CZ301679B6

CZ301679B6 - Zpusob hodnocení pneumatik z hlediska rizika zhutnování pudy

Info

Publication number: CZ301679B6
Application number: CZ20080228A
Authority: CZ
Inventors: Grecenko@Alexandr; Prikner@Patrik; Kavka@Miroslav
Original assignee: Ceská zemedelská univerzita v Praze
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2010-05-19
Also published as: CZ2008228A3

Abstract

Zpusob hodnocení pneumatik z hlediska rizika zhutnování pudy vyjadruje míru ekologického rizika pri pojezdu kola s pneumatikou po mekké pude, v níž vytvárí stopu. Definované riziko je vyjádreno indexem CC rating, který porovnává prumerné zhutnení pudy v hloubkách od 20 do 50 cm pod povrchem s agrotechnicky prípustným kritickým zhutnením.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu určení rizika nadměrného zhutnění vrstev půdního profilu vzhledem ke kritickému zhutnění podomičních vrstev do hloubky 50 cm, a to pro individuální pneumatiky s ohledem na jejich tlak huštění a velikost zatížení podle katalogových hodnot.

io

Dosavadní stav techniky

Ochrana zemědělské půdy proti škodlivému zhutnění půdního profilu způsobenému používáním těžké mechanizace je v posledních letech velice diskutované téma. Na základě literární rešerše světových vědeckých a odborných publikací jsou dosavadní metody hodnocení kompakčního potenciálu pneumatik výhradně nepřímé neboť stanovují a) pouze limitní zatížení kola, nebo b) uvažují tlak huštěni a ekvivalent styčné plochy (kupř. volný průměr a šířku pneu), nebo c) prezentují izobary napětí v půdě. Všechny tyto pokusy stanovit limitní hodnoty zatížení pojezdového ústroji jsou založené na experimentálních výsledcích v různých půdně klimatických podmínkách.

Odlišný směr v předpovědi škodlivého zhutnění půdního profilu je využití simulace zhutnění pomocí matematický modelů a metody konečných prvků. Pokusy vypočítat toto zhutnění jsou doposud prakticky nepoužitelné, neboť studium zhutnění půdního profilu musí zahrnovat i jeho heterogenitu. Pokud tento faktor nebude zohledněn, musí se výzkum v této oblasti ubírat novým směrem a přesně specifikovat limitní hodnoty zatížení a kontaktních tlaků pojezdového ústrojí v homogenních půdních podmínkách.

Podstata vynálezu

Způsob hodnocení pneumatik z hlediska rizika zhutňování půdy, podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se vyjádří riziko, že vozidlové kolo s pneumatikou při jízdě zejména po zemědělské půdě zhutní půdní profil nad agrotechnicky přípustnou mez, přičemž výpočet rizika vychází z katalogových údajů o pneumatice, tj. z rozměrů, tlaku huštění a únosnosti.

Riziko je definováno indexem CC (Compaction Capacity) podle vzorce:

CC = 1000 [(pM-lJ v němž znamená p& [kg/m³] střední suchou objemovou hmotnost standardní zeminy v hloubkách

20 až 50 cm pod povrchem po stlačení kolem a p# mezní (kritickou) objemovou hmotnost příbuzné zeminy na základě pedologického výzkumu. Hodnota CC > 0 značí žádné riziko stlačení, větší CC znamená větší riziko, CC = 100 značí ρ& o 10 % vyšší než/?_ď.

Podkladem k určení ρ& je kompakční profil standardní zeminy (tj. závislost zhutnění pj na hloub45 ce pod povrchem) jakožto následek stlačení virtuální kruhovou deskou, jejíž parametry styčná plocha $ [cm³] a střední kontaktní tlak q_s [kPa] odpovídají parametrům vícenásobného otisku hodnocené pneumatiky na tuhé podložce. Stejně velkou plochu otisku má kolo s pneumatikou na půdě s objemovou hmotností p# při druhém až třetím průjezdu toutéž stopou. Kompakční profil se určí přeměnou příbuzné kompakční funkce změřené v laboratorním půdním kompaktoru po stlačení standardní zeminy modelovou kruhovou deskou o vhodné ploše [cm²] a stejném středním kontaktním tlaku q_s [kPa] jako má hodnocená pneumatika (obr. 1).

Přeměna sestává ze dvou kroků: (1) přepočet hloubky pod dnem modelové desky na hloubku pod virtuální deskou, v níž dojde ke stejnému primárnímu zhutnění standardní zeminy, (2) určení pří-1CZ 301679 B6 růstku zhutnění pod virtuální deskou vzhledem k modelové desce vlivem odlišné hloubky vtisku.

