mgr in¿. Sylwester WEYMANN
Przemys³owy Instytut Maszyn Rolniczych w Poznaniu
Streszczenie
Zwiêkszanie wydajnoœci w produkcji roœlinnej przy jednoczesnym obni¿aniu jej kosztów jest sta³¹ tendencj¹ w rolnictwie. Jedn¹ z dróg realizacji tego celu jest poprawa parametrów eksploatacyjnych maszyn i urz¹dzeñ. Wœród wielu sposobów uzyskania lepszych wyników w trakcie eksploatacji maszyn jest zwiêkszenie ich prêdkoœci roboczej. W pracy dokonano przegl¹du literatury dotycz¹cej prac nad wp³ywem prêdkoœci roboczej mobilnych narzêdzi i maszyn rolniczych na ich parametry eksploatacyjne.
PRZYSTOSOWANIE MOBILNYCH MASZYN
ROLNICZYCH DO ZWIÊKSZONYCH
PRÊDKOŒCI ROBOCZYCH.
Cz. 2. Maszyny do nawo¿enia, siewu, sadzenia
i ochrony roœlin
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA 4/2009
Cel i zakres pracy
Nawo¿enie mineralne
Nawo¿enie organiczne
Celem pracy jest dokonanie przegl¹du, rozpoznanie stanu zaawansowania oraz kierunków rozwoju prac nad wp³ywem prêdkoœci roboczej mobilnych narzêdzi i maszyn do nawo¿e-nia, siewu, sadzenia i ochrony roœlin na ich parametry eksplo-atacyjne. Opracowanie niniejsze jest kontynuacj¹ czêœci 1.
Maksymalne prêdkoœci robocze dostêpnych na rynku krajowym rozsiewaczy nawozów mineralnych wg zaleceñ producentów mieszcz¹ siê w granicach 10-12 km/h [20].
W dostêpnej literaturze niewiele jest informacji o pracach nad rozsiewaczami pracuj¹cymi ze zwiêkszonymi prêdkoœcia-mi roboczyprêdkoœcia-mi. Nale¿y jednak odnotowaæ, ¿e w koñcu lat 70-tych XX wieku opracowano w PIMR konstrukcjê rozsiewacza nawozów mineralnych o ³adownoœci 5000 kg, z dwutarczo-wym odœrodkodwutarczo-wym aparatem rozsiewaj¹cym, na podwoziu samochodu STAR 266 [7]. Zbudowano dwa prototypy, przeprowadzono badania laboratoryjne i wstêpne badania eksploatacyjne. Wnioski i oceny po przeprowadzonych badaniach by³y bardzo pozytywne. Na tym etapie prace przerwano, a prototypy maszyn zosta³y sprzedane. Opinie u¿ytkowników o prototypach rozsiewaczy by³y równie¿ bardzo pozytywne. Maszyny uzyskiwa³y bardzo du¿¹ wydajnoœæ, g³ównie dziêki du¿ej prêdkoœci roboczej wynosz¹cej do 40 km/h. Mimo obiecuj¹cych ocen prac nie kontynuowano.
Celowe wydaje siê powrócenie do tej koncepcji i przepro-wadzenie prac badawczych i wdro¿eniowych maj¹cych na celu opracowanie unowoczeœnionej wersji rozsiewacza dostosowa-nej do aktualnych wymogów rynku.
Dostêpne na rynku krajowym rozrzutniki obornika i wozy asenizacyjne wg zaleceñ producentów mog¹ pracowaæ z prêdkoœciami roboczymi w granicach 10-12 km/h [20]. Rosn¹ce w ostatnim czasie masy i ³adownoœci rozrzutników obornika i przyczep asenizacyjnych (przekraczaj¹ce nierzadko 20 t) i stosowanie w praktyce coraz wiêkszych prêdkoœci robo-czych powoduj¹, ¿e nawet ciê¿kie ci¹gniki o du¿ej mocy z na-pêdem na cztery ko³a nie wystarczaj¹ do ich napêdu. Ponadto
przy tak du¿ych obci¹¿eniach i prêdkoœciach powstaj¹ niekorzystne zjawiska na styku opona-gleba zasygnalizowane ju¿ wczeœniej. Pomocne mo¿e byæ tutaj, poza zastosowaniem specjalnego niskociœnieniowego ogumienia, wprowadzenie napêdu, co najmniej jednej osi [8]. Napêd ten przekazywany bezstopniowo za poœrednictwem silników hydraulicznych zapobiega wystêpowaniu problemów z dostosowaniem prêdkoœci napêdzanych kó³ przyczepy do prêdkoœci kó³ ci¹gnika, jakie wystêpowa³y przy napêdzie z WOM ci¹gnika.
