Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky
Problematika utužení a zhutnění půd technikou v rostlinné výrobě Diplomová práce
Vedoucí práce:
Vypracoval:
Doc. Ing. Jan Červinka, Csc.
Bc. Marek Čáp B BRNO
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma: „Problematika utužení a zhutnění půd technikou v rostlinné výrobě“ vypracoval samostatně a použil pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně.
dne……………………………………. podpis diplomanta…………………….
PODĚKOVÁNÍ
Chtěl bych poděkovat doc. Ing. Janu Červinkovi, CSc. za odbornou pomoc a vedení při zpracování této práce. Dále bych rád poděkoval zemědělské společnosti Agrospol, spol. s.r.o. za poskytnutí techniky a umožnění měření, především agronomovi Ing. Ondřeji Čápovi za vytrvalou pomoc při polním měření a v neposlední řadě i mým rodičům za trpělivost a podporu při mém studiu na MZLU v Brně.
ABSTRAKT Práce se zabývá utužením a zhutněním orné půdy zemědělskou technikou. Popisuje problémy a příčiny vzniku zhutnění. Dále řeší problematiku zpracování půdy a následný vliv na vlastnosti půdy. Polní měření mělo za cíl ověřit, zda na utužení půdy má menší vliv radiální pneumatika a dále jestli je vhodné volit nižší plnící tlak v pneumatice. Byl měřen průběh penetrometrického odporu ve vyjetých stopách traktorových souprav. Výsledky měření odpovídají všeobecnému mínění, že radiální pneumatiky a nižší plnící tlak v pneumatice jsou k půdě šetrnější. Měření bylo do jisté míry ovlivněno suchem, které v roce 2012 panovalo a proto se nepotvrdilo, že zvětšení styčné plochy pomoci dvojmontáží má vliv na menší utužení půdy.
Klíčová slova: půda, zhutnění, pneumatiky, tlak, vlhkost, zpracování
ABSTRAKT The work deals with the compaction and compaction of arable land farming techniques. It describes the problems and causes of compaction. Also addresses the issue of tillage and its effects on soil properties. Field measurements aimed to verify whether the compaction has less influence radial tire and if it is advisable to choose lower filling pressure in the tire. He Measuring the penetration resistance of beaten tracks of tractor trailers. The measurement results correspond to the general perception that radial tires and lower filling pressure in the tire are kinder to the soil. Measurements were to some extent affected by the drought that prevailed in 2012 and therefore could not be confirmed that an increase in contact area twin-aid affects less soil compaction.
Keywords: soil, compaction, tires, pressure, humidity, processing
OBSAH 1
ÚVOD ....................................................................................................................... 7
2
ZHUTNĚNÍ PŮD V ČR ........................................................................................... 7
3
PŘÍČINY ZHUTNĚNÍ PŮDY ................................................................................. 8 3.1
Nedostatečné půdoochranné zpracování ............................................................ 8
3.1.1
Struktura půdy........................................................................................... 10
3.1.2
Omezení erozí ........................................................................................... 12
3.1.3
Hospodaření s vláhou................................................................................ 13
3.1.4
Menší zhutnění půdy................................................................................. 14
3.2
Nevhodná doba vstupu strojů na pozemek a množství přejezdů po pozemku . 14
3.3
Uspořádání půdního fondu ............................................................................... 16
3.4
Technické řešení zemědělských strojů ............................................................. 17
3.4.1 4
ZPŮSOBY MĚŘENÍ ZHUTNĚNÍ PŮDY ............................................................. 33 4.1
5
6
Pojezdové ústrojí zemědělských strojů ..................................................... 18
Hodnocení stavu půdy ...................................................................................... 33
4.1.1
Pohled na pole ........................................................................................... 33
4.1.2
Penetrometrická sonda .............................................................................. 34
4.1.3
Laboratorní zkouška ................................................................................. 35
4.1.4
Kopaná sonda ............................................................................................ 35
OPATŘENÍ PRO ODSTRANĚNÍ ZHUTNĚNÍ .................................................... 36 5.1
Dlátování .......................................................................................................... 36
5.2
Podrývání ......................................................................................................... 37
5.3
Hloubkové meliorační kypření ......................................................................... 38
5.4
Konsolidace zpracovaného profilu ................................................................... 39
POLNÍ MĚŘENÍ .................................................................................................... 40 6.1
Cíl měření ......................................................................................................... 40
6.2
Informace o pozemku ....................................................................................... 40
6.3
Metodika a postup měření ................................................................................ 41
6.4
Měřené veličiny................................................................................................ 42
6.4.1
Šířka a hloubka otisku............................................................................... 42
6.4.2
Délka dotyku pneumatiky s podložkou .................................................... 42
6.4.3
Plocha otisku pneumatiky ......................................................................... 43
6.4.4
Penetrometrický odpor půdy ..................................................................... 44
7
VÝSLEDKY A DISKUZE POLNÍHO MĚŘENÍ .................................................. 46
8
ZÁVĚR ................................................................................................................... 51
9
POUŽITÁ LITERATURA ..................................................................................... 52
10
SEZNAM OBRÁZKŮ ............................................................................................ 56
11
SEZNAM TABULEK ............................................................................................ 57
1
ÚVOD
Nejcennějším majetkem zemědělce, ač se to nemusí na první pohled zdát, není traktor nebo nějaký jiný drahý stroj, ale je to půda. Půda, na které celý rok hospodaří a která mu na oplátku poskytuje zdroj obživy. Proto by si zemědělci a farmáři měli vážit půdy a pečovat o ni jak nejlépe dovedou, protože jenom péčí o půdu si dokáží zabezpečit obživu na roky dopředu. Zhutnění půdy je na mnoha pozemcích vážnou příčinou snížení výnosu. Většinou se jedná o úrodné půdy, u kterých se předpokládá určitý potenciál pro dobrý výnos. Díky zhutnění však nedokáží rostliny využít maximum potenciálu půdy. Tím jde i ruku v ruce snižování efektivity vstupů v produkčním procesu rostlin a zároveň se i zhoršuje hospodaření s vláhou, která je v půdě. Celá tato problematika je obsáhlá a pro potřebné odstranění zhutnění je potřeba širších odborných znalostí. Proto část zemědělců toto téma přechází a myslí si, že se jich to netýká.
2
ZHUTNĚNÍ PŮD V ČR
Zhutnění půdy neboli pedokompakce. Pod tímto pojmem si můžeme představit nežádoucí stav půdy. Tento stav půdy působí negativně na pěstované rostliny, zvyšuje energetickou náročnost pracovních operací, snižuje využívání živin rostlinami a působí negativně na výnos i jakost pěstovaných plodin. Toto jsou nežádoucí vlivy, které zemědělci vnímají v první řadě, protože se týkají především jejich zisků. K mimoprodukčním nežádoucím vlivům to pak jsou zmenšení infiltrace vody, čímž nevsáknutá voda odtéká po povrchu a odplavuje zeminu (vodní eroze), snížení retenční schopnosti půdy, která následně způsobuje rychlejší prosychání půdy a podporuje větrnou erozi. V poslední řadě ještě omezení provzdušnění půdy a s tím související přenos tepla v půdě. [24] Podle situační a výhledové zprávy Půda, kterou vydalo Ministerstvo zemědělství ke dni 1.1.2012 [15] je celková výměra zemědělského půdního fondu České republiky 4 229 167 ha, což je 53,6 % celkové rozlohy půdního fondu ČR. Orná půda zaujímá 3 000 390 ha (tj. 37 % z celkové rozlohy půdního fondu). Zhutněním je přitom ohroženo 49 % zemědělských půd. Část půdy asi 30 % je zhutněno tzv. genetickým zhutněním, dané přirozenými vlastnostmi těžkých půd. Zbývajích 70 % je technogenní zhutnění, které může být způsobeno na jakékoli půdě. Z této zprávy, která analyzuje a hod-
7
notí stav půdního fondu každé čtyři roky je patrné, že problémy se zhutněním stále narůstají a proto je tato problematika více jak aktuální. [15]
3
PŘÍČINY ZHUTNĚNÍ PŮDY
Při řešení této problematiky je zapotřebí na ni nahlížet ze širšího pohledu a brát ji poněkud komplexněji. I když se může na první pohled zdát, že za většinou technogenního zhutnění stojí zemědělská technika, především traktory a sklízecí stroje, tak při hlubším pochopení věcí a půdních procesů, které probíhají v půdě, lze dokázat i s touto technikou pracovat na stejných pozemcích šetrněji a bez větších problémů. Zhutnění půdy podléhá zejména těmto příčinám: -
nedostatečné půdoochranné zpracování
-
nevhodná doba vstupu strojů na pozemek a množství přejezdů po pozemku
-
uspořádání půdního fondu
-
technické řešení zemědělských strojů [24]
3.1 Nedostatečné půdoochranné zpracování Jak již bylo zmíněno, tak na problematiku zhutnění je nutno nahlížet z širšího pohledu, proto je do ní nutné zahrnout i ekonomickou stránku věci, protože ta jak je známo, je až na prvním místě. Prvotním cílem pro každého zemědělce není vysoký výnos, ale nýbrž minimální jednotkové náklady. To jsou minimální náklady na jednotku produkce. V zemědělské praxi však tyto minimální náklady leží blízko maximálního výnosu. [4] Početné výzkumy a praktické zkušenosti ukázali, že maximální výnos nezáleží jen na intenzitě přípravy půdy. Existují půdní podmínky, kde stačí půdu jen minimálně připravit a dosáhne se maximálních výnosů. Pak jsou ale také opačné podmínky, kde je maximálního výnosu dosaženo při obracení půdy pluhem. To znamená, že pro každou půdu je nějaké optimální řešení přípravy půdy. Optimální příprava se nemění jen podle druhu půdy, ale rok od roku. Záleží na počasí a na vlhkosti půdy, kdy po mokré sklizni jsou na poli vyjeté hluboké koleje a proto je půdu potřeba zpracovat do větší hloubky. Naopak tomu může být za suchých podmínek, kdy jsou koleje minimální. Nedá se tedy říci, že existuje jedno všeobecné řešení, které nabízí optimální přípravu půdy, ale dá se říci, že existuje optimální intenzita přípravy pro dané pole, v daném roce a s danou plodinou. [4]
8
Otázka optimální přípravy půdy vychází z otázky orat či neorat. Je pomoci orby dosaženo optimální přípravy? Je touto přípravou dosaženo maximálních výnosů? Nemá orba nežádoucí vliv na strukturu půdy a půdní vlastnosti? Toto jsou otázky, které by zemědělce měli nutit k zamyšlení, zda jejich hospodaření na půdě je opravdu efektivní. Orba pluhem se provádí ve střední Evropě více než jedno století. Zaujímala zde dominující postavení ve zpracování půdy a nepoužívání orby se v dřívější době rovnalo spíše za experimenty nebo se přiřazovalo hospodářům, kteří nemysleli zemědělství vážně. Za tuto dobu každoročního orání lze již objektivně posoudit jaký pozitivní či negativní dopad má na půdu.
Podle intenzity přípravy půdy lze rozdělit přípravu na: -
konvenční přípravu - zahrnuje základní přípravu půdy pomoci pluhu, kdy dochází k obracení půdní skývy do brázdy
-
půdoochrannou přípravu - příprava půdy kypřením bez obracení půdy
-
přímé setí - provádí se bez přípravy půdy
Utužení a zhutnění půdy je velmi blízce spjato se způsobem zpracování. Velmi kyprá půda představuje riziko ztrát půdní vlhkosti, potencionálně snadno degraduje, zhoršuje se klíčivost semen, vede ke slabému zakořenění, které pak může vést k poléhání rostlin nebo vymrzání. Dále vede k mineralizaci a ztrátě organické hmoty, k zprachovatění nebo zhutňování půdy. Takovéto zpracování nejenže má nežádoucí následky, ale je také časově a na pohonné hmoty více náročné. Proto je velmi důležité dosažení správné vyváženosti mezi nakypřením, organickou hmotou a velikostí půdních částic v celém profilu. Toto vše je požadováno při minimu činností. Abychom mohli provádět požadovanou přípravu efektivně, je důležité se rozhodovat a volit pracovní operace podle aktuálního stavu půdního profilu. [7]
9
3.1.1
Struktura půdy
Jak uvádí profesor Richard Godwin v příručce Půda - nejcennější aktivum zemědělství, „Na začátku není na farmě nejdůležitější dvůr plný strojů. Důležité jsou, spolu s rýčem, základní znalosti v následujících oblastech: -
struktura půdy a její vlastnosti
-
její vliv na růst rostlin
-
jak a kdy použít rýč pro vyhodnocení struktury půdy
-
povědomí o tom, kdy je zpracování půdy důležité a kdy ne
-
znalost toho, jaké pracovní nástroje (talíře, radličky, válce) je nutno zajistit.“ [7]
Na obr. 1 je uvedená struktura lehké půdy ve špatném a správném stavu. Povrch (1) u špatné struktury vytváří uzavřenou pevnou krustu bránící pohybu vody. Při srážkách brání vsakování vody a podporuje vzniku vodní eroze, při suchu naopak větrné eroze. Pro vzcházející rostliny vytváří určitou barieru nutnou k překonání. Především z jara brání vysychání půdy. To znamená opožděné setí, nebo použití ještě jedné pracovní operace. Pohyb techniky po poli je rizikový a vystavuje půdu daleko většímu riziku zhutnění. Mezi vrstvami (2) mohou existovat viditelné rozdíly bránící pohybu vlhkosti. Následná vrstva (3) bývá hustá a může vytvářet bloky. Tyto bloky brání růstu kořenů a pohybu vlhkosti. Horizontální trhliny a praskliny převyšují nad užitečnými vertikálními. Často se vyskytuje zhutnělá podorniční vrstva (4). Tato vrstva je důsledkem orby a vytváří barieru pro kořeny, vodu, živiny, vzduch. Orbou zapravené rostlinné zbytky jsou v anaerobních podmínkách a vytváří další bariéru pro kořeny. Při vyrytí hroudy, se hrouda většinou nepodaří rozdrtit rukou. Rozmělnění není dosaženo ani opakovaným spuštěním (2 – 3krát) z jednoho metru na zem. Oproti tomu u dobré struktury je vrchní vrstva (5) tvořena kombinací organické hmoty a hrudek. Působí stabilněji a přiměřené utužení vytváří dobré půdní podmínky pro vzcházení osiva. Přechod mezi vrstvami není znatelný (6), probíhá postupně kombinací menších a větších hrudek. Struktura má velký počet trhlin a pórů, čímž se zlepšuje pohyb vláhy, živin a vzduchu. Často bývá ve struktuře velké množství žížal, které vytváří ještě další kanálky umožňující pohyb vody. Hroudy lze rozdrtit rukou nebo většinou ihned při prvním spuštění z výšky jednoho metru. [7]
10
Obr. 1 Půdní struktura lehké půdy [7] Na obr. 2 je znázorněna struktura těžké půdy v dobrém a špatném stavu. Povrch (1) je tvořen z větších tvrdých hrudek, kde kontakt s osivem je horší. Oproti tomu povrch (2) má lepší kontakt s osivem, ale zase má sklony ke ztrátě vlhkosti a k erozím. Je u něj patrný strukturní přechod, který vytváří barieru pro vláhu. Další vrstvy pod povrchem (4) jsou zhutnělé a bloky které půda vytváří, mají zpravidla mezi sebou více větších vodorovných trhlin než svislých. Při používání orby, dochází často k vytvoření zhutnělé podorniční vrstvy, která vytváří další barieru pro pohyb vláhy, vzduchu a živin. Zapravené rostlinné zbytky mohou nad touto vrstvou vytvářet další barieru pro kořeny rostlin. Hroudy jsou většinou tvrdé a nejdou rozdrtit rukou ani při opakované pádové zkoušce z jednoho metru také nedojde k rozdrolení.
