РОЗВИТОК РУШІЇВ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОЇ ТЕХНІКИ У НОВІТНЬОМУ ПЕРІОДІ
Генадій Клисак,
директор заводу
колісних систем
«Консіма»,
Віктор Марченко,
канд. техн. наук,
Agroexpert (Україна)
Колесо – один з найважливіших винаходів людини, у якому вона перевершила
природу. Але інтенсивний прогрес останніх десятиліть засвідчив, що тут досягнуто
межі. У розвитку машин (за вагою, габаритами, тягою) та за впливом на природу
(ущільнення та стирання грунту, зменшення вологозабезпечення, загальна втрата
родючості) виникли протиріччя, які не можна подолати традиційними технічними
рішеннями. Щорічно у світі зникає до 1 млн. га орних земель… Що ж робити далі?
Оцінити перспективність та ефективність цих конструктивних рішень, спрогнозувати нові новації можливо лише провівши багатосторонній і багаторівневий системний аналіз:
- надсистемний (агротехнології, агробізнес, екологія, загальний розвиток техніки);
- внутрішньосистемний (система технологій і машин, види, потужність та покоління тракторів, агрегатування);
- підсистемний (складові частини, компоненти, елементна база, сервіс).
Рушії та ходові системи
Рушії й ходові системи, що є складовою частиною більшості машин, багато в чому визначають вихідні властивості техніки – масу, габарити, тягово-зчіпні властивості, маневреність; прохідність і терміни виконання робіт; ширину захвату, швидкість та продуктивність робіт; буксування, подрібнення верхнього шару й ущільнення глибинних шарів ґрунту, повітро- і водозабезпечення, вплив на ріст коренів.
Більше того, бурхливий розвиток техніки за цей час призвів до 2- або навіть 3-кратного збільшення зовнішніх впливів: зросли потужність – із 300 до 700 к.с., вага – з 10 – 5 до 40 – 50 т, збільшилося навантаження на вісь – із 10 до 20 т, дорожній габарит за шириною – з 2,5 до 3,5 м, число осей – із 2 до 3 або 4. Сьогодні збільшення цих параметрів дійшло меж, а обмежене воно зазвичай саме рушіями.
А бізнес потребує подальшого зростання продуктивності, врожайності, зниження собівартості, застосування нових технологій. Але природа і конструкції вже з цим не справляються – ґрунт переущільнений, вологи не вистачає, робочі органи машин постійно ламаються і т. д.
Аграрії вже відчули ці проблеми, тому шукають компроміси: відмова від дорогих хімікатів на користь органічного і точного землеробства, розвиток колійних та інших технологій, ретельніший вибір техніки й колісних систем до неї.
На початковому етапі сучасного розвитку сільськогосподарської техніки (кінець 80-х – початок 90-х років ХХ ст.) шини цілком забезпечували існуючі на той момент вимоги. Але вже тоді постало питання щодо зниження тиску на ґрунт до 1 кг/см2 (за ГОСТ 26955-86), і в світі були створені надширокі (понад 1 м) шини наднизького тиску (до 1 кг/см2 типу Terra від фірм Lim і Good Year та ТWIN компанії Trelleborg). Активно йшли розробки гумоармованих гусениць, відбувався перехід із традиційних діагональних шин на радіальні, велися роботи із подвоєння стандартних коліс, тобто починався неабиякий розвиток асортименту сільськогосподарських шин. Почали виходити на ринок нові бренди – Alliance, BKT та ін. Але «законодавцями моди» в шинному світі залишалися Michelin, Good Year і Bridgestone.
У шинній промисловості країн СНД сільськогосподарські шини були «попелюшками», навіть попри успішний експорт їх у Європу. Асортимент серійних типорозмірів агрошин був дуже малий і становив лише 10 – 15 типорозмірів (наразі в СНД їх понад 100), але виробництво тоді було на рівні аж 6,5 – 7 млн шт. щорічно. А лідером була причіпна шина 9.00-16 із річним випуском до 2 млн шт. (сьогодні в СНД випускають до 1,5 млн усіх сільськогосподарських шин, найпоширеніша – тракторно-комбайнова 30,5R32 у десяти модифікаціях).
Колісний трактор
на рисовому полі
Технічна політика
Технічна політика була централізована і координувалася НДІ (науково-дослідні інститути) та ДКБ (державні конструкторські бюро). У той час комбайнові й тракторні шини конструктивно ще відрізнялися між собою (насиченістю і рисунком протектора, габаритами, формою боковини, навантажуваністю). Металевих гусениць, через їх неефективність, ставало дедалі менше. Розробляли нові конструкції рушіїв: випробовували адаптивні колеса Сагова, шини-колеса Гаврикова, крокуючі колеса Ксеневича, активно-технологічні рушії ВІМ.
