Эксплуатация сельскохозяйственной техники в хозяйствах неотрывно связана с необходимостью ее передвижения по грунтовым поверхностям с продольными и поперечными уклонами и различного вида неровностями (рытвинами, ямами, канавами и т. д.). Одним из факторов, от которого во многом зависит безопасная эксплуатация с/х машин, является их устойчивость, тем более что нарушение устойчивости при эксплуатации приводит к наиболее тяжелым последствиям как для работников, так и для сохранности и исправности техники. О том, что такая проблема существует, свидетельствуют случаи опрокидывания техники, в частности полуприцепа и плуга, отмеченные в 2013 г. в хозяйствах Владимирской области.
Существует несколько видов или типов машин, применяемых в сельскохозяйственном производстве, для которых проблема устойчивости наиболее актуальна. К ним можно отнести: некоторые виды тракторных агрегатов; фронтальные погрузчики; большегрузные прицепы и полуприцепы или другие специализированные транспортные средства, предназначенные для перевозки грузов; опрыскиватели.
Различается несколько видов устойчивости. Во-первых, устойчивость у с/х машин в состоянии покоя, хранения или в отцепленном состоянии. Обеспечение такой устойчивости особенно важно для обеспечения безопасности при агрегатировании машин с тракторами. Как правило, у абсолютного большинства с/х техники такая устойчивость, назовем ее статической, обеспечена, и поэтому не будем ее рассматривать. К статической устойчивости можно отнести и отсутствие перемещения машины при установке ее на уклоне, которое обеспечивается установкой под колеса машины противооткатных башмаков или брусков. Второй вид устойчивости — устойчивость машины при движении, назовем ее эксплуатационной устойчивостью. Потеря устойчивости машиной наблюдается: во-первых, в плоскости, перпендикулярной движению, или в поперечной плоскости (таким образом, у нас получается эксплуатационная поперечная устойчивость), или по направлению движения — так называемая продольная устойчивость.
В данной статье рассмотрим поперечную устойчивость. Оценивать устойчивость машины, машинотракторного агрегата в условиях эксплуатации по фактам опрокидывания и опасно, и накладно. В связи с чем в стране разработана методика оценки устойчивости с/х техники, согласно которой на специальных стендах определяется угол, при котором наблюдается отрыв колес установленной на платформу техники (см. рисунок). Этот угол называется углом поперечной статической устойчивости.
Определение угла поперечной статической устойчивости опрыскивателя
Рассмотрим существующие нормативы угла поперечной статической устойчивости, которые имеются в российских стандартах, устанавливающих требования безопасности к с/х машинам. Итак, угол поперечной статической устойчивости должен быть не менее:
• 35о у тракторов тяговых классов свыше 6 кН;
• 30о у самоходных с/х машин, с/х прицепов, а также у с/х агрегатов, состоящих из тракторов и сагрегатированных с ними машин и орудий;
• 25о для с/х полуприцепов и полуприцепных машин.
Для тракторов тягового класса 6 кН, с/х погрузчиков, самоходных зерно -, кормоуборочных комбайнов, малогабаритных машин для семеноводства и селекции требования к углу поперечной статической устойчивости устанавливаются в «Технических условиях».
Как видим, нормативные значения угла поперечной статической устойчивости значительны, и понятно, что трактора и машины по таким склонам передвигаться не будут. Цель нормативов иная — при соответствии тракторов, машин и машинно-тракторных агрегатов нормативам обеспечить их эксплуатационную устойчивость. Для наглядности можно привести такой пример. На Владимирской МИС испытывались роторные грабли ГДП-6,0, у которых угол поперечной статической устойчивости составлял 21о при нормативе не менее 25о. За время испытаний (один сезон эксплуатации) были отмечены два случая заваливания машины набок.
Начнем с устойчивости колесных тракторов и машинотракторных агрегатов. Для обеспечения устойчивости самих тракторов и с/х агрегатов разработчиками и изготовителями предусматриваются:
• наличие переднего балансирного моста;
• возможность увеличения поперечной колесной базы за счет увеличения ширины колеи колес, установки сдвоенных шин или замены на шины с увеличенной шириной профиля — возможность балластировки самого трактора за счет установки дополнительных грузов или дозагрузки шин.