Obr. 2 Půdní struktura těžké půdy [7] 11
Povrchová vrstva (6) je oproti špatné struktuře tvořena kombinací malých a velkých půdních částic se zapravenou a dobře promísenou organickou hmotou. Taková struktura zajišťuje dobrý kontakt půdy s osivem a zadržuje vláhu v půdě a působí odolně proti povětrnostním vlivům. Existuje postupný přechod (7) od kombinace malých částic půdy po kombinace větších půdních částic. Takováto struktura má mnoho větších pórů, umožňující pohyb vláhy, živin a vzduchu v půdě. Tyto póry a trhliny jsou více ve svislém směru, což umožňuje rychlé odvádění vody a živin z povrchu. Často zde bývá i mnoho kanálků od žížal, které napomáhají pohybu vláhy v půdě. Půda má daleko lepší únosnost a přejezdy techniky po ní nezpůsobují takové následky. Při vyrytí hroudy lze hrouda rozdrolit v ruce nebo při spuštění z jednoho metru na tvrdou podložku dojde také k rozdrolení. [7] 3.1.2
Omezení erozí
Erozi lze charakterizovat jako přírodní proces, při kterém dochází pomoci působení vody, větru, sucha a dalších činitelů k rozrušování povrchu půdy a přemísťování půdních částic. Jedná se o nežádoucí jev, při kterém je u vodní eroze odnášena úrodná půda pomoci vody a gravitace po pozemku na místo s nižší nadmořskou výškou. Při působení větru na proschlý povrch vzniká větrná eroze, přičemž dochází k unášení částic půdy větrem. Erozivost půdy závisí na mnoha faktorech. Mezi hlavní opatření, které zajišťuje protierozní ochranu, je trvalé zakrytí povrchu. Povrch pak zůstává chráněn před větrem a vodou a zmenšuje se povrchové zabahnění. Tím je podpořeno vsakování a povrchový odtok vody je omezen. [4] Dalším opatřením je omezení zhutnělých vrstev, které brání v pohybu vody v půdním profilu. Pro odstranění se používá hloubkové kypření nebo podrývání. Tyto metody půdoochranného zpracování se provádějí současně s ponecháváním rostlinných zbytků na povrchu. Ponechávání rostlinných zbytku na povrchu půdy je další nejúčinnější cestou k omezení erozí půdy. Pro pěstování širokořádkových rostlin na svazích se osvědčily půdoochranné postupy s následným založením porostu do mulče. To vyžaduje založení meziplodiny a zvýšené náklady s tím spojené. Tento postup se prosadil zejména u odpovědných zemědělců, kteří mají vztah k půdě. Při používání půdoochranného zpracování dochází k protierozní ochraně automaticky a necíleně a proto ji můžeme brát jako přídavek, který nás nic nestojí.
12
3.1.3
Hospodaření s vláhou
Umění zacházet s vláhou v půdě, ovlivňuje do velké míry celkový výnos plodiny a mnohdy dostatek vody je důležitější než dobré hnojení. Míra zpracování má následný vliv na množství vody v půdě a na její odpar. Při ponechání posklizňových zbytků nebo při částečném zapravení, působí posklizňové zbytky pozůstalé na povrchu jako izolační vrstva bránící odparu vody. Tato vrstva zpomaluje ohřívání půdy, takže tlak vodních par je menší. V porovnání s orbou se uvádí, že při orbě se v jedné brázdě ztrácí přibližně 20 mm vody. Tato ztráta může mít za následek zhoršení klíčivosti semen a pomalejší vzcházení rostlin. Zpracování půdy má tedy vliv na množství vody v půdě. Při suchém počasí, kdy je v půdě málo vláhy se projevuje vliv struktury a kontinuální systém pórů nejvíce. Kontinuální systém pórů ve spodních vrstvách dokáže zachytit vodu a udržet ji v půdě. Při srážkách dokáže rychleji reagovat a absorbovat vody do půdy, která pak neodtéká po povrchu. Při suchu pak nenarušeným kapilárním systémem dokáže zásobovat rostliny vodou a oddálit tak vystavení rostlin stresovým podmínkám o 10 – 14 dnů. V opačném případě u mokrých stanovišť může docházet až k nežádoucím stavům, kdy půda je z velké části nasátá vodou a nebývá moc volných pórů pro vzduch. Takováto půda pak může z jara pomaleji vysychat, ohřívat se a opozdit výsev plodiny. Proto je důležité problematice opravdu porozumět a odhadnout jaká pracovní operace bude pro konkrétní podmínky nejvhodnější. [4] Zpevnění půdního profilu může být z mnoha pohledů výhodné. Zejména zpevnění půdy na vyšší úroveň než je pevnost jejích hrud, umožňuje rozdrolení hrud jejich tlačením proti půdě. Například válením nebo urovnáním. Zoraná půda má mnoho otevřených a velkých pórů. U takového zpracování má zpětné utužení významný vliv na samotné vzcházení semen. Nejenom že konsolidace snižuje ztráty vlhkosti, ale při menších velikostech půdních částic, dochází i k lepší aplikaci preemergentních postřiků. Půdě se částečně navrací původní struktura a zlepšuje se i únosnost půdy. Přejezdy strojů po pozemku nezpůsobují takové stopy, ale i tak se doporučuje při kypré půdě použití dvoumontáží nebo použití nízkotlakých pneumatik. [7]
13
3.1.4
Menší zhutnění půdy
Stupeň a rozsah zhutnění je závislý na místních podmínkách. Mimo druhu a stavu půdy mají na zhutnění také vliv posloupnosti pěstovaných plodin a způsob zpracování půdy. Změny posloupností plodin a různé druhy přípravy jsou témata mnoha výzkumných prací a výsledky z těchto měření se vždy přiklání, že omezení intenzity obdělávání půdy má za následek omezení nebezpečí zhutnění půdy. Pro zlepšení únosnosti a sjízdnosti půdy se doporučuje vyhnout se každoroční orbě, kdy dochází k intenzivnímu obracení a nakypření. Různá měření poukazují na to, že nekypřená půda nebo kypřená půda neobracejícími stroji má lepší strukturu a pórovitost půdy než půda zpracovávaná orbou. Kypřené půdy bývají zpravidla i méně citlivé na tlak než půdy orané. [4] Jezdí-li se navíc při orbě po dně brázdy při vlhkých podmínkách, dochází k zhutňování koly dna brázdy a vytváří se tak zhutněná vrstva. Tato vrstva pak tvoří barieru pro vláhu, živiny, vzduch, ale i kořeny rostlin. Tímto zde ale nemělo být řečeno, že by orba byla překonaná nebo snad špatná. Při určitých podmínkách může orba být jedním z dobrých řešení, avšak vše záleží na možnostech a snaze hospodáře.
3.2 Nevhodná doba vstupu strojů na pozemek a množství přejezdů po pozemku Za nevhodnou dobou vstupu na pozemek je myšlen čas, kdy je půda v oslabeném stavu. K oslabenému stavu půdy dochází, při vyšší vlhkosti půdy a velkém prokypření. Vlhká půda se snáze zhutňuje než půda sucha. Oproti suché půdě jsou u vlhké půdy póry naplněny vodou. Takováto půda zvyšuje svoji pevnost a při zpracování a přemísťování půdy se stává mazlavou. Tím se naruší struktura pórů a pohyb vody v půdě je omezen. Takovéto nevhodné zpracování může mít stejně negativní vliv na růst kořenů jako zhutnění. [7] Obr. 3 ukazuje ovlivnění půdních částic půdní vlhkostí. Čím blíže se pracovní operace provádí ke spodní mezi tvárnosti, tím narůstá počet menších částic půdy a zmenšuje se podíl větších částic. Proto je dobré při plánování vstupů na pozemek umět rozpoznat tento kritický bod. [7]
14
Podíl půdních částic
Půdní částice < 8 mm Půdní částice > 32 mm
0,5
0,7
0,9 1,1 Normalizovaný obsah vody
1,3
Obr. 3 Ovlivnění velikosti půdních částic na vlhkosti půdy [7] Na rozpoznání vlhkosti půdy a její tvárnosti slouží jednoduchá polní metoda, kdy si uhněteme v ruce váleček. Při uhnětení tenkého válečku, odpovídá stav vlhčí půdě a je za mezí tvárnosti. Při vstupu stojů na pozemek se dá očekávat, že bude vznikat zhutnění půdy i při použití nízkých tlaku v pneumatikách (50 – 80 kPa). Nejvíce náchylné budou půdy jílovité. Pokud nelze váleček vyválet a půda se po ruce roztírá, je velmi vlhká a stav neodpovídá mezi tvárnosti. Vstup strojů na pozemek bude způsobovat s největší pravděpodobností zhutnění. Když lze půdu v ruce vyválet, ale začíná se váleček rozpadat, je půda přibližně v mezi tvárnosti a lze ji nazvat drobivou. Vstup strojů a zpracování půdy je možné, ovšem nesmí se překročit přítlaky nad 100 kPa, které by mohli začít způsobovat zhutnění. Pokud váleček nelze vyválet je půda suchá a drobivá. V takovémto stavu nezpůsobí běžná zemědělská technika zhutnění, ovšem při zpracování pozemku je nutno brát v ohled, aby nedocházelo k vytváření velkých tvrdých hrud, které by následně zhoršovaly strukturu půdy a kontakt s osivem. [7] Vícenásobné přejezdy, které se nesoustředí na trvalé kolejové řádky, vedou k zhutnění velké části pole pneumatikami. Již první přejezd vede až k 85 % celkového zhutnění a tyto nepravidelné přejezdy mohou postihnout až 70 % povrchu pole. Řešením tohoto problému může být řízený provoz strojů po poli (Controlle Traffic Farming, CTF), jehož přednost spočívá ve zmenšení zhutnělé plochy pozemku. Docílí se toho sjednocením rozchodů kol techniky a přesného pohybu strojů po pozemku. Tento způsob hospodaření začal být aktuální s nástupem moderní techniky, která používá pro svůj pohyb po pozemku satelitní navigace. Stroje se tedy pohybují po přesně vymezených drahách, přičemž řízení stroje obstarává navigační systém GPS. Tyto dráhy – trvalé kolejové řádky slouží pro všechny pracovní operace. Zhutnění půdy se tedy omezí pouze na tyto trvalé kolejové řádky a neovlivňuje další půdu, což má za následek zlepšení 15
zpracovatelnosti půdy a lepší účinnost při zakládání porostů. Protože nedochází k plošnému zhutnění je zapotřebí i menší tahový výkon na tažené nářadí. Navíc u uježděné zhutnělé půdy, po které se pohybuje tahový prostředek, nedochází k takovému zaboření kol a souprava má tedy menší odpor proti pohybu. Pomoci široké nabídky strojů na trhu lze snížit potřebu mimořádně specializované techniky, a využívat běžnou techniku za pomoci sjednocení pracovního záběru strojů například na záběr sklízecí mlátičky. [7]
3.3 Uspořádání půdního fondu Uspořádání půdního fondu může mít na zhutnění půdy také určitý vliv. Ač se to v dnešní době nemusí zdát důležité, tak v době kdy probíhalo slučování pozemků tak směr zpracování půdy se přizpůsoboval tehdejším podmínkám. Samozřejmě že se vycházelo ze základních přírodních podmínek, jako je například sklon pozemku. U rovnějších polí, kde tvar pole tvořil obdélník, nebo tvar podobný obdélníku se dalo zvolit směr zpracování. Při stanovení směru zpracování půdy lze vycházet z velikosti zásobníku sklízecích strojů, především sklízecí mlátičky.
Obr. 4 Pohyb sklízecí mlátičky po pozemku Na obr. 4 je znázorněno takové pole a pohyb sklízecí mlátičky po poli v závislosti na zaplnění zásobníku zrna. Dříve mlátit pole ve vodorovném směru (myšleno podle obrázku) nemělo smysl, protože sklízecí mlátička nedojela na druhou stranu pole bez vysypání. Pokud by i přesto docházelo k takové sklizni a traktorové soupravy by jezdily ke sklízecí mlátičce, tak by se pole vystavovalo zbytečnému nadměrnému zatížení a docházelo by k zhutnění půdy. Daleko šetrnější řešení se nabízelo obdělávat pole ve svislém směru, kdy sklízecí mlátička přejede pole bez nutnosti sypat a na kraji pole vy16
prázdní téměř plný zásobník. S postupem času jak se vyvíjela technika a docházelo spolu s výkonností i ke zvyšování kapacity zrnového zásobníku, se směr obdělávání půdy nezměnil. To může mít za následek, že sklízecí mlátička pohybující se svislým směrem má při překonání jedné jízdy zrnový zásobník naplněn více jak z poloviny a na druhou stranu k okraji již nedojede. Pak nastává otázka, zda posílat odvozce na pole ke sklízecí mlátičce, využít překládací vůz nebo sypat na každé straně pole. Každá varianta má své pro a proti a záleží na požadavcích konkrétního zemědělce. Zda urychlit sklizeň a využít překládací vůz, nebo pouštět co nejméně strojů na pozemek, chovat se co nejšetrněji, avšak za cenu delší sklizně. Při pohybu sklízecí mlátičky po poli ve vodorovném směru by docházelo k zaplnění zásobníku téměř do plna již při jednom směru jízdy a sklízecí mlátička by mohla sypat přímo na obou stranách pole do odvozních souprav. Ač se tato věc zdá být jako banalita, tak v období žní, kdy se každý snaží, aby měl úrodu co nejdříve doma pod střechou, nám může uspořit nemalé náklady spojené se sklizní. Otočení směru obdělávání půdy nic nestojí a všechny výhody plynoucí ze zmenšení zhutnění, by zde byly jako takový bonus, který je zdarma.