Oba kroky přeměny mohou být počítačově zpracovány.

Vzorový postup vyhodnocení indexu CC pro určitou pneumatiku:

1. změření plochy otisku (styčné plochy) St pneumatiky nahuštěné na tlak p, a nesoucí hmotnost m, dále výpočet středního kontaktního tlaku q< a zahloubení t, této styčné plochy;

2. určení čtyř hloubek z_p pod modelovou deskou o ploše Sp, jež odpovídají jmenovitým hloubkám io 20, 30, 40 a 50 cm pod povrchem půdy pod styčnou plochou virtuální kruhové desky o ploše S_t, neboli pod styčnou plochou hodnocené pneumatiky;

3. první krok přeměny: z kompakční funkce pro kontaktní tlak q, se ve čtyřech hloubkách z_podečtou hodnoty suché objemové hmotnosti p j;

4. druhý krok přeměny: určení diferenční hodnoty suché objemové hmotnosti Ap_d závislé na zahloubení desek s plochami 5, a S_p a výpočet čtyř výsledných hodnot suché objemové hmotnosti Pd = p + Apú

5. výpočet indexu CC: střední velikost ρ& jakožto aritmetický průměr čtyř výsledných hodnot podle bodu (4) se dosadí do upraveného definičního vzorce pro pdi = 1420 kg/m³:

CC = 0,704 p&- /000.

Podmínky hodnocení

Index CC rating je výhradně spojen se standardní zeminou, která má zmitostní klasifikaci hlína nebo jílovitá hlína a Atterbergovu mez plasticity 22 až 23 %, čímž je typická pro zemědělství

3o v mírném pásmu (nachází se kupř. v oblasti Praha-Suchdol). Po navlhčení na vlhkost 85 až 90 % meze plasticity a po temperování po dobu 48 hodin je standardní zemina plněna po vrstvách do nádoby laboratorního kompaktoru s funkčním objemem 70 dm³ a každá vrstva předstlačena deskou velkého průměru tak, aby po naplnění měl obsah nádoby stejnoměrnou suchou objemovou hmotnost rovnou kritické p_di = 1420^±15 kg/m³ (obr. 2). Povrch horní vrstvy představuje povrch půdy, do něhož se provede modelový vtisk (obr. 1). Doba stlačení modelovou deskou je 15 sekund.

Plochy otisku hodnocené pneumatiky na tuhé podložce 5, (jde o plochu obvodovou) se zjišťují vícenásobným otiskem nejlépe na speciálním stendu,

V oblastech s druhem půdy podobným jako je standardní zemina lze spojovat hodnotu CC s výší rizika škodlivého zhutnění takto (CC/výŠe rizika): 0/žádné, 50/malé, 100/značné, 150/velké, do 200/velmi velké, přes 200/nepřijatelnČ velké. V oblastech s podstatně odlišným druhem půdy (kupř. písky, jíly) se hodnota CC vzhledem k označené výši rizika změní (kupř. pro písky se zvý45 ší, pro jíly se sníží). Naznačené absolutní hodnocení bude podléhat vývoji.

Způsob hodnocení pneumatik z hlediska rizika zhutňování půdy má výhodu v tom, že vyhodnocuje přímo závislost mezí zatížením styčné plochy pneu a zhutněním sloupce homogenní půdy pod její osou, obdrženou přepočtem modelových měření v laboratorním půdním kompaktoru (tzv. kompakční funkce), plněném typickou referenční zeminou (Suchdolská hlína) o kritické suché objemové hmotnosti 1420 kg/πτ s průměrnou vlhkostí cca 19,5%.

-2CZ JUlD/y BO

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude blíže vysvětlen pomocí obrázků, kde obr. 1 představuje postup plnění nádoby kom5 paktoru zeminou a vytváření stejnoměrně předstlačeného půdního profilu stlačovací deskou D v předepsaných mezích suché objemové hmotnosti ve sloupci o průměru 70 mm a na obr. 2 je nádoba kompaktoru se zeminou po provedení vtisku modelové kruhové desky C (rozměry v mm).

to

Příklady provedení vynálezu

Způsob hodnocení pneumatik z hlediska rizika zhutňování půdy má následující postup:

is 1. Změření plochy otisku pneumatiky 5, [cm²] nahuštěné na tlak p_t [kPa] nesoucí hmotnost m [kg] podle katalogu pneumatik, výpočet středního kontaktního tlaku q_s [kPa] a zahloubení t, [cm] této styčné plochy;

