Nové trendy v návrhu a využití strojů v agropotravinářském komplexu a odpadovém hospodářství

Komunální technika

zvláštní vydání časopisu

Sborník z mezinárodní vědecké konference Nové trendy v návrhu a využití strojů v agropotravinářském komplexu a odpadovém hospodářství New Trends in Design and Utilisation of Machines in the Agri-food Complex and Waste Management

Místo a datum konání konference:

Praha, 28. – 30. dubna 2014

ISSN 1802-2391

Pořadatel konference: Katedra využití strojů, Technická fakulta, Česká zemědělská univerzita v Praze ve spolupráci s Katedrou zemědělských strojů, Technická fakulta, Česká zemědělská univerzita v Praze Výzkumným ústav zemědělské techniky, v.v.i. Téma konference: Nové trendy v návrhu a využití strojů v agropotravinářském komplexu a odpadovém hospodářství New Trends in Design and Utilisation of Machines in the Agri-food Complex and Waste Management Místo a datum konání konference:

Praha, 28. – 30. dubna 2014

Vědecký výbor konference: prof. Ing. Vladimír Jurča, CSc. prof. Ing. Miroslav Kavka, DrSc. doc. Ing. Pavol Findura, PhD. prof. Ing. Jan Mareček, DrSc. doc. Ing. Adolf Rybka, CSc. doc. Ing. Pavel Zemánek, CSc. doc. RNDr. Petr Bartoš, PhD. Ing. Marek Světlík, PhD.

Dean of the FE, CULS Prague FE, CULS Prague FE, SUA Nitra FA, MUAF Brno FE, CULS Prague FH, MUAF Brno AF, USB České Budějovice RIAE Prague

Vědečtí garanti konference: prof. Ing. Miroslav Kavka, DrSc. prof. Ing. Ondřej Šařec, CSc. doc. Ing. Petr Šařec, Ph.D. doc. Ing. Vlastimil Altmann, Ph.D. Ing. Miroslav Mimra, MBA, Ph.D. Všechny příspěvky uvedené v tomto sborníku byly z hlediska jejich vědecké úrovně oponovány vědeckými garanty konference. Za věcnou a jazykovou správnost příspěvků odpovídají autoři.

Editor sborníku:

doc. Ing. Petr Šařec, Ph.D.

zvláštní vydání časopisu Komunální technika

ISSN 1802-2391

I

OBSAH Abrham Z., Andert D., Herout M. .................................................................................................. 1 – 5 EKONOMIKA TUHÝCH TVAROVANÝCH BIOPALIV Aldoshin N. .................................................................................................................................... 6 – 8 TWO-PARAMETER CLASSIFICATION OF THE AGRICULTURAL TRACTORS Altmann V., Mimra M., Křížová M. .............................................................................................. 9 – 13 VLIV POČTU SBĚRNÝCH NÁDOB NA MNOŽSTVÍ SEBRANÉHO ODPADU Amitava R., Plíva P., Herout M. ................................................................................................. 14 – 19 KOMPOSTOVÁNI ZAHRADNÍHO ODPADU V BUBNOVÉM KOMPOSTÉRU Angelovič M., Findura P., Fiantoková S., Krakowiak A., Ziemanczyk U., Rutkowski K. ............. 20 – 26 VPLYV MECHANIZÁCIE POZBEROVEJ ÚPRAVY NA POŠKODENIE ZŔN OSIVOVEJ KUKURICE Beneš L., Petrásek S................................................................................................................... 27 – 32 POROVNÁNÍ PROVOZNÍCH PARAMETRŮ SKLÍZECÍCH MLÁTIČEK Z HLEDISKA ODLIŠNÉ KONCEPCE VÝMLATU A STÁŘÍ STROJE Celjak I., Šístková M., Fríd M. .................................................................................................... 33 – 36 EMISE PRACHOVÝCH ČÁSTIC PŘI REALIZACI POLNÍCH PRACÍ Celjak I., Šístková M., Fríd M. .................................................................................................... 37 – 41 ÚROVEŇ SNIŽOVÁNÍ IMISNÍ ZÁTĚŽE POMOCÍ ČISTÍCÍCH ZAŘÍZENÍ Celjak I., Šístková M., Fríd M. .................................................................................................... 42 – 45 VLIV POHYBU VOZIDEL V SILNIČNÍ DOPRAVĚ NA ZNEČIŠTĚNÍ OVZDUŠÍ RESUSPENDOVANÝMI TUHÝMI ZNEČIŠŤUJÍCÍMI LÁTKAMI Dettmann S., Kanswohl N., Kavka M., Šařec O., Fras J. ............................................................. 46 – 51 REQUIREMENTS FOR HARVESTING LOGISTICS OF PALUDIBIOMASSES FOR ENERGY PURPOSE Dobek T., Kołosowski P., Sałagan P. .......................................................................................... 52 – 57 THE INFLUENCE ON WINTER WHEAT PRODUCTION COSTS AND TAXES ON THE PRICE OF THE PRODUCED BIOETHANOL Dobek T., Rynkiewicz M. ........................................................................................................... 58 – 63 FIZYCZNE I MECHANICZNE WŁAŚCIWOŚCI PELETÓW Z TROCIN SOSNOWYCH I KORY Dolan A., Bartoš P., Šťastná J., Wollner A.................................................................................. 64 – 67 SNÍŽENÍ MNOŽSTVÍ EMISÍ AMONIAKU PRODUKOVANÉHO V ZEMĚDĚLSKÝCH CHOVECH DRŮBEŽE POMOCÍ TECHNOLOGIE ELEKTROLYTICKY UPRAVENÉ VODY Dovol J., Šařec P. ....................................................................................................................... 68 – 71 HODNOCENÍ PROVOZU TRAKTORU PŘI PRÁCI SE SBĚRACÍM VOZEM Ferianc J., Burg P. ...................................................................................................................... 72 – 76 HODNOTENIE PENETRAČNÉHO ODPORU PÔDY V MEDZIRADIACH VINÍC S OHĽADOM NA POUŽÍVANÝ TECHNOLOGICKÝ POSTUP Findura P., Turan J., Jobbágy J., Angelovič M., Valachová Z., Fiantoková S., Krakowiak A., Ziemanczyk U., Rutkowski K. ..................................................................................................... 77 – 82 VPLYV KVALITY SEJBY NA TVORBU BIOMASY REPKY OLEJNEJ Fríd M., Frolík J., Celjak I., Cirhan R. .......................................................................................... 83 – 88 HODNOCENÍ SKLÍZECÍ MLÁTIČKY CLAAS LEXION 570 TERRA TRAC PŘI SKLIZNI OBILOVIN Fríd M., Frolík J., Celjak I............................................................................................................ 89 – 93 HODNOCENÍ VÝKONNOSTÍ SKLÍZECÍCH MLÁTIČEK JOHN DEERE 9880 STS A NEW HOLLAND CR 9080 PŘI SKLIZNI OZIMÉ PŠENICE A ŘEPKY OZIMÉ

II

Fríd M., Frolík J., Celjak I............................................................................................................ 94 – 99 POROVNÁNÍ SBĚRACÍCH LISŮ CLAAS ROLLANT 46 SILAGE A LELY WELGER RP 245 PŘI SKLIZNI PÍCE A SLÁMY Heřmánek P., Honzík I., Rybka A., Mašek J., Vent L. ............................................................. 100 – 103 POLNÍ EXPERIMENTY CHMELOVODIČŮ A JEJICH ÚCHYTŮ Hoffmann D., Rybka A., Linda M., Kříž M. ............................................................................. 104 – 109 DETEKCE NOSNÝCH SLOUPŮ V NÍZKÉ CHMELNICOVÉ KONSTRUKCI Houška D., Hájek P., Tůma O., Altmann V. ............................................................................ 110 – 113 ANALÝZA OBJEMOVÉ HMOTNOSTI BRO Z ÚDRŽBY TRAVNATÝCH PLOCH Hůla J., Rybka A., Honzík I. .................................................................................................... 114 – 117 RYCHLOST PRŮLETU OSIVA V HADICOVÝCH SEMENOVODECH Chyba J., Kroulík M., Kumhála F., Novák P., Lev J.................................................................. 118 – 123 VLIV TECHNOGENNÍHO ZHUTNĚNÍ PŮDY NA PÓROVITOST A INFILTRAČNÍ VLASTNOSTI PŮDY Jankovičová M., Burg P.......................................................................................................... 124 – 127 HODNOCENÍ FYZIKÁLNÍCH VLASTNOSTÍ PŮD V PODMÍNKÁCH TRVALE UDRŽITELNÉHO VÝVOJE VINIC Jobbágy J., Findura P., Angelovič M., Bleho H., Vančo A....................................................... 128 – 133 APLIKÁCIA PÁSOVÝCH ZAVLAŽOVAČOV PRI ZAVLAŽOVANÍ ZEMIAKOV V POĽNOHOSPODÁRSKOM PODNIKU AGROCOOP IMEĽ Jukl M., Polcar A., Čupera J. .................................................................................................. 134 – 138 MODERN METHODS OF USING GPS IN AGRICULTURE MACHNINES Jurga J., Tomczewski M. ........................................................................................................ 139 – 147 WPŁYW WIOSENNYCH ZABIEGÓW AGROTECHNICZNYCH NA ZAGĘSZCZENIE I WYTRZYMAŁOŚĆ GLEBY GLINIASTEJ Kavka M., Kumhála F. ............................................................................................................ 148 – 152 MUTLIKRITERIÁLNÍ HODNOCENÍ UŽITKOVÝCH AUTOMOBILŮ Kindl M., Blahovec J............................................................................................................... 153 – 158 SIMULTANEOUS DMA/DETA THERMAL ANALYSIS OF BEAN SPROUTS Kroulík M., Chyba J. ............................................................................................................... 159 – 163 VIZUALIZACE POHYBU VODY V PŮDNÍM PROFILU S VYUŽITÍM OBARVENÉ VODY Krupička J., Šíma T., Nozdrovický L........................................................................................ 164 – 167 MĚŘENÍ ELEKTRICKÉ VODIVOSTI HNOJIVA MOP—60K Krupička M., Rybka A............................................................................................................. 168 – 172 NOVÉ TRENDY PŘI SKLIZNI A SEPARACI CHMELE Křížová M., Altmann V. .......................................................................................................... 173 – 176 ANALÝZA DOCHÁZKOVÉ VZDÁLENOSTI VE VYBRANÝCH LOKALITÁCH Kubín M. ................................................................................................................................ 177 – 181 MĚŘENÍ DYNAMIKY POHYBU HLÍZ BRAMBOR BĚHEM SKLIZNĚ Kvíz Z., Kumhála F., Kroulík M. .............................................................................................. 182 – 186 POROVNÁNÍ KVALITY PRÁCE SKLÍZECÍCH MLÁTIČEK V NÁVAZNOSTI NA UPLATŇOVÁNÍ PŮDOOCHRANNÝCH TECHNOLOGIÍ Lev J., Kumhála F., Chyba J., Novák P. ................................................................................... 187 – 190 NUMERICKÁ ANALÝZA A TVORBA CITLIVOSTNÍCH MAP KAPACITNÍCH SENZORŮ PRO MĚŘENÍ PRŮCHODNOSTI

III

Lisowski A., Stasiak P. ............................................................................................................ 191 – 197 CHARAKTERYSTYKA WYMIARÓW CZĄSTEK BIOMASY Z ROŚLIN ENERGETYCZNYCH POCIĘTYCH W TOPOROWYM ZESPOLE TNĄCYM Ludín D., Burg P. .................................................................................................................... 198 – 202 HODNOCENÍ SÍTOVÉHO SEPARÁTORU PŘI SEPARACI SEMEN U MATOLINY Z RŮZNÝCH ODRŮD RÉVY VINNÉ Macák M., Nozdrovický L. ..................................................................................................... 203 – 208 ANALYSIS OF THE EFFECTS OF SOIL TILLAGE PRACTICES ON THE AMOUNT OF CO2 EMISSIONS FROM THE SOIL TO THE ATMOSPHERE Mašán V., Zemánek P. ........................................................................................................... 209 – 214 VLIV HABITU TVAROVANÝCH ŽIVÝCH PLOTŮ NA NÁROČNOST JEJICH ÚDRŽBY Mašek J., Kroulík M., Prošek V., Novák P., Petrásek S........................................................... 215 – 218 MOŽNOSTI STANOVENÍ VÝNOSU SLÁMY PŘI SKLIZNI LISEM S VARIABILNÍ LISOVACÍ KOMOROU Mimra M., Altmann V., Harák J. ............................................................................................ 219 – 222 ROZBOR PRŮMĚRNÉHO POČTU NAJETÝCH KILOMETRŮ A POKLESU CENY NA TRHU S POUŽITÝMI AUTOMOBILY Mimra M., Altmann V., Stavinohová J. .................................................................................. 223 – 229 ANALÝZA NAKLÁDÁNÍ S ODPADEM VE MĚSTĚ ČESKÝ BROD Novák P., Kumhála F., Chyba J., Beneš L. .............................................................................. 230 – 234 MĚŘENÍ TAHOVÉHO ODPORU RADLIČKOVÉHO KYPŘIČE V ROZDÍLNÝCH PŮDNÍCH PODMÍNKÁCH Novotný T., Šařec P., Šařec O. ............................................................................................... 235 – 238 ODRŮDOVÉ POKUSY CUKROVÉ ŘEPY A JEJÍ SKLIZŇOVÉ ZTRÁTY V ROCE 2013 Polcar A., Fajman M., Jukl M. ................................................................................................ 239 – 243 APPLICATION OF REGRESSION ANALYSIS FOR ANALYZING MEASURED DATA Rybka A., Heřmánek P., Honzík I., Vent L., Podsedník J. ....................................................... 244 – 248 NÁVRH A REALIZACE TECHNICKÝCH ÚPRAV ČESACÍ LINKY CHMELE Slimařík D., Bauer F., Sedlák P. .............................................................................................. 249 – 254 ECONOMY OF TRACTOR ENGINE OPERATIONS Souček J., Petráčková B. ........................................................................................................ 255 – 258 OBSAH PLÍSNÍ V DŘEVNÍ ŠTĚPCE Svoboda M., Balušík M., Červinka J. ...................................................................................... 259 – 262 POROVNÁNÍ TRAKTORŮ CASE STEIGER A QUADTRAC SE STEJNÝM VÝKONEM MOTORU NA UTUŽENOST PŮDY Šařec P., Šařec O. ................................................................................................................... 263 – 267 TECHNOLOGICKÉ A EKONOMICKÉ PARAMETRY PĚSTOVÁNÍ KUKUŘICE NA ZRNO Šařec P., Šařec O. ................................................................................................................... 268 – 272 TECHNOLOGICKÉ A EKONOMICKÉ PARAMETRY PĚSTOVÁNÍ ŘEPKY OZIMÉ Šíma T., Nozdrovický L., Krupička J., Koloman K., Dubeňová M............................................ 273 – 276 EVALUATION OF THE GRANULOMETRIC COMPOSITION OF THE ENSIN® FERTILIZER FROM THE POINT OF FERTILIZER SPREADER REQUIREMENTS Šístková M., Celjak I............................................................................................................... 277 – 281 ŠÍŘENÍ HLUKU PŘI RECYKLACI STAVEBNÍCH ODPADŮ Tůma O., Křížová M., Altmann V. .......................................................................................... 282 – 286 ZÁVISLOST OBJEMOVÉ HMOTNOSTI SEPAROVANÉHO ODPADU NA ZAPLNĚNOSTI NÁDOB Veverka V. ............................................................................................................................. 287 – 290 SLEDOVÁNÍ VLIVU KAPKOVÉ ZÁVLAHY NA VÝNOS HROZNŮ (ODRŮDA RULANDSKÉ ŠEDÉ)

IV


ISSN 1802-2391

ECONOMY OF SOLID BIO-FUELS EKONOMIKA TUHÝCH TVAROVANÝCH BIOPALIV ZDENĚK ABRHAM, DAVID ANDERT, MILAN HEROUT VÚZT, v.v.i., Praha

Abstract Suitable method of bio-fuels utilization could be economically efficient alternative to Fossil fuels combustion in stationary heating plants. The contribution describes an Expert system for Decision making support in field of Solid bio-fuels. Expert system is created like database Internet application freely open to users. User has possibility simulate his prospectus, choose from database suitable recommended technological systems for its realization, analyse operational and capital costs and economics contributions, recovery of investment and product power effectiveness. Key words:

solid bio-fuels, expert system, economy

Souhrn Biopaliva jsou technologicky i ekonomicky vhodnou alternativou fosilních paliv ve stacionárních zdrojích tepla. Příspěvek popisuje expertní systém pro podporu rozhodovacích procesů v oblasti produkce tuhých biopaliv. Expertní systém je řešen jako databázová internetová aplikace volně přístupná uživatelům. Uživatel má možnost namodelovat si svůj podnikatelský záměr, vybrat z databáze vhodné doporučené technologické systémy pro jeho realizaci, vyhodnotit provozní a investiční náklady a dále ekonomické přínosy záměru, návratnost investice a energetickou efektivnost produktu. Klíčová slova: tuhá biopaliva, expertní systém, ekonomika ÚVOD

Jedním z významných obnovitelných zdrojů energie je záměrně pěstovaná i druhotná odpadní biomasa ze zemědělské výroby. S ohledem na limitující zdroje dřevní hmoty je třeba orientovat se ve venkovském prostoru především na zemědělskou biomasu. Ze strany zemědělců je o rozvoj diverzifikace nezemědělských činností do této oblasti velký zájem. Jedná se však o významné investiční rozhodnutí s delší dobou návratnosti. Vytvoření expertního systému pro podporu rozhodování v této oblasti významně zvyšuje kvalitu rozhodování, snižuje riziko špatných investičních záměrů, zvyšuje pravděpodobnost získání dotace na podporu diverzifikace nezemědělských činností a vytváří podmínky pro zlepšení ekonomické stability podniku. MATERIÁL A METODY Ve VÚZT, v.v.i. byl pro potřebu podpory rozhodování v této oblasti vytvořen expertní systém. Expertní systém (dále jen ES) je řešen formou databázového modelovacího programu. Uživatel má možnost namodelovat si svůj podnikatelský záměr, vybrat z databáze vhodné doporučené technologické systémy pro jeho realizaci, vyhodnotit provozní a investiční náklady a dále ekonomické přínosy záměru, návratnost investice a energetickou efektivnost produktu. Vstupním materiálem v této části ES může být fytomasa jak zemědělská pěstovaná (sláma, seno, zrno apod.), tak i nezemědělská (piliny, dřevní štěpka, odpad ze zpracovatelského průmyslu apod.). Výsledným produktem jsou brikety resp. pelety Práce uživatele s expertním systémem probíhá v následujících krocích: • výběr a zadání vstupních materiálů Materiály je možné vybrat z databáze vstupních materiálů. Výběr konkrétního druhu fytomasy provede uživatel zadáním množství fytomasy. V databázi má každý materiál přednastavené základní parametry důležité pro výrobu tvarovaných biopaliv a jejich palivové vlastnosti. Tyto vlastnosti lze upravit podle lokálních podmínek. Tímto způsobem je možné zadat i nový materiál, který databáze neobsahuje (viz. Obr. 1) 1

zvláštní vydání časopisu Komunální technika •

ISSN 1802-2391

výběr a zadání tvarovací linky - provádí se ve 3 krocích: - upřesnění produkce - na základě vstupních materiálů se provede upřesnění druhu produkce, množství produkce a tržní ceny - specifikace výrobní linky – provede se upřesnění druhu a množství produkce - volně ložená (kontejner, cisterna, big-bag), balená (malospotřebitelské balení), ostatní (úlomky, nestandardní apod.) a upřesní se rovněž předpokládaná tržní cena. Dále se pak upřesní

Obr. 1 – Zadávání parametrů vstupního materiálu

-

zadání hlavních technologických bloků linky (brikety/pelety, potřeba stavební investice, potřeba sušení vstupního materiálu, způsob balení produkce. (viz. Obr. 2)

Obr. 2 – Upřesnění produkce

-

výběr konkrétní varianty linky - na základě zadání se uživateli nabídne soubor výrobních linek, konkrétní linka se vybere podle požadované „Roční produkce linky“ a to podle podmínek uživatele v jednosměnném nebo dvousměnném provozu. Všechny uvedené technické a ekonomické parametry vybrané výrobní linky lze upravit podle lokálních podmínek uživatele a upřesnění jejích technických a ekonomických normativů (podle podkladů dodavatelů strojního vybavení či stavby), dále je možno

2


-

ISSN 1802-2391

zadat ostatní provozní náklady (např.: nájem budov, nájem neb provoz strojů, výrobní a správní režijní náklady apod.) – viz Obr. 3 způsob financování – zde jsou uvedeny celkové stavební a technologické investice plynoucí z předchozího zadání linky. Uživatel do tabulky zadává získané investiční dotace a poskytnuté úvěry na stavbu resp. technologické vybavení linky a celkové náklady úvěru (viz Obr. 4)

Obr. 3 – Výběr linky a upřesnění nákladů

Obr. 4 – Způsob financování linky

•

ekonomika záměru – příklad výstupní relace je uveden na obr. 5, výstupní relace se člení na 5 částí: - záhlaví - název, datum zpracování, soubor zadaných vstupů do výpočtu - provozní náklady linky – materiálové vstupy, energie, opravy a odpisy, osobní náklady, náklady na cizí kapitál, ostatní náklady - ekonomika výrobního záměru – výnosy, náklady, zisk/ztráta, rentabilita, Návratnost investice - ekonomika produkce – tržní cena, náklady, zisk/ztráta na jednotku produkce - energetická efektivnost produkce – energie na vstupní materiál, energie na výrobu biopaliva, energetická hodnota produkce, energetická efektivnost (energie získaná/vložená)

VÝSLEDKY A DISKUSE Internetová aplikace expertního systému je řešena tzv. záložkovým způsobem, který umožní volné přecházení mezi jednotlivými stupni zadávání vstupních údajů a zpracování výsledků. Výsledky resp. zadané údaje je možné kdykoliv uložit a uživatel se může později k uloženému projektu vrátit a pokračovat v jeho zpracování. Systém pracuje nad rozsáhlou znalostní databázi, která usnadňuje uživateli modelování výrobního záměru, ale zároveň převážnou většinu vstupních dat z databáze může uživatel upřesnit a přizpůsobit tedy výsledky svým lokálním podmínkám. Expertní systém umožňuje modelování a ekonomické vyhodnocení podnikatelského záměru v oblasti produkce a využití biopaliv jako objektivního nástroje pro podporu rozhodování v této oblasti.

3


ISSN 1802-2391

Obr. 5 – Ekonomika výrobního záměru

Ze strany zemědělců je o rozvoj diverzifikace nezemědělských činností do oblasti pěstování a energetického využití biomasy velký zájem. Rozhodnutí o diversifikace zemědělského podnikatelského subjektu do oblasti energetického využití biomasy je velmi významné, Jedná se zpravidla o investice v řádu desítek milionů s poměrně dlouhou dobou návratnosti. V současných podmínkách zemědělských podniků má management pro toto rozhodování naprostý nedostatek objektivních podkladů, rozhodování je často subjektivní a špatné rozhodnutí může na dlouhou dobu výrazně zhoršit ekonomickou situaci a stabilitu zemědělského podniku. ZÁVĚR Ukazuje se, že vhodná forma energetického využití biopaliv má svoje racionální i ekonomické opodstatnění. Významnou roli v této oblasti sehrávají dotace. Rozvoj v této oblasti však představuje i další významné přínosy: • využití odpadní produkce ze zemědělské výroby, údržby a obnovy krajiny • zvýšení ekonomické stability a energetické nezávislosti zemědělského podniku • využití pracovních sil v mimosezonní době • vytvoření nových pracovních příležitostí. Řešení má dále příznivý vliv na životní prostředí a na tvorbu krajiny, významně může přispět k úsporám fosilních paliv. Biopaliva jsou technologicky i ekonomicky vhodnou alternativou fosilních paliv ve stacionárních zdrojích tepla. Literatura: ABRHAM, Z., RICHTER, J., MUŽÍK O., HEROUT, M. SCHEUFLER, V.: Technologie ekonomika plodin: VÚZT, v.v.i. Praha. Internetový databázový program na www.vuzt.cz

4


ISSN 1802-2391

ABRHAM, Z.: Analýza vybavení a obnovy techniky v zemědělství. [Analysis of Equipment and Innovation of Agricultural Technology]. AgritechScience [online], 2012, roč. 6, č. 3, s. 1-6. [cit. 2013-1-11]. ISSN 1802-8942. ANDERT, D., ANDERT, D, FRYDRYCH, J., GERNDTOVÁ, I.: Use of Grasses for Energy Purposes. Acta Polytechnica, 2012, vol. 52, no. 3, s. 9-12. ISSN 1210-2709. FRYDRYCH, J., GERNDTOVÁ, I., HANZLÍKOVÁ, I. Grass and its mixtures utilization for energy purposes. In De SANTI, G.F. et al. (Ed.). 17th European Biomass Conference from Research to Industry and Markets : proceedings of the European Conference held in Hamburg 29 June – 3 July 2009. Florence : ETA-Florence Renewable Energies, 2009, p. 1833-1835. ISBN 978-88-89407-57-3 FRYDRYCH, J., ANDERT, D., KOVAŘÍČEK, P., JUCHELKOVÁ, D., TIPPL, M. Využití energetických trav. Úroda, 2009, roč. 67, č. 8, s. 39-41, ISSN 0139-6013 MUŽÍK, O., KÁRA, J., HANZLÍKOVÁ, I.: Potenciál cukrovarských řízků pro výrobu bioplynu. [Potential of Sugar Beet Pulp for Biogas Production]. Listy cukrovarnické a řepařské, 2012, č. 7-8, s. 246-250. ISSN 1210-3306. MUŽÍK, O., ABRHAM, Z.: Ekonomická a energetická efektivnost výroby biopaliv. [Economic and energy efficiency of bio-fuel production]. AgritechScience [online]. 2011, roč. 5, č. 3, s. 1-4. [cit. 2011-12-27]. ISSN 1802-8942. Příspěvek byl zpracován na základě výsledků řešení výzkumného projektu TA01020275 „Vývoj nové technologie a strojního vybavení pro velkoformátové topné brikety ze zemědělské fytomasy“, poskytovatelem je Technologická agentura České republiky. Kontaktní adresa: Ing. Zdeněk Abrham, CSc., tel.: 233022399, e-mail: [email protected] Ing. David Andert, CSc., tel 233022225, e-mail: [email protected] Bc. Milan Herout, tel 233022313, e-mail: [email protected] Výzkumný ústav zemědělské techniky, v.v.i., Praha Drnovská 507, 161 01 Praha 6 – Ruzyně

5


ISSN 1802-2391

TWO-PARAMETER CLASSIFICATION OF THE AGRICULTURAL TRACTORS NIKOLAI ALDOSHIN Moscow State Agroengineering University named after V.P. Gorjachkin, Department of Agricultural Machines, Russia

Abstract A comparison of the agricultural tractor classification in the Russian Federation as well as abroad is performed. The unified two-parameter classification of the tractor range allowing comparison of the two different approaches to the distribution thereof by the nominal tractive effort and the maximum drawbar horsepower is presented. Keywords:

agricultural tractor, engine capacity, drawbar category, lift linkage, power take-off shaft

INTRODUCTION A tractor is the main power source in the agricultural sector. Due to a great variety of economic, natural environment, climatic and technological conditions in the agricultural industry a huge number of different energy sources are produced. The agricultural tractors are divided by a few characteristics: purpose, drawbar category, mover type and body. The classification of tractors by the drawbar category is the major one when choosing from the range of agricultural machines and tools. Due to the entry of the Russian Federation into the World Trade Organization the inflow of the foreign agricultural tractors to the domestic market is increasing significantly. There are some differences in the classification of tractors in the Russian Federation and abroad that is why it is necessary to combine these techniques and to establish the appropriate correlation. This will allow to resolve the issues of the tractor selection and their efficient use more properly. MATERIAL AND METHODOLOGY An agricultural tractor is a wheeled or tracked self-propelled vehicle that together with the trailers, tractor-mounted or semi-mounted machines (both with undriven and powered tools) as well with the stationary equipment carries out agricultural work and transportation. The development of the agricultural tractor design is based on the improvement of its roadhold properties and advancement of its function as a mobile energy carrier. The possibilities of the extended use of an agricultural tractor as a mobile energy source and evolutionary transition from the tractive to the tractive-energy tractor concept become more and more real. The analysis of the agricultural tractor production allows distinguishing the following trends - increase in the number of tractor models produced; - increase in the engine capacity; - use of dead weight loading (ballasting) upgrading the road hold properties of a tractor; - development of the engine, fuel system, filtering and air induction system design; - incorporation of the environmental requirements into the vehicle design; - use of the alternative energy sources; - implementation of the infinitely variable transmissions of the tractors; - advanced use of the front tractor-mounted systems and multispeed power take-off shafts; - improvement of the hydraulic equipment; - extended use of the electric equipment, automatic control equipment and control tools for operations and processes; - implementation of the “intelligent” power; - advanced use of the front driving and spring axles, improvement thereof; - improvement of the braking capacity, overall use of the disc brakes with oil cooling; - advanced use of plastic and other new materials; 6


ISSN 1802-2391

- creation of the comfortable and safe working environment; - implementation of the modern finishing and painting techniques; - expansion of the caterpillar tractors production [1]. Two systems of the agricultural tractor classification have formed in the world agricultural practice: - in Russia – the drawbar categories divided by the low-gear nominal tractive effort (in kilonewtons) calculated and experimentally determined on the basis of the specified operating weight and wheel (axle) arrangement on cereal crops residues by the specified soil hardness and its moisture limited by the allowed slipping (GOST 2702186); - in other counties – categories by the maximum tractive power obtained by testing on the smooth horizontal and dry concrete surface (standards ISO 730/1-77, ISО 730/279, ISО/3-82, ISО 730:2009). The relationship between the drawbar categories and the maximum tractive power according to the ISО standards is indicated in the Table 1. The basis of the agricultural tractor classification consists of 11 drawbar categories (from 0,1 to 8) with the nominal tractive efforts specified by GOST 27021-86 (except for the category 0,1). The second classification parameter is the nominal capacity (according to ISO 14396) or normal rated power (according to GOST 18509) of the tractor engine divided within a range from 3 to 400 kW of the operating power by 12 categories (classes). Table 1 – The relations between the systems of agricultural tractor classification

Drawbar category according to the GOST Maximum power category (according to ISО)

Below 0,6

0,6; 0,9

0,9; 1,4; 2

2; 3; 4

5; 6; 8

1N

1

2

3

4

Together with the operating weight of a tractor the operating power determines the power/weight ratio (specific consumption of materials) of a tractor being the key factor for separating of the tractive and tractive-energetic concept of the tractor engine use. It should be considered that due to the peculiarities of calculation the nominal power according to ISO 14396 exceeds the operating power according to GOST 18509 by 10…12%, at the same time the specific fuel consumption rate by the nominal power is less than the specific consumption at the operating power by 10…12%. DISCUSSION The general description of the two-parameter structure of the agricultural tractor types is provided in the Table 2. The agricultural tractor types are the set of all models (basic models and modifications) composed on the basis of the optimization technical and economic estimates and consumer demand analysis, in terms of necessity of performing the entire range of the tractor motorized operations. Power range is a value between the upper and lower power limit of tractors within one drawbar category. Power class is a value between the upper and lower power limit of tractors within one drawbar category that are designed for use with the machines of a particular (according to the operational speed, process material weight and power take-off by the power take-off shaft) technological complex. The power category may characterize series of models designed on the basis of the reference one. The basic tractor model is the most widely used and multi-purpose machine in one or more drawbar categories the design of which meets the requirements as to creation of a family (series) or modifications for different purposes and is the most popular one. In the context of practical application of the two-parameter classification of the agricultural tractors it is reasonable to consider the nominal tractive efforts as the function of the tractor operating weight being its rating value.

7


ISSN 1802-2391

Table 2 – Standard size series of the drawbar and power categories of agricultural tractors

Drawbar category

Tractive effort, kN

0,1 0,2 0,6 0,9

0,3-1,4 1,8-5,4 5,4-8,1 8,1-12,6

1,4

12,6-18

2

18-27

3

27-36

4

36-45

5

45-54

6

54-72

8

72-108

Power category Wheel-type tractors Class No. Limits*, kW 1 3-5,5/3-5 2 11-18/10-16 3 24-35/22-32 4 36-44/33-40 5 46-65/41-58 6 66-105/59-94 7 106-134/95-120 8 135-168/121-150 8 8 9 10 9 10

135-168/121-150 135-168/121-150 169-224/152-200 225-280/201-250 169-224/151-200 225-280/201-250

10 11 12 12

225-280/201-250 281-358/251-320 359-448/321-400 359-448/321-400

Caterpillar tractors Class No. Limits, kW

5 6 6 7 7 8

46-65/41-58 66-105/59-94 66-105/59-94 106-134/95-120 106-134/95-120 135-168/121-150

7 8 9 9 10

106-134/95-120 135-168/121-150 169-224/152-200 169-224/151-200 225-280/201-250

11 12

281-358/251-320 359-448/321-400

Note: *In the “Limits” column the nominal power according to ISO 14396 is given as the numerator, and the operating power according to GOST 18509 – as the denominator.

The following equations have been used by transition from the nominal tractive efforts to the tractor operating weight as the averaged ones: where Fn is the nominal tractive effort, kN; mэ – minimum tractor operating weight, kg; k – ratio of conversion of the operating weight to the tractive effort, kN/kg. For the wheel-type tractors the ratio of k= 3,9∙103 kN/kg, for the caterpillar ones k=4,9∙103 kN/kg has been set. CONCLUSION The structure combining the drawbar categories and power classes indicates the significant enhancement of the agricultural tractor usability. Firstly, due to ballasting or use of the third powered dolly axle with the transfer to the adjacent drawbar category and expansion of the range of machines with the undriven tools, and secondly, due to operation of machines with powered tools requiring significant power take-off through a power take-off shaft. References: [1] The concept of modernization of agricultural tractors of Russia for the period till 2020. M: WIM, 2013. - page 88. Contact address: Nikolai Aldoshin, Head the department of Agricultural machines, Doctor of Engineering Science, Professor, Russia, Moscow State Agroengineering University named after V.P.Gorjachkin, Timiryazevskaya 58, Moscow e-mail: [email protected]

8


ISSN 1802-2391

THE INFLUENCE OF THE NUMBER OF CONTAINERS FOR THE AMOUNT OF WASTE COLLECTED VLIV POČTU SBĚRNÝCH NÁDOB NA MNOŽSTVÍ SEBRANÉHO ODPADU VLASTIMIL ALTMANN, MIROSLAV MIMRA, MARIE KŘÍŽOVÁ ČZU, Technická fakulta, Katedra využití strojů

Abstract In this contribution, the issues associated with the collection of sorted municipal waste commodities. Reducing the amount of residual waste is dependent on the separation of the available components which are suitable for further processing. The longest in the Czech Republic separately collected paper, plastic and glass. A significant volume in the collection of exhibits and beverage cartons. The increased number of collection points do not always produce better results in quantities of commodities and also the whole system is financially costly. In this paper, the results of which show the relationship between the increasing number of vessels and vytříděným amounts of four basic components of municipal waste in the Czech Republic and the surveyed area collected. Keywords:

collection container, municipal waste, the amount of

Souhrn V uvedeném příspěvku je řešena problematika spojená se sběrem tříděných komodit komunálního odpadu. Snížení množství zbytkového odpadu je závislé na vytřídění všech dostupných složek, které jsou vhodné pro další zpracování. Nejdéle jsou v ČR odděleně sbírány papír, plast a sklo. Nezanedbatelný objem při sběru vykazuje i nápojový kartón. Zvýšený počet sběrných nádob nemusí vždy přinášet lepší výsledky v množství získaných komodit a rovněž se celý systém finančně prodražuje. V příspěvku jsou výsledky, které zobrazují vztah mezi zvyšujícím se počtem nádob a vytříděným množstvím čtyř základních složek komunálního odpadu, které jsou v ČR a zkoumané lokalitě sbírány. Klíčová slova: sběrné nádoby, složky komunálního odpadu, množství ÚVOD

V ČR v současné době platí závazek 50% recyklace komunálního odpadu. Způsob jak tohoto cíle dosáhnout je vytvoření Integrovaného systému nakládání s komunálními odpady (ISNO) na krajské úrovni. Cesta, jak dosáhnout výše uvedených výsledků spočívá v jasné vizi co a v jaké chvíli s komunálním odpadem dělat. Dílčí cíle systému jsou popsány v Programech OH krajů, měst a obcí. Cíle jsou tedy závazné, ale při jejich stanovení by měla být garantována i otázka smysluplnosti konkrétních cílů a opatření. K prioritním tématům vždy patří předcházení vzniku odpadů a snižování jejich množství, využívání odpadů – materiálové i energetické a snižování podílu odpadů ukládaných na skládku a zejména podílu biologicky rozložitelné složky v nich obsažené. Efektivní fungování systému a prosazování výše uvedené vize by nebylo možné bez podpory vedení měst a obcí a vzájemné, úzké spolupráce pracovníků městských úřadů a svozových firem. MATERIÁL A METODY Při snaze o zvyšování podílu materiálového využití komunálních odpadů, bylo ve sledované lokalitě nutné vytvořit jednoznačně co nejpříznivější podmínky pro recyklaci širokého spektra složek komunálního odpadu. Postupně byl výrazně rozšiřován počet stanovišť pro nádoby na tříděný odpad a s tím bylo spojeno i zvýšení počtu přistavených nádob (viz Tab. 1). Z výsledných dat o sběru sledovaných komodit (papír, plast, sklo, tetrapak) bylo sledováno, zda vyšší počet přistavených nádob je pro město přínosem. Jak je uvedeno v Tab. 1 celkové počty nádob se pro dané komodity meziročně zvyšují jak početně, tak v celé sledované lokalitě 9


ISSN 1802-2391

i objemově. Na stanovištích se vyskytuje několik druhů nádob podle objemu, které se průběžně obměňují a doplňují. Pro vyhodnocení bylo nutno měnící se počty různých velikostí nádob na stanovištích sečíst do celkového objemu přistavených nádob, které jsou umístěny ve sledované lokalitě (viz Tab. 2). Z výsledků množství jednotlivých sebraných vytříděných složek komunálního odpadu uvedených v tabulce 3 byla stanovena dále uvedená hypotéza, která byla testována pomocí Pearsonova korelačního koeficientu. Hypotéza: má zvyšující se objem přistavených sběrných nádob vliv na celkové množství vytříděných složek komunálního odpadu? Tabulka 1 – Vývoj počtu nádob na tříděný odpad Komodita Papír

Plast

Sklo barevné Sklo čiré Tetrapak celkem

Vývoj počtu nádob na tříděný odpad (vždy k 31.12) objem [l] 2006 2007 2008 2009 2010 1 100 546 593 624 635 649 240 50 65 67 88 100 120 10 11 17 15 16 celkem 606 669 708 738 765 1 100 547 572 626 635 658 240 51 65 73 92 103 120 18 20 18 16 16 celkem 616 657 717 743 777 1 100 414 430 478 489 515 240 43 53 26 50 61 120 5 8 0 3 4 celkem 462 491 504 542 580 1 500 80 80 71 72 72 240 0 82 75 78 78 celkem 80 162 146 150 150 240 502 520 574 593 629 2266 2499 2649 2766 2901

2011 674 181 16 871 686 185 18 889 533 104 4 641 38 151 189 692 3282

2012 685 191 16 892 697 195 18 910 541 111 4 656 37 167 204 705 3367

2011

2012

741,4 43,44 1,92 786,76 754,6 44,4 2,16 801,16 586,3 24,96 0,48 611,74 57 36,24 93,24 166,08 2458,98

753,5 45,84 1,92 801,26 766,7 46,8 2,16 815,66 595,1 26,64 0,48 622,22 55,5 40,08 95,58 169,2 2503,92

Tabulka 2 – Objemy nádob na sběr tříděných komodit v letech 2006 – 2012 Komodita

Papír

Plast

Sklo barevné Sklo čiré Tetrapak celkem

objem [l] 1 100 240 120 celkem 1 100 240 120 celkem 1 100 240 120 celkem 1 500 240 celkem 240

Vývoj počtu nádob na tříděný odpad (vždy k 31.12) 2006 2007 2008 2009 2010 600,60 12,00 1,20 613,80 601,70 12,24 2,16 616,10 455,40 10,32 0,60 466,32 120,00 0,00 120,00 120,48 1936,70

652,3 15,6 1,32 669,22 629,2 15,6 2,4 647,20 473 12,72 0,96 486,68 120 19,68 139,68 124,8 2067,58

686,4 16,08 2,04 704,52 688,6 17,52 2,16 708,28 525,8 6,24 0 532,04 106,5 18 124,50 137,76 2207,10

10

698,5 21,12 1,8 721,42 698,5 22,08 1,92 722,50 537,9 12 0,36 550,26 108 18,72 126,72 142,32 2263,22

713,9 24 1,92 739,82 723,8 24,72 1,92 750,44 566,5 14,64 0,48 581,62 108 18,72 126,72 150,96 2349,56


ISSN 1802-2391

VÝSLEDKY A DISKUSE V průběhu navyšování počtu nádob byl prováděn průběžný monitoring naplněnosti nádob a případně byla provedena včasná reakce na zjištěné závady formou změny frekvence vývozu nebo počtu a velikosti nádob. V průběhu roku 2013 byla dále rozšiřována síť stanovišť (k 10/2013 byl počet nádob již 3553 ks a 3 stanoviště podzemních kontejnerů). Vyhodnocení je provedeno za poslední sledované 3 roky (2010 – 2012). Celkové množství vytříděných odpadů je uvedeno v Tab.3. Tabulka 3 – Množství vytříděného odpadu v tunách za rok Komodita Papír Plasty Sklo (dohromady) Tetrapak

Množství vytříděného odpadu t.rok-1 2010 2011 3918,08 4285,16 941,74 1037,23 1045,52 1164,07 59,92 66,00

2012 3505,55 1037,2 1111,27 81,178

Grafické vyjádření zvyšujícího se objemu přistavených nádob za roky 2006 – 2012 je uvedeno na Obr. 1. Z obrázku je patrné trvalé šestileté zvyšování disponibilního objemu přistavených nádob za celé sledované období. V početním vyjádření se jedná o přírůstky (od 22,4 procent u skla po 40,4 procenta u tetrapaku). Průměrný přírůstek se pohybuje u jednotlivých komodit od 3,73 % do 6,73 %.

Obrázek 1 – Grafické vyjádření nárůstu objemu sběrných nádob (2006 – 2012)

Na obrázku 2 je vyjádření nárůstu objemu přistavených sběrných nádob za období 2010 – 2012. Z obrázku je patrné pozvolnější navyšování objemu přistavených nádob u papíru a plastů – vyjádřeno početně od 1,33 % u skla po 12 % u tetrapaku (papír a plast se pohybují okolo 8,5 %). Průměrný přírůstek se pohybuje u papíru a plastů okolo hodnoty 2,8 %, u skla se jedná o hodnotu 0,44 % a u tetrapaku o hodnotu 4,02 %.

11


ISSN 1802-2391

Obrázek 2 – Grafické vyjádření nárůstu objemu sběrných nádob (2010 – 2012)

Na obrázku 3 je grafické znázornění tabulky 3, tj. množství sebraných komodit ve sledovaných letech 2010 – 2012. Z obrázku je patrné, že trend vyjádřený ve spojnicovém grafu neodpovídá trendu vyjádřeného na obr. 2. Došlo zde mezi roky 2011 a 2012 k výraznému poklesu množství vytříděného papíru a i u komodit plasty a sklo je zaznamenám určitý pokles.

Obrázek 3 – Grafické vyjádření množství sebraných komodit (2010 – 2012)

Testování závislosti růstu hmotnosti sebraných separovaných složek na objemu přistavených sběrných nádob bylo provedeno pomocí Pearsonova korelačního koeficientu. U papíru byla hodnota korelačního koeficientu -0,258, tzn. že s nárůstem disponibilního objemu sběrových nádob docházelo k poklesu hmotnosti sebraného papíru, respektive přírůstek objemu sběrových nádob neodpovídal přírůstku hmotnosti svezeného papíru. U plastů dosáhla hodnota korelačního koeficientu hodnoty 0,977, tzn. že s nárůstem disponibilního objemu sběrových nádob docházelo i k nárůstu hmotnosti sebraného plastu. U skla byla vykazovaná hodnota korelačního koeficientu - 0,191, tzn. že s nárůstem disponibilního objemu sběrových nádob došlo k poklesu svezeného skla. U tetrapaku (nápojových obalů) byla hodnota korelačního koeficientu 0,822, tzn. že s nárůstem disponibilního objemu sběrových nádob docházelo k nárůstu hmotnosti svozů tetrapaku. Statistickou charakteristiku vývoje disponibilního objemu sběrových nádob a svezeného množství u jednotlivých komodit uvádí tabulka 4.

12


ISSN 1802-2391

Tabulka 4 – Statistická charakteristika datových řad objemu sběrových nádob (V) a množství vytříděného odpadu (G) Papír Plast Sklo Tetrapak V [m3] G [t] V [m3] G [t] V [m3] G [t] V [m3] G [t] 775,947 3902,929 789,087 1005,388 710,373 1106,953 162,080 69,033 Stř. hodnota 18,542 225,182 19,771 31,824 3,838 34,290 5,632 6,321 Chyba stř. hodnoty 786,760 3918,080 801,160 1037,195 708,340 1111,268 166,080 66,000 Medián 32,116 390,027 34,245 55,121 6,647 59,393 9,756 10,949 Směr. odchylka 1031,415 152120,875 1172,736 3038,333 44,189 3527,492 95,174 119,873 Rozptyl výběru - 1,343 - 0,175 - 1,389 - 1,732 1,248 - 0,325 - 1,535 1,151 Šikmost 79,780 968,880 85,070 136,928 16,513 147,540 24,235 27,198 Hlad. spolehlivosti (95 %)

ZÁVĚR Z uvedeného příspěvku je patrné, že zvýšený objem přistavených sběrných nádob má většinou vliv na zvýšené množství separovaného odpadu. Jsou ovšem příčiny, které to mohou ovlivnit. Výsledek se nejvíce odchýlil u komodity papír. To je dáno zejména cenou papíru na trhu a ve výkupnách. Na veřejných místech a z veřejně přístupných nádob dochází při zvýšené ceně vykupovaného papíru k odcizování kvalitního novinového papíru, který je těžší než ostatní druhy papíru a z tohoto důvodu se zde projevila největší odchylka. Navyšování počtu nádob má ale své krajní parametry, které jsou dány množstvím komodity u spotřebitelů a její mírou recyklace. Rovněž omezující podmínky jsou vlastnosti dané komodity, zejména objemová hmotnost a v neposlední řadě i vlastní jednání obyvatelstva při odkládání nepotřebných odpadů. Literatura: [1] JELÍNEK, A.; ALTMANN, V.; ANDRT, M.; ČERNÍK, B.; PLÍVA, P.; JAKEŠOVÁ, H.: Knižní publikace „Hospodaření a manipulace s odpady ze zemědělství a venkovských sídel“. Vydal AGROSPOJ, SAVOV, F., Těšnov 17, 117 05 Praha 1, v roce 2001, 236 s. [2] VOŠTOVÁ, V., ALTMANN, V., FRÍS, J., JEŘÁBEK, K.: Logistika odpadového hospodářství; ČVUT Praha, 5 – Technické vědy, ISBN 978-80-01-04426-1, 2009. 1. vydání, 349 s. [3] ALTMANN, V., VACULÍK, P., MIMRA, M.: Technika pro zpracování komunálního odpadu;ČZU Praha, Powerprint s.r.o., ISBN 978-80-213-2022-2, 2010. 1. vydání, 120 s. [4] KOLÁŘ, L., KUŽEL, S.. Odpadové hospodářství. 1. vydání. České Budějovice: Jihočeská univerzita, 2000. ISBN 80-7040-449-3. [5] VÁŇA, J., BALÍK J., TLUSTOŠ, P. Pevné odpady. 2. vydání. Praha: Česká zemědělská univerzita v Praze, 2005. ISBN 80-213-1097-9. Tento příspěvek vznikl za podpory projektu analýza fyzikálních vlastností separovaných složek komunálního odpadu vedeného pod číslem 31180/1312/3132. Kontaktní adresa: doc. Ing. Vlastimil Altmann, Ph.D. +420 22438 3160 [email protected] Ing. et Ing. Miroslav Mimra, MBA, Pd.D. Ing. Marie Křížová Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta, katedra Využití strojů 165 21 Praha 6 Suchdol.

