Eksploatacja opon – cz. 1

O lepszej i tańszej eksploatacji ogumienia maszyny budowlanej mówimy nie wtedy, gdy udało się kupić opony najtańsze na rynku, lecz gdy ich godzinowy koszt eksploatacji osiąga najniższą wartość.

Jak się go oblicza? Do ceny opon należy dodać koszty ich napraw oraz koszty przestojów maszyny związanych z ogumieniem. Tę wartość należy podzielić przez liczbę przepracowanych motogodzin.

Koszty ogumienia będą najniższe, gdy:

1. opony są przeznaczone do przewidywanych warunków pracy (patrz artykuł Guma i powietrze – dobór opon)
2. w trakcie eksploatacji przestrzega się zasad ustalonych przez producenta opon i producenta maszyny.
   

Zasady eksploatacji ogumienia

Głównym celem mądrej eksploatacji opon jest utrzymanie ich jak najdłużej w stanie nadającym się do użytku oraz zminimalizowanie kosztów napraw i czasu przestojów maszyn związanych z ogumieniem. Aby to osiągnąć – jeśli opony są dobrane prawidłowo – należy:

1. utrzymywać prawidłowe ciśnienie
2. nie przeciążać opony
3. nie przekraczać średniej prędkości dopuszczalnej w danych warunkach
4. nie jeździć z ładunkiem na dłuższym dystansie, niż określony podczas doboru opony
5. utrzymywać nawierzchnię miejsca pracy maszyny we właściwym stanie
6. profesjonalnie operować maszyną
7. włączyć obsługę ogumienia do czynności okresowej obsługi technicznej
8. prowadzić zapisy historii eksploatacji ogumienia.

W czasie eksploatacji maszyny może się zdarzyć, że ogumienie będzie musiało przez dłuższy czas być używane w innych warunkach pracy, niż uwzględnione podczas doboru opon. Wtedy jego trwałość może drastycznie się obniżyć. Trzeba sprawdzić, czy nie będzie opłacalna wymiana opon na bardziej odpowiednie.

Starzenie gumy

Pierwsze cztery zasady prawidłowej eksploatacji ogumienia dotyczą największej słabości opon, czyli ich niskiej odporności na temperaturę.

Guma podlega cały czas procesowi starzenia. Polega to na zmianie jej własności fizycznych i mechanicznych pod wpływem tlenu, ozonu, światła słonecznego i ciepła.

Im wyższa temperatura, tym szybciej materiał opony traci odporność na wielokrotne odkształcenia. Pogarszają się nieodwracalnie:

• odporność na ścieranie
• odporność na rozdzieranie
• elastyczność.

Temperatura powietrza w oponie

Opona nagrzewa się ponieważ:

• podczas jazdy odkształca się, czyli jej konstrukcja jest rozciągana i ściskana. W takim procesie część energii mechanicznej zamienia się w ciepło
• najbliżej znajdujące się elementy maszyny, jak hamulce, silnik czy układ chłodzenia przekazują jej ciepło.

Przybliżoną temperaturę powietrza w oponie można zmierzyć w sposób pośredni korzystając z prawa Clapeyrona.

Załóżmy, że ciśnienie w oponie zostało zmierzone przed rozpoczęciem pracy i wynosiło 3,0 bar. Przyjmujemy, że temperatura powietrza w oponie podczas dłuższego (co najmniej kilkugodzinnego) postoju zrównała się z temperaturą otoczenia i wynosi 25°C, czyli (25 + 273) = 298°K.
Po pewnym czasie pracy maszyny w tej temperaturze otoczenia zmierzono ponownie ciśnienie powietrza w oponie i wyniosło wtedy 3,8 bar, czyli było wyższe o około 25%.
To oznacza, że temperatura bezwzględna powietrza wewnątrz opony wzrosła również o około 25%, czyli o 298 × 0,25 = 74 stopnie i wynosi 25 + 74 = 99°C.
Jest to powyżej granicy 80°C uznawanej za bezpieczną temperaturę pracy.

Trzeba więc sprawdzić w specyfikacji opony, czy ciśnienie 3,0 bar jest właściwe dla danego obciążenia opony. Jeśli jest zgodne z zaleceniem producenta, to aby uniknąć przyspieszonego zużycia lub zniszczenia opony trzeba zmienić warunki jej pracy. Można zmniejszyć średnią prędkość jazdy, obniżyć obciążenie lub skrócić dystans.

Według danych firmy OTRACO, jeśli powietrze w oponie radialnej osiąga temperaturę około 120°C, to prawdopodobieństwo jej uszkodzenia z powodu przegrzania wynosi 20%. Praca przy temperaturze 140°C, to już 90% prawdopodobieństwo uszkodzenia opony.

Montaż opony

Montażem dużych opon zajmuje się profesjonalny serwis oponiarski, jednak użytkownik powinien umieć skontrolować jakość tej pracy, jeśli nie chce zbyt często korzystać ze sprężarki w miejscu pracy maszyny.

Technologia zakładania opony na obręcz może być źródłem  problemów z utrzymaniem właściwego ciśnienia w oponie.