Следует отметить, что наличие переднего балансирного моста приводит к тому, что сначала при опрокидывании отрываются от опорной поверхности задние колеса трактора, а подсоединение к задней навеске или тягово-сцепному устройству трактора с/х машин, за редким исключением, улучшает устойчивость агрегата и дает возможность использования меньшей колеи без опасных последствий. К редким исключениям относится, например, агрегатирование трактора с правосторонними роторными косилками. В этих случаях требуемая устойчивость достигается за счет увеличения ширины колеи. Например, при агрегатировании тракторов МТЗ-82, «Беларус-82.1» с правосторонними косилками КРН-2,1, КР-2,1, КРР-1,8 и другими требуемый угол поперечной статической устойчивости 30о достигается при установке колес трактора на колею не менее 1600 мм.
У тракторов с регулируемой шириной колеи, что наиболее характерно для колесных тракторов тяговых классов 9–30 кН, нормативный угол поперечной статической устойчивости 35о достигается не на каждой, а только на определенной ширине колеи, что необходимо учитывать при эксплуатации трактора с потенциально склонными к опрокидыванию машинами и при его использовании на транспортных работах. Например, у трактора МТЗ-82 нормативный угол 35о достигается при ширине колеи 1800 мм.
Ухудшение устойчивости наблюдается при монтаже на трактора передних фронтальных погрузчиков, стогометателей и других аналогичных орудий. Норматив по углу поперечной статической устойчивости для данной группы машин задается «Техническими условиями», и зачастую он составляет всего 20о. При монтаже на трактор переднего фронтального погрузчика наблюдается значительная разгрузка заднего моста, особенно с загруженным передним ковшом (например, при монтаже на трактор «Беларус-82.1» погрузчика ПНБ-1200 нагрузка на зад ний мост снизилась с 2360 до 1580 кг при загрузке ковша), что, естественно, ухудшает устойчивость агрегата. При таких условиях обеспечить устойчивость погрузчика возможно за счет расстановки колес на увеличенную ширину колеи (не менее 1600 мм) и (или) установки на заднюю навеску трактора противовеса. Установка противовеса не очень широко практикуется в хозяйствах в силу нескольких причин:
• отсутствия противовеса в комплектации поставки;
• незнания преимуществ, которые дает использование противовеса;
• использования трактора с погрузчиком на нескольких работах, при которых используется задняя навеска трактора и снятие/установка противовеса — дополнительная работа для механизатора.
В то же время использование противовеса кроме улучшения устойчивости имеет еще и следующие преимущества:
• разгружается передний мост и передние колеса трактора и соответственно снижается нагрузка на них и на детали крепления;
• уменьшается износ передних шин;
• улучшаются тягово-сцепные свойства трактора за счет дозагрузки задних колес, что особенно важно при эксплуатации трактора в зимний период.
Есть еще одна большая группа с/х машин, для которых обеспечение устойчивости — наиболее актуальная проблема. Эта группа машин или предназначена для транспортировки грузов и материалов, или эти машины имеют кузова, емкости, в которых размещаются технологические материалы в ходе выполнения технологического процесса. К таким машинам относятся прежде всего сельскохозяйственные прицепы и полуприцепы, а также различные кормораздатчики, смесители-кормораздатчики, опрыскиватели, разбрасыватели органических и минеральных удобрений и т. д. Для всех вышеперечисленных машин характерно, что при их загрузке резко снижается их поперечная устойчивость, что является естественным следствием увеличения высоты центра тяжести при загрузке. Например, угол поперечной статической устойчивости опрыскивателя ОПУ-1/8-2000 при заполнении емкости для рабочего раствора снижается с 31 до 26о, а у другой машины, перевозчика кормов ЗКТ-15, при загрузке кузова зерном угол поперечной статической устойчивости снижается с 29 до 22о. Кроме этого, для данной группы машин имеется еще ряд факторов, которые необходимо учитывать при изготовлении и эксплуатации машин. Рассмотрим некоторые из них. Для прицепов и прицепных кормораздатчиков с поворотным кругом именно наличие этого устройства приводит к снижению устойчивости при поворотах и разворотах, что является следствием разворота переднего моста. Кроме того, для этих машин характерно то, что их устойчивость не может быть улучшена за счет самого простого, казалось бы, решения — увеличения поперечной колесной базы. Для прицепов применение мостов с более широкой колесной базой ограничивается Правилами дорожного движения, в соответствии с которыми ширина транспортного средства при движении по дорогам общего пользования не должна превышать 2,55 м. Таким образом, при эксплуатации прицепов с поворотным кругом обеспечение устойчивости может быть достигнуто за счет исключения перегрузок, выбора безопасных маршрутов, режимов движения, особенно на поворотах и разворотах, т. е. во многом зависит от лица, эксплуатирующего прицеп.