3.4 Technické řešení zemědělských strojů Zpracování půdy má určitý vliv na zhutnění půdy. Při používání půdoochraných technologiích nebo při přímém setí, se zlepšuje únosnost půdy a tím se dosahuje menšího negativního působení strojů na půdu, zejména snížení zhutnění. Na druhé straně samotné technogenní zhutnění půdy vytváří zemědělská technika, která podlehla vývoji a v dnešní době silné zemědělské traktory jdou trochu v rozporu s půdoochranými řešeními. Na jedné straně je snaha vytvořit silný stroj s dobrými tahovými vlastnostmi, a aby se dokázalo těchto tahových vlastností docílit, musí se stroj správně dotížit a tak se pak hmotnost stroje pohybuje kolem 14 – 16 tun. Na druhé straně zároveň zemědělci požadují, aby takto těžký stroj byl i šetrný k půdě. Proto se používají velké širokoprofilové nízkotlaké pneumatiky, dvojmontáže nebo pásové jednotky. A zde nastává ten rozpor. Zvýšíme hmotnost stroje, abychom přenesly výkon motoru a zároveň se chceme chovat šetrně tak použijeme širokoprofilové pneumatiky s regulací tlaku. Tohle rozhodnutí je na každém zemědělci a musí si na něj umět odpovědět každý sám, jestli je pro něho lepší výkonnější k půdě méně šetrný stroj nebo slabší, lehčí a k půdě šetrný stroj. Ač tak nebo tak vždy je velmi důležité jejich konstrukční řešení. Ať už rozložení hmotnosti, dotížení stroje, nebo konstrukce pojezdového ústrojí. Touto problematikou se 17
zabývá obor Terramechanika, která zkoumá působení vlivů negativního napětí od pojezdového ústrojí na půdu a změnu její vlastností. Zejména vytváření stop, jízdní odpory, stlačování půdy, tahové vlastnosti a jiné. Ke zhutnění přitom dochází, pokud je zatížení přenášené pojezdovým ústrojím techniky vyšší než okamžitá mez únosnosti půdy. Mez únosnosti půdy je dána vlastnostmi půdy. Více náchylné jsou půdy středně těžké až těžké. Přitom má na zhutnění půdy také vliv její vlhkost. Zhutněním dochází ke snížení infiltrace vody, zmenšení zádržné schopnosti půdy, zvětšení rizika erozí a zvětšením půdního odporu. 3.4.1
Pojezdové ústrojí zemědělských strojů
Pojezdové ústrojí tvoří základní spojovací článek mezi strojem a půdou. U pojezdového ústrojí rozeznáváme dvě základní plochy. Plochu styku Sd a plochu otisku So. Plocha styku Sd je definována jako plocha, která je dána otiskem výstupů dezénu, které přijdou do styku s podložkou (obr. 5). Plocha otisku So je plocha rovinná, která je ohraničená plochou obrysu vtlačení vzhledem k povrchu půdy (obr 4.). Plocha otisku vzniká na nakypřených a měkkých půdách. Na tvrdé podložce má tvar elipsy. Poměr těchto dvou ploch se nazývá plností vzorku běhounu a dosahuje na tvrdé podložce 30 – 60 %. [1]
Obr. 5 Plocha otisku (So) a plocha styku (Sd) Plocha otisku pneumatiky nebo pásové jednotky má značný vliv na měrný tlak. Měrný tlak q je definován jako velikost elementární normálové reakce Y [N] na jednotku dosedací plochy So [m2]. [2] Jelikož tento tlak vzniká při kontaktu kola nebo pásu s podložkou, bývá proto někdy označován i jako tlak kontaktní.
=
18
3.4.1.1 Pneumatiky U zemědělské techniky je pojezdové ústrojí nejčastěji tvořeno koly s pneumatikami. Úkolem pneumatik je: -
přenášet zatížení stroje na podložku
-
přenášet hnací a brzdící momenty od motoru a brzd na podložku
-
tlumit vibrace a rázy způsobené jízdou po nerovnostech
Volba vhodných pneumatik je důležitým rozhodnutím. Je třeba brát v úvahu přípustnou celkovou hmotnost, strukturu obdělávané půdy a poměr mezi jízdou po poli a na silnici. Aby bylo zaručeno individuální řešení pro každý účel použití, je na trhu k dispozici řada pneumatik různého profilu. [9] Pneumatikou se rozumí plášť případně plášť s duší. V dnešní době jsou samozřejmostí bezdušové pneumatiky, ovšem podle posledních informací přední gumárenští výrobci přemýšlejí opět o zavedení dušové konstrukce s ohledem na přenos hnací síly. Část duše v plášti asi 2/3 plochy a 1/3 plochy na ráfku pomáhá přenášet síly a tak jsou méně namáhané na smyk bočnice a patky pneumatiky. Toto konstrukční řešení je samozřejmě velmi individuální a každý na to může mít jiný názor. [12] Řez pláštěm pneumatiky je uveden na obrázku 6. Pneumatika se skládá z běhounu, bočnic, kostry a nárazníkové vrstvy. Běhoun vytváří kontakt s podložkou a odvádí teplo vznikající hysterezními pochody. U zemědělských pneumatik se tvar figur používá šípový s žebry tvarovanými do oblouku. Tvar a velikost žeber ovlivňuje tahové vlastnosti traktoru a při vlhkých podmínkách do jisté míry ovlivňuje i samočisticí efekt pneumatiky. Konstrukce kostry nejvíce ovlivňuje vlastnosti pneumatiky. Mezi hlavní vlastnosti patří styčná plocha, nosnost a valivý odpor. Podle konstrukce kostry dělíme pneumatiky na diagonální a radiální. U diagonálních pneumatik jsou vlákna kostry kladena křížem a svírají s podélnou osou pneumatiky úhel 30 – 40°. Oproti tomu u radiálních pneumatik jsou vnitřní vlákna kladena podstatně pod větším úhlem 84 – 90° a vnější vlákna pod uhlem 10 – 30° s podélnou osou pneumatiky. Na obr. 6 je naznačen směr kladení vláken kostry. U radiální konstrukce je dosaženo větší kontaktní plochy s půdou, čímž se do záběru dostává více záběrových figur, zlepší se přenos sil a zmenší se prokluz kol. Při odvalování radiální pneumatiky dochází k deformaci především bočních částí, což snižuje vlastní pohyb dezénu běhounu. V porovnání s diagonálními pneumatikami jsou deformace boků menší a pohyb dezénu běhounu větší, čímž dochází především ke zvýšenému otěru. Tento zvýšený otěr je obzvlášť patrný při použití v dopravě. [2] Při práci 19
na poli mají diagonální pneumatiky v porovnání s radiálními větší prokluz, při kterém dochází k horizontálnímu přesunování zeminy a k jejímu zamazání. Porovnání diagonálních a radiálních pneumatik se podrobilo již řadě výzkumů a měření a lze říci, že pro zemědělskou techniku jsou radiální pneumatiky lepší. Toto si uvědomují i výrobci zemědělské techniky a tak nové stroje až na výjimky osazují jen radiálními pneumatikami. Proto se budu dále v práci zabývat pouze problematikou týkající se radiálních pneumatik.
Obr. 6 Řez pláštěm pneumatiky [37] Označení pneumatik spadá pod firemní a EHK předpisy. U pneumatik rozlišujeme tři základní rozměry. Šířku nezatížené nahuštěné pneumatiky, výšku profilu a průměr ráfku. Dále bývá na pneumatice uvedena konstrukce kostry, index nosnosti, kategorie rychlosti, označení dezénu, bezdušové provedení atd. (obr. 7). Důležitým parametrem je profilové číslo, které vyjadřuje poměr výšky profilu H k šířce B. Při zachování stejného vnějšího průměru D a vnitřního průměru d. S nižším profilovým číslem se zvyšuje šířka pneumatiky a tím i objem vzduchu v ní. Potom lze pracovat s tlakem v pneumatice a při stejné hmotnosti nastavit menší tlak v pneumatice a dosáhnout tak i menšího kontaktního tlaku. Proto se u zemědělské techniky setkáváme s pneumatikami se sníženým profilovým číslem až na hodnotu 65 – 70 %. [2]
20
Příklad značení pneumatik: -
radiální traktorové pneumatiky: Michelin 540/65 R30 143D TL MULTIBIB
Michelin – výrobce 540 – šířka pneumatiky (mm) ...…………. B 65 – profilové číslo (%) ………… 100 × H/B R – konstrukce kostry (radiální) 30 – průměr ráfku (v palcích) ………….. d 143 – index nosnosti D – index rychlosti TL – bezdušové provedení (Tubeless) MULTIBIB – označení typu pneumatiky výrobcem
Obr. 7 Základní rozměry pneumatiky [35] -
diagonální traktorové pneumatiky: Mitas 18,4 – 34 TD–02 TT 151 A6 Mitas – výrobce 18,4 – šířka pneumatiky (v palcích) – – pomlčka značí diagonální konstrukci kostry 34 – průměr ráfku (v palcích) TD–02 – označení typu pneumatiky výrobcem TT – provedení s duší (Tube Type) 151 – index nosnosti A6 – index rychlosti [35]
Značení indexu nosnosti a rychlosti nemusí být vyznačeno ve stejném místě na pneumatice, jako je základní označení. Často bývá i napsán menším písmem. Pokud výrobce neudává podrobnou tabulku přípustných tlaků k pneumatice v závislosti na zatížení a rychlosti, tak nám index slouží k rychlé identifikaci pneumatiky, jakou má maximální rychlost a nosnost. U první zmiňované pneumatiky je index 143D a podle
tab. 1 je
maximální rychlost pneumatiky 65 km·h-1. V této rychlosti má pneumatika maximální nosnost podle tab. 2 2725 kg. 21
Tab. 1 Index rychlosti [16] index rychlost (km/h)
A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 B C D E F G J 5 10 15 20 25 30 35 40 50 60 65 70 80 90 100
Tab. 2 Index nosnosti [16] Index 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87
kg 257 265 272 280 290 300 307 315 425 335 345 355 365 375 385 400 412 425 437 450 462 475 487 500 515 530 545
Index 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114
kg 560 580 600 615 639 650 670 690 710 730 750 775 800 825 850 875 900 925 950 975 1000 1030 1060 1090 1120 1150 1180
Index 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141
kg 1215 1250 1285 1320 1260 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 2060 2120 2180 2240 2300 2360 2430 2500 2575
Index 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168
kg 2650 2725 2800 2900 3000 3075 3150 3250 3350 3450 3550 3650 3750 3875 4000 4125 4250 4375 4500 4625 4750 4875 5000 5150 5300 5450 5600
Index 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195
kg 5800 6000 6150 6300 6500 6700 6900 7100 7300 7500 7750 8000 8250 8500 8750 9000 9250 9500 9750 10000 10300 10600 10900 11200 11500 11800 12150
Tlak vzduchu v pneumatice se odvozuje od jejích rozměrů, zatížení a maximální rychlosti pneumatiky. Přitom se musí přihlédnout k pohlcování rázů, bezpečnosti provozu a životnosti pneumatiky. Huštění pneumatik by se mělo volit podle práce, kterou bude stroj vykonávat. Pokud bude stroj jezdit v dopravě, většinu cesty po silnici je vhodné nahustit pneumatiky na maximální možný tlak (160 kPa), aby se zmenšil valivý odpor pneumatik. Při polních pracích se doporučuje nižší tlak (120 kPa) z hlediska větší styčné plochy pneumatiky a lepšího přenosu točivého momentu na podložku. Tím do-
22
chází ke zmenšení prokluzu a úspoře paliva. Zároveň chráníme půdu proti nadměrnému zhutnění. Pro maximální ochranu proti zhutnění se doporučují tlaky ještě nižší okolo 80 kPa. [2] Přední výrobci zveřejňují ke svým pneumatikám tabulky nosnosti v závislosti na tlaku v pneumatikách a rychlosti stroje. Tak lze maximálně přizpůsobit tlak v pneumatikách provozním podmínkám a docílit nejšetrnějšího a nejúspornějšího řešení. Tab. 3 Nosnost pneumatiky v závislosti na tlaku a rychlosti [34]
Michelin 540/65 R30 143D TL MULTIBIB Technická data
Zatížení jedné pneumatiky (kg) 65 km/h 50 km/h 40 km/h 30 km/h 10 km/h
1 550 1 800 2 050 2 300 2 510 2 725
1 630 1 895 2 155 2 420 2 640 2 860
1 700 1 975 2 245 2 520 2 750 2 980
1 480 1 780 2 070 2 360 2 650 2 890 3 130
1 950 2 240 2 520 2 795 3 075 3 340 3 600 3 860 3 995 4 125
40 km/h Dual
Tlak (kPa)
1 240 1 495 1 735 1 980 2 220 2 420 2 620
40 60 80 100 120 140 160 180 190 200
nezatížené pneumatiky celková šíře 527 mm celkový průměr 1 472 mm zatížené pneumatiky obvod odvalování 4 353 mm poloměr při zatížení 648 mm
3.4.1.2 Nízkotlaké pneumatiky Radiální pneumatiky umožňují snížení provozního tlaku, ale zároveň s přihlédnutím na jejich životnost se jedná o snížení řádově o 40 – 60 kPa na hodnotu okolo 100 kPa, podle toho zda je pneumatika hnací nebo hnaná. U hnacích pneumatik je zvýšené riziko poškození patky pneumatiky. Při přenosu točivého momentu přes kolo na podložku dochází ke značnému namáhání patky ráfku, která musí přes relativně malou plochu patky přenést točivý moment od dosedací plochy ráfku. Snížení tlaku může způsobit, že tlak v pneumatice nedostatečně zajišťuje styk patky s ráfkem a styčná plocha pneumatiky s podložkou je o tolik vyšší, že může dojít k protočení pneumatiky po ráfku. Při tomto protočení se může nevratně poškodit patka pneumatiky. Další problém by se mohl vyskytnout v bočnicích pneumatiky, které mohou být z tvrdé pryže a nadměrné neustálé
23
