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. Bačák Josef
BRNO 2011
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma: Problematika utužení a zhutnění půd technikou v rostlinné výrobě vypracoval samostatně a použil jen 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……………………….
2
Poděkování Děkuji panu doc. Ing. Janu Červinkovi, CSc. za cenné rady, připomínky a pomoc při zpracování diplomové práce. Dále děkuji zemědělské společnosti KLM Míškovice s.r.o. za poskytnutí techniky a pozemku pro uskutečnění polního měření. Děkuji svým rodičům za to, že mi umožnili studovat a podporovali mě po celou dobu studia.
3
Abstrakt Práce se zabývá problematikou utužení půdy zemědělskou technikou. Jsou zde popsány problémy a příčiny, které utužení půdy způsobuje. V literární rešerši jsou shrnuty informace z článků z odborných časopisů a knih, které se zabývají touto problematikou. Práce se zabývá způsoby jakými lze předcházet utužení půdy, popřípadě jak lze nežádoucí utužení odstranit a minimalizovat. Je zde uvedena metodika měření a shrnuty výsledky penetrometrického odporu. Byl zjištěn průběh penetrometrického odporu ve vyjetých stopách traktorových souprav. Bylo provedeno srovnání radiálních a diagonálních pneumatik, pneumatik se sníženým tlakem a traktorové soupravy s vzadu neseným strojem. Výsledky jsou porovnány s výsledky zjištěnými ze simulace průběhu tlaků v půdě pod koly souprav v programu TASC. Bylo zjištěno, že na utužení půdy mají menší vliv radiální pneumatiky, a že je výhodné tlak v pneumatikách udržovat menší. Na utužení půdy má vliv především hmotnost soupravy, šířka pneumatik a kontaktní plocha s podložkou. Je tedy výhodné používat radiální pneumatiky s větší šířkou a u těžkých souprav volit dvoumontáže nebo pásové podvozky. Výsledky práce mohou být použity ke správnému rozhodnutí při nákupu zemědělské techniky, popřípadě při nákupu pneumatik. Klíčová slova: půda, utužení, pneumatiky, styčná plocha, penetrometrický odpor, tlak na podložku
4
Abstract The work deals with the compaction land of agricultural machinery. There are the problems and causes, which causes soil compaction. In the literature search are summarized details of articles from professional journals and books that deal with this issue. The work deals with the ways in which soil compaction can be prevented, or how to remove unwanted and minimize compaction. We will learn the methods of measurement and the results summarized penetrometrického resistance. Field measurements were made, which was found to conduct business as penetrometrického resistance in the footsteps of tractor combinations. A comparison was made of radial and diagonal tires, tire pressure and reduced tractor sets the machine back borne. The results are compared with results from the simulation of the identified pressures in the soil under the wheels of trains in the TASC program. It was found that soil compaction have less influence radial tires, and that it is advantageous to keep the tire pressure is less. The soil compaction affects mainly vehicle weight, tire width and contact area with the washer. It is therefore convenient to use radial tires with a larger width and heavy combinations to choose Twin or crawler. Results of work can be applied to the right decision when purchasing agricultural equipment, or when purchasing tires. Keywords: Ground, Penetration resistance, Compaction, Tires, Surface contact, Ground pressure
5
OBSAH 1 ÚVOD............................................................................................................................ 8 2 PŮDA ............................................................................................................................ 9 2.1 Pojem půda ............................................................................................................ 9 2.2 Půdotvorný proces ................................................................................................. 9 2.2.1 Půdotvorné procesy ..................................................................................... 10 2.3 Půdně klasifikační jednotky ................................................................................ 10 2.4 Půdní druh ........................................................................................................... 11 2.5 Struktura půdy ..................................................................................................... 11 2.5.1 Pórovitost půdy............................................................................................ 12 2.5.2 Objemová hmotnost půdy............................................................................ 12 2.6 Půdní zhutnění ..................................................................................................... 12 3 PŮSOBENÍ MOBILNÍCH PROSTŘEDKŮ NA PŮDU ............................................ 15 3.1 Měrný tlak na půdu.............................................................................................. 15 4 PNEUMATIKY........................................................................................................... 18 4.1 Nízkotlaké pneumatiky........................................................................................ 21 4.2 Změna tlaku v pneumatikách............................................................................... 22 4.3 Systémy pro změnu tlaku v pneumatikách .......................................................... 23 4.4 Dvoumontáž kol .................................................................................................. 24 5 PÁSOVÝ PODVOZEK............................................................................................... 26 5.1 Pásové jednotky................................................................................................... 27 6 SPECIÁLNÍ PODVOZKY A SOUPRAVY ............................................................... 29 7 ORBA A UTUŽENÍ.................................................................................................... 30 7.1 Odstranění nežádoucího zhutnění v podorničí .................................................... 32 8 POHYB TECHNIKY PO POZEMKU........................................................................ 33 8.1 Využití GPS......................................................................................................... 36 9 PENETROMETRIE .................................................................................................... 37 9.1 Teorie................................................................................................................... 37 9.2 Měření zhutnění (utužení) ................................................................................... 37 9.3 Metody a přístrojová technika ............................................................................. 38 9.3.1 Empirické pozorování vnějších projevů zhutnění ....................................... 38 9.3.2 Laboratorní metody ..................................................................................... 39 9.4 Polní měřící technika ........................................................................................... 39 9.4.1 Vrtulková zkouška....................................................................................... 39 9.5 Penetrační metody ............................................................................................... 40 9.5.1 Dynamické penetrační sondování................................................................ 40 9.5.2 Zatěžovací penetrační sondování................................................................. 40 9.5.3 Statické penetrační sondování ..................................................................... 41 10 POLNĚ LABORATORNÍ MĚŘENÍ ...................................................................... 42 10.1 Cíl měření ............................................................................................................ 42 10.2 Příprava pozemku ................................................................................................ 42 10.3 Informace o pozemku .......................................................................................... 42 10.4 Metoda a postup měření ...................................................................................... 44 10.5 Měřené rozměry................................................................................................... 45 10.5.1 Šířka a hloubka otisku ................................................................................. 45 10.5.2 Délka dotyku pneumatiky s podložkou (b) ................................................. 45 10.5.3 Utužení půdy ve vyjeté stopě....................................................................... 47 11 DISKUSE A VÝSLEDKY POLNĚ LABORATORNÍHO MĚŘENÍ .................... 49 12 SIMULACE UTUŽENÍ PŮDY............................................................................... 55 12.1 Cíl měření ............................................................................................................ 55
6
12.2 12.3 13 14 15 16
Metoda a postup měření ...................................................................................... 55 Výsledky a diskuse simulace pomocí programu TASC ...................................... 56 ZÁVĚR.................................................................................................................... 63 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ..................................................................... 65 SEZNAM OBRÁZKŮ ............................................................................................ 67 SEZNAM TABULEK ............................................................................................. 68
7
1
ÚVOD
V České republice je 3,55 milionů hektarů zemědělské půdy. Z toho 28 % zabírají trvalé travní porosty. Plocha zemědělské půdy se vlivem výstavby nových silnic, nákupních středisek a jiných velkých firem neustále zmenšuje. Z úbytkem plochy půdy souvisí množství produktů, které se na půdě pěstuje. V České republice se na orné půdě pěstuje zejména pšenice, ječmen, kukuřice, řepka, mák, slunečnice, brambory, víceleté pícniny a v menší míře sója, kmín, oves a cukrová řepa. Protože se výměra obhospodařované půdy zmenšuje, tak se zemědělské podniky snaží o co největší produktivitu. S tím souvisí zvyšování výnosů, snižování pracovních operací a zvyšování výkonnosti strojů. Pro zvýšení výkonnosti potřebujeme pracovní nářadí s velkými záběry. Ovšem tento záběr potřebuje i odpovídající tažný prostředek. Silné tažné prostředky s výkonem přes 250 kW, mají velkou hmotnost, aby dokázali přenést výkon motoru na podložku s minimálním prokluzem. Vysoká hmotnost strojů má negativní vliv na strukturu půdy. Čím těžší prostředky a čím častěji tyto stroje po poli jezdí, tím dochází k většímu utužení půd a následnému poklesu půdní úrodnosti. V zemědělství se dopravuje velké množství materiálu přímo z pole, zvětšují se kapacity návěsů a zvyšuje se hmotnost souprav. Pohyb těžké techniky po zemědělské půdě způsobuje její stlačení, snižuje se pórovitost půdy, s tím souvisí i schopnost vsakování vody a omezuje se provzdušňování. Všechny tyto jevy jsou souvisí s problematikou utužení půdy. Utužená půda málo vsakuje dešťovou vodu, je také ohrožená vodní erozí, obzvlášť na svahu může voda odplavovat ornici. Tím se z půdy ztrácí živiny potřebné pro růst rostlin a půda se tak stává neúrodnou. V České republice je vodní erozí ohroženo téměř 50 % zemědělské půdy. Na nejohroženějších místech se ztrácí téměř 7,5 tun ornice z hektaru [1]. Proto řešení této závažné problematiky zhutnění půd v rostlinné výrobě je mimořádně aktuální a zemědělské podniky by měly v soustavě hospodaření na půdě věnovat této skutečnosti zvýšenou pozornost a usilovat o důsledné uplatňování všech dostupných opatření k jeho eliminaci a odstraňování. Úrodná půda je základ k tomu, aby jsme dosáhli požadujícího výnosu pěstované plodiny, proto je třeba se k půdě chovat tak, aby si udržela správné vlastnosti.
8
2
PŮDA
2.1 Pojem půda Půda, jeden ze základních předpokladů lidské civilizace, tvoří svrchní část pevného zemského povrchu – pedosféru. Pevný zemský povrch vystavený účinkům ovzduší a vodstva poskytuje zvětraliny (buď přemístěné na kratší vzdálenost nebo i transportované do značných vzdáleností, např. eolické, glaciální, aluviální sedimenty apod.), které sami o sobě ještě půdou nejsou, i když jsou nutným předpokladem jejího vzniku. K tvorbě půdy dochází teprve tehdy, přistupuje-li ke zmíněným vlivům ještě činnost organismů (mikroorganismů, vegetace, edafonu).[2] Na půdu je třeba vždy pohlížet jako na nedílný dynamický přírodní útvar, který se vyvíjí a udržuje pod vlivem okolního prostředí; proto část půdy vytržená z celku půdního těla a zkoumaná bez souvislosti s podmínkami svého vzniku přestává být půdou, ale stává se pouhou zeminou. Výstižnou, i když dnes zastarale znějící definici půdy podal jeden ze zakladatelů českého půdoznalectví V. Novák: „Půda je přírodní útvar, který se vyvíjí z povrchových zvětralin kůry zemské a ze zbytků ústrojenců a jehož stavba a složení jsou výsledkem podnebí a jiných faktorů půdotvorných“. Tuto definici je třeba upřesnit v tom smyslu, že zejména v současnosti zůstává půda být pouhým přírodním útvarem, ale stává se v různé míře výtvorem vznikajícím činností člověka. [3] Pro člověka je nejdůležitější vlastností půdy její úrodnost, tj. schopnost zabezpečovat nezbytnými podmínkami (zejména vodou a živinami) existenci a reprodukci rostlin, a v závislosti na nich i živočichů a lidí. Tedy vztaženo na zemědělsky využívané půdy, poskytovat sklizně pěstovaných plodin.
2.2 Půdotvorný proces Jak vyplývá z uvedené definice, půda vzniká působením půdotvorných činitelů, které dělíme do dvou hlavních skupin - půdotvorné faktory a podmínky půdotvorného procesu. Faktory působí při vzniku půd přímo, podmínky naopak přes svůj vliv na půdotvorné faktory. Za půdotvorné faktory považujeme substrát (matečnou horninu), podnebí, biologický faktor, podzemní vodu a vliv člověka. K podmínkám půdotvorného procesu řadíme utváření terénu (reliéf) a čas.
9
2.2.1 Půdotvorné procesy Pod vlivem půdotvorných činitelů dochází k uplatnění půdotvorných pochodů, během kterých se z původně mrtvé horniny stává půda, svým způsobem živý organismus, kvalitativně odlišný od výchozího materiálu. Rozlišujeme tyto základní půdotvorné procesy: [2] Zvětrávání – předchází vlastnímu vzniku půd a probíhá i během jejich vývoje, jsou to fyzikální a chemické změny probíhající při rozpadu horniny. Zvětrávání je silně ovlivněno klimatem a biologickým faktorem. Humifikace – organické zbytky se mění v humus Eluviace – vyplavování, ochuzování Iluviace – obohacování Oglejení a glejový proces – v zamokřených půdách, dochází ke střídání redukčních pochodů s oxidačními a ke vzniku rezavých skvrn Solončakování – do půdního profilu jsou vnášeny lehce rozpustné soli Slancování – vymývání solí z povrchových vrstev a jejich akumulace ve spodině V půdě zpravidla probíhá současně několik půdotvorných procesů, z nichž jeden se uplatňuje vedoucím způsobem, takzvaný hlavní půdotvorný pochod. Ostatní nazýváme vedlejšími.
2.3 Půdně klasifikační jednotky Pedologie, jako každá přírodní věda, má určitý systém, který v našem případě nazýváme půdní klasifikací. Základní klasifikační jednotkou je půdní typ, který lze definovat jako skupinu půd charakterizovanou obdobnými morfologickými a analytickými znaky, která se vyvíjela pod vlivem určitého souboru půdotvorných činitelů. Půdy jednoho typu prošly stejným hlavním půdotvorným pochodem a vyznačují se jistou kombinací půdních horizontů, která je pro příslušný typ konstantní. Nižší důležitou jednotkou je půdní subtyp, při jehož vzniku spolupůsobil další (podřízený) půdotvorný proces. Další významnou klasifikační metodou je zejména půdní druh, který vyjadřuje zastoupení jednotlivých velikostních minerálních částic v půdě, vzhledem k obsahu jílnatých částic pod 0,01 mm rozlišujeme půdy lehké (písčité), střední (hlinitopísčité, hlinité) a těžké (jílovité). Hlavní půdní typy: Černozemě, Hnědozemě, Luvizemě, Kambizem, Černice, Podzol, Pseudoglej, Glej
10
2.4 Půdní druh Je podmíněn zrnitostním složením půdy, které výrazně ovlivňují fyzikální a technologické vlastnosti půdy, jako jsou přilnavost, soudržnost i konzistenční vlastnosti půd. Ty pak působí na zpracovatelnost půd, jejich únosnost, orební odpor a na další vlastnosti spojené se zpracováním půdy. Optimální druh půdy předpokládá přiměřené zastoupení všech zrnitostních frakcí a poměr jemných a hrubších částí by měl být 1:1 – 1:2. To odpovídá středně těžkým, hlinitým půdám. Půdy s vysokým obsahem písku či prachu nebo jílu jsou půdy extrémní a působí problémy při pěstování plodin nebo při obdělávání. Podle velikosti půdních částic se půdní hmota dělí na velikostní kategorie, z nichž nejvýznamnější je kategorie jílnatých částic (menších než 0,01 mm), podle jejichž obsahu se půdy dělí na osm základních druhů: [3] 1) Písek – 0 až 10 % jílnatých částic, velmi snadno se zpracovává, obsahuje vysoké procento písčitých zrn s malou soudržností 2) Půda hlinitopísčitá – 10 až 20 % j.č., je sypká a drobivá, má malou soudržnost 3) Půda písčitohlinitá – 20 až 30 % j.č., vyšší obsah písku zvyšuje její propustnost pro vzduch i vodu, ale i nebezpečí poškození vodní erozí 4) Půda hlinitá – 30 až 45 % j.č., vysoký obsah prachových částic 5) Půda písčitohlinitá – 30 až 45 j.č., má vysoký obsah jílnatých i písčitých částic 6) Půda jílovitohlinitá – 45 až 60 % j.č., je uléhavá, tuhá a vazká, suché hroudy se snadno drobí 7) Půda jílovitá – 60 až 75 % j.č., těžko se kypří, těžko rozrušitelné hroudy 8) Jíl – nad 75 % j.č. půda je za vlhka mazlavá, za such stmelená, tvrdá a puká
2.5 Struktura půdy Je půdní vlastnost, která vypovídá o schopnosti půdních částic agregovat se do větších strukturních celků. V průběhu fyzikálních, chemických i biologických procesů se v půdě vytváří organominerální komplex, který garantuje stabilitu těchto agregátů. V tomto případě jde o mikrostrukturální uspořádání půdních částic, které na rozdíl od makrostruktury nepodléhají v takové míře změnám vlivem technologií zpracování půdy a pěstování plodin. Způsob zpracování půdy a hnojení významně ovlivňují půdní strukturu. Rozhodující pro zachování půdní struktury je vlhkost půdy, při které se provádějí pracovní operace. Zpracování příliš vlhké půdy, stejně jako přejezdy po takové půdě, poškozuje půdní strukturu. Podobně se rozrušují půdní agregáty, při nadměrném kypření suchých půd, například během přípravy k setí.
