Specifics of certification of agricultural tires with maximum consideration of their operating conditions

Full Text

Введение Проблемы качества и конкурентоспособности продукции носят в современном мире универсальный характер [1]. Экономическая и социальная жизнь любой страны зависит от успешного повышения технического уровня и конкурентоспособности ее продукции. Проблема повышения качества продукции актуальна для любого предприятия. Международный рынок постоянно требует повышения эксплуатационных свойств автомобилей, тракторов, сельхозтехники и других видов мобильных транспортных средств. А их невозможно повысить без существенного улучшения выходных эксплуатационных характеристик шин. Пневматические шины относятся к числу ответственных узлов мобильных средств, оказывающих существенное влияние на их основные эксплуатационные свойства: экономичность, безопасность, устойчивость, управляемость, надежность, комфортабельность и проходимость, и поэтому, как комплексное изделие, подпали в перечень подлежащих утверждению в соответствии с Правилами № 106 для сельскохозяйственных транспортных средств и их прицепов [2, 3, 4]. Для шин тракторов, комбайнов и других мобильных средств сельскохозяйственного назначения характерны специфические режимы работы: это высокие нагрузки в сочетании с длительным движением на повышенных транспортных скоростях, со значительной температурой саморазогрева шины. Эти шины часто эксплуатируются в полевых условиях, на бездорожье, поэтому должны иметь высокую прочность, выдерживать большие нагрузки и перегрузки, противостоять механическим повреждениям, обладать высокими тяговыми и тормозными свойствами на мягких грунтах. Следовательно, к качеству шин предъявляются высокие требования, поэтому для защиты потребителей Европейская экономическая комиссия ООН в 1958 г. подписала соглашение о принятии единообразных условий по проверке на однородность и взаимного признания однородности предметов оборудования и частей транспортных средств, которые действуют на сегодняшний день. В связи с вышеуказанными обстоятельствами в конце 80-х г. прошлого столетия в Европе были созданы независимые научные испытательные центры, аккредитованные лаборатории и испытательные полигоны для проведения сертификационных испытаний шин, оснащенные самой современной испытательной техникой, оборудованием и программным обеспечением. С независимыми центрами и аккредитованными лабораториями производители шин заключали финансовые соглашения по всестороннему испытанию шин. Это объясняется желанием избежать судебных преследований после возможных аварий, связанных с шинами. Однако независимая организация, производившая сертификацию шин, не являлась органом, которая несла ответственность за качество шин, прошедших сертификационные испытания. Ответственность за качество продукции полностью возлагалось на производителя шин [5, 6, 7]. В связи с этим постоянно развивается стандартизация уровня норм на важнейшие показатели шин. Примером может служить обязательное выполнение принятых Европейской экономической комиссией Организации Объединенных Наций (ЕЭК ООН) Правил № 30, 54, 75, 106, 108, 109, а также последнее принятие Правил №117. Цель исследований Разработка рекомендаций по совершенствованию методики проведения сертификационных испытаний сельскохозяйственных шин (Правила № 106), направленных на повышение качества продукции. Методы и средства проведения исследований, результаты и обсуждение Для оценки качества и сертификации пневматических шин в 1950-х г. по инициативе представителей экономически развитых стран под эгидой ООН были разработаны и в 1958 г. приняты «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения шин для автомобилей и их прицепов» (Правила № 30), а также «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения шин транспортных средств неиндивидуального пользования и их прицепов» (Правила № 54), которые действительны во всем мире до настоящего времени. Однако в то время вся сельскохозяйственная техника и машины тягового класса выпускали только на гусеничном ходу или на металлических колесах с шипами, а колеса прицепов иногда покрывали по окружности обода гусматиком. В настоящее время парк колесных тракторов, оснащенных пневматическими шинами, составляет 7080 %. Поэтому разработаны и 7 мая 1998 г. вступили в силу «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения шин транспортных средств неиндивидуального пользования и их прицепов» (Правила № 106). Отметим, что все сельскохозяйственных шины относятся к категории скорости менее 80 км/ч. В Правилах № 106 максимальная контрольная скорость принимается равной 65 км/ч. В Правилах № 30 и 54 введен «индекс несущей способности», определяющий максимальную нагрузку, выдерживаемую шиной при скоростях, соответствующих надлежащей «категории