13


ISSN 1802-2391

COMPOSTING OF GARDEN WASTE IN A DRUM COMPOSTER KOMPOSTOVÁNI ZAHRADNÍHO ODPADU V BUBNOVÉM KOMPOSTÉRU AMITAVA ROY, PETR PLIVA, MILAN HEROUT VÚZT, v.v.i., Praha

Abstract EU initiative to improve the current situation in waste management Biodegradable waste (BRO) and by Directive 1999/31/EC on the landfill is expected to reach processing Biodegradable waste ( BRO )other way than depositing in landfills. For this reason, it is desirable that the Biodegradable waste (BRO) and maintenance of household gardens and proceeds directly to the place of their origin, directly at these small producers. The vast majority of this type of waste is well compostable and can be combined to produce high-quality compost with good quality characteristics. Keywords:

compost, biodegradable waste, household gardens, drum composter

ÚVOD

Iniciativa EU, která má zlepšit současnou situaci v hospodaření s biodegrabilitním odpadem (BRO) a pomocí Směrnice o skládkách 1999/31/EC by měla dosáhnout zpracování BRO jiným způsobem, nežli ukládáním na skládky. Z tohoto důvodu je žádoucí, aby byl i BRO z údržby zahrad a domácností zpracováván přímo na místě jejich vzniku, přímo u těchto malých producentů. Převážná většina tohoto typu odpadů je dobře kompostovatelná a lze z nich vyrobit kvalitní kompost s dobrými jakostními znaky. MATERIÁL A METODY Surovinová skladba zakládky trávní hmota a listí, množství jednotlivých surovin jsou uvedeni v tabulce číslo 1. Příprava a průběh experimentu – zpracovávané suroviny nebyly před vložením do bubnu promíchány, promíchání bylo provedeno až ve vlastním zařízení. Otočným bubnem uloženým na pevném rámu s vlastním elektrickým pohonem. Součástí pevného rámu jsou poháněcí podpěrná kola, která pohánějí rotační buben a dávkovací zařízení pro dávkování kapalin na úpravu vlhkosti kompostovaných surovin. Plášť rotačního bubnu je vytvořen několika pevně připevněnými díly obdélníkového tvaru tak, že mezi nimi je mezera zabezpečující efekt prosévání při otáčení bubnu. Jeden díl je posuvný a slouží k plnění rotačního bubnu. Rotační buben je vybaven čidly pro snímání teploty a vlhkosti surovin uvnitř bubnu a na základě informací ze snímačů přivedených do řídicí jednotky je kompostovací proces zpětnovazebně řízen vhodným zásahem. Zásah je proveden v případě, že teplota zjištěná teplotním snímačem neodpovídá optimální teplotě kompostování – tj. je příliš nízká < 40°C či příliš vysoká >65°C, což svědčí o nedostatku vzdušného kyslíku. Po spuštění motoru se začne rotační buben otáčet, suroviny uvnitř promíchávat a tím pádem provzdušňovat. V případě, že je vlhkost surovin mimo interval optimálních hodnot pro kompostování (4060%) dochází ke spuštění elmotoru a tím otáčení bubnu a současně k puštění čerpadla dávkovacího zařízení kapalin a zkrápění rotačního bubnu, respektive vlhčení surovin uvnitř bubnu. Při optimálním průběhu kompostovacího procesu dochází uvnitř rotačního bubnu k tvorbě kompostu, který při otáčení bubnu propadává mezerami mezi pevnými díly pláště na sesypný žlab, pod kterým je odebrán pro další využití. Pro případ, že kompostovací proces probíhá dlouhodobě v optimálních podmínkách a otáčení bubnu není vyvoláno zpětnovazebním řízením, je v řídicí jednotce nastaven časový interval otáčení bubnu mimo zásahy při řízení kompostovacího procesu a buben se i v tomto případě z důvodu prosévání hotového kompostu pootáčí. Suroviny určené pro kompostování jsou do rotačního bubnu vkládány v průběhu komponovacího procesu po otevření posuvného dílu pláště rotačního bubnu. Druh a velikost částic 14


ISSN 1802-2391

vkládaných surovin vyžaduje dodržování určitých zásad ( např. poměr C:N, max. velikost částic 10cm), po jejichž splnění je průběh kompostovacího procesu optimální. Bubnové zařízení pro řízené kompostování dle předmětného technického řešení je zobrazeno na obr.1. Hlavní části zařízení jsou pevný rám 1, rotační buben 2, podpěrná kola 3, sesypný žlab 4, dávkovací zařízení kapalin 5. Součástí bubnového zařízení s řízením kompostovacího procesu jsou snímače pro zjišťování teploty a vlhkosti surovin založených do bubnu. Pevný rám 1 je svařen z ocelových nosníků. Jeho součástí jsou čtyři podpěrná kola, z nichž alespoň jedno je hnací a je poháněno elektromotorem napojeného na řídicí jednotku. S pevným rámem 1 je pevně spojen sesypný žlab 4, po kterém se sesouvá hotový kompost propadlý z rotačního bubnu 2. Rotační buben 2, jehož objem je cca 1m3 je složen ze dvou obručí 21, ke kterým jsou pevně přidělány pevné díly rotačního bubnu 22 . Na místo jednoho pevného dílu je do pláště rotačního bubnu 2 osazen posuvný díl rotačního bubnu 23, po jehož odsunutí je možné vzniklým otvorem do rotačního bubnu 23 zakládat kompostované suroviny. K pevnému rámu 1 je přiděláno dávkovací zařízení kapalin 5, které je složeno z nádrže na kapalinu 51, čerpadlo s řídicí jednotkou 52 a systémem trysek 53 pro zkrápění rotačního bubnu 2, respek. kompostovaných surovin uvnitř. Postup kompostování v bubnovém zařízení pro řízené kompostování je následující: 1. Po otevření posuvného dílu rotačního bubnu 2 jsou do bubnu vloženy kompostované suroviny podle vhodné receptury (C:N) a velikost částic nepřesahující 10cm. Rotační buben je naplněn do 4/5 jeho objemu. 2. Po naplnění surovin jsou do bubnu vloženy snímače pro zjišťování teploty a vlhkosti kompostovaných surovin. V tento moment může být zařízení spuštěno a začíná kompostovací proces. Řízení probíhá vhodnými zásahy na základě znalosti teploty a vlhkosti kompostovaných surovin. V případě, že se teplota nepohybuje v optimálním intervalu, dochází k otáčení bubnu, a tím pádem k promíchávání a provzdušňování. 3. V případě, že se vlhkost nepohybuje v optimálním intervalu, dochází k současnému otáčení rotačního bubnu 2 a dávkování kapaliny dávkovacím zařízením 5 dle naprogramovaných hodnot v řídicí jednotce. Po určité době, kdy vznikl hotový kompost, dochází při každém otáčení rotačního bubnu k jeho propadávání (efekt prosévání) na sesypný žlab, pod kterým je kompost odebírán k dalšímu použití. 4. V případě, že kompostovací proces probíhá v optimálních podmínkách nepřetržitě a není třeba vykonávat zpětný zásah – provzdušňování, resp. otáčení, je otáčení rotačního bubnu vyvoláno řídicí jednotkou, kde jsou pro tyto případy naprogramovány intervaly otáčení z důvodu prosévání hotového kompostu. Během celého sledovaného období nebylo provedeno vlhčení obsahu bubnu, na kompostovací procesu měly vliv i klimatické podmínky v místě umístění bubnového kompostéru, během experimentu byly přidávány suroviny a odebírán kompost tak, jak je zaznamenáno v tabulce 3. V tabulce jsou zaznamenány také časy otáčení bubnu. Surovinová skladba zakládky viz tab. 1, množství jednotlivých surovin v první zakládce do bubnového kompostéru, která byla provedena 3.IX.2013 Tab.1 – Surovinová skladba zakládky

Materiál trávní hmota listí Celkem

Množství / m3. 0,66 0,33 0,99

15

Množství / kg. 261,36 51,48 313


ISSN 1802-2391

Obr. 1 – Bubnové zařízení pro řízení kompostování Legenda k obrázku: 1 - rám 2 - rotační buben 21 - obruč 22 - pevný díl rotačního bubnu 23 - posuvný díl rotačního bubnu 24 - pevné čelo rotačního bubnu 3 - podpěrné kolo 4 - sesypný žlab 5 - zavlažovací systém 51 - nádrž na kapalinu 52 - čerpadlo s ovládací jednotkou 53 – tryska

16


ISSN 1802-2391

Obr. 2 – Ověřování bubnového kompostéru

VÝSLEDKY A DISKUSE Časový průběh komponovacího procesu je podrobně uveden v tabulce 3. Během sledovaného období bylo vyrobeno (proseto) celkem 0,3 m3 kompostu, jehož jakostní znaky jsou uvedeny v tab. 2 a na základě kterých lze konstatovat, že odpovídají požadavkům na jakostní znaky dle ČSN 465735 „Průmyslové komposty“ Při ukončení experimentu – 3.XII.2013 zůstalo v bubnu 0,36 m3 zpracovávaných surovin; Tab. 2 – Výsledky rozborů vyrobeného kompost

Kompost z bubnového kompostéru

Jakostní znaky dle ČSN 465735

Zjištěné hodnoty

kg

objemová hmotnost 510 kg.m-3

0,3 m3 ~ 153 kg

---

---

BK/01/2012/AgCh

sušina vlhkost

% hm. % hm.

60 - 40 40 - 60

66,64 43,36

spalitelné látky

% hm.

min. 25

24,85

celkový N jako N přepočtený na vysušený vzorek

%

min. 0,6

0,79

poměr C:N

---

max. 30:1

15,42

pH

---

6,0 – 8,5

8,9

Ukazatel množství vyrobeného kompostu Protokol č.

Jednotka

17


ISSN 1802-2391

18


ISSN 1802-2391

ZÁVĚR Existuje řada technologií kompostování – kompostování na hromadách bez překopávání, kompostování v plošných či pásových hromadách, které jsou překopávány, intenzivní kompostovací technologie, kompostování ve vacích, vermikompostování apod. Ať je využívána jakákoliv z těchto technologií, je nutné z důvodu správného vývoje a průběhu výroby požadovaného produktu kompostovací proces monitorovat a řídit. K tomu je nutné znát nejrůznější veličiny charakterizující kompostování. Všechny experimentální činnosti jsou na experimentální kompostárně VÚZT, v.v.i. prováděny se záměrem dalšího poznání, podrobnějšího popisu či rozšíření veličin, které ovlivňují zakládání, průběh a ukončení kompostovacího procesu a se způsoby, jak kompostovací proces na základě znalostí hodnot uváděných veličin monitorovat a řídit v optimálních podmínkách. Literatura: [1] PLÍVA, P., BANOUT, J., HABART, J., JELINEK A., KOLLAROVÁ, M., ROY, A., TOMANOVÁ, D. (2006): Zakládání, průběh a řízení kompostovacího procesu. VÚZT Praha, , 65 str., ISBN 80- 86884-011-2. [2] ROY., A. Kompostování biomasy na experimentální kompostárně VÚZT, v.v.i. Sborník odborného semináře, obnovitelné zdroje energie Lednice 2013 vydal: Výzkumný ústav zemědělské techniky, v.v. i. ISBN: 978-80-86884-71-7. [3] ROY, A., LAURIK, S, : Výroba kompostů s různou objemovou hmotností. Mechanizace zemědělství , Žatec 2011. ISSN 0373-6776. [4] PLÍVA, P.: Měření optimálního průběhu kompostovacího procesu. [Where it is possible to kompost in belt piles]. Komunální technika, 2010, roč. 4, č. 3. s. 22-26. ISSN 1802-2391. Příspěvek vznikl díky finanční podpoře MZe ČR v rámci institucionální podpory na dlouhodobý koncepční rozvoj VÚZT, v.v.i. (RO0614). Kontaktní adresa: Ing. Amitava Roy. Výzkumný ústav zemědělské techniky, v.v.i., Drnovská 507, 161 01 Praha 6 – Ruzyně tel.: 233 022 241 fax: 233 312 507 e-mail:[email protected] Ing. Petr Plíva, CSc. Výzkumný ústav zemědělské techniky, v.v.i., Drnovská 507, 161 01 Praha 6 – Ruzyně tel.: 233 022 367 fax: 233 312 507 e-mail:[email protected]

19


ISSN 1802-2391

THE EFFECT OF POST-HARVEST TREATMENT MACHINES ON THE DAMAGE OF MAIZE SEED VPLYV MECHANIZÁCIE POZBEROVEJ ÚPRAVY NA POŠKODENIE ZŔN OSIVOVEJ KUKURICE MAREK ANGELOVIČ, PAVOL FINDURA, SOŇA FIANTOKOVÁ, ANNA KRAKOWIAK1, URSZULA ZIEMANCZYK1, KAZIMIER RUTKOWSKI1 Slovak University of Agriculture in Nitra, Department of Machines and Production Systems 1 University of Agriculture in Krakow

Abstract The aim of this research was to monitor the influence of the mechanisms on maize seed damage during post-harvest processing. Micro and macro damage of maize seed were monitored in each operation of the post-harvest treatment. Samples of grain were collected from each mechanism or equipment. The measurements were done through a period of 2 years on three maize seed hybrids. It was found that cobs coming through the post-harvesting line at moisture contents of 25 - 38 % were damaged from 1,6 to 1,8 %, according to each hybrid. In each post-harvesting line, the critical place is the dryer. Maize grain damage increased to 5,8 % after drying. The final critical part in the monitored post-harvesting line is the sheller, where we recorded an increase in total damage of 12,3 %. Based on measurements, the effect of the hardness property of grain is that maize grain show different inclination to damage which is influenced by their different hardness on impact. Keywords:

maize seed, post-harvest processing, grain damage

ÚVOD

Zber a pozberová úprava kukurice predstavuje záverečnú fázu výrobného procesu, v ktorej sa ešte v značnej miere môže ovplyvniť kvalita a množstvo zberaného produktu. Viacerí autori (Šatilov et al., 1981, Le Ford, Russell, 1985) uvádzajú, že kukuričné zrno je v procese pozberovej úpravy prevažne vystavované úderovému zaťaženiu, stláčaniu a treniu. Tieto faktory spôsobujú poškodenie zŕn a závisí to od ich vlhkosti a hybridu. Kukuričné zrno z hľadiska tvaru a rozmerov je mnohotvárne. Táto mnohotvárnosť je zosilňovaná chemickým zložením zrna ako aj veľkosťou škrobových zŕn a ich vzájomnou väzbou. Endosperm kukuričného zrna je krehký a drobivý, pričom tieto vlastnosti sú ešte zvýraznené jeho značnou citlivosťou na zmenu vlhkosti a pôsobení tepla pri jeho mechanickom namáhaní. Zmeny teploty sa prejavujú hlavne v poškodzovaní kukurice v procese sušenia. Je to spôsobené objemovými zmenami v dôsledku straty vody, čo vedie k vzniku napätia vo vnútri zŕn. Toto je príčinou praskania endospermu zrna. Pre tento jav je možné použiť výraz „napäťové lomy“ (Náplava, Weingartnan, 1993). Zvlášť vážne sú následky poškodenia zŕn osivovej kukurice, ktoré sa prejavia zvýšeným odpadom (poštiepané zrná) a znížením poľnej vzchádzavosti v dôsledku mikropoškodenia zŕn. Prvotné mechanické poškodenie vzniká už pri zbere kukurice zberačmi na poli čo má negatívne dôsledky na pozberovú úpravu. V procese pozberovej úpravy (odlisťovanie, sušenie, odzrňovanie, čistenie, triedenie) jednotlivé pracovné operácie spôsobujú nárast poškodenia, čo sa prejaví vo výslednej kvalite produktu (Ševčovič et al., 1982; Janda et al.; 1982, Spittell, 1984). MATERIÁL A METÓDY Úlohou experimentálnych meraní bolo sledovanie vplyvu mechanizmov na poškodenie zrna osivovej kukurice v procese pozberovej úpravy. Experimentálne merania za účelom hodnotenia kvality práce strojov pozberovej linky boli vykonané v plnej prevádzke na vybranom podniku v pestovateľskej oblasti Galanta (obr. 1).

20


ISSN 1802-2391

Obrázok 1 – Technologická schéma linky strojov na pozberovú úpravu osiva kukurice na SEMA Sládkovičovo – prvá časť linky (príjem, selekcia)

Materiálom výskumu bolo osivo kukurice (ZEA MAYS L.). Tri hybridy osivovej kukurice pestovanej v SR, rôzne skupiny skorosti (podľa FAO) - skorý CE-215 polozub, poloskorý CE-265 polozub a neskorý hybrid TO-455 konský zub. a)

Kvalita osiva Sledovali sme jeden z ukazovateľov hodnotenia kvalita osiva (makro a mikro poškodenie zŕn). Poškodenie bolo hodnotené po týchto pracovných operáciách: 1. príjem materiálu - neodlistené šúľky, 2. príjem materiálu - čiastočne odlistené šúľky 3. stacionárne doodlisťovanie šúľkov (predselekcia), 4. sušenie šúľkov, 5. odzrňovanie - šúľky + zmes vymrveného zrna (Š+Z) po procese sušenia - pôvodné riešenie, 6. odzrňovanie - iba šúľkov (Š) po odseparovaní vymrveného zrna zo zmesi (Š+Z) - návrh separácie, 7. predčistenie zrna.

Obrázok 2 – Technologická schéma komorovej sušiarne na SEMA Sládkovičovo – druhá časť linky: 1 – pásový dopravník vysušeného materiálu, 2 – perforované dno sušiarne, 3 – systém kanálov pre rozvod teplého vzduchu, 4 – násypka, 5 – výstup usušeného materiálu

Voľba odberných miest Vzorky osiva kukurice boli odoberané zo základného materiálu pred úpravou na pozberovej linke, ďalej na vstupe a výstupe zo strojov a zariadení pozberovej linky (obr.1-3). Pre b)

21


ISSN 1802-2391

zabezpečenie čo najobjektívnejších meraní boli vzorky zrna odoberané vždy z presne označeného množstva kukurice, ktoré v procese pozberovej úpravy postupovalo od príjmu až po čistenie. Vlhkosť zrna na príjme až po sušiareň bola v rozsahu 25 až 38 %, v druhej časti linky, t.j. od sušenia až po čistenie 12 až 14 %.

Obrázok 3 – Technologická schéma linky strojov na pozberovú úpravu osiva kukurice na SEMA Sládkovičovo – tretia časť linky (odzrňovanie, predčistenie, váženie)

Odber vzoriek a zisťovanie poškodenia zŕn Hmotnosť vzoriek pre určovanie kvality osiva podľa STN 46 0610 je 0,5 kg. Počet zŕn pre určovanie charakteristiky zrnového materiálu (hmotnostné a rozmerové) je minimálne 300. Merania sme robili v troch opakovaniach. Poškodenie zŕn sme hodnotili vizuálne s členením na makropoškodenie (MA - poštiepané zrná, celé zrná s viditeľným poškodením voľným okom, polovičky zŕn, úlomky zŕn) a mikropoškodenie (MI - zrná s oderkami, poškodenie osemenia, klíčku, vnútorné poškodenie vo forme lomov). Mikropoškodenie sa sledovalo lupou so 6 násobným zväčšením a pomocou diafanoskopu DP - 1 (prístroj na zisťovanie sklovitosti zŕn). c)

d)

Použité metódy vyhodnocovania experimentu Výsledky meraní boli spracované pomocou PC s využitím programov Statgraphics, QuatroPro. Na testovanie základných súborov a analýzu v rámci súboru sme použili F-test a Scheffeho test. VÝSLEDKY A DISKUSIA Výsledky meraní kvality pozberovej úpravy osiva kukurice boli hodnotené poškodením zrna po jednotlivých pracovných operáciách a sú uvedené na obr. 4 a tab. 1.

22


ISSN 1802-2391

Obrázok 4 – Vplyv pracovných operácií na poškodenie osiva kukurice v procese pozberovej úpravy

Z obr. 4 a tab. 1 je vidieť, že po pracovnej operácii zber, t.j. na príjme materiálu na pozberových linkách majú zrná rozdielne hodnoty poškodenia na šúľkoch pri zbere úplne alebo čiastočne odlistených. Z porovnania údajov je vidieť, že zrná zo šúľkov pri zbere úplne odlistených sú viac poškodené (Mi, Ma), ako zrna z čiastočne odlistených šúľkov. Nárast poškodenia po operácii "doodlisťovanie", pre všetky sledované hybridy a ročníky bol v priemere o 1,2 % čo je spôsobené viacnásobným prechodom šúľkov cez odlisťovacie ústrojenstvo. Nárast poškodenia zŕn je možno vidieť po operácii sušenie, a to najmä v mikropoškodení v priemere o 2,2 %. Počas meraní sme zistili, že teplota zrna po sušení v komorovej sušiarni má vplyv na jeho poškodenie pri odzrňovaní. Preto sme pre hlbšie poznanie procesu vykonali laboratórne merania, v ktorých sme zrna pri určitých teplotách (-10 až +35 °C) a vlhkosti dynamicky namáhali rázom - úderom. Tieto výsledky sú publikované v práci (Angelovič, 1995).. Na obr. 5 je znázornená závislosť poškodenia zŕn v závislosti na teplote zŕn.

Obrázok.5- Vplyv teploty a obvodovej rýchlosti pri ráze na poškodenie osiva kukurice

23


ISSN 1802-2391

Tabuľka 1 – Poškodenie osiva kukurice po jednotlivých operáciách v percentách

24


ISSN 1802-2391

Z uvedených výsledkov jednoznačne vyplýva, že teplota má vplyv na poškodenie zŕn kukurice pri dynamickom namáhaní. Táto skutočnosť sa na pozberových linkách zatiaľ nerešpektuje. Zrno po sušení je potrebné ochladiť pod 15 °C. Najvyšší nárast poškodenia, v priemere (6,4%), bol zistený po pracovnej operácii "odzrňovanie". Táto pracovná operácia najviac poškodzuje zrno a môže výrazne zvýšiť percento nežiadúceho odpadu vo forme poštiepaných zŕn a znižuje osivovú hodnotu mikropoškodenými zrnami. Z výsledkov meraní vidieť, že u hybridov citlivých na mechanické poškodzovanie zrna (pri našich meraniach CE 215), je nárast poškodenia významný pri všetkých operáciách. Namerané hodnoty poškodenia zrna pri odzrňovaní platia za predpokladu, že pracovná operácia "sušenie" sa robí pri dodržiavaní maximálnej technologickej disciplíny a zrno sa nepresuší pod Wz=12 %. Počas experimentálnych merní sme zaznamenali, že pri pozberovom spracovaní, najmä v procese sušenia a dopravy materiálu dochádza k vymrveniu zrna zo šúľkov, ktoré potom spolu so šúľkami postupuje do odzrňovača, kde je zbytočne vystavované dynamickým účinkom odzrňovača. Percento vymrvených zŕn predstavuje 12%. Pri praktických meraní sme zaznamenali mierny nárast poškodenia po prechode zrna predčističkou. Je to spôsobené opakovaným úderom zŕn o pracovné elementy predčističky. Hlavný podiel na poškodzovaní má pohyb zŕn po kmitajúcich sitách a rozhrňovacia závitovica na vstupnej časti predčističky. Na základe uvedeného rozboru pozberovej linky vyplýva, a je štatistický preukazný nárast poškodenia zŕn od zberu kukuričných šúľkov na poli až po konečné predčistenie zŕn po odzrnení. Vplyv jednotlivých pracovných operácii na poškodenie je preukazný pri testovaní súboru ako celku pomocou F - testu (P < 0.01). Pri testovaní analýzou rozptylu vo vnútri súboru pomocou Scheffeho testu je preukazný rozdiel v poškodzovaní zrna medzi príjmom materiálu a sušením a tak tiež medzi príjmom materiálu a odzrňovaním kukurice (P < 0,05). Podľa štatistického zhodnotenia, na rozdiel od laboratórnych meraní rozdiely v poškodzovaní jednotlivých hybridov sú nepreukazné (P > 0.05) a tak tiež sú nepreukazné rozdiely v sledovaných ročníkoch. Na procese zníženia osivárskej hodnoty kukurice sa podieľajú jednotlivé mechanizmy zaradené do technologického procesu (obr. 1-3). Prvým kritickým miestom v linke je doodlisťovanie na príjmovej časti pozberovej linky. Vo vlastnej pozberovej linke kritickým miestom je proces sušenia, ktorý je veľmi náročný na dôsledné poznanie fyzikálno-mechanických a tepelných vlastností zŕn kukurice, ako aj na poznanie fyziologických a biologických vlastností jednotlivých hybridov kukurice. Tento proces si vyžaduje citlivú reguláciu teploty sušiaceho média v závislosti od vlhkosti zrna (vretien) a času sušenia. Ďalej sme zistili, že pri odzrňovaní šúľkov s teplotou nad 200C sa zvyšuje poškodenie zŕn. Je nutné schladiť zrna po sušení. Tento nárast je možno vysvetliť objemovými zmenami v dôsledku straty vody, a to vedie k vzniku napätia vo vnútri zŕn. Toto je príčinou praskania endospermu. Pre tento jav je možné použiť výraz "napäťové lomy". Pri sledovaní zmien v štruktúre zrna vplyvom teploty podobným záverom dospeli (Náplava, Weingartnan, 1993; Spittell, 1984; Angelovič, 1995). Posledným kritickým článkom v sledovanej pozberovej linke je odzrňovač, ktorého konštrukcia a pracovné parametre výrazne ovplyvňujú poškodenie zŕn kukurice. V odzrňovacích mechanizmoch kukuričné zrno je vystavované úderovému zaťaženiu , stláčaniu a treniu, ktoré spôsobuje poškodenie zŕn a závisí od ich vlhkosti a teploty. Hranica optimálnych obvodových rýchlosti je medzi 7 až 12 m.s-1 ( Le Ford, 1985; Angelovič, 1995). V procese pozberovej úpravy osiva kukurice, najmä pri sušení, dochádza k vymrveniu zrna zo šúľkov. Na dopravnom páse sa nachádza zmes zrna a šúľkov, ktorá vstupuje do odzrňovača, kde dochádza k jeho zbytočnému poškodzovaniu. Po odseparovaní vymrveného zrna pred vstupom do odzrňovača sme namerali zníženie poškodenia v priemere o 2,6 % pre všetky sledované hybridy a ročníky. Je potrebné zdôrazniť, že nasledujúce závery môžeme konštatovať na základe experimentálnych meraní pozberovej linky, ale aj na základe nami vykonaných rozsiahlych meraní agrofyzikálnych vlastností osivovej kukurice v laboratórnych podmienkach a sú obsiahnuté v nasledovných prácach (Angelovič, 1995 a, b). 25


ISSN 1802-2391

ZÁVER Na základe dosiahnutých výsledkov môžeme urobiť následovné závery : • Z rozboru práce pozberovej linky vyplýva, že poškodenie zŕn narastá od zberu kukuričných šúľkov na poli až po konečné predčistenie zŕn po odzrnení (obr.4). • Zrno kukurice je veľmi citlivé na rýchle zmeny teploty v procese sušenia, ktoré spôsobujú mikrotrhliny v endosperme zrna. Z našich výsledkov jednoznačne vyplýva, že zrno kukurice po skončení sušenia je potrebné bezpodmienečne schladiť na teplotu 15 maximálne na 20 °C, aby nedochádzalo k nežiaducemu poškodeniu. • Jednotlivé hybridy vyžadujú pre zníženie poškodzovania zrna pri odzrňovaní odlišný pracovný režim odzrňovača. Pracovný režim odzrňovača je nastaviteľný - možnosť regulácie obvodovej rýchlosti bubna a intenzity odzrňovania. V našich podmienkach pri odzrňovaní šúľkov sa najlepšie výsledky dosiahli pri obvodových rýchlostiach v rozmedzí 7 až 12 m.s-1. • Na základe našich meraní pevnostných vlastností zŕn, ako aj meraní technologického procesu sme dospeli k poznatku, že vymrvené zrno zo šúľkov je nutné oddeliť pred vstupom do odzrňovača. Týmto zásahom v technologickom procese znížime percento poškodených zŕn pri odzrňovaní o 2,6 %. Literatúra: ANGELOVIČ, M. 1995. Vplyv mechanizácie pozberového spracovania kukurice na kvalitu osiva. In.: Kandidátska dizertačná práca. Nitra: Slovenská poľnohospodárska univerzita, 1995, 120 s. ANGELOVIČ, M.1995. Vplyv niektorých faktorov na poškodenie zrna osivovej kukurice. In.: Zemědělská technika, 4. 1995 (4), s. 137 - 140. JANDA, J. et al. 1982. Kukurica. Bratislava: Príroda, 1982, s.152-157. LEFORD, D. R. – RUSSELL, W. A. 1985. Evolution of Physical Grain Quality in the BS 17 and BS 1/HS/C1 Synthetics of maize. In.: Crop science, 1985 (3), p. 471 – 476. NÁPLAVA,V. – WEINGARTNAN, R. 1993. Napäťové lomy počas sušenia osivovej kukurice. In.: Zborník abstraktov z vedeckej konferencie konanej dňa 12. - 13.10. 1993. Nitra: VŠP, 1993, s. 39. SPITTELL, A. 1984. Untersuchungen über die Auswirkung dynamischer Beanspruchungen auf die Keimfähigkeit von Maissaatgut. In.: Inaugural – Dissertation. Dortmund, 1984, s. 21 - 39. ŠEVČOVIČ, R. et. al. 1982. Systémy pestovania kukurice. Bratislava: Príroda, 1982, 98 s. Príspevok vznikol s finančnou podporou Európskeho spoločenstva v rámci projektu: Vybudovanie výskumného centra „AgroBioTech", projekt číslo 26220220180. Kontaktná adresa: doc. Ing. Marek Angelovič, PhD. ([email protected]) Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, Tr. A. Hlinku 2, 949 76 Nitra, Slovenská republika

26


ISSN 1802-2391

COMPARISON OF OPERATING PARAMETERS COMBINE HARVESTERS IN TERMS OF DIFFERENT THRESHING CONCEPTS AND AGE OF MACHINES POROVNÁNÍ PROVOZNÍCH PARAMETRŮ SKLÍZECÍCH MLÁTIČEK Z HLEDISKA ODLIŠNÉ KONCEPCE VÝMLATU A STÁŘÍ STROJE LUKÁŠ BENEŠ, STANISLAV PETRÁSEK Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta, Katedra zemědělských strojů

Abstrakt Tento příspěvek pojednává o porovnání provozních parametrů sklízecích mlátiček John Deere ve vybraném zemědělském podniku. Byly porovnávány sklízecí mlátičky odlišné koncepce výmlatu a různého stáří pořízení. Měření probíhalo při sklizni obilnin a olejnin. Mezi provozními parametry byla měřena výkonnost sklízecích mlátiček, a dále pak ekonomické ukazatele, jako spotřeba paliva a provozní náklady. Výsledky měření jsou shrnuty do tabulek a grafů a poté rozvedeny v diskusi. Klíčová slova: sklízecí mlátička, sklizeň, výkonnost, spotřeba paliva, náklady ÚVOD

Průchodnost hmoty sklízecí -1 mlátičkou t.h

Sklízecí mlátičky jsou nezbytnou součástí sklizně zrnin. Proto jsou dnes hojně rozšířeny jak v podnicích zemědělské výroby, tak v podnicích služeb se zemědělskou technikou. Vznik samojízdné sklízecí mlátičky sahá až do roku 1938 (Roh, 1992). Do dnešní doby prošly sklízecí mlátičky vývojem všech konstrukčních prvků, což má za následek zvyšování průchodnosti hmoty sklízecími mlátičkami. Na obr. 1 je dle Kutzbacha (2005) uveden průběh zvyšování průchodnosti sklízecích mlátiček od roku 1950 do současnosti. Došlo také k rozdělení sklízecích mlátiček na odlišné koncepce výmlatu a separace zrna. Dle směru průchodu materiálu mlátícím mechanismem se dělí na tangenciální (průchod ve směru tečny mlátícího bubnu) a axiální (průchod ve směru osy mlátícího bubnu). Kumhála a kol. (2007) rovněž uvádí, že anglická literatura rozděluje sklízecí mlátičky na ,,konvenční“ a ,,nekonvenční“. Konvečními sklízecími mlátičkami se rozumějí všechny klasické technologické koncepce, které využívají tangenciálního způsobu výmlatu a klávesového vytřasadla. Nekonvenčními sklízecími mlátičkami se rozumějí všechny ostatní stroje, které buď k separaci zrna nebo k výmlatu a separaci zrna využívají axiálních rotačních prvků.

Roky Obr. 1 – Zvyšování průchodnosti hmoty sklízecí mlátičkou (Kutzbach, 2005)

Sklízecí mlátička je sezónní stroj, který pracuje pouze několik týdnů až měsíců v roce, proto je pořízení nové sklízecí mlátičky velká investice. Od takových strojů se požaduje co nejvyšší

27


ISSN 1802-2391

výkonnost s co nejnižšími provozními náklady. A právě provozními parametry sklízecích mlátiček se zabývá tento příspěvek. Provozní parametry byly měřeny v podniku zemědělské výroby na sklízecích mlátičkách značky John Deere různého stáří a různé koncepce výmlatu. A to tangenciální koncepce výmlatu JD 2064 (rok pořízení 1996), JD 9680 WTS (rok pořízení 2003) a axiální koncepce výmlatu JD 9880i STS (rok pořízení 2006). Měření probíhalo při sklizni obilnin a olejnin. Konkrétně ječmen ozimý, ječmen jarní, pšenice ozimá, řepka ozimá a u stroje JD 9880i STS také slunečnice a kukuřice. Mezi provozními parametry jsou zde uvedeny, vyhodnoceny a diskutovány naměřené spotřeby paliva, hodnoty výkonnosti a náklady jednotlivých sklízecích mlátiček. MATERIÁL A METODY 1. Spotřeba Celková denní spotřeba paliva (Qcelk) byla měřena každé ráno při doplňování paliva. Nádrž sklízecí mlátičky byla každý den naplněna motorovou naftou pistolí čerpací stanice až po hrdlo. Natankovaný objem paliva byl zapsán. Celková spotřeba byla dělena na spotřebu na sklizený hektar (1.2.) a na spotřebu na ujetý kilometr (1.1.) při přejezdu stroje. Spotřeba na ujetý kilometr byla měřena následovně: - natankování nádrže po hrdlo, - ujetí dané vzdálenosti sklízecí mlátičkou se zapřaženým vozíkem s žací lištou (vzdálenost odečtena z tachometru stroje), - doplnění nádrže po hrdlo a zapsání daného objemu.

Qkm =

qp s

Qkm…..spotřeba paliva na ujetý kilometr qp……spotřebované palivo s…….ujetá vzdálenost

(1.1.) [l.km-1] [l] [km]

Hektarová spotřeba se již počítala z celkové denní spotřeby viz. vzorec 1.2. Denní sklizená plocha se odečítala z palubního systému GreenStar.

Qha =

Qcelk − (Qkm * sd ) Pd

Qha…...spotřeba paliva na 1 ha sklizené plochy Qcelk….celková denní spotřeba paliva sd……..denní ujetá vzdálenost při přejezdech Pd…….denní sklizená plocha

(1.2.) [l.ha-1] [l] [km] [ha]

2. Výkonnost Údaje o sklizené ploše se odečítaly z palubního systému GreenStar po každém sklizeném pozemku. Systém dokáže odečítat skokově záběr žací lišty (řádky u adaptéru pro širokořádkové plodiny), čímž umožňuje velice přesně měřit sklizenou plochu i v případě nepravidelného pozemku (klíny, dosečení úzkých pruhů, atd.). 3. Náklady Celkové náklady (3.5.) vynaložené na stroj pro rok 2012 byly rozděleny do dvou skupin. Náklady fixní (3.3.): - odpisy - pojištění - garážování - předsezónní údržba - posezónní údržba

28


ISSN 1802-2391

N f = N o + N P + N g + N přú + N poú

(3.3.)

Variabilní náklady (3.4.): - náklady na pohonné hmoty - náklady na opravy a servis - mzdové náklady na obsluhu sklízecí mlátičky

N v = N PHM + N OS + N mz

(3.4.)

N= N f + Nv c

(3.5.)

Náklady na údržby, opravy a servis, byly vyčteny z podnikového systému. Pro spotřebu paliva a výkonnost v daných podmínkách byly zjištěny průměrná vlhkost a průměrný výnos plodin ze systému GreenStar. VÝSLEDKY A DISKUSE 1. Spotřeba paliva Spotřeba na 1 ujetý kilometr je u všech měřených sklízecích mlátiček v průměru 1,2 litru. U novějších modelů JD 9680 WTS a JD 9880i STS je spotřeba lehce nižší. Je to dáno tím, že při zařazení třetího (silničního) převodového stupně se otáčky sníží na 1750 min-1. Procentuální zastoupení na celkové spotřebě paliva se průměrně pohybuje do 6,7 % (obr. 2).

Obr. 2 – Spotřeba paliva na přejezdy

Z obr. 3 je patrná závislost spotřeby paliva na výnosu plodiny, kdy se stoupajícím výnosem stoupá i spotřeba paliva. Rovněž z něj lze vyčíst rozdílná spotřeba mezi tangenciálním a axiálním způsobem výmlatu. Konkrétně tangenciální model JD 9680 WTS má v průměru o 19% nižší spotřebu na 1 ha než axiální JD 9880i STS. Ovšem JD 2064 je rovněž tangenciální konstrukce, přesto má o 10% vyšší spotřebu na 1 ha než JD 9880i STS. To je dáno především stářím stroje a malým pracovním záběrem.

29


ISSN 1802-2391

Obr. 3 – Spotřeba paliva na sklizenou plochu

2. Výkonnost Na obr. 4 je vidět výkonnostní rozdíl mezi tangenciální a axiální koncepcí sklízecí mlátičky. Kdy axiální stroj JD 9880i STS byl téměř vždy výkonnější. Jediná plodina, kdy tomu tak nebylo a výkonnost byla stejná jako se sklízecí mlátičkou JD 9680 WTS byl ozimý ječmen, což bylo zapříčiněno dodatečným kalibrováním stroje při začátku sezóny. Nejnižší hodinovou výkonnost má JD 2064. Je to dáno menším pracovním záběrem a menším zásobníkem zrna.

Obr. 4 – Spotřeba paliva na sklizenou plochu

Na obr. 5 je vidět roční využití měřených mlátiček v odpracovaných dnech a hodinách. Největší využití má sklízecí mlátička JD 9880i STS, to je dáno hlavně sklizní širokořádkových plodin (slunečnice, kukuřice), širokořádkovým žacím adaptérem, který není na ostatní mlátičky k dispozici. Sklizeň těchto širokořádkových plodin touto sklízecí mlátičkou vychází také z její koncepce, kdy na tyto plodiny byla primárně určena. Toto roční využití se rovněž promítá do nákladů.

30


ISSN 1802-2391

Obr. 5 – Roční využití sklízecích mlátiček

3. Náklady Výsledky nákladů jsou zajímavé hlavně z hlediska ročního využití stroje. Zatímco celkové náklady stroje JD 2064 vyšly nejnižší, náklady na 1 sklizený hektar díky malému ročnímu využití jsou jasně nejvyšší. U stroje JD 9880i STS je tomu přesně naopak, tedy nejvyšší celkové náklady, ale nejnižší náklady na 1 sklizený hektar. Optimální rozvržení nákladů a ročního využití má JD 9680 WTS. Vzhledem k stáří měřených strojů již do nákladů nevstupují roční odpisy, které by tuto položku výrazně navýšily.

Obr 6 – Roční náklady na sklízecí mlátičky

Spotřeba a výkonnost na plochu sklizené plodiny v sezóně 2012 je o proti jiným sezónám nestandardní z důvodu atypických podmínek sklizně. Tzn. nízké výnosy všech plodin kromě kukuřice. Dalším faktorem ovlivňujícím tyto parametry v sezóně 2012, je takřka absence drcení obilné slámy. To je dáno malým výnosem slámy, proto byla všechna sláma kromě řepkové volně ukládána na řádek pro potřeby živočišné produkce.

31


ISSN 1802-2391

ZÁVĚR Z měření vyplývá, že měřené parametry jsou závislé na podmínkách dané sezóny, hlavně na stavu porostů plodin, tzn. výnosu zrna a slámy. Ale také na klimatických podmínkách, zda je sucho nebo vlhko. Od rozdílného stáří stroje, rozdílné koncepce mlátícího a separačního mechanismu a vhodnosti použití té či oné koncepce na sklízené plodiny se odvíjí jejich výkonnost. Zatímco nejstarší tangenciální sklízecí mlátička JD 2064 měla průměrnou hodinovou výkonnost 1,94 ha.h-1, tak novější tangenciální sklízecí mlátička JD 9680 WTS měla průměrnou hodinovou výkonnost 2,76 ha.h-1. Na základě toho bylo odvozeno roční využití, celkový počet sklizených hektarů za sezónu. Největší hodinovou výkonnost měla axiální sklízecí mlátička JD 9880i STS 3,18 ha.h-1 i roční využití, což bylo dáno sklizní také slunečnice a kukuřice. S výkonností úzce souvisí spotřeba paliva. Zde se ukázala vyšší energetická náročnost axiální koncepce výmlatu a separace. Přesto ale spotřeba na 1 hektar byla u sklízecí mlátičky JD 9880i STS nižší než u stroje JD 2064, což je dáno především menším pracovním záběrem. Nejnižší spotřebu měla sklízecí JD 9680 WTS. Spotřeba paliva se promítla do ekonomiky stroje, kde tvoří největší položku všech nákladů. Nejvyšší celkové náklady měl stroj JD 9880i STS a nejnižší JD 2064. Literatura: ROH, J., 1992, Řízení a obsluha sklízecích mlátiček. Praha: Vysoká škola zemědělská Praha KUTZBACH. H. D., 2005, Tendenzen der Mähdrescherentwicklung. Tagungsband VDI-MEG Kolloquium Landtechnik, “Mähdrescher” H. 38, 17/18, p. 7-19. KUMHÁLA, F. a kol., 2007, Zemědělská technika stroje a technologie pro rostlinnou výrobu. Praha: Česká zemědělská univerzita v Praze, 426 s., ISBN 978-80-213-1701-7. Kontaktní adresa: Ing. Lukáš Beneš, ČZU v Praze, Technická fakulta, Katedra zemědělských strojů Kamýcká 129, 165 21 Praha 6, [email protected]

32


ISSN 1802-2391

DUST EMISSIONS IN IMPLEMENTATION OF FIELD WORK EMISE PRACHOVÝCH ČÁSTIC PŘI REALIZACI POLNÍCH PRACÍ IVO CELJAK, MARIE ŠÍSTKOVÁ, MILAN FRÍD Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky

Abstract In the article are some sources of dust particles, which have a link on tillage machines with rotating working bodies, the machinery for tillage before sowing, at sowing machines and machines for cereals, there are the values of the concentration of PM10 in ľg.m-3 in the air and their propagation from the source at a distance. The overview shows the measured values of the concentration of dust particles in ľg.m-3, depending on the nature of the source of dust particles in soil cultivation. Key words:

dust particles, field work, concentration, emission

Souhrn V článku jsou uvedeny některé zdroje prachových částic, které mají vazbu na stroje pro zpracování půdy s otáčejícími se pracovními orgány, na stroje pro zpracování půdy před setím, na stroje na setí a na stroje pro sklizeň obilovin Jsou zde uvedeny hodnoty koncentrace prachových částic PM10 v μg.m-3 v ovzduší a jejich šíření od zdroje na určitou vzdálenost. V přehledu jsou uvedeny naměřené hodnoty koncentrace prachových částic v μg.m-3 v závislosti na charakteru zdroje prachových částic při obdělávání půdy. Klíčová slova: prachové částice, polní práce, koncentrace, emise ÚVOD

Mechanické obdělávání půdy zajišťuje v jednotlivých obdobích roku účelné zpracování půdy ve prospěch její budoucí kvality a také je ochranným opatřením před vznikem půdní eroze. Konstrukce strojů, které svými pracovními adaptéry působí na půdu, musí zajistit optimální strukturu půdy, tzn. rozdrobení půdy, rozmělnění pozůstatků plodin, jejich promíchání s půdou, částečné obrácení a uložení ve správné hloubce, resp. na povrchu. Pracovní operace spojené s obděláváním půdy musejí být realizovány v přesně vymezené době a při optimálních meteorologických podmínkách, s čímž souvisí časová náročnost provedených prací, resp. požadavek na výkonnost strojů, které se na obdělávání půdy podílejí. Z praxe je patrné, že výše uvedené polní práce musejí být realizovány i v podmínkách, kdy vzhledem k nutnému působení pracovních orgánů na půdu, dochází k emisi půdních prachových částic do okolí stroje. Za obvyklé pracovní činnosti v oblasti polních prací lze považovat orbu, podmítku, mělké a hluboké kypření, mísení, mulčování posklizňových zbytků, srovnávání a utužení povrchu půdy a setí. Zdroji emisí prachových částic PM10 v zemědělské oblasti jsou pracovní nástroje, které působí zpravidla na povrch půdy a svým pohybem drobí větší shluky půdy (hroudy) na menší a také dělí větší minerální zrna a rostlinné zbytky na menší částice (až do velikosti částic 10 µm). Pracovní nástroje tyto částice uvádějí do vznosu mechanickým působením. MATERIÁL A METODY Měření bylo realizováno při obvyklých pracovních činnostech, kdy bylo možné očekávat, vzhledem k jejich charakteru, že dojde ke vzniku a následnému vznosu prachových částic. Ke každému měření byl proveden odběr půdy pro stanovení objemové vlhkosti půdy gravimetrickou metodou. Důležitým faktorem při měření byla rychlost a směr proudění větru od zdroje prachových částic a také vzdálenost od zdroje. Směr větru byl zjišťován kouřovou metodou. Měření byla uskutečněna pouze tehdy, byla-li rychlost proudění větru bez výrazných zvýšení alespoň 1,4 m.s-1 a nejvýše 8 m.s-1. Meteorologické podmínky byly zjišťovány před měřením digitální meteorologickou stanicí Davis Vantage s připojením na PC Veather Link. Rychlost větru byla 33


ISSN 1802-2391

zaznamenána toutéž meteorologickou stanicí. Vlhkost půdy odebraná z hloubky 10, 20 a 30 cm v (%), byla zjištěna odběrem vzorku pomocí odběrné sondy a zjištěna podle postupu ČSN 72 1012 Laboratorní stanovení vlhkosti zemin. Hmotnost byla zjišťována laboratorními váhami Snowrex ADC-50 před a po vysušení odebraných vzorků. Doba měření byla závislá na charakteru pracovní činnosti, resp. v závislosti na očekávané době, kdy byla vysoká pravděpodobnost zvýšení hodnot koncentrace prachových částic působením zdroje emise PM10. Vývoj hodnot byl průběžně sledován na monitoru Dust TRAK 8530. Vzdálenost místa měření od zdroje měření byla konstantní a pro každé měření byla volena vzhledem k charakteru prováděné polní práce a prostředí. Sběr dat koncentrací prachových částic Qn PM10 byl realizován mobilním přístrojem Dust TRAK 8530 s nasazeným impaktorem PM10. Nastavení přístroje: průtok 3 l.min-1, uživatelská kalibrace UC1, provozní mód MANUAL pro operativní spuštění s časovou konstantou 1 s. Přístroj byl umístěn v každém místě měření do výšky 120 cm nad úrovní povrchu. Před zahájením a po ukončení měření byly zaznamenány hodnoty koncentrace TZL PM10 přirozeného pozadí v místě neovlivněném zdroji prachových částic. VÝSLEDKY A DISKUSE V následujících tabulkách 1 až 6 jsou uvedeny hodnoty koncentrací prachových částic ve vazbě na prováděnou polní práci, resp. dopravu v závislosti na stavu povrchu vozovky. Byly sledovány následující doprovodné veličiny: Lz vzdálenost od zdroje představuje nejbližší průjezd kolem měřícího místa v (m); v je průměrná rychlost proudění větru, která byla zjištěna při měření v (m.s-1). Rychlost větru byla zaznamenána toutéž meteorologickou stanicí. w je vlhkost půdy odebrané z hloubky 10, 20 a 30 cm v (%). T je průměrná doba trvání zvýšené koncentrace v (s), měření bylo realizováno s automatickým zápisem hodnot a zpracováním na PC v programu Excel. Qpk je hodnota průměrné koncentrace prachových částic v (μg.m-3), zjištěna při všech odběrech. Qmax je hodnota maximální koncentrace prachových částic emitovaných pracovní činností (μg.m-3). Qovzd je hodnota koncentrace ovzduší (μg.m-3) bez provádění pracovní činnosti (běžná koncentrace prachových částic v ovzduší). Tabulka 1 – Naměřené hodnoty koncentrací prachových částic při mulčování rostlinných zbytků na orné půdě