Inn¹ tendencj¹ w konstruowaniu przyczep asenizacyjnych o du¿ej pojemnoœci jest stosowanie zespo³ów jezdnych z nisko profilowymi oponami z uk³adem regulacji ciœnienia w ogu-mieniu. Takie zespo³y jezdne, poza spe³nianiem wymagañ dotycz¹cych dopuszczalnych nacisków na u¿ytkach rolnych, pozwalaj¹ na jazdê po szosie z prêdkoœci¹ powy¿ej 60 km/h, co w istotny sposób skraca czas dojazdu do pola i tym samym zwiêksza wydajnoœæ maszyny [9]. Ponadto niekiedy stosowane s¹ osie o zmiennym rozstawie kó³ (w przypadku rozlewania gnojowicy w czasie wegetacji roœlin) czy te¿ podnoszonej jednej z osi (w uk³adach wieloosiowych), co w czasie rozle-wania powoduje doci¹¿enie tylnej osi ci¹gnika i zwiêkszenie si³y uci¹gu. W zestawach jezdnych wieloosiowych stosowane s¹ coraz powszechniej osie skrêtne, co zapobiega stratom energii podczas przetaczania (szczególnie na zakrêtach) oraz ogranicza naciski i poœlizg kó³ [6].
Prêdkoœci robocze, z jakimi pracuj¹ nowoczesne siewniki i agregaty uprawowo-siewne dochodz¹ do 15 km/h. Wynikaj¹ one miêdzy innymi z d¹¿enia do wykonania wszystkich koniecznych zabiegów zwi¹zanych z siewem w krótkich okresach agrotechnicznych. Poza zwiêkszaniem szerokoœci roboczych, zestawianiem agregatów (uprawowo-siewnych, siewno-nawozowych, uprawowo-siewno-nawozowych) i sto-sowaniem nowych technologii (siew bezpoœredni) sposobem na sprostanie tym wymaganiom jest równie¿ zwiêkszanie prêdkoœci roboczej [11, 17, 18].
Jednymi z wa¿niejszych czynników ograniczaj¹cych prêdkoœæ siewu s¹ (podobnie jak w narzêdziach uprawowych): charakterystyka gleby, parametry redlic i ich parametry pracy [2, 5]. Innym kierunkiem prac zapewniaj¹cym du¿e prêdkoœci robocze siewu jest zastosowanie nowych rozwi¹zañ technologicznych w procesie wysiewania nasion [1]. Wielu Siew i sadzenie
producentów siewników œledz¹c potrzeby rynku przygotowa³o konstrukcje spe³niaj¹ce wiele z tych oczekiwañ [3, 16, 15].
W sadzarkach na prêdkoœæ robocz¹ maszyny najwiêkszy wp³yw ma konstrukcja zespo³u wysadzaj¹cego i mo¿liwe do osi¹gniêcia, podobnie jak w siewnikach, parametry zwi¹zane z przemieszczaniem w glebie organów roboczych [14].
Nowoczesne opryskiwacze zawieszane maj¹ szerokoœci robocze dochodz¹ce do 28 m przy pojemnoœci zbiorników do 1500 l. Coraz wiêkszy jest udzia³ w rynku opryskiwaczy przyczepianych i samojezdnych, których szerokoœci robocze osi¹gaj¹ 45 m, a zbiorniki pojemnoœæ 6-7 tys. litrów [4].
Przy prêdkoœciach roboczych wynosz¹cych najczêœciej 6-10 km/h, a niekiedy przekraczaj¹cych 30 km/h (w przypadku np. opryskiwacza Tecnoma Laser 5200 maks. prêdkoœæ robo-cza wynosi 32 km/h) parametry powy¿sze powoduj¹ konie-cznoœæ rozwi¹zania wielu problemów. Podstawowe z nich to zapewnienie stabilnoœci i kompensacji wychyleñ belek opryskowych, t³umienie ich drgañ oraz zapewnienie równo-miernoœci oprysku. Przeprowadzone symulacyjne badania modelowe pozwoli³y stwierdziæ, ¿e wzrost prêdkoœci z 4 do 12 km/h powoduje niemal czterokrotne zwiêkszenie amplitudy wahañ belki, podczas gdy wzrost ciœnienia w oponach ci¹gnika z 60 do 180 kPa zwiêksza amplitudê tylko o 10% [13]. PóŸniejsze badania prowadzone z agregatem sk³adaj¹cym siê z ci¹gnika John Deere 6300 i opryskiwacza Delvano EAK 24 o szerokoœci roboczej 24 m i pojemnoœci zbiornika 1000 l wy-kaza³y, ¿e najwiêkszy wp³yw na pionowe drgania belki ma prêdkoœæ robocza. Zwiêkszenie prêdkoœci jazdy z 4 do 12 km/h spowodowa³o wzrost pionowych przemieszczeñ koñców belki o 130% [12]. Amplituda drgañ obrotowych wzros³a dziesiêcio-krotnie, a pionowe odkszta³cenia sprê¿yste belki czterokrotnie. Istotny wp³yw na pionowe przemieszczenia koñców belek mia³o ciœnienie powietrza w oponach. Przy zwiêkszeniu ciœnie-nia z 60 do 180 kPa zmniejszy³y siê pionowe przemieszczeciœnie-nia koñców belek o 20%.