ohýbání by mohlo vést k vytvoření trhlin a prasklin. Proto se výrobci specializují na výrobu nízkotlakých pneumatik, které jsou přímo vyrobeny pro tyto nízké tlaky. Mají zesílenou konstrukci patky umožňující větší zatížení při menším tlaku a bočnice pneumatiky jsou z měkčí pryže, která je odolná vůči deformacím. U pneumatik používaných na traktorových přívěsech se v poslední době rozvíjí trend zvyšování průměru ráfku. V dnešní době se již dají sehnat pneumatiky s průměrem ráfku až 30,5 palců. Tím že výrobci zvětšili velikost ráfku, docílili tak dalšího zvětšení styčné plochy pneumatiky. Výrobci jako je Michelin, Trelleborg, Mitas a další, uvádějí minimální tlak huštění 40 – 60 kPa. Tento nízký tlak odpovídá maximální rychlosti stroje do 20 km·h-1. Samozřejmě že při tomto tlaku je vhodná jízda pouze po poli, ne po silnicích. 3.4.1.3 Regulace tlaku v pneumatikách Při použití nízkotlakých pneumatik například na návěsu (cisterně) a při střídání provozních podmínek pole - silnice, se vyplatí pouvažovat o systému dofukování pneumatik. Princip spočívá v tom, že obsluha si nastaví při jízdě po silnici v pneumatikách vyšší tlak (200 – 350 bar), který šetří pneumatiky a pohonné hmoty a při práci na poli tlak v pneumatikách upustí (100 – 150 kPa) a působení stroje na půdu bude šetrnější a úspornější (hodnoty tlaku huštění zde uvádím jako orientační, přesné hodnoty tlaku se odvíjí od výrobce, velikosti zatížení a rychlosti). Tento systém má řadu výhod i nevýhod. Mezi výhody například patří nastavení optimálního tlaku aktuálním podmínkám. Z praktického hlediska to znamená, že obsluha by při plném naložení návěsu a pohybu po silnici nastavila tlak vysoký (350 – 400 kPa). Tento tlak je ideální pro pohyb zatížených pneumatik po silnici. Pneumatiky kladou menší valivý odpor a šetří pohonné hmoty. Po vyprázdnění nákladu by tento tlak byl příliš vysoký a mohlo by docházet k nerovnoměrnému sjíždění pneumatik. Dále tím že by pneumatiky byli na hmotnost prázdného stroje jakoby „přefouknuté“, docházelo by i k menšímu tlumení nerovností od vozovky. Proto při nenaložené jízdě po silnici by bylo výhodnější upustit tlak na 200 – 300 kPa. Při najetí soupravy na pole, by došlo k výraznějšímu upuštění tlaku na hodnoty okolo 100 – 150 kPa. Tím by se docílilo zvětšení styčné plochy pneumatiky (snížení hloubky koleje), zmenšení tahového odporu přívěsu, zlepšení tahové účinnosti traktoru a úspoře paliva. Řada výzkumů a polních pokusů potvrzují, že snížení tlaku v pneumatikách na poli má tyto výhody a že 10 mm koleje 24
zvyšuje spotřebu stroje o 10 %. Při hloubce koleje 100 mm je to už dvojnásobná spotřeba. Navíc tyto koleje vytváří negativní zhutnění a projevují se i v energetické náročnosti dalších pracovních operací. [14] K nevýhodám by se dalo říci snad to, že tento systém regulace tlaku v pneumatikách je poměrně finančně náročný a aby provoz takto vybaveného stroje byl rentabilní, musí být stroj využíván po celý rok a nejlépe ještě ve stejném poměru provozu po silnici ku provozu po poli. Jelikož systémů pro úpravu tlaku v pneumatikách je více variant, dá se přizpůsobit a vybavit stroj podle konkrétních podmínek a tím docílit přiměřené návratnosti investice. Jednoduché systémy se hodí do provozu, kde se tlak v pneumatikách mění jednou nebo dvakrát za den. Například ráno po příjezdu na pole a večer před odjezdem z pole. Jako příklad uvádím kejdovací techniku, kdy stroj ráno přijede na pole a přívozní cisterny mu přiváží kejdu na okraj pole, nebo traktor v agregaci se secím strojem, kypřičem atd. Právě zde u těchto prací by zhutnění a utužení mělo být omezováno na minimum. Tento jednoduchý systém změny tlaku spočívá v namontování rychlospojek místo ventilků na kola a pomoci hadice dochází k nahuštění. Nevýhodou je, že stroj při změně tlaku musí stát a obsluha stroje musí hustit jednotlivá kola postupně. Na druhou stranu se jedná o velice jednoduchý a levný systém s návratností v desítkách motohodin. [14]
Obr. 8 Sada pro jednoduchou regulaci tlaku v pneumatikách [17] Pro častější změnu tlaku v pneumatikách je výhodnější do systému regulace tlaku zainvestovat a pořídit si systém, který umožňuje změnu tlaku plynule při jízdě. Na trhu se nabízí jednookruhové a dvouokruhové systémy. U jednookruhového systému jsou připojené hadice u kola stále namáhány stejným tlakem, jako je v pneumatice (obr. 9). Na hadici je sice umístěn mechanický ventil, který umožňuje uzavření tlaku vzduchu 25
v pneumatice, ale pokud chci regulaci ovládat komfortně z kabiny traktoru, tak jsou ventily pořád otevřené a tím pádem celý otočný převodník stlačeného vzduchu je vystaven vyššímu tlaku. Dále zde existuje i riziko, že při poškození potrubí dojde k úniku tlaku z pneumatiky.
Obr. 9 Jednookruhový (vlevo) a dvouokruhový regulační systém změny tlaku [19][32] Dvouokruhový systém je beztlakově propojen až po ventily ke kolu a ovládání ventilu je zajištěno druhým vedením. Tak není otočný převodník stlačeného vzduchu vystavován neustálému tlaku a namáhání těsnění je zde menší (obr. 9) Systémy regulace tlaku jako dodatečné řešení nabízí firmy Krude, PTG a Steuerungstechnik StG. Tito výrobci řeší systémy regulace podle požadavků jednotlivých zákazníků a tak se nedá všeobecně říci, jak taková realizace ve skutečnosti vypadá. Systém dofukování může být řešen přívodem vzduchu zvnějšku přes otočný převodník do náboje kola a dále do speciálně umístěného ventilku na ráfku kola. Tímto dochází ke zvětšování šířky stroje a je zde riziko poškození přívodního potrubí a hadic o různé věci. Dalším řešením je otočný převodník bezpečně uložen v nápravové trubici a vzduch se přivádí zevnitř skrz hnací nápravu. Toto řešení se dá provádět u strojů značky Claas, která povolila vést vzduchové potrubí uvnitř nápravy. [14] Prvním výrobcem, který nabízí systém plně začleněný do konstrukce stroje je značka Fendt. Fendt používá vlastní konstrukční řešení pomoci vnitřní rotační jednotky utěsněné kroužky. Regulovaný tlak lze zvýšit o 100 kPa za 10 minut a upustit o 100 kPa za 2 minuty. Výhodou je začlenění ovládání do varioterminálu a upozorňovaní na příliš malý nebo vysoký tlak. [28] Rychlost změny tlaku u výrobců PTG, Krude a Steuerungstechnik StG je ovlivněna typem a výkonností kompresoru, velikostí pneumatik, hmotností stroje a volbou systému regulace. V porovnání se značkou Fendt je rychlost plnění u podobných pneumatik z 80 kPa na 140 kPa za 6 minut a upuštění ze 140 kPa na 80 kPa za 3 minuty. [31] 26
3.4.1.4 Dvojmontáže Při snadno zranitelném stavu půdy, zejména po zimě nebo po hlubším zpracování půdního profilu je značné riziko vzniku hlubokých kolejí a vytvoření zhutnění. Půda je méně únosná a proto velikost styčné plochy hraje velkou roli. Mimo to velká styčná plocha nám zlepšuje přenos točivého momentu kol a zmenšuje prokluz. To se projeví i v ekonomice provozu. V praxi se pro zvětšení styčné plochy používají nejčastěji dvojmontáže kol (obr. 10).
Obr. 10 Traktor John Deere 8360R s dvojmontáží kol při strhávání hrubé brázdy [29] V tab. 4 je uvedeno, jak se mění styčná plocha v porovnání s použitím různých pneumatik a pásovým podvozkem. Z tabulky je patrné, že při použití dvojmontáží na zadní nápravě se zvětší styčná plocha o 0,3 m2 a zmenší se střední kontaktní tlak o 30 % v porovnání se standardními pneumatikami. Použití dvojmontáží pouze na zadní nápravě je z důvodu, že se traktoru při tahových pracích mírně odlehčí přední část traktoru a na přední kola není kladeno takové zatížení jak na kola zadní. U výkonných a těžkých traktorů se používají dvojmontáže i na přední nápravě. U strojů převyšující výkon nad 300 kW se používají i trojmontáže, čímž je stroj značně široký a přeprava je problematická. Šířku stroje a pohyb strojů po komunikacích u nás omezují i zákony a tak se s takovýmto řešením můžeme setkal spíše v Americe nebo Austrálii.
27
Tab. 4 Příklady velikosti kontaktního tlaku a styčné plochy [2] pásový podvozek 11,6 Celková hmotnost stroje [t] Rozměr předních pneumatik šíře pásu Tlak předních pneumatik [kPa] Styčná plocha [m²] Rozměr zadních pneumatik 635 mm Tlak zadních pneumatik [kPa] 2 x 1,35 Styčná plocha [m²] 2,7 Styčná plocha celkem [m²] Střední kontaktní tlak vpředu [MPa] 0,042 Střední kontaktní tlak vzadu [MPa]
kolový traktor standardní pneumatiky
dvojmontáž vzadu
široké pneumatiky
11,4 480/70 R30 160 2 x 0,194
12,3 480/70 R30 160 2 x 0,194
11,7 600/65 R28 160 2 x 0,220
20.8 R42 120 2 x 0,256
20.8 R42 120 4 x 0,15
710/70 R38 100 2 x 0,295
0,9 0,238
0,99 0,238
1,03 0,134
0,113
0,080
0,990
3.4.1.5 Pásový podvozek Pásový podvozek byl vyroben již v roce 1904 a jeho hlavním důvodem pro výrobu byla lepší průchodnost terénem u těžkých strojů. V dnešní době se důvody trochu odlišují, i když u sklízecí techniky ty důvody zůstávají stejné. Pásový podvozek u traktorů má hlavní výhodu v tom, že dokáže přenést efektivněji výkon motoru na podložku a při velké hmotnosti stroje rozložit váhu tak, aby současně snížil negativní účinky na půdu, především zhutnění a utužení. Při použití pásového podvozku je zároveň splněna požadovaná přepravní šířka stroje do 3 m. V současné době je používaná koncepce podvozku se dvěma nebo čtyřmi pásy (obr. 11). [33]
Obr. 11 Koncepce pásových traktorů se dvěma a čtyřmi pásovými jednotkami [23] U traktoru s pásovým podvozkem se dvěma pásy, je velice důležité správné rozložení váhy a dotížení stroje. U tohoto pásového podvozku je dojem, že tlak pod pásem zůstává konstantní. To je ale omyl. Ve skutečnosti vytváří každá středová vodící kladka
28
výrazný tlakový pulz. Jestliže je traktor bez nářadí, jsou pulzy od předu do zadu poměrně vyrovnané. Při tahové práci traktoru tlak od předního napínacího kola po zadní hnací kolo prudce stoupá. Ve skutečnosti může být maximum konstantního tlaku 2 – 3 násobek statického průměrného tlaku na půdu. Takže místo 28 – 55 kPa to může být až 165 kPa. Tomuto nežádoucímu jevu se dá předcházet správným dotížením traktoru. [1] Výrobci traktorů s pásovým podvozkem jsou si vědomi velké výhody průchodnosti stroje na málo únosných půdách. Toto je léty prověřený fakt a pro lepší přizpůsobení konkrétním podmínkám nabízí výrobci různé šířky pásů. U značky John Deere a Challenger jsou šířky pásů nabízeny od 400 mm po 762 mm. [1] Pásové jednotky vznikly jako snadné a rychlé transformování kolového traktoru na pásový traktor. Jako první s tímto nápadem přišla firma CNH a nabízela kolovou verzi traktoru pod označením Case IH Steiger a pásovou verzi pod označením Quadtrac. Tento stroj si našel své místo na trhu a nabízí se pod stejným označením dodnes. Patří mezi jedny z nejvýkonnějších polních tahačů na trhu a s hmotností okolo 20 tun, je použití pásových jednotek s ohledem na působení na půdu nutností. [33] Zcela nezávislé pásové jednotky umožňují kopírovat terén a udržovat tak pásy neustále v kontaktu s půdou. Pásové jednotky jsou tvořeny hnacím kolem, napínacím kolem, centrálním nosníkem, středovými vodícími kladkami a napínacím mechanismem (obr. 12). Díky větší styčné ploše a delšímu rozvoru je stroj při práci stabilnější, nedochází k odlehčování přední části traktoru a omezuje se tak nežádoucí pohupování a nerovnoměrné zatěžování zadní části traktoru. Čtyři pásové jednotky zajišťují lepší rozložení hmotnosti stroje na podložku a tím, že jsou jednotlivé pásy kratší, tak v porovnání s pásovým podvozkem se dvěma pásy nedochází k takovému smýkání po povrchu a nahrnování hlíny. V praxi se setkáváme s případy, že jsou pásovými jednotkami osazovány normální kolové traktory. Montáž na kolový traktor nevyžaduje další úpravy a lze pouze prohodit kola s pneumatikami za pásové jednotky. Rázem přestavěný traktor získává větší styčnou plochu v porovnání s koly, která se projevuje ve zlepšení tahových vlastností, snížení prokluzu, snížení zhutnění a utužení půdy. Opodstatněné využití těchto pásových jednotek je především na méně únosných a zamokřených půdách, kde nedochází k vytváření hlubokých kolejí a pohyb stroje v takových podmínkách je snadnější. Stejná zůstává celková i světlá výška traktoru. Vzhledem k tomu že použití pásových jednotek nevyžaduje další úpravy, lze při potřebě nasadit zpět klasická kola. Mezi přední specializovanou firmu zabývající se výrobou pásových jednotek patří firma Soucy 29
Track. Tato firma vyrábí široké množství pásových jednotek nejen pro zemědělské stroje a nabízí kompatibilitu téměř s veškerou zemědělskou technikou. K minusovým stránkám těchto pásových jednotek by se dalo říci, že při montáži ztrácí klasický kolový traktor svoji univerzálnost použití. Cena jedné pásové jednotky na traktor s výkonem 200 – 250 kW se pohybuje okolo 350 000 Kč bez DPH. Tato cena je pro mnohé nepřekonatelným argumentem a nákup těchto pásových jednotek se vyplácí opravdu jen zemědělcům se specifickými podmínkami.