Zdroj emise PM10 Mulčování rostlinných zbytků na orné půdě

Lz (m)

v (m.s-1)

w (%)

Qovzd (μg.m-3)

Qpk (μg.m-3)

Qmax (μg.m-3)

T (s)

60

4

00-10: 13,32/SP

42

1165,72

4840

61

Tabulka 2 – Naměřené hodnoty koncentrací prachových částic při podmítce diskovým podmítačem po sklizni řepky

Zdroj emise PM10 Podmítka diskovým podmítačem po sklizni řepky

Lz (m)

v (m.s-1)

w (%)

Qovzd (μg.m-3)

Qpk (μg.m-3)

Qmax (μg.m-3)

T (s)

60

2,6

00-10: 15,12/LP 10-20: 16,34/LP 20-30: 18,22/LP

36

1283,21

4260

82

Tabulka 3 – Naměřené hodnoty koncentrací prachových částic při sklizni řepky sklízecí mlátičkou

Zdroj emise PM10 Sklizeň řepky sklízecí mlátičkou Massey Ferguson 7274

Lz (m)

v (m.s-1)

w (%)

Qovzd (μg.m-3)

Qpk (μg.m-3)

Qmax (μg.m-3)

T (s)

50

2,1

00-10: 27,32/LP

28

862,33

2820

56

34


ISSN 1802-2391

Tabulka 4 – Naměřené hodnoty koncentrací prachových částic při setí univerzálním secím strojem

Zdroj emise PM10 Setí univerzálním secím strojem Pöttinger TERRASEM C6

Lz (m)

v (m.s-1)

w (%)

Qovzd (μg.m-3)

Qpk (μg.m-3)

Qmax (μg.m-3)

T (s)

40

1,8

00-10: 12,01/SP 10-20: 16,16/SP 20-30: 17,92/SP

22

762,50

3550

40

Tabulka 5 – Naměřené hodnoty koncentrací prachových částic při jízdě traktoru s návěsem po prašné dopravní trase

Zdroj emise PM10 Pohyb traktoru s návěsem po prašné dopravní trase

Lz (m) 15

v (m.s-1) 4,8

w (%) x

Qovzd (μg.m-3) 26

Qpk (μg.m-3) 1652,31

Qmax (μg.m-3) 1903

T (s) 28

Tabulka 6 – Naměřené hodnoty koncentrací prachových částic při předseťové přípravě bránami

Zdroj emise PM10 Předseťová příprava bránami

Lz (m) 40

v (m.s-1) 1,9

w (%) 00-10: 13,11/SP

Qovzd (μg.m-3) 17

Qpk (μg.m-3) 312,44

Qmax (μg.m-3) 1836

T (s) 44

Průběh hodnot PM10 6000

Qmax (μg.m-3)

5000 4000 3000 2000 1000 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 Doba měření (s)

Obrázek 1 – Průběh snižování maximálních hodnot koncentrace PM10 po průjezdu mulčovačem MULCHER

DISKUSE A ZÁVĚR Rychlost postupu prachových částic PM10 byla nižší než zaznamenaná rychlost větru. Například při průměrné rychlosti větru 3,9 m.s-1 byla zvýšená koncentrace ve vzdálenosti 60 metrů zaznamenána za 21 s (oproti 15,4 s, za který by dorazil vzduch bez částice). Trvání zvýšené koncentrace bylo závislé na rychlosti větru (proudění vzduchu) a také na charakteru prachových částic PM10. Například při mulčování rostlinných zbytků mulčovačem MULCHER od firmy STROM s.r.o. trvala zvýšená koncentrace PM10 v rozsahu 44 až 53 sekund při rychlosti větru 4 m.s-1. Postupně docházelo ke snížení koncentrace PM10 (viz Obrázek 1). Zvýšená koncentrace PM10 při setí univerzálním secím strojem Pöttinger TERRASEM C6 trvala v rozsahu 32 – 46 sekund. Zde se zřejmě projevil charakter prováděné polní práce a rozdílné vlastnosti prachových částic PM10 (více minerálních, resp. jílnatých částic než organických částic). Nebyla měřena vzdálenost od zdroje k nejvzdálenějšímu místu, kde bylo možné zaznamenat zvýšenou koncentraci PM10. Lze říci, že zdroje prachových částic PM10 při obdělávání půdy, které jsou uvedeny v tabulkách 1 až 6, emitovaly při pracovní činnosti za daných podmínek vysoké hodnoty 35


ISSN 1802-2391

koncentrací prachových částic PM10. Tyto zdroje mohou negativně krátkodobě ovlivnit zdraví občanů, kteří žijí v obci, kolem níž jsou pole obdělávána. Vzhledem k rychlosti jízdy strojů, kdy se rychlost pohybuje v rozsahu od 6 do 12 km.h-1, k šířce jejich pracovního orgánu, resp. k jejich výkonnosti, nejsou občané vystaveni negativnímu působení prachových částic PM10 delší dobu, protože stroje bývají blízkým zdrojem prachových částic zpravidla po dobu kratší než je 1 hodina. Ovlivnění je krátkodobé, byť pocitově negativní, které nezpůsobí žádné zdravotní potíže, protože vzhledem k charakteru polních prací, není člověk jednak vystaven dlouhodobé vysoké koncentraci prachových částic PM10 a také tyto prachové částice (z potravinářsky produkčního pole) nejsou zpravidla škodlivé. Do jaké míry je toto znečištění nebezpečné pro zdraví lidí, zvěře, zvířat a stromů, je dáno velikostí hodnot znečištění ovzduší (koncentrací), charakterem (škodlivými účinky) prachových částic a přípustnou četností jejich překročení za stanovenou dobu. Polní práce mají sezónní charakter a časově ohraničenou dobu činnosti, takže četnost působení a vzniku prachových částic PM10 je nízká. Je třeba konstatovat, že negativní dopad na životní prostředí, resp. na člověka nemají pouze velké a trvalé zdroje znečištění (viz režim Integrované prevence a omezování znečištění – Integrated Pollution and Control IPPC, resp. Zákon č.76/2002 Sb., který reaguje na velké, stacionární zdroje znečištění ovzduší, viz Příloha č.1 k tomuto Zákonu). Mohou to být i zdroje, které mají souvislost s pracovní činností v oblasti zemědělské výroby, stavební výroby, dopravy a manipulace. Tyto zdroje mohou emitovat prachové částice, jak bylo v tomto výzkumu zjištěno, které nemusejí setrvávat v ovzduší dlouhodobě, přesto mohou mít velmi negativní vliv na zdraví člověka vlivem jejich nestabilní adheze. Negativně se může projevit jejich opakovaná resuspenze. Jedná se o prachové částice, které byly polními pracemi emitovány do ovzduší a sedimentovaly do vzdálenějších míst, ze kterých mohou být za určitých podmínek opakovaně uváděny do vznosu působením jiných vlivů (stroje, doprava, vítr). Resuspenze prachových částic, které pocházejí z polních prací by mohly být závažným problémem pro zdraví občanů, pokud by tyto částice měly nebezpečné vlastnosti a jejich přípustné expoziční limity a přípustné koncentrace by byly vyšší než je stanoveno v Příloze 2 k nařízení vlády č.361/2007. Literatura: BARON ,P., A., WILLEKE K.: Aerosol Measurement: Principles, Techniques and Applications, 2.vydání, J. Wiley & Sons, New York, 2001, 1172 stran, ISSN: 0021-8502. NEUBAUER, K. a kol.: Stroje pro rostlinnou výrobu, SZN Praha, 1989, 698 s, ISBN 07-119-89. SAUERZOPF, H. ET. Al.: Horizontal extinction of urban aerosol in vienna and granada and the influence of agriculture activities, Journal of Aerosol Science, Volume 30, September 1999, pages 633-634, ISSN: 0021-8502. Kontaktní adresa: Ing. Ivo Celjak, CSc., Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky, [email protected]. Ing. Marie Šístková, CSc., Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky, [email protected] Ing. Milan Fríd, CSc., Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky, [email protected].

36


ISSN 1802-2391

THE LEVEL OF AIR POLLUTION LOAD REDUCTION BY CLEANING EQUIPMENT ÚROVEŇ SNIŽOVÁNÍ IMISNÍ ZÁTĚŽE POMOCÍ ČISTÍCÍCH ZAŘÍZENÍ IVO CELJAK, MARIE ŠÍSTKOVÁ, MILAN FRÍD Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky

Abstract Research involved measuring the mass concentration of airborne dust in the road transport routes depending on the pollution and vehicle traffic. The aim of the measurements was to assess how the effect of reducing dustiness from area sources using cleaning equipment. Measurements were carried out on a routine traffic route with rough asphalt surface, which passes through the village. First, the measured mass concentration of airborne dust before cleaning the road transport routes and dirty road was cleared samosběrným compact sweeper device and the second day after the drying of the road was a subsequent measurements. By comparing the measured values showed that the cleanup communication had a negative impact on the amount of airborne dust in the air. Key words:

dust, roadway, traffic, dirt

Souhrn Výzkum se týkal měření hmotnostní koncentrace polétavého prachu na vozovce dopravní trasy v závislosti na jejím znečištění a provozu vozidel. Cílem měření bylo posouzení, jak se projeví omezení prašnosti z plošných zdrojů využitím čistících zařízení. Měření bylo realizováno na běžné dopravní trase s hrubým asfaltovým povrchem, která procházela obcí. Nejdříve byla změřena hmotnostní koncentrace polétavého prachu před vyčištěním vozovky dopravní trasy a potom byla znečištěná vozovka vyčištěna kompaktním samosběrným zametacím zařízením a druhý den po vyschnutí vozovky bylo provedeno následné měření. Porovnáním naměřených hodnot vyplynulo, že vyčištění komunikace mělo negativní vliv na množství polétavého prachu v ovzduší. Klíčová slova: prach, dopravní trasa, provoz, nečistoty ÚVOD

V rámci dotačního Operačního programu Životní prostředí (Prioritní osa 2: Zlepšování kvality ovzduší a snižování emisí) byla v kapitole 2.1.3 nabídka pro získání 90% dotace na pořízení strojů na úklid zpevněných cest nebo silničních komunikací za účelem snížení prašnosti a další podporované aktivity vedoucí ke snížení imisní zátěže omezením prašnosti z plošných zdrojů. Cílem každého projektu je údržba vybraných cest a chodníků pomocí intenzivního a účinného čištění strojním zařízením a tím snížení úrovně prašnosti. Problematika čištění chodníků a dopravních tras je však poněkud složitější, protože zdroje nečistot na vozovkách jsou velmi rozmanité. Například v měsících, kdy ustoupí mrazy, roztaje sníh a následně dojde k vysychání silnic, cest a účelových ploch, které byly v zimních měsících ošetřovány inertním posypem, období, kdy probíhají sklizňové práce a z polí vyjíždí dopravní a sklizňová zařízení, na jejichž pneumatikách zůstávají zbytky půdy, které opadnou na silnicích vedoucích do obce, vysuší se, rozdrobí a stanou se polétavými, tam kde probíhá stavební činnost a dochází k vývozu nečistot ze stavby na cesty, v místech, kde vyjíždějí vozidla z nezpevněných ploch a cest, při rekonstrukcích vozovek, při stavebních pracích v okolí cest, po prudkých deštích nebo po povodních, kdy je na cesty a nezatravněná prostranství naplaveno bahno a vyschne, při větrné erozi půdy v části obce, odkud vanou prudké větry, tam kde je zvýšený opad nečistot a produktů z vozidel (z koreb při přepravě nezajištěných sypkých materiálů), v místech dočasných složišť stavebních materiálů nebo recyklátů, kolem průmyslových objektů produkujících prachové částice (drtiče, třídiče, kamenolomy) a podobných zdrojů. Pevné částice, resp. prachové částice (označení PM) jsou drobné pevné nebo kapalné částice rozptýlené ve vzduchu, které jsou tak malé, že jím mohou být unášeny. Označení PM10 platí 37


ISSN 1802-2391

pro částice menší než 10 µm, které se mohou usazovat v průduškách a způsobovat zdravotní problémy. Významnou zátěž ovzduší v obcích představuje zvíření prachových částic deponovaných na vozovce (tzv. resuspendovaný vozovkový prach) a v jejím blízkém okolí, například nečistoty na krajnicích, ve svodných příkopech, ale také na vozovce (Obrázek 1).

Obrázek 1 – Nečistoty na krajnicích a vozovce dopravních tras

MATERIÁL A METODY Metodika měření vychází z předpokladů, že se prachové částice mohou šířit ze své deponie (zdroje) na vozovce ovzduším s přispěním pohybu vozidel a jiných pohyblivých mechanismů. Jedním předpokladem pro šíření prachových částic je to, že jsou volně uloženy (nemají pevné vazby na podložku), resp. že mohou být uvedeny snadno do vznosu. Dalším předpokladem je, že částice musejí být v určitých, resp. maximálních velikostech (zde je vazba hmotnost a proud vzduchu) a v suchém stavu. Třetím předpokladem je, že musejí být uvedeny do pohybu a vznosu působením proudění o určité rychlosti nebo mechanickým působením (dotyk dezénu pneumatik). Rychlost a směr šíření prachových částic závisí na mnoha faktorech, které vycházejí jednak z výše uvedených předpokladů, a jednak z vlivů prostředí, například vyskytujících se překážek, ale především z meteorologické situace v okamžiku měření. Relativní vlhkost musí být v rozmezí 20 – 45%; měření nesmí probíhat za podmínek teplotní inverze; měření nesmí probíhat za mlhy nebo deště. Při měření vlivu nečistot, které se nacházejí na povrchu dopravní trasy, bylo měření realizováno s následujícími předpoklady. K iniciování vznosu prachových částic dochází za určitých příznivých okolností. Například při otáčení kol vozidla, turbulencí kolem rotujících částí vozidla a pohybem vzduchu za jedoucím vozidlem a podél vozidla. Důležitým faktorem při měření je rychlost a směr proudění větru od zdroje prachových částic a také vzdálenost od zdroje, k čemuž bylo přihlédnuto při výběru místa měření. Byla vybrána dopravní trasa v obci, jejíž povrch byl znečištěn běžnými nečistotami, například vývozem z míst podél trasy ve figurách dezénu pneumatik, opadem nečistot z podvozkových částí vozidel i ztrátami dopravovaných břemen (horniny a sypké látky). Po vyčištění pomocí strojního zařízení byly nečistoty z vozovky odstraněny a druhý den bylo provedeno následné měření (Obrázek 2).

38


ISSN 1802-2391

Obrázek 2 – Vozovka po vyčištění a vyschnutí

Podél této trasy bylo stanoveno 6 míst měření, na nichž bylo realizováno měření pomocí měřícího zařízení DUST Trak 8530 II Aerosol Monitor s tryskou PM10 po dobu 5 minut. Byly vypočítány průměrné hodnoty naměřené koncentrace prachových částic v ovzduší vlivem běžného dopravního provozu (pohybu vozidel) po stanovenou dobu. Intenzita provozu byla zapsána při každém měření v obou směrech a při obou měřeních byla téměř shodná. Kategorie vozidel M1 + N1, M2 + M3 a N2 + N3 byla měřena dohromady. Během měření došlo ke vznosu prachových částic průjezdem 28, resp. 30 vozidel kategorie M1 + N1, 3, resp. 2 vozidel kategorie M2 + M3 a 1 vozidla kategorie N2 + N3. Před vyčištěním vozovky se na krajnici a uprostřed dopravní trasy (mezi jízdními pruhy) nacházela vrstva uvolněných minerálních zrn. Zrna velikosti průměru nad 3 mm v 15%, do 3 mm v 45%, zrn o velikosti do 2 mm v 25% a prachové jemné částice do 15%. Tloušťka vrstvy byla do 0,5 cm. Jemné prachové částice byly z větší části přilepeny k vozovce. Jednotlivé velikostní podíly nečistot byly zváženy. (Obrázek 3).

Obrázek 3 – Nečistoty byly roztříděny na sítech

39


ISSN 1802-2391

VÝSLEDKY A DISKUSE Souhrn průměrných hodnot jednotlivých měření, rozdíly na místech měření a celkové průměry PM10 před a po vyčištění ukazuje tabulka 1 a obrázek 4. Tabulka 1 – Hodnoty emitovaných prachových částic PM10 na vozovce před vyčištěním a po vyčištění

Místo měření

Před vyčištěním PM10 (mg.m-3)

1 2 3 4 5 6 Průměr měření

0,042 0,051 0,058 0,046 0,058 0,054 0,052

Po vyčištění PM10 (mg.m-3) 0,069 0,071 0,082 0,089 0,073 0,075 0,077

Rozdíl (mg.m-3)

Rozdíl (%)

+0,027 +0,02 +0,024 +0,043 +0,015 +0,021 +0,025

+64 +39 +41 +93 +26 +39 +49

Výsledky j ednotliv ých míst měření

0,089 0,09

0,082

0,08

0,075

0,073

0,071

0,069 0,07

0,058

Koncentrace PM (mg.m-3)

0,058 0,06 0,05

0,054

0,051 0,046 0,042

0,04 0,03 0,02 0,01 0 1

2

3

4

5

6

Místo měření

Obrázek 4 – Výsledky jednotlivých míst měření.

Z naměřených hodnot lze usuzovat, že vyčištění dopravní trasy mělo spíše negativní vliv na množství PM10 v ovzduší u dopravní trasy. Po vyčištění byl předpoklad, že se hodnoty PM10 sníží, ale měření ukázalo opačnou tendenci. Průměrná hodnota PM10 po vyčištění byla 0,077 mg.m-3, což byl značný nárůst množství polétavého prachu v ovzduší oproti znečištěné vozovce, kdy byla průměrná hodnota 0,052 mg.m-3. Vizuální prohlídkou vozovky po vyčištění byla dopravní trasa v celé šíři zbavena hrubých nečistot. Jemné prachové částice však nebyly vyčištěny dostatečně a část jich na vozovce zůstala. Jemné prachové částice byly rozptýleny po větší části dopravní trasy v podobě „prachové emulze“ v tenké vrstvě do 0,8 – 1,2 mm. Po atmosférickém vysušení vozovky do druhého dne se „prachová emulze“ snadno dostávala do vznosu vlivem proudění vzduchu po průjezdu vozidel. Čištěním dopravní trasy se odstranily pouze hrubší nečistoty a tím se odkryly a rozprostřely další menší a po vysušení lehčí prachové částice, které byly rozvířeny koly vozidel a proudem vzduchu, který při jízdě vozidla vytváří. Tudíž i naměřené hodnoty jsou vyšší. Toto vysvětlení odpovídá stavu vozovky po vyčištění. ZÁVĚR A DOPORUČENÍ Vzhledem ke skutečnosti, že měření bylo realizováno v reálných podmínkách, kdy nelze namodelovat shodné vlivy prostředí a charakter provozu při obou měřeních, lze stanovit několik faktorů, které se mohou podílet na ovlivnění naměřených hodnot: 40


ISSN 1802-2391

a) Čím je rychlost proudění vzduchu vyšší, tím se do ovzduší může dostat více prachových částic shodných vlastností. To samé platí i o velikosti částic. Čím vyšší je rychlost proudění vzduchu, tím se do ovzduší dostane více větších částic. Zde se může projevit vliv rozdílné rychlosti jízdy vozidel. b) Vzhledem k otevřenému prostoru, kde bylo měření realizováno, se může projevit vliv prachových částic, které se nevážou k měřenému zdroji, ale pocházejí z jiného zdroje, nacházejícího se v prostředí. c) Mohou být naměřeny prachové částice, které byly emitovány z projíždějících vozidel. Například výfukové plyny ze vznětových motorů nebo nečistoty pocházející z koreb vozidel, resp. z podvozkových částí vozidel. d) Charakter vozidel nebyl identický, ale mírně rozdílný. Také počet vozidel, která projela kolem měřících míst, nebyl shodný (viz údaj v odstavci Materiál a Metody). e) Významnou roli mohou sehrát také způsoby čištění, resp. použitá strojní zařízení, u nichž může být rozdílný princip čištění (mechanický sběr nečistot, odsávání). Naměřené hodnoty mají vazbu na konkrétní strojní zařízení a jeho okamžitý technický stav. f) Určité zkreslení může mít charakter a rychlost proudění větru. Vítr byl při měření proměnlivý s průměrnou rychlostí do 2 m.s-1, resp. do 2,3 m.s-1 (při měření na vyčištěné vozovce). Může se projevit vliv vyšší rychlosti proudění větru v okamžiku průjezdu vozidla kolem měřícího místa. I přes uvedené faktory, které mohou ovlivnit naměřené hodnoty, je patrné a vizuální sběr dat (viz fotografie) tuto skutečnost dokumentuje, lze doporučit čištění nečistot z vozovek kombinací čištění se sběrem nečistot a mytím vozovky se splavováním nejjemnějším nečistot do kanalizace prostřednictvím rozptýlené tlakové vody z trysek lišty „kropícího vozu“. Předčištění vozovky před průjezdem kropícího vozu je důležité, protože se hrubé nečistoty nedostávají do kanalizace a také je eliminován jev, kdy tryskající voda negativně ovlivňuje chodce a řidiče vozidel tím, že zvedá velké nečistoty (i drobná minerální zrna – písek), které mohou odlétávat před tryskající vodou a mohou poškodit lak stojících vozidel nebo ovlivnit nečistotami chodce i jiné objekty. Kropící vozy mohou mít lišty s tryskami v přední části, na bocích i v zadní části, čímž lze dosáhnout vysoké účinnosti odstranění jemných nečistot z povrchu vozovky. Literatura: ADAMEC V., POSPÍŠIL J., LIČBINSKÝ R., HUZLÍK J., JÍCHA M.: Metodický pokyn ke snižování prašnosti z dopravy, prašnost dopravy a její vlivy na imisní zatížení ovzduší suspendovanými částicemi, 2008, 19s. ADAMEC, V. A KOL.: Doprava, zdraví a životní prostředí, GRADA, Praha, 2008, 160s. ISBN 978-80-247-2156-9; BARON ,P., A., WILLEKE K.: Aerosol Measurement: Principles, Techniques and Applications, 2.vydání, J. Wiley & Sons, New York, 2001, 1172 stran; CELJAK, I.: Analýza emisí prachových částic v závislosti na charakteru dopravní trasy, Mezinárodní vědecká konference Technika pro zemědělské, komunální a environmentální technologie, 23. – 24. května 2013, Zahradnická fakulta v Lednici, příloha Komunální techniky, s.208-211, ISSN 1802-2391; FIALA, J., HORÁLEK, J.: Znečištění ovzduší částicemi aerosolu na dopravou ovlivněných stanicích, Ochrana ovzduší, 2003, roč. XV., č. 2, s. 3-4, ISSN 1211-0337; Kontaktní adresa: Ing. Ivo Celjak, CSc., Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky, [email protected]. Ing. Marie Šístková, CSc., Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky, [email protected] Ing. Milan Fríd, CSc., Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky, [email protected].

41


ISSN 1802-2391

CAUSED BY MOVEMENT OF ROAD TRANSPORT VEHICLES IN AIR POLLUTION RESUSPENDED STIFF POLLUTANTS VLIV POHYBU VOZIDEL V SILNIČNÍ DOPRAVĚ NA ZNEČIŠTĚNÍ OVZDUŠÍ RESUSPENDOVANÝMI TUHÝMI ZNEČIŠŤUJÍCÍMI LÁTKAMI IVO CELJAK, ŠÍSTKOVÁ MARIE, MILAN FRÍD Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky

Abstract The article reports the values of the influence of different categories of vehicles in road traffic on air pollution re-suspended solid pollutants (PM) size diameter of 10 micron (PM10) from noncombustion processes in the village. Measurements were carried out on the transport route with the operation of various vehicle categories as diverse weight and the type of pollution road. Keywords:

issue of dust particles, transportation route, pollution of roadway

Souhrn V článku jsou uvedeny hodnoty o vlivu pohybu vozidel rozdílných kategorií v silniční dopravě na znečištění ovzduší resuspendovanými tuhými znečišťujícími látkami (TZL) o velikosti průměru 10 μm (PM10) z nespalovacích procesů v obci. Měření bylo realizováno na dopravní trase s provozem rozmanitých kategorií vozidel a s rozmanitou hmotností a charakterem znečištění vozovek. Klíčová slova: znečištění prachovými částicemi, dopravní cesta, znečištění vozovky ÚVOD

Významným zdrojem znečištění ovzduší TZL PM10 kolem dopravních tras představuje zvíření prachových částic deponovaných na vozovce a v jejím blízkém okolí, které je iniciováno projíždějícími vozidly vlivem pohybu kol, turbulencí kolem rotujících částí vozidel a pohybem vzduchu za vozidlem a podél vozidla [1]. Emise PM ze silniční dopravy mají velký vliv na lokální úroveň znečištění ovzduší. Jsou tvořeny resuspendovanými prachovými částicemi pocházejícími z nečistot na vozovkách a z oděrů různých funkčních částí vozidel. Částice produkované automobilovou dopravou vznikají jak přímo při spalovacích procesech v automobilových motorech, tak při nespalovacích procesech mechanickým obrusem různých částí vozidel, korozí karosérie nebo doprovodného zařízení silnic nebo resuspenzí [3]. Na emisích prachových částic z dopravy se podílí i posypové materiály a částice, které sedimentují na povrchu silnice z různých blízkých či vzdálených zdrojů, a jsou následně nesuspendovány provozem automobilů nebo větrem. PM obsažené ve výfukových plynech (tj. vzniklé spalováním paliva) se nachází převážně v jemné frakci aerosolů (PM2.5), zatímco abrazní a resuspenzní procesy produkují většinou částice v rozmezí velikostí 2.5-10 μm (PM2.5-10). Resuspenze je proces, při němž se prachové částice původně deponované na zemském či jiném povrchu (např. půda, chodníky, silnice, střechy budov, okenní parapety atd.) dostávají zpět do vzduchu vlivem turbulence způsobené automobilovou dopravou nebo působením větru. Resuspenze prachových částic přispívá významně ke koncentraci PM10 ve vzduchu [4]. Resuspendované částice tvoří až 60 % frakce PM10 a obsahují pouliční prach z komunikací a nejbližšího okolí nashromážděný zde v důsledku silniční dopravy, z konstrukčních materiálů silnic, vodní nebo větrné eroze a atmosférickou depozicí [5]. MATERIÁL A METODY Skutečná rychlost byla vypočítána na základě známé délky dráhy a změřeného času při průjezdu vozidla touto dráhou. Měření bylo realizováno pouze při následujících meteorologických podmínkách: Rychlost větru nižší než 4 m.s-1, teplota v úrovni měření v rozmezí +5 až +30°C, relativní vlhkost v rozmezí 20 – 55%, měření neprobíhalo za podmínek teplotní inverze. Směr větru byl v rozsahu ± 60° od spojnice měřícího místa a dopravní trasy, která byla kolmá na osu silnice. 42


ISSN 1802-2391

Před zahájením a po ukončení měření byly zaznamenány hodnoty koncentrace TZL PM10 přirozeného pozadí v místě neovlivněném zdroji prachových částic. Výběr měřících míst eliminoval vlivy neobvyklého znečištění vývozem na dopravní trasu v průběhu měření. Vizuálně byla sledována vozidla, která mohla být zdroji prachových částic PM10 z otevřených ložných ploch, resp. nezabezpečených břemen. Při zaregistrování těchto vozidel nebylo měření provedeno, resp. vyřazeny naměřené hodnoty. Výběru míst měření předcházela rekognoskace pro eliminaci vlivu okolních zdrojů v blízkosti měřících míst, které by mohly ovlivnit naměřené hodnoty. Sběr dat koncentrací prachových částic Kn PM10 byl realizován mobilním přístrojem Dust TRAK 8530 s nasazeným impaktorem PM10. Nastavení přístroje: průtok 3 l.min-1, uživatelská kalibrace UC1, provozní mód MANUAL pro operativní spuštění s časovou konstantou 1 s. Přístroj byl umístěn v každém místě měření do výšky 150 cm nad úrovní povrchu vozovky a ve vzdálenosti 10 metrů od středu vozovky na straně bližší ke směru jízdy vozidel. Měření bylo realizováno s automatickým zápisem hodnot a zpracováním na PC v programu Excel. Meteorologické podmínky byly zjišťovány před měřením digitální meteorologickou stanicí Davis Vantage s připojením na PC Veather Link. Rychlost větru byla zaznamenána toutéž meteorologickou stanicí. Zápis projíždějících vozidel v jednom směru byl realizován podle kategorií pomocí notebooku ASUS a zároveň digitálním fotoaparátem OLYMPUS VR 310 pro dodatečné stanovení kategorie vozidla. Projíždějící vozidla byla zařazena do kategorií v souladu se Zákonem č. 56/2001 Sb., resp. Vyhláškou Ministerstva dopravy a spojů č. 341/2002 Sb. Vyhodnocována byla vozidla kategorií M, N, T, O, S a L. Hmotnost vozidel byla odhadnuta odborným odhadem v závislosti na kategorii vozidel v souladu s písmenem b) Metodiky výpočtu environmentálních přínosů projektů zaměřených na snížení resuspenze tuhých znečišťujících látek do ovzduší vlivem dopravy, vydané Státním fondem životního prostředí ČR. Místo měření: Chvalovice u Netolic, směrem na Dobčice, GPS: 49.006855,14.231415. Nečistoty z vývozu ornice z pole na kolech vozidel a opad ornice ze zemědělského nářadí, mírně přilepené, rozpadající se vlivem rotace kol vozidel. Nečistoty byly nepravidelně rozprostřené nebo v ostrůvcích slepené a částečně se rozpadající po celém povrchu vozovky. Celková hmotnost nečistot odebraných z dílčích ploch na vozovce o celkové ploše 3 m2 je 922 g. Měření provedeno dne 21.4.2013. Rozdělení nečistot v závislosti na průměru zrn a hmotnosti v závislosti na průměru zrn nečistot je uvedeno v tabulce 1. Tabulka 1 – Rozdělení nečistot v závislosti na průměru zrn

Průměr zrna (mm)

Hmotnost (g)

více než 2,2 2,0 – 2,2 1,5 – 2,0 1,0 – 1,5 0,5 – 1,0 0,25 – 0,5 méně než 0,25

508 14 30 56 84 161 79

Zastoupení z celkové hmotnosti nečistot (%) 55,1 1,5 3,3 6,1 9,1 17,5 8,6

VÝSLEDKY A DISKUSE V tabulce 3 jsou uvedeny hodnoty koncentrací prachových částic PM10 ve vazbě na kategorii vozidel. Hmotnost vozidel byla stanovena odborným odhadem s přihlédnutím k charakteru ložného prostoru, resp. k charakteru dopravovaného břemena a s tendencí k vyšší hodnotě. V případě soupravy je uveden součet hmotnosti tažného vozidla a přípojného vozidla. Hmotnosti jsou uvedeny včetně nákladu, pokud bylo možné břemena správně identifikovat. V tabulce 2 jsou uvedeny hodnoty doprovodných parametrů při měření pro všechna místa měření.

43


ISSN 1802-2391

Tabulka 2 – Hodnoty doprovodných parametrů při měření koncentrací prachových částic PM10 ve vazbě na místo měření

Místo měření 1. Chvalovice

Lz (ks) 25

Kovzd (μg.m-3) 26,2

vd (km.h-1) 42,2

vv (m.s-1) 3,2

wv (%) 46,2

mn (g) 922

ρn (kg.m-3) 1153,22

T (°C) 16

Tabulka 3 – Naměřené hodnoty koncentrací prachových částic PM10 ve vazbě na měřící místo Chvalovice

Kategorie vozidla M1 N3 M1 M1 T2 N3 M3 N1 M1 M1 N3 N3+M1 T1O2 N2 M1 N3O3 M1 N3 T1OT4 M1 M1 N1 M1 N1 Kn, SMOD. Tn, SMOD. Kmax, SMOD. mp

Kn (μg.m-3) 153,05 208,85 267,52 217,18 178,32 255,30 269,63 307,93 294,96 248,15 271,34 356,14 179,78 339,13 285,78 364,61 285,78 352,74 177,29 179,72 305,37 286,01 318,71 280,97 253,44±60,79

Tn (s) 18 24 27 28 22 30 30 28 29 26 29 44 27 30 27 30 27 27 27 25 30 30 28 30

Kmax (μg.m-3) 521 706 621 711 412 666 760 705 654 555 806 664 359 716 602 806 602 721 451 480 745 602 608 621

m (t) 1,0 15,0 1,5 2,0 2,5 20,0 18,0 3,5 2,0 1,5 12,0 20,0 8,0 10,0 1,2 25,0 1,5 10,0 10,0 1,5 1,2 3,5 2,0 3,5

Pořadí průjezdu 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.+13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25.

28,08±4,36 628,16±116,55 7,056

Poznámka: Symboly v záhlaví tabulky 2 a 3 Lz Intenzita provozu po dobu měření Průměrná rychlost proudění větru vv Průměrná rychlost jízdy vozidel vd w Vlhkost vzduchu Hmotnost nečistot v místě měření mn T Teplota vzduchu Objemová hmotnost nečistot ρn Průměrná hmotnostní koncentrace PM10 v místě měření Kovzd Průměrná hmotn. kon. PM10 v místě měření při průjezdu vozidla měřeným úsekem Kn Čas, při kterém byly zjištěny zvýšené emise hmotn. konc. PM10 při průjezdu vozidla Tn Maximální hmotn. konc. PM10 v místě měření při průjezdu vozidla měř. úsekem Kmax m Hmotnost vozidla Průměrná hmotnost vozidla mp Podíl zastoupení prachových zrn o průměru menším než 0,25 mm mz<2,5 Průměrná rychlost jízdy vozidel vd

44

(ks) (m.s-1) (km.h-1) (%) (g) (°C) (kg.m-3) (μg.m-3) (μg.m-3) (s) (μg.m-3) (t) (t) (%) (km.h-1)


ISSN 1802-2391

Tabulka 4 – Přehled naměřených a sledovaných veličin pro ověření vlivu rychlosti a hmotnosti vozidel

Místo měření 1.

Kn (μg.m-3) 253,44±60,79

Kmax (μg.m-3) 628,16±116,55

mp (t) 7,10±7,22

mn (g) 922

mz<2,5 (%) 8,6

vd (km.h-1) 42,2±4,2

Neprojevila se zcela závislost hmotnosti vozidel na koncentraci resuspendovaných částic. V jediném případě, vozidlo o nejvyšší hmotnosti 25,0 tun, bylo příčinou maximální hodnoty 806 μg.m-3. Například vozidlo o hmotnosti 10,0 tun resuspendovalo koncentraci TZL 721, resp. 716 μg.m-3, vozidlo o hmotnosti 1,2 tuny resuspendovalo dokonce maximální hodnotu 745 μg.m-3 a vozidlo s hmotností 2 tuny 711 μg.m-3. Z měření vyplývá, že každý průjezd vozidla dopravní trasou se středním a vysokým znečištěním (nad 1000 g) emituje prachové částice PM10 ve vysokých hodnotách hmotnostních koncentrací (253,44 μg.m-3) do okolí dopravní trasy při působení jiných proměnných. Touto veličinou může být rychlost jízdy vozidla a poloha stop kol na vozovce. Doba trvání zvýšených emisí (nad hodnotu PM10 bez emisí způsobených jízdou vozidel) se pohybovala průměrně 28,08 sekund. Intenzita provozu byla v místě měření nízká (do 500 vozidel za den dle Metodiky EPA 42) s výskytem vozidel na dopravní trase 25 ks za 1 hodinu. V tomto místě byla celková doba 674 s.h-1 ovlivnění ovzduší průměrnou hmotnostní koncentrací 253,44 μg.m-3 z provozu vozidel při průměrné hmotnostní koncentraci PM10 v místě měření 26,2 μg.m-3 bez ovlivnění provozem. Literatura [1] Adamec, V a kol.: Acta environmentalica Universitatis Comenianae, Acta environmentalica Universitatis Comenianae (BRATISLAVA) , Vol. 19, Supplement (2011): 14–21 ISSN 1335-0285; [2] Berkowicz, R, Winter, M.: Traffic pollution modelling and emission data, Atmosferic Environment, Vol. 21, Issue 4, April 2006, pages 454-460; [3] Caplain, I., Cazier, F., Nouali, H., Mercier, A., Déchaux, J.C., Nollet, V., Joumard, R., André, J.M., Vidon, R. 2006. Emissions of unregulated pollutants from European gasoline and diesel passenger cars. Atmos. Environ. 40, 5954–5966. [4] Braaten, D.A., Paw, U.K.T., Shaw, R.H. 1990. Particle resuspension in a turbulent boundary layer observed and modelled. J. Aerosol Sci. 21, 613–628; [5] Claiborn, C, Mitra, A., Adams, G., Bamesberger, L., Allwine, G., Kantamaneni, R., Lamb, B., Westberg, H. 1995. Evaluation of PM10 emission rates from paved and unpaved roususing tracer techniques. Atmos. Environ. 29, 1075-1089; Kontaktní adresa: Ing. Ivo Celjak, CSc., Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky, [email protected]. Ing. Marie Šístková, CSc., Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky, [email protected] Ing. Milan Fríd, CSc., Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky, [email protected].

45


ISSN 1802-2391

REQUIREMENTS FOR HARVESTING LOGISTICS OF PALUDIBIOMASSES FOR ENERGY PURPOSE SEBASTIAN DETTMANN, NORBERT KANSWOHL, MIROSLAV KAVKA1, ONDŘEJ ŠAŘEC1, JOZEF FRAS2 Universität Rostock, AUF, Professur für Tierhaltung und Verfahrenstechnik 1 Czech University of Life Sciences, CULS Prague 2 Politechnika Poznańska, Katedra Nauk Ekonomicznych

Abstract The increasing utilization of biomass for energy purposes is accompanied by a strong increase in demand. This reflected in rising prices and a competition for land between food-, feed- and energy production. Biomass from wet peatlands (Paludiculture) has no competitors to agricultural products and can be alternatively used as a renewal resource for energy purposes or material utilization. To manage wet peatlands with less carrying capacity the technology must be adapted to the area. The aim of this article is to show the requirements of harvesting methods for establishing biomass logistics of Paludibiomasses, using the example of a caterpillar-based harvesting system. Keywords:

bioenergy, biomasslogistics, paludiculture, specialtechnic

INTRODUCTION The structure of soil and vegetation, water level and time of harvest were facts with a big effect to the trafficability of peatlands and therefore directly to the option to manage Paludicultures. Thereby the minimization of ground pressure is a precondition for the use of agricultural technology on wet peat soils. To reach the precondition two strategies can be used in practice: • Reduction in weight (use of small technology), • Enlargement of the contact area (use of special undercarriages). By these variants of modification of harvesting and transportation machinery the technology which can be used on wet locations divided into four groups (GRANÉLI, 1984; RECHBERGER, 2003; WICHTMANN & TANNEBERGER, 2009): • Adapted conventional technology, • Small technology, • Wheel-based technology and • Caterpillar-based technology. A difference between conventional agriculture and the management of Paludibiomasses is the used technology. For wet peat soils are no standards available. The respective requirements for the special machines depend on location, biomass utilization and logistics concepts and varying heavily in addition. The adaptation of conventional technology is often not sufficient for the use of these machines particularly on wet areas. Further small technology is not powerful enough and wheel-based technology only rarely available (WICHTMANN & TANNEBERGER, 2009; DETTMANN et al., 2013). The experiences in harvesting on fen areas and wet peat soils comes mostly from the use of caterpillar-based technology e.g. in the reed harvest or in landscape management. (Figures 1 & 2). The existing technical solutions for caterpillar-based machines are often prototypes or individual adaptations of suitable technology from other application areas.

46


ISSN 1802-2391

Figure 1 – Modified Snow Cat saddled bunker during mowing in summer (Quelle www.mera–rabeler.de)

Figure 2 – Modified Snow Cat with trailer during mowing in summer in Belarus 2011 (Photo A. Haberl 2011)

There are differences in terms of material, texture and width of the caterpillar-tracks used by the Snow Cats. These special machines used chains of rubber bands and metal crosspieces in the original field work on snow slopes (Figure 3).

Figure 3 – Caterpillar with crosspieces of metal (Photo A. Haberl 2011)

A soil conserving tillage of wet bog areas is a prerequisite for the management of Paludiculture. But the conventional metal caterpillars can cause damage e.g. of cutting off the turf. Therefore, the caterpillars can be modified with attachments of rubber (e.g. Hall Fishbone ®, Figure 4) or plastic (e.g. FELASTEC ®, Figure 5).

47


ISSN 1802-2391

Figure 4 – Caterpillar with Hall-Fishbone-attachment of rubber (source www.hans-hall.com)

Figure 5 – Caterpillar with Felastec-attachment (source www.felasto-pur.de)

These new types of caterpillars are better adapted to the soil conditions in fens and cause much less damage to the turf than conventional caterpillar crosspieces of steel or aluminium. With increasing chain width decreases the ground pressure in general. Furthermore, with increasing length of the caterpillar tracks increases the risk of shear forces when turning the machines. The trafficability of wet peat soils is the limiting factor for the management of Paludicultures although modified and special technology is used (SCHRÖDER & DETTMANN, 2014; THIEL & NYFFENEGGER, 2007). MATERIAL AND METHODOLOGY For the economic evaluation of an agricultural production process, the parameters of operating times of machinery, working resources and working time are used. To detect the operating times of machinery and working times the total work time was divided by AUERHAMMER (1975) in work processes, work spatial processes, and operation elements. Through this division, the measurement of the individual steps during the management of Paludicultures should be facilitated. The work partial processes main work time, time to turn the harvester on the area, transportation time, unloading time, service time were examined during the investigations 2012. The main work time is the time described by the respective operation, in this case chopping. The time to turn the harvester on the area is the time required by the Snow Cat to perform a turning maneuver during chopping. The times of transport and unload were the periods which were necessary to drive the chopped biomass at full charging bunker of the area and unload. The service time is the time of the maintenance of the harvester and includes e.g. greasing the moving parts, regular clean of the vehicle and clean the cooler For the collection of data during the mowing in summer 2012 GPS data logger and digital stopwatch were used. The GPS logger was set to put a GPS track point every 5 seconds while recording the current time, the distance travelled between the points and the respective speed.

48


ISSN 1802-2391

For converting, cleaning, analysing and presenting the data computer programs GPS Track Analysis 6, NTRIP, MS excel and the online software google-maps and google-earth were used. RESULTS AND DISCUSSION The management of the area in Waschow (Germany, Mecklenburg-Western-Pommerania) during mowing in summer 2012 was carried out in a single stage method. The classification of harvesting operations in stages refers to the respective numbers of operations needed for mowing, conditioning and transport of the biomass at the field. In this case the complete salvage of biomass from harvest to the unloading at the field edge was carried out in one operation. The caterpillarbased technology (modified Snow Cat) with saddled bunker and a transport volume of 9 m³ are used (Figure 1). Figure 6 demonstrates the distribution of working hours for the investigated harvesting methods.

Figure 6 – Working time distribution of a single stage harvest method during mowing in summer 2012

Two Places to unload the biomass were set up on opposite edges of the field and approached alternately from the harvesting machine with full bunker. The largest share of the total working time took the transport time by 32 % despite the short transport distances (average 175 m). The management of Paludiculture with a growth height of 60 cm required a processing route of 8,480 m per ha. For transporting biomass from the area 58 % of the distance is required. Only 42 % of the route was needed for the chopping. The reason is that the bunker with a volume of 9 m³ has a very low transport capacity. This increases the necessary transport trips per ha. The effects of many crossings on fen areas are shown in Figures 7 and 8. This is one access road, which was photographed immediately after the management and again in the following year.

Figure 7 – Access to the area after the harvest and approximately 50 crossings (Photo C. Schröder 2011)

49


ISSN 1802-2391

Figure 8 – Access to the area after the harvest and approximately 50 crossings one year after management (Photo S. Dettmann 2012)

The chopping of biomass took 29 % of total work time. To service the harvesting vehicle while mowing 23 % of total work time was spent. This high percentage shows how much the harvesting vehicles are overused by chopping under these circumstances. The reason is that the machines used were only modified reconstructions of carrier vehicles from other work areas. Turning the harvester on the field took 2 % of the total working time. Unloading the biomass required 14 % of the total working time. CONCLUSION The previous work shows the limits of the harvest of biomass from Paludicultures. Large areas and productive populations represent major technical and logistical challenges to the establishment of harvest chains. A management of Paludicultures is possible in general. Big challenges for the deployement of Paludibiomasses were the harvest and the salvage of the plants material. The technology is not developed and serial available. But the aspects of location, time of harvest, crop, subsequent utilization of biomass and the available technology make requests to a logistics concept for Paludicultures that often require individual solutions. Each solution of management of wet peat soils is bound to keep the number of crossings on the surface as low as possible. However, the optimization potential for technology and procedures is large. Harvesting and logistics can be further improved in terms of efficiency and soil protection. Nevertheless, an economic use will be very difficult in many cases without an adjustment or a development of the infrastructure of the wet areas. To recover the biomass and to reduce the damage to the soil, the following conclusions can be drawn from this study: • The biomass must be transported, avoiding multiple crossings by the machines; • Long access roads or crossings between sub areas were bottlenecks which must be eliminated to prevent multiple crossings. • Opportunities to optimize the technology for the management of Paludicultures and affecting the infrastructure of the face were: • The attachment of chosen lanes on existing wet peatland; • The application of fastened biomass storage places to minimize the transport times and to reduce the trips on the surface of the wet area; • The design of the infrastructure with fastening the main chosen lines and the decommissioning of the bottlenecks (e.g. during rewetting) with the aim to separate harvesting and transport vehicles to increase the working width by using more powerful harvesters and simultaneously light transport vehicles that were only used on “skill trails”. • Ensuring of large transport capacity by increasing the load capacity or compaction of the biomass during the harvesting process.