11
2.5.1
Pórovitost půdy
Udává celkový objem půdních otvorů v půdě. Půdní póry umožňují prorůstání kořenů rostlin do půdy, pronikání vody a vzduchu do půdy a jejich pohyb a v neposlední řadě jsou životním prostředím pro půdní mikroorganismy. Poměr makropórů a kapilárních pórů rozhoduje na jedné straně o vsakovací schopnosti a retenční kapacitě půdy a na straně druhé o schopnosti půdy zásobovat vodou založený porost v průběhu vegetace. Za optimální lze považovat takový stav, kdy 40 % z celkové pórovitosti jsou makropóry (póry nekapilární) a 60 % připadá na póry kapilární. [4] 2.5.2
Objemová hmotnost půdy
Vyjadřuje hustotu uložení půdních částic a vypovídá o stupni zkypření či utužení půdní vrstvy. Objemová hmotnost půdy je závislá především na půdním druhu, proto tzv. kritické hodnoty tohoto parametru, kdy může dojít k negativnímu vlivu na rostliny, jsou pro jednotlivé druhy odlišné (tab.1)[3]. Z výsledků výzkumů vyplývá, že redukované zpracování půdy zvyšuje její objemovou hmotnost, zejména pak při opakovaném zakládání porostů do nezpracované půdy se v důsledku absence kypření zvyšují hodnoty objemové hmotnosti. Tab. 1 Kritické hodnoty půdních druhů [3]] parametr Penetrometrický odpor Při vlhkosti Objemová hmotnost red. Pórovitost celková
druh půdy hlinitá písčitohlinitá hlinitopísčitá písčitá 3,7 - 4,2 4,5 - 5,0 5,5 6 18 - 16 13 - 15 12 10
jednotky MPa %
jíl 2,8 - 3,2 28 - 24
jílovitohlinitá 3,2 - 3,7 24 - 20
g⋅cm-3
>1,35
>1,40
>1,45
>1,55
>1,60
>1,70
%
<48
<47
<45
<42
<40
<38
2.6 Půdní zhutnění Zhutnění půd je u nás na mnohých stanovištích vážnou příčinou podstatného zhoršení produkční schopnosti půd a omezuje plné využití genetického potenciálu výkonných odrůd plodin a snižuje efektivitu dalších vstupů do výrobního procesu. V ČR je v současné době zhutněním v různém stupni postiženo zhruba 45 % zemědělského půdního fondu. Z toho 15 % je zhutnění genetické, dané přirozenými vlastnostmi těžkých půd a zbývající podíl připadá na zhutnění technogenní v důsledku nevhodného způsobu strojního obdělávání půdy. [4]
12
Přitom důsledky zhutnění půd jsou z celospolečenského hlediska o to vážnější, že se ve většině případů jedná o půdy potenciálně vysoce úrodné, kde se snížení výnosů promítá u nejvýnosnějších plodin. Příčina značného zhutnění půd je dána intenzivním pěstováním plodin, neúměrnými dávkami minerálních hnojiv, pohybem těžké mechanizace a dalšími faktory, kdy nebyla uplatňována kompenzační opatření, především preventivního charakteru. Rozsah zhutnění je dán působením těchto faktorů v několika desítkách let minulého období. Utužení půdy má tyto důsledky: − Na silně utužené orné půdě klesá infiltrace, tj. množství vody, které půda dokáže přijmout při srážkách. Souběžně s tím se zvyšuje povrchový odtok a problémy s vodní erozí. − V utužených půdách je vzhledem ke sníženému objemu pórů k dispozici méně vody, živin i vzduchu. To má zřetelné dopady na prokořenění. Nejlepším příkladem je podorniční horizont, kterým kořeny mnohdy nemohou proniknout. − V důsledku sníženého obsahu vzduchu je silně omezen život v půdě, což se projevuje sníženou biologickou aktivitou a menším uvolňováním živin pro rostliny, negativně je ovlivněn edafon, hlízkové bakterie na kořenech vikvovitých rostlin atd. Následkem nedostatku vzduchu dochází k denitrifikaci a tím ke ztrátám dusíku. − V utužených půdách dochází ke snížení výnosů, řada vědeckých prací uvádí hodnoty podle půdních druhů v intervalu 25 až dokonce 75 %. Při obdělávání těchto půd jsou i zvýšené náklady na pohonné hmoty, mnohdy více jak o třetinu. Jako charakteristika míry zhutnění půd se často používá hodnota objemové hmotnosti půdy (redukované) nebo její pórovitost. Rostlinnou výrobu je možno realizovat v půdách s objemovou hmotností nanejvýš rovnou 1,8 t⋅m-3. Zhutnění půd je možno měřit penetrometrem pomocí tzv. penetrometrického odporu půdy, což je odpor půdy proti vnikání kovového kužele o definovaných rozměrech rovnoměrným pohybem do půdy. Problematiky utužení půd vyžaduje komplexní řešení, které spočívá jednak v technických úpravách strojů a jednak v postupech agrochemických. Každá operace na pozemku a každý pohyb techniky vyvolá v půdě určitou reakci. Na obr.1 je schéma působení strojové techniky v rámci ekosystému půdy.
13
Obr. 1 Schéma působení strojového systému na půdu
14
3
PŮSOBENÍ MOBILNÍCH PROSTŘEDKŮ NA PŮDU
Pohyb traktoru je uskutečňován přenosem točivého momentu spalovacího motoru na pojezdové ústrojí, které musí být pro splnění podmínky ve stálém kontaktu s podložkou. Každý pohyb traktoru vyvolává v půdě napětí způsobující negativní změny především pórovitosti a měrné hmotnosti půdy, které se projeví změnami vodního režimu. Sledováním jevů, které vznikají vzájemným působením pojezdového ústrojí s půdou, se zabývá terramechanika, formulovaná v 50. letech 20. století M.G. Bekrekem v Kanadě a USA. Zabývá se např. vytvářením stopy, jízdními odpory, stlačováním půdy, přenosem obvodových sil, tahovými vlastnostmi, atd. [5] Ke zhutnění dochází jestliže zatížení přenášené podvozkem traktoru nebo stroje překračuje okamžitou únosnost půdy. Může postihnout půdy každého zrnitostního charakteru, středně těžké a těžké půdy jsou ke zhutnění náchylnější. Zhutnění omezuje infiltraci vody, snižuje retenční schopnosti půdy pro vodu, urychluje erozi a zvyšuje půdní odpor. Projevuje se fyzikálními změnami objemové hmotnosti, pórovitosti, vzdušné a vodní kapacity.
3.1 Měrný tlak na půdu Každé pojezdové ústrojí je charakteristické velikostí plochy styku a otisku, které ovlivňují zhutňování půdy. Plocha styku Sd je část plochy otisku (obr.2), jež je dána výstupy dezénu, které přijdou do styku s podložkou. Plocha otisku So je charakterizována jako plocha rovinná, omezená obrysem vtlačení vzhledem k povrchu půdy a vzniká tedy na podložkách s malou únosností, např. nakypřená nebo podmáčená půda. Na tuhé podložce má eliptický tvar. Poměr plochy styku a otisku se nazývá plností vzorku běhounu a na tuhé podložce dosahuje 30 až 60 %.[6]
Obr. 2 Plocha styku (Sd) a otisku (So)
15
Měrný tlak pneumatiky na půdu je tlak přenášený kolmo na podložku a působící v dosedací ploše pneumatiky, protože tento tlak vzniká při kontaktu kola s podložkou tak se v některé literatuře nazývá kontaktní tlak. Měrný tlak q je definován poměrem: q =
[N ⋅ m
∆Y ∆S
−2
, Pa
]
Kde ∆Y [kg] je elementární normálová reakce působící na element ∆S [cm2] dosedací plochy. Měrný tlak na půdu je v dosedací ploše proměnnou veličinou a mění se od nuly na krajích dosedací plochy až do své maximální hodnoty qmax. Průběh měrného tlaku je obvykle souměrný podle podélné osy dosedací plochy. V praxi se obvykle uvažuje průměrná velikost měrného tlaku a nazývá se středním měrným tlakem qs. Střední měrný tlak je definován jako poměr qs =
Y S
[Pa ]
Kde Y je normálová reakce na kolo a S je dosedací plocha. Z definice středního měrného tlaku vyplývá, že jeho velikost je ovlivněna všemi činiteli, kteří mají vliv na velikost normálové reakce a dosedací plochy. Nejvyšší měrný tlak qmax bývá na tvrdé podložce asi o 20 % vyšší, na měkké podložce o 50 až 100 % vyšší oproti střední hodnotě tlaku. W. Söhne [6] uvádí tyto hodnoty: Tvrdá podložka
qmax = 1,125 ⋅ qs
[Pa]
Měkká podložka suchá
qmax = 1,5 ⋅ qs
[Pa]
Měkká podložka mokrá
qmax = 2 ⋅ qs
[Pa]
Čím má půda menší únosnost, tím více se kolo zabořuje. Zatěžující plocha se zatlačí do půdy tak hluboko, dokud se nevyrovná nosná schopnost půdy s vnějším zatížením. U stojícího traktoru leží normálová reakce v ose kola. Při pohybu se posouvá ve směru jízdy o vzdálenost cv (viz obr.3).
16
Obr. 3 Průběh kontaktního tlaku Pod stojící (a) a pohybující (b) se pneumatikou na tvrdé podložce
Z obr. 3 je patrné, že při pohybu pneumatiky na tvrdé podložce je normálová reakce Y předsunutá před svislou osou o hodnotu cv vlivem deformace pneumatiky. Při pohybu na měkké podložce způsobuje posunutí normálové reakce vedle deformace pneumatiky také reakce půdy. Dosedací plocha před osu pneumatiky je větší než délka za osou kola (viz obr.4).
Obr. 4 Průběh kontaktního tlaku na měkké podložce
Pod každou částí dosedací plochy pláště nebo pásu vzniká v půdě elementární napětí σ jako výsledek působení tíhové síly G ne elementární plošky. Napětí se s rostoucím zatížením kola šíří především do hloubky a zároveň do stran (obr.5), kde jsou zakresleny křivky konstantního tlaku. [5]
17
Obr. 5 Průběh tlaků v půdě pod pneumatikou 11-28 při stejném zatížení a – tlak v pneumatice 80 kPa, b – tlak v pneumatice 80 kPa (dvoumontáž), c – tlak v pneumatice 120 kPa
Všeobecně je možno o rozložení tlaků v půdě říci: a) Tlaky pod malou pneumatikou mají menší stranový rozptyl a dosahují nižší hloubky než tlaky pod velkou pneumatikou. Je uvažováno, že obě pneumatiky jsou zatíženy úměrně k jejich velikosti. b) Mají-li dvě pneumatiky stejný průměr, ale rozdílnou šířku, pak pod užší pneumatikou lze očekávat menší stranový rozptyl a větší zasaženou hloubku. c) U téže pneumatiky se stejným zatížením a tlakem vzduchu se mění rozložení tlaků v půdě podle charakteru půdy. Na tvrdé podložce je poměrně velký stranový rozptyl, avšak menší zasažená hloubka. Čím tvárnější a vlhčí je půda, tím více se stranový rozptyl zmenšuje a zvětšuje se zasažená hloubka. [6] Snížit negativní zhutnění půdy můžeme několika technickými možnostmi, a to:
4
-
snížením tlaku vzduchu v pneumatice
-
snížením zatížení přenášeného kolem
-
dvoumontáží kol
-
používání flotačních a nízkoprofilových pneumatik
-
zvýšením šířky a vnějšího průměru pneumatik
-
zvolením pásového podvozku
PNEUMATIKY
Pneumatika tvoří spojovací článek mezi podložkou a traktorem. S rostoucím výkonem traktorů se zvětšuje i rozměr pneumatiky. Zvětšuje se šířka a průměr pneumatiky. Je to zejména z důvodu aby silnější traktor mohl přenést svůj výkon, a dále aby nepůsobil kvůli své vyšší hmotnosti negativně na půdu.
18
Na trhu s pneumatikami se v posledních několika letech začali výrazně rozšiřovat pneumatiky radiální. Tyto postupně vytlačují pneumatiky diagonální. Řez pláštěm pneumatiky je na obr. 6. [7] Rozdíl mezi těmito pneumatikami je v konstrukci (viz obr.7). Jsou-li vlákna kostry kladeny křížem přes sebe a svírají s podélnou osou úhel 30 − 40°, jedná se o diagonální pneumatiky. U radiálních pneumatik jsou vlákna vnitřní vrstvy kostry kladeny kolmo na podélnou osu a u vnější vrstvy svírají s osou úhel 10 − 30°. Radiální konstrukcí je dosaženo větší kontaktní plochy s půdou a do záběru se tak dostane větší počet záběrových figur, čímž se zlepší přenos hnací síly a sníží velikost prokluzu. [8]
Obr. 7 Uspořádání kostry a plocha styku s podložkou Obr. 6 Řez pláštěm pneumatiky
a – diagonální, b - radiální
Značení pneumatik dle ČSN 63 1000-2 [9] Příklad: 650/65 R38 TL AC 65 650 – šířka pneumatiky v mm 65 – profilové číslo R – konstrukce kostry, pokud je zde pomlčka tak značí diagonální pneu 38 – průměr ráfku v palcích TL – bezdušové provedení AC 65 – označení dezénu Dále se na pneumatice objevuje index rychlosti a nosnosti. Jsou to důležité parametry protože při výběru musíme zohledňovat také hmotnost, jakou bude pneumatiky zatížena a maximální rychlost, kterou může traktor dosáhnout. Na pneumatice to bývá označeno menšími písmeny než rozměr pneumatiky. Označení nám říká jakou má pneumatika maximální nosnost při určité rychlosti.
19
Příklad označení: 131 A8. Značí na pneumatice podle tab.3 nosnost pneumatiky 1950 kg a maximální rychlost 40 km⋅hod-1 podle tab.2. [9]
Tab. 2 Index rychlosti Index km⋅⋅h-1
A2 10
A3 15
A4 20
A5 25
A6 30
A7 35
A8 40
B 50
C 60
D 65
E 70
F 80
G 90
J 100
Tab. 3 Index nosnosti Index
kg
Index
kg
Index
kg
Index
kg
Index
kg
Index
kg
50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70
190 195 200 206 212 218 224 230 236 243 250 257 265 272 280 290 300 307 315 325 335
71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91
345 355 365 375 387 400 412 425 437 450 462 475 487 500 515 530 545 560 580 600 615
92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112
630 650 670 690 710 730 750 775 800 825 850 875 900 925 950 975 1000 1030 1060 1090 1120
113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133
1150 1180 1215 1250 1285 1320 1360 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 2060
134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154
2120 2180 2240 2300 2360 2430 2500 2575 2650 2725 2800 2900 3000 3075 3150 3250 3350 3450 3550 3650 3750
155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175
3875 4000 4125 4250 4375 4200 4625 4750 4875 5000 5150 5300 5450 5600 5800 6000 6150 6300 6500 6700 6900
V dnešní době se již traktory osazují pneumatikami radiální konstrukce, protože mají větší kontaktní plochu. Tím je zajištěn menší kontaktní tlak na podložku a lepší přenos výkonu. V grafu na obr.8 je zobrazeno působení tlaku na tvrdou podložku při použití radiálních a diagonálních pneumatik. Pro stanovení středního kontaktního tlaku se stanovuje otisk pneumatiky jako rovinná plocha omezená otiskem dezénu na tvrdé podložce. Pro porovnání byl vybrán traktor o hmotnosti 5320 kg. Jak je vidět z tohoto grafu radiální pneumatiky mají menší kontaktní tlak. Toto měření bylo ovšem prováděno na tvrdé podložce. Takže na zemědělské půdě by byl rozdíl ještě větší. [10]
20
Obr. 8 Tlak na tvrdou podložku [10]]
Radiální pneumatiky také snižují prokluz, který způsobuje horizontální přesun a zamazání půdy. Při prokluzu dochází k porušení půdních agregátů a pórů. Se vzrůstající hodnotou prokluzu pokračuje zamazání stále hlouběji dovnitř půdy, přičemž vysoká vlhkost ji ještě více zesiluje. V orničním profilu se poškození prokluzem vyskytuje nejčastěji. U traktorů s výkonem do 100 kW se nejčastěji používají pneumatiky s šířkou kolem 540 mm, a průměrem 38 palců, u traktorů s výkonem do 170 kW se setkáme s pneumatikami o šířce 650 až 710 mm, s průměrem do 42 palců, u silnějších traktorů je pak nejlepší šířka pneumatik od 710 mm. Šířka pneumatik výrazně ovlivňuje utužení půdy, prokluz kol a přenos výkonu. [7] Zvětšováním rozměrů se ovlivňuje i plnící tlak. Zpravidla čím větší pneumatika tím menší plnící tlak. Ovšem při zvyšování zátěže je nutno tento tlak zvýšit aby se pneumatika nezničila. Tuto nevýhodu odstraňují pneumatiky nízkotlaké, které si zachovávají nosnost i při menším plnícím tlaku.