скорости». Последняя трактуется как скорость, при которой шина может выдерживать нагрузку, указанную «соответствующим индексом несущей способности». В Правилах приведены таблицы обозначений категорий и соответствующие им величины скоростей: в Правилах № 30-120 ≤ υ ≤ 210 км/ч, а в Правилах № 54-80 ≤ υ ≤ 210 км/ч. В разделе «Область применения» Правил № 54 подчеркивается, что они не распространяются на «шины, относящиеся к категории скорости менее 80 км/ч», поскольку в этом случае «индекс несущей способности» практически не зависит от категории скорости». К основным эксплуатационным характеристикам шин, предназначаемых для сельскохозяйственных транспортных средств (СХТС), в первую очередь относятся тягово-сцепные качества, экологическая безопасность, грузоподъемность, надежность в эксплуатации. Характерная особенность работы СХТС - низкая скорость и большие тяговые усилия, развиваемые их движителями. Так, в соответствии с ГОСТ 7463-2003, гарантийная наработка шин для тракторов, самоходных шасси и тракторных прицепов при объеме транспортных работ до 30 % задается в интервале скоростей движения 6,4 ≤ υ ≤ 10,9 км/ч [8]. Грузоподъемность сельскохозяйственных шин определяется заданной постоянной величиной расчетного прогиба шины. В ГОСТ 7463-2003 это условие задается величинами наружного диаметра и статического радиуса, а также в приложении 1 «Нормы для выбора режима работы шин при различных условиях эксплуатации» на скорости, не превышающей 30 км/ч [8]. Соблюдение норм по нагрузкам и давлению в шинах обеспечивает постоянный прогиб. Экспериментальной проверкой этого условия [9] и оценивается соответствие грузоподъемности испытуемой шины требованиям, предъявляемым ГОСТ 7463-2003 [8]. Из изложенного следует, что формальный перенос из Правил № 30 и 54 в Правила № 106 показателя «категория скорости» для оценки несущей способности шин для СХТС и их прицепов не обоснован и противоречит установившейся международной практике. Классификация СХТС по типу ходовых систем и другим конструктивным признакам основывается на накопленном опыте их эксплуатации и отражена в соответствующих ГОСТах, международных стандартах, ИСО и включает в себя тракторы, самоходные шасси, комбайны, прицепы, тягово-приводные агрегаты и другие сельхозмашины и орудия. Предназначаемые для комплектации колесных движителей СХТС шины, в соответствии с ГОСТ 7463-2003, классифицируются как шины для ведущих, направляющих и несущих колес. Выпуск шин для ведущих колес в 3-4 раза выше, чем всех других вместе взятых [8]. Классификация СХТС по тяговому усилию основывается на параметре, характеризующем в первую очередь их тяговые возможности как преимущественно тяговых машин, который должен быть стабильным во времени. В соответствии со стандартами СТ СЭВ 628-85 и ГОСТ 27021-86 тяговый класс сельскохозяйственных тракторов определяется номинальным тяговым усилием на крюке [10]. Соотношения между тяговыми классами и категориями тракторов установлены международным стандартами ИСО 730 и приводятся в приложении 4 ГОСТ 27021-86 [10]. В соответствии с ним номинальное тяговое усилие трактора определяется как развиваемое в зоне максимального тягового КПД при соответствующем допускаемом предельным буксовании, значения которого даны в приложении к этому ГОСТу. Экспериментальная оценка номинального тягового усилия трактора проводится по ГОСТ 7057-2001 на стерне колосовых средней плотности и нормальной влажности [11]. Тягово-сцепные качества шин СХТС должны соответствовать их тяговому классу, который оценивается по отраслевой методике [12]. В работе Э.Б. Станкевича [13] изложены теоретические и методические основы исследования тягово-сцепных свойств тракторных шин. Для расчета тяговой характеристики шины сначала экспериментальным путем строят ее базовую характеристику: Мк = f1(Рк) и rк = f2(Рк), где Мк - крутящий момент, подводимый к оси колеса, Рк - сила тяги, развиваемая колесом, rк - радиус его качения, а затем тяговую характеристику: и где δ - буксование колеса, η - коэффициент полезного действия колеса (шины) (рис. 1). На их основании составляется сводная таблица тягово-сцепных свойств шины, определяются оптимальные значения силы тяги и буксования колеса, соответствующие максимальному КПД шины. Сопоставляя полученные результаты с требованиями ГОСТ 27021-86, устанавливают тяговый класс шины и категорию трактора, для комплектации которого ее можно рекомендовать [10]. Как видно из изложенного, в Правилах № 106 вместо показателя «категория скорости», не соответствующего общепринятому методу оценки несущей способности шин СХТС, необходимо ввести показатель «категория тягового класса» в соответствии с ГОСТ 27021-86 [10]. Необходимо рассмотреть ситуациию с охраной окружающей среды и экологической безопасностью. В 1986 г. введены в действие: ГОСТ 26955-86 «Техника сельскохозяйственная мобильная. Нормы воздействия движителей на почву»; ГОСТ 26953-86 «Техника сельскохозяйственная мобильная. Методы определения воздействия движителя на почву»; ГОСТ 26954-86 «Техника сельскохозяйственная мобильная. Методы определения максимального нормального напряжения в почве» [14, 15, 16]. В соответствии с ними у всех шин СХТС, подлежащих межведомственным приемочным испытаниям, в обязательном порядке снимают отпечатки площади контакта с опорной поверхностью (рис. 2) в зависимости от радиального прогиба шины и оценивают максимальное давление на почву и коэффициент неравномерности его распределения по длине контакта (рис. 3). В Правилах № 106 требования этих ГОСТов полностью проигнорированы, что также ставит под сомнение их практическую значимость и целесообразность применения. Необходимо ввести в Правила № 106 определение «максимальное воздействие на почву». Как известно, в настоящее время транспорт - это один из основных источников загрязнения окружающей среды [17]. По некоторым оценкам до 30 % этих загрязнений (особенно канцерогенные вещества, выделяющиеся в процессе износа резины) приходится на эксплуатацию шин. Интенсивность загрязнения окружающей среды шиной пылью уже достигает несколько тонн в час. Учитывая, что СХТС не менее чем наполовину заняты на транспортных работах, их доля в загрязнении окружающей среды существенна. В экономически развитых странах организуется контроль за эффективной эксплуатацией шин, который включает в себя систематическое наблюдение за их техническим состоянием. В нашей стране интенсивность износа протектора с.-х. шин контролируется в соответствии с методиками ускоренных износных испытаний тракторных шин на полигонах [18] (рис. 4) и № 1-84 Государственных испытаний сельскохозяйственных шин на надежность (рис. 5). ГОСТ 7463-2003 регламентирует гарантийные наработки с.-х. шин отечественного производства. Из практики известно, что интенсивность износа зависит не только от условий и режима эксплуатации СХТС, но в первую очередь от износостойкости протекторной резины, которая определяется физико-механическими свойствами, гарантируемыми рецептурным составом, уровнем технологии и качеством изготовления. Методика [18] позволяет оценивать эти свойства постоянным во времени коэффициентом, не зависящим от нагружения колеса, давления воздуха в шине и ее геометрических параметров, а определяемым только физико-механическими свойствами резины. Поэтому для нормирования и контроля уровня загрязнения окружающей среды шинной пылью в Правила № 106 следует ввести определения: «предельно допустимая интенсивность износа» и «показатель износостойкости протектора». Это позволит в процессе сертификации шин СХТС не только оценивать уровень экологической безопасности, но и контролировать качество их изготовления. В качестве примера успешного повышения качества шин можно привести опыт адаптации фирм Вridgestone и Michelin в условиях РФ. Повышение качества шин вышеприведенных фирм базируется на построении системы испытаний, в максимальной степени приближенных к условиям эксплуатации. Интенсивность износа на транспортных работах: - при движении без прицепа ; - при движении с прицепом . Фирма Вridgestone, руководствуется концепцией Всеобщего управления качеством, элементами которого являются акцент на потребителя и постоянное улучшение качества продукции, учитывая возможные перегрузы и изменение средних скоростей движения, и совершенствует шины под каждый конкретный ГОК Кемеровской области. Анализ ходимости шин размера 33.00R51 фирмы Вridgestone мод VRLS в ГОКе «Черниговец» Кемеровской обл. свидетельствует о снижении их ходимости с 91917 км в 2007 г. до 83439 км в 2012 г., что заставило разработать и внедрить новую модель VRDP этого размера. В настоящее время шины находятся в эксплуатации. Анализ ходимости шин размера 33.00R51 фирмы Вridgestone на других ГОКах свидетельствует о постоянном росте их ходимости. Так, в Краснобродском угольном разрезе Кемеровской области с 2007 г. ходимость шин увеличилась по сравнению с 2012 г. с 109,9 до 114 тыс.км пробега, в Осинниковском угольном разрезе Кемеровской области она соответственно составила от 119 до 129,8 тыс.