Obr. 12 Pásové jednotky Souce Track na traktoru JD 8530 [20] [36] 1 - hnací kolo, 2 – napínací kolo, 3 – napínací mechanismus, 4 – středové vodící kladky, 5 – centrální nosník Pásový podvozek se začíná v naší republice stále více objevovat na těžkých sklizňových strojích, především na sklízecích mlátičkách. Toto použití pásového podvozku vyplývá z trendu zvyšování výkonnosti strojů. Sklízecí mlátičky dospěly během asi 15 let k neuvěřitelnému nárůstu výkonnosti a i vlastní hmotnosti stroje. Před deseti lety se pohybovaly po polích sklízecí mlátičky o záběru žacího ústrojí okolo 6 metrů. Maximem v té době bylo 9 metrů a kapacita zrnového zásobníku okolo 10 000 litrů, což je při naplnění pšenicí okolo 7,5 tun. Celkové zatížení přední nápravy včetně žacího adapteru mohlo být maximálně okolo 15 tun. Takovéto zatížení přední nápravy se dalo ještě šetrně přenášet pomoci širokoprofilových nízkotlakých pneumatik o rozměru 800/70 R32, kde tlak huštění byl okolo 200 kPa. V dnešní době kdy sklízecí mlátičky používají 30
žací lišty o šířce záběru 12 metrů a zrnový zásobník o objemu až 13 000 litrů (cca 10 t pšenice) je toto zatížení přední nápravy výrazně větší a dosahuje hodnoty až 20 tun. Při použití stejných pneumatik by tlak huštění mohl zůstat stejný, ovšem za předpokladu, že při takovémto zatížení stroj nepojede rychleji jak 10 km·h-1. Při použití širších pneumatik 900/60 R38 (1000/50 R32) by se se strojem dalo jezdit bezpečně i rychleji, avšak přepravní šířka by byla necelé 4 metry. Toto je další důvod výrobců proč se rozhodnout právě pro pásový podvozek. U výkonné sklízecí mlátičky kde se celková hmotnost včetně žacího adaptéru a plného zrnového zásobníku pohybuje na hranici 30 tun je použití pásového podvozku rozumnou volbou. Nárůst styčné plochy se projevuje v poklesu špiček u tlakových cibulí o 30 %. Výhodou je i šířka stroje do 3,5 metru a díky plynulému kopírování terénu se dala zvýšit přepravní rychlost stroje na 30 (40) km·h-1 (obr. 13).
Obr. 13 Claas Lexion 770 s pásovým podvozkem [25] 3.4.1.6 Speciální konstrukce podvozku Sklizeň cukrové řepy probíhá po celý podzim, kdy se vyskytuje větší množství dešťových srážek a studenější počasí spojené s ranními mrazíky a mlhami neumožňuje půdě tak rychlé vysychání jak v letním období. Jelikož se nedá moc čekat a takticky vyčkávat na sušší podmínky, lze na půdě snadno vytvořit zhutnělá a utužená místa. Stroje, které se pohybují po pozemku hravě překračují hmotnost 15 tun a proto je velmi důležité opatřit tyto stroje širokými pneumatikami. Výrobce sklízecí techniky pro cukrovou řepu ROPA, používá na svých strojích široké nízkotlaké pneumatiky, které umožňují jízdu v tzv. krabím chodu. Stroj je za kabinou řidiče vybaven kloubem, pomocí kterého se zadní část stroje vytočí směrem na již sklizenou plochu. Tímto vybočením dojde k to31
mu, že každé kolo jede částečně ve vlastní stopě a nedochází k opětovnému utužení stejné koleje. To přispívá k rozložení hmotnosti na větší plochu a nedochází k tak hlubokému zhutnění (obr. 14). Podobného systému řízení kol využívá i výkonný kolový traktor Xerion od firmy Claas. Tento traktor využívá natáčení každého kola a to vede k více variantám řízení, což zaručuje stroji mimo jiné dobrou manevrovatelnost a obratnost.
Obr. 14 Krabí chod sklízeče cukrové řepy Ropa Tiger [30] Na málo únosné a podmáčené půdy se u samosběracích vozů nebo u velkokapacitních vozů na siláž a senáž nabízí speciální podvozek. Skládá se z tandemové nápravy s osmi koly. Zadní dvě skupiny po dvou kolech jsou natáčené. Díky natáčeným zadním kolům klade souprava menší nároky na změnu směru jízdy, zmenšuje opotřebení pneumatik a nedochází ke smýkání kol po povrchu, které by narušovaly vrchní vrstvu půdy (obr. 15). Další výhodou je lepší rozložení hmotnosti a přizpůsobení se nerovnému stavu půdy, pomoci čehož dosahuje podvozek šetrnějšího přenášení hmotnosti na půdu. Díky většímu počtu kol nedochází při jízdě po vrstevnici na svahu k tak výraznému ujíždění vozu do strany a proto tento typ podvozku s oblibou využívají i v horských oblastech například při senáži nebo jen při sběru posečené trávy.
Obr. 15 Podvozek na málo únosné půdy od firmy Pöttinger [13]
32
4
ZPŮSOBY MĚŘENÍ ZHUTNĚNÍ PŮDY
4.1 Hodnocení stavu půdy Při práci s půdou je důležité nejprve vyhodnotit její stav s ohledem na pěstební a technické požadavky. Dalším krokem je pak volba vhodného opatření k přizpůsobení půdy do požadovaného stavu. Pole by se mělo zkoumat na dostatečném počtu míst vzhledem k jeho velikosti a variabilitě vlastností půdy. Nejlepší je když se nezkoumá samostatně jen jedno pole, ale všechny sousední plochy dohromady, které podnik obhospodařuje. Tím si může pověřená osoba udělat lepší obrázek o stavu půdy. Samotné vyhodnocení vyžaduje určité znalosti a jistý cvik, který při rostoucích zkušenostech vede k rychlejšímu správnému vyhodnocení. [7] V zemědělské praxi se při hodnocení stavu půdy osvědčili tyto nástroje: -
pohled na pole
-
penetrometrická sonda
-
laboratorní zkoušky
-
kopaná sonda [4]
4.1.1
Pohled na pole
Pohled na pole nám umožňuje udělat si rychlou představu o stavu pole. Získáme přehled kritických míst a uděláme si obrázek o tom, na které části pole se především zaměřit. Často můžeme na poli spatřit stopy po kolech, které se projevují v rychlosti vzcházení následující plodiny, nebo nevyrovnaný porost na souvrati pole, poukazující na zhutnělá místa od odvozních souprav při sklizni a větším počtu přejezdů sklízecí techniky. Porosty v průběhu vegetace nám poskytují důležité informace o stavu půdy. Holá místa, zakrnělé rostliny, zažloutlé listy nebo porušení správné geometrie kořenů ukazují na problémy v půdě. Pokud se na poli vyskytuje stojatá voda, ukazuje to zpravidla na zhutnělou půdu, zejména na souvratích nebo na místech kde se vyskytovalo více přejezdů (odvoz siláže, kejdování, sběr slámy, rozmetání hnoje, atd.). Na drenážovaných půdách může být příčinou kaluží také poškozená drenáž nebo vysoká hladina spodních vod. Vedle klasické pochůzky po poli poskytuje další cenné informace také moderní technologie. Například letecké snímky nebo výnosové mapy, které je ovšem nutné interpretovat na místě. [4]
33
4.1.2
Penetrometrická sonda
Při této metodě se vtlačuje do půdy sondovací tyč a měří se odpor proti vnikání do půdy. Tento odpor je přímo úměrný hustotě uložení půdních částic - objemové hmotnosti. Pro měření zhutnění půdy je k dispozici řada metod, z nichž každá principielně vychází z těchto tří: -
dynamická penetrační sonda
-
zatěžovací penetrační sonda
-
statická penetrační sonda
První dvě zkoušky se provádí spíše u pozemního stavitelství, kde objemová hmotnost se pohybuje běžně nad 1,9 g.cm-3. [1] Při dynamické penetrační zkoušce se zaráží penetrační hrot do základové půdy pomoci beranu o určité hmotnosti a výšce pádu. Odpor proti vnikání kužele (hrotu) je definován jako počet úderů potřebných k zaražení na deseticentimetrovou hloubku vniku. [18] U zatěžovací penetrační sondy se používá penetrometr, který má tvar šnekového vrtáku. Penetrometr se vtlačuje do půdy až do odporu 1 kN. Po dosažení odporu 1 kN se penetrometrem otáčí a zaznamenává se počet polootáček potřebný k dosažení hloubky 0,2 m. Tento přístroj vyžaduje řadu závaží a používá se při sondování tvrdších zemin. Pomoci těchto dvou metod měření se získávají cenné údaje o stavu půdy ve stavebnictví. Pro zemědělskou praxi jsou tyto metody nevhodné. [1] Pro zjišťování zhutnění zemědělské půdy se osvědčila statická penetrační sonda. Z hlediska jednoduchosti a rychlosti měření i vyhodnocení se stala velice oblíbeným způsobem měření. Tímto měřením lze zjišťovat přítomnost zhutnělých míst, vrstev ale i dutin popřípadě slámových polštářů. Zkouška vychází z plynulého zatlačování sondovací tyče opatřené hrotem, konstantní rychlostí do půdy. Optimální velikost měrného hrotu se uvádí průměr 12,83 mm, což odpovídá ploše 130 mm2. Při opotřebení hrotu dochází ke zmenšování této plochy a k nepřesnostem měření. Výsledný odpor je udáván v pascalech, kde 1 Pa odpovídá rovnoměrně rozprostřené síle 1 N na ploše 1 m2. [1] Statický penetrometr se vyrábí jako ruční penetrometr zatlačovaný lidskou silou, nebo jako mechanizovaný penetrometr, zatlačovaný pomoci motorické síly (hydraulické zatlačování, pákový mechanismus,…). Naměřené hodnoty penetrometrického odporu v různých hloubkách, ale i u míst méně či více od sebe vzdálených se mohou výrazně lišit. Proto se na penetrometrech můžeme setkat s registračním zaznamenávacím zařízením, které nám slouží ke snadnějšímu následnému vyhodnocení dat. [1] 34
4.1.3
Laboratorní zkouška
Laboratorní metoda zjišťování fyzikálních vlastností půdy je založena na odběru neporušených půdních vzorků a jejich následném laboratorním rozboru. Vzorky půdy jsou odebírány do tzv. Kopeckého fyzikálních válečků. V laboratoři se pak z těchto vzorků stanoví měrná a objemová hmotnost půdy, pórovitost, maximální kapilární kapacita, minimální vzdušná kapacita a vlhkost půdy. Při určování pórovitosti se zkoumá poměr makropórů a kapilárních pórů, přičemž za optimální lze považovat takový stav, kdy 40 % z celkové pórovitosti jsou nekapilární makropóry a 60 % jsou póry kapilární. Objemová hmotnost půdy vyjadřuje hustotu uložení půdních částic a vypovídá o stupni nakypření nebo utužení půdní vrstvy. Jednotlivé objemové hmotnosti a poměry pórovitosti jsou závislé na druhu půdy. V tab. 5 jsou uvedeny limitní hodnoty fyzikální vlastnosti zhutnělých půd. [3] Tato laboratorní metoda zjišťování zhutnění je velmi spolehlivá a přesná, na druhou stranu je také velmi pracná a časově náročná. Proto se tato metoda nejčastěji používá pro vědecké práce a výzkumy, kde je zapotřebí co nejpřesnějších výsledků. Tab. 5 Limitní hodnoty fyzikálních vlastností zhutnělé půdy [24] Půdní druh (obsah částic pod 0,01 mm v %) Fyzikální vlastnost
J > 75
JV - JH 75 - 46
H 45 - 39
PH 30 - 21
HP 20 - 11
P < 10
Objemová hmotnost po vysoušení (g/cm-3)
> 1,35
> 1,40
> 1,45
> 1,55
> 1,60
> 1,70
Pórovitost (% objem)
< 48
< 47
< 45
< 42
< 40
< 38
5,5
> 6,0
12
10
Penetrační odpor půdy 2,8 - 3,2 3,3 - 3,7 3,8 - 4,2 4,5 - 5,0 (MPa) Při vlhkosti % hmot.
4.1.4
28 - 24
24 - 20
18 - 16
15 - 13
Kopaná sonda
Po prohlídce pole a po použití vpichovací sondy se struktura půdy přesněji posoudí pomoci kopané sondy. Pomoci rýče vykopeme díru asi 0,4 m hlubokou. Je třeba dávat pozor, aby jedna boční strana zůstala nedotčená. Tu potom například pomoci kapesního nože opatrně vypreparujeme, tak aby byly patrné agregáty a struktura. Jasně je pak vidět podíl zapravených rostlinných zbytků a hloubka prokořenění rostlin. V dobře strukturované půdě jsou kořeny prorostlé i přes velké půdní agregáty. U zhutnělé půdy nebo vrstvy jsou tyto agregáty natolik tvrdé, že kořeny jimi neprorostou. Zalomené kůlové 35
kořeny, například u řepky ozimé a zřetelné nashromáždění kořenů v určitých horizontech jsou známkou zhutnění půdy. Opatrným ohmatáním stěny lze zjisti méně a více zhutnělá místa. Další informace lze také zjistit měřením teploty. Poslouží nám k tomu jednoduchý digitální teploměr. Tak lze v secím horizontu zjistit, zda je zde dostatečná teplota pro klíčení. Rozdílné teploty v hlubších místech ukazují na rozdílný obsah vody a strukturu pórů. [4]
5
OPATŘENÍ PRO ODSTRANĚNÍ ZHUTNĚNÍ
Pro odstranění zhutnění nebo zhutnělé vrstvy, je důležité nejprve provést vyšetření půdy nejlépe kopanou sondou. Pomoci kopané sondy zjistíme rozsah a hloubku zhutnění. Zároveň i zjistíme vlhkost půdy v celém profilu. Podle těchto faktorů volíme následné opatření vedoucí k odstranění zhutnění. Na půdách, kde toto zhutnění zasahuje do podorniční vrstvy, je nutné tuto nežádoucí vrstvu odstranit mechanicky. Podle hloubky a míry škodlivosti zjištěného zhutnění půdy se volí tyto operace: -
dlátování
-
podrývání
-
hloubkové meliorační kypření
-
konsolidace zpracovaného profilu [24]
5.1 Dlátování Dlátování je pracovní operace, při které dochází k eliminaci půdního zhutnění do maximální hloubky okolo 0,6 m. Kypřiče s šikmými slupicemi a vyměnitelnými břity, které prořezávají celý profil ornice, umožňují intenzivní prokypření celého půdního profilu. [24] Tento stroj je vhodný na odstranění zhutněných míst vzniklých například při opakovaném přejezdu techniky po stejných kolejových stopách (kejdování, rozmetání hnoje, odvoz siláže,…). Jelikož dochází k intenzivnímu prokypření a promísení půdního profilu, je třeba dbát na to, aby pracovní hloubka nebyla příliš velká a nedocházelo k vynášení a mísení podloží a minerálních vrstev s ornicí. Tento dlátový pluh nabízí například firmy Bednar, Maschio Gaspardo a další.