4.1 Nízkotlaké pneumatiky Klasické radiální pneumatiky umožňují snižovat tlak v pneumatice na hodnotu kolem 1 bar. Ovšem je zde při přetížení nebezpečí prokluzu pláště na ráfku, popřípadě i poškození pláště. Vlivem velké plastické deformace by mohlo dojít k popraskání pláště, nebo i zničení vnitřní kostry. [11] Vyvíjí se pneumatiky, které umožní co nejmenší hustící tlak. Přitom musí být dostatečně plastické, aby zvládali vysokou deformaci v případě velkého zatížení, musí mít tedy
21
speciální konstrukci z materiálů, které takové zacházení vydrží. Takové pneumatiky by umožnily přenést velký výkon traktoru na podložku bez nadměrného prokluzu. Na trhu se vyskytuje řada nízkotlakých pneumatik. Traktorová pneumatika Michelin Xeobib umožňuje minimální tlak i pod 70 kPa, ovšem při tomto nahuštění není vhodná jízda po silnici nebo jízda větší rychlostí. Mezi další značky, které umožňují nízký plnící tlak patří také Trelleborg, Mitas, Kleber. Na zemědělských návěsech se také objevují široké pneumatiky, které umožňují také menší plnící tlak a tím menší kontaktní tlak na půdu a tedy menší utužení. Takovým pneumatikám říkáme flotační (obr.9). Ovšem plnící tlak roste s zatížením, proto se většinou pneumatiky hustí na maximální tlak, aby měly velkou nosnost. Proto se začínají rozšiřovat systémy, které umožňují změnu tlaku v pneumatikách během jízdy. [12]
Obr. 9 Flotační pneumatika
4.2 Změna tlaku v pneumatikách Zemědělské stroje se pohybují jak na silnici tak na poli. Pro každé podmínky je vhodné jiné nahuštění pneumatik. Na poli je lepší menší tlak v pneumatikách, kdy se zvětší styčná plocha, kola se méně boří, takže nepůsobí takový odpor. Na silnici je naopak lepší větší tlak v pneumatikách, který je nutný pro větší nosnost a větší rychlost a sníží se tak valivý odpor na silnici. [12] Rozdílný nárok na tlak je možné vyřešit specializací strojů pro práci na poli, a pro dopravní práce využít velkoobjemové pneumatiky, nebo vybavit stroj zařízením pro změnu tlaku v pneumatikách. Toto zařízení by pak bylo přínosem pro menší utužení půdy a prodloužení životnosti pneumatik. [13] Konstantně vysoký tlak vzduchu chrání pneumatiku před poškozením bočnice a patky a snižuje riziko jejího protočení na ráfku. Tento fakt, ale převažuje řada negativ, počínaje nerovnoměrným opotřebením za jízdy bez zatížení a velmi slabým efektem tlumení nerovností vozovky. Zjevným nedostatkem jsou hlubší koleje na poli a utužení půdy do větší hloubky, které je nutné odstraňovat. To se často týká i kypřičů stop traktoru, kterými 22
jsou osazovány secí stroje, aby byl opět srovnán povrch půdy. Výzkumy ukázaly, že se vzrůstajícím tlakem vzduchu u stejné pneumatiky při konstantním zatížení zřetelně roste i tlak na půdu. To je nebezpečné zvláště za mokra, kdy se zatížení přenáší až do podloží a způsobuje deformace. Z praktické stránky znamená vysoký hustící tlak snížení tažné síly traktoru a zvýšení tahového odporu přívěsu. Při agregaci s nářadím s konstantním odporem vzrůstá prokluz hnacích kol traktoru a tím i spotřeba paliva. Udává se, že každý centimetr hloubky stopy navíc znamená také o deset procent více paliva. Stopy o hloubce 10 cm spotřebu traktoru zdvojnásobí a také poškozují půdu. Právě malé pneumatiky klasických přívěsů, nahuštěné na tlak více než tři bary, dělají při sklizni na poli nejhlubší koleje. [15] Při změně tlaku v pneumatikách se změní kontaktní plocha pneumatiky s podložkou. Pokud mají pneumatiky snížený tlak, na poli se více zplošťují, tím se méně boří a zanechávají tak mělčí stopy. Toto chování je o to významnější čím měkčí a vlhčí jsou půdy. Zároveň se zvýší záběrová schopnost pneumatiky, protože se do záběru dostává více žeber. Radiální pneumatiky jsou na provoz s nižším tlakem dimenzovány. [13] Tyto systémy se doporučují nejen na traktory, ale i na samojízdné stroje a velké návěsy popř. senážní vozy nebo cisterny na kejdu. U řezačky a sklízecí mlátičky může být tlak v pneumatikách jen 200 kPa. Přesto koleje po sklizňových strojích nejsou nic neobvyklého, tím se komplikuje průběh následující operace na zpracování půdy.
4.3 Systémy pro změnu tlaku v pneumatikách Opakované nastavování tlaku bylo nepohodlné a časově náročné, protože souprava často přejíždí z pole na silnici a opačně. To se týká především souprav se senážním vozem, velkoobjemovým návěsem nebo cisternou. Při práci traktoru, třeba při podmítce by byla možnost změny reálná, pokud by stroj pracoval na větším pozemku a nemusel několikrát denně přejíždět. Tímto problémem se zabývá několik firem, které dodávají různé technologie na změnu tlaku vzduchu v pneumatikách. Mezi nejjednodušší a nejlevnější patří systém rychlospojek místo ventilku. Pokud máme výkonný kompresor tak může být huštění kol otázkou několika minut. Ovšem nevýhoda je v tom, že musíme vystupovat a nastupovat ze stroje, což bylo výhodné jen tehdy, když by jsme na pozemku pracovali celý den, v opačném případě je tento systém nevýhodný. [14] Dalším systémem je huštění kol centrálně, na náboji kola je otočný převodník, který vzduch dodává pomocí hadice do speciálního ventilku, přívod vzduchu k převodníku
23
obstarává potrubí vedené přes blatník ke kolu (obr.10). Nevýhoda je, že se zvýší šířka a hrozí poškození potrubí. Posledním systém je nejdražší, vedení vzduchu je vedeno přes nápravu zevnitř. Není tedy vidět žádné vedení. U malých traktorů je vzduch pro huštění dodáván od kompresoru vzduchotlakých brzd. U velkých traktorů je namontován přídavný šroubový kompresor. Ten má malé rozměry a tak se může na traktoru lépe umístit. Tyto kompresory dosahují litrový výkon 2500 l⋅min-1 při tlaku 7 barů. Ke zvýšení tlaku u předních a zadních kol traktoru střední výkonové třídy z 0,8 na 1,4 baru je potřeba 1500 litů vzduchu. U velkoobjemových pneumatik to je ještě více. Velké třínápravové návěsy potřebují až 6000 litů vzduchu, proto je nutné výkonný kompresor, aby jsme při přechodu z pole na silnici nemuseli dlouho čekat, i když změna tlaku probíhá za jízdy. [14]
Obr. 10 Claas Xerion se systémem pro změnu tlaku v pneumatikách
Taková regulace je ovšem výhodná pokud je stroj správně vytížen po celý rok, a je nasazován střídavě pole silnice. Protože pořízení takového systému není levnou záležitostí, mnohdy je cena i několik set tisíc korun. Proto se tyto systémy uplatňují u strojů u velkých podniků a podniků služeb. Tyto systémy jsou na trhu zatím jen krátce, a tak zemědělec, který potřebuje zvětšit styčnou plochu při práci na poli vybaví traktor dvoumontáží kol.
4.4 Dvoumontáž kol Protože jsou traktory těžké na málo únosném povrchu by se propadali, docházelo by k značnému utužení půdy. Například při přípravě půdy pro setí nebo při setí, by tak přímo ovlivňovali připravenou půdu, proto se mnohdy používají dvoumontáže kol (obr.11), aby
24
jsme dosáhli menšího utužení. Zároveň dosáhneme lepšího přenosu výkonu a nedochází k takovému prokluzu.
Obr. 11 Dvoumontáž pneumatik na traktoru John Deere
V tab. 4 je vyjádřen teoretický vliv šířky pneumatiky na kontaktní tlak. Z této tabulky je patrné, že nejmenší kontaktní tlak je u lehkého traktoru. Ovšem pro polní práce se využívá spíše výkonnější
traktor,
v tomto
případě
by byla tedy nejvýhodnější
verze
s dvoumontážemi obou náprav. Výsledky jsou pouze teoretické. Pro výpočet kontaktního tlaku byl použit vztah qs=Y/S (tíha/plocha). Hmotnosti traktorů byly zjištěny z prospektů výrobce Fendt, a hmotnost byla rozdělena v poměru 1:1, k tomu pak připočtena hmotnost dvoumontáže. Styčná plocha na jedno kolo u dvoumontáží je menší než u standardního obutí, vlivem většího rozložení hmotnosti, tím se traktor méně propadne a plocha styku je tedy menší. Ovšem v celkovém výsledku je plocha styku s dvoumontážemi větší o 35 %. Menší tlak má vliv zejména na hloubku utužení. A tak se tedy utužení promítne do nejmenší hloubky u dvoumontáži obou náprav. V praxi však musíme počítat s tím, že vlivem zatížení závaží a takové síly se přední kola mírně odlehčí, a rozložení hmotnosti traktorů už tedy nebude stejné na obě nápravy. Proto se většinou používají dvoumontáže jen na zadní nápravě. V některých zemích se používají u těžkých traktorů s výkonem motoru přes 300 kW i trojmontáže kol. Traktor vybavený dvoumontážemi (trojmontážemi) kol je ovšem hodně široký a přeprava po komunikaci je tedy složitější a tak se výkonné traktory osazují pásy. [15]
25
Tab. 4 Vliv šířky pneumatiky na kontaktní tlak stroj
lehký traktor
výkonný traktor
pneumatiky
standardní
standardní
dvoumontáž vzadu
dvoumontáž obou náprav
480/65 R24 540/65 R38 5400 2700 2700
600/65 R34 650/85 R38 11500 5750 5750
600/65 R34 650/85 R38 11800 5750 6050
600/65 R34 650/85 R38 12000 5950 6050
2 x 0,16
2 x 0,22
2 x 0,22
4 x 0,16
2 x 0,21
2 x 0,27
4 x 0,20
4 x 0,20
0,74 84,4 64,3
0,98 130,7 106,5
1,24 130,7 75,6
1,44 93 75,6
rozměr pneumatik vpředu rozměr pneumatik vzadu celková hmotnost (kg) hmotnost na přední nápravu (kg) hmotnost na zadní nápravu (kg) styčná plocha vpředu (m2) 2
styčná plocha vzadu (m ) 2
celková styčná plocha (m ) střední kontaktní tlak vpředu (kPa) střední kontaktní tlak vzadu (kPa)
5
výkonný traktor výkonný traktor
PÁSOVÝ PODVOZEK
Další možností jak předejít utužení půdy je zvětšit plochu, která působí na půdu. Zvětšení kontaktní plochy se u klasických traktorů provádí vybavením traktoru širokými pneumatikami, nebo dvoumontážemi kol. Dvoumontáže mají nevýhodu, protože značně zvětšují šířku traktoru, a to způsobuje komplikace při přepravě na komunikaci. Nejen kvůli tomuto důvodu se někteří výrobci zemědělské techniky začali obracet na možnost nahrazení klasických traktorů traktory pásovými (obr.12), nebo jen vyměněním kolového podvozku za pásový. Australská organizace britského společenství pro vědu a průmyslový výzkum (CSIRO) prováděla měření a mapování tlaku vytvářeného v půdě dvoumontáží pneumatik a větším gumovým pásem pásového traktoru. Použité snímače tlaku v půdě změřili, co se skutečně stane, když jimi projede vhodně dotížený traktor. Ukázalo se, že ani po průjezdu traktoru zatíženého takovou silou se měřený tlak podstatně nezvýšil. Vysvětlením je zvětšením styčné plochy pneumatiky v důsledku většího zatížení. Průměrný kontaktní tlak je jenom o 7 až 14 kPa větší než tlak huštění pneumatiky. To je v protikladu s pásem protože dojem, že tlak zůstává konstantní, je klamný. Ve skutečnosti každý vozík pásového podvozku vytváří výrazný tlakový pulz. Jestliže je traktor bez nářadí, jsou pulzy odpředu dozadu poměrně vyrovnané. Ale při tažení nářadí tlak prudce narůstá od předního vodícího kola k zadnímu hnacímu kolu. Ve skutečnosti může být maximum konstantního tlaku 2 až 3 násobek statického průměrného tlaku na podložku, takže na místo 28 až 55 kPa to je až 165 kPa. [16]
26
Výhoda širokých pásů na málo únosných půdách je dostatečně prověřena. Toho jsou si vědomi i samotní výrobci pásových traktorů, a proto nabízejí celou řadu šířek pásů pro různé využití traktoru. John Deere nabízí šířku 400, 635 a 760 mm. Challenger nabízí ve svém sortimentu šířky pásu 457, 508, 635 a 762 mm.
Obr. 12 Pásový traktor Challenger
5.1 Pásové jednotky V nedávné době se objevilo nové řešení pásové jednotky, neboli náhrada kol za trojúhelníkové pásy. Průkopníkem byla společnost CNH, když asi před deseti lety přišla na trh s kloubovými traktory CASE IH Steiger a Quadtrac (obr.13). Byla to snaha konstruktérů o co nejlevnější transformaci kolového traktoru na pásový. Výsledkem bylo odstranění kolébavého efektu jízdy, průměrný tlak na podložku 40 kPa a styčná plocha 5,6 m2. [17] Traktor vybavený pásovými jednotkami je schopný udržet se na povrchu málo únosných půd lépe než traktor s konvenčními pneumatikami. Přenos výkonu na podložku je díky větší styčné ploše a menšímu prokluzu lepší. Snížené prokluzování pásů a menší valivý odpor, protože nedochází k boření pásů, vedou k vyšší tahové účinnosti. Stejné vlastnosti jako pásový podvozek mají i pásové jednotky. Větší styčná plocha pod pásy, nižší tlak na podložku a tedy menší zhutnění půdy.
27
Obr. 13 Case IH QuadTrac
Obr. 14 Case Magnum s pásovými jednotkami
Protože není vyžadována další úprava traktoru, pouze záměna kol za pásové jednotky, traktor zůstává úplně nedotčen (obr.14). Stejně snadná je zpětná montáž kol. Celková výška traktoru a světlá výška zůstávají stejné. Cena jedné pásové jednotky je 312000 Kč, což není zrovna málo. Navíc se zkomplikuje údržba stroje, protože pásy mají hodně konstrukčních dílů viz obr.15. [17] Pásová jednotka se skládá z centrálního nosníku, hnacího a napínacího kola, středové vodící kladky, napínacího mechanismu a pásu (obr.15). Hnací síla motoru je přivedena na hnací kolo, odkud se přenáší na pás. Pásy jsou poháněny pomocí zubů zapadajících do výřezů na hnacím kole, dále pak třením mezi pásem a hnacím kolem. Napínání pásu obstarává hydraulický systém pomocí napínacího kola. Středové vodící kladky přenáší hmotnost traktoru na pás a zabraňují jeho příčnému posuvu. Výkyvným zavěšením k nosníku se přizpůsobují povrchu a zlepšují záběrové vlastnosti.