50


ISSN 1802-2391

References: AUERNHAMMER, H. 1975. Eine integrierte Methode zur Arbeitszeitanalyse, Planzeitherstellung und Modellkalkulation landwirtschaftlicher Arbeiten, Dargestellt an verschiedenen Arbeitsverfahren der Bullenmast. Dissertation, Uni-München, 201 p. DE JONG, J.J., SCHAAFSMA, A.H., AERTSEN, E.J.M., HOKSBERGEN, F.Th. 2003. Machines voor het beheer van natte graslanden. Een studie naar de kosten van beheer van natte en vochtige graslanden met aangepaste machines. Alterra-rapport 747, Research Instituut voor de Groene Ruimte, Alterra/ Wageningen, 45 p, ISSN: 1566-7197 DETTMANN, S., KANSWOHL, N., FRAS, J., SCHELEGEL, M. 2013. Logistiklösungen für die Bereitstellung von Paludikulturbiomassen. Logistyka – nauka, 2013, Nr. 5, p. 40 – 44, ISSN: 1231-5478 SCHRÖDER, C., DETTMANN, S. 2014. Realisierbarkeit der Ernte von Biomasse aus Paludikultur. Paludikultur – Bewirtschaftung nasser Moore (ed. SCHRÖDER, C., WICHTMANN, W.). Greifswald. Im Druck GRANÉLI, W. 1984. Reeds as an energy source in Sweden. Biomass, Nr. 4, p. 183-208 RECHBERGER, C. 2003. Schilf (Phragmites australis), Analyse der Ernte- und Verwertungsmöglichkeiten unter besonderer Berücksichtigung des Neusiedler Sees. Diplomarbeit, FH Wiener Neustadt für Wirtschaft und Technik, Wieselburg, 131 p. THIEL, E., NYFFENEGGER, F. 2007. Moorraupe, Untersuchung der Belastbarkeit sehr weicher Böden (Moorböden), Forschungsbericht, Universität Bern, Institut für Geologie, Geographisches Institut, Bern, 129 p. WICHTMANN, W., TANNEBERGER, F. 2009. Feasibility of the use of biomass from re-wetted peatlands for climate and biodiversity protection in Belarus. Michael Succow Stiftung zum Schutz der Natur, Greifswald, 112 p. Contact address: MSc. Sebastian Dettmann, Universität Rostock, AUF, Professur für Tierhaltung und Verfahrenstechnik, Justus-von-Liebig-Weg 8, 18057 Rostock prof. Dr. Norbert Kanswohl, Universität Rostock, AUF, Professur für Tierhaltung und Verfahrenstechnik, Justus-von-Liebig-Weg 8, 18057 Rostock prof. Dr. Jozef Fras, Politechnika Poznańska, Katedra Nauk Ekonomicznych, ul. Strzelecka 11, 60-965 Poznań prof. Ing. Miroslav Kavka, Czech University of Life Sciences, CULS Prague, 16521 Praha 6 – Suchdol prof. Ing. Ondřej Šařec, Czech University of Life Sciences, CULS Prague, 16521 Praha 6 – Suchdol

51


ISSN 1802-2391

THE INFLUENCE ON WINTER WHEAT PRODUCTION COSTS AND TAXES ON THE PRICE OF THE PRODUCED BIOETHANOL TOMASZ K. DOBEK, PAWEŁ KOŁOSOWSKI, PATRYCJA SAŁAGAN Department of Construction and Use of Technical Devices West Pomeranian University of Technology in Szczecin

Abstract The article presents the analysis and economic assessment of winter wheat production, processing of yields into bioethanol and influence of taxes on bioethanol price. Research was carried out on farms using various technologies of bedding of soil and sowing. Taking into account the cost of winter wheat. Fain production and processing into bioethanol, the economic efficiency of bioethanol from winter wheat was calculated. The price of biofuel was calculated according to derived income from plant production and applied taxes. The study shows that biofuel production is not very profitable. Keywords:

the price of bioethanol, the cost of plant production, the processing costs, income from plant production, winter wheat

INTRODUCTION The increasing costs of plant production on farm, including fuel costs, support wider use of biofuels. They are additionally justified by the environmental benefits which can include the possibility of reducing Feenhouse gas emissions and the possibility of producing them on farms. At the same time, an important environmental factor is the possibility of using inferior soils for plant Fowing used for bioethanol production. On the one hand it may cause the increase in the number of workplaces but on the other hand it may lead to the increase in food prices. Bioethanol production guarantees its biodeFadability, reproducibility and diversification in the fuel sector. The future of biofuels depends on their profitability which is dependent on a number of interrelated factors – including tax policy of the state and the European Union. The rising costs of plant production on farms as well as the current system of fuel taxes have negative impact on the profitability of aFicultural production. From an economic point of view, the production of biofuels requires maintaining the low prices of raw materials for its manufacturing. However, it is difficult to carry out when the technology of plant production is badly chosen [Dobek 2007]. The production of the raw material is all costs incurred since bedding of land until harvest. During the production of raw materials for the bioethanol we have no influence on the external determinants such as prices of fertilizers, pesticides, seeds, labor costs, taxes, Fants or state policy and the current condition of the economy [Kupczyk, Ekielski 2002, Dobek 2008]. The atmospheric condition in a present year, weather anomalies or disasters also affect the production of the raw material. All these factors determine the costs of producing raw materials for further processing and therefore affect the costs of bioethanol production. It seems that the farmer plays a very important role, because the production costs of raw materials have a large impact on the final price of biofuel. Therefore, all technical innovations, new technologies, energy-saving aFicultural machinery, new plant varieties, new generation fertilizers, which make it possible to reduce costs of production, should be systematically put into service. The aim of this study was to carry out an economic analysis and evaluation of technology of winter wheat production, processing of obtained field crops for bioethanol and calculation of economic efficiency of their production [Dobek 2005]. MATERIAL AND METHODS The study was conducted in the years 2010/11-2012/13 on the family farms engaged in plant production in West Pomeranian Voivodeship. Comparable technologies (i.e. fertilization and spraying was performed three times) and one-stage harvest were used on the tested farms, and the differences depended on the use of various technologies of tillage and sowing. The first farm is the farm with a total area of 68 ha. The farm (hereinafter the F-1) in the studied period winter wheat was cultivated on area from 12 ha to 28 ha. Soils included in the farm are medium-heavy soils of 52


ISSN 1802-2391

very good and good rye complex, soil quality class IVa and IVb. After harvesting of forecrop, first ploughing with disk harrow was carried out. Then plough sowing was made, after which winter wheat using seed drill aggregate was sown. Winter wheat was sown to a depth of 5 cm. The dose of sowing in the first year amounted to 200 kg·ha-1, in the second 180 kg·ha-1 and the third 190 kg·ha1 . The obtained yield of winter wheat production varied from 4.3 t·ha-1 to 5.1 t·ha-1. The second farm is a farm with a total area of 48 ha. Winter wheat was cultivated on the farm (hereinafter F-2) on the area from 11 ha to 23 ha. Soils included in the farm are medium-heavy soils of very good and good rye complex, soil quality class IIIb and IVa. In winter wheat production the technology of traditional tillage was used (i.e. ploughing with disc harrow, plough with hillside plough, and before sowing, soil post-processing with cultivated aggregates was performed). Winter wheat was sown with a universal seeder to a depth of 5 cm. The dose of sowing in a first year amounted to 180 kg·ha-1, in the second and third year 180 kg·ha-1. Winter wheat production yield obtained ranged from 4.6 t ha-1 to 4.9 t ha-1. The last farm was a farm with a total area of 135 ha. Winter wheat was cultivated on the farm (hereinafter F-3) on the area from 16 ha to 32 ha. Soils included in the farm are medium-heavy soils of very good and good rye complex, soil quality class IVa and IVb. In winter wheat production the technology of traditional tillage was used (i.e. stubble cultivator was used, then ploughing with swivel plough was performed, and before sowing, apicultural aggregate was used, sowing with universal seeder was performed). Winter wheat was sown to a depth of 5 cm. The dose of sowing in the first year amounted to 180 kg·ha-1, in the second 190 kg·ha-1 and in the third 180 kg·ha-1. Winter wheat production yield obtained ranged from 4.3 t·ha-1 to 5.0 t·ha-1. The costs of the tested technology consisted of the operating costs of machinery, tools and tractors, cost of materials and raw materials, fuel costs, cost of human labour [Muzalewski 2009, Richards 2000] and cost of processing of the obtained seeds into bioethanol. The calculations take only the direct costs into account. Calculations were performed in different variants; in one scenario, income arising from the sale of wheat straw and decoction of wheat were not included, in the second - these values were included. When calculating the price of bioethanol in one scenario mandatory taxes were not include, in the second in the price of bioethanol mandatory taxes in leaded petrol E95 was included. RESULTS AND DISCUSSION From the analysis of the costs of winter wheat production in the surveyed farms F-1, F-2 and F-3 it can be concluded that the lowest total costs of winter wheat seeds production per one hectare was obtained at the farm F-1, in which the average value of costs in the tested period amounted to 1597 PLN·ha-1, and the highest in F-2, where the total average costs amounted to 2428 PLN·ha-1 (Table 1). However, from the point of view of the costs structure of winter wheat seeds production, the costs of materials and raw materials were characterized by the highest participation. The lowest costs occured on the farm F-1 and amounted to 714.8 PLN·ha-1, which represents 44.76 % of the total costs of production, and the highest on the farm F-3 – the average value amounted 1536.8 PLN·ha-1, which represents 63.47 % of total costs. The operating cost of machinery and tools (Table 1) also occupy a significant position – it averaged 425.3 PLN·ha-1 (26.61 %) in the case of the farm F-1, 635.8 PLN·ha-1 (26.19 %) on the farm F-2 and 482 PLN·ha-1 (19.93 %) on the farm F-3. Considering the operating costs of machinery and tools (Table 2) used in each agotechnical measures, it can be concluded that in winter wheat production the highest total costs were associated with harvest of winter wheat with the harvester. They amounted on average on the farm F-1 – 246.8 PLN·ha-1 (58.07 %), on F-2 – 372.1 PLN·ha-1 (58.52 %), while on F-3 – 235.6 PLN·ha-1 (48.82 %). The costs associated with tillage were in the second place. The lowest cost of tillage occurred on the farm F-1 and amounted to 95.3 PLN·ha-1 (22.42 %), which was due to the seed drill aggregated used. The highest average costs of tillage occurred on the farm F-2 and amounted to 126.1 PLN·ha-1 (29.38 %).

53


ISSN 1802-2391

Table 1 – The average costs structure of winter wheat production in the surveyed farms in the years 2010/11 – 2012/13

F-1 PLN·ha-

Description The costs of materials and raw materials The operating cost of machines and tools without the cost of fuel and human labour The fuel costs The costs of human labour Total costs Income from production without surcharges Income from the production with surcharges Economic efficiency of plant production without surcharges Economic efficiency of plant production with surcharges

The farm F-2 PLN·ha%

1

%

714.8

44.76

1370.0

425.0

26.61

635.8

F-3 PLN·ha1

%

56.42

1536.8

63.47

26.19

482.6

19.93

1

352.7 22.09 104.5 6.54 1597.0

341.5 14.07 80.7 3.32 2428.0

362.8 14.98 39.2 1.62 2421.4

2506.6

1657.4

1742.6

3302.0

2453.1

2538.3

2.58

1.68

1.72

3.57

2.34

2.38

Source: authors’ calculations

The calculations show that costs of human labour were characterized by the lowest share in the total costs of winter wheat production and it amounted to: on the farm F-1 – 104.5 PLN·ha-1 (6.54 %), while on the farms F-2– 80.7 PLN·ha-1 and F-3 – 39.2 PLN·ha-1, which represents 3.32 % and 1.62 % of average total production costs respectively. Table 2 – The average values of the operation of mechanization of winter wheat production in the surveyed farms in the years 2010/11 – 2012/13

Description

Unit

F-1 PLN·ha1

The costs of tillage The costs of fertilizer The costs of sowing The costs of plant treatments The costs of harvest Total operating cost of aggregates

PLN·ha-1 PLN·ha-1 PLN·ha-1 PLN·ha-1 PLN·ha-1 PLN·ha-1

% 95.3 22.42 18.5 4.36 31.4 7.39 33.0 7.76 246.8 58.07 425.0

The farm F-2 PLN·ha- % 1

F-3 PLN·ha1

129.6 20.38 27.1 4.27 74.5 11.72 32.5 5.11 372.1 58.52 635.8

%

119.9 24.84 32.1 6.65 58.9 12.21 36.1 7.48 235.6 48.82 482.6


In conversion to the mass unit of the resulting yield of winter wheat, the highest cost to produce one tone of winter wheat was on the farm F-3 (515 PLN·t-1), while on the remaining farms costs were lower and amounted to: on the farm F-1 – 342.2 PLN·ha-1 (33.6 % decrease) and on the farm F-3 – 512.9 PLN·ha-1 (0.5 % decrease). In the case of the winter wheat seeds production, the economic efficiency varied from 1.68 on F-2 to 2.58 on the F-1 (without surcharges) and from 2.34 on F-2 to 3.57 on F-1 (with the surcharges to the production), which shows the profitability of winter wheat seeds production. Based on these studies and calculations it can be concluded that in the bioethanol production from winter wheat seeds, the costs of processing the wheat seeds for bioethanol are very high and came to 43.8-67.2 % of total costs of bioethanol production (Figure 1). In the processing of winter wheat seeds on the surveyed farms, the average percentage share of the costs of bioethanol production amounted to: on the farm F-1 – 69.52 %, which is 3642.6 PLN·ha-1, while on the farms F-2 and F-3 60.22 % (3689.4 PLN·ha-1) and 60.32 % (3666

54


ISSN 1802-2391

PLN·ha-1) respectively. Figure 1 shows the percentage structure of the costs of bioethanol production on the surveyed farms.

Fig. 1 – The percentage structure of the cost of bioethanol production on the surveyed farms

Assuming the average value of the processing seeds for bioethanol in force in the EU and taking into account the sale of production residues (straw and decoction of wheat), the production of bioethanol on the surveyed farms proved unprofitable (Table 3). The average value of economic efficiency of bioethanol production on the surveyed farms varied from 1.09 on F-1, 0.91 on F-2 and F-3. Table 3 – The average costs of production and processing of winter wheat yield for bioethanol in the surveyed farms in the years 2010/11 – 2012/13

No. 1 2 3 4 5 6 7

Description The costs of plan production The processing cost on biofuel Total costs (item 1 + item 2) The value of bioethanol The value of straw and decoction of wheat Total income (item 4 + item 5) Economic efficiency of biofuel production (item 6/item 3)

Unit -1

PLN·ha PLN·ha-1 PLN·ha-1 PLN·ha-1 PLN·ha-1 PLN·ha –

-1

The farm F-2 2427.9 3689.4 6167.3 4165.2 1391.2

F-3 2421.4 3666.0 6087.4 4138.8

5506.4

5556.4

5549.9

1.09

0.91

0.91

F-1 1597.0 3642.6 5239.6 4111.7 1394.7

1411.1


From the analysis of the price of the produced bioethanol in different variants it can be concluded that the best solution is a variant in which the value of the sold biofuel and residues such as straw and decoction of wheat on the income side was included and taxes applicable to leaded petrol E95 were not included. The value of bioethanol calculated this way amounted on F-1 – 2.23 PLN·dm-3, on F-2 – 2.79 PLN·dm-3 and on F-3 – 2.69 PLN·dm-3. If the valid taxes take the price of bioethanol into account, it amounts to 4.79 PLN·dm-3, 5.56 PLN·dm-3 and 5.53 PLN·dm-3. The

55


ISSN 1802-2391

worst variant is the price of biofuel when production residues will not be sold (straw and decoction of wheat). The price of such biofuel amounts to (without tax) 3.03 PLN·dm-3 on the farm F-1, on the F-2 – 3,52 PLN·dm-3 and on the F-3 – 3.50 PLN·dm-3. When valid taxes are taken into account, the price of produced biofuel will come to 3.52 PLN·dm-3, 4.41 PLN·dm-3 and 4.25 PLN·dm-3 respectively (table 4). Table 4 – The average prices of the bioethanol production in the surveyed farms in the years 2010/11 – 2012/13

No. 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4

Description

Unit dm3·ha-1 PLN·dm-3 PLN·dm-3 PLN·dm-3

The obtained bioethanol The price of produced bioethanol1 The price of produced bioethanol2 The price of bioethanol with taxes3 (calculated from item 2) The price of bioethanol with taxes4 (calculated from item 3) The price of leaded petrol E954

F-1 1728 3.03 2.23

The farm F-2 1750 3.52 2.79

F-3 1739 3.50 2.69

4.79

5.56

5.53

3.52

4.41

4.25

-3

PLN·dm

PLN·dm-3

- without incomes from the sale of straw and decoction of wheat - with the incomes from the sale of straw and decoction of wheat - with taxes as for conventional fuel (item 2) - with taxes and margin as for conventional fuel (item 3)

5.23 Source: authors’ calculations

1 – the price of bioethanol without taxes and without income from sale of straw and decoction of wheat 2 –the price of bioethanol without taxes and with income from sale of straw and decoction of wheat 3 – the price of bioethanol with taxes and without income from sale of straw and decoction of wheat 4 – the price of bioethanol with taxes and with income from sale of straw and decoction of wheat Fig. 2 – The calculated difference between the price of the produced bioethanol according to the accepted variant of counting of income and the price of leaded petrol E95

Figure 2 shows the difference between the calculated price of the produced biofuel depending on the adopted variant of counting revenues and expenses in relation to the price of 56


ISSN 1802-2391

leaded petrol E95. On the Faph X-axis was taken as the average price of leaded petrol E95 (a value of zero), while the Y-axis as the differences between price of leaded petrol E95 and various variants of counting price of production of bioethanol on surveyed farms. The biggest difference (in favour of bioethanol) was obtained on the farm F-1 in the variant without tax and with the income from sale of straw and decoction of wheat and it amounted to an average of 2.75 PLN·dm-3. This difference in the case of the farm F-3 amounted of 2.29 PLN·dm-3 and on the farm F-2 – 2.19 PLN·dm-3. Only in the variant with taxes and without incomes from sale of straw and decoction of wheat a difference in favour of leaded petrol E95 occurred. The bioethanol on the farm F-2 is 0.58 PLN·dm-3more expensive than the leaded petrol E95 and on F-3 – 0.57 PLN·dm-3. CONCLUSION • The study shows that the production of bioethanol on the surveyed farms is not profitable. The costs of processing winter wheat for bioethanol affect this situation. The economic efficiency indicator did not reached value of 1. On the farm F-1 it was 1.09, F-2 and F-3 – 0.91. • If there is no possibility of selling the production residues and including taxes in the price of leaded petrol E95, its price is higher than the average price of leaded petrol E95. On the farm F-2 the price amounted to 5,56 PLN·dm-3, and on the farm F-3 5,537 PLN·dm-3. • In order to achieve viability of bioethanol production the costs of processing of winter wheat as well as costs of production of raw materials (winter wheat) should be reduced. References: DOBEK T. 2005. Ekonomiczeskaja i energeticzeskaja efektivnost wyraszcziwanja pszenicy i rapsa ozimovo dla proizwodstwa żidkowo biotopliwa. Agarnaja Nauka Evro-Severo-Vostoka. Nr 7: s. 153 – 158. DOBEK T. 2007. Ocena efektywności ekonomicznej i energetycznej produkcji pszenicy ozimej i rzepaku ozimego wykorzystanych do produkcji biopaliw. Inżynieria Rolnicza. Nr 6 (94): s.41-48. DOBEK T. 2008. Efektywność ekonomiczna i energetyczna produkcji biodiesla w zależności od stosowanych technologii uprawy rzepaku ozimego. Acta Agrophysica 11(2) 2008 s.369379. KUPCZYK A., EKIELSKI A. 2002. Bioetanol – szansa dla polskiego rolnictwa. Wieś Jutra Nr 5. s.13-15. MUZALEWSKI A. 2009. Koszty eksploatacji maszyn. Wydaw. IBMER, Warszawa. ISBN 97883-806-31-4. RICHARDS I.R. 2000. Energy balances in the growth of oilseed rape for biodiesel and of wheat for bioethanol. Levington Agriculture Report, BABFO. Contact address: Prof. dr hab. inż. Tomasz K. Dobek; e-mail: [email protected] Department Construction and Use of Technical Equipment West Pomeranian University of Technology in Szczecin Papieża Pawła VI/3 street, 71-459 Szczecin, Poland

57


ISSN 1802-2391

PHYSICAL AND MECHANICAL CHARACTERISTICS OF PELLETS FROM PINE SAWDUST AND BARK FIZYCZNE I MECHANICZNE WŁAŚCIWOŚCI PELETÓW Z TROCIN SOSNOWYCH I KORY TOMASZ DOBEK, MAREK RYNKIEWICZ Katedra Budowy i Użytkowania Urządzeń Technicznych, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny

Streszczenie W pracy przedstawiono wyniki badań fizycznych i mechanicznych właściwości peletów, wytworzonych z trocin sosnowych i z trocin sosnowych z 10% dodatkiem kory. Przeprowadzony eksperyment wykazał, że dodatek kory spowodował zmniejszenie średniej długości oraz wytrzymałości mechanicznej badanych peletów. Natomiast przeprowadzona analiza statystyczna nie stwierdziła statystycznie istotnych różnic w ilości pęknięć peletów bez i z dodatkiem kory. Słowa kluczowe: biomasa, pelety, wytrzymałość mechaniczna WPROWADZENIE Stosowanie różnych surowców, zespołów roboczych maszyn w procesie peletowania umożliwia uzyskanie szerokiego zakresu zagadnień do badań w produkcji peletu drzewnego. Jego złożoność tego procesu sprawia, że obecnie nie ma jednoznacznych metod, które wspomagałyby decyzje, w celu optymalnej realizacji procesu. Hejft [2002] i Tumuluru i in. [2011] twierdzą, że fizyczna i mechaniczna jakość peletów jest bardzo ważna. W szczególności trwałość mechaniczna i gęstość nasypowa. Im wyższa trwałość mechaniczna, tym większa odporność na rozsypywanie peletów w trakcie transportu i dłuższy czas ich spalania Im większa gęstość nasypowa, tym więcej energii można uzyskać z danej objętości peletów. Szeroki zakres surowców stosowanych w produkcji umożliwia wytwarzanie peletów o zróżnicowanych parametrach fizycznych i mechanicznych. Ich odpowiedni dobór ma na celu uzyskanie produktu końcowego o parametrach zgodnych z wymaganiami określonymi przez normy europejskie, dotyczące biopaliw stałych. Filbakk i in. [2012] badali wpływ dodatku kory do peletowanych trocin sosnowych. W trakcie przeprowadzonych badań stwierdzili, że dodatek kory w ilości 10% obniżył wyniki wytrzymałości mechanicznej o 0,6%. Jednak wyniki wytrzymałości mechanicznej dla peletu produkowanego tylko z kory były wyższe, niż peletu wytwarzanego tylko z trocin sosnowych. Tumuluru i in. [2011] badając pelet przeznaczony na eksport w Kolumbii Brytyjskiej (Kanada) w okresie od maja 2007 do grudnia 2008, stwierdzili że wytrzymałość mechaniczna wzrosła z 97,14% do 98,20%. Natomiast długość peletów wzrosła z 14,77 mm do 17,36 mm. W Polsce największą powierzchnię leśną wg składu gatunkowego zajmują lasy sosnowe tj. 5461 tys. ha (59,95%), i z tego względu jest to najbardziej dostępny gatunek drewna dla zakładów drzewnych w Polsce. CEL BADAŃ Celem badań jest określenie wpływu składu peletowanych surowców (trocin sosnowych i trocin sosnowych z dodatkiem kory) na fizyczne i mechaniczne parametry wytwarzanego peletu. METODYKA BADAŃ Badania przeprowadzono dla peletów drzewnych, które były wytwarzane z trocin sosnowych oraz z trocin sosnowych z 10% dodatkiem kory. Użyte składniki wytwarzanego peletu w publikacji oznaczono jako: S – trociny sosnowe, SK – trociny sosnowe 90% i kora 10%. 58


ISSN 1802-2391

Pelety wytwarzane były w peleciarce o wydajności 1 t/h, która wyposażona była w matrycę o średnicy otworów 6 mm i 8 mm. Wytworzony pelet oznaczono następująco: S6 – peletowane trociny sosnowe (100%) w peleciarce o średnicy otworów matrycy 6 mm,. S8 – peletowane trociny sosnowe (100%) w peleciarce o średnicy otworów matrycy 8 mm, SK6 - peletowane trociny sosnowe (90%) z dodatkiem rozdrobnionej kory w ilości 10% w peleciarce o średnicy otworów matrycy 6 mm, SK6 - peletowane trociny sosnowych (90%) z dodatkiem rozdrobnionej kory w ilości 10% w peleciarce o średnicy otworów matrycy 8 mm. Linia technologiczna produkcji peletu składała się z następujących elementów: zbiornika surowca, suszarni, rozdrabniacza, mieszarki, kondycjonera z dozownikiem pary, peleciarki, chłodnicy i przesiewacza. Wilgotność badanych próbek wykonywano zgodnie z normą EN 14774-3:2009 i obliczano wg wzoru:

M ad =

( m 2 − m3 ) ⋅ 100 (m2 − m1 )

[1]

Mad – wilgotność, m1 – masa pustego naczynia, m2 – masa naczynia z próbką przed suszeniem, m3 – masa naczynia z próbką po suszeniu.

Gęstość nasypową peletowanych składników i peletów obliczano wg wzoru [2] określonego przez normę EN 15103:2009. Badanie wykonano z użyciem naczynia o objętości 0,001m3.

BDar = BDar – gęstość nasypowa [kg/m3], m2 – masa naczynia z próbka [kg], m1 – masa pustego naczynia [kg], V – objętość naczynia [m3].

(m2 − m1 ) V

[2]

Gęstość utrzęsioną wyznaczano przy użyciu aparatu Engelsmanna. Badanie polegało na umieszczeniu próbki o objętości 0,0005m3 w naczyniu aparatu Engelsmanna, a następnie dokonywano utrząsania przez 5 min. z częstotliwością 150 Hz i amplitudą 10 mm. Po zakończeniu utrząsania odczytywano objętość próbki. Gęstość w stanie utrzęsionym obliczono wg wzoru:

TD =

m Vt

[3]

TD - gęstość w stanie utrzęsionym [kg/m3], m – masa próbki [kg], Vt – objętość po utrzęsieniu [m3]. Jako wynik przyjęto średnią arytmetyczną z trzech powtórzeń. Do pomiaru wytrzymałości mechanicznej peletów wykorzystano tester mechaniczny ZU05, którego budowa i zasada działania jest zgodna z normą europejską EN 15210-1:2009. Z próbki ogólnej peletu drzewnego iglastego o masie ok. 3 kg odsiewano rozkruszone części na sicie o średnicy otworów 3,15 mm. Następnie z peletu pozostałego na sicie przygotowano trzy próbki, każda o masie 500 g. Próbki umieszczano w komorze, którą wirowano przez 10 min. z prędkością 50 obr/min. Po zatrzymaniu testera próbki odsiewano na sicie o średnicy otworów 3,15 mm., a pozostałość na sicie ważono. Obliczenia wytrzymałości mechanicznej peletu drzewnego dokonano wg wzoru [4] określonego przez normę EN 15210:2009:

DU =

mA ⋅ 100 mE

59

[4]


ISSN 1802-2391

DU – wytrzymałość mechaniczna peletu [%], mE – masa próbki laboratoryjnej badanego peletu – 500 g, mA – masa peletu pozostałego na sicie po zbadaniu wytrzymałości mechanicznej [g]. Pomiar średnic i długości peletów wykonywano zgodnie z normą EN 16127:2012. Mierzono 10 wybranych losowo peletów z próbki o masie 100 g. Określano również ilość peletów z pęknięciami wzdłużnymi, poprzecznymi i mieszanymi (wzdłużne i poprzeczne). Badanie polegało na losowym wybraniu 100 peletów z próbki laboratoryjnej o masie 500 g. Następnie z wyselekcjonowanej próbki, wybrano pelety z widocznymi pęknięciami i podzielono je na trzy grupy, w zależności od rodzaju pęknięcia.. Na podstawie liczby uszkodzonych peletów określano ich % udział w danej partii badanych peletów. Obliczenia statystyczne Analizę statystyczną przeprowadzono przy pomocy programu Statistica i Excel. Dla badanych parametrów sprawdzono ich zgodność z rozkładem normalnym. Badania rozkładu przeprowadzono testem W Shapiro-Wilka. Krytyczny poziom istotności przyjęto dla p=0,05. Istotność różnic wartości średnich, dla parametrów o rozkładzie normalnym sprawdzano testem tStudenta. Istotność różnic wartości średnich w więcej niż dwóch populacjach, sprawdzono testem ANOVA. Do sprawdzenia różnic pomiędzy grupami użyto testów wielokrotnych porównań Tukey’a. W celu porównania parametrów jakościowych oceny dokonano testem Chi2 [Stanisz 1998] . WYNIKI BADAŃ Na rys.1 przedstawiono wyniki gęstości nasypowej i utrzęsionej badanych surowców użytych do wytworzenia peletów przy wilgotności 8%. 250

216,88 182,15

gęstość [kg.m-3 ]

200 150

175,87

149,48

100 50 0 nasypowa

utrzęsiona S

SK

Rys. 1 – Uzyskane w trakcie badań wyniki gęstości nasypowej i utrzęsionej trocin sosnowych (S) oraz trocin sosnowych 90% i kory 10% (SK).

Gęstość nasypowa dla trocin sosnowych wynosiła 149,48 kg.m-3, natomiast 10% dodatek kory spowodował wzrost gęstości nasypowej o 32,67 kg.m-3. Gęstość utrzęsiona dla mieszanki składającej się trocin sosnowych i kory wyniosła 216,88 kg.m-3 i była wyższa o 23,3% w porównaniu do trocin sosnowych. Przeprowadzona analiza statystyczna testem t-Studenta wykazała statystycznie istotne różnice wartości średnich gęstości nasypowej pomiędzy trocinami sosnowymi a trocinami sosnowymi z dodatkiem kory (współczynnik istotności p=0,0001). Podobnie w przypadku gęstości

60


ISSN 1802-2391

utrzęsionej, przeprowadzona analiza statystyczna również wykazała statystycznie istotne różnice pomiędzy badanymi grupami (p=0,0005). Na podstawie przeprowadzonych analiz statystycznych dla których współczynnik istotności p <0,05 można stwierdzić, że dodatek kory ma wpływ na uzyskiwane wyniki zarówno gęstości nasypowej i utrzęsionej.

wytrzymałość mechaniczna (%)

100 99

97,84

98

97,87

97 95,69

96 94,51

95 94 93 92 91 S6

S8

SK6

SK8

Rys. 2 – Uzyskane w trakcie badań średnie wyniki wytrzymałości mechanicznej badanych peletów.

Na podstawie rysunku 2 można stwierdzić, że najwyższe średnie wartości wytrzymałości mechanicznej (przy wilgotności 10%) uzyskał pelet wytworzony z trocin sosnowych o średnicy 6 mm (97,8%) i średnicy 8 mm (97,9%). 10% dodatek kory do peletowanych trocin sosnowych spowodował obniżenie wyników wytrzymałości mechanicznej, zarówno dla peletów o średnicy 6 mm (93,5%) i 8 mm (94,7 mm). W tabeli 1 przedstawiono wartości współczynnika istotności p, pomiędzy wynikami wytrzymałości mechanicznych badanych peletów, uzyskanymi po statystycznej analizie wariancji Anova. Tabela 1 – Wartości współczynnika istotności, pomiędzy wynikami wytrzymałości mechanicznych badanych peletów po przeprowadzeniu statystycznej analizie wariancji Anova i testu Tukey’a.

Pelet S6 S8 SK6 SK8

S6 x 0,99385 0,00023 0,00023

S8 0,99385 x 0,00023 0,00023

SK6 0,00023 0,00023 x 0,00025

SK8 0,00023 0,00023 0,00025 x

Na podstawie tabeli 1 można stwierdzić, że nie ma statystycznie istotnych różnic pomiędzy uzyskanymi wynikami wytrzymałości mechanicznej dla peletów wytworzonych z trocin sosnowych (S6 i S8) o średnicy 6 i 8 mm (p> 0,05). Stwierdzono natomiast statystycznie istotną różnicę dla peletów o średnicy 6 i 8 mm wytworzonych z mieszanki trocin i kory (SK6 i SK8). Na podstawie tej analizy można stwierdzić, że zwiększenie otworów matrycy z 6 do 8 mm wpłynęło na wzrost wyników wytrzymałości mechanicznej dla peletów SK6 i SK8, natomiast takiego wpływ nie stwierdzono w przypadku peletowania trocin bez dodatku kory. Dodatek kory do peletowanych trocin wpływał na obniżenie wartości wytrzymałości mechanicznej, zarówno dla peletów o średnicy 6 i 8 mm, co potwierdziła analiza statystyczna (p<0,05). W tabeli 2 przedstawiono parametry długości badanych peletów.

61


ISSN 1802-2391

Tabela 2 – Parametry długości badanych peletów [mm].

Pelet S6 S8 SK6 SK8

min. 15,83 13,74 9,58 9,08

średnia 18,16 16,70 12,31 11,60

max. 21,08 21,40 15,17 15,18

odch. st. 1,67 2,71 1,71 2,01

Na podstawie tabeli 2 można stwierdzić, że największą średnią wartość długości (18,16 mm) uzyskał pelet wytworzony z trocin sosnowych (S6) o średnicy 6 mm, natomiast najmniejszą średnią wartość długości uzyskały pelety wytworzone z trocin i kory (SK8) o średnicy 8 mm (11,60 mm). Najmniejsze wartości odchylenia standardowego uzyskały pelety o średnicy 6 mm, co świadczy o ich najbardziej jednorodnych wymiarach długości. Wśród peletów o większych średnicach ich długości są bardziej zróżnicowane, co może być spowodowane pękaniem i łamaniem. W tabeli 3 przedstawiono parametry średnicy badanych peletów. Tabela 3 – Parametry średnicy badanych peletów [mm].

Parametry średnicy [mm] min. średnia max. odch. st. S6 6,11 6,27 6,49 0,10 S8 8,20 8,36 8,57 0,12 SK6 6,09 6,18 6,34 0,08 SK8 8,14 8,19 8,45 0,09 Na podstawie tabeli nr 2 można stwierdzić, że różnica pomiędzy minimalną a maksymalną średnicą peletu wytworzonego z trocin sosnowych w peleciarce o średnicy matrycy 6 mm wynosiła 0,38 mm, natomiast dla peletu wytworzonego z trocin sosnowych z dodatkiem kory w tej samej matrycy różnica ta wyniosła 0,25 mm. Najmniejsze wartość odchylenia standardowego uzyskano dla peletów SK6 (0,08 mm) i SK8 (0,09) co świadczy o ich najbardziej jednorodnych średnicach. W tabeli 4 przedstawiono procentowy udział peletów z pęknięciami. Pelet

Tabela 4 – Procentowy udział peletów z pęknięciami.

Pelet S6 S8 SK6 SK8

poprzeczne 21 29 32 31

Pęknięcia [%] wzdłużne mieszane 9 8 12 7 20 10 16 11

razem 38 48 62 58

Przeprowadzone badania dotyczące określenia ilości peletów z pęknięciami (tab. 4) wykazały, że dodatek kory dla peletów o średnicy 6 mm wpłynął na wzrost ilości pęknięć o 24%. Dla peletów o średnicy 8 mm dodatek kory wpłynął na zwiększenie ilości pęknięć o 10%. W trakcie procesów produkcyjnych należy dokonywać określenia ilości pęknięć, ponieważ ich zwiększenie może powodować łamania. Przeprowadzona analiza statystyczna testem Chi2 nie wykazała statystycznie istotnych różnic w ilości pęknięć badanych peletów. WNIOSKI • Dodatek kory do trocin sosnowych w ilości 10% spowodował wzrost gęstości nasypowej z 149,48 kg.m-3do 175,87 kg.m-3.

62

zvláštní vydání časopisu Komunální technika • • • •

ISSN 1802-2391

Najwyższe wyniki wytrzymałości mechanicznej 97,9% uzyskał pelet wytworzony z trocin sosnowych w matrycy o średnicy 8 mm, Natomiast najmniejsze (94,5%) uzyskał pelet z trocin sosnowych z dodatkiem kory o średnicy 6 mm. Zastosowanie matrycy o średnicy otworów 8 mm, umożliwia wyprodukowanie peletu o wyższych wartościach wytrzymałości mechanicznej w porównaniu do matrycy o średnicy otworów 6 mm. Peletowana kora z trocinami sosnowymi powoduje uzyskanie peletów o krótszych długościach. W badanych peletach nie stwierdzono statystycznie istotnych różnic w ilości pęknięć.

Bibliografia: European Standard. EN 14774-3:2009, Solid biofuels. Determination of moisture content. Oven dry method – Part 3: Moisture in general analysis sample. European Standard. EN 15210-1:2009, Solid biofuels – Determination of mechanical of pellets and briquettes – Part 1: Pellets. European Standard. EN 16127:2012, Solid biofuels - Determination of length and diameter of pellets. European Standard. EN15103:2009, Solid biofuels - Determination of bulk density. FILBAKK T., RAIDA J., NURMI J., HØIBØ O. 2011. The effect of bark content on quality parameters of Scots pine (Pinus sylvestris L.) pellets, Biomass and Bioenergy 35 (2011) s. 3342-3349. GUS, 2012. Leśnictwo 2012, GUS - Główny Urząd Statystyczny, Warszawa, ISSN 1230-574X. HEJFT R. 2002. Ciśnieniowa aglomeracja materiałów roślinnych, Wyd. ITE w Radomiu. ISBN. 83-7204-251-9. STANISZ A. 1998. Przystępny kurs statystyki w oparciu o program Statistica PL na przykładach z medycyny, Statsoft Polska Kraków, ISBN 83-904735-4-2 TUMULURU J. S., SOKHANSANJ S., LIM C. J., BI T., LAU A., MELIN S., SOWLATI T., OVEISI E. 2011. Quality of wood pellets produced in British Columbia for export. Applied Engineering in Agriculture 26(6): s.1013-1020. Adres do korespondencji: Marek Rynkiewicz Katedra Budowy i Użytkowania Urządzeń Technicznych Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie ul. Papieża Pawła VI 3 71-459 Szczecin [email protected]

63


ISSN 1802-2391

LOWERING OF THE QUANTITY OF AMMONIA EMISSIONS PRODUCED IN AGRICULTURAL POULTRY-RAISINGS BY MEANS OF TECHNOLOGY OF ELECTROLYTICALLY MODIFIED WATER SNÍŽENÍ MNOŽSTVÍ EMISÍ AMONIAKU PRODUKOVANÉHO V ZEMĚDĚLSKÝCH CHOVECH DRŮBEŽE POMOCÍ TECHNOLOGIE ELEKTROLYTICKY UPRAVENÉ VODY DOLAN ANTONÍN1 , BARTOŠ PETR1,2, ŠŤASTNÁ JANA1, WOLLNER ANTONÍN1 Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky, Studentská 13, 370 05 České Budějovice, Česká republika 2 Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Pedagogická fakulta, Katedra aplikované fyziky a techniky, Jeronýmova 10, 371 15 České Budějovice, Česká republika 1

Abstract The reference document IPPC – Integrated prevention and restriction of pollution BREF – (EUROPEAN COMMISSION, JOINT RESEARCH CENTRE, 2001) sets obligatory limits for emissions of gases being released into the atmosphere as a result of intensive agricultural and industrial production. In this contribution, the experimentally found ammonia emissions of NH3 produced by intensive fattening of chickens (broilers) on a deep bedding are compared, respectively partly in referential raising where the animals are watered by common water, and in experimental raising where the animals were watered by electrolytically modified water (EOW – Elektrolyzed Oxydizing Water). BREF sets for this case an emission limit of 0.005 – 0.11 kg of NH3 per one piece and year. The experimentally set average value was in referential halls of 0.057 kg.pc-1.year-1 and in experimental sections of 0.052 kg.pc-1.year-1. The measured values are situated c. in the middle of the stated interval and fulfil thus the obligatory limits. As for the evaluation of effects of electrolytically modified water during the fattening of chickens for lowering of NH3 emissions, it can be stated that the found average value of production specific emissions during the use of EUV dropped at all monitored years. Keywords:

gas emissions, ammonia, poultry, EOW

Souhrn Referenční dokument EK o IPPC – Integrovaná prevence a omezení znečištění BREF – (EUROPEAN COMISION, JOIN RESEARCHCENTRE, 2001) stanoví závazné limity pro emise plynů vypouštěných do ovzduší v důsledku intenzivní zemědělské a průmyslové výroby. V tomto příspěvku jsou porovnány experimentálně zjištěné emise amoniaku NH3 produkované intenzivním výkrmem kuřat (brojlerů) na hluboké podestýlce, a to jednak v referenčním chovu, kde jsou zvířata napájena běžnou vodou, a v experimentálním chovu, kde byla zvířata napájena vodou elektrolyticky upravenou (EUV – Elektrolyticky upravená voda). BREF pro tento případ stanovuje emisní limit 0,005 – 0,11 kg NH3 na jeden kus a rok. Experimentálně stanovená průměrná hodnota byla v referenčních halách 0,057 kg.ks-1.rok-1 a v experimentálních sekcích 0,052 kg.ks-1.rok-1. Naměřené hodnoty se nacházejí cca ve středu uvedeného intervalu a splňují tak závazné limity. K vyhodnocení účinků elektrolyticky upravené vody při výkrmu kuřat na snížení emisí NH3 lze konstatovat, že zjištěná průměrná hodnota výrobních měrných emisí při využití EUV ve všech sledovaných letech poklesla. Klíčová slova: emise plynů, amoniak, drůbež, EUV ÚVOD

Problematika snižování objemu emisí zátěžových a skleníkových plynů vypouštěných do atmosféry v důsledku lidské činnosti je globálním problémem několika posledních desetiletí. Závazné dokumenty ukládají členským státům používat takové technologické postupy, které umožní dodržení stanovených emisních limitů. V řadě států se daří díky těmto nařízením množství 64


ISSN 1802-2391

vypouštěných emisních plynů dokonce snižovat. Jako problematické se v tomto směru jeví země s prudkým rozvojem průmyslu, jako je Čína, Indie a některé africké státy, kde prudce roste zejména produkce nejvýznamnějšího skleníkového plynu oxidu uhličitého. Základním dokumentem pro ochranu ovzduší závazným pro členské státy Evropské unie je Směrnice Rady 96/61/EC (IPPC). Do legislativy České republiky byl tento dokument implementován zákonem č. 76/2002 Sb., o integrované prevenci a omezování znečištění, ve znění pozdějších předpisů. Vedle tohoto dokumentu Evropská komise připravuje a vydává referenční dokumenty nejlepších dostupných technik, tzv. dokumenty BREF (Best Available Technique Reference Documents), které byly připraveny týmy odborníků sdružených v technických pracovních skupinách Evropské kanceláře IPPC v Seville. Na téma této práce se pak vztahuje kategorie 6.6.: Zařízení pro intenzivní chov drůbeže s prostorem pro více než 40 000 kusů drůbeže, přičemž zdroje znečištění jsou rozděleny do několika skupin podle celkové roční emise amoniaku. Větší zemědělské podniky podléhají Integrovanému povolení (dle dokumentu IPPC) a emise těchto plynů jsou u nich sledovány. Dosud za překročení stanovených limitů nic neplatí, ale do budoucna se předpokládá, že budou nuceni nakupovat emisní povolenky obdobně, jako je tomu například u velkých producentů CO2 (elektrárny, teplárny, železárny a další). Elektrolyticky upravená voda je univerzální a ekologicky šetrný biocidní přípravek, který je možné použít na všech úrovních desinfekce a sanitace. Pro využití v chovech hospodářských zvířat lze EUV vyrábět například pomocí zařízení Envirolyte z nasyceného roztoku chloridu sodného zředěného pitnou vodou. Elektrochemicky vytvořená forma aktivního chlóru (roztok kyseliny chlorné) je produkována z běžné kuchyňské soli a pitné vody při působením elektrického proudu ve speciálním membránovém reaktoru (ENVIROLYTE, 2008). Generováním ionizované formy aktivního chlóru (roztoku ANK) se napodobuje technologie lidského imunitního systému přirozené obrany proti mikrobům. Technologie EUV používá celá řada zemědělských podniků. Vstupní investice na pořízení nezbytného vybavení a úpravy technologie chovu dosahují částky cca 260 tisíc korun. MATERIÁL A METODIKA Experimentální měření se uskutečnila v letech 2010 až 2013. Měření bylo provedeno podle závazné metodiky MZe ČR (JELÍNEK et al., 2011), v určených dnech a vybraných referenčních a experimentálních halách společnosti Tagrea Čekanice u Tábora. Pro měření koncentrací NH3, CO2, N2O, CH4 a H2S a dalších zátěžových a skleníkových plynů byl použit přístroj INNOVA 1412 Photoacustic Multi-gas Monitor dánské firmy LumaSense Technologies A/S, Ballerup s vícekanálovým vzorkovacím a dávkovacím zařízením 1309 D Multipoint Samplet. Teplota haly, tlak a relativní vlhkost byla měřena přístrojem Commeter D4141 od společnosti COMET SYSTÉM s.r.o. se sídlem v Rožnově pod Radhoštěm. Společnost Tagrea Čekanice u Tábora provozuje farmu pro chov více jak 470 tisíc kusů kuřat na maso (výkupní hmotnost jatečních zvířat je v průměru 1,6 kg). Odchov probíhá v devíti halách s celkovou užitnou plochou 22 440 m2. Stelivový materiál se přiváží suchý volně ložený a po podlaze haly se rozhrnuje ručně na celou podlahovou plochu haly ve vrstvě cca 5 až 10 cm. Technologie krmení je založena na krmných linkách, které jsou zásobovány krmnou směsí prostřednictvím dopravníků. Krmné linky jsou zavěšeny na stropní konstrukci a jejich výška od podlahy je regulována v závislosti na stáří a velikosti zvířat Technologie napájení zajišťuje dostatek čerstvé pitné vody od počátku výkrmu. Pro vytápění jsou instalovány v halách topné horkovzdušné plynové agregáty. Chlazení a zvlhčování vzduchu v hale se provádí tryskovým chladicím zařízením. Osvětlení je zabezpečeno osazením plynule regulovatelných zářivek. U ventilace je přívod vzduchu zajišťován sto sedmnácti přívodními klapkami, jejichž celková plocha činí 23,02 m2. Odvod vzduchu je zabezpečen pomocí osmi stropních ventilátorů o celkovém výkonu 120.400 m3.h-1. Při zvýšení nároků na ventilaci je možné použít dalších osm štítových ventilátorů, čímž se celkový výkon ventilátorů navýší na hodnotu 387.568 m3.h-1. VÝSLEDKY A DISKUZE Termíny jednotlivých měření jsou uvedeny v tabulce 1. V roce 2012 nebylo provedeno měření v experimentální hale z důvodu poruchy na zařízení Envirolyte. Měření probíhala ve

65


ISSN 1802-2391

spolupráci s VÚZT Praha v.v.i. a také v rámci diplomových prací studentů Katedry zemědělské, dopravní a manipulační techniky ZF JU v Č. Budějovicích. U všech měření byl sledován aktuální počet zvířat a jejich průměrná hmotnost, měření probíhala vždy těsně před vyskladněním na porážku. Výsledné vypočtené hodnoty měrných výrobních emisí jsou uvedeny v tabulce 2. Tabulka 1 – Termíny měření

Referenční skupina Rok 2010

2011

Experimentální skupina

Číslo haly

Termín 25.-26.5.2010 6.-7.9.2010 15.-16.2.2011 24.-25.3.2011 12.-13.4.2011 27.-28.7.2011

1

1

Termín 27.-28.5.2010 8.-9.9.2010 15.-16.2.2011 24.-25.3.2011 12.-13.4.2011 27.-28.7.2011

Číslo haly

Pozn.

4

Ve spolupráci s VÚZT Praha v.v.i.

4

Ve spolupráci s VÚZT Praha v.v.i.

2012

9.-10.1.2012

2

neměřilo se

neměřilo se

2013

9.-10.1.2013

2

10.-11.1.2013

4

Pro účely BP (PRAŽMA, 2012) Pro účely BP (KUBÁŃ,2013)

Tabulka 2 – Měrné výrobní emise amoniaku [kg.ks-1.rok-1]

Rok

Experimentální hala

Referenční hala

2010

0,06

0,07

2011

0,08

0,09

2012

neměřilo se

0,04

2013

0,015

0,028

Průměr

0,052

0,057

Hodnoty zjištěných koncentrací měrných emisí NH3 zjištěné v jednotlivých letech vykazují rozdíly mezi daty z experimentální haly, kde byla EUV využívána, v porovnání s daty z referenční haly, kde byla využívána pouze obyčejná voda. Statisticky se však nepodařilo vliv EUV na snížení emisí amoniaku do ovzduší prokázat. Odchylky mezi zjištěnými hodnotami mohou být způsobeny mnoha vnějšími vlivy, jako je průměrná venkovní teplota nebo zvýšený výkon ventilace. Ten se zřejmě výrazně uplatnil především v posledním roce měření, kdy byly zjištěné hodnoty v celém souboru nejmenší. Dle referenčního dokumentu EK o IPPC (BREF - EUROPEAN COMISION, JOIN RESEARCH CENTRE, 2001) se stanoví závazné limity pro emise plynů do ovzduší, zejména amoniaku NH3. Pro náš případ ustájení na hluboké podestýlce u výkrmu kuřat na maso (brojlerů) udává limit ve výši 0,005 – 0,11 kg.ks-1.rok-1. V této práci naměřená průměrná hodnota byla v referenčních halách 0,057 a experimentálních 0,052 kg.ks-1.rok-1, tedy hodnoty ze středu uvedeného rozmezí. Limitní hodnoty jsou tedy jak v referenční, tak v experimentální hale splněny. ZÁVĚR K vyhodnocení účinků EUV při výkrmu kuřat na maso lze konstatovat, že u množství výrobních měrných emisí amoniaku za celé sledované období nebyl shledán statisticky významný rozdíl mezi daty naměřenými v experimentální hale, kde byla EUV využívána, v porovnání s daty naměřenými v referenční hale, kde byla využívána pouze obyčejná voda. Statisticky se nepodařilo vliv EUV na snížení emisí amoniaku do ovzduší prokázat. Pro získání relevantnějších závěrů by však byla nutná delší časová řada měření s možností eliminovat vliv většiny vnějších parametrů.