Powietrza będzie stale ubywać, jeśli podczas montażu nie jest zachowana czystość obręczy, pierścienia uszczelniającego i stopki opony. Tak się stanie również, jeśli obręcz jest skorodowana.

Procedura Goodyear

Nowa opona musi się „ułożyć” na obręczy, co osiąga się według Goodyear przez wykonanie kolejno następujących czynności:

• napompowanie do ciśnienia 0,5 bar i sprawdzenie, czy wszystkie elementy są właściwie ułożone
• napompowanie do ciśnienia maksymalnego określonego dla tej opony i całkowite spuszczenie powietrza
• napompowanie do ciśnienia odpowiedniego do pracy w danych warunkach.

Procedura Michelin

Procedura pompowania opony po montażu według Michelin jest nieco inna:

• napompowanie do ciśnienia 1,0 bar i sprawdzenie, czy wszystkie elementy są właściwie ułożone
• napompowanie do ciśnienia 5,5 bar, jeśli maksymalne ciśnienie robocze tej opony jest 4,5 bar lub mniej, albo napompowane do ciśnienia 7,5 bar, jeśli maksymalne ciśnienie robocze tej opony jest wyższe, niż 4,5 bar
• wyregulowanie ciśnienia do wartości odpowiedniej dla danych warunków.

Dodatkowe warunki montażu

Maksymalne ciśnienie, do którego można napompować oponę nie może być wyższe, niż maksymalne ciśnienie dopuszczalne dla obręczy. Tę wartość można znaleźć na obręczy albo w jej specyfikacji technicznej.

Po założeniu opony warto użyć płynu do sprawdzania szczelności w instalacjach pneumatycznych. Dzięki temu uniknie się przestoju maszyny, gdy nieszczelność ujawni się podczas pracy na budowie.

Jeśli do zaworu powietrza dostaną się zanieczyszczenia, to będzie nieszczelny. Dlatego zawsze powinien być chroniony kapturkiem lub kaperką. Należy go oczyścić przed każdym zdjęciem z zaworu.

Wymagane ciśnienie powietrza

Ciśnienie podczas pracy

Producent maszyny podaje w podręczniku operatora zalecane wartości ciśnienia w kołach dla normalnych warunków pracy i opon zakładanych w fabryce. Jednak wartości ciśnienia optymalne dla trwałości konkretnych opon pracujących w danych warunkach mogą być inne.

Doświadczony użytkownik jest w stanie ustalić prawidłowe ciśnienie korzystając ze specyfikacji opony. Znajdzie w niej tabelę podającą zależność maksymalnego obciążenia opony od ciśnienia.
Na przykład opona 23,5‑R25 L3 202A2 powinna być napompowana do 6,5 bar, jeśli jest założona na ładowarce służącej do załadunku urobku, czyli poruszającej się z maksymalną prędkością 10 km/godz. (zgodnie z wartością Speed Symbol A2), a maksymalne obciążenie koła jest 15000 kg, czyli maksymalne, do jakiego ta opona jest przeznaczona (zgodnie z wartością Load Index 202).
Jeśli maszyna jest używana do załadunku lżejszych materiałów i obciążenie jednego koła nie przekracza na przykład 10300 kg, to wymagane ciśnienie jest 4,0 bar itd.

Ciśnienie powietrza w oponie powinno być określone po każdej znaczącej zmianie warunków pracy maszyny. Szczególnie wtedy, gdy zmienia się rodzaj materiału lub odległość jazdy z ładunkiem.
Na przykład ciśnienie może być obniżone, aby łatwiej poruszać się w grząskim terenie, a także aby zmniejszyć ryzyko uszkodzenia opony w terenie kamienistym.
Ciśnienie może być podniesione w przednich kołach ładowarki nawet o 1 bar, jeśli ładuje bardzo ciężki materiał, a chcemy poprawić jej stabilność.
Najbezpieczniej będzie, jeśli optymalne ciśnienie określi doświadczony ekspert dostawcy ogumienia.

Ciśnienie podczas dłuższych dojazdów

Mniejsze maszyny często dojeżdżają na plac budowy oddalony o wiele kilometrów. Trzeba wtedy sprawdzić zalecaną wartość ciśnienia na czas dojazdu i maksymalną prędkość jazdy dla takiego trybu pracy określanego w tabelach jako DRIVE AWAY.
Na przykład według specyfikacji opony Goodyear 23,5‑R25 założonej na średniej wielkości ładowarce, gdy maksymalne obciążenie jednego koła nie przekracza 5000 kg, to ciśnienie powinno wynosić 4,0 bar, a maksymalna prędkość ograniczona do 32 km/godz. Po dwóch godzinach jazdy należy zatrzymać się na pół godziny w celu ochłodzenia opon.

Operator musi mieć świadomość ryzyka zniszczenia opon, jeśli będzie jechał szybciej, niż to jest zalecane.