Obr. 15 Pásová jednotka traktoru Case QuadTrac 1, 2 –hnací a napínací kolo, 3 – centrální nosník, 4 – středové vodící kladky
Univerzálnost kolového traktoru je těžký argument ve sporu kola versus pásy. Pásové jednotky tuto univerzálnost zachovávají, v tom je jejich budoucnost, pokud ovšem klesne pořizovací cena na příznivou úroveň. 28
6
SPECIÁLNÍ PODVOZKY A SOUPRAVY
Při sklizni obilovin, řepy, brambor nebo i při sklizni senáže a siláže se na pozemku využívá technika, která má hmotnost mnohdy i přes 15 tun. Větší hmotnost výrazně ovlivňuje utužení, samozřejmě v závislosti na použitých pneumatikách. Proto se doporučuje používat na těchto strojích široké pneumatiky. Sklízeče cukrové řepy navíc umožňují tzv. krabí chod (obr.16). Tyto stroje jsou vybaveny přídavným kloubem, který umožňuje pojezd stroje, tak že každé kolo jede ve vlastní stopě a tak se hmotnost rozloží na větší plochu a utužení se tak nepromítne do větší hloubky. Při sklizni senáže a siláže by se měli používat odvozné prostředky s velkou kapacitou a širokými koly. Nebo u senáže provádět sklizeň jen pomocí senážních vozů, které mohou být vybaveny speciálními podvozky pro málo únosné půdy (obr.17). Navíc ušetříme náklady na provoz řezačky.
Obr. 16 Sklízeč cukrové řepy Ropa Tiger
Obr. 17 Podvozek pro málo únosné půdy
Při sklizni zrnin, kdy se odváží z pole velké množství hmoty, se doporučuje používat překládací vozy. Výhoda je v tom, že překládací vůz může být vybaven pneumatikami o velké šířce a malém hustícím tlaku. Takové pneumatiky nejsou vhodné na provoz po silnici ve větších rychlostech. Proto slouží tyto vozy pro dopravu zrna od sklízecích mlátiček na okraj pole, kde se následně náklad vyloží na traktorovou nebo nákladní automobilovou soupravu a odtud je pak obilí dopraveno do skladu. Výhoda je v menším utužení půdy, protože stroje se silničními pneumatikami zůstávají na okraji pole nebo na polní cestě. Navíc na poli lze překládací vůz agregovat za traktor s dvoumontážemi nebo pásový traktor (obr.18).
29
Obr. 18 Překládací vůz s pásovým traktorem
7
ORBA A UTUŽENÍ
Orba je jedna z nejdůležitějších operací v rostlinné výrobě. Má za úkol připravit půdu pro další plodiny, obrátí půdní vrstvu, zaklopí a promíchá rostlinné zbytky. Při konvenční orbě připadá zhruba 45 % celkové hmotnosti traktoru na zadní kolo projíždějící v brázdě. Rovněž i polovina tažné síly se přenáší tímto kolem. V posledních letech se na trh dostávají pluhy, které umožňují tažnému traktoru jízdu mimo brázdu (obr.19). Pokud jede traktor mimo brázdu hmotnost se rozkládá na větší plochu. Nedochází k utužení do takové hloubky, prokluz kol nezpůsobuje poškozování pórů v této oblasti, a tím není narušena cirkulace půdní vláhy a vzduchu. Přední kola traktoru nejsou tedy vedena v brázdě, a směr tak určuje v plné míře řidič, který se musí více koncentrovat. Orbu on-land umožňovali dříve jen velké pluhy v poslední době se začínají rozšiřovat i malé pluhy se třemi až pěti radlicemi které umožňují orbu mimo brázdu. Důvodem je, že při orbě takovým pluhem o záběru kolem 1,50 m jednou ročně, zaujímají stopy od kol více jak třetinu výměry. [18] Traktor agregovaný s takovým pluhem je sice lehčí, ale vliv na půdu zde existuje. Se stoupajícím počtem orebních těles sice podíl utužené plochy klesá zato roste riziko utužení podorničí z důvodu větší hmotnosti traktoru. Proto se v zemědělské praxi doporučuje orba on-land, kdy tažný prostředek pojíždí všemi koly po nezpracované části pozemku, tedy mimo brázdu. Pluhy, které umožňují orbu mimo brázdu bývají složitější, mají zesílený rám, mnohdy mají možnost zvolit si orbu v brázdě i mimo ni. Proto jsou tyto pluhy podstatně dražší. Také je důležité správné seřízení takového pluhu, protože to ovlivňuje jízdní vlastnosti traktoru. Mezi hlavní přínosy orby on-land patří ochrana půdní struktury, neboť v brázdě nedochází k utužování, promísení, vytrhávání a zamazání podorničí působením kol traktoru. Tažný
30
prostředek může být vybaven širokými pneumatikami nebo dvoumontážemi pneumatik na obou nápravách, což opět přispívá k ochraně půdy. Navíc nedochází ke stlačování již zorané ornice, jak to dělají široké pneumatiky v brázdě při konvenční orbě. Široké pneumatiky nebo dvoumontáže snižují prokluz a zvyšují stabilitu při práci na svahu. Pojíždění mimo brázdu má nevýhodu v omezené adhezi kol, která se mohou svými ruby chytit kypré půdy na dně a stěně brázdy. Za běžných podmínek to však nevadí. Problém nastane na mokré mazlavé půdě, na pozemku s čerstvě aplikovaným hnojem nebo vrstvou chrástu na povrchu, za deště nebo brzy po něm, nebo na půdě zkypřené předchozí operací. Za těchto podmínek může mít traktor problémy s adhezí kol a tím i s udržením přímého směru jízdy. Za těchto podmínek nepomohou ani dvoumontáže kol. Obsluha traktoru tak většinou pluh stáhne a pokračuje v orbě v brázdě. Pokud ovšem není možné kvůli fyzikálnímu stavu traktor udržet v přímé jízdě po záhoně, je půda příliš vlhká a neměla by probíhat ani konvenčním způsobem. [19] V posledních letech se mechanické zatížení půdy při jejím obhospodařování těžkou technikou zvyšuje. V závislosti na působícím zatížení a konkrétních podmínkách může být účinek na stabilitu půdní struktury zvlášť významný, a to především v podloží. Negativní důsledky má také pojíždění kol traktoru v brázdě, kde působí během orby deformace v oblasti kontaktu s půdou. Výsledkem je zhutnělá podorniční vrstva půdy. Utužení v této oblasti postupně vede k vytváření nepříznivých podmínek pro půdní život, omezené produkční schopnosti půdy a snížení výnosu pěstovaných plodin. Naproti tomu vrchní vrstva půdy je méně ohrožená škodlivým utužením. Orba on-land navíc poskytuje více možností provedení podvozku traktoru, čímž je možné dále snížit měrný tlak na půdu. Potencionální riziko nadměrného utužení spodních vrstev půdy je tedy možné přenést na méně citlivý povrch pozemku pomocí orby on-land. Ta zůstává skutečnou půdoochrannou metodou zpracování půdy, alternativou pro zemědělce, kteří si hodlají zachovat úrodnost půdy i do budoucnosti.
31
Obr. 19 Orba on-land
7.1 Odstranění nežádoucího zhutnění v podorničí Protože při orbě vzniká utužení, jak je popsáno v kapitole 7, hledají se metody jak toto utužení odstranit. Odstranění tohoto utužení ve větší hloubce vede ke zvýšení vsakovací schopnosti půdy, lepší pórovitosti, lepší prorůstání kořenů. [20] Klasická orba se provádí obvykle do maximální hloubky kolem 250 mm, takže tuto zhutnělou vrstvu neodstraní. Jsou sice pluhy, které mohou orat do hloubky až 0,5 m, ale používají se velmi málo, protože je jejich nasazení ekonomicky nevýhodné, a proto se používají spíše pro orání travních porostů. Proto mnozí výrobci začali vyvíjet stroje které se dostanou do hloubky kolem 0,4 m (obr.20). Pracovním orgánem je v tomto případě dláto na slupici, které proniká do nastavené hloubky, kde rozrušuje tuto zhutnělou vrstvu. Za předpokladu příznivé vlhkosti půdy pro operaci hlubšího kypření dochází zdvižením bloku zeminy a jejím následným částečným poklesem k narušení zhutnělé vrstvy. Ke zvýšení nekapilárních pórů v půdě, což se projevuje ve zlepšení řady vlastností půdy. Výhodou těchto kypřičů je skutečnost, že při hlubším kypření se neuvolňují velké hroudy. Nevýhodou je malý záběr těchto strojů, s tím spojená malá výkonnost. Vzhledem k velké hloubce zpracování je potřeba výkonný traktor, spotřeba paliva se při takové hloubce zpracování pohybuje od 20 do 35 l⋅ha-1. Tyto kypřiče se ovšem uplatňují jestliže se zhutnělé vrstvy vytvoří po víceletém obhospodařování půdy např. jednou za 5 let, proto se v případě nasazení stroje na pozemku nejedná o tak velké náklady.
32
Obr. 20 Hloubkový kypřič Farmet
8 POHYB TECHNIKY PO POZEMKU Při pěstování plodin na zemědělské půdě musíme provádět mnoho operací viz tab.5, aby jsme dosáhli požadovaného výsledku, a aby plodiny měli příznivé podmínky pro růst. Tab. 5 Prováděné operace na pozemku při pěstování pšenice roční období
operace prováděné na pozemku
Podzim
podmítka, orba, předseťová příprava, setí, válení, hnojení, postřik
Jaro
hnojení, postřik
Léto
sklizeň a odvoz zrna, lisování slámy, nakládání a odvoz balíků
Všechny operace, které musíme provést umožňují pěstovaným plodinám správný růst, dodávají živiny a chrání rostliny proti plevelům a jiným škůdcům. Avšak každá operace má za následek další zhutnění půdy. Z technologického hlediska tyto operace na sebe navazují, jinak by nebylo možné plodiny pěstovat. Ale mnoho zemědělců neuvažuje o tom že jednotlivé operace, na sebe nenavazují záběrem. Pluh má malý záběr, a počet přejezdů je tedy veliký. Smyk má naopak záběr velký a tak koleje po traktoru jsou na jiném místě. Secí stroj má zase jiný záběr a tak jsou stopy zase jinde. A tak je to u dalších strojů. Navíc musíme ještě počítat s kolejovými řádky, které umožňují jízdu s postřikovačem a rozmetadlem minerálních hnojiv. Hnojení a postřikování se provádí 2x až 3x za vegetační
33
období. Takže utužení kolejových řádků je výrazné. Navíc další stopy vzniknou při sklizni od sklízecích mlátiček, odvážejících prostředků a strojů pro následnou sklizeň slámy. [21] Všechny tyto operace vytváří na pozemku stopy. Navíc dochází k překrývání jednotlivých záběru strojů, protože obsluha není schopna jízdy s např. smykem nebo podmítačem, tak aby nedošlo k překrytí jednotlivých přejezdů třeba jen o pár centimetrů, většinou je toto překrytí kolem půl metru, u velkých záběrů i více. To má také za následek více přejezdů. Pracovníci z katedry zemědělských strojů na Technické fakultě ČZU v Praze dělali polní pokus - jakou plochu na pozemku zabírají stopy od pneumatik po přejezdu zemědělskou technikou. Intenzita přejezdů byla sledována v rámci jedné sezóny, byla porovnána technologie konvenční a minimalizační. Na každém stroji, který prováděl nějakou operaci na zkušebním pozemku, byl umístěn snímač GPS signálu. Tak se snímala data o přejezdu techniky. U strojů byly zaznamenány rozchody kol a rozměry pneumatik. Z toho se pak vypočítala přejetá plocha jednoho stroje. Na základě záznamu o pohybu byly vytvořeny trajektorie pohybu souprav a následně vypočítána plocha přejetá pneumatikami. Pro srovnání jednotlivých technologií byly hodnoty stanoveny pro čtvercový výřez o ploše 1 ha.
Obr. 21 Dráhy stroje a přejetá plocha při konvenční technologii
Obr. 22 Dráhy stroje a přejetá plocha při minimalizační technologii
34
Na výměře 1 ha bylo stanoveno pokrytí plochy jízdními stopami při rozdílné intenzitě hospodaření. Do hodnocení byly zahrnuty všechny vstupy na pozemek, které se během sezóny uskutečnily. Výsledky dokazují značné zatížení půdy přejezdy technikou. Z obr.21 a obr.22 jsou patrné rozdíly mezi jednotlivými technologiemi. Konvenční technologie představuje nejvyšší intenzitu přejezdů 86 % . S minimalizační technologií klesla intenzita přejezdů na 64 %, přesto zůstává procento poježděné plochy poměrně vysoké. [22] Přejezdy po pozemcích jsou v současném zemědělství nevyhnutelné. Opakovanému a intenzivnímu přejezdu jsou rovněž vystaveny i souvratě pozemku, kde je četnost přejezdů ještě významnější. Z důvodu otáčení souprav na koncích pozemků. K uvedenému zjištění musíme přidat další doplňující údaj - vlhkost půdy. Vlhká a nakypřená půdy je ke zhutnění více náchylná. Řada operací jako je příprava půdy, setí a přihnojování se provádí v období kdy je zranitelnost půdy vyšší. [14] Jednou z možností jak omezit nežádoucí zhutnění půd, které je s přejezdy spojováno je soustřeďování přejezdů po půdě do trvalých kolejových stop. V případě, že by byla zavedena technologie stálých jízdních stop. V případě záběru strojů 4 m bylo možné soustředit jízdy do dvou stop. Díky tomu klesla intenzita přejezdů na 37,6 %. Technické řešení stejného rozchodu pneumatik nebo pásů by mohlo představovat hlavní překážku. Na druhé straně by bylo možné uplatňovat uvedený systém v kombinaci rozdílného rozchodu kol, ve kterém především sklízeče představují jedinou výjimku v porovnání s traktory a ostatními stroji. [21] U varianty se záběrem 8 m, kdy pouze sklízecí mlátička přesahuje svým rozchodem ostatní použité traktory. Jízdy sklízecí mlátičky byly v tomto případě organizovány tak, že vždy jedním kolem jela ve stopách traktoru. Zavedením tohoto způsobu organizování jízd by došlo ke snížení poježděné plochy na 31 %. Je jisté, že zavedením těchto soustředěných jízd dojde k opakovaným přejezdům. Řada autorů však upozorňuje na přínos právě takto vzniklých stálých stop, které zajistí vhodné podmínky pro vstup na pole. Stálé řádky rovněž umožnily dřívější vstup na pozemky. Snížení potřeby tahové síly a lepší sjízdnost kolejových řádků společně s podporou vývoje strojů pro uvedený systém budou směřovat k menším strojům s snižováním zátěže půdy. Snižování intenzity zpracování půdy vede ke snížení zatížení půdy přejezdy. Jak je ale patrné z měření četnosti přejezdů, procento přejeté plochy je poměrně vysoké. Významnou položku také představují opakované přejezdy, které pravidelně zatěžují již jednou přejetou plochu. Osvojení tohoto způsobu může zatížení pozemků nadále snížit. Nejlepší snížení
35
přejezdů nastane jestliže každý stroj včetně sklízecí mlátičky bude mít stejný rozchod kol. Aby jsme zajistily malé překrytí záběru a správné překrytí stop je výhodné vybavit traktor navigací GPS. Nevýhodou ovšem je, že stroje se budou pohybovat po stále stejných stopách, tak bude docházek k utužení stále stejných míst, což by se mohlo negativně projevit na vlastnostech půdy v tomto místě. Tato možnost je ve fázi výzkumu, a bude nadále sledována.