Do prowadzenia podobnych badañ zbudowano specjalne stanowisko badawcze o szeœciu stopniach swobody umo¿li-wiaj¹ce badanie drgañ elementów roboczych mobilnych maszyn rolniczych [10].
Badania wp³ywu prêdkoœci jazdy opryskiwacza z rozpy-laczami ze zwê¿k¹ Venturiego na powierzchniow¹ równomiernoœæ oprysku wykaza³y, ¿e rozpylacze UPLD przy prêdkoœci roboczej do 26 km/h i ciœnieniu co najmniej 276 kPa nie powodowa³y wzrostu nierównomiernoœci oprysku [19].
Warto odnotowaæ, ¿e równie¿ w tej grupie maszyn pode-jmuje siê próby bicia rekordów œwiata. W 2004 r. w Szampanii we Francji zosta³ pobity rekord œwiata w godzinnym oprysku. Ochrona roœlin
Rys. 1. Opryskiwacz Tecnoma Laser 5200 Fig. 1. Sprayer Tecnoma Laser 5200
W tym czasie równoko³owy ci¹gnik JCB Fastrac 2140 Quadtronic z nabudowanym zbiornikiem o pojemnoœci 2000 litrów opryska³ 104 ha. Maszyna wyposa¿ona by³a w belkê polow¹ o szerokoœci roboczej 28 m i przeprowadzi³a zabieg z przeciêtn¹ prêdkoœci¹ robocz¹ wynosz¹c¹ 37 km/godz.
Prace badawcze zajmuj¹ce siê wp³ywem prêdkoœci roboczej na parametry pracy ró¿nych grup maszyn i narzêdzi rolniczych prowadzone s¹ wielokierunkowo. Uwzglêdniane s¹ ró¿norakie ograniczenia, z których najistotniejsze s¹ te wynikaj¹ce ze zró¿nicowanych wymagañ agrotechnicznych dla poszczególnych technologii produkcji roœlinnej i stanu techniki, co powoduje, ¿e nie wszystkie maszyny w jednakowym stopniu mo¿na przystosowaæ do pracy ze zwiêkszon¹ prêdkoœci¹ robocz¹.
Rys. 2. Ci¹gnik JCB Fastrac 2140 Quadtronic z belk¹ polow¹ o szerokoœci roboczej 28 m w trakcie bicia rekordu
Fig. 2. World record by spraying 2004. Tractor JCB Fastrac 2140 Quadtronic equipped with spray boom of 28 m working width
Wnioski
Literatura
[1] Brown F.R.; Miles S.J.; Butler J. Design and development of a high-speed dibber drill for improved crop establishment. Projektowanie i dopracowanie siewnika wykonuj¹cego do³ki do siewu z du¿ymi prêdkoœciami, poprawiaj¹cego rozmieszczenie roœlin. J. Agricult. Eng. Res. Vol. 58 nr 4, 1994.
[2] Collins B. A.; Fowler D. B. Effect of soil characteristics, seeding depth, operating speed, and opener design on draft force during direct seeding. Wp³yw charakterystyki gleby, g³êbokoœci siewu, prêdkoœci roboczej i konstrukcji redlic na si³ê uci¹gu podczas siewu bezpoœredniego. Soil Till. Res. Vol. 39 nr 3,4, 1996. [3] Drillen mit Tempo - Die Turbodrill T 300 AS Combi-Speed von
Rabe im dlz-Dauertest. Szybki siew - testowanie trwa³oœci siewnika pneumatycznego T 300 AS Combi-Speed firmy Rabe. DLZ-Agrarmagazin Jg. 50 nr 7, 1999.
[4] Ganzelmeier H. Trends der Pflanzenschutztechnik. Tendencje rozwojowe w technice ochrony roœlin. Landtechnik Jg. 58 nr 6, 2003.