36
5.2 Podrývání Podrývání je podobná pracovní operace lišící se v pracovních tělesech. Kypřící tělesa pro rozrušování povrchu půdy odstraňují zhutnění v hloubce bez vynášení této zeminy k povrchu. To může být důležité například u půd s nízkým profilem ornice, anebo při přípravě seťových lůžek pro povrchově setá nebo jemná semena (řepka olejná, hořčice). U kypřících radliček je důležité zajistit, aby pracovaly správně nad svojí kritickou hloubkou. Kypřící radlička pracuje správně, pokud zvedá a kypří půdu nad sebou a zmenšuje tak objemovou hmotnost a zhutnění. Celkový tok zeminy by měl být směrem nahoru, nikoli směrem ven do boku nebo dolů. Pokud radlička nekypří půdu nad sebou je celkový účinek zhutnění přesouváním do stran. Radlička pracuje pod svojí kritickou hloubkou. K tomu například dochází, když je zvedací účinek nedostatečný kvůli hmotnosti vlhké nebo promáčené svrchní vrstvy půdy. Zhutněné vrstvy nejsou odstraněny, nýbrž se dokonce mohou zhoršit, přičemž požadavky na tahovou sílu jsou vysoké. [7]
Obr. 16 Kypřící těleso při odstraňování zhutnělé vrstvy [7] Na obr. 16 je znázorněno kypřící těleso při odstraňování zhutnělé vrstvy (1) pracují v hloubce bez vynášení této zeminy k povrchu. Podpovrchová zhutnělá vrstva, která vytváří barieru pro růst kořenů, pohyb vody, vzduchu a živin, omezující výnos plodin se kypřícím tělesem rozrušuje. Tím vzniká zkypřená vrstva (3) která může obsahovat větší množství pórů, než obsahuje půda nad ní nebo pod ní. Aby byla půdě navrácena kapilarita, mělo by dojít k utužení do hloubky, čímž se jednotlivé vrstvy propojí (2). Povrchová vrstva (4) obsahující zapravené rostlinné zbytky by měla mít hloubku 0,1 – 0,15 m. 37
Tím je zajištěna optimální mineralizace poskytující dusík následující plodině a za předpokladu, že je dobře utužená, minimalizuje škodlivé vlivy na vyvíjející se rostliny a zlepšuje stabilitu půdních částic vůči působení deště a přejezdů strojů. Zvedací funkce křídel snižuje objemovou hmotnost půdy, tedy zvětšuje objem půdy. Pokud jsou tělesa uspořádána v jedné řadě, může být zvedaná zemina stisknuta mezi sousedními tělesy a půda se může zhutňovat. Operace pak ztrácí efektivitu. [7] Když jsou ale tělesa uspořádány do tvaru V (obr. 17), je jejich zvedací efekt střídavý a účinnost je lepší. Můžeme se také setkat s uspořádáním těles ve dvou nebo více řadách, což umožňuje neomezený pohyb zeminy. Často se dá vybavit podrývák talířovými bránami, které zajišťují mělké zpracování profilu. Tím dochází jednak k urovnání povrchu a zároveň i k mělkému zpracování půdy. Tímto slučováním nástrojů je dosaženo při jednom přejezdu kompletního zpracování půdního profilu.
Obr. 17 Podrývák Simba DTX 300 s talířovými bránami a uspořádáním pracovních nástrojů do tvaru V [27]
5.3 Hloubkové meliorační kypření Hloubkové meliorační kypření zhutnělé půdy v podorničí se pohybuje v hloubce s rozmezím 0,45 – 0,65 m. Takovéto kypření si vyžaduje agregaci kypřiče se značně výkonnými tahovými prostředky s dobrou tahovou silou. V podstatě pro ně platí stejné zásady a pravidla již zmiňovaná u podrývání. Tyto hloubkové kypřiče nabízí například firmy Lemken, Farmet, Kverneland.
38
5.4 Konsolidace zpracovaného profilu Toto je prokazatelně nejdůležitější část procesu zpracování půdy. Po zpracování je důležité hloubkové a povrchové utužení. Je-li provedeno v tomto pořadí, je nejúčinnější a nejméně poškozuje strukturu. Nakypřený a restrukturovaný profil pokud není utužen, může být příliš kyprý, může ztrácet cennou vláhu a za vlhka měknout a stávat se nezpracovatelným. Hroudy na povrchu mohou ohrozit vzcházení a nedostatečný styk semen nebo kořenů s půdou, snižuje klíčení a růst výdrolu a plevelů a zvyšuje riziko polehnutí. Nejlepší způsob jak navrátit půdě zpět požadovanou kapilaritu a vytvořit půdě výsledný zvlněný a pevný povrch (obr. 19) je použití pěchu (obr. 18). Tím je dosaženo homogennější pórovité struktury, která může propouštět vodu jak nahoru tak i dolů. Dobrý kontakt sklizňových zbytků předchozích plodin s půdou napomáhá jejich rozkladu a dostupnosti dusíku prostřednictvím mineralizace. [7]
Obr. 18 Použití půdního pěchu Horsch Optipack 5 DS v kombinaci s kypřičem Horsch Tiger 5 LT [26]
Obr. 19 Výsledný zvlněný a pevný povrch [21]
39
6
POLNÍ MĚŘENÍ
6.1 Cíl měření Cílem polního měření bylo změřit a porovnat hodnoty penetrometrického odporu znázorňující utužení a zhutnění vznikající pod koly zemědělské techniky. Dále zjistit průběh penetrometrického odporu půdy v závislosti na změně tlaku a šířce pneumatiky do hloubky 0,6 m.
6.2 Informace o pozemku Měření proběhlo na pozemku v katastru obce Jezeřany – Maršovice, které má název „Podvýhon“. Tento pozemek s výměrou 150 000 m2 obhospodařuje firma Agrospol, spol. s.r.o., druh půdy je zde hlinitopísčitý, středně lehká, bez skeletu, klimatický region je velmi teplý, suchý. Sklonitost pozemku je 0° a kód BPEJ 00100. Podle informací z Českého hydrometeorologického ústavu byl rok 2012 v ČR teplotně nadprůměrný o 0,8°C a srážkově podprůměrný o 3%. V Jihomoravském kraji byl rok teplotně nadprůměrný o 1,2°C (průměrná naměřená teplota 9,5°C) a srážkově podprůměrný o 7 %. V Jihomoravském kraji napršelo celkem 505 mm, v Jezeřanech - Maršovicích bylo zaznamenáno pouze 396 mm. Vlhkost pozemku v době měření byla ve 100 mm 16,5 %. Tento pozemek byl zvolen kvůli krátké vzdálenosti od zemědělského areálu. Na tomto poli byl sklizen ozimý ječmen a jako pracovní operace zde proběhly od žní dvě mělké podmítky talířovými bránami Dowlands DH 6000 na 0,07 – 0,1 m a koncem října kypření na 0,2 m strojem Horsch Terrano 5 FX. Pole bylo připraveno na jaro, kde bude založen porost kukuřice.
Obr. 20 Měřený pozemek s vyznačenými a vyjetými dráhami 40
6.3 Metodika a postup měření Měření probíhalo na podzim 8.11.2012. Před samotným měřením bylo na pozemku vyznačeno 5 dráh o šířce 5 m a délce 40 m. Vyznačení jednotlivých dráh bylo posunuto o 30 m od okraje pole, aby měření nebylo ovlivněno chybou, která by mohla vzniknout dřívějším utužením souvratí jinými zemědělskými stroji. Následně bylo provedeno kontrolní měření napříč vyznačeným prostorem v deseti bodech. Měření probíhalo postupně se dvěma traktory. Pro stejné zatížení obou traktorů bylo použito naplněné rozmetadlo průmyslových hnojiv Rauch ALPHA 1142, které se po odměření jednoho traktoru, připojilo na druhý traktor. Měřená souprava nejprve najela na váhu, kde bylo zaznamenáno jednotlivé zatížení náprav, údaje o rozměru pneumatik a kontrola tlaku v pneumatikách. Na poli se v měřených drahách pohybovala souprava konstantní rychlostí 7 km/h. Na konci zastavila a došlo ke změření vzdálenosti dotyku pneumatiky s půdou. Poté se snížil tlak v pneumatikách a souprava projela vedlejší drahou. Stejně se provedlo měření i se zadními dvojmontážemi. U druhého traktoru s diagonálními pneumatikami se provedlo pouze jedno měření se stejným tlakem v pneumatikách. Tab. 6 Údaje o měřených strojích dráha
1
traktor
2
3
4
Ford New Holland 8770
agregace
5 Z 16145
rozmetadlo Rauch Alpha 1142
celková hmotnost [kg]
11300 11300 11550 11550
8200
hmotnost na přední nápravu [kg]
3100
3100
3100
3100
1650
hmotnost na zadní nápravu [kg]
8200
8200
8500
8500
6550
přední pneumatiky zadní pneumatiky zadní dvojmontáže
Michelin Multibib 540/65 R30 Firestone 650/65 R42 Radial 9000 Evolution Kleber 20,8 R42 Super 9
Mitas 14,9-24 TD-04 Mitas 18,4-34 TD-02
-
tlak v předních pneu [kPa]
70
160
70
160
100
tlak v zadních pneu [kPa]
120
160
80
160
100
-
-
80
160
-
tlak v dvojmontážích [kPa]
41
6.4 Měřené veličiny 6.4.1
Šířka a hloubka otisku
Ve vyjeté stopě po soupravě byla změřena šířka „a“ a hloubka otisku pneumatiky „h“. Hloubka otisku se měřila tak, že nad kolej byla přiložena deska a metrem byla změřena vzdálenost od spodního okraje desky a místem otištěného zubu ve středu pneumatiky. Všechny údaje byly měřeny 3krát a byla vypočítaná průměrná hodnota. Hodnoty jsou uvedeny v tab. 6. 6.4.2
Délka dotyku pneumatiky s podložkou
Další měřenou veličinou byla délka dotyku pneumatiky s podložkou „b“, která byla potřebná k dopočítání plochy otisku zadního kola. Měření probíhalo tak, že na konci měřené dráhy u stojícího traktoru, byl přiložen k pneumatice metr a došlo ke změření styku pneumatiky s půdou. Toto měření bylo částečně ovlivněno chybou, protože nešlo zjistit přesný okraj kdy je ještě pneumatika v kontaktu s půdou a kdy ne. Měření probíhalo pouze u zadních kol.
140 120
délka [m]
100 80 60 40 20 0 1 2 3 délka dotyku zadního kola
4 5 dráha šířka otisku pneumatiky
Obr. 21 Porovnání délky dotyku a šířky zadního kola
42
6.4.3
Plocha otisku pneumatiky
Plocha otisku pneumatiky má tvar elipsy (obr. 22). Ze změřených hodnot „a“ a „b“ se dopočítaly plochy otisků jednotlivých pneumatik. Pro dopočítání plochy se použil vzorec pro výpočet obsahu elipsy
= .
.
. Vypočítané plochy otisků jsou uvede-
ny v tab. 7 a znázorněny v grafu na obr. 23.
Obr. 22 Plocha otisku pneumatiky a měřené veličiny
Tab. 7 Naměřené hodnoty dráha
1
2
3
4
5
0,65
0,63
0,64
0,62
0,49
-
-
0,52
0,50
-
0,081
0,078
0,072
0,083
0,07
hloubka stopy dvojmontáže [m]
-
-
0,08
0,066
-
délka dotyku zadního kola [m]
0,82
0,75
0,78
0,72
0,78
délka dotyku dvojmontáže [m]
-
-
0,78
0,72
-
plocha otisku zadního kola [m2]
0,837
0,742
0,784
0,701
0,60
plocha otisku dvojmontáže [m2]
-
-
0,637
0,565
-
0,837
0,742
1,421
1,266
0,60
šířka stopy [m] šířka stopy dvojmontáže [m] hloubka stopy [m]
celková plocha otisku [m2]
43
1,6 1,4
plocha [m2]
1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 1
2
3
celková plocha otisku zadního kola plocha dvojmontáže
4
plocha zadního kola
5 dráha
Obr. 23 Porovnání jednotlivých ploch otisků zadních kol 6.4.4
Penetrometrický odpor půdy
Před samotným vyjetím kolejí zemědělskou technikou, bylo na připraveném vyznačeném prostoru provedeno kontrolní měření penetrometrického odporu. Toto kontrolní měření se provedlo v deseti bodech. Napříč měřenou plochou bylo provedeno šest měření a zbývající čtyři měření byly provedeny v rozích pro určitou rovnoměrnost a objektivitu kontrolního měření. Penetrometrický odpor se měřil ve vyjeté levé koleji (ve směru jízdy). Měřená dráha byla dlouhá 40 m a na ní byla vyznačena tři měřící místa ve vzdálenosti od okraje 10 m, 20 m a 30 m. Samotné měření probíhalo tak, že v měřícím místě jsem položil kolmo na vyjetou kolej desku s vyznačenými ryskami. Na desce byl vyznačen střed, který se přiložil na střed vyjeté koleje. Od středu pak byly na obě strany vyznačeny rysky po 5 cm. Na levou stranu s minusovým znaménkem, na pravou stranu s plusovým. Měření začínalo od levé strany první ryskou mimo vyjetou kolej. Následné měření již bylo v okraji vyjeté koleje a postupovalo se po vyznačených ryskách (5 cm) až na druhou stranu po první rysku mimo kolej. Hloubkové hodnoty penetrometrického odporu půdy, byly zaznamenávány po 4 cm, až do maximální možné hloubky. Měřená hloubka byla značně ovlivněna suchem, které panovalo po celý rok 2012. Suchá půda nedovolila přístroji se dostat do větší hloubky jak 40 cm (max. 44 - 48 cm). Ze třech měřících míst na jedné koleji, byly zapsány hodnoty, které se následně zprůměrovaly a vyhodnocovaly. Průměrné hodnoty naměřeného penetrometrického odporu půdy jsou uvedeny v tab. 8.