8.1 Využití GPS Pomocí GPS signálu je možné navigovat stroje po pozemcích. Tak je možné předejít překrývání jednotlivých záběrů pracovních strojů. To může vést jednak k úspoře pohonných hmot a úspoře pracovního času. Dále můžeme pomocí takového navigačního systému, při použití stejného stroje nebo stroje se stejným rozchodem a pracovním záběrem, dosáhnout zmenšení utužení půdy vlivem toho že budeme jezdit po stále stejných stopách. Při použití
tohoto způsobu řízení, lze dosáhnout veliké přesnosti překrytí
jednotlivých stop. Pro řadu zemědělců je dnes stále důležitější hledisko ochrany půdy před erozí a zhutněním. Technologie založené na omezování přejezdů po pozemku jsou závislé na odpovídající navigaci. Pozemky s vysokou výměrou nebo svažité pozemky dávají předpoklady pro rozšíření těchto technologií.
36
9 PENETROMETRIE 9.1 Teorie Při respektování základních principů mechaniky zemin, zejména rozdílných charakteristik v průběhu deformačních křivek při stlačení původně nezhutnělé nebo částečně zhutnělé půdy, byly potvrzeny následující vztahy: a) postup degradace půdní struktury je úměrný stupni výchozího zhutnění b) poruchy v půdní struktuře způsobují snížení obsahu pórů, snížení vodivosti půdy pro vodu i vzduch a zvětšení odporu půdy
Mikrostrukturální analýza realizovaná pomocí řádkovacího elektronového mikroskopu Stereoscan prokázala, že strukturní změny účinkem tlaku na půdy jsou tím větší, čím byla původní změna dokonalejší. Dále byla potvrzena skutečnost, že tlak působící v půdním profilu v siločárách, vytváří od zdroje vertikálního tlaku tvar komolého kužele. Byl rovněž potvrzen vliv vlhkosti na zhutnění v tom smyslu že maximální destrukci mikrostruktury (a tím i maximální zhutnění) dochází při vlhkosti v intervalu mezi dolní a horní mezí plasticity. Nad horní mez plasticity (při vysoké vlhkosti až rozbřednutí) nedochází ke zhutnění ve smyslu hustšího uložení částic, ale dochází k prohnětení, které je rovněž příčinou destrukce struktury půdy, resp. snížení propustnosti půdy. Penetrometrická metoda využívá získaných poznatků a vychází z principu, že odpor půd proti vnikání penetrometrické sondýrky je v podstatě přímo úměrný hustotě uložení částic (objemové hmotnosti, zhutnění). [23]
9.2 Měření zhutnění (utužení) Vlastní měření spočívá v registraci tlaku, který je potřeba k překonání odporu půdy proti pronikání sondovací tyče ukončené kuželovým tělískem s vrcholovým úhlem, který bývá zpravidla 30°. Závislost mezi odporem půdy a stupněm zhutnění je prokázána, s výjimkou půd trvale zamokřených a extrémně těžkých (jíl) nebo půd kamenitých a rašelin. Při měření odporu půdy je potřeba zjistit okamžitou půdní vlhkost, aby bylo možné opravit výsledky měření odporu půdy o korekci na vlhkost. Vlhkost může ovlivnit reprodukovatelnost základního vztahu objemové hmotnosti a odporu půdy a dále v tom, že s přibývajícím podílem jílnatých částic se zmenšuje interval vlhkosti, v jehož rozmezí je
37
vztah odporu půdy k objemové hmotnosti reprodukovatelný. Vliv vlhkosti půdy se projevuje dvojím způsobem. Změna vlhkosti půdy za jinak konstantních ostatních podmínek se projeví nepřímou závislostí na odporu půdy (se zvýšením vlhkosti odpor klesá a naopak). Změna vlhkosti může být též důsledkem změny ostatních průvodních podmínek (např. pórovitosti, objemové hmotnosti – zhutnění) a v tom případě je závislost mezi odporem půdy a průměrnou vlhkostí půdní vrstvy přímá. [24] Podle literárních pramenů má průběh této přímé závislosti maximum mezi dolní a horní mezí plasticity. Pro vlastní metodický postup penetrometrie a vyhodnocování penetrogramů to znamená, že v intervalu vlhkosti od meze soudržnosti po dolní mez plasticity, resp. 80 % polní vodní kapacity platí kritické hodnoty penetrometrického odporu při vlhkostech v intervalu uvedených v tab.1.
9.3 Metody a přístrojová technika V průběhu pozorování dopadů primárního a druhotného zhutnění na porušení půdní struktury a stavby byly zpřesněny nebo se vyvinuly metody k zjišťování jeho vertikálního a horizontálního rozšíření. Zdej jsou uvedeny metody, které se v praxi nejběžněji používají. Jedná se o následující: a) empirické pozorování vnějších projevů zhutnění b) laboratorní metody c) polní měřící technika 9.3.1 Empirické pozorování vnějších projevů zhutnění Osvědčeným empirickým indikátorem zhutnění zemědělských půd je častější výskyt míst se stagnující vodou na povrchu půdy, projevují se zvláště po jarním tání a po větších deštích. Kritériem pro odhad utužení půdy je odchylka od příjmu srážkové vody, které pro hlavní půdní druhy udává tab.6. Ve svažitých terénech se pak ještě provádí korekce příjmu srážkové vody podle procenta svažitosti. [23] Tab. 6 Infiltrace srážkové vody [23]] Druh půdy
infiltrace mm⋅h-1
poznámka
lehká písčitá
14 - 16
střední
12 - 14
těžká
8 - 10
při husté rostlinné pokrývce je možno uvažovat s hodnotami až o 10 % vyššími
38
Významným ukazatelem nadměrného zhutnění jsou lokální příznaky intenzivního sucha, které způsobují objemové změny reaktivní složky jílovitého podílu půdy, jež vedou ke vzniku půdních trhlin, a tím k přerušování půdního profilu. Důsledkem nadměrného zhutnění je deformace ve vegetačním životě rostlin, kterou je možné vizuálně sledovat. Rostliny mají nedostatečnou a opožděnou vzcházivost, zažloutlý a nízký porost, porušení správné geometrie kořenového systému apod. 9.3.2 Laboratorní metody Laboratorní metody zjišťování zhutnění zemědělských půd, zvláště pak druhotného zhutnění, jsou metody velmi spolehlivé, ale pracné. Proto se používají pouze pro vědecké analýzy. Zjišťují se změny v hodnotách objemové hmotnosti, pórovitosti, v poměru kapilárních a nekapilárních pórů. Dále se provádí strukturální analýza, zaměřená na uspořádání půdních agregátů, mikrostrukturální a makromorfologická analýza. [23]
9.4 Polní měřící technika Polní měřící technika pro v zemědělství používanou diagnostiku porušené půdní struktury a stavby vychází ze zkušeností stavebnictví při určování únosnosti půd. 9.4.1
Vrtulková zkouška
Vrtulková zkouška se používá k laboratornímu stanovení smykové pevnosti zemin. Při zkoušce se stanoví kroutící moment potřebný k otočení zkušební vrtulky zaražené do půdy (obr.23). Při měření se zkušební vrtulka zatlačí do měřené půdy tak hluboko, aby vrchní hrana křídla vrtulky byla v hloubce maximálně D pod povrchem. Na torzní hlavu se nasadí momentový klíč a pomalu se vrtulkou otáčí a zaznamenává se maximální kroutící moment, při kterém se zemina usmykává. Měření se musí provádět minimálně třikrát. Tento způsob měření je časově velmi náročný, i když je přesný. Vrtulkový přístroj se skládá z torzní hlavy, ve které je upnuta zkušební vrtulka. [23]
Obr. Vrtulka Obr. 2323 Vrtulka propro měření smykové pevnosti měření smykové pevnosti
Tvar zkušební vrtulky je dán ČSN a musí splňovat tyto podmínky: − Délka vrtulky H je dvakrát větší než její šířka − Šířka vrtulky D nesmí být menší než 12 mm
39
− Tloušťka vrtulky T má být co nejmenší, ale v souladu s požadavkem pevnosti − Na spodním konci musí být křídla opatřena břitem
9.5 Penetrační metody Ze všech způsobů na polní měření zhutnění půd se ukázala jako snadná a velmi expeditivní metoda – metoda penetrometrie. Při této metodě se vtlačuje do půdy sondovací tyč a měří se odpor půdy proti vnikání, který je přímo úměrný hustotě uložení půdních částic – objemové hmotnosti. Vývoj penetračních metod se ubírá třemi směry: - dynamické penetrační sondování - zatěžovací penetrační sondování - statické penetrační sondování s kuželovým přístrojem Pro měření ulehlosti zemědělských půd se převážně používá statické penetrační sondování. Na rozdíl od pozemního stavitelství, kdy objemové hmotnosti běžně dosahují hodnoty 1,9 g/cm3, v zemědělství jsou limitní hodnoty mnohem menší, protože půda musí být rozrušená, co nejméně ulehlá. Proto i používané přístroje jsou lehkých a jednoduchých konstrukcí. 9.5.1
Dynamické penetrační sondování
Při tomto sondování se stanový odpor zeminy, který klade půda zaraženému penetračnímu přístroji. Penetrační přístroj tvoří beran o hmotnosti M, který dopadá na kovadlinu, spojenou s vlastním měřícím zařízením, z určité výšky H. Počet úderů k zaražení přístroje do u určité hloubky je charakteristickým výsledkem. Tyto penetrometry se hlavně používají ke stanovení únosnosti zemin při zakládání staveb, nebo při určování odporů zemin, při jejich těžení zemními stroji. [23]
9.5.2
Zatěžovací penetrační sondování
Při tomto sondování se používají tzv. švédské penetrometry, které mají tvar šnekového vrtáku. Při vlastním sondování se přístroj vtlačuje do půdy až do odporu 1 kN. Při zatlačovacím odporu větším než 1 kN se penetrometrem otáčí a zaznamenává se počet polootáček na 0,2 m vniku. Penetrometrická soustava je zatížena celou řadou závaží, používá se při sondování tvrdších zemin.
40
9.5.3 Statické penetrační sondování Statické penetrační sondování je založeno na plynulém vtlačování penetrometrického tělesa do země konstantní rychlostí. V zemědělství je tato metoda nejvíce rozšířena pro svoji jednoduchost a rychlost měření. Základem statického penetrometru je měrná sondovací tyč, ukončená měrným kuželem. Doporučený průměr kužele je 12.83 mm, čemuž odpovídá plocha 130 mm2. Při zmenšení průměru základny opotřebením o 3 % je již nutná výměna, protože se změní velikost zatlačovací síly o 5 %. [23] Penetrometrem se měří penetrometrický odpor půdy, tento odpor se vyjadřuje v pascalech (Pa). Jeden pascal je tlak, který vykonává rovnoměrně rozprostřená síla jednoho newtonu (N) kolmo na plochu o velikosti 1 m2. Statické penetrometry jsou dvojí konstrukce. Jednak jsou to ruční penetrometry (obr.24) nebo penetrometry které jsou motoricky zatlačovány do půdy, přičemž pohon může být různého provedení. Pro další zpracování výsledků penetračního sondování prováděného při průzkumných pracích, jsou lepší penetrometry s registračním zaznamenávacím zařízením. Penetrometry jsou rovněž vybaveny počítačem. Poněvadž naměřené hodnoty odporů v jednotlivých hloubkách u různých, ale i sobě blízkých vpichů jsou velmi variabilní, je nutno měření opakovat a výsledky staticky vyhodnotit.
Obr. 24 PenetrometrPN-10
41
10 POLNĚ LABORATORNÍ MĚŘENÍ 10.1 Cíl měření Cílem polního měření bylo zjistit a porovnat penetrometrický odpor půdy na pozemku v závislosti na hmotnosti stroje a druhu pneumatik. Zjistit průběh penetrometrického odporu s měnící se hloubkou až do 0,44 m. Zjistit průběh penetrometrického odporu půdy v závislosti na teplotním průběhu.
10.2 Příprava pozemku Měření se uskutečnilo na pozemku s názvem „Doleček“ v katastru obce Míškovice. Pozemek byl vybrán z důvodu malé vzdálenosti od střediska zemědělského podniku. Půda na pozemku byla na podzim zpracována hlubokým kypřením. Dne 8. března 2011 byl pozemek srovnán smykem (obr.25), aby došlo k narušení vrchní vrstvy a umožnění rychlejšího povolení spodních vrstev. Průměrné hodnoty penetrometrického odporu v jednotlivých dnech jsou v tab.7. Na obr.27 je průběh teplot v jednotlivých dnech v intervalu 4 hodiny. 11.března jsem na pozemku vyměřil dráhy o délce 40 m a šířce 3,2 m. Jednotlivé dráhy jsem očísloval pro lepší přehlednost a vyznačil barevnými kolíky (obr.26).
Obr. 26 Vyznačené dráhy na pozemku
Obr. 25 Pozemek srovnaný smykem
10.3 Informace o pozemku Pozemek se nachází v katastru obce Míškovice, využívá ho zemědělská společnost KLM Míškovice s.r.o. Měření probíhalo na pozemku s názvem „Doleček“, výměra 2,2 ha, zkrácený kód 8804/6. Klimatický region je zde teplý, mírně vlhký. Průměrná roční teplota se pohybuje mezi 8-9 °C. Úhrn srážek 550-650 mm ročně. Sklonitost pozemku je 2,2°, BPEJ je 31000. V době měření byla vlhkost půdy v hloubce 200 mm 20,64 % a v hloubce 400 mm byla 18,68 %.
42
Druh půdy: Hnědozemě, středně těžká, bez skeletu, mocnost půdního profilu nad 0,6 m, kyselost neutrální.
15 12 °C
9 6 3 0 8:00
-3
12:00
16:00
20:00
24:00
čas 8.III
9.III
10.III
11.III
12.III
13.III
Obr. 27 Průběh denních teplot Tab. 7 Průběh penetrometrického odporu v půdě datum 8,březen 9.březen 10.březen 11.březen 12.březen 13.březen
hloubka mm MPa MPa MPa MPa MPa MPa
40
80
1,0 1,2 1,7 0,8 0,4 0,0
4,9 3,4 3,3 3,8 0,9 0,1
120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 4,3 4,6 4,1 3,8 2,3 0,5
4,5 3,7 3,0 3,1 3,0 2,1
3,7 2,8 2,4 2,0 2,5 2,4
2,2 1,4 1,2 1,0 1,6 1,5
1,3 1,4 1,3 1,1 1,4 1,4
1,5 1,5 1,6 1,2 1,5 1,5
1,6 1,1 1,7 1,2 1,5 1,4
1,1 1,3 1,6 1,3 1,4 1,5
0,7 1,3 1,5 1,4 1,4 1,6
1,2 1,6 1,5 1,7 1,5 1,7
1,3 1,6 1,6 1,7 1,6 2,1
440
480
520
560
600
1,7 1,8 1,9 2,2 1,8 2,0
MPa
penetrometrický odpor půdy 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 40
80
120
160
200
240
280
320
360
400
hloubka mm 8.III
9.III
10.III
11.III
12.III
13.III
Obr. 28 Průběh penetrometrického odporu
Z grafu na obr.28 je patrné, jak se po narušení vrchní vrstvy smykem měnil penetrometrický odpor ve spodních vrstvách. Z grafu jsem zjistil, že půdy byla zmrzlá do hloubky až 0,24 m, a působením tepla se každý den odpor zmenšoval. V hloubce od 0,28 m se odpor téměř neměnil. 43
1,8 1,8 1,7 1,8 2,0 1,8
10.4 Metoda a postup měření Na začátku dne byl změřen penetrometricky odpor půdy v deseti bodech, vždy do hloubky 0,6 m. Body měření ležely na úhlopříčce vyznačené parcely.Každý traktor a souprava byly zváženy. Byly zaznamenány údaje o rozměru pneumatik a změřen tlak v pneumatikách. Stroje najely na pozemek a projely dráhu rychlostí 8 km⋅h-1. Na konci dráhy se zastavily a změřil jsem se vzdálenost dotyku pneumatiky s podložkou. Poté jednotlivé stroje odjely mimo zkušební pozemek. Fotodokumentace z polního měření je v příloze. Změřil jsem šířku a hloubku koleje vytlačené pneumatikou do půdy. Poté byl měřen penetrometrický odpor v půdě ve vyjetých stopách od traktoru. Kolmo na vyjetou stopu byla přiložena deska s vyznačenými body po 50 mm, v těchto bodech se měřil penetrometrický odpor, hodnoty se zaznamenávaly do hloubky 0,44 m v intervalu 0,04 m. Postupně byly změřeny stopy po strojích, údaje o traktorech jsou v tab.8. Byly srovnány hodnoty penetrometrického odporu v vyjetých stopách. Traktory Case měli radiální pneumatiky a traktor Zetor 8245 byl vybaven pneumatikami diagonálními. Na dráze 3 a 5 byly zadní pneumatiky na traktorech nahuštěny na tlak 0,1 MPa. Traktor Case JXU 90 na dráze 4 byl zatížen hnojivem močoviny s obsahem 46 % N, který zrovna rozmetal na okolních pozemcích. Tab. 8 Údaje o dráze a stroji dráha
1
2
3
4
5
6
traktor
Case JXU 90
Zetor 8245
Zetor 8245
Case JXU 90
Case JXU 90
Case MXU 135
agregace
Rozmetadlo Amazone prázdné
_
_
Rozmetadlo Amazone plné
Rozmetadlo Amazone prázdné
Secí stoj Kverneland
hmotnost kg
5050
4850
4850
6050
5050
8410
Pirelli MT 600 380/85 R24
Pirelli MT 600 380/85 R24 Pirelli MT600 460/85 R34
pneumatiky přední
Tlak v pneumatikách MPa
pneumatiky zadní
Pirelli MT 600 380/85 R24 Pirelli MT 600 460/85 R34
Mitas TD 19 Mitas TD19 PR 12,4-24 PR 12,4-24 Barum 18,4-34
Barum 18,4-34
Pirelli MT600 460/85 R34
Michelin 440/65 R28 Michelin 540/65 R38
přední
0,16
0,16
0,16
0,16
0,16
0,18
zadní
0,21
0,21
0,1
0,21
0,1
0,23
44
10.5 Měřené rozměry 10.5.1 Šířka a hloubka otisku Po přejetí soupravy byly změřena šířka „a“ (viz obr.28) a hloubka (h) otisku, který vznikl. Hloubka se měřila tak, že se nad kolej umístila deska a byla změřena vzdálenost od spodního okraje desky a místem uprostřed stopy v bodě kde se otiskl zub. Všechny rozměry byly měřeny 5 krát a byl spočítán průměr. Naměřené hodnoty jsou v tab.9. 10.5.2 Délka dotyku pneumatiky s podložkou (b) Dalším porovnávaným údajem byla délka dotyku pneumatiky s podložkou rozměr „b“, viz obr.29. Měření probíhalo tak, že jsem na konci dráhy u stojícího traktoru, k pneumatice přiložil metr a změřil délku, kterou se pneumatika dotýká podložky (půdy). Změřené údaje jsou v tab.9. Měřeny byly vzdálenosti u předních i zadních kol. Z uvedených hodnot jsem vypočítal plochu otisku zadního kola traktoru. Protože výsledný obraz je elipsa, počítal jsem podle vzorce pro obsah elipsy, pro který je nutno znát délku a šířku.