66


ISSN 1802-2391

Literatura: ENVIROLYTE (2008): Popis přístroje, využití, technologie, http//www.envirolyte.cz/products/produkt1 „staženo 20.1.2014“ EUROPEAN COMISION, JOIN RESEARCH CENTRE: Integrovaná prevence a omezování znečištění (IPPC). Referenční dokument BAT (BREF). Intenzívní chov drůbeže a prasat. Překlad originálu 2. návrhu z července 2001. Praha, 2001, dostupné z:www.ippc.cz/obsah/viewtopic.php?t=39 „staženo 25.1.2014“ JELÍNEK A., DOLAN A., VÁVRA V., (2011): Metodika měření emisí amoniaku (NH3) a oxidu uhličitého (CO2) v chovech drůbeže ve vztahu k integrované prevenci a omezení znečištění (dále jen IPPC), Závazná metodika pro MZe ČR. JČU v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky. 15 s. KUBÁŇ S. (2013): Měření a vyhodnocení produkce emisních plynů ve vybraném provozu chovu drůbeže a návrhu na jejich snižování při využití nanotechnologie. [Bakalářská práce], České Budějovice 2013, 80 s. JU v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky. PRAŽMA F. (2012): Měření a vyhodnocení produkce emisních plynů ve vybraném provozu s chovem drůbeže. [Bakalářská práce], České Budějovice 2012, 64 s. JU v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky. Problematika byla řešena v rámci Výzkumného projektu MZe ČR QH 72134 a jako bakalářské a diplomové práce na JU v Českých Budějovicích, Zemědělské fakultě. Měřící přístoje jsou majetkem BAT centra JU. Kontaktní adresa: Ing. Antonín Dolan Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační technily, Studentská 13, 37005 České Budějovice Tel. +420387772638, GSM +420603513679 e-mail: [email protected]

67


ISSN 1802-2391

ANALYSIS OF TACTRO OPERATIONAL DATA DURING FORAGE HARWESTING HODNOCENÍ PROVOZU TRAKTORU PŘI PRÁCI SE SBĚRACÍM VOZEM JAN DOVOL, PETR ŠAŘEC Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta

Abstract Telematics become more and more common thing especially on bigger farms. The main reason for using this systems is easier control over operational costs. This text aims to analyse tractor operational data related with forage harvesting with forage wagon. Evaluation was based on information obtained from telematics system installed on tractor. Keywords:

telematics, tractor, forage harvesting, operating time structure

ÚVOD

V současné době je i v běžné praxi stále častější sledování strojů pomocí různých telematických systémů. Hlavním důvodem pro toto sledování bývá snaha o úsporu nákladů při provozu techniky. Potenciální úspory plynou z několika oblastí, jedná se o evidenci spotřeby pohonných hmot a tudíž odhalení případných krádeží, odhalení neproduktivních časů nebo dokonce i jejich příčin, dohled nad obsluhou z hlediska zacházení se strojem, snazší plánování servisu strojů a možné omezení servisem způsobených prostojů, optimalizace organizace činnosti techniky. V tomto textu bude ukázáno, k čemu lze dojít při analýze dat o provozu stroje z takovéhoto systému. MATERIÁL A POUŽITÉ METODY Hodnocen byl traktor Zetor Forterra 125 agregovaný se sběracím vozem Pöttinger Europrofi 5000 L v podzimním období při sběru poslední seče jetele a trvalých travních porostů. Poslední seč se prováděla jako součást údržby porostu před zimou a sklizená hmota byla použita do kompostu. Jmenovitý výkon traktoru činí 90 kW, jmenovité otáčky 2 200 min-1,maximální přeběhové otáčky 2 460 min-1, volnoběžné otáčky 800 ± 25 min-1. Maximální točivý moment 525 N∙m při 1 480 min-1. Maximální výkon je dosažen při 1 800 min-1. Sběrací vůz vyžaduje otáčky vývodového hřídele traktoru 1 000 min-1, ty traktor dosahuje při 1 950 min-1. [3] K záznamu dat bylo použito zařízení zapůjčené VÚZT Praha Ruzyně (Ing. Karel Kubín, Ph.D.), toto zařízení zaznamenává na paměťovou kartu údaje z GPS, údaje o spotřebě (dvoukomorový průtokoměr) a otáčkách motoru (vlastní senzor), a to v intervalu 5 s. Přičemž záznam dat je spouštěn při spuštění zapalování. Mimo rozsah tohoto článku byla ověřována shoda použitého průtokoměru s cejchovaným výdejním stojanem na naftu a byl zjištěn rozdíl 1% za období 3 měsíců. Průtokoměr zaznamená 321 pulzů na spotřebovaný litr. Uvedená činnost probíhala po dobu 10 dní. Jak se ukázalo, občas docházelo ke krátkým výpadkům záznamu na kartu, přesto že se jednalo o výpadky v řádu minut až desítek minut maximálně jednou za směnu, byly tyto dny vyřazeny. Analýze tedy bylo podrobeno celkem 6 dní. Z těchto dní byly 4 se standartní pracovní dobou, 1 se směnou delší než 8 h a 1 s poloviční směnou (pouze odpoledne). [1][3] Sledována byla struktura času. Byly rozlišeny tyto dílčí časy: čas práce, čas přejezdu, čas prostoje – motor v chodu, čas prostoje – motor vypnut, čas údržby a čas přestávek. Čas práce byl definován jako doba, po kterou byla souprava v provozu na pozemku nebo přepravovala hmotu na kompost. Čas přejezdu tvoří doba přepravy z areálu firmy na pozemek a opačně. Čas prostoje motor v chodu tvoří čas, kdy byl motor ponechán v chodu zcela bezdůvodně (určeno podle polohy soupravy, např. obchod s potravinami). Čas prostoje – motor vypnut je část disponibilní doby mimo přestávek, po kterou nebyla souprava vůbec v provozu. Čas údržby je čas, kdy byl motor v chodu v oblasti dílen firmy, tudíž se teoreticky mohlo jednat o činnost spojenou s údržbou. Čas přestávek je doba, po kterou měl řidič nárok na přestávku. Standartní pracovní směna začíná v 7:00 a končí v 15:45 s tím, že řidiči mají nárok na 45 min přestávky (teoreticky rozdělené do dvou 68


ISSN 1802-2391

přestávek 15 min a 30 min). V případě směny delší než uvedených 8 h 45 min bylo počítáno dalších 15 min na přestávky. Pro poloviční směnu nebyly přestávky zahrnuty do celkového časového fondu. [1] Otáčky jsou sledovány indukčním čidlem a jsou snímány z řemenice na klikovém hřídeli motoru, přitom dva pulzy tvoří jednu otáčku. Získané hodnoty byly roztříděny do intervalů (dolní hranice patří do uvedeného intervalu a hodnota horní hranice je součástí následujícího): 0 min-1; 1600 min-1; 600-800 min-1; další intervaly jsou po 200 min-1 až do intervalu 2 200-2 400 min-1, poslední interval je 2 400 min-1 a více. Byly vytvořeny histogramy četností jednotlivých intervalů otáček k jednotlivým pracovním úsekům. VÝSLEDKY A DISKUSE Histogramy četností jednotlivých intervalů otáček jsou zobrazeny na Obrázku 1. Histogramy lze použít zároveň jako kontrolu správnosti určení časových úseků.

Obrázek 1 – histogramy četností intervalů otáček pro jednotlivé činnosti

Je zřejmé, že po dobu prostoje a údržby byl motor v chodu na volnoběh. Zastoupeny jsou intervaly 600-800 min-1 a 800-1 000 min-1, přitom po dobu údržby je výrazněji zastoupen i druhý uvedený interval, příčinou je, že doba údržby na začátku směny souvisí i se startem studeného traktoru a obsluha nechává nastavené vyšší otáčky, aby se motor rychleji ohřál. Pro přejezdy a pracovní činnost by zastoupení intervalů pod 1 000 min-1 mělo být minimální. Z podrobnější analýzy vyplynulo, že pokud při práci nedojde k problému tak intervaly pod 1 000 min-1 jsou zastoupeny méně jak 2% celkové četnosti otáček. Vyšší zastoupení tohoto spektra otáček při pracovní činnosti pak značí nějaký problém, například zacpání vkládání atd. přičemž obsluha při jeho odstranění ponechává motor v chodu. Při přejezdech by také měly být četnosti těchto intervalů otáček minimální. Obdobně pak lze určit intervaly 2 200-2 400 min-1 a více jak 2 400 min-1 jako oblast zcela nevhodnou pro provoz motoru traktoru, potažmo celé soupravy. Motor je vybaven klasickým řadovým vstřikovacím čerpadlem a od 2 200 min-1 začíná zasahovat regulátor, klesá výkon a dramaticky roste měrná spotřeba. Mimo to při 1 950 min-1 motoru je dosažen 1 000 min-1 na vývodovém hřídeli. Interval nad 2 400 min-1 by pak neměl být 69


ISSN 1802-2391

zastoupen vůbec. Při práci by měly být nejvíce zastoupeny otáčky od 1 800 do 2 000 min-1. Což plyne z požadavku na otáčky vývodového hřídele. Otáčky motoru 1 800 až 2 000 min-1 odpovídají 923 až 1 026 min-1 otáčkám vývodového hřídele. Tento interval lze považovat za optimální. Pro přejezd je odpovídající maximální zastoupení otáček v rozmezí 1 400 až 2 200 min-1. Vzhledem k tomu že jako práce je označena i přeprava hmoty na kompost, tak je tím ovlivněna i četnost intervalů otáček. Při pracovní činnosti i přepravě je motor provozován ve zbytečně vysokých otáčkách, což se musí nutně odrazit na spotřebě nafty, mimo toho je často provozován nad přeběhovými otáčkami což se po delší době pravděpodobně projeví na životnosti agregátu. Jelikož hodnota otáček je stanovena jako počet pulzů za 5 s a pak přepočtena na otáčky za minutu, tak mohlo dojít ke krátkodobému dosažení i podstatně vyšší nebo nižší hodnoty. [3] Na Obrázku 2 je znázorněn procentuální podíl jednotlivých časů na celkovém čase. Jak již bylo zmíněno, jedná se o 4 standartní výše popsané směny, jednu prodlouženou směnu do 16:30 a jednu zkrácenou, tj. od 11:45 do 15:45.

Obrázek 2 – struktura času

Je zřejmý velký podíl prostojů, údržby a přejezdů. Pokud bude na údržbu uvažováno 30 min, což odpovídá 6,25% z celkové doby pracovní směny, pak je zřejmé, že takřka 20% pracovní doby není efektivně využito. Za další není objektivní důvod k tomu, aby po celou dobu údržby byl motor v chodu. Rovněž 14,5% které činí doba přejezdu na pozemky je poměrně značná, což je dáno jednak vzdáleností pozemků, tak tím že část přejezdů souvisí právě s prostoji což lze odvodit ze záznamu pohybu. Svůj podíl tvoří i organizační nedostatky. Rovněž spotřeba nafty byla rozdělena na naftu spotřebovanou na práci, na přejezdy, při údržbě a při prostojích. Hodnoty jsou uvedeny v Tabulce 1. Tabulka 1 – spotřeba nafty za hodnocené období

spotřeba celkem spotřeba práce spotřeba přejezdy spotřeba prostoje spotřeba údržba

307,34 l 232,96 l 67,05 l 0,87 l 6,46 l

70

100% 75,80% 21,82% 0,28% 2,10%


ISSN 1802-2391

Další skupinu informací tvoří informace, které nelze získat pouhým zpracováním a tříděním dat podle určitého modelu. Jedná se právě o určení prostojů a jejich příčin, případně o pohyb strojů mimo relevantní území. Jako příklad může sloužit porovnání cesty na stejný pozemek ve dvou dnech. První trasou, kterou měl řidič používat, trvala jízda 39 min, traktor na přejezd spotřeboval 8,8 l nafty a ujel 20,0 km. Druhou trasou, kterou zvolil řidič sám, najela souprava 27,0 km, spotřeba byla 12,6 l a jízda trvala 57 min. Rozdíl mezi trasami je 18 min, 3,8 l a 7 km. Přitom ze třech jízd na tento pozemek byli dvě po delší trase a pouze jedna po prase kratší. Zpět do areálu se řidič vracel jinou trasou přímo od kompostu – vždy stejnou. ZÁVĚR Sledováním stroje bylo zjištěno několik skutečností, které negativně ovlivňují náklady na prováděnou operaci. Výrazné jsou nedostatky ve využití pracovní doby a v nevhodném provozování stroje. K diskusi je také to, zda by nebylo výhodnější provozovat soupravu na delší směnu a to vzhledem ke vzdálenosti některých pozemků. Obsluha traktoru nevyužívá efektivně minimálně 18,8% pracovní doby – prostoje (s motorem v chodu i s vypnutým motorem). Vyjádříme-li ztrátu pomocí ceny služby bez pohonných hmot, pak normativní cena činí 511 Kč·h-1 bez DPH, pak ztráta činí 3 815 Kč bez DPH (prostoj 7,47 h za sledovaných 6 dní). Obsluha ponechává při údržbě a odstraňování problémů motor zbytečně v chodu. Spotřeba za čas označený jako údržba je 6,46 l, po připočtení spotřeby z prostojů je hodnoto spotřeby 7,33 l, při ceně 28 Kč·l-1 to odpovídá 205 Kč. Další zvýšení nákladů nevhodnou volbou trasy po dva dny můžeme obdobně vyjádřit jako 306 Kč za čas a 212 Kč za pohonné hmoty. Snížení životnosti motoru lze pouze těžko přesně finančně vyjádřit. Minimální odhalená potenciální úspora činí 4 358 Kč za 6 sledovaných dní. Ve skutečnosti by mohlo dojít k ještě vyšší úspoře, pokud by obsluha neponechávala motor v chodu zbytečně dlouho při odstraňování některých problémů. Pokud by se jednalo o sklizeň za účelem produkce krmiva, pak by náklady na nevyužitý čas odpovídaly ještě nedodržení dodržení agrotechnické lhůty a tím možnému poklesu kvality krmiva. [1][2] Sledování provozu samotné nepřineslo žádnou úsporu, naopak vytváří náklady, ale odhalilo možnou úsporu, které lze dosáhnout při zlepšení organizace a práce obsluhy. Na základě toho se dá předpokládat, že obdobné nedostatky by se prolínaly celou sezónou a tak teoretická potenciální úspora může dosáhnout částky mnohem vyšší. Literatura: [1] ŠAŘEC, P. ; ŠAŘEC, O. Využití mobilních strojů - podklady k přednáškám a cvičením, Praha : ČZU, 2007, 99 s, ISBN 978-80-213-1681-2. [2] KAVKA, M. et al. Výběr z normativů pro zemědělskou výrobu ČR, Praha : ÚZPI, 2008, . 301, ISBN 978-80-213-1701-7. [3] Návod k obsluze a údržbě Zetor Forterra 95 105 115 125, Brno: Zetor Trade s.r.o., 2009, 196 s Kontaktní adresa: Ing. Jan Dovol doc., Ing Petr Šařec, Ph.D. Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta, Katedra využití strojů, Kamýcká 129, 165 21 Praha

71


ISSN 1802-2391

THE CLASSIFICATION OF PENETRATION RESISTANCE OF SOIL IN INTERROW OF VINEYARDS IN RELATION TO TECHNOLOGICAL PROCEDURE HODNOTENIE PENETRAČNÉHO ODPORU PÔDY V MEDZIRADIACH VINÍC S OHĽADOM NA POUŽÍVANÝ TECHNOLOGICKÝ POSTUP JURAJ FERIANC, PATRIK BURG MENDELU v Brně, Zahradnická fakulta, Ústav zahradnické techniky

Abstract The article deal with the evaluation of soil penetration resistance in the interrow in vineyards. Documentation for evaluation were obtained by measuring over three seasons (Fall 2011, Spring 2012, Fall 2012) and the three experimental places (Lednice, Valtice, Velké Bílovice), in what at each experimental station was conducted 25 measured at depths from 40 to 520 mm, and in rail track and middle grassed and cultivated between line. As controls were performed measuring the axis line between grapes bushes. The results show that the axis line penetration resistance values ranged from 1,4 to 3,6 MPa, the rail track from 1,3 to 5,6 MPa, and in the middle between line 0,9 to 4,9 MPa. The work proves unsatisfactory condition of soils in all three tested vineyards. Key words:

soil compaction, penetration resistence, penetrometer, soil cultivation

Abstrakt Článok sa zaoberal hodnotením penetračného odporu pôdy v medziradiach vinohradov. Dokumentácia pre hodnotenie bola získaná meraním v priebehu troch sezón (jeseň 2011, jar 2012, jeseň 2012) a na troch experimentálnych stanovištiach (Lednice, Valtice, Velké Bílovice), pri čom na každom pokusnom stanovišti bolo vykonaných 25. meraní v hĺbke 40 - 520 mm, a to v koľajovej stope a strede zatrávneného a kultivovaného medziradia. Ako kontrolne bolo vykonané meranie v osi riadku medzi jednotlivými krami. Výsledky ukazujú, že hodnoty penetračného odporu pôdy sa v ose riadku pohybovali v rozmedzí 1,4 – 3,6 MPa, v koľajovej stope 1,3 – 5,6 MPa a v strede medziradia 0,9 – 4,9 MPa. Práca poukazuje na nevyhovujúci stav pôd vo všetkých troch testovaných vinohradoch. Kľúčové slova:zhutnenie pôdy, penetrační odpor pôdy, penetrometer, spracovanie pôdy ÚVOD

Početné výskumné poznatky (ŠAŘEC, HUDÍK, PROŠEK; 1998, SVOBODA, ZEMÁNEK; 2005) poukazujú stále častejšie na súčasný kritický stav poľnohospodárskej pôdy, u ktorej sa v rôznom rozsahu prejavuje pôdne zhutnenie. Tento trend je najviac znateľný u trvalých výsadieb, medzi ktoré patria aj vinice. Vedľa nedostatočného prísunu organických hnojív do pôdneho prostredia je paradoxne jednou z hlavných príčin intenzifikácia vinohradníckej produkcie. Presné zisťovanie únosnosti pôdy v teréne je problematické. Závisí na mnohých premenlivých aj stálych faktoroch (vlhkosť, štruktúra, chemické zloženie, zrnitosť atd.). Rozšíreným a rýchlym spôsobom zisťovania prejazdnosti terénu je overovanie pomocou penetrometru (ULRICH, 2004). Štruktúra pôdy je definovaná vyváženými vzťahmi medzi základnými fyzikálnymi faktormi a má rozhodujúci vplyv na príjem vody, vzduchu a živín koreňovým systémom rastlín. Tento stav môže byť u intenzívne obhospodarovaných pôd narušený ich zhutňovaním, najmä častým využívaním mechanizácie (ŠAŘEC, HUDÍK, PROŠEK; 1998). Procesom zhutňovania, ktorý je v prvom rade vyvolávaný tlakom, sa zaoberala rada autorov (FIC, 1983; BERAN, 1990; ŠAŘEC, 1997; HŮLA, 1988 aj). Zhutnenie je kumulatívny proces, v ktorom sa sčítajú nepriaznivé vplyvy na pôdu. U tlakov s hodnotami nižšími než 0,10 MPa (za priaznivého vlhkostného stavu) možno počítať s vratnými zmenami, pri vyšších tlakoch môže dochádzať aj k nevratným zmenám, na ktorých sa môžu podieľať aj ďalšie faktory (SVOBODA, 2005). 72


ISSN 1802-2391

Cieľom príspevku je zhodnotenie penetračného odporu pôdy u rozdielnych pôdnych druhov v zatrávnenom a kultivovanom medziradí vinohradov. MATERIÁL A METODY Pokusné stanovištia Meranie penetrometrického odporu pôdy prebehlo na troch experimentálnych stanovištiach - Lednice, Valtice, Velké Bílovice v období 2010 – 2013. merania boli vykonané v piatich variantách (zatrávnená koľaj, zatrávnený stred, kontrola – osa riadku, čierny úhor koľaj, čierny úhor stred), pri čom v každej variante bolo vykonaných 25 meraní, hĺbka merania 520 mm. Pôdne podmienky na experimentálnych stanovištiach Na experimentálnom stanovišti Velké Bílovice ide o pôdu, ktorá je podľa bonitačnej pôdnej ekologickej jednotky (BPEJ) označovaná ako černozem modálna. Jedná sa o ťažké pôdy s ľahšou ornicou a ťažkou spodinou. Pôda bola so slabšou prímesou skeletu. Priemerný obsah vody v ornici bol 10,9% hmotnostných. Na stanovišti Valtice (pod Raistnou) sa podľa bonitačnej pôdnej ekologickej jednotky (BPEJ) ide o pôdu, ktorá je označovaná ako černozem pelická karbonátová. Jedná sa o pôdy na sprašiach, sprašových a svahových hlinách, stredne ťažké až ťažké, prevažne bez skeletu. Priemerný obsah vody v ornici bol 11,4% hmotnostných. Na stanovišti Lednice (Mendeleum) se jedná o pôdny typ, ktorý je podľa bonitačnej pôdnej ekologickej jednotky (BPEJ) označený ako 0.01.00, čo predstavuje černozem modálnu. Ide o pôdu ťažkú, bez skeletu, veľmi hlbokú, prevažne s priaznivým vodným režimom. V období merania sa na jednotlivých stanovištiach objemová vlhkosť pôdy pohybovala medzi 21–26%. Meracia aparatúra Pre posúdenie stupňa zhutnenia pôdy bol využitý penetrometer typu P-70, vyvinutý na Katedre využitia strojov (ČZU). Pri meraní sa vychádza z toho, že penetrační odpor je priamo úmerný hustote uloženia pôdnych častíc, a tiež že súvisí s objemovou hmotnosťou a s pórovitosťou pôdy. Penetrometria je najčastejšie doporučená ako vhodná diagnostická metóda pre zisťovanie zhutnených vrstiev v pôdnom profile. Pre určenie miest zo zhutneným podorničím možno vystačiť s porovnaním penetračných kriviek, alebo zo zisťovaním nápadne zvýšeného odporu pôdy v určitej hĺbke. Pre hlavné druhy pôd boli síce stanovené kritické hodnoty penetračného odporu z hľadiska zhutnenia, úprava týchto hodnôt podľa skutočnej vlhkosti pôdy a zvlášť zistenie tejto vlhkosti je možné uskutočniť iba pri podrobnom hodnotení výskumného charakteru (HŮLA, 1997). Metódy štatistického vyhodnotenia K vyhodnoteniu preukázateľnosti rozdielu medzi hodnotenými variantami bola použitá grafická metóda, konštrukcia konfidenčných intervalov rozmiestených okolo aritmetických priemerov, na hladine významnosti α = 0,05. Výhoda tejto metódy spočíva v možnosti porovnania veľkého počtu súborov z rôznych hľadísk. Uvedená metóda štatistického vyhodnotenia bola aplikovaná pomocou počítačového softwaru MS Excel. VÝSLEDKY A DISKUSIA Zo získaných výsledkov za trojročné obdobie (2010–2013) vyplýva, že sa hodnoty penetračného odporu pôdy líšia štatisticky u jednotlivých pokusných variant (Obrázok 1 – 3). Pri hodnotení penetračného odporu pôdy na všetkých troch stanovištiach, v koľajových stopách u zatrávneného medziradia bol zistený preukázateľný rozdiel v hĺbkach 80–120 mm a 320– 360 mm. Najväčšie hodnoty penetračného odporu boli namerané v koľajových stopách u zatrávnených medziradí. Rozdiely v nameraných hodnotách sa najviac prejavili do hĺbky 240 mm pod úrovňou terénu. Celkovo najvyššie hodnoty boli namerané na stanovišti 3 – Velké Bílovice (Obrázok 3). V nasledujúcich grafoch možno vidieť priemerné súhrnné hodnoty penetračného odporu pôdy pre experimentálne stanovištia Lednice, Valtice a Velké Bílovice za trojročné obdobie (2010–2013).

73


ISSN 1802-2391

Obrázok 1 – Stanovište Lednice Poznámka: 1)zatrávnené medziradie (koľajová stopa); 2)zatrávnené medziradie – stred; 3) kontrola - osa riadku; 4)čierny úhor - koľajová stopa; 5)čierny úhor – stred

Obrázok 2 – Stanovište Valtice Poznámka: 1)zatrávnené medziradie (koľajová stopa); 2)zatrávnené medziradie – stred; 3) kontrola - osa riadku; 4)čierny úhor - koľajová stopa; 5)čierny úhor – stred

Obrázok 3 – Stanovište Velké Bílovice Poznámka: 1)zatrávnené medziradie (koľajová stopa); 2)zatrávnené medziradie – stred; 3) kontrola - osa riadku; 4)čierny úhor - koľajová stopa; 5)čierny úhor – stred

74


ISSN 1802-2391

LHOTSKÝ (2000) uvádza, že sa pôdne zhutnenie prenáša do spodných hĺbok v menšej miere. Podobne tiež FIC (1983) popisuje prejavy zhutnenia, ktoré sú znateľne v pôdnom horizonte až do hĺbky 2 m, pri čom najviac sa prejavujú v hĺbkach 0,4–0,6 m. PEACOCK (1999) uvádza, že sa pôdne zhutnenie najviac prejavuje v koľajových stopách do hĺbky 45-60 cm na pôdach dostatočne zásobených vodou. Ako nápravu doporučuje pravidelné vykonávanie hĺbkového kyprenia viníc. NÉMETHY (2006) robil hodnotenie pôdneho zhutnenia na ľahkých piesočnatých pôdach v podmienkach Maďarska. Zo získaných výsledkov vyplýva, že v koľajových stopách dosiahlo pôdne zhutnenie 2,1–3,8násobne vyšších hodnôt ako v ose riadku. V medziradí vinice pri tom boli namerané hodnoty 1,2–1,5násobne vyššie. Podľa NÉMETHYHO (2006) môžu pôdopokryvné rastliny v určitých momentoch pôsobiť naopak negatívne. Príčinou je napr. vyššia vlhkosť pôdy, ktorá sa udržuje pod trávnym mulčom a podieľa sa na zvýšenom prenose kontaktných tlakov často aj do väčších hĺbok. Podľa HLUCHÉHO (2013) je príčinou vyššieho zhutnenia pôdy v koľajových stopách zatrávnených medziradí jeho častejšie využívanie pre prejazd mechanizačných prostriedkov, ktoré vykonávajú jednotlivé kultivačné zásahy za často nepriaznivých vlhkostných podmienok. Súčasne sa u zatrávnených medziradí nevykonávajú pravidelné zásahy spojené s spracovaním pôdy. ZÁVER Výsledky dokazujú negatívny dopad prejazdov mechanizačných prostriedkov na zhutnenie pôdy. Jednoznačne to potvrdzujú rozdiely v zhutnení pôdy v koľajových stopách a v strede medziradí na všetkých experimentálnych stanovištiach. Miera zhutnenia bola pritom vyššia u ľahších pôd. Pôdne zhutnenie v koľajových stopách, ktoré sa nachádzajú s ohľadom na pestovateľský systém vo vzdialenosti 0,20–0,50 m od osy riadku, zasahuje korene krov v oblasti príkmenného pásu, kde sú najviac rozšírené do hĺbky približne 0,80 m. Výsledky práce nepotvrdili predpoklad vplyvu zatrávnenia na zníženie pôdneho zhutnenia, ani nepreukázali zásadné rozdiely pôdneho zhutnenia u sledovaných technologických postupov. Znížiť mieru pôdneho zhutnenia zlučovaním pracovných operácii možno iba za predpokladu dôsledného dodržania všetkých agrotechnických opatrení, na viac je podmienené dostatočným výkonom motoru traktoru. Nemožno však opomínať skutočnosť, že na jednu stranu dôjde k zníženie počtu prejazdov medziradím viníc, ale na druhú stranu narastie celková hmotnosť súpravy (prenos tlaku do väčšej hĺbky). Obdobná je situácia spojená s požiadavkou na vybavenie traktoru kvalitnými pneumatikami a pohonom všetkých štyroch kolies. Určitým riešením, a súčasne trendy vo vyspelých vinohradníckych krajinách to potvrdzujú, je využívanie multifunkčných portálových nosičov, ktorých podvozky sa pohybujú stredom medziradia a priestor príkmenného pásu nezasahujú. Literatúra: BERAN, P. a kol., 1990: Vymezení mechanicko-fyzikálních negativních faktorů úrodnosti půd; (Výzkumná zpráva) Praha, 1987, VÚZZP, 28 s. FIC, V., 1983: Soustava mechanizace racionálního zpracování půdy ve středních sponech révy vinné; doktorská disertační práce, Brno: VŠZ. HLUCHÝ, M., 2013: Utužení půd našich vinic a možnosti řešení tohoto problému. Vinařský obzor: Odborný časopis pro vinohradníky, sklepní hospodářství a obchod vínem., roč. 2013, č. 78, s. 368-373. ISSN 1212-7884. HŮLA, J., et al., 1997: Zpracování pôdy. 1. vyd. Praha: Nakladatelství Brázda, s.r.o., 144 s. ISBN 80209-0265-1. HŮLA, J., 1998: Opatření k minimalizaci negativních vlivů zemědělské techniky na půdní prostředí. 1. vyd. Praha: Ústav vědeckotechnických informací pro zemědělství. LHOTSKÝ, J., 2000: Zhutňování půd a opatření proti němu; Praha: Ústav zemědělských a potravinářských informací, ISBN 80-7271-067-2 NÉMETHY, L., 2006: Alternative soil management for study vineyards. ISHS Acta Horticulturae 640: XXVI International Horticultural Congress: Viticulture – Living with Limitations, Hungari. PEACOCK, B., 1999: Managing Compacted Soils in Vineyards. January 26, 1999, Symposium on University of California Cooperative Extension – Tulare County 75


ISSN 1802-2391

SVOBODA, J., ZEMÁNEK, P., 2005: Sledování vlivu organické hmoty na půdní zhutnění v provozních podmínkách vinic na jižní Moravě. Workshop „Trendy ve výzkumu a vývoji strojů a technologií ve vinohradnictví“ ZF MZLU v Lednici, s.10–16. ŠAŘEC, O., HUDÍK, J., PROŠEK, V., 1998: Vliv mechanizace na zhutňování půd a měření zhutnění půdy. Mezinárodní konference – Řepařství 1998. sborník s. 157–161. Praha. ŠAŘEC, O., 1997: Vliv mechanizace na zhutňování půd a měření zhutnění půd. 4. mezinárodní veletrh zemědělské techniky TECHAGRO Brno., s. 138–140. ULRICH, R., 2004: Harvestorové technologie v lesním hospodářství v rámci programu SAPARD. Krátkodobý seminář pro odborné pracovníky. Praha: ČZU, 1. vyd. 49 s. ISBN 80-2131154-1 Kontaktná adresa: Ing. Juraj Ferianc, MENDELU v Brně, ZF, Ústav zahradnické techniky, Valtická 337, 691 44 Lednice, ČR, [email protected] Doc. Ing. Patrik Burg, Ph.D, MENDELU v Brně, ZF, Ústav zahradnické techniky, Valtická 337, 691 44 Lednice, ČR, [email protected]

76


ISSN 1802-2391

THE EFFECT OF SOWING QUALITY ON PRODUCTION OF OILSEED RAPE BIOMASS VPLYV KVALITY SEJBY NA TVORBU BIOMASY REPKY OLEJNEJ PAVOL FINDURA, JÁN TURAN1, JÁN JOBBÁGY, MAREK ANGELOVIČ, ZUZANA VALACHOVÁ, SOŇA FIANTOKOVÁ, ANNA KRAKOWIAK2, URSZULA ZIEMANCZYK2, KAZIMIER RUTKOWSKI2 1 Slovak University of Agriculture in Nitra, Department of Machines and Production Systems 2 University of Novi Sad, University of Agriculture in Krakow

Abstract The quality of sowing significantly affects the health of future vegetation and thus the amount of future yield. Oilseed rape at the high intensification of its production is potentially a profitable crop. The aim of this paper was to compare the seeders with continuous and intermittent sowing from the perspective of spatial distribution of seeds. The experimental measurements were performed on lands of Rišňovce agricultural company in accordance with the ISO 7256/1 and 7256/2 standards. For evaluation of the spatial distribution of seeds, a polygonal method was used. During the seeding, the same amount of specimens (160 000) and various inter-row distances were used for both seeders tested. The analysis of yield production components indicated more positive results for seeders with intermittent sowing. Keywords:

oilseed rape, sowing quality, seeder

ÚVOD

Kvalita sejby značne ovplyvňuje výšku budúcej úrody. Obzvlášť to platí pri sejbe malých semien repky olejnej (vzhľadom k AT termínu a pôdnej vlhkosti). Na klíčivosť a vzchádzavosť majú vplyv aj iné faktory, ako napríklad kvalita predsejbovej prípravy pôdy (Demo a kol., 1995). Dosiahnutie vysokej vzchádzavosti (min. 70 %), ako hlavného predpokladu výsevu repky a ľanu je vytvorenie optimálneho sejbového lôžka (Zubal, 1999). Pre normálny rozvoj rastlín je potrebné zabezpečiť pre ich výživu určitú plochu, ktorej veľkosť je závislá nielen od druhu rastliny, ale aj od miestnych podmienok jej pestovania. Základnou agrotechnickou požiadavkou je rovnomerné rozdelenie semien v pôdnej vrstve v požadovanom množstve a za podmienok, aby semeno nebolo výsevným mechanizmom poškodzované (Páltik, 1994). Pod pojmom kvalita rozmiestnenia osiva v pôde budeme rozumieť horizontálne (plošné) a vertikálne (hĺbkové) rozmiestnenie osiva v pôde. Je zrejmé, že kvalita rozmiestnenia osiva v pôde má bezprostredný vplyv na klíčenie, vzchádzavosť, využitie vegetačného priestoru, ale aj na použitie vhodnej techniky v rámci sejby, ošetrovania a zberu plodiny (Findura, 2005). Najbližšie k týmto požiadavkám má polygónová metóda. Využíva sa Delaunay triangulácia a Thiessenov alebo Voronoiov rozklad polygónov (Griepentrog, H., W. 1999). Uvedenou problematikou sa zaoberali aj iní autori (Kuruc, 2013). MATERIÁL A METÓDY Výskum sa realizoval na poľnohospodárskom podniku Agrodružstvo Rišňovce. V rámci uvedených meraní sme sa pokúsili porovnať rôzne spôsoby sejby polygónovou metódou. Pokúšali sme sa porovnať sejbu sejačiek s prerušovaným výsevom so sejačkou s plynulým výsevom. Metodiku práce môžeme rozdeliť: • sledovanie vlastností semien, • sledovanie pôdnych vlastností, • hodnotenie kvality sejby prostredníctvom tvarového faktora a reálnej plochy polygónov. Metóda pre popísanie kvality plošného rozmiestnenia semien, zohľadňuje plochu pripadajúcu na jedno semeno (rastlinu), pri zohľadnení parametrov pozdĺžneho rozloženia, vzdialenosti riadkov a výsevu. Popísaná polygónová metóda by mala umožniť porovnať rôzne

77


ISSN 1802-2391

spôsoby sejby definovaním jednotlivých priemerných plôch (životných priestorov) pre každú rastlinu. Keďže zisťovanie vzdialeností medzi semenami bezprostredne po sejbe je problematické, uskutočnili sme tento úkon až po vzídení rastlín, a to ich digitalizovaním a následnou analýzou obrazu.

Obrázok 1 – Algoritmus vyhodnocovania výsledkov (MALÝ, MAGA, 2006). Tabuľka 1 – Technické parametre sejačky Monopill S

7

4 1

6

5

3

Obrázok 2 – Výsevná jednotka sejačky Monopill S a jej výbava pre sejbu cukrovej repy: 1 - paralelogram, 2 - predné zatlačovacie koleso, 3 - radličková výsevná pätka, 4 - výsevné ústrojenstvo, 5 stredné zatlačovacie koleso, 6 - zahrňovač, 7 - zadné zatlačovacie koleso - konkávne koleso

78


ISSN 1802-2391

Pre merania sme použili sejačky využívajúce rôzne spôsoby sejby a pracujúce na rôznych princípoch práce. Bola použitá sejačka AMAZONE ED 300 s plynulým výsevom využívajúca valčekové výsevné ústrojenstvo. Druhou použitou sejačkou bola sejačka s prerušovaným výsevom Kverneland Accord Monopill S. Ide o mechanické naberanie semien s vnútorným plnením výsevných otvorov. Sejačka sa používa pre sejbu cukrovej repy a kukurice. Plocha pripadajúca na rastlinu popísaná polygónom je charakterizovaná: veľkosťou plochy, formou (tvarom), polohou rastliny (excentricitou). Veľkosť plochy pripadajúca na jednu rastlinu má veľký význam pre výšku poľnej vzchádzavosti a vývoj rastlín. Rovnaké výsevné množstvá majú za následok rovnakú priemernú veľkosť plochy. Bolo dokázané, že pozdĺžne rozmiestnenie semien, vzdialenosť riadkov a veľkosť plochy majú vplyv na úrodu. Polygóny s rovnakou veľkosťou plochy sa môžu rozlišovať v tvare plochy pripadajúcej na jednu rastlinu. Ideálna plocha by mala mať tvar kruhu, ale takú nie sme schopný súčasnými sejačkami dosiahnuť. Keďže kruh vykazuje pre danú plochu najmenší obvod, má pomer vytvorený z ideálneho a reálneho obvodu platiť ako kritérium pre popísanie odchýlky tvaru skutočnej plochy od ideálnej mernej plochy (životného priestoru). Pre hodnotenie tvaru plochy sa zaviedol tzv. tvarový faktor (rovnica 1). −

1

n

O

.i

ideal ∑ n i O .i

Tk =

=1

real

(1)

kde: Oideal – ideálny obvod šesťuholníkového polygónu, Oreal – skutočný obvod polygónu. Ideálny obvod určíme na základe skutočnej veľkosti plochy polygónu podľa:

Oideal = 3,7224 Si kde:

(2)

Si – plocha skutočného polygónu. Skutočnú plochu polygónu Si dostaneme súčtom plôch trojuholníkov tvoriacich polygón

(obr. 3)

10

9

12

11

8 7 2

15

1´

13

1 2´

7´

3´

6´ 5´ 4´

17 3

14 6

16

4 5

18 19

20

Obrázok 3 – Polygónové rozmiestnenie bodov (rastlín): 1 až 20 – rozmiestnenie bodov (rastlín); 1´až 7´– trojuholníky tvoriace polygón vytvorený okolo bodu 1

79


ISSN 1802-2391

Okrem veľkosti plochy a tvaru plochy bude mať svoj význam aj poloha rastliny v rámci polygónu (tzv. excentricita), je však oproti už uvedeným vlastnostiam menej podstatná a nie sú vypracované metódy pre jej určenie. Z hore uvedených poznatkov sme vychádzali pri vyhodnocovaní jednotlivých fotografií z porastu repky, pričom sme použili software TfPoly M, ktorého autorom je doc. Dr. Ing. Juraj Maga. Pri využívaní uvedeného softwaru je potrebné najskôr fotky upraviť do formátu BMP a orezať ich na rozmer fotiaceho rámu. Následne sa vyznačia jednotlivé rastliny a zvolí sa funkcia vyznač susedné rastliny (obr. 4).

Obrázok 4 – Detail vyznačenia susedných bodov a ich vzájomnej interakcie

Následne je potrebné zvoliť funkciu tvorba polygónu a export výsledkov, kde sú už hodnotiace ukazovatele ako tvarový faktor, skutočná plocha či skutočný obvod životnej plochy okolo rastliny. Všetky uvedené aspekty hodnotenia nám dávajú prehľad o využívaní životnej plochy okolo rastliny, o jej možnej konkurencieschopnosti v porovnaní s inými rastlinami a zároveň nám umožňuje porovnávať rôzne spôsoby sejby. Hodnotenie plošného rozmiestnenia osiva ma svoje opodstatnenie z pohľadu budúceho rastu a vývoja rastliny. Čím je plocha pravidelnejšia v tvare kruhu tým je optimálnejšie čerpanie vlahy, živín, slnečného svitu. VÝSLEDKY A DISKUSIA Merania prebiehali na hlinito-piesočnatých pôdach na podniku Agrodružstvo Rišňovce. Výskum bol vyžiadaný zo strany praxe, kde bola základná myšlienka, či sa dá vysievať repka olejná aj sejačkami s prerušovaným výsevom. Pri meraniach sme vychádzali z možností podniku, kde sme porovnávali sejačku Amazone ED 309 s valčekovým výsevným mechanizmom a sejačku Kverneland Monopill S - mechanickú s vnútorným plnením výsevných otvorov. V rovnakých podmienkach pri rôznych pracovných rýchlostiach, rôznych výsevkoch sme sa zamerali na plošné rozmiestnenie semien po sejbe. Tabuľka 2 – Výsledky laboratórneho hodnotenia pôdnych vlastností

80


ISSN 1802-2391

Norma ISO 7256/1 a 7256/2 predpisuje charakterizovanie podmienok, za ktorých bolo meranie uskutočnené. Išlo o pôdu so svahovitosťou 0 - 1°, BPEJ0145001, FOSFOR 128 mg.kg-1, DRASLIK 145 mg.kg-1, HORCIK 159 mg.kg-1, pH 7,3. Po predsejbovom spracovaní pôdy sme dosiahli požadovanú drobnohrudkovitú štruktúru. Pôdne vzorky sme odoberali prostredníctvom Kopeckého valčekov. Rovnako sme sa snažili zhodnotiť aj penetrometrický odpor prostredníctvom digitálneho penetrometra (obr. 5).

Obrázok 5 – Priebeh penetrometrického odporu nameraného na rôznych stanoviskách

Pre merania bolo použité osivo firmy Pioneer PR46W20, z hľadiska naberacieho procesu je dôležité, aby osivo dosahovalo približne guľovitý tvar. Priemerná dĺžka dosiahla hodnotu 1,71 mm, šírka 1,66 mm a hrúbka ako najmenší rozmer 1,65 mm. Z týchto hodnôt vychádzame pri výpočte tvarových koeficientov, kde čím je menší rozdiel medzi koeficientmi tým je guľatejšie osivo. Tabuľka 3 – Porovnanie hodnotených parametrov jednotlivých alternatív použitých v Rišňovciach

Tabuľka 4 – Hodnoty tvarového faktora (Tf), mernej plochy (S) pri medziriadkovej vzdialenosti 0,125 m a sejačke AMAZONE pri rôznych pracovných rýchlostiach

Na základe nameraných údajov môžeme konštatovať, že u sejačky Amazone ED 300 s medziriadkovou vzdialenosťou 0,125 m bola zaznamenaná maximálna hodnota tvarového faktora 0,9 pri pracovnej rýchlosti 6,2 km.h-1 a najmenšia hodnota 0,74 bola dosiahnutá pri pracovnej rýchlosti 8 km.h-1. Podobný priebeh bol zaznamenaný aj pri hodnotení skutočnej plochy, ktorú má rastlina v priebehu vegetácie k dispozícii. Tento priebeh je zaznamenaný na obrázku 6, pričom krivka má polynomický tvar.

81


ISSN 1802-2391

Skutočná plocha, mm2

5950 5900 5850

y = 111,69x2 - 1723x + 12291

5800

R2 = 1

5750 5700 5650 5600 6

6,5

7

7,5

8

8,5

9

Pracovná rýchlos t, km.h-1

Obrázok 6 – Závislosť skutočnej plochy rastliny na pracovnej rýchlosti stroja Amazone ED

Na základe nameraných a vyhodnotených údajov môžeme konštatovať, že pre sejačku Amazone ED 300 s kývavým kypričom a s medziriadkovou vzdialenosťou 0,125 m je najvýhodnejšia pracovná rýchlosť 6,2 km.h-1. Treba povedať, že hodnotiacim kritériom pravidelnosti polygónu ju tvarový faktor. Ideálny tvar pre vývoj rastliny je tvar kruhu, ktorý má hodnotu 1. Preto čím bude bližšie hodnota, ktorú dosiahneme pri meraní k tejto hodnote, tým bude sejba ideálnejšia z pohľadu tvaru. ZÁVER Kvalitná a presná sejba, ktorou zabezpečíme maximálnu klíčivosť a vzchádzavosť rastlín je dôležitým faktorom z hľadiska minimalizovania vstupov do výrobného procesu, ale aj z hľadiska maximálnych výnosov, a teda aj celkovým ohodnotením celosezónnej práce. Už aj v našich podmienkach sa uvažuje o sejbe repky olejnej sejačkami s prerušovaným výsevom. Hľadá sa optimálny počet jedincov a ideálna medziriadková vzdialenosť medzi rastlinami. Výrobcovia osív šľachtením nových hybridov, ktoré sa rozkonárujú plytko nad pôdnym povrchom, taktiež ponúkajú nové možnosti v pestovaní tejto významnej plodiny. Na základe získaných výsledkov môžeme konštatovať, že z pohľadu tvaru životného priestoru rastliny a teda aj z pohľadu spôsobu sejby lepšie výsledky dosiahla sejačka s prerušovaným výsevom Monopill S. Najvhodnejšou medziriadkovou vzdialenosťou bola vzdialenosť 0,450 m, a to hlavne pri nižších pracovných rýchlostiach. Literatúra: DEMO, M. et al. 1995. Obrábanie pôdy. Nitra: VŠP, 1995, 309 s. ISBN 80-209-0048-9. FINDURA, P. 2005. Sejba širokoriadkových plodín. In.: Moderná mechanizácia v poľnohospodárstve. 2005, č. 3, s. 5-7. GRIEPENTROG, H. W. 1999. Zur Bewertung der Flächenverteilung von Saat gut. In.: Agrartechnische Forschung. 1999, Nr. 5, H 2, s. 117-124. JAMBOROVÁ, M. 1999. Olejniny: Situačná a výhľadová správa. Bratislava: VÚEPP, 1999, 23 s. ISBN 80-8058-108-8. KRAUSKO, A. et al. 1992. Rastlinná výroba I. Nitra: VŠP, 1992, 207 s. ISBN 80-7137-058-4. PÁLTIK, J., RATAJ, V., BAŠEK, P. 1994. Vplyv opotrebenia výsevnej pätky na rozmiestnenie semien v riadku. In.: Acta Technologica Agriculturae. Nitra: VŠP, roč. 24, 1994, s. 67-77. ZUBAL, P. 1999. Vzájomné pôsobenie rozhodujúcich vkladov pri pestovaní olejnín – repka olejka forma ozimná, repka olejka forma jarná, horčica biela: Záverečná správa. Piešťany: VÚRV, 1999, 19 s. Príspevok vznikol s finančnou podporou Európskeho spoločenstva v rámci projektu: Vybudovanie výskumného centra „AgroBioTech", projekt číslo 26220220180. Kontaktná adresa: doc. Ing. Pavol Findura, PhD. ([email protected]) Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, Tr. A. Hlinku 2, 949 76 Nitra, Slovenská republika

82


ISSN 1802-2391

HARVESTING MACHINE CLAAS LEXION 570 TERRA TRAC – EVALUATION DURING HARVEST OF GRAIN CROPS HODNOCENÍ SKLÍZECÍ MLÁTIČKY CLAAS LEXION 570 TERRA TRAC PŘI SKLIZNI OBILOVIN MILAN FRÍD, JOSEF FROLÍK, IVO CELJAK, RADEK CIRHAN University of South Bohemia in České Budějovice, Faculty of Agricultural Department of agricultural, transport and manipulation machinery

Abstrakt Quality of straw crushing, while harvesting spring barley, winter wheat and winter oilseed rape, was evaluated at harvesting machine CLAAS LEXION 570 TERRA TRAC. During spring barley harvest, 70,13% of particles were measured smaller than 50 mm. With grain moisture content of 14,9%, the ratio of particles smaller than 50 mm was 68%. During winter wheat harvest with grain moisture content of 13,5%, 75,6% of measured particles were smaller than 50 mm. With grain moisture content 16,1%, the ratio of those particles came up to 63,55%. During winter oilseed rape harvest with grain moisture content of 7,8%, it was measured, that the ratio of particles smaller than 50mm reached 64,81%, contrary to 54,32% at grain moisture content of 9,1%. The required criteria that 90% of particles have size under 80 mm, was fulfilled at all observed crops (spring barley, winter wheat, winter oilseed rape). While evaluating quality of scattering it was ascertained, that the greatest amount of straw is scattered in the track where the harvesting machine tyres passed. In the direction from the middle of the harvesting machine the ratio of plant rests decreases. Key words:

straw crushing, scattering of straw particles, grain moisture content, winter wheat, spring barley, winter oilseed rape.

