Traktorin vetokyky, vetohyötysuhde ja maan suojelu - Luisto on välttämätön paha

Vaikean viljelyvuoden olosuhteissa korostuvat sekä vetokyky että huoli maan tiivistymisestä ja rakenteen huonontumisesta. Voidaanko maan sietokykyä ja vetokyvyn osatekijöitä jotenkin hallitusti sovittaa toisiinsa? Nyt alkavassa juttusarjassa tarkastellaan traktorin vetokykyä ja maahan kohdistuvaa vaikutusta sekä keinoja niiden toteamiseen ja hallintaan.
Nykyaikaisilla renkailla voidaan käyttää jopa alle 1 barin paineita ja silti ajaa normaalia tienopeutta!

Kumipyörätraktori voi teoreettisesti vetää enintään akselimassansa verran. Käytännössä todellinen vetovoima on huomattavasti pienempi johtuen luistosta, vierintävastuksesta ja muista häviöistä. Keskimäärin kuivissa olosuhteissa vetovoima voi olla noin 60 prosenttia teoreettisesta enimmäisvetovoimasta ja erittäin hyvissä olosuhteissa 70 prosenttia. Märällä savi- ja hiesumaalla vetovoimaksi saadaan vain 30–40 prosenttia teoreettisesta vetovoimasta. Todellisen vetovoiman ja kokonaisakselimassan suhdetta sanotaan vetovoimakertoimeksi. Luisto, vierintävastus ja muut häviöt pienentävät vetovoimakerrointa. Vetovoimakertoimen parantaminen lisäpainoilla ja/tai painonsiirrolla sekä paremmin kantavilla ja pitävämmillä renkailla mahdollistaa suuremman työtehon tai saman työtehon kevyemmällä traktorilla.

Oikea painojakauma on tärkeä

Väärän painojakauman seurauksena vetokyky huononee, polttoaineenkulutus lisääntyy, renkaiden kuluminen lisääntyy tai on epätasaista, ajovakaus huononee tieajossa ja työsaavutus pienenee suuremmasta luistosta johtuen.

Perinteisen pyörätraktorin painojakauma on yleensä taka-akselipainotteinen johtuen traktorin pyöräalustan rakenteesta. Etu- ja takapyörien kokoero sopii yhteen painojakauman kanssa. Valmistajan hyväksymien pyörä- ja rengaskokovaihtoehtojen määrittelyissä on otettu huomioon myös lisäpainotus ja akselimassojen vaihtelu erilaisissa työtilanteissa. Pyöräkohtaisten kuormien tasapainottaminen vetotilanteessa on tärkeä toimenpide vetohyötysuhteen lisäämisessä. Se vaikuttaa merkittävästi myös maahan kohdistuvaan rasitukseen. Vaikutusta voidaan havainnollistaa seuraavalla yksinkertaisella esimerkillä:

Oletetaan, että nelivetotraktorin massa on 5 000 kg josta jakautuu takapyörille 3 000 kg ja etupyörille 2 000 kg. Käytännössä traktori kykenee aikaansaamaan noin 30 kN:n vetovoiman joka vastaa suunnilleen 3 000 kg:n massan nostamiseen tarvittavaa voimaa. Vetokyky on siis noin 60 % traktorin kokonaisakselimassasta. Tämä prosenttiluku kuvastaa ns. vetohyötysuhdetta eli kuinka suuri osa kokonaisakselimassasta on kyseisissä olosuhteissa muunnettavissa vetokyvyksi. Sama voidaan ilmaista laskennallisena vetovoimakertoimena 0,6. Pääasiassa luistoon ja vierintävastukseen hukkuu 40 %. Nelivetotraktorissa lisäpainotus lisää vetokykyä jokseenkin suoraan vetohyötysuhteen mukaisesti. Järkevintä on lisätä painoa eteen, koska sillä tasataan akselimassoja vetävien pyörien kesken ja myös edistetään painonsiirtoa takapyörille vetotilanteessa. Kuvan 1 teoreettisessa esimerkkitapauksessa 1 000 kg:n (10 kN) etupainon lisääminen tuottaa suoraan vetovoimakertoimen mukaisen 6 kN:n lisän traktorin vetovoimaan.

Vierintävastus

”Jos pyörä ei vedä, se jarruttaa”. Menneiden vuosikymmenien nelivetoisuuden mainoslause perustuu siihen, että pyöriessään alustaansa pitkin pyörä kehittää vierintävastusta, joka on sitä suurempi mitä leveämpi pyörän kosketuspinta on ja mitä syvemmälle se uppoaa. Etuveto lisää vetokykyä, mutta ei poista vierintävastusta. Minkä syvemmissä pyöränjäljissä traktori kulkee, sen suurempi on vierintävastus sekä pyörän eteen kasautuvan maavallin että ”ylämäkeen” kiipeämisen vuoksi (kuva 2). Vähäinen uppoama, tasaiset pyöränjäljet sekä pieni puskuvaikutus vähentävät vierintävastusta. Samalla vähenee tiivistymisvaikutus ja polttoaineenkulutus, suoraan itse työssä sekä epäsuorasti alentamalla vetovastusta myöhemmissä muokkaustoimissa. Jonkinlaisena nyrkkisääntönä voidaan sanoa, että 1 cm raidesyvyyttä merkitsee 10 % muutosta polttoaineenkulutuksessa.

Luisto on välttämätöntä

Pyörien luisto ja vierintävastus ovat välttämättömiä pahoja. Teoreettista vetokykyä ei käytännössä saavuteta, koska kumipyörä ei voi muodostaa vetopidossa välttämätöntä kitkaa ellei se leikkaudu alustaansa. Häviöt, kuten luisto, pienentävät vetohyötysuhdetta. Vetokyky kasvaa aina noin 35 % luiston tasolle asti. Toisaalta, luiston lisääntyessä yli 10–12 % tason, vetohyötysuhde heikkenee, sillä luisto on tehon hävikkiä. Optimaalinen luiston määrä on noin 10 prosenttia (kuva 3). Sitä ei silmällä enää huomaa.