a
b
Obr. 29 Měřené rozměry „a“ a „b“ pro výpočet otisku pneu
45
Tab. 9 Naměřené rozměry dráha šířka stopy hloubka stopy
jednotky m m
1 0,49 0,035
2 0,46 0,035
3 0,47 0,03
4 0,50 0,04
5 0,51 0,04
6 0,54 0,055
délka dotyku předního kola
m
0,30
0,42
0,42
0,27
0,40
0,52
délka dotyku zadního kola
m
0,45
0,42
0,45
0,53
0,56
0,57
plocha otisku zadního kola
m2
0,173
0,152
0,166
0,208
0,224
0,242
Z grafu na obr.30 lze vidět jaký je rozdíl mezi délkou dotyku u jednotlivých souprav a rozdíl mezi dotekem přední a zadní pneumatikou. Zadní pneumatiky se dotýkají podložky i větší vzdáleností a protože jsou širší mají větší styčnou plochu. Plocha otisku je porovnána na obr.31. Jak je vidět největší styčnou plochu na zadní pneumatice má traktor Case MXU , který jel na dráze 6, je to i proto že šlo o nejtěžší soupravu v mém polním měření. Zajímavé je, že traktor Case JXU 90, který jel na dráze 5 a měl snížený tlak v zadní pneumatice na 0,1 MPa, se plochou otisku nejvíce přiblížil traktoru MXU se secím strojem (dráha 6, tab.9). U traktoru Zetor 8245, který byl vybaven diagonálními pneumatikami se plocha při menším tlaku v pneumatice změnila jen nepatrně. U traktoru Case JXU 90 se při zmenšeném tlaku (dráha 5) v pneumatice zvětšila délka dotyku téměř o 0,1 m. Při naplnění rozmetadla hnojivem se plocha styku pneumatiky zvětšila vlivem vyššího zatížení zadní
délka dotyku cm
nápravy, zároveň se odlehčila přední náprava a zmenšila se délka dotyku u předního kola.
60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1
2
přední kola
zadní kola
3
4 dráha
Obr. 30 Délka dotyku pneumatiky s podložkou
46
5
6
plocha otisku zadního kola
m2
0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,000 1
2
3
4
5
6
dráha
Obr. 31 Plocha otisku zadního kola
10.5.3 Utužení půdy ve vyjeté stopě U každé dráhy jsem provedl měření penetrometrického odporu ve vyjeté stopě po traktoru. Měřena byla vždy levá stopa. Protože dráha měla 40 m, měřil jsem odpor v koleji ve 3 bodech, které byly ve vzdálenosti 10, 20 a 30 m od startovní pozice. Naměřené hodnoty byly zaznamenány do tabulky, ukázka vyplněné tabulky je v tab.10. Protože jsem měření prováděl
třikrát, vypočítal jsem průměrnou hodnotu v každé hloubce a šířce měření.
Průměrné hodnoty penetrometrického odporu v jednotlivých hloubkách jsou uvedeny v tab.11. Na obr.32 je ukázka zkušebních tratí zobrazena červenými čarami, modrou čarou je zobrazena úhlopříčka, na které jsem měřil penetrometrický odpor půdy před začátkem měření.
Obr. 32 Ukázka zkušebního pozemku
47
Tab. 10 Zapsané naměřené hodnoty stroj šířka hloubka cm a b 40 c průměr a b 80 c
120
160
200
240
280
320
360
400
440
průměr a b c průměr a b c
Case Jxu 90+rozmetadlo plné -5 0 0 0,4
6050
-30 0 0,3 0
-25 0 0 0
-20 0 0 0
-15 0 0,2 0,4
0 0 0 0,4
5 0 0 0,3
10 0 0,3 0
15 0 0 0
20 0 0 0
25 0 0 0
0,1 0 0,2 0,2
0 1,5 0 0,2
0 0 0,1 0,4
0,2 0,17 0,13 0,13 0 0 0 1,9 0,2 0,2 0 0 0,4 0,2 0,5 0,3
0,1 0,5 0 0,4
0,1 0 0,2 0
0 0 0,1 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0,072
0,13 0,57 0,17 2,9 4,3 4,7 0 0 0 0,1 0,2 0,2
0,2 0,13 0,17 0,73 0,3 0,4 1,9 1,5 0 0 0 0 0,4 0 0 0
0,3 0,07 0,03 4,4 0,3 0,7 0 0 0 0,2 1,6 0,9
0 1,8 1,5 0
0 0,9 0,6 0
0 0,5 0 0
0,192
0,5 1,53 0,63 0,53 4,7 2,6 2,6 2,4 0,2 0,7 0 1,1 0,3 0,5 2,9 2,4
1,1 3,8 1,8 2,3
0,5 0,17 3,5 3,7 2,7 2,2 2,8 1,5
0,777
3 2,47 2,1 1,4 1 0,8 1,8 1,9
2,046
1,7 1,63 1,37 2,1 2,8 1,8 0,5 0,6 0,8 1,3 0,8 0,9
1,779
1,3 1,7 0,7 0,5
1,4 1,17 2 1,8 0,1 1 0,4 0,7
1,179
1,2 0,97 0,83 1,17 1,8 2,4 1,9 0,9 0,9 0,9 0 0,2 1,1 1,1 0,8 0,9
1,287
1 4,6 1 0,8
-10 0 0,5 0
hmotnost kg
1,5 1,63 0,23 0,13 0,63 2,1 4 3,9 3,7 4,2 0 0 0,6 0,6 1,2 1,4 2,2 2,8 0,5 1,5
průměr a b c
2,13 1,17 2,07 2,43 2 1,3 2,1 3,6 0,4 0,1 0 0,4 1,9 2,3 1,9 1,4
1,6 2,2 1,2 2,6
2,3 1,73 1,27 1,83 1,97 2,63 3,1 3,3 1,9 3,3 3,3 2,4 1,1 2,2 2,4 0,6 1,7 0,9 1,8 2,7 2,3 1,2 1 1,8
průměr a b c
1,43 1,23 1,33 0,6 1,6 1,8 0,4 0,1 0,7 0,8 0,9 0,9
1,8 1,7 0,9 0,9
2 1,9 0,6 1,1
2 2,73 2,4 2,3 1,4 1 1 1
0,6 0,87 1,13 1,17 1,2 2,1 2,7 2,2 1,4 0,8 1,1 1,1 0,9 1 0,9 2,1
1,2 2,1 1,1 0,8
1,6 1,43 1,37 1,07 1,03 2,3 1,9 1,8 2 1,5 2 1,3 0,7 1,1 0,9 0,7 0,6 0,9 0,9 1,2
průměr a b c průměr a b c průměr a b c průměr a b c průměr a b c průměr
1,17 2,1 1,2 0,9
1,3 1,57 2,1 2,8 1,3 1,3 0,7 1,3
1,4 1,37 2,2 2 1,6 1,2 0,3 0,3 1,37 1,17 1,7 2,1 1,4 1,1 0,8 0,7
2,2 2,3 0,9 0,9
1,7 1,8 0,9 0,5
1,8 1,33 1,67 1,27 1,13 1,33 2,3 2,4 2,1 2,3 1,7 2 1,5 1,3 0,5 1,5 1,4 1 0,8 1,3 1,3 1,2 1,9 0,7
1,8 1,53 1,67 1,6 2,2 2 1,2 0,9 0,8 0,5 0,4 1
1,3 1,67 1,67 1,23 1,27 1,47 2,1 2,6 1,7 2,3 2,6 2,7 0,7 1,3 1,2 1,4 0,9 0,9 1 1,2 1,3 0,9 1,1 1,2
0,9 0,67 2,2 2,3 0 0 0,7 0,8
1,379
1,6 0,97 1,03 2,2 2 1,8 0,8 0,1 0,1 0,6 0,4 1
1,315
1,2 0,83 0,97 2 1,9 1,9 1 0,7 0,7 0,1 0,2 0,9
1,11
1 1,17 0,93 1,13 1,07 0,93 1,03 0,93 1,17
1,038
1,1 1,17 1,27 1,27 1,1 1,5 2,3 2,4 1 0,5 0,3 0,3 0,1 0 1 0,8
1,3 1,8 1,2 1,2
1,3 0,73 0,67 2 2,1 1 1 0,8 0,3 0,6 0,2 0,2
1,4
1,2 1,03
0,5
2 1,9 0,8 0,4
30 průměr 0 0 0
1,7 2 1 1
1,4 1,53 1,53 1,7 2,1 2,1 1,2 1,2 1,1 0,9 0,6 0,3
1,2 1,17 1,33 1,27 1,8 2,2 1,6 1,6 0,2 1 1 1,2 1 0,3 0,2 0,6
48
1,3 1,17 1,9 1,8 1 0,9 0,3 0,1
11 DISKUSE A VÝSLEDKY POLNĚ LABORATORNÍHO MĚŘENÍ Protože byl Traktor Zetor 8245 vybaven pneumatikami diagonálními a traktor Case JXU pneumatikami radiálními, přičemž šířka pneumatik byla stejná a traktory měli přibližně stejnou hmotnost, provedl jsem porovnání těchto dvou traktorů, neboli pneumatiky. Protože pneumatiky se přímo dotýkají půdy, a tak pokud je šířka a hmotnost strojů stejná, a rozdílné jsou jen pneumatiky. Mají zásadní vliv na půdu. Nejprve jsem provedl porovnání při standardně nahuštěných pneumatikách, kdy přední pneumatiky byly nahuštěny na tlak 0,16 MPa a zadní pneumatiky na tlak 0,21 MPa. Výsledek je zobrazen v grafu na obr.33.
Penetrometrický odpor MPa
Penetrometrický odpor ve stopách traktoru Case JXU a Zetor při tlaku v pneumatikách 0,21 MPa 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 40
80
120
160
200 240 280 hloubka mm
Case Jxu prázdný
320
360
400
440
zetor 8245
Obr. 33 Radiální a diagonální pneumatiky při tlaku 0,21 MPa
Z grafu je patrné, že ačkoliv byl traktor Case vybaven pneumatikami radiálními, byl penetrometrický odpor ve stopě tohoto traktoru při hloubce 80 a 120 mm mnohem vyšší než u traktoru Zetor, který byl vybaven pneumatikami diagonálními. Podle literatury by to mělo být naopak, tedy radiální pneumatiky by měli mít větší styčnou plochu a tím pádem menší tlak na půdu a způsobit tak menší utužení. Plocha otisku zadního kola ovšem větší byla podle grafu na obr.31, takže nejspíše se jednalo o chybu, vzniklou tím že půda nebyla na všech místech homogenní. V hloubce nad 280 mm již byl větší penetrometrický odpor ve stopě po diagonálních pneumatikách, ale rozdíl už nebyl tak značný.
49
Při dalším měření jsem opět porovnávali tyto dva stoje, ovšem tentokrát jsem snížil tlak v zadních pneumatikách na 0,1 MPa. Porovnání penetrometrického odporu v těchto stopách je zobrazeno na obr.34.
Penetrometrický odpor MPa
Porovnání Case JXU a Zetor 8245, tlak v pneumatikách 0,1 MPa
2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 40
80
120
160
200
240
280
320
360
400
440
Hloubka mm Case JXU prázdný
Zetor 8245
Obr. 34 Radiální a diagonální pneumatiky při tlaku 0,1 MPa
Z grafu na obr.34 je patrné, že větší rozdíly v penetrometrickém odporu jsou od hloubky 160 mm, v této hloubce je tato hodnota vyšší o 21 % u traktoru vybaveného diagonálními pneumatikami. V hloubce do 120 mm se rozdíly téměř neprojevili. Plocha dotyku zadního kola byla u radiální pneumatiky větší o 26 %. Z tohoto důvodu se tedy i utužení půdy projevilo méně, než u traktoru s diagonálními pneumatikami. Při porovnání pneumatik diagonálních s tlakem 0,21 a 0,1 MPa, zjistíme z obr.35, že největší rozdíl je v hloubce 120 a 160 mm. V hloubce 120 mm je ve stopě po přejetí traktoru s vyšším tlakem v pneumatikách odpor o 58% vyšší než ve stopě po pneumatikách s nižším tlakem. V hloubce 160 mm je rozdíl už jen 22 %. Přitom plocha dotyku se zvětšila při snížení tlaku v pneumatice jen o 9 %. Ve větších hloubkách nad 280 mm už není v penetrometrickém odporu podstatný rozdíl.
50
Penetrometrický odpor MPa
Penetrometrický odpor ve stopách traktoru Zetor 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 40
80
120
160
200
240
280
320
360
400
440
hloubka mm
Zetor tlak v pneu 0,21 MPa
Zetor tlak v pneu 0,1 MPa
Obr. 35 Porovnání diagonálních pneumatik
U radiálních pneumatik se po snížení tlaku zvětšila kontaktní plocha pneumatiky s podložkou o 29 %. Utužení půdy, tedy zvětšení penetrometrikého odporu se nejvíce projevilo v hloubkách od 80 do 160 mm (viz obr.36). V hloubce 80 mm je odpor v půdě při vyšším tlaku v pneumatikách větší o 50 %, v hloubce 120 je odpor větší dokonce až o 300 % a v hloubce 160 mm je odpor půdy větší o 63 %. Velký rozdíl v hloubce 120 mm je nejspíš způsoben, rozdílnými podmínkami pod povrchem. Při pohledu na obr.36 je vidět, že odpor půdy je téměř ve všech hloubkách větší u varianty s větším tlakem v pneumatice. Z toho plyne, že radiální pneumatiky s menším hustícím tlakem jsou k půdě šetrnější, mají za následek menší utužení půdy.