км пробега. И, хотя конкурирующей фирмой в этом регионе является Michelin (у шин этого же размера моделей ХDR B, XDR B4 пробег в 2014 г. составил 117778 км), это свидетельствует о высоком качестве продукции фирмы Вridgestone. Проведенный анализ ходимости шин вышеуказанных фирм показывает, что комплексные испытания они проводят в приближенных к реальным условиям эксплуатации. А реальные условия эксплуатации ежегодно меняются, поэтому и методика испытаний по Правилу № 106 должна быть пересмотрена в сторону максимального приближения к условиям эксплуатации [19, 20]. Вызывает удивление пассивная позиция к содержанию Правил № 106, которую заняли основные потребителя шин СХТС - заводы-изготовители сельскохозяйственных мобильной техники, а также специалисты сельского хозяйства. Правила № 106, как минимум, требуют существенной доработки по аналогии с Правилами № 30 и 54: необходимо дополнить их определениями «категория тягового класса», «максимальное давление шины на почву» и «максимальная интенсивность износа протектора». Можно с большой степенью вероятности предположить, что наиболее категоричные возражения против этого будут исходить от производителей шин. Поэтому было бы весьма желательно, чтобы конструкторы заводов-изготовителей СХТС и специалисты сельского хозяйства высказали свое отношение к этому предложению. Хотелось бы надеяться, что с целью стимулирования повышения качества изготовления современных СХТС и прицепов к ним Госстандарт РФ возьмет на себя инициативу и выступит с предложениями по вопросу приведения «Единообразных предписаний, касающихся официального утверждения пневматических шин для сельскохозяйственных транспортных средств и их прицепов» (Правила № 106) в соответствие с перечисленными требованиями. Проведенный анализ показал, что в начале ХХI века шинная отрасль России столкнулась с парадоксальной ситуацией - отсутствием национальной системы сертификационных испытаний шин. Поэтому каждый шинный завод отрабатывает конструкции шин собственными, имеющимися силами и способами, не представляя шины на испытания в национальную техническую службу по проведению сертификационных испытаний шин мобильных средств. Отсутствием в нашей стране национальной системы сертификации шин обусловлены во многих случаях поломки транспортных средств, приводящие к простоям, а также к возникновению аварийных ситуаций. При серьезных авариях на транспорте, когда нет достаточной ясности причин аварии или ясно, что авария связана с выходом из строя шин, пострадавшие возбуждают судебные преследования производителей, сопровождаемые также выплатой денежных компенсаций. В силу специфических особенностей судебной защиты потребителей в нашей стране шинные заводы не несут больших материальных затрат и уголовных преследований. При этом за потерями потребителей, как правило, скрываются массовые производственные дефекты. Создание в России сертификационных научных испытательных центров позволит обеспечить укрепление и защиту ее позиций на внутреннем рынке шин путем сокращения времени на разработку и испытание новых образцов, а также создать цивилизованное правовое поле, расширив и улучшив тем самым судебную практику по защите потребителей. Вопрос качества шин станет в этом аспекте одной из серьезных проблем для производителей шинной продукции, что потребует принятия ими кардинальных мер по усилению контроля качества. Выводы 1. Для повышения качества шин СХТС и шин тяговых машин рекомендовать Росстандарту РФ пересмотр сертификации Правил ЕЭК ООН № 106 в максимальном приближении к условиям эксплуатации. 2. Рекомендовать Европейской экономической комиссии Объединенных Наций (ЕЭК ООН) пересмотреть Правила № 106 в приближении к условиям эксплуатации или разработать и ввести новые Правила для СХТС и шин тяговых машин с акцентом на потребителей. 3. Рекомендовать Минсельхозу России создание независимого аккредитованного шинного центра. Рис. 1. Базовая характеристика шины 15,5R38 мод. Ф-2А при давлении воздуха Рw = 80 кПа и радиальной нагрузке Сz = 1420 кг на сухой стерне озимых колосовых. Класс шины Ркл = 9,7 кН соответствуют классу трактора 1,4 с двумя ведущими колесами Рис. 2. Отпечатки площадей контакта тракторной шины 7,5L-16 с рисунком протектора «косая елка». Слева - контурная площадь контакта; справа -фактическая площадь контакта по грунтозацепам Рис. 4. Зависимость интенсивности износа протектора I шины 15,5R38 мод. Ф-2А на бетонной дорожке полигона от тяговой нагрузки Ркр на крюке Рис. 3. Неравномерность распределения максимального давления шины 7,5L-16 с рисунком протектора «косая елка» по длине контакта Рис. 5. Зависимость износа протектора Δh шин 15,5R38 мод. Ф-2А от наработки L, T по результатам эксплуатации в Московской области по Методике № 1-84

About the authors

S. V Goncharenko

Voronezh State University of Forestry and Technjlogies named after G.F. Morozov

Email: vip16.vgltu@mail.ru
Voronezh, Russia

Z. A Godzhaev

Federal Scientific Agroengineering Center VIM

DSc in Engineering Moscow, Russia

V. I Pryadkin

Voronezh State University of Forestry and Technjlogies named after G.F. Morozov

Email: vip16.vgltu@mail.ru
DSc in Engineering Voronezh, Russia

A. V Artyomov

Voronezh State University of Forestry and Technjlogies named after G.F. Morozov

Email: vip16.vgltu@mail.ru
Voronezh, Russia

T. Z Godzhaev

Federal Scientific Agroengineering Center VIM

Moscow, Russia

References

Supplementary files