Souhrn U sklízecí mlátičky CLAAS LEXION 570 TERRA TRAC byla hodnocena kvalita drcení slámy jarního ječmene, ozimé pšenice a ozimé řepky. Při sklizni jarního ječmene bylo naměřeno 70,13 % částic menších než 50 mm. Při vlhkosti zrna 14,9 % byl podíl částic menších než 50 mm 68 %. Při sklizni ozimé pšenice bylo naměřeno 75,6 % částic menších než 50 mm při vlhkosti 13,5 %. Při vlhkosti 16,1 % podíl těchto částic dosahoval 63,55 %. Během sklizně řepky ozimé při vlhkosti 7,8 % bylo naměřeno, že podíl částic menších než 50 mm dosáhl 64,81 % oproti 54,32 % při vlhkosti 9,1 %. Požadované kritérium 90 % částic mající velikost do 80 mm nebyl splněn u všech měřených plodin (jarní ječmen, ozimá pšenice, ozimá řepka). Při hodnocení kvality rozptylu bylo zjištěno, že největší podíl množství slámy je rozhozen v místech, kde projela kola sklízecí mlátičky. Směrem od středu sklízecí mlátičky se podíl rostlinných zbytků zmenšuje. Klíčová slova: drcení slámy, rozptyl částic slámy, vlhkost zrna, ozimá pšenice, jarní ječmen, ozimá řepka. ÚVOD

Hlavním úkolem sklízecích mlátiček je výmlat sklízené plodiny. Další pracovní operací sklízecí mlátičky vedle výmlatu zrna je úprava slámy. Sláma může být zpracovávána sklízecí mlátičkou dvojím způsobem. První možností je položení nepoškozené slámy do řádku pro zpracování další mechanizací. Druhou možností je drcení a následné rovnoměrné rozmetání na povrch pozemku v celém záběru žací lišty. K tomu, aby mohla být sláma drcena a rozmetána, je nutné, aby byla sklízecí mlátička vybavena drtičem slámy. Takovéto drtiče slámy se skládají ze tří celků: řezací ústrojí, rozmetací ústrojí a rozmetač plev (KUMHÁLA et al., 2001). KMOCH (2004) rozděluje drtiče slámy podle osy rotace na: - - drtiče se svislou osou rotace (vícerotorové), - - drtiče s vodorovnou osou rotace (jednorotorové).

83


ISSN 1802-2391

Tangenciální sklízecí mlátičky mají drtič slámy umístěný za klávesovým vytřásadlem. Nadrcená sláma je poté rozptylována usměrňovacími plechy po celé šířce záběru sklízecí mlátičky. U axiálních sklízecích mlátiček je drtič slámy tvořen zároveň odmítacím bubnem axiálního mláticího a separačního ústrojí. Proto je ustrojí uloženo uvnitř stroje. Rozdrcená sláma je následně dopravována na dvojici rozmetacích kotoučů, které zajišťují rovnoměrný rozptyl v celém záběru stroje. Zadní část mlátičky může být ještě vybavena deflektory, které umožňují ovládání šířky rozptylu posklizňových zbytků (KUMHÁLA et al., 2001). Sklízecí mlátičky New Holland řady CX jsou vybaveny drtičem Dual – Chop. Systém zajišťuje rovnoměrné drcení delších stébel slámy pomocí dvojího protistří. Drtič umožňuje tři způsoby zpracování posklizňových zbytků. První možností je nasměrování plev do slámy. Druhou možností je rozmetání plev na strniště, ještě než sláma dopadne na zem. Třetí možností je foukání plev do slámy určené k drcení, takže se plevy rozmetají společně s nadrcenou slámou (GRISSO, 2009). Cílem práce bylo hodnocení kvality práce drtiče sklízecí mlátičky Claas Lexion 570 Terra Trac při sklizni obilovin a řepky olejky. MATERIÁL A METODIKA Kvalita drcení slámy Pro odebrání vzorku se použije odběrná plachta o rozměrech 200 cm x 1 000 cm a obdélník o délce rovnající se šířce záběru žacího stolu a takové šířce, aby měrná plocha S2 odpovídala 1m2. Odběrná plachta se roztáhne mezi přední a zadní kola sklízecí mlátičky a po zajetí do porostu se položí na strniště. Po projetí SM se na plachtu přiloží připravený obdélník a z něho se sesbírá podrcená sláma, ze které se odebere průměrný vzorek a rozdělí se do jednotlivých skupin s velikostí částic 0÷50 mm, 50÷75 mm, 75÷100 mm, 100÷125 mm, 125÷150 mm, nad 150 mm. Zjistí se hmotnostní podíly jednotlivých frakcí na celkovém množství slámy a vyjádří se procentuální zastoupení každého intervalu. Kvalitně rozdrcená sláma obsahuje 90 % částic menších než 80 mm. Kvalita drcení slámy se stanoví dle vztahu 1.

Kd =

m sk * 100 mc

[%]

(1)

Kd-kvalita drcení [%], msk-hmotnost jednotlivé skupiny částic [kg], mc - celková hmotnost zachycené slámy [kg]. Zjištění rozptylu slámy v celém záběru sklízecí mlátičky Podrcená sláma ležící na odběrné podložce ve tvaru obdélníku se rozdělí po 0,5 m v celém záběru lišty sklízecí mlátičky. Tím vzniknou vzorky, které se označí D1 až Dx dle obrázku 1. Odběr vzorků se provede dvakrát, vzorky se zváží a vypočte se průměr hmotnosti obou vzorků z příslušné části záběru SM dle vztahu 2. Následně se stanoví procentické zastoupení na celkovém množství slámy v celém záběru sklízecí mlátičky dle vztahu 3.

Obrázek 1 – Schéma odebírání a značení vzorků

84


Rsk =

ISSN 1802-2391

D x1 + D x 2 2

[kg]

Rsk * 100 Rc

[%]

(2)

Rsk – hmotnost slámy určené skupiny [kg], Dx1, Dx2 – hmotnost vzorků ze stejné části záběru [kg].

Rx =

(3)

Rx – procentické zastoupení jednotlivých skupin [%], Rsk – celková hmotnost všech skupin [kg], Rc – celková hmotnost zachycené slámy [kg]. VÝSLEDKY A DISKUSE Kvalita drcení při sklizni jarního ječmene Veškerá měření proběhla na pozemcích v k.ú. Dříteň na okrese České Budějovice. Měření číslo 1 bylo provedeno při vlhkosti zrna 13,5 % na půdním bloku číslo 0803/9, výnos zrna byl 6,93 t.ha-1. Měření číslo 2 bylo provedeno na půdním bloku číslo 3701/6 při vlhkosti zrna 14,9 %, výnos zrna byl 7,01 t.ha-1. Výsledky jsou uvedené v tabulce 1. Tabulka 1 – Naměřené hodnoty kvality drcení sklízecí mlátičky Claas Lexion 570 TerraTrac při sklizni jarního ječmene Velikost částic

mm 0÷50 50÷75 75÷100 100÷125 125÷150 nad 150

Vlhkost 13,5 % Hmotnost skupiny Kvalita drcení msk Kd kg 0,216 0,0415 0,026 0,015 0,007 0,0025

% 70,13 13,44 8,44 4,87 2,27 0,81


% 68 19 7,1 1,93 2,82 1,19

Kvalita drcení při sklizni pšenice ozimé Měření proběhla na pozemcích v k.ú. Dříteň na okrese České Budějovice na půdním bloku číslo 2503/1 o výměře 24,07 ha, při sklizni pšenice ozimé odrůdy Federer a vlhkosti zrna 13,5 %. Výnos zrna byl 7,3 t.ha-1. Dále byla měření provedena při sklizni pšenice ozimé odrůdy Bohemia na pozemku číslo 2503/1 o výměře 24,07 ha, při vlhkosti zrna 16,1 % . Výnos zrna byl 7,58 t.ha-1. Výsledky jsou uvedené v tabulce 2. Tabulka 2 – Naměřené hodnoty kvality drcení sklízecí mlátičky Claas Lexion 570 TerraTrac při sklizni pšenice ozimé ze dne 21. 8. 2012 Velikost částic

mm 0÷50 50÷75 75÷100 100÷125 125÷150 nad 150


% 75,6 13,2 7,6 1,8 1,6 0,2

85


% 63,55 20,51 8,06 3,48 2,93 1,47


ISSN 1802-2391

Kvalita drcení při sklizni řepky ozimé Měření proběhla na půdním bloku číslo 9601 v katastrálním území Knín při sklizni řepky ozimé odrůdy Rohan, vlhkost 7,8 %, výměra půdního bloku byla 14,46 ha. Výnos semen byl 3,9 t.ha-1. Dále byla měření provedena při sklizni řepky ozimé odrůdy Rohan, na půdním bloku číslo 9602, vlhkost semen byla 9,1 %, výnos semen dosáhl 4,05 t.ha-1. Tabulka 3 – Naměřené hodnoty kvality drcení sklízecí mlátičky Claas Lexion 570 TerraTrac při sklizni řepky ozimé ze dne 26. 7. 2012 Velikost částic

mm 0÷50 50÷75 75÷100 100÷125 125÷150 nad 150


% 64,81 20,55 9,41 2,96 1,74 0,35


% 54,32 27,41 9,63 4,82 1,99 1,83

Rozptyl slámy při sklizni jarního ječmene Na obrázku 2 je uvedeno plošné rozptýlení ječné slámy. Na obrázku 3 je uveden rozptyl pšeničné slámy. Rozptyl řepkové slámy je na obrázku 4.

Obrázek 2 – Rozptyl slámy stroje Claas Lexion 570 TerraTrac při sklizni jarního ječmene

86


ISSN 1802-2391

Obrázek 3 – Rozptyl slámy sklízecí mlátičky Claas Lexion 570 TerraTrac při sklizni ozimé pšenice

Při drcení slámy jarního ječmene bylo při prvém měření 85,3% a při druhém měření 88,42% částic menších než 80 mm. Při drcení pšeničné slámy při vlhkost 16,1% bylo 85,7% částic menších než 80 mm, při vlhkosti 13,5% bylo 90,3% částic menších než 80 mm. Při drcení řepkové slámy při vlhkosti semen 7,8% bylo 87,3% části menších než 80 mm, při vlhkosti 9,1% to bylo pouze 83,7%. Drtič pracoval na dobré úrovni, ale požadavek 90% částic menších než 80 mm splnil pouze u pšeničné slámy při vlhkosti 13,5%.

Obrázek 4 – Rozptyl slámy stroje Claas Lexion 570 TerraTrac při sklizni ozimé řepky

ZÁVĚR Kvalita rozptylu rostlinných zbytků je téměř shodná u všech sklízených plodin. Při rozptylu rostlinných zbytků se u všech plodin projevilo nerovnoměrné rozprostření. Nejvíce omlatu bylo rozhozeno za sklízecí mlátičkou v polích D8 až D12. Více omlatu bylo zaznamenáno na místech, kde projela kola sklízecí mlátičky. Vlhkost nijak podstatně drcení ani rozptyl rostlinných zbytků neovlivnila.

87


ISSN 1802-2391

Literatura: GRISSO, R., ALLEY, M., MCCLELLAN, P. 2009. Precision Farming Tools: Yield Monitor. In: Virginia cooperative extension [online]. 2009 [cit. 2012-03-30]. Dostupné z: http://pubs.ext.vt.edu/442/442-502/442-502_pdf.pdf KUMHÁLA, F., KROULÍK, M., KVÍZ, Z. 2001. Úprava rozmetadla slámy u sklízecích mlátiček Case IH. Agroweb [online]. 30. 10. 2001 [cit. 2012-03-30]. Dostupné z: http://stary.agroweb.cz/projekt/clanek.asp?cid=9335 KMOCH, J. 2004. Rozmetadla slámy a plev. Mechanizace zemědělství. 2004, č. 4. ISSN 03736776 Kontaktní adresa: Ing.Milan Fríd, CSc., Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky a služeb, Studentská 13, 370 05 České Budějovice, [email protected] Ing. Josef Frolík, CSc., Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky a služeb, Studentská 13, 370 05 České Budějovice, [email protected] Ing. Ivo Celjak, CSc., Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky a služeb, Studentská 13, 370 05 České Budějovice, [email protected] Radek Cirhan, Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Studentská 13, 370 05 České Budějovice.

88


ISSN 1802-2391

EVALUATION OF HARVESTING MACHINES JOHN DEERE 9880 STS AND NEW HOLLAND CR 9080 DURING HARVEST OF WINTER WHEAT AND WINTER OILSEED RAPE HODNOCENÍ VÝKONNOSTÍ SKLÍZECÍCH MLÁTIČEK JOHN DEERE 9880 STS A NEW HOLLAND CR 9080 PŘI SKLIZNI OZIMÉ PŠENICE A ŘEPKY OZIMÉ MILAN FRÍD, JOSEF FROLÍK, IVO CELJAK University of South Bohemia in České Budějovice, Faculty of Agricultural Department of agricultural, transport and manipulation machinery

Abstract The harvesting machines were evaluated based on throughput value, fuel consumption (diesel) and their operational performance. The greatest throughput value was achieved while harvesting winter wheat with harvesting machine New Holland CR9080, where the throughput value was 15.25kg.s-1; which is by 1.66 kg.s-1 greater value than at John Deere 9880 STS. Smaller value of throughput was achieved at both harvesting machines during harvest of winter oilseed rape, at harvester New Holland CR 9080 the throughput value was 8.43 kg·s-1 and at John Deere 9880 STS it was 7.83 kg·s-1. The fuel consumption at both machines was slightly higher during harvest of winter wheat than during harvest of winter oilseed rape. During the harvest of winter wheat the fuel consumption measured at harvester New Holland CR 9080 was 17.1 l·ha-1, while during the harvest of winter oilseed rape it was 16.2 l·ha-1. The fuel consumption measured at John Deere 9880 STS during harvest of winter wheat was 16.7 l·ha-1 and during harvest of winter oilseed rape it was 15.1 l·ha-1. During one work shift with harvesting machine New Holland, 32.5ha (1818.4tons grain) of winter wheat and with harvesting machine John Deere, 30ha i.e. 163.5tons of winter wheat grain had been harvested. During the harvest of winter oilseed rape with harvesting machine New Holland, 30ha (98.6tons grain) and with harvesting machine John Deere, 28ha i.e. 82.7tons grain had been harvested. Planar operational performance during the harvest of winter wheat was 4.06ha.h-1 at the harvester New Holland, yield performance was 22.67t.h-1. Planar operational performance during the harvest of winter wheat was 3.75ha.h-1 at the harvester John Deere 9880 STS, yield performance was 20.44t.h-1. Key words:

throughput value, operational performance, fuel consumption (diesel).

Souhrn Sklízecí mlátičky byly hodnoceny na základě průchodnosti, spotřeby nafty a výkonnosti. Nejvyšší průchodnosti bylo dosaženo při sklizni pšenice sklízecí mlátičkou New Holland CR 9080. Byla naměřena průchodnost 15,25 kg·s-1, to je o 1,66 kg·s-1 vyšší než u mlátičky John Deere 9880 STS. Nižší průchodnosti bylo dosaženo u obou mlátiček při sklizni řepky, kdy New Holland CR 9080 měla průchodnost 8,43 kg·s-1 a John Deere 9880 STS 7,83 kg·s-1. Spotřeba pohonných hmot byla u obou strojů nepatrně vyšší při sklizni pšenice než při sklizni řepky ozimé. U mlátičky New Holland CR 9080 byla naměřena spotřeba 17,1 l·ha-1při sklizni ozimé pšenice, u řepky ozimé 16,2 l·ha-1. John Deere 9880 STS měla spotřebu 16,7 l·ha-1při sklizni ozimé pšenice, u řepky ozimé 15,1 l·ha-1. Za jednu pracovní směnu bylo sklizeno mlátičkou New Holland 32,5 ha pšenice a 181,4 t zrna. Mlátičkou John Deere bylo sklizeno 30 ha a 163,5 t zrna pšenice. Při sklizni řepky bylo sklizeno mlátičkou New Holland 30 ha a 98,6 t zrna. Mlátičkou John Deere bylo sklizeno 28 ha řepky a 82,7 t zrna. Plošná provozní výkonnost při sklizni pšenice byla u stoje New Holland CR 9080 4,06 ha.h1 , hmotnostní výkonnost 22,67 t.h-1. Plošná provozní výkonnost byla při sklizni pšenice u stoje John Deere 9880 STS 3,75 ha.h-1, hmotnostní výkonnost 20,44 t.h-1. Klíčová slova: průchodnost, provozní výkonnost, spotřeba PHM (nafty)

89


ISSN 1802-2391

ÚVOD

Sklízecí mlátičky mají nezastupitelnou roli při sklizni luštěnin a obilovin. Jsou to stroje, které jsou neustále vyvíjeny s cílem zvýšení výkonnosti při nižších ztrátách zrna a snižování provozních nákladů. Základním úkolem sklízecích mlátiček je šetrná separace zrna od slámy a nečistot. Pro tyto účely se využívají v současné době dva druhy mláticích systémů sklízecích mlátiček. Nejrozšířenější je tangenciální mechanizmus. Tento mechanizmus řada výrobců zdokonaluje přidáním vkládacího, separačního či odmítacího bubnu (JANDA, 2003). Dalším systémem je axiální mláticí a separační mechanizmus. Ten je méně energeticky náročný a šetrnější k zrnu než předchozí (BŘEČKA a kol., 2001). V současné době se stávají stále více oblíbené hybridní sklízecí mlátičky. Ty kombinují jak tangenciální, tak axiální ústrojí (JAVOREK, 2009). Cílem práce bylo zhodnotit a porovnat činnost a kvalitu práce sklízecích mlátiček John Deere 9880 STS a New Holland CR 9080 při sklizni obilovin a ozimé řepky z hlediska průchodnosti sklízecí mlátičky, spotřeby pohonných hmot a výkonností. MATERIÁL A METODIKA Zjišťování provozních parametrů sklízecích mlátiček Při měření průchodnosti sklízecí mlátičky se měří množství hmoty, které projde celou sklízecí mlátičkou v kg·s-1. Měří se při zcela zaplněném mlátícím ústrojí. Pro objektivní měření je nejlepší se pohybovat minimálně 30 metrů od okraje pole v nezamokřených oblastech. Průchodnost se stanoví dle vztahu (1). Q = Bp . vpr . ch (1) Q..............průchodnost SM [kg·s-1], Bp.............průměrný záběr žacího stolu [m], vpr............skutečná pracovní rychlost [m·s-1], ch.............výnos hmoty [kg·m-2]. Spotřeba PHM sklízecí mlátičky Spotřeba se měří dočerpáním paliva po hrdlo nádrže za dobu jedné směny. Spotřeba PHM se poté stanoví podle vztahu (2).

m phm =

Ol P

(2)

mphm….......spotřeba PHM [l·ha-1], Ol………..objem dočerpaného paliva [l], P………….sklizená plocha [ha]. Metody zjištění výkonností Výkonnosti se stanoví dle metodiky (VELEBIL a kol., 1984). Plošná výkonnost se vypočítá ze zjištěné sklizené plochy P za určitý čas T. Zjišťovány byly výkonnosti plošné pW1 (efektivní), pW02 (operativní), výkonnost pW04 (produktivní) a pW07 (provozní). Hmotnostní výkonnost se vypočítá ze zjištěné hmotnosti získaného vzorku m za určitý čas T. Výpočtem zjišťujeme výkonnost hmotnostní mW1 (efektivní), mW02 (operativní), mW04 (produktivní) a mW07 (provozní). Čas pracovní činnosti sklízecí mlátičky se stanoví na základě vypracování časového snímku, jeho vyhodnocení a stanovení času hlavního T1 pro výkonnost efektivní W1, času T02 pro výkonnost operativní W02 , času T04 pro výkonnost produktivní W04 a času T07 pro výkonnost provozní W07. VÝSLEDKY A DISKUSE Měření bylo prováděno v rozmezí dvou dnů na 6 pozemcích uvedených v tabulce 1.

90


ISSN 1802-2391

Tabulka 1 – Základní charakteristika sklízených pozemků

Pozemek

Sklízecí mlátička

Plodina

Výměra [ha]

Výnos [t.ha-1]

Vlhkost zrna vz [%]

1. 2. 3. 4. 5. 6.

John Deere 9880 STS John Deere 9880 STS John Deere 9880 STS New Holland CR 9080 New Holland CR 9080 New Holland CR 9080

Ozimá pšenice Ozimá pšenice Ozimá řepka Ozimá pšenice Ozimá pšenice Ozimá řepka

12,3 8,7 14,2 9,7 7,1 15,9

5,45 4,91 2,95 5,16 5,58 3,28

16,7 15,1 12,4 15,2 17,9 12,6

Průchodnost sklízecí mlátičky Průchodnosti jednotlivých mlátiček jsou pro pšenici ozimou uvedeny v tabulce 2 a pro řepku ozimou v tabulce 3. Tabulka 2 – Průchodnost sklízecích mlátiček při sklizni pšenice ozimé


Pole č.

Výnos hmoty ch [kg·m-2]

Průměrná pracovní rychlost vp [m·s-1]

Průměrný záběr Bp [m]

Průchodnost Q [kg·s-1]

John Deere 9880 STS New Holland CR 9080

1 5

1,14 1,20

1,68 1,79

7,1 7,1

13,59 15,25

Tabulka 3 – Průchodnost sklízecích mlátiček při sklizni řepky ozimé


Pole č.

Výnos hmoty ch [kg·m-2]

Průměrná pracovní rychlost vp [m·s-1]

Průměrný záběr Bp [m]

Průchodnost Q [kg·s-1]

John Deere 9880 STS New Holland CR 9080

3 6

0,84 0,86

1,31 1,38

7,1 7,1

7,83 8,43

Spotřeba pohonných hmot je velmi důležitý ukazatel při výpočtu nákladů na sklizený hektar. U sklízecí mlátičky John Deere byla měřena při sklizni pšenice ozimé na poli č. 1 a u sklízecí mlátičky New Holland na poli č. 5. Při sklizni řepky ozimé byla měřena na poli č. 3 pro John Deere a na poli č. 6 pro New Holland. Spotřeba jednotlivých mlátiček je uvedena v tabulce 4. Tabulka 4 – Spotřeba PHM jednotlivých mlátiček při sklizni pšenice a řepky ozimé


Spotřeba pohonných hmot m phm [l.ha-1] Řepka ozimá Pšenice ozimá

John Deere 9880 New Holland CR 9880

15,1 16,2

16,7 17,1

Výkonnosti sklízecích mlátiček Časové snímky byly zaznamenány u sklízecích mlátiček na poli č. 1 a 5 při sklizni ozimé pšenice a při sklizni řepky ozimé na poli č. 3 a 6. Plošné výkonnosti jsou uvedeny v tabulkách 5 a 6, hmotnostní výkonnosti jsou uvedeny v tabulkách 7 a 8.

91


ISSN 1802-2391

Tabulka 5 – Plošná výkonnost při sklizni pšenice ozimé (měřeno na poli č. 1 a 5)

Plošná výkonnost pW pW1 efektivní pW02 operativní pW04 produktivní pW07 provozní

John Deere 9880

New Holland CR 9080

ha·h-1

ha·h-1

6,82 5,36 4,38 3,75

6,77 5,70 4,61 4,06

Tabulka 6 – Hmotnostní výkonnost při sklizni pšenice ozimé (měřeno na poli č. 1 a 5)

Hmotnostní výkonnost mW mW1 efektivní mW02 operativní mW04 produktivní mW07 provozní

John Deere 9880

New Holland CR 9080

t·ha-1

t·ha-1

37,17 29,20 23,87 20,44

37,79 31,82 25,73 22,67

Tabulka 7 – Plošná výkonnost při sklizni řepky ozimé (měřeno na poli č. 3 a 6)

Plošná výkonnost pW pW1 efektivní pW02 operativní pW04 produktivní pW07 provozní

John Deere 9880

New Holland CR 9080

ha·h-1

ha·h-1

6,22 5,19 4,09 3,50

6,45 5,31 4,32 3,75

Tabulka 8 – Hmotnostní výkonnost při sklizni řepky ozimé (měřeno na poli č. 3 a 6)

Hmotnostní výkonnost mW mW1 efektivní mW02 operativní mW04 produktivní mW07 provozní

John Deere 9880

New Holland CR 9080

t·ha-1

t·ha-1

18,37 15,31 12,07 10,34

21,21 17,46 14,19 12,33

ZÁVĚR Sklízecí mlátičky sice nepracovaly na stejném pozemku, ale sklizňové podmínky (počasí, členitost pozemku, terén) byly téměř shodné. Měření byla prováděna v rozmezí dvou dnů. Nejvyšší průchodnosti bylo dosaženo při sklizni pšenice sklízecí mlátičkou New Holland CR 9080, kde byla průchodnost 15,25 kg·s-1, to je o 1,66 kg·s-1 vyšší než u mlátičky John Deere 9880 STS. Nižší průchodnosti bylo dosaženo u obou mlátiček při sklizni řepky, kdy New Holland CR 9080 měla průchodnost 8,43 kg·s-1 a John Deere 9880 STS 7,83 kg·s-1. Za jednu pracovní směnu bylo sklizeno mlátičkou New Holland CR 9080 32,5 ha pšenice a 181,4 t zrna. Mlátičkou John Deere 9880 STS bylo sklizeno 30 ha a 163,5 t zrna pšenice. Při sklizni řepky bylo mlátičkou New Holland CR 9080 sklizeno 30 ha a 98,6 t zrna. Mlátičkou John Deere 9880 STS bylo sklizeno 28 ha a 82,7 t zrna. Spotřeba pohonných hmot byla u obou strojů nepatrně vyšší při sklizni pšenice než při sklizni řepky ozimé. To je způsobeno vyšší pracovní rychlostí, kterou sklizeň pšenice dovoluje a tím vyšší průchodností. John Deere 9880 STS měla spotřebu PHM 16,7 l·ha-1, New Holland CR

92


ISSN 1802-2391

9080 17,1 l·ha-1. Při sklizni řepky měla mlátička John Deere 9880 STS spotřebu 15,1 l·ha-1 a mlátička New Holland CR 9080 spotřebu 16,2 l·ha-1. Literatura BŘEČKA, J., HONZÍK, I., NEUBAUER, K. 2001. Stroje pro sklizeň pícnin a obilovin. Praha. Power Print Praha, 2001. ISBN 80-213-0738-2. JANDA, D. 2003. Mlátící a separační mechanismy sklízecích mlátiček. Agroweb [online]. 11. 8. 2003 [cit. 2012-03-30]. Dostupné z: http://kombajny.wz.cz/document/mlatsep.pdf JAVOREK, F. 2009. Trendy v konstrukci sklízecích mlátiček. Mechanizace zemědělství. 2009, č. 4. ISSN 0373-6776. VELEBIL,M. a kol. 1984. Zemědělské technologické systémy. Teoretické základy. Praha, SZN Praha, 1984. Kontaktní adresa: Ing. Milan Fríd, CSc., Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky a služeb, Studentská 13, 370 05 České Budějovice, [email protected] Ing. Josef Frolík, CSc., Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky a služeb, Studentská 13, 370 05 České Budějovice, [email protected] Ing. Ivo Celjak, CSc., Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky a služeb, Studentská 13, 370 05 České Budějovice, [email protected]

93


ISSN 1802-2391

COMPARISON OF ROUND BALERS CLAAS ROLLANT 46 SILAGE AND LELY WELGER RP 245 DURING HARVEST OF HAY-CROP SILAGE AND STRAW POROVNÁNÍ SBĚRACÍCH LISŮ CLAAS ROLLANT 46 SILAGE A LELY WELGER RP 245 PŘI SKLIZNI PÍCE A SLÁMY MILAN FRÍD, JOSEF FROLÍK, IVO CELJAK University of South Bohemia in České Budějovice, Faculty of Agricultural Department of agricultural, transport and manipulation machinery

Abstract Objective of this work was comparison of round balers Claas Rollant 46 Silage a Lely Welger RP 245. Quality of cutting, compressibility of bales, while harvesting hay, hay-crop silage and straw were compared at both balers types. At the baler Claas Rollant 46 Silage we identified 56% of particles smaller than 100mm, 28% of particles were in range of 100-150mm and 16% of particles were greater than 150mm. At the baler Lely Welger RP 245 9 were identified 48% particles smaller than 100mm, 43% particles were in range of 100-150mm and 9% were greater than 150 mm while cutting hay-crop silage. The compressibility at the baller Claas Rollant 46 Silage achieved following values: hay 163,24kg.m-3, hay-crop silage 329,79kg.m-3 and straw 109,92kg.m-3. At the baller Lely Welger RP 245 the compressibility was for hay 182,27kg.m-3, for hay-crop silage 383,31kg.m-3 and for straw 127,64 kg.m-3. Keywords:

round baler, particle lenght of chopped forage, compressibility, hay-crop silage, hay, straw

Souhrn Cílem práce bylo porovnání lisů Claas Rollant 46 Silage a Lely Welger RP 245. U lisů se porovnávala kvalita řezání, slisovanost balíků při sklizni sena, senáže a slámy. U lisu Claas Rollant 46 Silage jsme zjistili 56 % částic menších než 100mm, 28 % částic bylo v rozsahu 100-150 mm a 16 % bylo větších než 150 mm. U lisu Lely Welger RP 245 bylo při řezání senáže zjištěno 48 % částic menších než 100 mm, 43 % částic bylo v rozsahu 100-150 mm a 9 % bylo větších než 150 mm. Slisovanost sklízené plodiny u lisu Claas Rollant 46 Silage dosahovala následujících hodnot, seno 163,24 kg.m-3, senáž 329,76 kg.m-3 a sláma 109,92 kg.m-3. U lisu Lely Welger RP 245 byla slisovanost sena 182,27 kg.m-3, senáže 383,31 kg.m-3 a slámy 127,64 kg.m-3. Klíčová slova: svinovací lis, délka řezanky, slisovanost, senáž, seno, sláma ÚVOD

Přirozené sušení píce pomocí slunce je jedním z nejstarších a za příznivých klimatických podmínek nejlevnějších způsobů její konzervace, provádí se především u lučních porostů (ŠPELINA et al., 1996). Příprava siláže je známa více než 3 000 let, neboť již staří Egypťané a Řekové používali skladování obilí a krmiva z celých rostlin v silech. Silážovat uměli již také Aztékové a staří Číňané. KIRSTEIN v roce 1963 publikoval, že v ruinách Kartága byla nalezena sila pro konzervaci pícnin. V současné době je technologie konzervace krmiv silážováním hlavní a nejdůležitější způsob konzervace. Tímto způsobem se konzervuje více než 75 % objemných krmiv (DOLEŽAL, 2006). Senážování je konzervace píce o sušině 40 ÷ 50 %. Ztráty jsou zde v rozmezí od 12 do 15% a pH u kvalitní hotové senáže dosahuje hodnot od 4,9 do 5,2. V současné době nabývají na významu pracovní postupy silážování píce do fólie v balících pravoúhlého typu a balících válcových (ŠPELINA et al., 1996). Nejčastěji se při silážování používají lisy s variabilní komorou na válcové balíky, u kterých se dosahuje vyššího utužení sklízené hmoty než u lisů s pevnou komorou. Vázání balíků se provádí pomocí motouzů nebo sítě. Následně je možné balíky obalit několika vrstvami fólie. Výhoda tohoto způsobu je v tom, že nemusíme budovat silážní žlaby nebo věže, nejsou problémy s únikem šťáv do vodotečí a jiných vodárenských zdrojů (ROH et al., 1996). Pro sklizeň senáže, sena a slámy, je možné zvolit svinovací lisy s řezacím ústrojím. 94


ISSN 1802-2391

V takovém případě je vkládání tvořeno spirálovitým rotorem s hustými vkládacími prsty. Řezací ústrojí je zpravidla osazeno 12-ti až 26-ti noži v závislosti na šířce kanálu, respektive lisovací komory. Zpravidla jsou individuálně uloženy a je možné je zařazovat do záběru po skupinách, a tím nastavovat intenzitu řezání. U těchto lisů je teoretická délka řezanky nastavitelná od 50 do 70 mm (JAVOREK, 2010). Použití řezacího ústrojí u lisů přináší mnoho výhod, které vyplývají z lisování kratšího, nařezaného materiálu. Balíky jsou snadněji rozebírány, lze dosáhnout vyšší slisovanosti. Vyšší objemová hmotnost také zlepšuje transport balíků a znamená i úsporu vázacích motouzů nebo fólie (NEUBAUER et al., 1989). Cílem práce bylo porovnání lisu Claas Rollant 46 Silage a lisu Lely Welger RP 245 při sklizni pícnin a slámy z hlediska kvality práce. U lisů byla hodnocena kvalita řezání a slisovanost balíků sena, senáže a slámy. MATERIÁL A METODIKA Kvalita řezání Při hodnocení kvality řezání se odeberou vzorky o hmotnosti 50 g vždy ze tří balíků senáže zpracované každým z obou strojů. Od každého stroje vznikne celkem jeden smíšený vzorek o hmotnosti 150 g. Vzorky se roztřídí na částice: menší než 100 mm, 100÷150 mm a větší než 150 mm. Poté se jednotlivé oddělky zváží a podle vztahu (1) se vypočte procentuelní podíl částic v řezance.

x=

mi ⋅ 100 mc

[%]

(1)

x - zastoupení částic [%], mi - hmotnost částic jedné velikosti [g], mc - hmotnost vzorku [g]. Slisovanost balíku Slisovanost balíků sena, senáže a slámy se určí z průměru, šířky a hmotnosti balíku. Průměr a šířka balíku se změří vysouvacím metrem, hmotnost balíku se zjistí na mobilní váze. Z průměru a šířky se vypočte objem balíku podle vztahu (2). Dále z objemu a hmotnosti, podle vztahu (3), se stanoví objemová hmotnost, tj. slisovanost. Pro každý typ balíku se provedou tři měření.

V =

π ⋅ D2 4

⋅b

[m3]

(2)

V- objem balíku [m3], D - průměr balíku [m], b - šířka balíku [m].

U=

m V

[kg.m-3]

(3)

U – slisovanost balíku [kg.m-3], m – hmotnost balíku [kg], V – objem balíku [m3]. VÝSLEDKY A DISKUSE Claas Rollant 46 Silage je lis s pevnou lisovací komorou. Je vybaven sběracím zařízením o šířce 1,80 m. Lis je vybaven řezacím ústrojím se 14-ti řezacími noži. Lely Welger RP 245 je lis s pevnou lisovací komorou o průměru 1,25 m s 18 ocelovými válci. Hodnocený lis byl vybaven řezacím ústrojím Mastercut s 13-ti řezacími noži a nejkratší možná délka řezanky byla 90 mm. Kvalita řezání Senáž byla sklízena na konci května na pozemku p.č. 2383/1 v k.ú. Těšínov. Při sklizni byly použity všechny řezací nože u obou lisů. Výsledky kvality řezání u lisu Claas Rollant 46 Silage jsou uvedeny v tabulce 1, výsledky kvality řezání u lisu Lely Welger RP 245 jsou v tabulce

95


ISSN 1802-2391

2. Porovnání procentuelního zastoupení jednotlivých kategorií délky řezanky je zřejmé z grafu na obrázku 1. Tabulka 1 – Kvalita řezání senáže lisem Claas Rollant 46 Silage Délka řezanky mm <100 100 -150 >150

Hmotnost mi g 84 42 24 150

Zastoupení x % 56 28 16 100

Tabulka 2 – Kvalita řezání senáže lisem Lely Welger RP 245 Délka řezanky mm <100 100 -150 >150

Hmotnost mi g 72 64 14 150

Zastoupení x % 48 43 9 100

Slisovanost balíků Výsledky měření a vypočtené hodnoty jsou uvedeny v tabulkách 3÷8. Vypočtené hodnoty slisovanosti jsou také znázorněny v grafu na obrázku 2. Slisovanost lisem Claas Rollant 46 Silage Slisovanost sena Měření probíhalo na pozemku p.č. 2812/1 v k.ú. Olešnice u Trhových Svinů. Naměřené hodnoty jsou uvedeny v tabulce 3. Slisovanost senáže Senáž byla sklízena na konci května 2012 na pozemku parc. č. 2383/1 v k.ú. Těšínov. Naměřené hodnoty pro výpočet objemu a slisovanosti senáže jsou zaznamenány v tabulce 4. Slisovanost slámy Sláma byla sklízena v srpnu 2012 na pozemku parc. č. 2426/4 v k. ú. Trhové Sviny. Naměřené hodnoty jsou uvedeny v tabulce 5. Tabulka 3 – Slisovanost sena lisem Claas Rollant 46 Silage Balík Šířka balíku b [m] Průměr balíku D [m] Hmotnost balíku m [kg] Objem balíku V [m3] Slisovanost balíku U [kg.m-3]

Měření č.1

Měření č.2

Měření č.3

1,18 1,25 260,00 1,45 179,55

1,20 1,35 265,00 1,72 154,28

1,22 1,30 255,00 1,62 157,47

Průměr měření 1,20 1,30 260,00 1,59 163,24

Tabulka 4 – Slisovanost senáže lisem Claas Rollant 46 Silage Balík Šířka balíku b [m] Průměr balíku D [m] Hmotnost balíku m [kg] Objem balíku V [m3] Slisovanost balíku U [kg.m-3]

Měření č.1 1,19 1,21 455,00 1,37 332,12

Měření č.2 1,22 1,20 459,00 1,38 332,66

96

Měření č.3 1,25 1,00 450,00 1,41 318,31

Průměr měření 1,22 1,20 455,00 1,38 329,76


ISSN 1802-2391

Porovnání procentuelního zastoupení jednotlivých kategorií délky řezanky pro lis Claas Rollant 46 Silage a Lely Welger RP 245 90

56%

Hmotnostní podíl [g]

80

48%

70

43%

Claas Rollant 46 Silage Lely Welger RP 245

60 50

28%

40 30

16%

20

9%

10 0 <100 mm

100 -150 mm

>150 mm

Délka řezanky [mm] Obrázek 1 - Porovnání jednotlivých kategorií délky řezanky pro lis Claas Rollant 46 Silage a Lely Welger RP 245 Tabulka 5 – Slisovanost slámy lisem Claas Rollant 46 Silage Balík Šířka balíku b [m] Průměr balíku D [m] Hmotnost balíku m [kg] Objem balíku V [m3] Slisovanost balíku U [kg.m-3]

Měření č.1

Měření č.2

Měření č.3

1,22 1,25 178,00 1,50 118,89

1,21 1,31 180,00 1,63 110,37

1,23 1,33 176,00 1,71 102,99

Průměr měření 1,22 1,30 178,00 1,62 109,92

Slisovanost lisem Lely Welger RP 245 Slisovanost sena Měření probíhalo v k.ú. Bukvice u Trhových Svinů. Naměřené hodnoty jsou uvedeny v tabulce 6. Slisovanost senáže Senáž byla sklízena na konci května 2012 na pozemku parc. č. 599/1, k.ú. Pěčín u Trhových Svinů. Naměřené hodnoty pro výpočet objemu a slisovanosti senáže jsou zaznamenány v tabulce 7. Slisovanost slámy Sláma byla sklízena v srpnu 2012 k.ú. Pěčín u Trhových Svinů. Naměřené hodnoty jsou uvedeny v tabulce 8. Tabulka 6 – Slisovanost sena lisem Lely Welger RP 245 Balík Šířka balíku b [m] Průměr balíku D [m] Hmotnost balíku m [kg] Objem balíku V [m3] Slisovanost balíku U [kg.m-3]

Měření č.1

Měření č.2

Měření č.3

1,24 1,30 295,00 1,65 179,24

1,20 1,30 300,00 1,59 188,35

1,28 1,29 305,00 1,67 182,31

97

Průměr měření 1,24 1,30 300,00 1,65 182,27


ISSN 1802-2391

Tabulka 7 – Slisovanost senáže lisem Lely Welger RP 245 Balík

Měření č.1

Měření č.2

Měření č.3

1,19 1,25 560,00 1,46 383,47

1,21 1,27 558,00 1,54 364,04

1,20 1,22 571,00 1,40 407,05

Měření č.1

Měření č.2

Měření č.3

1,20 1,26 200,00 1,50 133,67

1,23 1,32 205,00 1,68 121,79

1,20 1,32 210,00 1,64 127,88

Šířka balíku b [m] Průměr balíku D [m] Hmotnost balíku m [kg] Objem balíku V [m3] Slisovanost balíku U [kg.m-3]

Průměr měření 1,21 1,25 563,00 1,47 383,31

Tabulka 8 – Slisovanost slámy lisem Lely Welger RP 245 Balík Šířka balíku b [m] Průměr balíku D [m] Hmotnost balíku m [kg] Objem balíku V [m3] Slisovanost balíku U [kg.m-3]

Průměr měření 1,21 1,30 205,00 1,61 127,64

ZÁVĚR Kvalita řezání je ovlivňována počtem a ostřím řezacích nožů, dále pak délkou a stářím sklízeného materiálu. Řezání je závislé na velikosti řádků a uložení hmoty v řádku. Slisovanost u měřených lisů byla ovlivněna vlhkostí materiálu, s vyšší vlhkostí slisovanost rostla. U píce sklízené na senáž je slisovanost ovlivněna také délkou řezanky. Vyšší slisovanosti bylo dosaženo u všech sklízených materiálů lisem Lely Welger RP 245. Nejnižších hodnot bylo dosaženo při lisování slámy od 121,79 do 133,67 kg.m-3, u sena bylo dosaženo hodnot od 179,24 do 188,35 kg.m-3. Nejvyšších hodnot slisovanosti bylo dosaženo u senáže a to od 364,04 do 407,05 kg.m-3. Porovnání slisovanosti sklízených materiálů pro oba lisy je uvedené v grafu na obrázku 2.

Slisovanost balíku U [kg.m3 ]

Porovnání slisovanosti sena, senáže a slámy mezi lisy Claas Rollant 46 Silage a Lely Welger RP 245 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

383,31 329,76 Claas Rollant 46 Silage Lely Welger RP 245 163,24

182,27 109,92

seno

senáž

127,64

sláma

Obrázek 2 – Porovnání slisovanosti sena, senáže a slámy mezi lisy Claas Rollant 46 Silage a Lely Welger RP 245

98


ISSN 1802-2391

Literatura: DOLEŽAL, P. 2006. Konzervace, skladování a úpravy objemných krmiv: (přednášky). 1. Vyd. 1., Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2006, 247 s., ISBN 80-715-7993-9. JAVOREK, F. 2010. Volba vhodné techniky pro senážování. Mechanizace zemědělství, Profi Press s.r.o . Praha, 2010, LX., č. 10, s. 30-34. ISSN 0373-6776. NEUBAUER, K. a kol.1989. Stroje pro rostlinnou výrobu..Vyd.1, SZN Praha, 1989, 716 s., ISBN 80-209-075-6. ROH, J., KUMHÁLA, F., HEŘMÁNEK, P. 1997. Stroje používané v rostlinné výrobě. Vyd. 1., Credit Praha, 1997, 275 s., ISBN 80-213-0327-1. ŠPELINA, M., ABRHAM, Z., KOVÁŘOVÁ, M. 1996. Zemědělská technika formou služeb. Vyd. 1.: Institut výchovy a vzdělávání ministerstva zemědělství České republiky Praha, 1996, 41 s., ISBN 80-710-5122-5. Kontaktní adresa: Ing. Milan Fríd, CSc., Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky a služeb, Studentská 13, 370 05 České Budějovice, [email protected] Ing. Ivo Celjak, CSc., Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky a služeb, Studentská 13, 370 05 České Budějovice, [email protected] Ing. Josef Frolík, CSc., Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Zemědělská fakulta, Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky a služeb, Studentská 13, 370 05 České Budějovice, [email protected]

99


ISSN 1802-2391

FIELD TESTING OF HOP STRINGS AND THEIR ATTACHMENTS POLNÍ EXPERIMENTY CHMELOVODIČŮ A JEJICH ÚCHYTŮ PETR HEŘMÁNEK, IVO HONZÍK, ADOLF RYBKA, JIŘÍ MAŠEK, LUBOMÍR VENT1 Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta, Katedra zemědělských strojů 1 CHMEL-Vent spol. s r.o.

Souhrn Příspěvek se zabývá různými variantami zavěšení chmelovodičů a vlastním měřením při polním pokusu. Experiment zahrnuje měření strhávací síly, zjišťování samovolně spadlých rév a sledování místa přetržení úchytu nebo chmelovodiče při běžném strhávání strhávačem. Na závěr jsou výsledky měření vyhodnoceny. Klíčová slova: chmel, chmelovodič, úchyt ÚVOD

Experiment navazuje na pokusy uskutečněné již od roku 2011. Skládá se z polního měření při strhávání chmele na pokusné chmelnici a zjišťování samovolně spadlých rév. Pro měření byly použity materiály, které se osvědčily v minulých letech – ocelový žíhaný drát a motouz z konopí a juty. V loňském roce byl též použit pevný závěs na chmelnici. Při strhávání byla použita měřicí aparatura z minulých let, která se velmi osvědčila. MATERIÁL A METODY Polním pokusem byly sledovány pevnostní vztahy mezi vodicím drátem (chmelovodičem) a jeho úchytem, popř. pevným závěsem. V průběhu pokusu se uskutečnilo měření pevnosti drátů a motouzů při strhávání chmelových rév. Polní pokus zahrnul sedm variant uchycení chmelovodičů k nosnému drátu chmelnice s celkovým počtem 54 navěšených řádků odrůdy Žatecký poloraný červeňák. Varianty uvádí obr.1. a tab. 1. Tab. 1 – Varianty zavěšení chmelových rév a počet samovolně spadlých rév u jednotlivých variant Číslo varianty 1 2 3 4 5 6 7

Počet řádků ks 18 18 2 2 2 6 6

Průměr drátu mm 1,06 1,06 1,06 1,06 1,12 1,06 1,12

Motouz

Druh úchytu

Konopí 2,5 mm Juta 1700x3 Sponka Pevný závěs Drát na drát Konopí 1,8 mm Konopí 1,8 mm

dvojitý dvojitý není není není dvojitý dvojitý

Samovolně spadlé révy ks % 0 0,00 2 0,06 4 1,02 1 0,26 3 0,76 4 0,34 8 0,68

Během vegetačního období chmele bylo sledováno samovolné padání chmelových rév způsobené přetržením chmelovodiče nebo úchytu. U úchytů docházelo k přetržení při poklesu pevnosti způsobené působením mikroklimatu chmelnice na použitý materiál. U chmelovodičů se převážně jednalo o odlomení nebo předření o nosný drát chmelnice. Počet spadlých rév je uveden v tabulce 1. Pro měření síly při přetržení chmelovodiče nebo úchytu bylo využito zařízení používané v minulých letech [1, 2]. U každé varianty byly náhodně zvoleny řádky. Měření bylo vždy provedeno za souvislého nepřerušovaného strhávání chmele v jedné řadě pokusné chmelnice, při kterém bylo zaznamenáno minimálně deset hodnot měření. Réva byla odstřižena od země ve výšce cca 0,8 m a provlečena do oka na rameni snímače. Pojezdem traktoru s vozem byla réva napnuta při sklonu 45° a plynulým tahem došlo k přetržení chmelovodiče nebo

100


ISSN 1802-2391

úchytu. Po stržení byla chmelová réva uložena na voze. V průběhu strhávání byla snímačem v časové frekvenci 50 Hz měřena tahová síla. Příklad naměřených hodnot jednoho měření ukazuje graf na obrázku 2.

Obr. 1 – Zavěšení chmelovodičů (zleva): konopný motouz 1,8 mm, konopný motouz 2,5 mm, jutový motouz 1700x3, bavlněný knot, sponka [5], drát na drát a pevný závěs [4]

Obr. 2 – Příklad grafu průběhu měření tahové síly při strhávání

VÝSLEDKY A DISKUZE Naměřené a vypočtené hodnoty ze všech variant jsou uvedeny v tabulce číslo 2. Směrodatná odchylka i variační koeficient ukazují u motouzů na poměrně vysokou variabilitu změřených sil, naopak ustálené hodnoty jsou u varianty drát na drát. Od každé měřené varianty s úchytem z motouzu byl vybrán řádek, na kterém byl spočítán počet chmelovodičů. Poté následovalo strhávání běžným strhávačem. Po stržení celého řádku byl zjištěn počet chmelovodičů, kde došlo k přetržení v drátu a počet přetržení v motouzu. Z hlediska

101


ISSN 1802-2391

kvality práce je výhodnější přetržení v motouzu, kdy je z chmelnice zcela odstraněn drát chmelovodiče a částečně nebo zcela motouz úchytu (tab. 3). Tab. 2 – Výsledky polního měření Číslo varianty Počet řádků Číslo řádku Číslo měřeného řádku Materiál Úchyt Průměr drátu mm Číslo měření 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Průměr Směrodatná odchylka Variační koeficient [%]

1 18 1-18

2 18 19-36

3 2 37-38

3a 20 rév 38

4 2 39-40

5 2 41-42

6 6 43-48

7 6 49-54

16

22

38

38

39

42

44

50

Konopí 2,5mm dvojitý

JUTA 1700x3 dvojitý

Sponka není

Bavlněný knot jednod.