Penetrometrický odpor MPa
Penetrometrický odpor ve stropách traktoru Case JXU při tlaku v pneumatikách 0,1 a 0,21 MPa 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 40
80
120
160
200
240
280
320
360
400
440
Hloubka mm Case JXU tlak v pneu 0,21 MPa
Case JXU tlak v pneu 0,1 MPa
Obr. 36 Porovnání radiálních pneumatik
Při porovnání jednotlivých drah Traktoru Case JXU 90 jsem zjistil, že kontaktní plocha je největší u verve se sníženým tlakem v pneumatice a to 0,224 m2 (obr.37), při zatížení traktoru plným rozmetadlem s tlakem v pneumatice 0,21 MPa je plocha otisku menší jen o
51
7 % je to způsobeno tím, že se při zatížení rozmetadla hnojivem pneumatika více stlačí a zvětší tak kontaktní plochu, v případě prázdného rozmetadla je plocha otisku menší o 17 % oproti verze s plným rozmetadlem. Ovšem penetrometrický odpor v půdě je v hloubce 80 a 120 mm největší u verze s prázdným rozmetadlem a vyšším tlakem v pneumatikách (obr. 38). Největší odpor vykazuje stopa po přejetí traktoru s plným rozmetadlem a tlakem v pneumatikách 0,21 MPa a to ve hloubce 160 mm. V hloubce 200 mm
jsou
penetrometrické odpory téměř totožné, a pak ve větších hloubkách již nejsou velké rozdíly.
Plocha otisku m2
Plocha otisku zadního kola traktoru Case JXU 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,000 1
4
5
dráha
Obr. 37 Plocha otisku zadního kola traktoru Case JXU
Penetrometrický odpor ve stopách traktoru Case JXU
Penetrometrický odpor MPa
2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 40
80
120
160
200
240
280
320
360
400
440
Hloubka mm Case JXU prázdný, tlak v pneu 0,21 MPa Case JXU plný tlak v pneu 2,1 MPa
Case JXUprázdný, tlak v pneu 0,1 MPa
Obr. 38 Porovnání stop traktoru Case JXU
Pro kontrolu extrémních hodnot jsem provedl měření těžší soupravy Case MXU 135, který nesl secí stroj Kverneland, tato souprava měla hmotnost 8410 kg. Při porovnání s traktorem Case JXU s plným rozmetadlem jsem zjistil, že ačkoli byl traktor Case MXU těžší o 2360 kg, tak se plocha otisku lišila pouze o 16 % oproti traktoru JXU. Hodnoty pen. odporu se nejvíce lišili v hloubce 200 mm. V této hloubce je pen. odpor vyšší u těžšího traktoru větší o 33 %. V hloubce 160 mm je pen. odpor u obou stop téměř stejný. Hodnoty penetrometrického odporu ve stopách jsou zobrazeny na obr.39. Malé rozdíly jsou 52
způsobeny tím, že ačkoli byl traktor Case MXU těžší, měl širší pneumatiky o 6 cm, to mělo příznivý vliv na utužení půdy a proto se hodnoty pen. odporu lišily jen nepatrně. Proto se doporučuje v případě vyšší zátěže traktoru používat širší pneumatiky.
Penetrometrický odpor MPa
Penetrometrický odpor ve stopách nejtěžších souprav 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 40
80
120
160
200
240
280
320
360
400
440
Hloubka mm Case JXU plné rozmetadlo(6050kg)
Case MXU secí stroj (8410 kg)
Obr. 39 Porovnání stop nejtěžších souprav
V tab.11 jsou zobrazeny průměrné hodnoty pen. odporu ve stopách traktoru, které projely zkušební dráhou. Jsou zde zobrazeny hodnoty v závislosti na hloubce měření. Z těchto hodnot byl následně vytvořen graf na obr.40. V grafu na obr.40 je zobrazeno porovnání všech souprav které byly na zkušebních tratích. Je vidět že penetrometrický odpor měřený ve vyjeté stopě traktoru je nejvyšší v hloubce 200 mm a to u nejtěžší soupravy Case MXU 135 se secím strojem. Průměrné nejnižší hodnoty pen. odporu vykazoval traktor Case Jxu se sníženým tlakem v pneumatikách na 0,1 MPa. Ve stopách od traktoru Zetor 8245, který byl vybaven diagonálními pneumatikami, byl naměřen v hloubce od 280 mm nejvyšší pen. odpor. Dokonce vyšší než u traktoru Case MXU, který byl nejtěžší. Nejspíš je to způsobeno menší kontaktní plochou oproti traktorům s radiálními pneumatikami. Malé hodnoty penetrometrického odporu v hloubce do 80 mm jsou způsobeny tím, že vrchní vrstva byla nakypřená a proschlá.
53
Penetrometrický odpor v dráhách
Penetrometrický odpor MPa
3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 40
80
120
160
200
240
280
320
360
400
440
hloubka mm
Case JXU, prázdný, tlak v pneu 0,21 MPa Zetor 8245, tlak v pneu 0,21 MPa Zetor 8245, tlak v pneu 0,1 MPa Case JXU, plný, tlak v pneu 0,21 MPa Case JXU, prázdný, tlak v pneu 0,1 MPa Obr. 40 Porovnání všech souprav
Tab. 11 Hodnoty penetrometrického odporu ve stopách traktoru
stroj
hloubka 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440
Case JXU, prázdný, tlak v pneu 0,21 MPa
0,15 0,38 1,24 1,75 1,79 1,36 1,49 1,58 1,59 1,43 1,37
Zetor 8245, tlak v pneu 2,1 MPa
Zetor 8245, tlak v pneu 0,1 MPa
Case JXU plný, tlak v pneu 0,21 MPa
Case JXU, prázdný, tlak v pneu 0,1 MPa
Průměrné hodnoty penetrometrického odporu MPa 0,11 0,20 0,07 0,16 0,14 0,16 0,19 0,16 0,66 0,33 0,78 0,31 1,78 1,39 2,05 1,06 1,74 1,89 1,78 1,79 1,13 1,33 1,18 1,16 1,57 1,51 1,29 1,08 1,74 1,71 1,38 1,17 1,58 1,64 1,32 1,22 1,61 1,52 1,11 1,28 1,52 1,44 1,04 1,34
54
Case MXU 135 + secí stroj, tlak v pneu 0,23 MPa
0,23 0,30 0,45 2,08 2,38 1,58 1,47 1,33 1,40 1,34 1,43
12 SIMULACE UTUŽENÍ PŮDY 12.1 Cíl měření Pomocí programu TASC provézt simulaci utužení půdy mobilním prostředkem. Protože parametry souprav byly stejné jako u polního měření, porovnat výsledky s výsledky u polního měření.
12.2 Metoda a postup měření Pomocí programu TASC (Tyres/Tracks and Soil Compaction) jsem provedl porovnání utužení půdy. Výrobce programu je Agroscope Fat Tänikon. Verze programu FAT 2005/Etiene Diserens/ TASCU 1.xls V1.0. Hmotnosti a pneumatiky strojů zadávané do programu byly stejné jako u polního měření. Zadávala se zde hmotnost na jednotlivé nápravy, rozměr pneumatik a tlak vzduchu v pneumatikách(viz tab.12) Také jsem zadal druh půdy, který se nejvíce shodoval s druhem půdy na kterém bylo prováděno polní měření, a nastavil jsem velkou citlivost půdy na utužení. Protože program pracoval s jednotkami Bar a cm, převedl jsem potřebné hodnoty na tyto jednotky. Tabulky a popisy u grafů jsou zde uváděny v českém jazyce.
Rozměr přední pneumatiky
celková hmotnost
šířka pneumatiky
průměr pneumatiky
zatížení přední nápravy
tlak v pneumatice
kontaktní plocha
Střední kontaktní tlak
Hrozí nebezpečí utužení
Hloubka působení
Tab. 12 Zadané hodnoty pro přední pneumatiky
jednotky
kg
cm
cm
kg
Bar
cm2
Bar
ano/ne
cm
5050
38
126
1900
1,6
1628
1,14
ne
19
8410
44
128
2450
1,8
1919
1,25
ne
23
4850
31
116
2108
1,6
1239
1,67
ne
23
6050
38
126
1500
1,6
1628
0,90
ne
15
Case JXU 90
380/85 R 24 Case MXU 135
440/65 R 28 Zetor 8245
12.4-24 Case JXU 90 plný
380/85 R 24
Do tab.12 jsem zadal rozměry předních pneumatik jednotlivých traktorů, tlak v pneumatikách, hmotnosti těchto traktorů a zatížení na nápravu. Poté program sám doplnil hodnoty kontaktní plochy, střední kontaktní tlak a hloubku působení. Zároveň upozornil na hrozící nebezpečí zvýšeného utužení půdy. Pokud se v tabulce objevilo ne znamená to, že hodnoty tlaků v půdě nejsou na kritické hranici. Dále program vygeneroval tab.13, kde
55
byly jednotlivé doby a hodnoty tlaku v půdě, které zatížená pneumatika vyvolala. Body byly rozděleny od středu ke kraji pneumatiky po 30 mm a ho hloubky 1,08 m také po 30 mm. Tab.13 obsahovala velké množství hodnot, proto jsem zde zobrazil jen hodnoty do hloubky 480 mm a vzdálenosti 150 mm. Takovou tabulku program vytvořil pro každou pneumatiku a její zatížení. Z hodnot pak program vytvořil diagramy průběhu tlaku v půdě. Tab. 13 Ukázka tabulky vygenerované programem TASC vzdálenost od středu kola
0
3
Hloubka [cm]
[bar]
[bar]
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48
2,29 2,23 2,07 1,84 1,59 1,35 1,14 0,96 0,81 0,69 0,59 0,51 0,44 0,38 0,34 0,30 0,27
2,29 2,23 2,05 1,81 1,56 1,32 1,11 0,94 0,79 0,68 0,58 0,50 0,43 0,38 0,33 0,30 0,26
6
9
Tlakové napětí v půdě [bar] [bar] 2,29 2,21 1,99 1,72 1,46 1,24 1,04 0,88 0,75 0,64 0,55 0,48 0,42 0,37 0,33 0,29 0,26
2,29 2,13 1,81 1,52 1,29 1,10 0,94 0,80 0,69 0,60 0,52 0,45 0,40 0,35 0,31 0,28 0,25
12
15
[bar]
[bar]
2,29 1,70 1,37 1,19 1,04 0,91 0,79 0,69 0,61 0,53 0,47 0,41 0,37 0,33 0,29 0,26 0,24
0,00 0,51 0,74 0,78 0,75 0,70 0,64 0,58 0,52 0,46 0,41 0,37 0,33 0,30 0,27 0,25 0,22
12.3 Výsledky a diskuse simulace pomocí programu TASC Na obr.41 je znázorněn průběh tlaků v půdě pod předním kolem každého traktoru. Červeně vyznačená hranice značí hranici škodlivého utužení, které je nežádoucí. Bod stability značí hranici které je na mezi nebezpečného utužení. Z diagramu je vidět že nejmenší tlak v půdě, tedy utužení je pod kolem soupravy traktoru Case JXU s plným rozmetadlem. Je to z toho důvodu že dojde k odlehčení přední nápravy a tak kola tolik netlačí na podložku. největšího utužení dosáhl traktor Zetor který byl vybaven diagonálními pneumatikami o menší šířce. Přední kola od prázdného traktoru JXU a MXU mají na zhutnění přibližně stejný vliv. U traktoru MXU, který byl zatížen secím strojem byla přední kola také odlehčena, proto dosáhl tak malého utužení.
56
Podle hodnot z tab.13. pak program vytvořil diagram, ve kterém je zobrazeno jak působí tlak pod kolem traktoru a postupně se snižuje. Takový diagram vytvořil program pro každou zadanou pneumatiku. Na obr.42 jsou porovnány pneumatiky traktoru JXU a MXU. Jednotlivé hodnoty tlaků jsou zde zobrazeny barevně. Jde vidět, že po traktoru MXU byla půda více utužená a působení tlaku se promítlo do větší hloubky. Je to z toho důvodu, že přestože měl traktor širší pneumatiky měl značně vyšší zatížení přední nápravy. Na obr.43 je diagram vytvořený pro diagonální pneumatiky traktoru Zetor 8245 a pneumatiky traktoru Case JXU 90 zatíženého plným neseným rozmetadlem. Z toho jde jasně vidět že přední pneumatiky u traktoru Case byly odlehčeny a tak je v půdě i nejmenší vyvolaný tlak. Naopak u traktoru Zetor 8245 je vidět jak užší diagonální pneumatiky způsobí v půdě velký tlak.
Obr. 41 Průběh tlaků v půdě pod předními koly
57
Obr. 42 Diagram rozložení tlaků pod předními koly traktoru Case JXU a MXU
Obr. 43 Diagram rozložení tlaků pod předními koly traktoru Zetor 8245 a Case JXU 90
Dále jsem srovnal tlaky v půdě pod zadními pneumatikami traktorů. V tab.14 jsou hodnoty, které jsme zadával do programu. Ze zadaných hodnot program vypočítal že u traktoru Case MXU se secím strojem a traktoru Case s plným rozmetadlem, hrozí pod zadními koly nebezpečné utužení. Je to z toho důvodu. že oba traktory byly zatíženy neseným nářadím, přední kola se tak odlehčila a výrazná hmotnost se tak přenášela jen zadními koly. Ze zadaných hodnot v tab.14 pak program vytvořil graf průběhu tlaku v půdě pod zadními koly obr.44. Z obr.44 je patrné jak velký vliv měly na půdu zadní kola traktoru Case MXU se secím strojem a zadní kola traktoru Case JXU 90 s plným rozmetadlem. Je vidět, že u těchto dvou variant tlak v půdě přesáhl mezní hodnotu a půdu tak hodně narušil.
58
Rozměr zadní pneumatiky
celková hmotnost
šířka pneumatiky
průměr pneumatiky
zatížení zadní nápravy
tlak v pneumatice
kontaktní plocha
Střední kontaktní tlak
Hrozí nebezpečí utužení
Hloubka působení
Tab. 14 Zadané hodnoty pro zadní pneumatiky
jednotky
kg
cm
cm
kg
Bar
cm2
Bar
ano/ne
cm
5050
46
166
3150
2,1
3116
0,99
na
22
8410
54
167
5960
2,3
4975
1,18
ano
33
4850
47
167
2742
2,1
2933
0,92
ne
20
6050
46
166
4550
2,1
3895
1,15
ano
28
Case JXU 90
460/85 R 34 Case MXU 135
540/65 R 38 Zetor 8245
18.4-34 Case JXU 90 plný
460/85 R 34
Obr. 44 Průběh tlaků v půdě pod zadními koly
Program TASC dále vygeneroval rozložení tlaků v půdě pod každou zadní pneumatikou. Výsledky jsou zobrazeny na obr.45 a obr.46. Z těchto obrázků je patrné že pneumatiky traktoru Case MXU 135 se secím strojem a traktoru Case JXU s plným rozmetadlem, působily na půdu do největší hloubky. U traktoru Case JXU bez zatížení byly v půdě tlak do větší hloubky než u Zetoru 8245, nepatrný rozdíl byl vyvolán tím, že traktor Case měl jinak rozloženou hmotnost a byl o 200 kg těžší.
59
Obr. 45 Rozložení tlaků pod zadními koly traktoru Case JXU 90 a Case MXU 135
Obr. 46 Rozložení tlaků pod zadními koly traktoru Zetor 8245 a Cese JXU 90
Při nastavení tlaku v zadních pneumatikách u traktoru JXU bez zatížení a Zetor na 0,1 MPa, se změnil průběh tlaků v půdě jen nepatrně viz obr.47. Menší tlaky v půdě byly po přejetí traktoru Zetor s diagonálními pneumatikami, výsledek se ovšem lišil jen nepatrně. Je to nejspíš způsobeno tím, že traktor Case JXU byl oproti traktoru Zetor těžší o 200 kg, a měl hmotnost rozloženou více na zadní nápravu. Při pohledu na diagram na obr.48 zjistíme, že hloubka působení je stejná. Liší se pouze působení tlaku od 1,6 do 1,8 bar, tento tlak v půdě je pod pneumatikami na traktoru Case JXU a zasahuje do větší hloubky.