Luiston optimoinnista suuri hyöty

Luistoa voidaan vähentää mm. säätämällä rengaspaine käyttöolosuhteisiin sopivaksi, lisäämällä traktorin akselipainoa ulkoisilla lisäpainoilla tai rengastäytöksillä, tasaamalla vetotraktorin pyöräkuormia etu- ja taka-akselin kesken sekä lisäämällä renkaan kontaktipintaa joko käyttämällä levikepyöriä tai suurentamalla renkaita ja hyödyntämällä hydraulisilla nosto- tai vetolaitteilla aikaansaatua painonsiirtoa.

Rengaspaineen pudottaminen 1,8 bar tiepaineesta peltotöihin sopivaan 0,6 bar paineeseen vähentää luiston noin puoleen eli noin 20 prosentista 10 prosenttiin ja kaksinkertaistaa työntekoon saatavan vetovoiman. Samalla polttoaineen kulutus vähenee vastaavasti (kuva 4).

Renkailla suuri merkitys veto- kyvylle ja maan tiivistymiselle

Renkaan optimaalisen vetokyvyn edellytyksiä ovat sopiva ripakorkeus, hyvä itsepuhdistuvuus, suuri halkaisija ja suuri kontaktiala. Renkaan suurentaminen vähentää vierintävastusta ja tiivistymistä. Suuri ilmatila mahdollistaa alhaisen rengaspaineen sekä riittävästi kuormankantoreserviä tarvittavaa lisäpainotusta varten.

Renkaan suurempi ilmatilavuus mahdollistaa alhaisemman rengaspaineen kuormitustilanteessa ja siten myös suuremman kontaktipinnan ja paremman mukautumisen maan pintaan. Tällöin pyörä uppoaa vähemmän ja pintapaine on pienempi, jolloin maa tiivistyy vähemmän. Renkaan kosketusalan tulisi olla riittävän suuri akselimassaan nähden ja renkaan tulisi kantaa mahdollisimman tasaisesti koko kosketusalalla (kuva 5).

Väärän rengaspaineen vaikutuksesta renkaat kuluvat enemmän ja epätasaisemmin – erityisesti tieajossa. Muita haittoja ovat suuremmasta vierintävastuksesta johtuva lisääntyvä polttoaineenkulutus, suuremmasta luistosta johtuva huonompi vetokyky ja heikompi ajomukavuus ja -vakaus. Väärä ilmanpaine myös heikentää työsaavutusta, sillä luisto vähentää etenemää ja lisää riskiä pellon pinnan ja maan rakenteen vaurioitumisesta.

Vetokyvyn ja työsaavutuksen välinen yhteys

Tehon ja momentin välittyminen parhaalla hyötysuhteella liikuttamaan kuormaa tai työkonetta on monen tekijän yhteisvaikutusta. Osa näistä tekijöistä ratkaistaan traktoria ja työkoneita hankittaessa ja osaan voidaan vaikuttaa niitä varusteltaessa ja käytettäessä. Myös vastapelurin – eli maan –ominaisuudet vaikuttavat ratkaisevasti.

Työkoneen tarvitsemaa vetovoimaa voidaan määrittää mitattujen tai laskennallisten vetovastusarvojen avulla. Maan vastus vaikuttaa suuresti tarvittavan traktorin painoon ja moottoritehoon. Esimerkiksi melko jäykällä tai huonorakenteisella savimaalla kyntämiseen tarvitaan vetovoimaa 5×16” auralla noin 45 kN ja nelivetotraktorissa akselipainoa tulee olla 7 000 kg vetovoimakertoimella 0,6 ja moottorissa tehoa 125 kW. Periaatteessa maan rakenteen parantamisella vetovoiman tarve pienenee noin 35 kN:iin ja tarvittava traktorin akselipaino 5 500 kiloon ja moottoriteho 100 kilowattiin.

Vetovoimakertoimen parantaminen pitävämmillä renkailla ja/tai painonsiirrolla mahdollistaa työn tekemisen vieläkin kevyemmällä traktorilla (kuva 6).

Akselimassan vaikutusta maahan ei voi kumota

Muokkauskerroksen alapuolisiin maakerroksiin vaikuttaa pääasiassa akselimassa yksittäisten pyöräkuormien kautta. Vaikutus on maassa ”paineaaltomaisesti” ja säteittäin kaikkiin suuntiin etenevä. Painevaikutus on suurimmillaan juuri renkaan alla ja vaimenee edetessään syvemmälle ja ulommaksi. Vaikutus ulottuu sitä suurempana ja syvemmälle mitä pehmeämpää ja märempää maa on. Oleellista on, ettei akselimassaa ja sen tuottamaa pyöräkuorman vaikutusta voi kumota. Mitä suurempi pyöräkuorma on sitä, sitä syvemmälle painevaikutus ulottuu ja riski maan tiivistymiseen kasvaa (kuva 7).

Painojakauma, pyöräkuorma ja vaikutus maahan reagoivat voimakkaasti vetotyöhön ja vetovoimaan. Pääsääntöisesti veto joko nostolaitteen tai vetopuomin kautta siirtää painoa työkoneelta ja etuakselilta traktorin taka-akselille.  Hydraulinen painonsiirto ja vetovastussäätö lisäävät siirtymää. Myös esim. traktorin painopisteen siirtyminen vaon puolelle perinteisessä kynnössä vaikuttaa.

Liittyvät artikkelit
Kiinnostuitko aiheista?