Для кормораздатчиков с поворотным кругом дело обстоит сложнее изза наличия дополнительных факторов, снижающих устойчивость, к которым относятся:
• применение минимально возможной ширины колеи колес (порядка 1600 мм) на машинах для обеспечения возможности движения по проходам животноводческих ферм;
• смещение центра тяжести кормораздатчика вперед и в сторону разгрузки при раздаче корма и разгрузка заднего моста. Все это не способствует сохранению кормораздатчиком устойчивости, особенно на разворотах перед заездом в проходы ферм.
В 2010 г. МИС вынуждена была рекомендовать предприятию-изготовителю снять один из таких кормораздатчиков КТ-10-01с производства. С точки зрения обеспечения устойчивости и, как следствие, лучшей маневренности предпочтительнее выглядят полуприцепные кормораздатчики.
Следующий фактор, который влияет на устойчивость этой группы машин, — это возможность перегрузки. Это касается в первую очередь таких универсальных транспортных средств, как прицепы и полуприцепы, предназначенные для перевозки грузов с различной объемной массой. В настоящее время в сельскохозяйственном производстве все большее применение находят прицепы и полуприцепы большой грузоподъемности — 12 т и более. Для таких транспортных средств характерно наличие кузовов, объем которых позволяет размещать в них грузы значительно большей массы, чем заявленная предприятием-изготовителем грузоподъемность. Например, в кузов полуприцепа ПТС-15 объемом 15 м3 при заявленной предприятиемизготовителем грузоподъемности 15 т можно загрузить до 25 т гравия или 30 т влажной земли.
Перегруз прицепа, полуприцепа, кроме повышенной нагрузки на агрегаты и шины транспортного средства, приводит к увеличению высоты центра тяжести, а также к увеличению амплитуды колебаний кузова и самого прицепа вследствие увеличения прогиба рессорной подвески (при наличии) и величины деформации шины и, как следствие, снижению устойчивости. Уменьшение объема кузова для большегрузных прицепов и полуприцепов с целью исключения перегрузки представляется нецелесообразным из-за того, что значительную долю при эксплуатации занимает перевозка грузов, объемная масса которых позволяет загружать весь объем кузова без превышения заявленной грузоподъемности (например — перевозка зерна, силоса, сенажа и т. д.). Поэтому часть производителей прицепов ввело в эксплуатационную документацию рекомендации о степени заполнения кузова в зависимости от объемного веса перевозимого груза, о чем необходимо знать и помнить механизаторам, эксплуатирующим большегрузные прицепы, и их руководителям, так как несоблюдение этих рекомендаций, кроме возрастания вероятности опрокидывания, может быть основанием для отказа в гарантийном обслуживании и ремонте.
Следующий фактор, на который следует обращать внимание, а особенно при эксплуатации большегрузных прицепов и полуприцепов, — давление в шинах. Этот фактор часто игнорируется механизаторами, и зачастую вся диагностика давления в шинах заключается в визуальном осмотре шин и постукивании по шине ногой. Как правило, изготовители с/х техники, машин указывают требуемое давление в шинах в эксплуатационной документации или наносят указатель давления на саму машину. В крайнем случае требуемое давление приводится на самой шине, где оно обычно указывается вместе с допустимой нагрузкой на шину. Недостаточное давление в шинах приводит к повышенной деформации той шины, в сторону которой произошел наклон прицепа при движении и, как следствие, к возрастанию амплитуды раскачивания прицепа, что не способствует его устойчивости. Особенно это сказывается, если прицеп или полуприцеп еще и перегружен. Избыточное давление в шинах устойчивости не ухудшает, но могут возникнуть проблемы с прочностью самой шины. Здесь следует отметить, что допускается определенная перегрузка шин при одновременном снижении скорости движения и без повышения давления в шинах. Например, для часто используемых на прицепах шин с индексом скорости А8 (40 км/ч) перегрузка может достигать 50 % при условии снижения скорости с 40 до 10 км/ч.
Еще один фактор, который влияет на устойчивость, — конструкционное исполнение рессорной подвески прицепов и полуприцепов, от которого зависит ход рессорной подвески. Увеличенный ход рессорной подвески наблюдается при недостаточной жесткости и при отсутствии ограничения хода рессорной подвески.