Jednostki miary ciśnienia

W specyfikacjach opon można spotkać różne jednostki ciśnienia powietrza. Najczęściej są to: bar, kPa i psi. Zależności między nimi są następujące:

• 1 bar = 100 kPa
• 1 bar ≈ 14,5 psi
• 100 psi ≈ 7 bar
• 1 psi (lb/in²) = 6,895 kPa

Utrzymanie wymaganego ciśnienia

Warunki pomiaru ciśnienia

Pomiar ciśnienia powinien odbywać się przed rozpoczęciem pracy, gdy temperatura powietrza w oponie jest mniej więcej zbliżona do temperatury otoczenia.

Jeśli pomiaru dokonuje się po zakończeniu pracy, to trzeba pamiętać, że temperatura powietrza w oponie jest zbliżona do temperatury otoczenia po co najmniej 3 godzinach postoju maszyny dla opon o średnicy do 25″ lub nawet do 15 godzin w przypadku opon o średnicy nominalnej 63″. Ciśnienie w rozgrzanej oponie jest wyższe niż nominalne, jednak w żadnym przypadku nie należy go wtedy obniżać.

Częstość pomiarów ciśnienia

Ciśnienie powinno być sprawdzane z częstością określoną w podręczniku obsługi maszyny, zwykle nie rzadziej, niż co tydzień. Jeśli różni się od zalecanego o 10%, to musi być natychmiast skorygowane.

Zmiana ciśnienia niekoniecznie oznacza ubytek powietrza. Może być rezultatem dużej zmiany temperatury otoczenia od czasu ostatniej kontroli ciśnienia. Zmiana temperatury o 3 stopnie wywołuje zmianę ciśnienia o około 1%.

Sposób pomiaru ciśnienia

Opony do maszyn budowlanych mają dużo większe zawory, niż do samochodów. Operator nie zmierzy ciśnienia, jeśli nie ma manometru z odpowiednią końcówką. A jeśli nie ma odpowiedniej końcówki na wąż do pompowania, to nie uzupełni powietrza nawet wtedy gdy wie, że jest za niskie i ma dostęp do sprężarki o odpowiednim wydatku powietrza.

Oczywiście nie jest wystarczająco dokładnym pomiarem ciśnienia kopanie nogą w oponę, ani obserwowanie jej ugięcia. Ten zwyczaj miał jakiś sens mniej więcej przed 1918 rokiem, gdy uważano, że opona była dobrze napompowana (około 7 bar), jeśli „dzwoniła” po uderzeniu młotkiem.

Do sprawdzania ciśnienia jest potrzebne wiarygodne narzędzie o odpowiednim zakresie pomiarowym.

Mało dokładny manometr może negatywnie wpłynąć na koszty firmy, bo opony pracujące z niewłaściwym ciśnieniem szybciej się zużyją. Dlatego powinien być zaliczony do urządzeń kontrolno-pomiarowych, a nie do wskaźników. Wówczas dział jakości jest zobowiązany do jego okresowego sprawdzania.

Zdalny pomiar ciśnienia

Utrzymanie właściwego ciśnienia w oponie jest najważniejszym warunkiem jej długiej pracy. Muszą tym się zajmować operator maszyny i serwisant.

Dużym ułatwieniem będzie upowszechnienie się systemu zdalnej kontroli ciśnienia w oponach TPMS (Tire Pressure Monitoring System) od dawna stosowanego w kilkusettonowych wozidłach pracujących w kamieniołomach. Koszt czujników nie jest duży, a nowoczesna maszyna ma system elektroniczny, do którego czujniki można podłączyć.

Wydatek sprężarki

Napompowanie dużej opony po montażu jest zadaniem serwisu oponiarskiego. Użytkownik potrzebuje sprężarki na miejscu pracy maszyny, jeśli stwierdzi, że ciśnienie w oponie różni się od zalecanego o więcej, niż 10%, a ta różnica nie jest spowodowana podgrzaniem powietrza w oponie podczas pracy.

Brak sprężarki o odpowiednim wydatku powietrza może zniechęcić operatora do regulowania ciśnienia albo spowodować poświęcanie na tę czynność zbyt dużo czasu.

Producenci opon zalecają użycie sprężarki, która zapewni 40 m³/godz. powietrza przy ciśnieniu 10‑12 bar. Taką sprężarkę można mieć na stacjonarnej budowie lub w kopalni, jednak nie uda się jej zainstalować w uniwersalnym samochodzie serwisowym ze względu na niewystarczającą moc agregatu prądotwórczego oraz duży ciężar.

Sprawdzonym rozwiązaniem dla warsztatu mobilnego jest sprężarka o maksymalnym ciśnieniu 10 bar i wydajności 510 litrów powietrza na minutę na ssaniu (22 m³/godz. na wydechu) napędzana silnikiem o mocy 3 kW. Jednak trzeba zwrócić uwagę na długość i średnicę przewodu do pompowania oraz ilość i rodzaj złączek i zaworów, bo te parametry mają większy wpływ na czas pompowania, niż wydajność sprężarki. Przewód o średnicy minimum ½ cala powinien być jak najkrótszy.

***

W następnej części poradnika napiszę o wpływie pozostałych czynników eksploatacyjnych na trwałość i koszty ogumienia.