumiabroncsra ható erők megváltoznak, amelynek hatására a gumiabroncs igénybevétele és a traktorszerelvény mozgása is megváltozik. Centripetális erő ébred: kanyarodáskor a traktorszerelvény tömegközéppontjában; ez az erő a traktort a kanyar külső része felé tolja. A centripetális erőt a gumiabroncson a talajon keletkező ellenerővel lehet kiegyenlíteni. A haladási sebesség megemelése 40 km/h-ról 50 km/h-ra 25%-os sebességnövekedést jelent, miközben a centripetális erő 56%-kal növekszik. A rossz minőségű, kopott gumiabroncs, az elégtelen abroncslégnyomás vagy a csúszós talaj csökkenti az oldalirányú erő kialakulásának nagyságát, ezzel növeli a traktorszerelvény kicsúszásának veszélyét kanyarban.
Tömegközéppont-áthelyezés lép fel kanyarodáskor: a traktorszerelvény tömegközéppontja kifelé tolódik, ezért a külső gumiabroncsok terhelése megnő. Ilyenkor a külső gumiabroncsok kopása nagyobb lesz, és a gumi felniről való leszakadása veszélyének kockázata emelkedik, különösen alacsony nyomású gumiabroncsok esetén.
Torziós és hajlítási igénybevétel éri a gumiabroncsokat kanyarodáskor (2. kép): a nagy sebességgel kanyarodó nehéz traktorszerelvény gumiabroncsainak külső oldalfalait és peremeit nagy erőhatás éri, amelynek hatására azok jelentős sérüléseket szenvedhetnek el.
Mi történik a traktorszerelvénnyel kanyarodáskor?
A traktorszerelvény optimális esetben a kormánykerék elforgatásával a kívánt íven halad. Nem megfelelő gumiabroncs vagy nagy kanyarsebesség, esetleg kis méretű kanyarsugár, illetve nem megfelelő útviszonyok esetén a kívánt kanyarívtől eltérően halad a traktorszerelvény.
Alulkormányzás esete: azt jelenti, hogy a traktorszerelvény nem a kívánt íven halad a kanyarban, hanem nagyobb fordulási sugárban, mert az első gumiabroncsok kicsúsznak az úton. Ez igen gyakran előfordul, ha az első kerekeken alacsony a tömegterhelés (a vontatott gép túl magas vonószerkezete miatt) és/vagy alacsony a súrlódási (μ) tényező értéke (gyenge minőségű az abroncs vagy szennyezett az út stb.), ezért alacsony lesz az oldalerők összege (F), kis íven, nagy sebességgel haladva nagy lesz a centripetális erő (C ), ugyanakkor nagy a fékerő (L), (vagy értelemszerűen nagyobb a vonóerő). Így az eredőerő (E) nagysága nagyobb, mint az oldalerők összege (F), ekkor a járműszerelvény kanyarban kifelé fog sodródni, csúszni.
Az alulkormányzás mérsékelhető a kormánykerék továbbfordításával, a kanyarban alacsonyabb haladási sebesség betartásával, kisebb fék-, illetve vonóerő-kifejtéssel, nagyobb köríven haladással, jobb minőségű gumiabroncs használatával, az első tengely terhelésének pótsúllyal való növelésével stb. (3. kép).
Túlkormányzás esete: azt jelenti, hogy a traktorszerelvény kisebb ívben halad a kanyarban, mint azt a kormánykerék elfordítása során várni lehetne. Ez akkor fordul elő, ha a hátsó kerekek csúsznak ki az úton. A túlkormányzás ritkábban fordul elő, mint az alulkormányzás, és a fő oka a hátsó keréken az eredőerő (E) nagyobb volt, mint az oldalerők összege (F). Ez létrejön például a nem megfelelő minőségű gumiabroncs és alacsony gumiabroncs-légnyomás alkalmazása, túl nagy vonó- vagy fékerő kifejtése, a nagy sebességgel vett kis ívű kanyar és ebben esetleg erőteljes fékezés, illetve a csúszós talaj vagy szennyezett út stb. esetén.
A túlkormányzás mérsékelhető a kormánykerék ellenirányú elmozdításával, kisebb sebességgel, nagyobb íven vett kanyarodással, a kanyar előtti fékezéssel, nagyobb abroncslégnyomással, nagyobb méretű, prémium gumiabroncs alkalmazásával, a hátsó kerekek pótsúlyozásával, függesztett munkagép használatával stb.
A közlekedésbiztonság és a gumiabroncs
A traktorszerelvényen alkalmazott mezőgazdasági gumiabroncsok minősége döntő fontosságú a közlekedésbiztonság szempontjából, különösen kanyarodáskor. Igen fontos, hogy az előírt terhelési és sebességi indexnek megfelelő gumiabroncs kerüljön felszerelésre. A sérült, elhasználódott vagy nem megfelelő gumiabroncs veszélyeztetheti a kellő tapadás kialakulását és ezzel együtt a járműszerelvény kanyarban való haladásának stabilitását is.
A közlekedésbiztonság érdekében ajánlott a nagy teljesítményű, csúcstechnológiájú gumiabroncsok alkalmazása, amelyek egyébként a mezőgazdasági felhasználás során is több előnyt és gazdaságosabb üzemeltetési költséget eredményeznek.
A gumiabroncsra előírt légnyomásnál alacsonyabb érték használata nagyobb gumiabroncs-deformációt okoz, ez csökkenti az útfelülettel való tapadást, növeli a kicsúszás veszélyét, elsősorban a nagy sebességgel és a kis fordulási sugárral való kanyarodáskor.
Felhasznált irodalom: blog.bridgestone-agriculture.eu/how-reliable-are-your-agricultural-tyres-when-cornering?
Szerző: Dr. Varga Vilmos ny. okl. gépész- és villamosmérnök