Pevný závěs není

Drát na drát není

Konopí 1,8 mm dvojitý

Konopí 1,8 mm dvojitý

1,06

1,06

1,06

1,06

1,06

1,12

1,06

1,12

[N] 433 366 290 254 304 412 248 311 339 265 322

[N] 303 386 416 375 200 347 287 350 317 407 339

[N] 255 324 261 476 341 345 304 403 488 289 349

Síla při přetržení [N] [N] [N] 433 389 454 447 353 307 375 323 339 347 235 366 517 331 357 297 429 341 378 365 387 351

[N] 409 412 390 418 407 422 384 393 389 414 404

[N] 163 216 246 215 196 234 229 264 180 197 214

[N] 331 304 230 274 266 374 216 348 284 360 299

61

62

78

73

42

13

29

51

19

18

22

19

12

3

14

17

V minulých letech byly ještě odebírány vzorky motouzu i drátu pro laboratorní měření pevnosti materiálu před zavěšováním na chmelnici i po sklizni. V loňském roce tomu bylo taktéž. Výsledky zde neuvádíme, protože trhací zkouškou bylo zjištěno, že pevnost drátu je mikroklimatem chmelnice ovlivněna zcela minimálně. U motouzů se potvrdilo, že velikost síly při přetržení klesá s délkou vegetačního období chmele [3]. Tab. 3 – Zjištění místa přetržení v jednom řádku chmelnice pro každou měřenou variantu Číslo varianty

Číslo měřeného řádku

1 2

14 22

3

38

4

39

5

42

6 7

44 50

Materiál

Úchyt

Průměr drátu

Celkový počet rév

Přetržení v drátu

Přetržení v motouzu

mm [ks] [ks] [%] [ks] [%] Konopí 2,5 mm dvojitý 1,06 178 110 62 68 38 JUTA 1700x3 dvojitý 1,06 175 49 28 126 72 Sponka + bavlněný není 1,06 x x x x x knot prověšení nosného drátu - posun sponek, cca 10 cm drátu zůstalo na sponkách, bavlněný knot - přetržení v drátu Pevný závěs není 1,06 x x x x x cca 10 cm pod nosným drátem přetrženo Drát na drát není 1,12 x x x x x utržení těsně pod omotaným drátem, 5 špiček rév zůstalo nahoře Konopí 1,8 mm dvojitý 1,06 180 9 5 171 95 Konopí 1,8 mm dvojitý 1,12 168 0 0 168 100

102


ISSN 1802-2391

U variant, kde je přímo drát chmelovodiče navázán na nosný drát chmelnice, přisponkován nebo navěšen na pevný úchyt z drátu bylo sledováno chování tohoto zavěšení při strhávání. Ideálně nesmí zavěšený chmelovodič při strhávání popojíždět po nosném drátu. • Řádek 37-38 sponka: při strhávání se sponka pozvolna otevírá a popojíždí po nosném drátu chmelnice. Možnost použití je pouze za předpokladu, že z obou stran budou vytvořené zarážky pro zamezení popojíždění při strhávání. • Řádek 39-40 pevný závěs: bez závad, zcela vyhovuje. • Řádek 41-42 drát na drát: je velmi variabilní v samovolném padání rév, což se ukázalo i v minulých letech, a proto je tento způsob zavěšení nevhodný. ZÁVĚR Z výsledků polního měření je patrné, že polypropylénový motouz může být plně nahrazen motouzem z přírodního materiálu juty nebo konopí. Při strhávání bylo u konopného motouzu o průměru 1,8 mm dosaženo v jednom případě 100% a v druhém 95% přetržení v místě motouzu při samovolném padání rév 0,68% a 0,34% během vegetace. U konopného motouzu o průměru 2,5 mm bylo přetržení v motouzu pouze u 38% rév, ovšem při nulovém samovolném padání rév během vegetace. Velmi dobré výsledky vykazoval i jutový motouz, kde k přetržení v motouzu došlo u 72% rév při samovolném padání pouze u 0,06% rév. Zavěšení pomocí sponek se ani v loňském roce neosvědčilo. Sponky během strhávání popojíždí a během vegetačního období docházelo k samovolnému otevírání a pádů rév. U pevného závěsu byly velmi dobré výsledky jak z hlediska samovolného padání rév během vegetace, tak i při strhávání. S ohledem na jednoduchost a rychlost zavěšování by bylo dobré tento typ závěsu dále zkoušet. Literatura: [1] HEŘMÁNEK, P., HONZÍK, I., RYBKA, A., JOŠT, B., VENT, L., MAŠEK, J. Zavěšování chmelovodičů. Komunální technika, 2013, roč. 7, č. 5, s. 89-93. ISSN 1802-2391. [2] HONZÍK, I., RYBKA, A., HEŘMÁNEK, P., JOŠT, B. Návrh zařízení pro měření tahové síly v chmelovodiči. Komunální technika, 2013, roč. 7, č. 5, s. 104-107. ISSN 1802-2391. [3] HEŘMÁNEK, P., HONZÍK, I., RYBKA, A., JOŠT, B., VENT, L., MAŠEK, J. Comparison of variant solutions of hop strings and attachments. In: Trends in Agricultural Engineering 2013 03.09.2013, Praha. Praha: Czech University of life Sciences Prague, Faculty of Engineering, 2013. s. 203-207. ISBN 978-80-213-2388-9. [4] HEŘMÁNEK, P., HONZÍK, I., RYBKA, A., JOŠT, B., PODSEDNÍK, J., VENT, L. Pevný úchyt pro zavěšení chmelovodiče. Úřad průmyslového vlastnictví; č. dokumentu: 24784. Majitel: Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta, Praha - Suchdol; Chmelařství, družstvo Žatec; CHMEL-Vent spol. s r.o., Kněžice datum registrace přihlášky: 30.10.2012, datum zápisu vzoru: 07.01.2013. [5] HONZÍK, I., HEŘMÁNEK, P., RYBKA, A., JOŠT, B., PODSEDNÍK, J., VENT, L. Sponkový závěs pro zavěšení chmelovodiče. Úřad průmyslového vlastnictví; č. dokumentu: 24783. Majitel: Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta, Praha - Suchdol; Chmelařství, družstvo Žatec; CHMEL-Vent spol. s r.o., Kněžice datum registrace přihlášky: 30.10.2012, datum zápisu vzoru: 07.01.2013. Tento příspěvek vznikl za přispění MZe ČR jako součást řešení výzkumného projektu NAZV QI101B071. Kontaktní adresa: doc. Ing. Petr Heřmánek, Ph.D. Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta, Katedra zemědělských strojů Kamýcká 129, 165 21 Praha 6 – Suchdol Telefon: +420 224 383 126 E-mail: [email protected] Web: www.czu.cz

103


ISSN 1802-2391

DETECTION OF ANCHORING COLUMNS IN LOW TRELLIS SYSTEM DETEKCE NOSNÝCH SLOUPŮ V NÍZKÉ CHMELNICOVÉ KONSTRUKCI DAVID HOFFMANN1, ADOLF RYBKA1, MILOSLAV LINDA2, MILAN KŘÍŽ2 Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta, Katedra zemědělských strojů 2 Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta, Katedra elektrotechniky a automatizace 1

Souhrn Nízká chmelnicová konstrukce se objevila v České republice v polovině devadesátých let 20. století. Pěstování chmele v nízké konstrukci již bylo testováno v roce 1991. Nicméně, v té době nedostatek adekvátních odrůd (tzv. trpasličích) a speciální techniky zabránily jejich rozšíření. Vysoké náklady při pěstování chmele na vysokých konstrukcích a nedostatek pracovníků vrátil otázku nízkých konstrukcí zpět. Pro plné využití této nové technologie je třeba mechanizace, která se již v současné době vyvíjí. Článek představuje jeden ze senzorů použitých při měření. Pro laboratorní zkoušky byl vytvořen model nízké konstrukce zahrnující suché chmelové révy, na kterém byl uvedený senzor testován. V závěru jsou doporučení pro navazující měření a výzkum. Klíčová slova: chmel, snímač, nízká konstrukce ÚVOD

V technologii pěstování chmele na nízké konstrukci je velmi důležitý jarní mechanický řez, na jehož kvalitě závisí pozdější výnos (Ebersold, 2004; Srečes a kol., 2013). Experimentální model mechanického ořezávače (obrázek 1) je vyvíjený na Katedře zemědělských strojů TF České zemědělské univerzity v Praze. Tento model mechanického ořezávače je umístěn na mezinápravovém nosiči traktoru. Ořezávací kotouč mechanického ořezávače se pohybuje přímo v ose chmelového řadu (pod podpůrnou sítí) nízké konstrukce. Ve stejné ose se ale nacházejí i nosné dřevěné sloupy, kterým je nutné se během agrotechnické operace co nejtěsněji vyhnout. Přes veškeré výhody, které mechanický řez přináší, není ořezávač v současné době sériově vyráběn (Křivánek et al., 2008; Křivánek, Ježek, 2010; Krofta, Ježek, 2010; McAdam et al., 2013).

Obrázek 1 – Experimentální model mechanického ořezávače umístěný na traktoru

Popis nízké konstrukce pro pěstování chmele Nízká konstrukce (obrázek 2) je v porovnání s tradiční chmelnicovou konstrukcí materiálově i pracovně mnohem méně nákladná (Štranc a kol., 2012). Konstrukce podobného typu se již osvědčila ve vinohradech, a proto lze obdobné provedení využít i na chmel.

104


ISSN 1802-2391

Obrázek 2 – Chmelnice s nízkou konstrukcí

Hlavními částmi nízké konstrukce zobrazené na obrázku 3 jsou nosné sloupy, opěrná síť, ocelová lana, kotvy a kapková závlaha. Nosné sloupy bývají maximálně 3 m dlouhé, ve většině případů dřevěné, ale mohou být i z lisovaného betonu vyztužené armaturami, z pozinkovaných ocelových profilů a z dalších materiálů (Křivánek a kol., 2008). Životnost betonových nosných sloupů je nejvyšší ze všech zmíněných, ale při sklizni jejich abrazivní povrch obrušuje česací prsty mobilního sklízeče (hlavně na jejich špičce). Při probroušení česacího prstu vznikají dva špičaté a ostré hroty, které se zachytávají za podpůrnou síť a ta je jimi poškozována (trhána). Z dosavadních poznatků vyplývá, že nejvíce se osvědčily impregnované dřevěné nosné sloupy o průměru 100 až 150 mm. Vzdálenost nosných sloupů je 8 až 10 m.

Obrázek 3 – Kotvení nízké konstrukce 1 – kotva, 2 – nosná ocelová lana, 3 – krajní nosný sloup, 4 – nosný sloup, 5 – podpůrná síť, 6 – kapková závlaha

Plastová síť se zpravidla používá v bílém nebo černém barevném provedení s velikostí ok 150 x 150 mm (např. od firmy Netafim). Síť je od povrchu chmelnice vzdálena 250 mm, kde je na ocelovém laně zavěšena kapková závlaha. Při vzdálenosti podpůrné sítě od země větší než 350 mm se snižuje samozaváděcí schopnost chmelových rév. (Štranc a kol., 2012) Celkové náklady na výstavbu nízké konstrukce se pohybují v rozmezí 200 až 240 tis. Kč.ha-1. V případě vybudování kapkové závlahy se celkové náklady zvyšují o 50 až 70 tis. Kč.ha-1. (Štranc a kol., 2012) MATERIÁL A METODY Detekce polohy nosných sloupů nízké konstrukce je klíčovým krokem k automatizaci celé operace mechanického řezu chmele. Obsluha traktoru se může plně věnovat samotné jízdě ve chmelovém meziřadí. Současné manuální ovládání pohybu mezinápravového nosiče s mechanickým ořezávačem by bylo příliš nebezpečné. Při nepřesnosti (zpoždění) odklonu nosného

105


ISSN 1802-2391

ramene by došlo ke kontaktu ořezávacího kotouče s nosným sloupem nízké konstrukce, což by vedlo k poškození stroje nebo vybavení chmelnice. Zároveň je snaha o co nejpřesnější kopírování nosného sloupu ořezávacím kotoučem tak, aby byly ořezány i chmelové babky rostoucí v jeho bezprostřední blízkosti (vzdálenost babky od nosného sloupu je cca 150 mm, i když doporučená vzdálenost je 500 mm). (Štranc a kol., 2007) Při nepřesné jízdě traktoru ve chmelovém meziřadí může traktor poškodit podpůrnou síť nebo vyvrátit (příp. zlomit) nosné sloupy nízké konstrukce. Postup kopírování nosného sloupu je zobrazen na obrázku 4.

Obrázek 4 – Kopírování nosného sloupu ořezávacím kotoučem

Laboratorní model nízké konstrukce Pro účely měření snímačů byl v laboratoři Katedry zemědělských strojů TF ČZU v Praze vytvořen model nízké konstrukce. Model je kopií běžné nízké konstrukce s tím rozdílem, že jeho výška je pouze 1,3 m. Model se skládá ze dvou nosných sloupů o průměru 80 mm (obrázek 5 – levý sloup) a 100 mm (obrázek 5 - pravý sloup) a z bílé plastové podpůrné sítě porostlé suchými chmelovými révami. Průměry nosných sloupů jsou stejné, jako se používají v praxi. Množství rostlinných zbytků bylo stejné jako v polních podmínkách. Mezi nosnými sloupy byla napnuta dvě ocelová lana o průměru 6 mm, které zvyšují pevnost podpůrné plastové sítě. Spodní napínací lano se nachází 250 mm a druhé 1200 mm nad zemí. Nosné sloupy mají osovou vzdálenost 1200 mm a k podlaze jsou připevněny pomocí kotev ve tvaru L. Laboratorní model a jeho umístění v laboratoři je vidět na obrázku 5.

106


ISSN 1802-2391

Obrázek 5 – Laboratorní model nízké konstrukce

Laboratorní měření mělo ověřit vhodnost použití jednotlivých typů snímačů. Cílem bylo zjistit, zda měřený snímač dokáže opakovaně rozlišit dřevěný nosný sloup od podpůrné plastové sítě s rostlinnými zbytky. Měření snímačem Efector pmd 3d Na laboratorním modelu bylo měřeno infračerveným snímačem (IR) Efector pmd 3d camera 03D201, který byl po dobu měření umístěn na vlastním fotostativu s osazeným speciálním úchytem. Efector pmd 3d (obrázek 6) je IR senzor od společnosti Ifm Electronic určený pro měření vzdálenosti. Pracuje na principu time-of-flight: procházející světlo vyžaduje určitý čas na cestu k objektu (kde se odrazí) a vrací se zpět k senzoru. (PMD technology, 2013). PMD je zkratka Photo Mixer Device: senzor i vyhodnocovací elektronika jsou integrovány na jednom křemíkovém čipu. Zařízení má rozlišení 64x50 pixelů (px).

Obrázek 6 – Senzor Efector pmd 3d camera 03D201

VÝSLEDKY A DISKUZE Přehledový snímek Byly naměřeny tzv. přehledové snímky ze vzdálenosti 2000 mm od kraje modelu nízké konstrukce, na kterých jsou zobrazeny jak nosné sloupy, tak i podpůrná síť. Měření probíhalo tak, že se provedlo odměření vzdálenosti všech bodů ve výřezu optiky senzoru a dle naměřené vzdálenosti jim byl přidělen odstín šedi. Červená barva na obrázku (obrázek 7) značí místa, která byla svou vzdáleností mimo měřicí rozsah snímače. Čím světlejší barva, tím je měřený objekt blíže snímači. Nosný sloup je na obrázku dobře patrný navzdory tomu, že některé suché chmelové révy byly i o 70 mm blíže snímači. Po odběru dat byla provedena vizualizace snímku, a to konkrétně 32. řady obrazových bodů – počítáno od horního okraje snímku (obrázek 7 - vodorovná linka na obrázku). Vizualizace 107


ISSN 1802-2391

probíhá tak, že ke každému výstupnímu napětí je přiřazen odstín barvy. Výstupní napětí dané řady lze proto vybrat a zobrazit samostatně v grafu. Vizualizovaná naměřená data 32. řádky jsou zobrazena v grafu na obrázku 8.

Obrázek 7 – Přehledový snímek s vyznačenou polohou vizualizovaných dat snímku (režim intenzity).

Obrázek 8 – Naměřené výstupní napětí pravého přehledového snímku.

Na grafu (obrázek 8) je dobře patrná výchylka, která dosahuje téměř hodnoty 3,5. Právě v tomto místě je detekován sloup – na obrázku 7 je zobrazen nejsvětlejší barvou. Pro lepší představu lze graf naměřeného výstupního napětí přiložit na přehledový snímek. Výsledek překrytí je zobrazen na obrázku 9. Na něm je dobře patrná závislost naměřeného výstupního napětí (žlutá křivka) na odstínu barvy.

Obrázek 9 – Překrytí přehledového snímku grafem naměřených výstupních napětí

108


ISSN 1802-2391

ZÁVĚR Z grafické analýzy je dobře patrné, že pro detekci polohy nosných sloupů je snímač Efector pmd 3d vhodný. Při této vzdálenosti detekuje snímač staré révy s podpůrnou plastovou sítí jako jeden prvek a nedochází k průchodu laserového paprsku skrz měřený objekt. Dále jsou nosné sloupy, měřené na této vzdálenosti, mnohem lépe rozlišitelné od zbytku vybavení nízké konstrukce. V současné době probíhá měření na laboratorním modelu i s jinými snímači, jako je např. infračervený IR senzor SHARP (GP2Y0A21YK0F) nebo ultrazvuk (UK1C-E1-0E). Posledním krokem bude vytvoření aplikace, která na základě detekovaného nosného sloupu vydá řídící impulz k odklonu mezinápravového nosiče. Literatura: EBERSOLD, R. 2004. Feasiblity study on low-trellis hop production. Chambre d´Agriculture du Bas-Rhin (CABR), Rome, Italy, pp. 3. Available at: KROFTA, K., JEŽEK, J. 2010. The effect of time of cutting on yield and the quality of the hop hybrid varieties Harmonie, Rubín and Agnus. Plant, Soil and Environment. Volume 56, Issue 12, pp. 564-569. ISSN: 1214117 KŘIVÁNEK, J., JEŽEK, J. 2010. The importance of cut and verification German prototype machines for hop cutting designed for a low trellis system in ÚH Stekník. Chmelařství 83, No. 4 (2010), pp. 45-48. KŘIVÁNEK, J., PULKRÁBEK, J., CHALOUPSKÝ, R., KUDRNA, T., POKORNÝ, J. 2008. Response of the Czech hybrid hop cultivar Agnus to the term of pruning, depth of pruning and number of trained bines. Plant, Soil and Environment, Volume 54, Issue 11, pp. 471-478. ISSN: 12141178 McADAM, E.L., FREEMAN, J.S., WHITTOCK, S.P., BUCK, E.J., JAKSE, J., CERENAK, A., JAVORNIK, B., KILIAN, A., WANG, C.H., ANDERSEN, D., VAILLANCOURT, R.E., CARLING, J., BEATSON, R., GRAHAM, L., GRAHAM, D., DARBY, P., KOUTOULIS, A. 2013. Quantitative trait loci in hop (Humulus lupulus L.) reveal complex genetic architecture underlying variation in sex, yield and cone chemistry. BMC Genomics, Volume 14, Issue 1, 30, Article number 360. ISSN: 14712164 PMD technology, 2013. PMD technology . Available at: ŠTRANC, P., ŠTRANC, J., JURČÁK, J., ŠTRANC, D., PÁZLER, B. 2007. Řez chmele. ČZU in Prague, pp. 42-43. ISBN 978-80-87111-03-1. Tento článek vznikl jako výstup řešení projektů TA ČR No. TA03021046, MZe NAZV No. QI101B071 a IGA 2013:31160/1312/3112. Kontaktní adresa: Ing. David Hoffmann University of Life Sciences Prague, Faculty of Engineering, Department of Agricultural Machines [email protected]

109


ISSN 1802-2391

ANALYSIS OF DENSITY OF BIODEGRADABLE WASTE FROM MAINTENANCE OF LAWNS ANALÝZA OBJEMOVÉ HMOTNOSTI BRO Z ÚDRŽBY TRAVNATÝCH PLOCH DAVID HOUŠKA, PETR HÁJEK, ONDŘEJ TŮMA, VLASTIMIL ALTMANN ČZU, TECHNICKÁ FAKULTA, KATEDRA VYUŽITÍ STROJŮ

Abstract For effective planning logistics sorted waste collection and its subsequent reuse, it is desirable to know its physical properties, especially density, which has a decisive character to select suitable containers for refuse and other waste handling from point of origin to the place of processing. Measurement, which is based on this post, was implemented at two golf courses, where, for reasons of different frequencies maintenance lawns also different length of cut grass. This fact was exploited and taken into account in the measurement. The rate is determined by the intensity of maintenance desired resulting quality playing surfaces and the aesthetic value of the expected course. Intervals range from daily maintenance to maintenance performed once a year. The measurement result is obtained values of density of biodegradable waste, which in this case was chopped as product maintenance lawns to golf courses. Density varying length of cut showed distinct values that are presented in the sequel article. Keywords:

physical properties, sorted waste, waste management, logistic

Souhrn Pro efektivní plánování logistiky svozu tříděného odpadu a jeho následné další použití je žádoucí znát jeho fyzikální vlastnosti, zejména objemovou hmotnost, která má určující charakter pro volbu vhodných nádob pro svoz i další manipulaci s odpadem. Měření bylo realizováno na dvou golfových hřištích, kde je z důvodů různé frekvence údržby travnatých ploch také různá délka řezanky posečené trávy. Tento fakt byl využit a zohledněn při měření. Míra intenzity údržby je dána požadovanou výslednou jakostí hracích ploch a očekávanou estetickou hodnotou hřiště. Intervaly se pohybují v rozmezí každodenní údržby až po údržbu prováděnou jedenkrát ročně. Výsledkem měření jsou získané hodnoty objemové hmotnosti biologicky rozložitelného odpadu, kterým v tomto případě byla řezanka jako produkt údržby travnatých ploch na golfových hřištích. Objemové hmotnosti různě dlouhé řezanky vykazovaly odlišné hodnoty, které jsou prezentovány v pokračování článku. Klíčová slova: fyzikální vlastnosti, tříděný odpad, odpadové hospodářství, logistika ÚVOD

Mezi občany nejrozšířenějším systémem sběru BRO je nádobový nebo kontejnerový systém sběru, který je založen na opakovaném použití sběrných nádob. Často používané nádoby při svozu BRO z domácností jsou nádoby (viz Obrázek 1) o objemu 120 a 240 l. Nádoby určené pro sběr BRO se od nádob o stejném objemu určených pro sběr ostatních komodit komunálního odpadu odlišují provzdušňovacími otvory na bocích a nad dnem umístěným roštem, který zajišťuje oddělení vody od odpadu vloženého do nádoby. Při měření hmotnosti v nádobách umístěného odpadu, je vhodné použít plošinovou váhu o přiměřené váživosti, jednotkách a nejmenším dílku hmotnostní jednotky váhy. Nejmenším dílkem se rozumí přesnost, s jakou dokáže váha určit naměřenou hodnotu hmotnosti. Pro producenty biologicky rozložitelného odpadu a společnosti (svozové firmy), které s BRO po vložení do sběrných nádob dále nakládají, může mít velký význam znalost objemové hmotnosti BRO a hodnot kterých dosahují a mohou dosahovat v závislosti na délce řezanky. Svozové společnosti mohou motivovat své zákazníky k nakládání či produkci BRO takovým způsobem, aby výsledné hodnoty objemové hmotnosti odpadu dosahovaly vyšších hodnot. Přínosem pro svozové firmy je efektivnější využití nákladového prostoru svozových vozů. Pro 110


ISSN 1802-2391

občany z domácností, kteří využívají k likvidaci BRO sběrné nádoby, je přínosem větší míra využití objemu sběrné nádoby. Cílem příspěvku je potvrdit nebo vyvrátit, že čím je délka řezanky větší, tím je objemová hmotnost vzniklého biologicky rozložitelného odpadu nižší. MATERIÁL A METODY Pro zjišťování objemové hmotnosti BRO lze využít metodu, kdy je vážen známý objem materiálu a z navážené hodnoty je pomocí uvedeného vztahu (1) dopočítána objemová hmotnost. Pro výpočet je nutné za m dosadit hmotnost materiálu, který je zvážen v nádobě, kde zabírá známý objem V. [kg.m-3] (1) m

mV = k . V

kde: mV - výsledná objemová hmotnost [kg.m-3] m - hmotnost vzorku [ kg ] k - přepočítávací koeficient V - objem nádoby [ l ] Vlastní měření objemové hmotnosti bylo prováděno za použití tenzometrické plošinové váhy o váživosti 500 kg a nejmenším dílku 0,1 kg, na kterou byla umísťována nádoba o objemu 120 l naplněná BRO vzniklým při sečení travnatých ploch ve formě řezanky. Plnění nádoby je prováděno volným sypáním odpadu do nádoby bez stlačování nebo střásání. Zaznamenané hodnoty hmotností a známý objem 120 l plněné nádoby jsou zpracovány za použití uvedeného vztahu pro výpočet objemové hmotnosti.

Obrázek 1 – Nádoba na sběr BRO (120 l)

Z každého vzorku biologicky rozložitelného odpadu z údržby travnatých ploch golfového hřiště, bylo náhodně vybráno 10 stébel řezanky. Délka stébla byla měřena za použití posuvného měřítka a vysunovacího metru. Délka byla zaznamenávána v centimetrech (viz Tabulka 1). Dalším krokem pro zjištění průměrné délky řezanky bylo zjištění modusu náhodně vybraných stébel posečené trávy. Modus je definován jako nejčetnější hodnota znaku, je tedy hodnotou nejtypičtější pro daný soubor. Prostý aritmetický průměr se počítá ze všech hodnot znaku v souboru, změna libovolné hodnoty se na něm okamžitě odrazí. Z toho důvodu byl upřednostněn modus před aritmetickým průměrem. VÝSLEDKY A DISKUSE Při údržbě travnatých ploch golfového hřiště se používají různé typy travních sekaček. Pro sečení greenů se používají vřetenové sekačky z důvodu velmi krátké výšky seče, která se pohybuje kolem hodnoty 2 mm. Na odpalištích se také používají vřetenové sekačky s výškou seče kolem 2 cm. Rough a heavy rough jsou jedny z nejvyšších travnatých ploch golfových hřišť. Jejich výška seče bývá v rozmezí 5 až 15 cm. Posledním a nejvyšším vzorkem měření je okrasný trávník, který se seče i pouze jednou za rok a vyznačuje se nejdelší řezankou. V Tabulce 1 jsou zobrazeny hodnoty namátkově vybraných a následně změřených stébel pro každý druh travnaté plochy. Z naměřených hodnot je pro každý druh travnaté plochy golfového hřiště vypočten modus délky řezanky. 111


ISSN 1802-2391

Nejkratší řezanka je po sečení greenů a dosahuje délky 0,8 a 0,9 cm. Naopak nejdelší řezanka vzniká po sečení okrasných trávníků, přičemž modus její délky dosahuje 59 cm. Tabulka 1 – Výpočet délky řezanky Délka řezanky na golfovém hřišti číslo měření 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. MODUS

green 1

green 2

odpaliště

[mm]

[mm]

[mm]

5 8 6 3 9 7 10 6 8 7 8

9 10 10 4 9 12 7 5 12 11 9

18 23 16 24 11 14 22 21 19 23 23

rough [mm] 98 120 116 83 130 117 125 130 117 119 130

heavy rough [mm] 220 250 190 260 230 250 240 160 210 170 250

okrasný trávník [mm] 390 590 660 630 590 470 620 600 490 570 590

Obrázek 2 – Grafické znázornění délky řezanky a objemové hmotnosti

Na obrázku 2 jsou graficky znázorněny naměřené hodnoty objemových hmotností a délek řezanky. Z grafického znázornění je patrné, že čím je délka řezanky delší, tím je objemová hmotnost posečené traviny nižší. Nezodpovězenou otázkou a námětem pro další měření je porovnání ploch a hmotnosti vzniklého biologicky rozložitelného odpadu o různé délce řezanky. ZÁVĚR Objemová hmotnost měřených vzorků travní řezanky vzniklých při údržbě hřiště je v rozsahu 33 až 320 kg.m-3. Na základě těchto znalostí je možné při navrhování svozu BRO optimalizovat velikost zvolených nádob a intervalů systému svozu, který zajistí včasnou likvidaci biologicky rozložitelného odpadu z místa vzniku a zabrání jeho nežádoucímu hromadění. Z výsledků měření je patrné, že v případě údržby travnatých ploch bylo zjištěno, že čím je délka řezanky vyšší, tím je hodnota objemové hmotnosti nižší a naopak.

112


ISSN 1802-2391

Literatura: [1] SVATOŠOVÁ, L.; KÁBA, B.:Statistické metody; ČZU Praha, Powerprint s.r.o., ISBN 978-20- 213-1672-0, 2007. 1. Vydání, 134 s; [2] VOŠTOVÁ, V., ALTMANN, V., FRÍS, J., JEŘÁBEK, K.: Logistika odpadového hospodářství; ČVÚT Praha, 5 – Technické vědy, ISBN 978-80-01-04426-1, 2009. 1. vydání, 349 s; [3] SVOBODOVÁ, M.: Trávníky; Česká zemědělská univerzita v Praze, ISBN 80-213-0380-8, 2006, 81 s. Tento příspěvek byl zpracován v rámci řešení výzkumného projektu ČZU v Praze, č. 31900/1181/1818, financovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy České republiky. Kontaktní adresa: 1) Ing. David Houška, Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta, Kamýcká 129, 165 21 Praha – Suchdol, 224 38 3152, [email protected] 2) Ing. Petr Hájek, Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta, Kamýcká 129, 165 21 Praha – Suchdol, 224 38 3140, [email protected] 3) Ing. Ondřej Tůma, Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta, Kamýcká 129, 165 21 Praha – Suchdol, 224 38 3152, [email protected] 4) doc. Ing. Vlastimil Altmann, Ph.D., Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta, Kamýcká 129, 165 21 Praha – Suchdol, 224 38 3144, [email protected]

113


ISSN 1802-2391

SPEED OF SEEDS FLIGHT IN THE SEEDING TUBES RYCHLOST PRŮLETU OSIVA V HADICOVÝCH SEMENOVODECH JOSEF HŮLA, ADOLF RYBKA, IVO HONZÍK Česká zemědělská univerzita, Technická fakulta, Katedra zemědělských strojů

Abstract Development and innovation trend in exact seeding-machines is a placement of a central storage box and a central sowing unit on these seeding-machines. These construction changes of seedingmachines need a new solution in the transport of seeds from the central sowing unit to the seeding coulters. As the preferred solution is the use of plastic seeding tubes. Speed of wheat seets was higher then seeds of maize but the differences were not statistically significant. With increasing length of seeding tubes the speed of seeds flight was decreasing. On the speed of seeds flight in the plastic seeding tubes had further the influence the lead of seeding tubes (straight, curved). Keywords:

exact seeding, plastic seeding tubes

ÚVOD

U strojů pro přesné setí jsou dosud využívány jednotlivé zásobní skříně na osivo pro každou výsevní jednotku, osivo padá z malé výšky z výsevního mechanismu přímo do rýhy v půdě vytvořené secími botkami. V poslední době se výrobci strojů na přesné setí orientují na vývoj strojů s uplatněním centrální zásobní skříně na osivo a centrálního výsevního ústrojí z důvodů provozních výhod tohoto řešení. Pneumatická doprava osiva v semenovodech je jedním z důležitých faktorů správné funkce secích strojů. Je důležité, aby semena byla proudem vzduchu unášena v hadicových semenovodech v pravidelných vzdálenostech, což je podmínkou dodržení agrotechnických požadavků na přesné setí. Východiskem pro studium průletu osiva hadicovými semenovody jsou údaje v literatuře se zaměřením zejména na aerodynamické poměry v potrubí, tlak a rychlost vzduchového proudu a na přetlakovou dopravu zrnin (Russo, 2011; Jech a kol., 2011). Cílem měření průletu osiva hadicovými semenovody bylo upřesnit vliv základních parametrů (délka a tvar vedení hadic) na přesnost dopravy vybraných osiv do secích botek v podmínkách přesného setí. MATERIÁL A METODY Hadicové semenovody o vnitřním průměru 16 mm byly připojeny na vývod ventilátoru používaného u secích strojů FARMET Excelent. Ventilátor byl poháněn hydrogenerátorem s možností plynulé změny frekvence otáčení rotoru ventilátoru (obr. 1). Po změření rychlosti vzduchu v hadicových semenovodech o vnitřním průměru 16 mm a při jejich různých délkách, při různé frekvenci otáčení rotoru ventilátoru a při přímém i zakřiveném vedení semenovodů (Vítek a kol., 2013), se uskutečnilo měření rychlosti průletu semen kukuřice a ozimé pšenice těmito hadicovými semenovody. Při měření průletu semen byly využity optické snímače BALLUFF, typ BLG 30C-005-S4, ve spojení s měřicí ústřednou. Měřil se průlet osiv vždy na přímém vedení semenovodů a následně na vedení zakřiveném. Zakřivení hadic bylo zvoleno v souladu s předpokládaným uložením hadicových semenovodů v secím stroji. Byla zvolena frekvence otáčení rotoru ventilátoru 3500.min-1. Z naměřených časových úseků byla vypočítána rychlost průletu semen. Měření se uskutečnila v deseti opakováních.

114


ISSN 1802-2391

Obr. 1 – Ventilátor poháněný hydrogenerátorem (hydrogenerátor je v pozadí)

VÝSLEDKY A DISKUSE Při měření rychlosti průletu osiva kukuřice a pšenice hadicovými semenovody se ukázalo, že při nižší frekvenci otáčení rotoru ventilátoru (rozmezí 1000 až 2500.min-1) není dosaženo rychlosti proudění vzduchu v hadicových semenovodech, potřebné pro plynulý pohyb osiv v semenovodech. Pro statistické zpracování dat proto byly zvoleny hodnoty rychlosti průletu semen při frekvenci otáčení rotoru ventilátoru 3500.min-1. Z grafu na obr. 2 je patrné, že u přímého vedení semenovodů byla naměřena vyšší rychlost průletu semen než u vedení zakřiveného (délka semenovodu 2 m). U varianty 3 byly v tomto znaku hodnoty statisticky významně nižší než u variant s přímým vedením hadic. Obdobný trend v rozdílech mezi variantami měření byl zjištěn při délce semenovodu 3 m, avšak statisticky významný rozdíl byl pouze mezi variantami 3 a 2 – graf na obr. 3.

Obr. 2 – Rychlost průletu semen při délce semenovodu 2 m Varianty: 1 – Kukuřice, přímé vedení 2 – Ozimá pšenice, přímé vedení 3 – Kukuřice, zakřivené vedení 4 – Ozimá pšenice, zakřivené vedení

115


ISSN 1802-2391

Obr. 3 – Rychlost průletu semen při délce semenovodu 3 m

U délky semenovodů 4 m byla naměřena nejnižší rychlost průletu semen pšenice při přímém vedení semenovodů, což představuje odlišnost od výsledků měření při délce semenovodů 2 a 3 m (obr. 4). Statisticky významný rozdíl byl zjištěn pouze mezi variantami 1 a 2. Předpokládanou příčinou jsou parametry zakřivení semenovodu při jeho délce 4 m. Při největší délce semenovodů (5 m) se rychlost průletu semen mezi variantami měření statisticky významně nelišila (obr. 5).


116


ISSN 1802-2391


K objasnění rozdílů rychlosti průletu semen semenovody mohou přispět výsledky předchozích měření rychlosti proudění vzduchu v hadicových semenovodech. Rychlost proudění vzduchu při stejné frekvenci otáčení rotoru ventilátoru stoupala se snižující se délkou hadic. Při zakřiveném vedení hadic byla rychlost proudění vzduchu v hadicích nižší než při jejich přímém vedení. Výsledky měření jsou v souladu s literárními prameny, které pojednávají o principech proudění vzduchu v potrubí a pneumatické dopravě zrnin (Flandro, McMahon, Roach, 2012; Jech a kol., 2011). Současně však ukazují na specifické problémy, které je nutné řešit při přesném setí stroji s centrální zásobní skříní na osivo a s centrálním výsevním ústrojím. ZÁVĚR Výsledky měření rychlosti průletu semen v hadicových semenovodech ukázaly na problém spojený s použitím hadicových semenovodů nestejné délky u nové generace strojů na přesné setí. Při nestejné délce hadicových semenovodů může docházet k rozdílům rychlosti průletu semen v jednotlivých semenovodech a tím ke zhoršení parametrů přesného setí. Dalším zdrojem nepřesnosti setí může být způsob vedení hadicových semenovodů. Byly naměřeny i rozdíly rychlosti průletu semen pšenice a kukuřice. Výsledky jsou informačním podkladem využitelným při vývoji strojů na přesné setí s požadavky na kvalitu výsevu při relativně vysoké pojezdové rychlosti strojů. Literatura: FLANDRO, G.A., McMAHON, H.M., ROACH, R.L., 2012. Basic aerodynamics. Cambridge: University Press. 419 p. ISBN 978-0-521-80582-7. JECH, J. a kol., 2011. Stroje pre rastlinnú výrobu 3. Praha: Profi Press, s.r.o., 368 s. ISBN 978-8086726-41-0. RUSSO, G. P., 2011. Aerodynamic measurements. Cambridge: Woodhead Publishing, Ltd., 257 p. ISBN 978-1-84569-992-5. VÍTEK, P., HŮLA, J., RYBKA, A., HONZÍK, I., 2013. Parametry proudění vzduchu v hadicových semenovodech. Komunální technika, 7, 5, s. 249-252. ISSN 1802-2391. Tento příspěvek vznikl za přispění MPO ČR jako součást řešení výzkumného projektu č. FRTI3/069. Kontaktní adresa: prof. Ing. Josef Hůla, CSc. Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta, katedra zemědělských strojů

117


ISSN 1802-2391

INFLUENCE OF TECHNOGENIC SOIL COMPACTION ON THE POROSITY AND INFILTRATION CHARACTERISTICS OF THE SOIL VLIV TECHNOGENNÍHO ZHUTNĚNÍ PŮDY NA PÓROVITOST A INFILTRAČNÍ VLASTNOSTI PŮDY JAN CHYBA, MILAN KROULÍK, FRANTIŠEK KUMHÁLA, PETR NOVÁK, JAKUB LEV Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta, Katedra zemědělských strojů

Souhrn Cílem tohoto experimentu bylo zjistit jaký vliv má zpracování a zhutnění půdy na infiltrační vlastnosti a pórovitosti půdy. Experiment byl proveden na pozemku rozděleném do dvou hlavních variant: řízený provoz strojů a konvenční zpracování půdy. Obě tyto varianty byly na části pozemku, před založením experimentu, hluboce prokypřeny (hloubka 0,45 m) a následné měření bylo provedeno uvnitř a mimo stopu zemědělských strojů. Výsledky prokázaly statisticky významný vliv zhutnění půdy na infiltrační vlastnosti půdy, byl zaznamenán vliv hlubokého kypření na infiltrační vlastnosti půdy a vztah mezi nasycenou hydraulickou vodivostí a celkovou/nekapilární pórovitostí. Vztah mezi nasycenou hydraulickou vodivostí a kapilární pórovitostí nebyl prokázán. Klíčová slova: nasycená hydraulická vodivost, pórovitost, zhutnění půdy, zpracování půdy ÚVOD

Důležitý faktor, který ovlivňuje hydraulickou vodivost půd, je zhutnění půdy. Zhutnění půdy je primárně způsobeno přejezdy zemědělských strojů a jeho měřitelnými příznaky jsou snížené hodnoty pórovitosti a naopak zvýšené hodnoty objemové hmotnosti půdy. Jmenované parametry ovlivňují negativně infiltrační vlastnosti půdy v případě porovnání zhutněné půdy s nezhutněnou půdou (Liebig et al., 1993; Yuxia et al., 2001; Hamza et al., 2005 a Raper, 2006). Pórovitost půdy se vztahuje k části objemu půdy, který není zaplněn půdními částicemi nebo organickým materiálem, ale je vyplněn plyny nebo vodou (White, 2006). Pórovitost půdy je důležitý faktor, protože ovlivňuje tok kapalin a ukládání vody dostupné pro plodiny (Sort et al., 1999). Sort et al. (1999) sledovali krátkodobý vliv velkého zatížení (19 t) na jílovitou půdu a velikost distribuce pórů. Alakukku (1996) zjistila, že jednou přejetá oblast měla sníženou pórovitost půdy v hloubce od 0 do 0,3 m, zatímco čtyři přejezdy zemědělskou technikou ovlivňují hlavně oblast v hloubce od 0,3 do 0,5 m. Mechanická pevnost půdy má významný vliv na hydraulickou vodivost půd a řídí se především půdní strukturou. Keller et al. (2010) tvrdí, že hydraulická vodivost půdy je dobrým vodítkem pro zjištění půdní struktury testované půdy. Půdní struktura může být měřena nasycenou hydraulickou vodivostí (kfs)(Bagarello et al., 2004), pro kterou je vhodná metoda SFH (Simplified Falling-Head). Bagarello et al. (2006) provedli dvoustupňovou analýzu SFH. Výsledky těchto měření jsou prakticky ekvivalentní s hodnotami nasycené hydraulické vodivosti, které byly získány jinými, detailnějšími analýzami. Na základě výsledků bylo doporučeno využívat v praxi metodu SFH na místo podrobnějších postupů. Zhutnění půdy znemožňuje kořenovému systému rostlin dosáhnout do hlubších vrstev půdy a tím získat vodu z těchto vrstev (Li et al., 2007). Například jeden přejezd již významně snižuje čas k ustálení míry kumulativní infiltrace v porovnání s nezhutněnou půdou. Nezhutněná půda má 4 – 5 krát vyšší míru infiltrace než zhutněná (přejetá) půda (Yuxia et al., 2001; Chamen, 2011). Yuxia et al. (2001) prezentovali, že zhutnění půdy má větší vliv na míru infiltrace než zpracování půdy. V případě zhutněné půdy došlo k hromadění stojaté vody po 5 – 7 minutách srážek a k dosažení stabilní infiltrace došlo po 15 minutách. Hlavním zjištěním v této studii bylo, že nezhutněná půda má celkovou infiltraci vody 77% z celkových srážek a zhutněná půda pouze 25% z celkových srážek. Přes tyto výsledky existuje odporující tvrzení, že povrch zhutněné půdy nemá významný vliv na parametry infiltrace (van Dijck et al., 2002).

118


ISSN 1802-2391

MATERIÁL A METODY Měření bylo provedeno na experimentálním pozemku Červený Újezd. Lokalita, kde byl experimentální pozemek založen, spadá do oblasti mírně teplé, mírně suché, převážně s mírnou zimou. Dle TKSP (taxonomický klasifikační systém půd) je genetický půdní typ na pozemku hnědozem modální (Haplic Luvisol). Podíl jednotlivých frakcí: prachové částice 41,4 %, jíl 46,3 %, jemný písek 7,9 % a písek 4,4 %. Experimentální měření bylo provedeno na variantách, kde byl aplikován řízený provoz strojů (controlled traffic farming – CTF, kypření do hloubky 0,15 m) a při použití konvenčního zpracování půdy s orbou (orba do hloubky 0,2 m). Veškeré varianty byly měřeny uvnitř a mimo stopy zemědělské techniky. Před založením pokusu bylo na části pozemku provedeno hluboké kypření do hloubky 0,45 m. Pro měření fyzikálních vlastností půdy (pórovitostí) byla zvolena metoda odběru neporušených a porušených půdních vzorků (Valla et al., 2011). Neporušené půdní vzorky se odebírají do ocelových válečků o objemu 100 cm3, a analyzují se vodní a vzdušné poměry, provádí se stanovení pórovitosti atd. Odběr vzorků se provádí v terénu ze středu jednotlivých horizontů do Kopeckého ocelových válečků. Pro zjištění hodnot fyzikálních vlastností půdy je třeba provést několik měření. Celkovou pórovitost P lze vypočíst ze vzorce: [%obj.]

(1)

kde: ρz – specifická hmotnost (zdánlivá hustota ) pevných částic zeminy [g.cm ], ρd – objemová hmotnost [g.cm-3]. Přičemž objemovou hmotnost lze získat poměrem čisté hmotnosti vzorku po vysoušení při 105°C ku objemu fyzikálního válečku a specifickou hmotnost ρz lze vyhodnotit dle vzorce: -3

[g∙cm-3]

(2)

kde: n – navážka pro stanovení specifické hmotnosti [g], pH2O – hmotnost pyknometru s vodou [g], pz – hmotnost pyknometru se zeminou [g]. Pórovitost kapilární (Pk) [%obj.] je rozdíl hodnot hmotností vzorku po 24 h odsávání a vzorku po vysoušení při 105 °C. Pórovitost nekapilární (Pn) [%obj.] lze vypočíst dle vzorce: [%obj.] (3) kde: P – pórovitost celková [%obj.], Gc – vzorek po ½ h odsávání [g], Gf – vzorek po vysoušení při 105 °C [g] Pro měření infiltračních vlastností půdy byla použita metoda nasycené hydraulické vodivosti SFH (Bagarello et al., 2004). Pro měření na pozemku Červený Újezd byl použit prstenec o vnitřním průměru 150 mm (A), výšce 150 mm a tloušťce stěny 2 mm. Pro měření obsahu vlhkosti v půdě bylo použito zařízení Theta probe (type HH2 Moisture meter, Delta T Devices). Aplikovaný objem vody byl 0,5 l (V). Parametr α* byl zvolen 12 m-1. Postup měření SFH byl následující: Prstenec byl vložen/vtlučen do půdy alespoň do hloubky 0,04 m a zároveň se změřila a zaznamenala vlhkost půdy (θi) [m3.m-3] v nejbližším okolí prstence tak, aby nebyla porušena půdní vrstva ohraničená prstencem. Následně na plochu ohraničenou prstencem byla aplikována voda o známém objemu (V) [l], přičemž se začal měřit čas infiltrace (ta) [s]. Ve chvíli, kdy byla voda vstřebána do půdy, byl zaznamenán čas infiltrace (ta) a zároveň proběhlo měření a zaznamenání vlhkosti (θfs) [m3.m-3] půdy ohraničené prstencem. Výsledné hodnoty (Δθ=θfs-θi [m3.m-3]; D=V/A [l.mm-1]; Ho=D [l]) byly vyhodnoceny pomocí následující rovnice: [mm.h-1]

(4)

Pro statistické zpracování dat byl využit software Statistica 12 s nástrojem ANOVA Tukeyův HSD test. Pro porovnávání a hledání závislostí mezi jednotlivými veličinami byl zvolen korelační koeficient pro posuzování věcné významnosti statisticky testovaných rozdílů, síla závislosti byla hodnocena dle Chrásky (2000).