44
Tab. 8 Tabulka naměřených hodnot penetrometrického odporu stroj
Ford New Holland 8770
hloubka šířka [cm] -35 -30 -25 -20 -15 -10 [cm]
4
8
12
16
20
24
28
32
36
40
10 m 20 m 30 m průměr 10 m 20 m 30 m průměr 10 m 20 m 30 m průměr 10 m 20 m 30 m průměr 10 m 20 m 30 m průměr 10 m 20 m 30 m průměr 10 m 20 m 30 m průměr 10 m 20 m 30 m průměr 10 m 20 m 30 m průměr 10 m 20 m 30 m průměr
70 kPa
tlak zadní
-5
0
5
10
15
20
25
30
průměr 35 [MPa]
tlak přední
120 kPa
0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
0,0
0,0
0,0
0,1
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
0,1
0,1
0,0
0,3
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
0,3
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0 0,0 0,0 0,2 0,0
0,1
0,0
0,3
0,2
0,0
0,1
0,1
0,0
0,0
0,0
0,0 0,0 0,0 0,1 0,0
0,2
0,0
0,1
0,2
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0 0,0 0,2 0,6 0,5
0,8
0,6
0,5
1,0
0,9
0,6
0,6
0,3
0,0
0,0
0,1 0,2 0,6 0,5 0,4
0,5
0,5
0,7
0,6
0,3
0,3
0,4
0,4
0,0
0,0
0,0 0,0 0,5 0,9 0,7
0,8
0,7
0,7
0,9
0,7
0,7
0,5
0,0
0,0
0,0
0,0 0,1 0,4 0,7 0,5
0,7
0,6
0,6
0,8
0,6
0,5
0,5
0,2
0,0
0,0
0,0 0,4 0,9 1,6 1,0
1,3
0,9
0,7
1,6
1,5
1,6
0,9
0,6
0,2
0,1
0,7 0,8 0,9 0,9 0,7
1,1
0,9
0,9
1,0
0,9
0,6
0,6
0,7
0,3
0,5
0,0 0,1 0,9 1,5 1,3
1,3
1,0
0,8
1,2
1,1
1,2
0,8
0,1
0,0
0,0
0,2 0,4 0,9 1,3 1,0
1,2
0,9
0,8
1,3
1,2
1,1
0,8
0,5
0,2
0,2
0,4 1,1 1,8 2,3 2,0
2,0
1,3
1,3
2,1
2,0
2,0
2,2
0,8
0,8
0,6
1,0 1,1 1,3 1,7 1,3
1,6
1,9
1,7
1,2
1,2
1,7
1,0
1,1
0,7
0,8
0,3 0,4 1,7 2,2 1,7
2,0
1,5
1,5
1,8
1,6
1,9
1,3
0,5
0,4
0,5
0,6 0,9 1,6 2,1 1,7
1,9
1,6
1,5
1,7
1,6
1,9
1,5
0,8
0,6
0,6
1,5 1,7 2,5 3,1 2,9
2,8
2,8
2,5
3,0
2,8
3,0
3,1
2,0
2,0
1,9
1,7 1,7 2,2 2,5 2,2
2,8
3,0
2,4
1,9
2,2
2,9
2,2
1,8
1,3
1,4
0,9 1,4 2,5 2,3 2,3
2,8
2,2
2,1
2,3
2,2
2,5
2,0
1,5
1,0
1,1
1,4 1,6 2,4 2,6 2,5
2,8
2,7
2,3
2,4
2,4
2,8
2,4
1,8
1,4
1,5
2,4 2,7 3,2 4,4 3,8
3,5
3,7
3,3
4,1
3,8
4,1
4,2
3,2
3,1
3,0
2,4 2,6 3,0 3,5 3,1
3,5
4,3
3,8
3,1
3,1
3,8
3,0
2,9
2,2
2,1
1,5 2,0 3,5 3,8 3,1
3,5
2,9
2,7
3,3
3,3
3,4
2,6
2,0
1,6
1,8
2,1 2,4 3,2 3,9 3,3
3,5
3,6
3,3
3,5
3,4
3,8
3,3
2,7
2,3
2,3
2,9 3,9 4,2 4,8 4,6
4,4
4,2
3,7
3,9
4,7
4,6
4,6
3,9
4,2
3,8
3,2 3,5 4,7 5,3 4,1
4,5
5,2
5,1
3,9
4,0
4,8
4,0
3,9
3,3
3,5
2,4 2,8 3,9 4,6 4,0
4,4
3,7
3,6
4,1
4,3
4,2
3,5
2,8
2,3
2,3
2,8 3,4 4,3 4,9 4,2
4,4
4,4
4,1
4,0
4,3
4,5
4,0
3,5
3,3
3,2
3,6 4,6 4,8 5,8 4,4
5,1
5,2
4,2
5,0
5,0
5,3
5,3
4,9
4,7
4,6
5,9 5,6 5,8 5,9 5,0
4,6
6,1
5,5
5,0
4,7
4,9
5,3
4,8
4,2
4,5
2,8 3,4 4,6 5,4 4,8
5,1
4,2
4,6
4,4
4,7
5,4
4,0
3,5
3,0
3,0
4,1 4,5 5,1 5,7 4,7
4,9
5,2
4,8
4,8
4,8
5,2
4,9
4,4
4,0
4,0
4,3 5,2 5,8 5,3 5,6
5,5
5,6
4,0
4,8
6,1
5,0
5,7
4,7
4,6
4,6
6,0 6,4 6,0 5,9 5,4
4,3
5,4
5,9
6,0
5,5
4,6
6,2
5,7
5,4
5,4
3,3 4,0 5,6 5,8 6,3
5,5
4,5
5,0
5,5
6,0
3,9
4,8
4,6
3,8
3,8
4,5 5,2 5,8 5,7 5,8
5,1
5,2
5,0
5,4
5,9
4,5
5,6
5,0
4,6
4,6
45
0,00
0,04
0,43
0,80
1,36
2,20
3,11
3,96
4,74
5,18
7
VÝSLEDKY A DISKUZE POLNÍHO MĚŘENÍ
Měření bylo zaměřeno na zjištění, který traktor způsobuje menší utužení půdy při použití neseného rozmetadla průmyslových hnojiv. Jelikož takto agregované stroje bývají nasazeny i v praxi, zajímalo toto měření i agronoma podniku Ing. Ondřeje Čápa. Jako první jsem porovnával traktor Ford New Holland 8770 bez použití dvojmontáží, pouze při rozdílném tlaku v pneumatikách. Při použití nízkého tlaku 120 kPa se zvětšila styčná plocha pneumatiky oproti tlaku 160 kPa o 0,095 m2 což je vyjádřeno v procentech o 11,35 % více. Toto zvětšení styčné plochy mělo vliv na velikost penetrometrického odporu. Na grafu na obr. 24 je patrný rozdílný nárůst penetrometrického odporu u pneumatik nahuštěných na 160 kPa. Zejména v nižších hloubkách okolo 20 cm. Při větších hloubkách nad 32 cm se penetrometrický odpor u pneumatiky s tlakem 120 kPa zvýšil a překročil tak porovnávaný druhý tlak 160 kPa. Toto překročení bych již nepřikládal k rozdílnému tlaku v pneumatikách, ale k suchému tvrdému půdnímu profilu, který mohl klást rozdílný odpor. V grafu proto uvádím pro srovnání i penetrometrický odpor půdy při kontrolním měření.
Penetrometrický odpor u traktoru Ford 8770 odpor penetrometru [Mpa]
6 5 4 3 2 1 0 0
4
8
12
16
kontrolní měření
20
24
1 - 120 kPa
28
32
36
40 44 hloubka [cm] 2 - 160 kPa
Obr. 24 Radiální pneumatiky při rozdílném tlaku Při dalším měření jsem porovnával opět stejný traktor Ford, avšak s použitím zadních dvojmontáží. Tyto dvojmontáže byly připevněny pomoci rychloupínacího systému se čtyřmi napínáky. Použitím zadních dvojmontáží došlo k nepatrnému nárůstu zatížení na zadní nápravu (přibližně o 300 kg), ale také především k dalšímu zvětšení styčné 46
plochy zadních pneumatik. Toto větší rozložení hmotnosti umožnilo snížit tlak v zadních pneumatikách ještě více až na hodnotu 0,8 bar. Rozdílná plocha otisků pneumatik u nahuštěných (1,6 bar) a upuštěných (0,8 bar) pneumatik pak byla 0,155 m2, což je 10,9 %. V grafu na obr. 25 je znázorněn průběh penetrometrického odporu půdy, při použití zadních dvojmontáží a rozdílných tlaků huštění. Podle očekávání byl menší penetrometrický odpor u pneumatik s nižším tlakem (0,8 bar), avšak rozdíl již nebyl tak markantní jak tomu bylo u předchozího měření.
Pentrometrický odpor při použití zadních dvojmontáží u traktoru Ford 8770 odpor penetrometru [MPa]
6 5 4 3 2 1 0 0
4
8
12
16
kontrolní měření
20
24
3 - 80 kPa
28
32
36
4 - 160 kPa
40 44 hloubka [cm]
Obr. 25 Zadní radiální pneumatiky a dvojmontáže při rozdílném tlaku U měření druhého traktoru Zetor 16145 s diagonálními pneumatikami byl zvolen pouze jeden tlak huštění pneumatik a to 1,0 bar. Tento nízký tlak již byl na hranici únosnosti pneumatik. Zatížení jedné zadní pneumatiky u Zetoru bylo v porovnání se samotnými zadními pneumatikami u Forda (1) o 825 kg na kolo menší. Plocha u stejného srovnání pak byla menší o 0,237 m2 (28,3 %). Na následujícím grafu na obr. 26 je uvedeno porovnání penetrometrického odporu u diagonálních pneumatik traktoru Zetor 16145, v porovnání s již předešlými měřeními a vždy s tím s lepším výsledkem. To znamená s Fordem bez dvojmontáží 1,2 bar a s Fordem s dvojmontáží 0,8 bar. Diagonální pneumatiky vychází z tohoto porovnání nejhůře. Již od hloubky 8 cm byl zaznamenáván nízký odpor půdy a následně rovnoměrně stoupal. V rozmezí hloubky 20 až 32 cm byl penetrometrický odpor v porovnání s Fordem bez dvojmontáží větší o 20 %
47
(± 0,5 %). Tento výsledek jsem očekával, protože Zetor 16145 měl sice v porovnání s Fordem menší zatížení na jedno zadní kolo o 825 kg, ale jeho plocha otisku byla také výrazně menší. Již při výpočtu středního kontaktního tlaku pod zadním kolem mě vyšel tlak u Zetoru vyšší o 0,56 kPa. Trochu překvapivé je porovnání Forda bez a s dvojmontážemi. Při porovnání styčných ploch došlo použitím zadních dvojmontáží o zvětšení plochy na jedné straně traktoru o 0,584 m2, což je o 58,9 % více. Traktor s dvojmontáží vykazoval ze začátku stejné a nepatrně vyšší utužení až do hloubky okolo 20 cm. Dále již odpor půdy stoupal výrazněji až po hloubku 32 cm, kde byl odpor půdy větší o rozmezí 13 až 16 % než u Forda bez dvojmontáží (120 kPa). Tento vyšší půdní odpor u dvojmontáží je trochu v rozporu s teorií. V mém případě mohl být způsoben tím, že byl půdní profil opravdu suchý, což lze i spatřit z grafů, kde již v hloubkách 44 cm dosahuje kontrolní měření, hodně podobných hodnot odporu jak ve vyjetých kolejích. Přednost dvojmontáží by byla více patrná na kypré vlhké půdě, zejména na jaře. Zajímavé by mohlo být ještě porovnání Zetoru 16145 se zadními dvojmontážemi, který by také díky větší styčné ploše a relativně nižší váze mohl vykazovat podobné hodnoty jako traktor Ford New Holland 8770 bez dvojmontáží s tlakem 120 kPa.
Penetrometrický odpor ve stopách u traktorů Ford 8770 a Zetor 16145 odpor penetrometru [Mpa]
6 5 4 3 2 1 0 0
4
kontrolní měření
8
12
16
20
1 - 120 kPa
24
28
3 - 80 kPa
32
36
5 - 100 kPa
40 44 hloubka [cm]
Obr. 26 Diagonální pneumatiky v porovnání s upuštěnými radiálními pneumatikami
48
V tab. 9 je souhrn naměřených hodnot penetrometrického odporu na měřeném pozemku. Z uvedených hodnot byl sestaven následující graf na obr. 27, kde lze vidět a porovnat všechna měření najednou.
Tab. 9 Naměřené hodnoty penetrometrického odporu ve vyjetých kolejích kontrola traktor agregace tlak přední [kPa] tlak zadní [kPa] hloubka [cm] 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44
1
2 3 4 5 Ford New Holland 8770 Zetor 16145 Rauch Alpha 1142 70 160 70 160 100 120 160 80 160 100 Průměrné hodnoty penetrometrického odporu MPa 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,04 0,12 0,07 0,09 0,15 0,00 0,43 0,55 0,39 0,39 0,46 0,11 0,80 1,10 0,83 0,87 0,94 0,40 1,36 1,75 1,48 1,55 1,71 0,88 2,20 2,57 2,50 2,53 2,64 1,89 3,11 3,28 3,62 3,68 3,70 2,78 3,96 3,92 4,48 4,57 4,73 3,44 4,72 4,44 5,06 5,26 5,36 4,13 5,24 4,94 5,54 5,74 5,60 4,75 5,54 5,24 5,29 5,66 5,35
Jak je vidět a již bylo zmiňováno, tak nejmenší naměřený penetrometrický odpor byl u traktoru Ford bez dvojmontáží s tlakem 120 kPa. Naopak nejvyšší hodnoty odporu půdy vykazovalo měření diagonálních pneumatik u traktoru Zetor. Celkem překvapivé bylo měření traktoru Ford s dvojmontážemi, které při takto suchých podmínkách neměly žádný zásadní vliv. Naopak bych řekl, že měly i záporný vliv, jelikož půda v kolejích po dvojmontážích byla stejně nebo více zhutněná. Z toho plyne, že při měření neměly dvojmontáže na velikost a hloubku zhutnění v danou chvíli pozitivní vliv. Díky dvojmontážím vznikala akorát větší kolej a tím i větší ujetá plocha. V porovnání s měřením Fordu bez dvojmontáží byla tato plocha o 1,27 m2 větší (plocha otisku obou dvojmontáží). Dvojmontáže by byly dobré, pokud by byl traktor mnohem více zatížen, např. nesenou secí kombinací, nebo by pracoval na mokrém a velmi kyprém pozemku.