У кінці 90-х років і на початку 2000-х на ринку сільгосптехніки різко зросли вимоги щодо підвищення продуктивності й потужності тракторів до 400 – 500 к.с., що призвело до збільшення маси техніки до 20 – 25 т. Екологічні шини (Terra) потроху перенацілювали у високонавантажені (до 6 – 8 т із внутрішнім тиском до 2 – 3 кг/см2).
Дедалі більше стали збільшуватися габарити шин за діаметром (до 1,9 – 2,0 м), стиратися відмінності між тракторними й комбайновими шинами (діаметр 32» стає тракторним, а 38» – комбайновим). Із підвищенням вантажопідйомності важких причепів розвивається радіальна серія 15 шин Тwin і з’являються діаметри 26,5» та 30,5».
Проблеми екології (ущільнення й стирання ґрунту) замінюються рішеннями прохідності важкої техніки (особливо на вологих ґрунтах). Розширюється пропозиція ефективних гумоармованих гусениць (моногусениць) і з’являються 4-гусеничні конструкції (QuadTrac.) Водночас тривають розробки щодо змінних гусеничних рушіїв і напівгусеничних ходів. Однак масовий розвиток гусеничних рушіїв стримує їх висока ціна й складна конструкція, що потребує важкого та дорогого сервісу.
Також дедалі ефективнішою стає система здвоювання коліс – як швидкознімних «м’яких» (європейських стяжок), так і високонадійних «жорстких» (американських – барабани, муфти тощо). Трактори починають обладнувати американською системою довгих піввісей із легкими ковзаючими маточинами, що дає змогу здвоювати колеса без традиційних проставок.
Дедалі
ефективнішою
стає система
здвоювання коліс
Збільшення продуктивності (тягового зусилля) техніки йде за класичною схемою підвищення крутного моменту (потужності), збільшення площі зчіпної поверхні (здвоювання коліс) і зчіпної ваги (встановлення обважнювачів). Проблеми деградації ґрунтів (ущільнення, стирання, руйнування структури ґрунту) залишаються на другому плані.
Вплив вітчизняної науково-технічної політики на розробку нових конструкцій агрошин, сільськогосподарської техніки різко зменшується, закриваються центри новацій (ВІСХОМ, НДІ КГШ, НАТІ, Головні ДКБ по тракторах і комбайнах), безнадійно старіє традиційна «Система технологій і машин» та, на жаль, нічим не замінюється. Зростає вплив зарубіжних машинобудівних та шинних компаній, які активно впроваджують нові технології обробітку землі (no-till, mini-till, прямий висів, хімічна прополка та ін.), водночас пропонуючи й відповідну техніку та рушії.
У сфері колісних систем у СНД енергійно діє німецька фірма Grasdorf Wennekamp із великим асортиментом сільськогосподарських шин, коліс та систем здвоювання. Найбільший вітчизняний виробник сільськогосподарських ободів – Кременчуцький колісний завод (КрКЗ) досить успішно освоює нові типорозміри коліс і виходить на зарубіжні ринки. З’являються й регіональні вітчизняні виробники коліс (із 1993 р. в Україні – Науково-впроваджувальний центр «Консіма», у РФ «ЛБР-
групп» та ін.), які постачають споживачам технічно обґрунтовані заміни дорогих імпортних шин, найчастіше в зборі з колесом, а НВЦ «Консіма» розпочинає виробництво вітчизняних систем здвоювання, як «м’яких», так і «жорстких».
10-ті роки XXI ст. чітко визначили пріоритетний розвиток сільського господарства України та активне застосування найрізноманітнішої сільськогосподарської техніки. Водночас посилюються і приховані суперечності села: «ножиці» цін на техніку й зерно, проблеми ринку, питання природних ризиків.
Подальше зростання продуктивності та потужності машин (до 700 к.с.) дійшло до межі, й уже майже неможливо традиційними конструктивними рішеннями реалізувати це технічно. Навіть ефективні «гусениці» можуть вирішити лише деякі проблеми і дають відповіді лише на частину питань.
Українські чорноземи
Чорноземи України стійкі до хімічного навантаження, але дуже сильно схильні до механічного переущільнення й втрати структурності. Щоб уникнути цих проблем хоча б частково, багато аграріїв намагаються мінімізувати ущільнення насіннєвого ложа. Відтак в останні роки намітилася тенденція проведення весняної сівби просапних культур на тракторах із здвоєними вузькими колесами (270 – 320 мм і більше), пропускаючи насіннєвий рядок між шинами. Цим досягається прохідність техніки, але, на жаль, ущільнення йде вниз і на глибині 30 – 50 см «конуси ущільнення» змикаються і негативний вплив подвоюється. Створюється так звана колісна підошва II роду – пласт ґрунту, практично недоступний для розпушування.