Rozměří; HJL24(8PR) Rozměr 2:18.4-30 GOPR)

Pí I	1 ^m 1	1 ^s*	1 1		Pí	m \|	s, \|	1 Al I
120 \|	980 \|	1 617	1 ^l55’⁸ 1	2.8	120	2830 \|	1728 1	1 160.6 \|	3.4

2. Určení čtyř hloubek z, [cm] a jejich přepočet na odpovídající hloubky z_p [cm] pod modelovou deskou o ploše S_p [cm];

I 2

z			z		s
20	174	16.0	20	16,6	94
30	274	25.3	30	26,6	14,7
40	374	34,5	40	36,6	20,3
50	47.2	43,8	50	46,6	25.8

3. Z kompakční funkce pro kontaktní tlak q_s [kPa] se ve čtyřech hloubkách z_p [cm] odečtou hodnoty suché objemové hmotnosti p '_d [kg.m‘³];

2

1SS3 160,6

	P'í	z.	P<
16,0	1438,5	9.2	1464,9
25,3	1413,8	14.7	1446.0
34,5	1400,1	204	1427.6
43,8	1391,0	25.8	1415,5

-3CZ 301679 Bó

4. Určení diferenční hodnoty suché objemové hmotnosti Apd [kg/m³] a výpočet čtyř výsledných hodnot suché objemové hmotnosti pd [kg.nrf³];

2

*	P««	L p««	Api	<U	L PiA I	Pífc	Δρ,
155.8	\| 1490,5 \|	f 1476,4	14J	160,6 \|	\| 1614,5 \|	1479,6	134.8

155,8 _160,6

p'í	Δρ,	Pí	Pí	Δρί	Pí
14383		1452,7	1464,9		1599,7
1413,8	14,2	1428.0	1446,0	134,8	1580,8
1400,1	14143	1427,6	1562,4
1391,0		14053	14153		15503

5. Výpočet indexu CC: střední velikost pd* ze čtyř výsledných hodnot pd podle bodu (4) se dosadí do vzorce:

io CC = 1000 [(pdfpdi) neboli pro pdj = 1420 kg/m³ —► CC = 0,704 pds -1000.

i 2

Pl I m I P4, I CC Pl I m l p₄, I CC

120 I 980 Jl425,0 | 4 120 | 2830 | 1573,3 | 108

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

20 1. Způsob hodnocení pneumatik z hlediska ekologického rizika zhutňování půdy, vyznačující se tím, že hodnocení je založeno na přímé vazbě mezi vnějším zatížením standardní zeminy virtuální pevnou deskou, představující styčnou plochu hodnocené pneumatiky na tuhé podložce, a zhutněním profilu zeminy v hloubce 20 až 50 cm pod povrchem, přičemž standardní zeminou je hlína s Atterbergovou mezí plasticity 22 až 23 % o vlhkosti 85 až 90 % této meze

25 plasticity, temperovaná po dobu 48 hodin a rovnoměrně v celém hloubkovém profilu předstlačená na kritickou suchou objemovou hmotnost pdi = 1420^±15 kg/m³, kdy zhutnění zeminy se fyzicky modeluje v laboratorní nádobě, v níž je standardní zemina stlačena kruhovou modelovou deskou menšího průměru než je průměr nádoby a to stejným středním kontaktním tlakem jaký vyvozuje hodnocená pneumatika po dobu 15 sekund, kdy ve sloupci o průměru do 70 mm pod středem této

30 desky se vyhodnotí kompakční funkce, kompakční profil pod virtuální deskou, která simuluje vícenásobný otisk hodnocené pneumatiky se určí přeměnou kompakční funkce ve dvou krocích: (1) přepočet hloubky pod dnem modelové desky na hloubku pod virtuální deskou, v níž dojde ke stejnému primárnímu zhutnění standardní zeminy, (2) určení přírůstku zhutnění pod virtuální deskou vzhledem k modelové desce vlivem odlišné hloubky vtisku a oba kroky přeměny se počí35 tačově zpracují na index CC, vyjadřující riziko škodlivého zhutnění půdy hodnocenou pneumatikou, podle vzorce platného pro standardní zeminu:

-4Vi JU1U(7 DU

CC = 0,704 p^-lOOO, v němž pá značí střední suchou objemovou hmotnost pneumatikou zhutněné zeminy v hloubce od 20 do 50 cm pod povrchem půdy, vyhodnocenou zkompakčního profilu a styčná plocha

5 pneumatiky se v zásadě určí z vícenásobného otisku hodnocené pneumatiky na tuhé podložce pro zadané velikosti zatížení a tlaku huštění.