60
Obr. 47 Průběh tlaků v půdě pod zadními koly nahuštěnými na 0,1 MPa
Obr. 48 Rozložení tlaků v půdě pod zadními koly traktoru Case JXU a Zetor s tlakem v pneu 0,1 MPa
Polní měření ukázalo že největší penetrometrický odpor byl naměřen ve stopě traktoru Case MXU 135 se secím strojem, nejmenší pak ve stopě traktoru Case JXU 90 se sníženým tlakem v pneumatikách na 0,1 MPa. Při porovnání stop po traktoru zetor, který byl vybaven diagonálními pneumatikami, jsem zjistil jen nepatrné rozdíly v hodnotách penetrometrického odporu. Bylo to nejspíš způsobeno tím že tyto pneumatiky mají tvrdou konstrukci a i při snížení tlaku v pneumatice se plocha styku moc nezvětšila. Při snížení tlaku v pneumatikách u traktoru Case JXU se plocha styku zvětšila a tím se penetrometrický odpor v půdě tolik nezvýšil.
61
Simulace pomocí programu TASC ukázala, že největší tlak v půdě je u traktoru Case MXU. Nejmenší pak u traktoru Zetor 8245 se sníženým tlakem v pneumatikách. V simulaci se sníženým tlakem v pneumatikách se projevili větší rozdíly, oproti polnímu měření, u průběhu tlaku v půdě i u diagonálních pneumatik na traktoru Zetor. V simulaci lze vidět jak se změnil průběh tlaku pod předním kolem u traktoru Case JXU a plným a prázdným rozmetadlem, změna byla způsobena nadlehčením předních kol při naplnění rozmetadla hnojivem. Při porovnání výsledků z polního měření a simulace v programu TASC je zřetelné, že menší tlak na půdu je u traktorů Case JXU a Zetor při sníženém tlaku v pneumatikách. A nejvyšší utužení a průběh tlaků v půdě je u traktorů Case JXU s plným rozmetadlem a traktoru Case MXU se secím strojem.
62
13 ZÁVĚR Utužení zemědělské půdy je nežádoucí jev. Každý zemědělec, pokud chce dosahovat dlouhodobě příznivých výnosů, si musí tuto skutečnost uvědomit a předcházet jí. Utužení půdy má negativní vliv na vývoj a růst rostlin. Utužená půda způsobuje pomalejší vývoj kořenů rostlin, rostlina tak špatně přijímá potřebné živiny z půdy. Utužení rovněž snižuje schopnost půdy vsakovat povrchovou a dešťovou vodu, tím že se v utužené půdě snižuje počet kapilárních pórů. Utužení půdy nejvíce ovlivňuje několik faktorů. Mezi ně patří zejména hmotnost stroje, který se na půdě pohybuje a pneumatiky, kterými je stroj vybaven, zejména jejich šířka a druh konstrukce. Radiální konstrukce pneumatiky postupně vytlačují pneumatiky s diagonální konstrukcí. Radiální pneumatiky umožňují menší hustící tlak, mají větší kontaktní plochu oproti diagonálním pneumatikám, tak se dostává do záběru více záběrových figur. Tyto pneumatiky tak mají menší vliv na utužení půdy a také zlepšují záběrové vlastnosti a snižují prokluz kol traktoru. Proto je výhodné používat radiální pneumatiky s větší šířkou. Pokud máme citlivé půdy, např. nakypřené před setím, je vhodné používat dvoumontáže pneumatik, alespoň na zadní nápravě. Je také výhodné traktor vhodně dotížit, aby se hmotnost rozložila na obě nápravy, zejména pak při agregaci traktoru s těžkými nesenými stroji. V případě, že se jedná o velký podnik, který má pozemky ve větší vzdálenosti od střediska, je výhodné zvolit pásový traktor, který má jednak na utužení půdy nejmenší vliv a jednak se s ním lépe a bezpečněji jezdí po úzkých silnicích. Z výsledků mého měření vyplývá, že nejmenší vliv na utužení měl traktor Case JXU 90 se sníženým tlakem v zadních pneumatikách, který byl vybaven radiálními pneumatikami. Největší penetrometrický odpor jsem naměřil ve stropě soupravy traktoru Case MXU 135 s neseným secím strojem Kverneland, je to způsobeno tím, že tato souprava byla nejtěžší. Rovněž jsem zjistil, že při snížení tlaku v diagonálních pneumatikách, které byly použity na traktoru Zetor 8245 se penetrometrický odpor ve stopách výrazně nezměnil. Při zatížení traktoru Case JXU 90 plným neseným rozmetadlem se odpor ve stopách mírně zvětšil, ovšem značně se zmenšila styčná plocha předních kol, vlivem jejich nadlehčení. Proto by bylo v praxi vhodné traktory rovnoměrně dotížit. Pomocí počítačového programu TACS od výrobce Agroscope Fat Tänikon jsem provedl srovnání tlaků v půdě ve stopách stejných souprav. Z výsledků programu vyplývá, že největší tlaky v půdě byly u souprav Case JXU 90 a MXU 135, které měli vzadu nesené nářadí. Nejmenší tlaky v půdě pod zadními koly paradoxně vykazoval traktor Zetor 8245, 63
který byl vybaven diagonálními pneumatikami, nejspíše to bylo z důvodu o 200 kg menší hmotnosti a rozložení hmotnosti více na zadní nápravu u traktoru Case JXU. Při nastavení tlaku v zadních pneumatikách na hodnotu 0,1 MPa u traktoru Zetor 8245 a Case JXU 90, se také projevil menší tlak v půdě pod diagonálními pneumatikami. Všeobecně je možno tvrdit, že lepší volbou jsou pneumatiky radiální s větší šířkou a udržovat tlak v pneumatikách na menší hranici, ale tak, aby se nepřekročila hranice únosností pneumatiky a nedošlo tak k jejímu poškození. Je také vhodné použít na málo únosném povrchu půdy dvoumontáž pneumatik nebo pásový podvozek. Je třeba také omezit pohyb těžké techniky po pozemku a volit vhodnou technologii zpracování půdy. Při využívání navigační techniky GPS a strojů se stejným rozchodem kol a pracovním nářadím se stejným záběrem lze také volit technologii jednotných kolejových řádků. V případě utužení spodní podorniční vrstvy, odstranit toto utužení hloubkovým kypřičem. Při dodržování zmíněných opatření si zemědělskou půdu proti nebezpečí utužení ochráníme a předejdeme tak dalším problémům se vsakováním vody a vodní erozí.
64
14 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] KOTEK, Petr . Novinky.cz [online]. 2011 [cit. 2011-03-25]. Půda v česku přestává rodit. Dostupné z WWW:
. [2] TOMÁŠEK, Milan. Atlas půd české republiky. vyd 1. Praha : Český geologický ústav, 1995. 36 s., skládaná mapa. ISBN 80-7075-198-3 [3] NĚMEČEK, Jan; SMOLÍKOVÁ, Libuše; KUTÍLEK, Miroslav. Pedologie a paleopedologie. Praha : Academia, 1990. 552 s. ISBN 80-200-0153-0 [4] HŮLA, Josef ; PROCHÁZKOVÁ, Blanka. Minimalizace zpracování půdy. vyd 1. Praha : Profipress, 2008. 248 s. ISBN 978-80-86726-28-1. [5] BAUER, František, et al. Traktory. vyd. 1. Praha : Profipress, 2006. 192 s. ISBN 8086726-15-0. [6] GREČENKO, Alexandr . Kolové a pásové traktory. Praha : Státní zemědělské nakladatelství, 1963. 402 s. [7] MIKULIČ, Miroslav . Pneumatiky z nové haly. Mechanizace zemědělství. 2004, 7, s. 51-53. [8] CEJLAK, Ivo. Tlak vzduchu v pneumatikách. Mechanizace zemědělství. 2001, 6, s. 25-27. [9] Koltico [online]. 2006 [cit. 2011-03-28]. Technický rádce. Dostupné z WWW: . [10] PODPĚRA, Václav , et al. Radiální, nebo diagonální pneumatiky. Mechanizace zemědělství. 2004, 7, s. 54-56. [11] JURTÍK, Tomáš . Proč používat radiální traktorové pneumatiky. Mechanizace zemědělství. 2004, 1, s. 17. [12] BAUER, František; SEDLÁK, Pavel. Na co má vliv tlak vzduchu v pneumatikách. Mechanizace zemědělství. 2006, 6, s. 30-33. [13] POŠTULKA, Vladimír. Volba traktorové pneumatiky. Mechanizace zemědělství. 2004, 3, s. 82-83 [14] KŘEPELKA, Jiří; FUKA, Vladislav. Přínos změny tlaku v pneumatikách. Zemědělec. 2009, 44, s. 11-13. [15] BENEŠ, Petr. Moderní technologie pojezdu a ochrana půdy. Mechanizace zemědělství. 2002, 8, s. 26-28.
65
[16] PERNIS, Peter. Kola versus pásy. Mechanizace zemědělství. 2010, 1, s. 44-50. [17] KRŮTIŠ, Michal. Kola versus pásy II. Mechanizace zemědělství. 2010, 2, s. 22-25. [18] BENEŠ, Petr. Orba on-land. Mechanizace zemědělství. 2008, 5, s. 11-14. [19] POSPÍŠIL, Jiří ; NEUDERT, Lubomír. V brázdě i mimo brázdu. Mechanizace zemědělství. 2004, 2, s. 28-31 [20] HŮLA, Josef, et al. Využitelnost dlátových kypřičů na půdách s příznaky nežádoucího zhutnění v ornici a podorničí. Mechanizace zemědělství. 2008, 8, s. 42-46 [21] KROULÍK, Milan, et al. Omezení četnosti přejezdů mechanizačních prostředků po pozemcích. Mechanizace zemědělství. 2010, 5, s. 54-57. [22] KROULÍK, Milan; HŮLA, Josef; LOCH, Tomáš. Pracovní postupy pro omezení zhutnění půdy a erozního ohrožení. Mechanizace zemědělství. 2009, 4, s. 52-53. [23] VÁCHAL, Jan, et al. Využití penetrometrických metod pro průzkum a projektování zůrodňovacích opatření. Praha : Výzkumný ústav pro zúrodnění zemědělských půd, 1987. 61 s. [24] ŠIMON, Josef; LHOTSKÝ, Jiří. Zpracování a zúrodňování půd. Praha : Státní zemědělské nakladatelství, 1989. 320 s. ISBN 80-209-0048-9.
66
15 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Schéma působení strojového systému na půdu ........................................................ 14 Obr. 2 Plocha styku (Sd) a otisku (So).................................................................................. 15 Obr. 3 Průběh kontaktního tlaku ......................................................................................... 17 Obr. 4 Průběh kontaktního tlaku na měkké podložce .......................................................... 17 Obr. 5 Průběh tlaků v půdě pod pneumatikou 11-28 při stejném zatížení........................... 18 Obr. 6 Řez pláštěm pneumatiky ........................................................................................... 19 Obr. 7 Uspořádání kostry a plocha styku s podložkou ........................................................ 19 Obr. 8 Tlak na tvrdou podložku ........................................................................................... 21 Obr. 9 Flotační pneumatika................................................................................................. 22 Obr. 10 Claas Xerion se systémem pro změnu tlaku v pneumatikách ................................. 24 Obr. 11 Dvoumontáž pneumatik na traktoru John Deere ................................................... 25 Obr. 12 Pásový traktor Challenger ..................................................................................... 27 Obr. 13 Case IH QuadTrac ................................................................................................. 28 Obr. 14 Case Magnum s pásovými jednotkami ................................................................... 28 Obr. 15 Pásová jednotka traktoru Case QuadTrac............................................................. 28 Obr. 16 Sklízeč cukrové řepy Ropa Tiger ............................................................................ 29 Obr. 17 Podvozek pro málo únosné půdy ............................................................................ 29 Obr. 18 Překládací vůz s pásovým traktorem...................................................................... 30 Obr. 19 Orba on-land .......................................................................................................... 32 Obr. 20 Hloubkový kypřič Farmet....................................................................................... 33 Obr. 21 Dráhy stroje a přejetá plocha při konvenční technologii....................................... 34 Obr. 22 Dráhy stroje a přejetá plocha při minimalizační technologii ................................ 34 Obr. 24 PenetrometrPN-10 ................................................................................................. 41 Obr. 25 Pozemek srovnaný smykem .................................................................................... 42 Obr. 26 Vyznačené dráhy na pozemku................................................................................. 42 Obr. 27 Průběh denních teplot ............................................................................................ 43 Obr. 28 Průběh penetrometrického odporu......................................................................... 43 Obr. 29 Měřené rozměry „a“ a „b“ pro výpočet otisku pneu............................................. 45 Obr. 30 Délka dotyku pneumatiky s podložkou ................................................................... 46 Obr. 31 Plocha otisku zadního kola .................................................................................... 47 Obr. 32 Ukázka zkušebního pozemku .................................................................................. 47 Obr. 33 Radiální a diagonální pneumatiky při tlaku 0,21 MPa .......................................... 49 Obr. 34 Radiální a diagonální pneumatiky při tlaku 0,1 MPa ............................................ 50 Obr. 35 Porovnání diagonálních pneumatik ....................................................................... 51 Obr. 36 Porovnání radiálních pneumatik............................................................................ 51 Obr. 37 Plocha otisku zadního kola traktoru Case JXU ..................................................... 52 Obr. 38 Porovnání stop traktoru Case JXU ........................................................................ 52 Obr. 39 Porovnání stop nejtěžších souprav......................................................................... 53 Obr. 40 Porovnání všech souprav ....................................................................................... 54 Obr. 41 Průběh tlaků v půdě pod předními koly.................................................................. 57 Obr. 42 Diagram rozložení tlaků pod předními koly traktoru Case JXU a MXU............... 58 Obr. 43 Diagram rozložení tlaků pod předními koly traktoru Zetor 8245 a Case JXU 90. 58 Obr. 44 Průběh tlaků v půdě pod zadními koly ................................................................... 59 Obr. 45 Rozložení tlaků pod zadními koly traktoru Case JXU 90 a Case MXU 135 .......... 60 Obr. 46 Rozložení tlaků pod zadními koly traktoru Zetor 8245 a Cese JXU 90 ................. 60 Obr. 47 Průběh tlaků v půdě pod zadními koly nahuštěnými na 0,1 MPa .......................... 61 Obr. 48 Rozložení tlaků v půdě pod zadními koly traktoru Case JXU a Zetor s tlakem v pneu 0,1 MPa.................................................................................................................... 61
67
16 SEZNAM TABULEK Tab. 1 Kritické hodnoty půdních druhů............................................................................... 12 Tab. 2 Index rychlosti .......................................................................................................... 20 Tab. 3 Index nosnosti........................................................................................................... 20 Tab. 4 Vliv šířky pneumatiky na kontaktní tlak ................................................................... 26 Tab. 5 Prováděné operace na pozemku při pěstování pšenice............................................ 33 Tab. 6 Infiltrace srážkové vody........................................................................................... 38 Tab. 7 Průběh penetrometrického odporu v půdě ............................................................... 43 Tab. 8 Údaje o dráze a stroji............................................................................................... 44 Tab. 9 Naměřené rozměry ................................................................................................... 46 Tab. 10 Zapsané naměřené hodnoty.................................................................................... 48 Tab. 11 Hodnoty penetrometrického odporu ve stopách traktoru....................................... 54 Tab. 12 Zadané hodnoty pro přední pneumatiky................................................................. 55 Tab. 13 Ukázka tabulky vygenerované programem TASC .................................................. 56 Tab. 14 Zadané hodnoty pro zadní pneumatiky .................................................................. 59
68
Přílohy Fotodokumentace z polního měření
69
Foto 1 Traktor Case JXU 90 s prázdným rozmetadlem na zkušební dráze č.1
Foto 2 Traktor Zetor 8245 na zkušební dráze č.2
70
Foto 3 Traktor Case JXU 90 s plným rozmetadlem na zkušební dráze č.4
Foto 4 Traktor Case MXU 135 se secím strojem Kverneland na zkušební dráze č.6
71
Foto 5 Vážení traktoru Case JXU 90
Foto 6 Měření teploty na zkušební ploše
72
Foto 7 Ukázka děr po měření penetrometrem
Foto 8 Měření tlaku vzduchu v pneumatikách
73
Foto 9 Ukázka měření hloubky stopy
Foto 10 Ukázka měření penetrometrického odporu ve vyjeté stopě
74
Foto 11 Ukázka měření šířky stopy
Foto 12 Ukázka měření délky dotyku pneumatiky s půdou
75