Восени для суцільного висівання озимих із застосування важкої техніки повсюдно почали застосовувати практику здвоювання шин шириною 600 – 800 мм. Тут під критику підпадає відстань між шинами, оскільки зовнішні колеса створюють додатковий згин на півосі, що надзвичайно не люблять машинобудівники. Менше 80 мм зазор між шинами робити не можна, інакше вони внизу змикаються (труться) і їх боковини будуть швидше зношуватися. За зазору до 120 мм у ґрунті від поперечних сил створюється сильніше переущільнення – так звана ґрунтова рейка, яка «випинається». Особливо це небезпечно для робочих органів машини – культиваторних лап, сошників сівалок – вони ламаються.
Сьогоднішні досягнення IT-технологій дають змогу сучасним твердомірам (пенетрометрам) визначити, що твердість ґрунтів на глибині понад 40 см доходить до 70 – 80 кг/см2 (за твердості більше 40 кг/см2 ріст коренів пригнічується, а за 60 кг/см2 коріння взагалі перестає рости). Ці підошви – «підплужна» (від робочих органів знарядь) і «колісні» I й II роду (на глибині до 10 – 30 см і глибше 30 см) – все частіше змушують аграріїв замислюватися і шукати нові технології та методи землеробства, а також типи рушіїв машинно-тракторних агрегатів.
Утім, можна сказати, що нині зіткнулися дві антагоністичні тенденції – збільшення механічного впливу на ґрунт з одного боку і втрата природної родючості ґрунту – з другого. (Сюди слід додати й зниження вологозабезпечення через зміни клімату).
Ситуація класична – ця проблема (ґрунтово-аграрна) перебуває на стику різних сфер. Цим займаються машинобудівники, які не надто нею переймаються. Втім, покладатися на хіміків-шинників, які далекі від механіки ґрунту й агротехніки зокрема (навіть пляму контакту шини і тиск на ґрунт ніхто вже не визначає), також не варто.
До інших проблем слід віднести й збільшення майже вдвічі навантаження на задній міст (внаслідок перерозподілу навантажень) за виникнення тягового зусилля та встановлення обважнювачів, що призводить до додаткового переущільнення ґрунту.
Таким чином, питання, пов’язані з відомим усім колесом, стають ключовими для всієї агроінженерії, а точніше агробіомашинерії. А найсумніше те, що вони перекладені на плечі самих аграріїв, які зобов’язані знати і властивості ґрунтів, і клімат, сівозміну й агротехніку, обирати машини та агротехнології, рахувати витрати й прибуток.
До розумних меж така ситуація можлива. Але далі починаються незворотні процеси падіння врожайності, кризи, утворення пустель. Деякі великі агрофірми це лихо відчули вже сьогодні, тому намагаються знайти вихід.
Шляхи вирішення проблеми
Прогнози інноваційних тенденцій сьогодення не дають чіткої відповіді на ці питання, але під час пошуку виходів із цієї ситуації можливо знайти конкретні рішення:
Гумово-армовані гусениці (ГАГ) – ефективні, але через свою специфіку, високу вартість і складності конструкції мають нішу в 5 – 10% ринку.
Гусеничні ходові
системи складніші
та дорожчі
за колісні
Інформаційні високі технології (НТ, JPS, роботи та ін.) – привабливі, вирішують деякі проблеми, але відводять від головних – прохідність, деградація ґрунту тощо.
Машинно-тракторні агрегати (МТА) і трактори ІІІ та IV поколінь (енергозасоби й активні приводні колеса на причіпних робочих машинах – сівалках, бункерах) – перспективні, втім, їх сьогодні практично не розробляють у сільськогосподарському машинобудуванні.
Нові шини – Ultra Flex, LSW – часткові рішення, засновані переважно на традиційних напрямах, і вирішують локальні завдання.
Система
здвоювання коліс
поліпшує
тягово-зчіпні
властивості
трактора
На наш погляд, оптимальні рішення для агрофірм із земельним фондом 5 – 10 тис. га базуються на застосуванні тракторів масою до 12 т і високою потужністю (220 – 350 к.с.) із використанням сучасних агротехнологій та колісних рушіїв. Так, сьогодні це крок назад, але це дуже економічне й оптимальне рішення за обмежених ресурсів і деградації ґрунтів.
Наукові розробки – СУЩҐ і СУВҐ (системи управління щільністю ґрунтів та системи управління вологістю ґрунтів) засновані на «ступінчастому» стандарті тиску на ґрунт, прогнозуванні стану ґрунтів за використання варіантів машинних агрегатів із різними рушіями. Комбінація властивостей ґрунту й погодних умов, специфіки сівозміни та агротехнологій, особливостей агротехніки й інвестицій допоможуть зробити оптимальний вибір техніки для досягнення поставлених завдань – забезпечення прибутковості бізнесу за збереження родючості ґрунту.
Слід також визначити і можливе вирішення ще одного протиріччя – «Машини – Природа» шляхом створення принципово нових рушіїв за типом «адаптивних коліс Сагова».
Agroexpert, 8 (121) / 2018