[5] Gebresenbet G.; Jonsson H. Performances of seed drill coulters in relation to speed, depth and rake angles. Osi¹gi redlic siewników nasion w zale¿noœci od prêdkoœci, g³êbokoœci i k¹ta ustawienia. J. Agricult. Eng. Res. Vol. 52 nr 2, 1992.
[6] Gerighausen H-G. Techniktrends für die organische Düngung. Tendencje rozwojowe w technice nawo¿enia organicznego. Landtechnik Jg. 57 nr 6, 2002.
[7] Grz¹dzielewski J.; Jedwabiñski Z.; Sobkowiak B. Badania proto-typu rozsiewacza nawozów mineralnych SRN 5, PIMR 1981. [8] Hahn K.; Kutzbach H.D. Triebachsanhänger - Lösungsansätze
und Potenziale. Przyczepy z osiami napêdzanymi - przyczynki rozwi¹zañ i potencjalne mo¿liwoœci. Landtechnik Jg. 58 nr 5, 2003.
[9] Höner G. Güllefässer mit "Liftachse" und verstellbarer Spur. Przyczepy asenizacyjne z podnoszonym wzglêdem osi zbiorni-kiem oraz ze zmiennym rozstawem kó³. Top Agrar nr 11, 1999. [10] Hostens I.; Anthonis J.; Kennes P.; Ramon H.
Six-degrees-of-freedom test rig design for simulation of mobile agricultural machinery vibrations. Stanowisko badawcze o szeœciu stopniach swobody do symulowania drgañ mobilnych maszyn rolniczych. J. Agricult. Eng. Res. Vol. 77 nr 2, 2000.
[11] Köller K. Trends bei saat und Mineraldüngung. Tendencje rozwojowe w siewie i nawo¿eniu mineralnym. Landtechnik Jg. 58 nr 6, 2003.
[12] Langenakens J.J.; Clijmans L.; Ramon H.; Baerdemaeker J. de The effects of vertical sprayer boom movements on the uniformity of spray distribution. Wp³ywy pionowych ruchów belki opryskiwacza na równomiernoœæ rozk³adu oprysku. J. Agri-cult. Eng. Res. Vol. 74 nr 3, 1999.
[13] Langenakens J. J.; Ramon H.; Baerdemaeker J. De A model for measuring the effect of tire pressure and driving speed on horizontal sprayer boom movements and spray pattern. Model do pomiarów wp³ywu ciœnienia w oponach i prêdkoœci jazdy na poziome ruchy belki opryskiwacza i rozk³ad oprysku. Trans. ASAE Vol. 38 nr 1, 1995.
[14] Munilla R.D.; Shaw L.N. A high-speed dibbling transplanter. Sadzarka do rozsady o du¿ej prêdkoœci. Trans. ASAE Vol. 30 nr 4, 1987.
[15] Przyby³ J. Siew buraków cukrowych przy wy¿szych prêdkoœciach siewników punktowych. In¿. Rol. nr 1(1), 1997. [16] Semoirs -94 modeles en 2000 - directs et rapides. Offrir le
maximum de polyvalence. Siewniki do siewu bezpoœredniego pracuj¹ce z przyspieszonymi prêdkoœciami. Oferowaæ maksimum wielostronnoœci. Fr. Agric. nr 2, 2000.
[17] Szulc T. G³ówne kierunki rozwoju siewników zbo¿owych. Pr. PIMR Vol. 45 nr 4, 2000.
[18]
[19] Womac A.; Etheridge R.; Seibert A.; Hogan D.; Ray S. Sprayer speed and Venturi-nozzle effects on broadcast application uniformity. Wp³yw prêdkoœci opryskiwacza i rozpylacza ze zwê¿k¹ Venturiego na powierzchniow¹ równomiernoœæ oprysku. Trans. ASAE Vol. 44 nr 6, 2001.
[20] WoŸniak W. Ci¹gniki i maszyny rolnicze. Budowa i przezna-czenie. PIMR Poznañ 2004/2005.
Szulc T. Siewniki, g³ówne kierunki rozwoju. Technika Roln. nr 2, 2003.
ADAPTATION OF MOBILE AGRICUTURAL MACHINES TO HIGH OPERATING SPEEDS
Part 2. Machinery and equipment for fertilization, seeding (sowing), planting
and plant protection
SummaryIt is a constant trend in agriculture to increase plant production efficiency while lowering its costs. One of the ways of achieving this goal is to enhance machines and work tools operating parameters. Various ways of improving machine operating results include increasing operating speeds. A review of literature about the influence of mobile agricultural work tools and machines operating speeds on their operating parameters was executed in this study.