Потеря устойчивости у с/х машин при движении происходит в момент, когда проекция центра тяжести на грунт при наклоне и раскачивании выходит за пределы опорной поверхности колеса. При этом прицепы и полуприцепы, особенно большой грузоподъемности, относятся к машинам, у которых наблюдаются наиболее значительные колебания в поперечной плоскости при движении по неровным поверхностям. Амплитуда колебаний прицепа, полуприцепа зависит и от положения центра тяжести, и от давления в шинах, и в значительной степени — от жесткости подвески, а также наличия устройства ограничения хода подвески. Чем больше прогиб рессор, тем большая амплитуда колебаний и вероятность опрокидывания. В сезоне 2013 г. специалистами МИС испытывался полуприцеп грузоподъемностью 15 т, у которого рессорная подвеска включала в себя всего два листа (в то время как у других полуприцепов той же или близкой грузоподъемности устанавливаются рессоры как минимум из трех листов), а ограничитель хода отсутствовал. В результате за сезон работы было отмечено три случая заваливания полуприцепа набок.
Наличие значительной амплитуды колебаний и неустойчивое поведение машины имеют еще одно последствие, о котором необходимо сказать несколько слов. Это неблагоприятное моральное, психофизическое воздействие на механизатора, которое приводит к снижению эксплуатационных характеристик машины, т. е. механизатор старается меньше загружать и снижает скорость движения для предотвращения опрокидывания.
Следующий момент, на который хотелось обратить внимание, — какими тягово-сцепными устройствами оборудованы сагрегатированные друг с другом трактор и с/х машина. Особенно это важно при эксплуатации большегрузных прицепов или полуприцепов.
Дело в том, что трактора и прицепы, полуприцепы могут быть оборудованы тягово-сцепными устройствами как с жестко закрепленными, так и с вращающимися сцепными элементами. И при составлении агрегатов важно, чтобы одно из тягово-сцепных устройств было с вращающимся элементом, а другое — жестко закреплено. Такое соединение трактора и прицепа, полуприцепа снижает вероятность опрокидывания трактора при опрокидывании прицепа. В то же время недопустимо наличие на тракторе и прицепе тягово-сцепных устройств с вращающимися сцепными элементами, так как в этом случае имеется опасность установки сцепного элемента на тракторе в положение, при котором нагрузка от прицепа, полуприцепа будет восприниматься только фиксирующим шплинтом.
К машинам, которые могут транспортироваться с загруженными емкостями, относятся опрыскиватели. К факторам, снижающим устойчивость, кроме наличия заполняемой рабочим раствором емкости или емкостей, относятся: во-первых, необходимость расстановки колес на узкую технологическую колею (например — 1400 мм), тогда как требуемая устойчивость достигается при большей ширине колеи; во-вторых, снижение устойчивости от динамической нагрузки, которую создает жидкость в недозаполненных емкостях, что особенно проявляется при транспортных переездах, поворотах и разворотах агрегата. Один такой случай опрокидывания опрыскивателя с недозаполненными емкостями произошел в 2013 г. в одном из хозяйств Тамбовской области.
В заключение несколько рекомендаций для лиц, приобретающих и эксплуатирующих с/х технику:
• изготовители и разработчики с/х техники обязаны указывать в эксплуатационной документации на возможные риски и опасности, связанные с ее эксплуатацией, и меры, как их избежать. Прежде чем эксплуатировать с/х технику, необходимо изучить инструкцию по эксплуатации и выполнить рекомендации, в ней приведенные.
При эксплуатации с/х техники учитывать вышеприведенные факторы, влияющие на устойчивость;
• при эксплуатации с/х техники, потенциально склонной к опрокидыванию, использовать, если это возможно, как можно большую ширину колеи опорных колес. Особенно это важно при выполнении транспортных переездов и транспортных работ, при агрегатировании трактора с асимметрично расположенной относительно продольной оси трактора машинами; у фронтальных погрузчиков, стогометателей и других аналогичных орудий; опрыскивателей; при неровном рельефе с/х угодий в хозяйстве;
• избегать транспортных переездов опрыскивателей с заполненными и недозаполненными емкостями с узкой шириной колеи колес;
• использовать противовесы на задней навеске при монтаже на трактор погрузчиков, стогометателей и других аналогичных машин;
• устанавливать и периодически контролировать рекомендуемое давление в шинах;
• избегать перегрузки прицепов, полуприцепов и полуприцепных машин;
• избегать приобретения прицепов и полуприцепов с недостаточной жесткостью рессорной подвески и при отсутстви ограничителя хода рессорной подвески, прицепных кормораздатчиков с поворотным кругом;
• при планировании приобретения тракторов и машин к ним обращать внимание на то, какими тягово-сцепными устройствами трактор и машина снабжены.