49
6
odpor penetrometru [MPa]
5 4 3 2 1 0 0
4
kontrolní měření
8
12
1 - 120 kPa
16
20
2 - 160 kPa
Obr. 27 Porovnání všech provedených měření
50
24
28
3 - 80 kPa
32
36
4 - 160 kPa
40 44 hloubka [cm] 5 - 100 kPa
8
ZÁVĚR Zhutnění půdy se začíná s nárůstem používání těžké zemědělské techniky projevovat
čím dál více. Projevuje se to zejména na růstu pěstovaných rostlin. Má negativní vliv na vývoj kořenového systému a na příjem a využívání živin z půdy. Nepříznivě tak ovlivňuje výši a jakost produkce plodin. Se zmenšujícími se kapilárními póry se zhoršuje i prostupnost vody a vzduchu, což omezuje infiltraci vody do půdy a podporuje tak povrchový odtok vody. Zhutnělá a neprovzdušněná půda negativně působí i na půdní mezoedafon a mikroedafon, jejímž důsledkem je klesající kvalita půdního humusu. Výsledky mého měření potvrzují, že radiální pneumatiky způsobují menší utužení než pneumatiky diagonální. I přes to, že Zetor 16145 s diagonálními pneumatikami byl o 3100 kg lehčí, tak díky nižšímu tlaku v radiálních pneumatikách a větší kontaktní ploše, způsoboval Ford 8770 menší utužení půdy. Při použití dvojmontáží na traktoru Ford 8770 jsem očekával hodnoty utužení ještě nižší, avšak hodnoty penetrometrického odporu byly stejné až větší v porovnání s měřením bez dvojmontáží. Mé měření bylo do jisté míry ovlivněno suchem panujícím v roce 2012. Výhoda dvojmontáží by se asi více projevila na kypřejší vlhčí půdě, nebo při větším zatížení traktoru. Nadměrné zhutnění půd je ovlivňováno faktory, jako jsou hmotnost stroje, šířka a typ pneumatik, nakypření půdy a vlhkost půdy. Ovšem u moderních traktorů se záměrně zvyšuje hmotnost, aby stroj dokázal přenést výkon motoru na podložku. Proto je velmi důležité klást důraz na používání širokoprofilových radiálních pneumatik a pracovat s hustícím tlakem. Vhodnou volbou je i pásový podvozek. Zhutnění půdy lze ovlivnit i způsobem zpracování půdy a dobou vstupu na pozemek. Moderní stroje na zpracování půdy umožňují slučování pracovních operací, které dokáží zpracovat pozemek během jednoho nebo dvou přejezdů a nedochází tak k nadměrnému ujíždění pozemku. S nástupem GPS signálu vznikly i systémy kontroly pohybu strojů po pozemku. Systém Controlled Traffic Farming (CTF) slučuje přejezdy strojů do trvalých pojezdových drah, čímž šetří půdu, ale zároveň i uspořádává pracovní procesy a umožňuje další zvyšování výkonnosti techniky. Řešení problému zhutnění a utužení půd bude stále diskutabilní téma a bude jen na každém zemědělci, jak se k tomuto problému postaví.
51
9
POUŽITÁ LITERATURA
Knižní publikace: [1]
BAČÁK, Josef. Problematika utužení a zhutnění půd technikou v rostlinné výrobě. Diplomová práce (in MS, dep. Knihovna Mendelu v Brně), MZLU v Brně, Brno, 2011. 75 s.
[2]
BAUER, František, a kol. Traktory. 1. vyd. Praha: Profi Press, 2006. 192 s. ISBN 80-86726-15-0.
[3]
HŮLA, Josef; PROCHÁZKOVÁ, Blanka. Minimalizace zpracování půdy. 1. vyd. Praha: Profi Press, 2008. 248 s. ISBN 978-80-86726-28-1.
[4]
KÖLLER, Karlheinz; LINKE, Christian. Úspěch bez pluhu. 1. vyd. Praha: Vydavatelství ZT, 2006. 192 s. ISBN 80-87002-00-8.
[5]
KUMHÁLA, František. Zemědělská technika: stroje a technologie prorostlinou výrobu. 1. vyd. Praha: Česká zemědělská univerzita, 2007. 438 s. ISBN 978-80213-1701-7.
[6]
LUKAS, Vojtěch, a kol. Mapování variability půdy a porostů v precizním zemědělství. 1. vyd. Brno: Mendelova univerzita v Brně, 2011. 34 s. ISBN 978-807375-562-1.
Odborné články: [7]
GODWIN, Richard. Půda – nejcennější aktivum zemědělství. informační materiál. Hustopeče: AGRI CS a.s., 2008. 34 s.
[8]
HAVEL, Petr. O erozi z jiného soudku. Zemědělec. 2012, č. 35, 10 s.
[9]
Inovační technika pro životní prostředí a rozvoj. Zunhammer. informační materiál. Dašice: DSP ENGINEERING s.r.o., 2012. 30 s.
[10]
KAPLIČKA, Jiří. Monitoring eroze a jak se do něj zapojit. Zemědělec. 2012, č. 35, 5 s.
[11]
PAULOVÁ, Martina. Česká stopa na výstavě Sima. Mechanizace zemědělství. 2013, č. 4, 76 - 77 s.
[12]
PRIKNER, Patrik. Vliv zatížených pneumatik na půdu. Zemědělec. 2012, č. 44, 11 – 12 s.
52
Internetové zdroje: [13]
Ace treatment for grand protection. Pöttinger Maschinenfabrick GmbH [online]. [cit. 20-3-2013]. Dostupné z: http://www.poettinger.at/en/news_details/403/acetreatment-for-ground-protection/
[14]
BENEŠ, Petr. Přínos změny tlaku v pneumatikách [online]. © 2009 [cit. 28-3-2013]. Dostupné z: http://www.agroweb.cz/Prinos-zmeny-tlaku-vpneumatikach_s425x34869.html
[15]
BUDŇÁKOVÁ, Michaela; JACKO, Karel. Půda situační a výhledová zpráva. Praha: Ministerstvo zemědělství, 2012. 100 s. ISBN 879-80-7434-088-8. [online]. [cit. 22-10-2012]. Dostupné z: http://eagri.cz/public/web/file/181775/ Zprava_Puda_kniha_web_1_.pdf
[16]
Continental, Technický rádce, Zemědělské pneumatiky. Strom Praha a.s. [online]. © 2013 [cit. 26-10-2012]. Dostupné z: http://www.strompraha.cz/assets /pneu/katalogy/Databook%20AGRI%20Conti%20%202011.pdf
[17]
Die Traktionsbox. Steuerungstechnik StG [online]. [cit. 15-01-2013]. Dostupné z: http://www.steuerungstechnik-stg.de/index.php?titel=Traktionsbox
[18]
Dynamická penetrační zkouška. Inset s.r.o. [online]. [cit. 10-12-2012]. Dostupné z: http://www.inset.com/dynamicka_penetracni_zkouska.php
[19]
Fendt 818. Steuerungstechnik StG [online]. [cit. 15-01-2013]. Dostupné z: http://www.steuerungstechnik-stg.de/index.php?titel=Bilder&glevel=ansicht&id =33&bildnummer=13
[20]
For High-Power Traktors. Soucy Track [online]. © 2011 [cit. 3-2-2013]. Dostupné z: http://www.soucy-track.com/en-CA/products/grooming/groomers/st -700/photos
[21]
Horsch Optipack DD. Tatoli müügiosakond [online]. © 2011 [cit. 01-04-2013]. Dostupné z: http://www.tatoli.ee/print.php?m=65
[22]
HŮLA, Josef, a kol. Vliv opakovaných přejezdů po půdě na stupeň zhutnění půdy. Praha: Katedra zemědělských strojů, technická fakulta, ČZU v Praze, 2008. 5 s. [online]. [cit. 23-10-2012]. Dostupné z: http://kzs.tf.czu.cz/projekt/5.pdf
[23]
Challanger MT 765D a Case Quadrac 600. KMB Stavební servis, s.r.o. [online]. © 2006 [cit. 9-2-2013]. Dostupné z: http://www.toyshop.cz/c/20/Traktory-odr1980---moderni
53
[24]
JAVŮREK, Miloslav; VACH, Milan. Negativní vliv zhutnění půd a soustavná opatření k jejich odstranění. Praha: Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., 2008. 24 s. ISBN 978-80-87011-57-7. Dostupné z: http://www.vurv.cz/files/ Publications/ISBN978-80-87011-57-7.pdf
[25]
Lexion 770 – 740. Claas GmbH [online]. [cit. 20-2-2013]. Dostupné z: http://app.claas.com/lexion2011/en/lexion-770_lexion-740/claas-power-systems. php
[26]
Optipack SD. Horsch Maschinen GmbH [online]. © 2010 [cit. 21-09-2012]. Dostupné z: http://www.horsch2.com/cz/produkte/komponenty/zpracovani-pudy /optipack-sd/
[27]
Photography and Video. Push creativity [online]. © 2010 [cit. 17-01-2013]. Dostupné z: http://www.push.uk.net/photography-and-video.html
[28]
PÍCHA, Vladimír. Nová generace traktorů Fendt 900 [online]. © 2010 [cit. 20-1-2013]. Dostupné z: http://www.agromachinery.cz/post/nova-generacetraktoru-fendt-900-210/
[29]
PROXIMA. Na polské straně. Farmweb [online]. © 2005 – 2013 [cit. 20-2-2013]. Dostupné z: http://farmweb.cz/index.php?page=view_gallery &gal=37111
[30]
PROXIMA. Řepná kampaň Kietrz. Farmweb [online]. © 2005 – 2013 [cit. 19-2-2013]. Dostupné z: http://farmweb.cz/index.php?page=view_image&i d=MTQ0MVgzOTYzM1g0Nzg5ODE=#skok
[31]
PTG Reifendruckregelsysteme. PTG GmbH [online]. © 2013 [cit. 10-1-2013]. Dostupné z: http://www.ptg.info/Pics/10Info_Download/Produktinfos/PTG_Air box_drive_2L_Fendt_Vario_kl.pdf
[32]
ReifendruckregelsystemRDS 2L. PTG Reifendruckfegelsystem GmbH [online]. [cit. 15-01-2013]. Dostupné z: http://www.ptg.info/Pages_DE/03Produkte_Fram e.html
[33]
Steiger/Quatrac Efficient Power (350 – 650 koní). AGRI CS a.s. [online]. © 2011 [cit. 14-2-2013]. Dostupné z: http://www.agrics.cz/steiger-epnovinka?sid=cb584f2fa0a9e469345a24169ca33337
[34]
Technical data Michelin Multibib. Michelin [online]. © 2011 - 2013 [cit. 19-01-2013]. Dostupné z: http://www.michelinag.com/Agricultural-tires/ Tractors/MICHELIN-MULTIBIB 54
[35]
Zemědělské pneumatiky. Mitas a.s. [online]. © 2008 [cit. 19-01-2013]. Dostupné z: http://www.mitas.eu/index.php?stranka=2&rid=113&cid=1283&art icle=katalogy-a-ceniky
[36]
ZETOR. JD 8530 ST a Kinze. Farmweb [online]. © 2005 – 2013 [cit. 20-2-2013]. Dostupné z: http://farmweb.cz/index.php?page=view_image&i d=MjFYMjg1OThYMzI3ODY3#skok
[37]
Zimní pneumatiky, Letní pneumatiky, rozdíly a to nejdůležitější co nutné vědět. Besip [online]. © 2010 [cit. 06-11-2012]. Dostupné z: http://bezpecnenasilnicich .cz/page/115/zimni_pneu_a_hlavni_rozdili.html
55
10 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Půdní struktura lehké půdy [7] ............................................................................ 11 Obr. 2 Půdní struktura těžké půdy [7]............................................................................. 11 Obr. 3 Ovlivnění velikosti půdních částic na vlhkosti půdy [7] ...................................... 15 Obr. 4 Pohyb sklízecí mlátičky po pozemku .................................................................... 16 Obr. 5 Plocha otisku (So) a plocha styku (Sd) ................................................................. 18 Obr. 6 Řez pláštěm pneumatiky [37] ............................................................................... 20 Obr. 7 Základní rozměry pneumatiky [35] ...................................................................... 21 Obr. 8 Sada pro jednoduchou regulaci tlaku v pneumatikách [17] ................................ 25 Obr. 9 Jednookruhový (vlevo) a dvouokruhový regulační systém změny tlaku [19][32] 26 Obr. 10 Traktor John Deere 8360R s dvojmontáží kol při strhávání hrubé brázdy [29] 27 Obr. 11 Koncepce pásových traktorů se dvěma a čtyřmi pásovými jednotkami [23] ..... 28 Obr. 12 Pásové jednotky Souce Track na traktoru JD 8530 [20] [36] ........................... 30 Obr. 13 Claas Lexion 770 s pásovým podvozkem [25] ................................................... 31 Obr. 14 Krabí chod sklízeče cukrové řepy Ropa Tiger [30] ........................................... 32 Obr. 15 Podvozek na málo únosné půdy od firmy Pöttinger [13]................................... 32 Obr. 16 Kypřící těleso při odstraňování zhutnělé vrstvy [7]........................................... 37 Obr. 17 Podrývák Simba DTX 300 s talířovými bránami a uspořádáním pracovních nástrojů do tvaru V [27] ................................................................................... 38 Obr. 18 Použití půdního pěchu Horsch Optipack 5 DS v kombinaci s kypřičem Horsch Tiger 5 LT [26] ..................................................................................... 39 Obr. 19 Výsledný zvlněný a pevný povrch [21] .............................................................. 39 Obr. 20 Měřený pozemek s vyznačenými a vyjetými dráhami ........................................ 40 Obr. 21 Porovnání délky dotyku a šířky zadního kola .................................................... 42 Obr. 22 Plocha otisku pneumatiky a měřené veličiny ..................................................... 43 Obr. 23 Porovnání jednotlivých ploch otisků zadních kol .............................................. 44 Obr. 24 Radiální pneumatiky při rozdílném tlaku .......................................................... 46 Obr. 25 Zadní radiální pneumatiky a dvojmontáže při rozdílném tlaku ......................... 47 Obr. 26 Diagonální pneumatiky v porovnání s upuštěnými radiálními pneumatikami .. 48 Obr. 27 Porovnání všech provedených měření ............................................................... 50
56
11 SEZNAM TABULEK Tab. 1 Index rychlosti [16] .............................................................................................. 22 Tab. 2 Index nosnosti [16] .............................................................................................. 22 Tab. 3 Nosnost pneumatiky v závislosti na tlaku a rychlosti [34]................................... 23 Tab. 4 Příklady velikosti kontaktního tlaku a styčné plochy [2] ..................................... 28 Tab. 5 Limitní hodnoty fyzikálních vlastností zhutnělé půdy [24] .................................. 35 Tab. 6 Údaje o měřených strojích ................................................................................... 41 Tab. 7 Naměřené hodnoty ............................................................................................... 43 Tab. 8 Tabulka naměřených hodnot penetrometrického odporu .................................... 45 Tab. 9 Naměřené hodnoty penetrometrického odporu ve vyjetých kolejích ................... 49
57
Příloha Fotodokumentace z polního měření
58
Foto 1 Traktor Ford New Holland 8770 s rozmetadlem na dráze č. 1
Foto 2 Traktor Ford New Holland 8770 s dvojmontáží zadních kol na dráze č. 4
59
Foto 3 Traktor Zetor 16145 s rozmetadlem na zkušební dráze č. 5
Foto 4 Pohled na zkušební plochu s vyznačenými dráhami 60
Foto 5 Ukázka deformace bočnic pneumatik při tlaku 80 kPa
Foto 6 Ukázka deformace bočnic pneumatik při tlaku 160 kPa
61
Foto 7 Ukázka stopy pneumatiky traktoru Ford New Holland 8770 při tlaku 160 kPa
Foto 8 Ukázka měření šířky stopy
62
Foto 9 Ukázka měření hloubky stopy
63