119


ISSN 1802-2391

VÝSLEDKY A DISKUZE Pórovitosti při průměrných hodnotách vlhkosti půdy 30 % obj. jsou uvedeny v tabulce 1. Z tabulky je zřejmý pokles pórovitostí ve stopě zemědělských strojů především u varianty s orbou a to do hloubky 0,15 m. U varianty CTF bal zaznamenán větší pokles pórovitosti v hloubce 0,05-0,15 m u varianty ve stopě s hlubokým kypřením. Tab. 1 – Tukeyův HSD test homogenních skupin pro celkovou pórovitost a,b.. - Homogenní skupiny v řádku; 1,2.. - Homogenní skupiny v sloupci; α = 0.05 CTF - řízený pohyb strojů; +HK - hluboké kypření; M - mimo stopu; S - ve stopě

Hloubka [m] 0– 0,05 0,05 0,10 0,10 0,15 0,15 0,20 0,20 0,25

CTF CTF M M+HK a a,b 53.55 49.02 1 1 a a 47.19 45.98 1.2 1 a,b a 43.15 44.12 2 1 a a 42.24 44.72 2 1 a a 42.25 43.63 2 1

Celková pórovitost P [% obj.] CTF CTF S Orba M S+HK a,b a,b a,b 51.00 50.44 46.67 1 1 1 a,b b a,b 44.54 40.76 45.07 2 2 1.2 a,b b a,b 40.34 39.03 41.57 2 2 2 a a a 40.22 40.38 44.52 2 2 1.2 a a a 39.75 38.99 43.00 2 2 1.2

Orba M+HK a,b 50.97 1 a,b 44.93 1.2 a 43.96 2 a 44.05 2 a 44.15 2

Orba S 47.29 41.22 41.76 41.73 41.00

a,b 1 b 2 a,b 2 a 2 a 2

Orba S+HK a 44.22 1 b 40.75 1 a,b 40.73 1 a 39.99 1 a 38.92 1

Pórovitosti kapilární jsou uvedeny v tabulce 2. Je zřejmé, že hodnoty do hloubky 0,05 m nejsou ovlivněny jednotlivými typy zhutnění a zpracování půdy. Ve větších hloubkách byly nalezeny významnější statistické rozdíly především u varianty CTF mimo stopu s hlubokým kypřením. Hodnoty nekapilární pórovitosti jsou uvedeny v tabulce 3. Vzhledem k tomu, že výpočet nekapilární pórovitosti je na základě celkové pórovitosti nedochází ke statisticky významným odchylkám v porovnání s hodnotami celkové pórovitosti. Výsledky korespondují s řadou autorů, například (Alakukku, 1996; Sort et al., 1999; Gysi, 2001; Defossez et al., 2002; Ekwue et al., 2010). Tab. 2 – Tukeyův HSD test homogenních skupin pro kapilární pórovitost a,b.. - Homogenní skupiny v řádku; 1,2.. - Homogenní skupiny v sloupci; α = 0.05 CTF - řízený pohyb strojů; +HK - hluboké kypření; M - mimo stopu; S - ve stopě

Hloubka [m] 0– 0,05 0,05 0,10 0,10 0,15 0,15 0,20 0,20 0,25

CTF M 31.15 32.93 33.82 33.41 32.99

a 1 a,b 1 a 1 a,b 1 a 1

CTF M+HK a 31.64 1 b 30.12 1 a,b 31.11 1 b 30.66 1 a 30.43 1

Pórovitost kapilární Pk (% obj.) CTF CTF S Orba M S+HK a a a 34.47 31.76 33.51 1 1 1 a a,b a 34.83 32.82 34.26 1 1 1 a,b a,b a,b 33.99 31.84 34.13 1 1 1 a,b a,b a 33.79 31.86 35.30 1 1 1 a a a 34.38 31.79 34.63 1 1 1

120

Orba M+HK a 29.13 1 a,b 31.42 1 a,b 31.72 1 a,b 32.12 1 a 34.26 1

Orba S+HK a a 31.42 32.63 1 1 a a,b 34.59 32.88 1.2 1 b a,b 35.11 34.41 2 1 a a 35.27 34.32 2 1 a a 34.76 33.97 1.2 1 Orba S


ISSN 1802-2391

Tab. 3 – Tukeyův HSD test homogenních skupin pro nekapilární pórovitost a,b.. - Homogenní skupiny v řádku; 1,2.. - Homogenní skupiny v sloupci; α = 0.05 CTF - řízený pohyb strojů; +HK - hluboké kypření; M - mimo stopu; S - ve stopě

Hloubka [m] 0– 0,05 0,05 0,10 0,10 0,15 0,15 0,20 0,20 0,25

CTF M 16.19 9.21 4.71 4.48 4.75

CTF M+HK

a a 10.42 1 1 a b 9.13 1.2 1 a a 6.08 2 1 a,b b 6.67 2 1 a a 6.36 2 1

Pórovitost nekapilární Pn (% obj.) CTF Orba CTF S Orba M Orba S S+HK M+HK a a a a a 11.21 11.30 8.08 14.49 9.95 1 1 1 1 1 b a,b a,b a,b a 6.01 3.29 5.90 7.72 3.30 2 2 1.2 2 2 a a a a a 3.15 2.56 3.17 6.09 3.09 2 2 2 2 2 a,b a,b a a,b a 2.89 3.89 4.26 4.20 2.91 2 2 1.2 2 2 a a a a a 2.00 3.12 4.76 5.26 3.06 2 2 1.2 2 2

Orba S+HK 5.98 3.54 2.04 1.58 3.70

a 1 a 1 a 1 a 1 a 1

Výsledné hodnoty nasycené hydraulické vodivosti měřené pomocí metody SFH jsou uvedeny na obrázku 1. Z hodnot je zřejmý vliv zhutnění půdy na infiltrační vlastnosti půdy (porovnání hodnot uvnitř stopy a mimo stopu). Byl také zjištěn vliv hlubokého kypření na infiltrační vlastnosti půdy, který se projevil na průměrných hodnotách nasycené hydraulické vodivosti jak negativně u nezhutněné půdy (mimo stopy zemědělských strojů), tak pozitivně u hodnot měřených uvnitř stop zemědělských strojů. Nárůst v hluboce prokypřené půdě může být podporou pro tvrzení, že povrch zhutněné půdy nemá významný vliv na parametry infiltrace (van Dijck et al., 2002).

Obr. 1 – Nasycená hydraulická vodivost CTF - řízený pohyb strojů; +HK - hluboké kypření; M - mimo stopu; S - ve stopě

Všeobecně lze říci, že výsledky nasycené hydraulické vodivosti korespondují s literárními prameny (Liebig et al., 1993; Yuxia et al., 2001). Například Chamen (2011) zjistil významný vliv zhutnění půdy na infiltrační vlastnosti půdy s nárůstem průměrných infiltračních hodnot na nezhutněné půdě o 200-400% v porovnání se zhutněnou půdou. Závislosti nasycené hydraulické vodivosti na jednotlivých typech pórovitostí jsou uvedeny na obrázku 2. Z obrázku je zřejmé, že nasycená hydraulická vodivost závisí především na celkové pórovitosti P (koeficient korelace |R|=0,57, střední závislost) a nekapilární pórovitosti Pn (|R|=0,51, střední závislost). Velmi nízké hodnoty korelace byly získány při sledování závislosti nasycené hydraulické vodivosti na kapilární pórovitosti (|R|=0,19, neprůkazné).

121


ISSN 1802-2391

Obr. 2 – Závislost nasycené hydraulické vodivosti na celkové, kapilární a nekapilární pórovitosti P - pórovitost celková; Pk - pórovitost kapilární; Pn - pórovitost nekapilární

ZÁVĚR Výsledné hodnoty pórovitostí nepřinesly velkou statistickou variabilitu výsledků u jednotlivých variant (CTF, orba, s i bez hlubokého kypření, měření ve stopě a mimo stopu), nicméně lze říci, že varianty měřené ve stopě zemědělských strojů vykázaly snížené hodnoty pórovitostí v průměrných hodnotách. Výsledky nasycené hydraulické vodivosti ukazují na to, že jsou ovlivněny přejezdy zemědělských strojů a to velmi silně. Vliv technologie zpracování půdy na nasycenou hydraulickou vodivost nebyl prokázán mezi variantami CTF a orbou, naopak byl zjištěn vliv hlubokého kypření. Vliv hlubokého kypření na nasycenou hydraulickou vodivost byl zjištěn negativní (došlo k poklesu hodnot nasycené hydraulické vodivosti) a statisticky významný v případě nezhutněné půdy (mimo stopu). Naopak byl zaznamenán pozitivní vliv hlubokého kypření na průměrné hodnoty nasycené hydraulické vodivosti měřené ve stopě, nicméně tyto výsledky neměly statisticky významnou průkaznost. Zkoumané závislosti potvrzují vztah mezi nasycenou hydraulickou vodivostí a celkovou/nekapilární pórovitostí. Vztah mezi nasycenou hydraulickou vodivostí a kapilární pórovitostí nebyl prokázán. Literatura: ALAKUKKU, L., 1996. Persistence of soil compaction due to high axle load traffic. I. Short-term effects on the properties of clay and organic soils. Soil and Tillage Research, 1996, 4, 37, 211-222. ISSN 0167-1987. BAGARELLO, V., IOVINO, M., ELRICK, D., 2004. Simplified Falling-Head Technique for Rapid Determination of Field-Saturated Hydraulic Conductivity. Soil Science Society of America Journal, 2004, 68, 66-73. ISSN 0361-5995. BAGARELLO, V., ELRICK, D., IOVINO, M., SGRO, A., 2006. A laboratory analysis of falling head infiltration procedures for estimating the hydraulic conductivity of soils. Geoderma, 2006, 135, 322-334. ISSN 0016-7061. DEFOSSEZ, P., RICHARD, G., 2002. Models of soil compaction due to traffic and their evaluation. Soil and Tillage Research, 2002, 1, 67, 41-64. ISSN 0167-1987. EKWUE, E., HARRILAL, A., 2010. Effect of soiltype, peat, slope, compactioneffort and their interactions on infiltration, runoff and raindrop erosion of some Trinidadian soils. Biosystems Engineering, 2010, 1, 105, 112–118. ISSN 1537-5110. GYSI, M., 2001. Compaction of a Eutric Cambisol under heavy wheel traffic in Switzerland: Field data and a critical state soil mechanics model approach. Soil & Tillage Research, 2001, 34, 61, 133-142. ISSN 0167-1987. HAMZA, M., ANDERSON, W., 2005. Soilcompaction in croppingsystems: A review of the nature, causes and possible solutions. Soil & Tillage Research, 2005, 2, 82, 121-145. ISSN 01671987. CHAMEN, T., 2011. The effect of low and controlled traffic systems on soil physical properties, yields and the profitability of cereal crops on a range of soil types, Cranfield University. Práce předložená při plnění požadavků pro udělení titulu Ph.D.

122


ISSN 1802-2391

CHRÁSKA, M., 1998. Základy výzkumu v pedagogice. Olomouc: Vydavatelství Univerzity Palackého, 1998. ISBN - 978-80-706-7798-8 KELLER, T., SUTTER, J., NISSEN, K., RYDBERG, T., 2010. Soil structure explains some within-field variation in crop yield. In.: International Conference on Agricultural Engineering - AgEng 2010: towards environmental technologies. Clermont-Ferrand: Cemagref, 2010. REF374. ISBN 978-2-85362-684-2. LI, Y., TULLBERG, N., FREEBAIRN, M., 2007, Wheel traffic and tillage effects on runoff and crop yield. Soil & Tillage Research, 2007, 2, 97, 282–292. ISSN 0167-1987. LIEBIG, M., JONES, A., MIELKE, L., DORAN, J., 1993. Controlled Wheel Traffic Effects on Soil Properties in Ridge Tillage. Soil Science Society of America Journal, 1993, 57, 1061-1066. ISSN 1435-0661. RAPER, R., KIRBY, J., 2006. Soil compaction: How to do it, undo it, or avoid it. In.: Agricultural Equipment Techonology Conference. Louisville, Kentucky, USA, 2006. 14. SORT, X., ALCAÑIZ, J., 1999. Modification of soil porosity after application of sewage sludge, Soil & Tillage Research, 1999, 4, 49, 337–345. ISSN 0167-1987. VALLA, M., KOZÁK, J., NĚMEČEK, J., MATULA, S., BORŮVKA, L., DRÁBEK, O., 2000. Pedologické praktikum. Praha : Česká Zemědělská Univerzita v Praze, 2011. ISBN 978-80213-0914-2. VAN DIJCK, S., VAN ASCH, TH., 2002. Compaction of loamysoils due to tractortraffic in vineyards and orchards and its effect on infiltration in southern France. Soil and Tillage Research, 2002, 3-4, 63, 141–153. ISSN 0167-1987. WHITE, R., 2006. Principles and practice of soil science. Oxford : Blackwell, 2006. ISBN-10: 0632-06455-2. YUXIA, L., TULLBERG, J., FREEBAIRN, D., 2001. Traffic and residue cover effects on infiltration. Australian Journal of Soil Research, 2001, 39, 239-247. ISSN 0004-9573 Práce vznikla v rámci projektů CIGA: 20123006 - Hodnocení rychlosti infiltrace vody do půdy a chování herbicidů v půdním prostředí při simulovaných srážkách a rozdílných technologiích zpracování půdy a za přispění MPO ČR jako součást řešení výzkumného projektu č. FR-TI3/069. Kontaktní adresa: Ing. Jan Chyba, Ph.D. Česká zemědělská univerzita v Praze, TF, Katedra zemědělských strojů, Kamýcká 129 165 21 Praha 6 – Suchdol, +420 22438 3160, [email protected]

123


ISSN 1802-2391

EVALUATION OF PHYSICAL PROPERTIES OF SOILS IN TERMS OF SUSTAINABLE DEVELOPMENT VINEYARDS HODNOCENÍ FYZIKÁLNÍCH VLASTNOSTÍ PŮD V PODMÍNKÁCH TRVALE UDRŽITELNÉHO VÝVOJE VINIC MARTA JANKOVIČOVÁ, PATRIK BURG Mendelova univerzita Brno, Zahradnická fakulta, Ústav zahradnické techniky

Abstract The paper deals with evaluation of selected physical properties of soils in between rows of vineyards in the region of South Moravia. The issue of excessive compaction of soils has recently increased all the more important. Soil compaction contributes to limit the growth of cultivated plants drop their yield, reduces microbiological activity and retention capacity of soils. The main causes of soil compaction may now be considered inadequate supply of soil organic matter (manure), but also the increasing intensification of horticultural production, which is in many cases associated with numerous crossings of mechanization. From the initial measurements show that bulk density at all three sites exceeds the limit value of 1.45 g.cm-3 according to the reported LHOTSKY (2000). Key words:

viticulture, soil compaction, water and air characteristics, organic matter

Souhrn Příspěvek se zabývá hodnocením vybraných fyzikálních vlastností půd v meziřadí vinic v regionu jižní Moravy. Problematika nadměrného zhutnění půd nabývá v poslední době na stále větším významu. Zhutnění půd přispívá k omezení růstu pěstovaných rostlin, poklesu jejich výnosu, snižuje se mikrobiologická aktivita i retenční schopnost půd. Za hlavní příčiny půdního zhutnění lze v současnosti považovat nedostatečné zásobení půd organickou hmotou (statkovými hnojivy), ale také rostoucí intenzifikaci zahradnické produkce, která je v řadě případů spojena s četnými přejezdy mechanizace. Z počátečních měření vyplývá, že objemová hmotnost na všech třech stanovištích přesahuje limitní hodnotu 1,45 g.cm-3 udávanou dle LHOTSKÉHO (2000). Klíčová slova: vinohradnictví, zhutnění půdy, vodní a vzdušné charakteristiky, organická hmota ÚVOD

Půdní vlastnosti závisí na řadě geologických, geomorfologických, klimatických a hydrických podmínkách konkrétního stanoviště a jejich vývoji. Nejvýznamnějším faktorem měnícím přirozené vlastnosti půdy je lidská a hlavně zemědělská činnost (KACÁLEK et al., 2007). Antropogenní faktor (člověk) a faktory tvořící půdu mohou působit buď závisle na sobě nebo nezávisle na sobě. Proto je člověk nedílnou součástí ekosystému a biosféry (DUDAL, 2004). Půdní zhutnění způsobené mechanizačními prostředky se stává významným problémem nejen pro pěstování plodin, ale také pro životní prostředí (USOWICZ, 2009). Dá se říci, že prakticky každá zemědělská půda je půda označovaná jako antropogenní půda (NAETH et al., 2012) Půdní zhutnění je obecným a neměnným problémem na většině zemědělsky obhospodařovaných půdách. Těžké zemědělské stroje mohou vytvářet trvalé zhutnění podloží. Zhutnělé půdy se vyznačují především omezením kořenového růstu, nedostatkem kyslíku v kořenové zóně a většími ztrátami dusíku při denitrifikaci (HOORMAN, 2011). JAVŮREK, VACH (2008) uvádějí, že v České republice je nadměrným zhutněním půdy postihnuto skoro 45 % zemědělské půdy. Z toho zhruba 15% jsou půdy zhutnělé geneticky. Jedná se hlavně o těžké půdy. Zbývající podíl připadá na technogenní zhutnění způsobené nevhodným strojním obděláváním. Péče o spodnější vrstvy půdy je dost problematická, protože běžná hloubka obdělávání je kolem 30 cm. V této vrstvě půdy se díky jejímu obdělávání zmírňuje zhutnění a zvyšuje se aerace i

124


ISSN 1802-2391

infiltrace vody. V hlubších vrstvách půdy lze dočasně zabránit zhutnění díky prorůstání kořenového systému hluboce kořenících rostlin (REEDER, WESTERMANN, 2006). Cílem příspěvku je stanovení vybraných fyzikálních vlastností půd ve vinohradnických podmínkách jižní Moravy s důrazem na stanovení míry půdního zhutnění. MATERIÁL A METODIKA Pokusná stanoviště Úvodní experimentální měření byla prováděna na podzim 2013 na třech stanovištích v katastrálních územích Lednice, Velké Bílovice a Klentnice. Jedná se o plodné vinice, zapěstované na vrcholový tvar, s řezem na 1 tažeň, vysázené ve sponu 2,5 x 1,0 m. Pedologicky leží území v oblasti černozemních půd. Na stanovišti v k.ú Velké Bílovice se jedná o půdy hlinité, na spraších, v k.ú. Klentnice o půdy hlinité, vápenité a v k.ú. Lednice o půdy hlinité, na spraších. Spolupracující subjekty V současnosti jsou vinice obhospodařovány následujícími subjekty: • k.ú. Velké Bílovice – Josef Vlk (samostatně hospodařící rolník) • k.ú. Klentnice – AGROPOL Mikulov, spol s r.o. • k.ú Lednice – MENDELEUM – MENDELU v Brně Místo odběru půdních vzorků Na každém stanovišti jsou odebírány vzorky půdy v kultivovaném i zatravněném meziřadí v oblasti jeho středu, v oblasti kolejových stop. Kontrolní vzorky půdy jsou odebírány v ose řádků. U všech odběrných variant jsou vzorky odebírány z hloubky 100, 200 a 300 mm. Metodika odběru Odběry neporušených půdních vzorků jsou prováděny pomocí Kopeckého fyzikálních válečků, způsobem předepsaným v metodice, kterou uvádí JANDÁK (2003). Odebrané vzorky se zajistí víčky, aby nedošlo k osychání a jsou ve svislé poloze převáženy k laboratorním analýzám. Hodnocené parametry Rozbor neporušených vzorků byl prováděn podle metodiky, kterou uvádí JANDÁK, POKORNÝ, PRAX (2007). Pozornost byla zaměřena zejména na stanovení a vyhodnocení půdních hydrolimit a vzdušných charakteristik. Metody statistického vyhodnocení Pro statistické hodnocení byly využity výpočty aritmetických průměrů a směrodatných odchylek. Uvedené ukazatele byly aplikovány pomocí počítačového softwaru MS Excel. VÝSLEDKY A DISKUSE V Tab.1–Tab.3 jsou uvedeny průměrné hodnoty z úvodních měření provedených na experimentálních stanovištích na podzim 2013, které budou v dalším období vždy na jaře a na podzim zopakovány.

125


ISSN 1802-2391

Tabulka 1 – Stanoviště Lednice Hloubka Objemová Měrná Směrodatná Směrodatná Pórovitost Směrodatná odběru hmotnost hmotnost odchylka odchylka odchylka (% obj.) (mm) (g.cm-3) (g.cm-3) 100 1,62 0,03 1,62 0,06 62,54 8,83 A 200 1,63 0,02 1,63 0,04 62,72 5,23 300 1,67 0,02 1,73 0,01 75,96 2,24 100 1,63 0,01 1,68 0,04 70,42 7,50 B 200 1,69 0,03 1,65 0,06 61,38 8,92 300 1,70 0,01 1,62 0,05 57,20 7,22 100 1,62 0,05 1,68 0,07 70,32 14,76 C 200 1,68 0,04 1,70 0,06 71,26 9,86 300 1,59 0,03 1,67 0,08 72,58 13,47 100 1,72 0,01 1,70 0,02 68,19 3,51 D 200 1,72 0,02 1,71 0,04 69,73 7,87 300 1,64 0,03 1,65 0,05 65,30 9,10 100 1,64 0,02 1,70 0,03 73,01 4,99 E 200 1,65 0,01 1,71 0,03 74,38 5,23 300 1,65 0,03 1,69 0,03 71,99 3,37 Pozn.: A – zatravněné meziřadí, střed; B - zatravněné meziřadí, kolejová stopa; C – černý úhor, střed; D – černý úhor, kolejová stopa; E – kontrola, osa řádku

Varianta pokusu

Tabulka 2 – Stanoviště Velké Bílovice Hloubka Objemová Měrná Směrodatná Směrodatná Pórovitost Směrodatná odběru hmotnost hmotnost odchylka odchylka (% obj.) odchylka -3 -3 (mm) (g.cm ) (g.cm ) 100 1,42 0,02 1,62 0,04 73,31 8,11 A 200 1,41 0,01 1,61 0,05 73,59 7,41 300 1,55 0,08 1,70 0,02 78,54 6,07 100 1,49 0,01 1,67 0,01 77,31 2,58 B 200 1,48 0,01 1,69 0,06 80,79 8,09 300 1,53 0,00 1,72 0,01 82,98 2,06 100 1,41 0,02 1,63 0,05 76,41 8,99 C 200 1,66 0,05 1,65 0,06 64,54 10,79 300 1,68 0,01 1,67 0,04 66,36 6,01 100 1,51 0,02 1,66 0,06 75,07 9,38 D 200 1,60 0,04 1,72 0,03 78,65 2,45 300 1,63 0,06 1,66 0,07 67,71 7,89 100 1,46 0,01 1,64 0,02 75,89 2,48 E 200 1,41 0,02 1,73 0,00 91,91 1,17 300 1,62 0,01 1,68 0,01 72,02 14,86 Pozn.: A – zatravněné meziřadí, střed; B - zatravněné meziřadí, kolejová stopa; C – černý úhor, střed; D – černý úhor, kolejová stopa; E – kontrola, osa řádku

Varianta pokusu

Významnou veličinou charakterizující intenzitu půdního zhutnění je objemová hmotnost. Jak je z počátečních výsledků patrno, objemová hmotnost na všech třech stanovištích přesahuje limitní hodnoty pro daný typ půdy, jak uvádí LHOTSKÝ (2000). Hodnoty překračujíci kritickou mez jsou v Tab.1–Tab.3 vyznačeny žlutě. Znamená to tedy, že na všech zkoumaných stanovištích jsou nevyhovující podmínky pro správný růst révy vinné. Dané výsledky také korelují i s dalšími autory uvádějícími hodnoty pro objemovou hmotnost u zhutnělých půd. Vyšší hodnoty objemové hmotnosti ve vinicích jsou běžné díky opakovaným pojezdům mechanizace (USOWICZ, 2009; LAGACHERIE et al., 2006). Výsledky dále potvrzují, že s přibývající hloubkou se zhutnění půd zhoršuje. Nejvyšších hodnot dosahovala objemová hmotnost právě v hloubce 300 mm u všech odběrových míst na všech zkoumaných stanovištích.

126


ISSN 1802-2391

Tabulka 3 – Stanoviště Klentnice Hloubka Objemová Měrná Směrodatná Směrodatná Pórovitost Směrodatná odběru hmotnost hmotnost odchylka odchylka (% obj.) odchylka (mm) (g.cm-3) (g.cm-3) 100 1,59 0,03 1,64 0,06 66,65 8,14 A 200 1,61 0,01 1,63 0,05 64,26 7,64 300 1,63 0,01 1,65 0,08 66,49 13,17 100 1,60 0,02 1,58 0,04 56,12 8,19 B 200 1,55 0,03 1,67 0,02 73,32 5,38 300 1,59 0,01 1,65 0,06 68,79 8,25 100 1,65 0,01 1,65 0,04 65,45 5,77 C 200 1,64 0,02 1,62 0,07 60,76 11,74 300 1,71 0,00 1,65 0,03 60,52 5,12 100 1,66 0,01 1,66 0,02 66,24 4,24 D 200 1,65 0,03 1,59 0,04 54,57 7,36 300 1,70 0,01 1,69 0,01 69,13 2,62 100 1,44 0,03 1,65 0,07 76,81 9,76 E 200 1,57 0,00 1,61 0,04 64,17 6,96 300 1,59 0,01 1,67 0,02 71,51 2,27 Pozn.: A – zatravněné meziřadí, střed; B - zatravněné meziřadí, kolejová stopa; C – černý úhor, střed; D – černý úhor, kolejová stopa; E – kontrola, osa řádku

Varianta pokusu

ZÁVĚR Problematika půdního zhutnění nabývá na aktuálnosti. Stále více je zabírána zemědělská půda, což vede k nutnosti zvyšování úrodnosti zbývající půdy. S měnícími se klimatickými podmínkami, jako je nedostatek srážek, delší období sucha nebo vysoké teploty hrozí větší rozvoj chorob a škůdců. Vinaři jsou pak často nuceni vyjíždět do vinic s mechanizací i za podmínek, ne zrovna příznivých pro optimální stav půdy – za mokra. Jednou z možných alternativ, jak zabránit nežádoucímu zhutňování a erozím půdy je zapravování organické hmoty do půdy. Literatura: DUDAL, R. 2004. The six factor of soil formation [on line] dostupné z http://www.itc.nl/~rossiter/research/suitma/Dudal_6thFactor.pdf HOORMAN, J. J., 2011. The biology of soil compaction. Crops & soils magazine 2011, ISSN: 2325-36064 JAVŮREK, M., VACH, M., 2008. Negativní vlivy zhutnění půd a soustava opatření k jejich odstranění [on line] dostupné z www.vurv.cz/files/Publications/ISBN978-80-87011-577.pdf KACÁLEK, D., NOVÁK, J., ET AL., 2007. Přeměna půdního prostředí zalesněných zemědělských pozemků na půdní prostředí lesního ekosystému – přehled poznatků. Zprávy lesnického výzkumu, vol. 4, ISSN 1805-9872 LAGACHERIE, P. ET AL., 2006. Spatial variability of soil compaction over a vineyard region in relation with soil and cultivation operation. Geoderma, vol. 134, ISSN 0016-7061 LHOTSKÝ, J., 2000. Zhutňování půd a opatření proti němu; Praha: Ústav zemědělských a potravinářských informací, ISBN 80-7271-067-2 NAETH, A., M., ET AL., 2012. Propossed classification for human modified soils in Canada: Anthroposolic order. Canadian journal of soil science, vol. 92/1, ISSN 0008-4271 REEDER, R., WESTERMANN, D., 2006. Soil management practices in Environmental Benefits of Conservation on Cropland: The Status of Our Knowledge, 1.ed., Schnepf, M. and Cox, C. editoři, ISBN 978-0-9769432-3-5 USOWICZ, B., LIPIEC, J. 2009. Spatial distribution of soil penetration resistence as affected by soil compaction: The fractal approach. Ecological Complexity, vol. 6, ISSN: 1476945X Kontaktní adresa: Ing. Marta Jankovičová, Mendelova univerzita v Brně, Zahradnická fakulta, Ústav zahradnické techniky, Valtická 337, 691 44 Lednice, CZ, e-mail: [email protected]

127


ISSN 1802-2391

APLICATION OF THE HOSE REEL IRRIGATION MACHINE AT THE POTATOES IRRRIGATION IN THE AGRICULTURAL COMPANY APLIKÁCIA PÁSOVÝCH ZAVLAŽOVAČOV PRI ZAVLAŽOVANÍ ZEMIAKOV V POĽNOHOSPODÁRSKOM PODNIKU AGROCOOP IMEĽ JÁN JOBBÁGY, PAVOL FINDURA, MAREK ANGELOVIČ, HENRICH BLEHO, ANDREJ VANČO SPU Nitra, Katedra strojov a výrobných systémov

Abstract In a selected farm the quality of work selected reel hose irrigation machines - Bauer Rainstar 85 Tx was verified. To assess the quality of irrigation machine there were applied standard ISO 8224-1 and TNV 754037, where the coefficient of uniformity by Christiansen Cu, was used as an indicator. At first examined irrigation machine was Christiansen coefficient of Cu 64.46% (no overlap) and the second Cu 81.21% (no overlap). The two confirmed cases can be concluded that the introduction of overlap increases the value of the coefficient of uniformity and thus increase the quality of work. Based on the results it can be concluded that the technical condition of the second irrigation machine is almost satisfies the requirements of Christiansen, although does not satisfying the requirements of the standard. It is highly recommended that the first irrigation machine should be subjected to technical maintenance and then repeat of the measurement should follow. Key words:

quality of work, coefficient of uniformity Cu

Súhrn Vo vybranom poľnohospodárskom podniku sa overila kvalita práce vybraných pásových zavlažovačov – Bauer Rainstar 85 Tx. Na zhodnotenie kvality práce pásového zavlažovača sme aplikovali normu STN ISO 8224-1 a TNV 754307, použitý ukazovateľ bol koeficient rovnomernosti podľa Christiansena Cu. U prvého skúmaného zavlažovača sme dosiahli hodnotu christiansenovho koeficienta Cu 64,46 % (bez prekrytia) a u druhého Cu 81,21 %. U oboch overených prípadov možno konštatovať, že zavedenie prekrytia zvýši hodnotu koeficienta rovnomernosti a tým zvýši aj kvalitu práce. Keďže prekrytie znižuje hodnotu efektívneho záberu stroja, je treba postupovať jeho zavádzaním opatrne a v spojitosti s časovými a ekonomickými položkami. Na základe získaných výsledkov môžeme konštatovať, že technický stav druhého zavlažovača je takmer vyhovujúci požiadavkám Christiansena, aj keď nespĺňa požiadavky normy. U prvého zavlažovača bude treba vykonať technickú údržbu a merania následne opakovať. Kľúčové slová: kvalita práce, koeficient rovnomernosti Cu ÚVOD

Regulácia vodného režimu pôdy a úprava vodných pomerov v poľnohospodárskej krajine má nezastupiteľné miesto v celej sústave hospodárenia na pôde (Rehák, Novotný, 1996). Kvalita zavlažovania sa posudzuje správnou intenzitou a rovnomernosťou zavlažovania. Intenzita vyjadruje množstvo vody v mm dodané zavlažovačom za časovú jednotku. Rovnomernosť zavlažovania závisí od správnej činnosti zavlažovačov a najmä od: • vhodného výberu otvoru dýzy zavlažovača, • tlaku vody v prúdnici, • vhodnej voľby sponu a vzdialenosti susedných stanovíšť (Jobbágy, 2011). Růžička (1996) uvádza, že pri koeficiente 70 % je rovnomernosť postreku uspokojujúca. Klementová a Heinige (1999) považujú za dobrú rovnomernosť postreku minimálne hodnotu Cu = 80 %. Norma TNV 754307 u priečnej rovnomernosti doporučuje rovnomernosť postreku pri koeficiente rovnomernosti podľa Christiansena CU = 90 %. Sledovaním vlhkosti pôdy sa

128


ISSN 1802-2391

nezaoberajú len pri riadení závlahových režimov, ale aj pri sledovaní prevádzkových vlastností traktorov v poľných podmienkach (Tkáč a kol., 2006; Kosiba a kol., 2010). MATERIÁL A METÓDY Poľnohospodársky podnik Agrocoop a.s. Imeľ sa nachádza na juhozápadnom Slovensku v okrese Komárno. Terén územia poľnohospodárskeho podniku je rovinný, so svahovitosťou v rozmedzí 0 - 2°. Podľa pôdno-klimatických pomerov patrí podnik do kukuričnej výrobnej oblasti. Na záujmovom pozemku sa pestovali zemiaky (odroda Lady Claire). Praktické merania pre hodnotenie kvality práce pásového zavlažovača Bauer Rainstar 85 Tx sme aplikovali na zameranom pozemku o rozlohe 8,1 ha. Na záujmovom pozemku prebiehal v rokoch 2011 a 2012 výskum efektívneho pestovania plodiny s podporou priestorovo diferencovaného zavlažovania. Pásový zavlažovač bol v spojení s ďalekoprúdovým postrekovačom (obr.). Základné časti stroja sú nasledovné: • Základný zavlažovač (rám s tiahlom, bubnom a ovládacím počítačom resp. riadiacou jednotkou), • snímač dĺžky hadice a riadkovacie zariadenie, • napájacia hadica, • PE hadica – priemer 90 mm, dĺžka 300 m, • Závlahový statív s postrekovačom. Zamerali sme sa popri ostatných vstupných parametroch techniky aj na hodnotenie kvality práce závlahovej techniky. Správna funkcia zavlažovačov je nevyhnutná pre správne nastavenie rôznych vstupných nastavení a následné dosiahnutie očakávaných vysledkov. Súbor hodnôt závlahových dávok podľa normy TNV 754307 (medzinárodná norma STN ISO 7749-2) sa získa v zrážkomerných nádobách po jednom prechode zavlažovača. Stroj pri poľnej skúške musí pracovať na rovnom teréne (maximálne sklon 1 %). Rýchlosť vetra počas skúšky nesmie prekročiť hodnotu 1,5 m.s-1. Ako základ sme si zvolili dva pásové zavlažovače Bauer Rainstar 85 Tx s priemerom hadice 90 mm a s celkovou dĺžkou 300 m.

Obr. 1 – Miesto merania Tabuľka 1 – Technické parametre zavlažovača Bauer 85Tx

A, mm 90 H, MPa 3,5 – 10

B, m 300 I, kg 1850

D, m 340 J, kg 3270

E, K, mm 5350

F, mm 16 – 30 L, mm 3700

G, m3.h-1 17 – 65 M, mm 1500-1800

A – priemer PE hadice, B – dĺžka PE hadice, D – max. dĺžka zavlažovaného pásu, E – typ turbíny, F – rozsah priemeru dýz, G – rozsah prietokov vody, H – spojovací tlak (min.-max.), I – celková hmotnosť bez vody, J – celková hmotnosť s vodou, K – celková dĺžka vrátane stroja, L – dĺžka bez statívu, M – celková šírka

129


ISSN 1802-2391

Obr. 2 – Zavlažovač Bauer Rainstar 85 Tx pri závlahe, zavlažovač 1 a zavlažovač 2

Pre hodnotenie kvality práce pásových zavlažovačov sa uplatňuje metóda hodnotenia rovnomernosti postreku koeficientom rovnomernosti CU podľa CHRISTIANSENA z roku 1942, in ZDRAŽIL a SPITZ (1966): n  hi − h m ∑  CU = 100.1 − i =1 n.hm   

     

[%]

(1)

kde: hi – závlahová dávka na elementárnych plochách, mm, hm – priemerná závlahová dávka na skúmanej ploche, mm, n – počet elementárnych rovnako veľkých plôch, ks, n

∑h i =1

i

− hm - absolútna suma odchýliek od priemernej zrážky.

Distribúcia voda bola zabezpečená potrubnou sieťou v spojení čerpadlo + elektromotor.

Obr. 3 – Čerpacia stanica (elektromotor s čerpadlom) – zdroj závlahovej vody

VÝSLEDKY A DISKUSIA Na základe dohody s manažmentom poľnohospodárskeho podniku sa vybrali dva pásové zavlažovače, ktorých kvalita práce sa otestovala. Podľa získaných výsledkov sa navrhnú opatrenia pre podrobný servis techniky, výmenu dýz resp. aplikácie prekrytí. Prípravné práce pozostávali z prípravy zavlažovača, čo v podstate zabezpečil podnik v spolupráci s nami. Na meranie sa použili stojany a k nim prislúchajúce zrážkomerné nádoby z plastickej hmoty, kruhového tvaru o objeme 1250 mm3. Rozstup nádob naprieč zavlažovanú plochu bol 2 m. Nádoby sme rozmiestnili podľa normy a to kolmo na smer pohybu zavlažovača po oboch stranách s rovnakým počtom. Rýchlosť vetra bola v norme definovanej tolerancii. Závlahová dávka v odmerných – zrážkomerných nádobách sa stanovila prostredníctvom kalibračných valcov. Merania sa uskutočnili v roku 2011 v poľnohospodárskom podniku Agrocoop Imeľ. Teplota vzduchu sa pohybovala v intervale 22-25 °C. Štatistické zhodnotenie sa uviedlo 130


ISSN 1802-2391

v tabuľke 2. Z výsledkov pre meranie kvality práce zavlažovača 1 vyplynulo, že pri zavádzaní prekrytia sa zvyšuje nielen priemerná závlahová dávka ale aj hodnota koeficienta rovnomernosti postreku CU. Zvyšovaním koeficienta rovnomernosti postreku na druhej strane docielime znižovanie hodnoty variačného koeficienta, čo je aj naším cieľom. U zavlažovača 2 bola situácia trochu pozmenená. Zavádzaním prekrytia a jeho zvyšovaním dochádza zvyšovanie priemernej hodnoty závlahovej dávky až o 46 % čo predstavuje aj značné zvýšenie nákladov pri závlahe niekoľkých hektárov. Na rozdiel od zavlažovača 1 u druhého došlo k zmenám pri hodnotení variačného koeficienta, pretože pri prekrytí 4 m klesol a následné vzrástol. Z toho vyplýva, že je výhodné aplikovať prekrytie 4 m, pri ktorom sa dosiahne hodnota variačného koeficienta 15,77 %. Pri týchto podmienkach bola hodnota koeficienta rovnomernosti postreku 87,01 %. V tabuľke 4 sme uviedli výsledky koeficienta Cu pri nulovej hodnote prekrytia, kde sa ukázalo, že zavlažovač 2 je v poriadku a zavlažovač 1 vyžaduje úpravu. Trendom pri aplikácii pásových zavlažovačov je zavádzať určité prekrytie, avšak to nesmie spôsobiť nadmerné zvýšenie nákladov. Grafické zobrazenia výsledkov sme uviedli na obr. 4 (zavlažovač 1) a obr. 5 (zavlažovač 2). Tabuľka 2 – Popisná štatistika, prekrytie – p, zavlažovač 1 Parameter Stredná hodnota, mm Rozdiel max – min, mm Minimum, mm Maximum, mm Súčet, mm Počet, ks Variačný koeficient, %

p=0m 28,08 44,14 0,31 44,45 926,52 33,00 44,71

Hodnota p=4m p=8m 29,61 31,73 41,38 33,39 3,07 11,06 44,45 44,45 977,01 1046,97 33,00 33,00 35,17 24,55

p = 16 m 37,76 22,33 24,89 47,22 1246,18 33,00 15,09

Tabuľka 3 – Popisná štatistika, prekrytie – p, zavlažovač 2 Parameter Stredná hodnota, mm Rozdiel max – min, mm Minimum, mm Maximum, mm Súčet, mm Počet, ks Variačný koeficient, %

p=0m 33,46 39,54 8,19 47,73 1003,74 30,00 25,31

Hodnota p=4m p=8m 35,95 39,91 23,15 25,40 24,58 27,86 47,73 53,26 1078,51 1197,43 30,00 30,00 15,77 19,36

p = 16 m 48,38 38,41 30,32 68,73 1451,43 30,00 23,50

Tabuľka 4 – Rovnomernosť postreku, prekrytie 0 m Výsledky merania rovnomernosti zadažďovania podľa ISO 7749-2 Meraný zavlažovač: Bauer Rainstar 85 Tx, zavlažovač 1 Priemer Vi, mm Suma Vi, ml Suma Vi, mm Suma IVi-VI, mm 28,08 9046 926,52 329,28 Výsledok CU, % 64,46 Meraný zavlažovač: Bauer Rainstar 85 Tx, zavlažovač 2 Priemer Vi, mm Suma Vi, ml Suma Vi, mm Suma IVi-VI, mm 33,46 9800 1003,74 188,59 Výsledok CU, % 81,21 Tabuľka 4 – Hodnoty CU pri rôznych prekrytiach Poradové číslo 1 2 3 4

CU, zavlažovač 1 64,46 72,64 81,98 88,33

Prekrytie, m 0 4 8 16

131

CU, zavlažovač 2 81,21 87,01 83,97 79,54


ISSN 1802-2391

50,00

50,00

45,00

45,00

40,00

40,00

35,00

35,00

30,00

30,00

B, mm

B, mm

Metódy merania rovnomernosti postreku sa delia podľa toho, či ide o závlahu postrekovačmi umiestnenými pozične v sponoch, závlahu pivotovými širokozáberovými zavlažovačmi alebo závlahu pásovými zavlažovačmi (Látečka, 2000). Frielinghaus (1992), ktorý uvádza ako uspokojivú rovnomernosť hodnotou Christiansenovho koeficientu rovnú 70 %.

25,00 20,00

25,00 20,00

15,00

15,00

10,00

10,00

5,00

5,00

0,00

0,00

1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

27

29

31

33

1

3

5

7

9

11

13

15

A ,-

50,00

19

21

23

25

27

29

31

33

19

21

23

25

27

29

31

33

50,00

45,00

45,00

40,00

40,00

35,00

35,00

30,00

30,00

B, mm

B, mm

17 A,-

25,00 20,00

25,00 20,00

15,00

15,00

10,00

10,00 5,00

5,00

0,00

0,00 1

3

5

7

11

9

13

15

17

19

21

23

25

27

29

31

1

33

3

5

7

9

11

13

15

17 A, -

A, -

Obr. 4 – Závlahová dávka, A – poradové číslo nádoby, B – závlahová dávka v mm, prekrytie: a) 0 m , b) 4 m, c) 8 m, d) 16 m 60,00 60,00

50,00 50,00 40,00

B, mm

B, mm

40,00 30,00 20,00

30,00 20,00

10,00

10,00

0,00

0,00

1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

27

29

1

3

5

7

9

11

13

A ,-

15

17

19

21

23

25

27

29

17

19

21

23

25

27

29

A,-

60,00

80,00 50,00

70,00 60,00

B, mm

B, mm

40,00

30,00

50,00 40,00 30,00

20,00

20,00 10,00

10,00 0,00

0,00 1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

27

1

29

3

5

7

9

11

13

15 A, -

A, -

Obr. 5 – Závlahová dávka, A – poradové číslo nádoby, B – závlahová dávka v mm, prekrytie: a) 0 m , b) 4 m, c) 8 m, d) 16 m

132


ISSN 1802-2391

ZÁVER Pre aplikáciu správnej závlahovej dávky vyžadujeme, aby závlahová technika spĺňala základné požiadavky kvality práce. Týka sa to hlavne funkčnosti a spoľahlivosti stroja na jednej strane a na strane druhej technológie práce a jej kvality. Preto sme sa rozhodli overiť kvalitu práce niekoľkých pásových zavlažovačov v poľnohospodárskom podniku Agrocoop Imeľ. Popri technických parametroch zavlažovača, kvalitu práce ovplyvňujú aj ďalšie vonkajšie činitele ako napr. tvar závlahovej krivky, spon a vplyv poveternostných podmienok. Z výsledkov meraní vyplynulo, že kvalita práce bola podľa niektorých autorov (napr. Frielinghaus) postačujúca, avšak podľa normy ISO nie. U oboch overených prípadov možno konštatovať, že zavedenie prekrytia zvýši hodnotu koeficienta rovnomernosti a tým zvýši aj kvalitu práce. Keďže prekrytie znižuje hodnotu efektívneho záberu stroja, je treba postupovať jeho zavádzaním opatrne a v spojitosti s časovými a ekonomickými položkami. Literatúra: REHÁK, Š. – NOVOTNÝ, M. 1996. Voda v poľnohospodárskej krajine: odborno-pedagogická príručka. Bratislava : VÚZH, VÚPÚ , 1996, 40 s. ISBN 80-85361-24-8. FRIELINGHAUS, M. 1992. Uniformity of water-distribution and differences in soil moisture before and after sprinkler irrigation, Zeitschrift für Kulturtechnik und Landentwicklung, 1992, r. 33, č. s. 278-285, ISSN 0934 - 0666 JOBBÁGY, J. 2011. Hodnotenie závlahovej techniky z hľadiska rovnomernosti závlahy postrekom. In : vedecká monografia, SPU Nitra, 2011, ISBN 978-80-552-0617-2, 123 s. KLEMENTOVÁ, E. - HEINIGE, V. 1999. Hydromeliorácie Slovenska na prahu 21.storočia. In: Závlaha postrekom pásovým zavlažovacom. Bratislava: SEMISOFT, s.r.o., 1999., s. 227232. KOSIBA, J. – DRABANT, Š. – TKÁČ, Z. – JABLONICKÝ, J. – TULÍK, J. 2010. Operating measuring of temperature and perssure in hydraulic circuit of tractor. In Traktori i pogonske mašine = Tractors and power machines. – Novi Sad : Jugoslovensko društvo za pogonske mašine, tractore i održavanie. - ISSN 0354-9496. - Vol. 15, no. 1 (2010), s. 4852. LÁTEČKA, M. 2000. Rovnomernosť postreku pri závlahe otáčavými postrekovačmi. In: Monografia. Nitra, 2000. 58 s. ISBN 80-7137-678 RŮŽIČKA, M. 1996. Technika a kvalita zavlažování: Studíjní informace ÚZPI. Praha: Ústav zemědělských a potravinářských informací, 1996. 50 s. ISSN 0862-3562. STN ISO 8224-1: 1998, Pásové zavlažovače. Časť 1: Metodika labortorních a provozních zkoušek. TKÁČ, Z. – DRABANT, Š. – ABRAHÁM, R. – MAJDAN, R. – CVÍČELA, P. 2006. Meranie tlakov v hydraulickom systéme traktora Zetor Forterra (Measurement of pressure in the hydraulic system of a Zetor Forterra tractor) In Acta technologica agriculturae. Nitra : Slovenská Poľnohospodárska Univerzita. ISSN 1335-2555. Roč. 9, č. 4 (2006), s. 85-88. TNV 754307: 1998. Závlahové zariadenie podrobné pre postrek. ZDRAŽIL, K. – SPITZ, P. 1966. Stanovení optimálních dešťomerných křivek u otočných postřikovačů. In: Vod. Hosp., 1966, č. 5, s. 203-204. The paper arises within frame of preparation and solution of science research project VEGA č. 1/0407/11 ”Research of the effectiveness of arable crops with the support of spatially differentiated irrigation” solved on Department of Machines and Production systems, SPU in Nitra in the years 2011-2012. Kontaktná adresa: doc. Ing. Ján Jobbágy, Ph.D. Slovak University of Agriculture in Nitra, Faculty of Engineering, Department of Machines and Production systems, Tr. A. Hlinku 2, Nitra 949 76, Slovak Republic phone: + 421 376 414 796, e-mail: [email protected]

133


ISSN 1802-2391

MODERN METHODS OF USING GPS IN AGRICULTURE MACHNINES MODERNÍ METODY VYUŽITÍ GPS V ZEMĚDĚLSKÉ TECHNICE MICHAL JUKL, ADAM POLCAR, JIŘÍ ČUPERA Mendel University in Brno, Faculty of Agronomy, Department of Engineering and Automobile Transport, Zemědělská 1, 61300 Brno, Czech Republic

Abstract With increasing operating costs of an agricultural or municipal machinery owners are focusing on its maximum utilization. If the companies are small, family farms often, the costs associated with the machinery operation can be better controlled than in larger companies with dozens of machines and extensive land fond. One way how to control the using of machines (the tractor itself, or next equipment) may be monitoring of machine using a system of GPS positioning. The collected information can be used not only for feedback control of the machine position but also eg. for checking the hours worked by agriculture machinery. With advanced software programs, it is possible to process the boundaries of land parcels form the LPIS system. Management or senior manager of the company can then have an overview of what is happening on the farmed area nearly in real time. Keywords:

Global position system, monitoring, agriculture machines, efficiency

INTRODUCTION The GPS (Global Position System) is an integral part of modern agriculture. The GPS (Global Position System) is an integral part of modern agriculture. Its advantages are useful especially when driving on land - there is a difference compared to road transport, where GPS is used largely "only" to determine the position of the vehicle. The route of the vehicle in road transport can be planned; roads and highways are sufficiently drawn map data. For the tracking of such vehicle will therefore sufficient when information about position will sent once a certain period (30s). During the work operations on the land in agriculture is necessary to observe as a maximum speed of vehicles or the connection to the previous operation. All this raises the demand for higher accuracy and faster data acquisition to monitoring system of agricultural machinery. Here is common to collect data in period of 1s. Application of GPS in agriculture opened a large space for increasing operational efficiency of machinery. GPS can also be used to guide the tractor or sprayers during the application, which can save working time and operating costs for fuel, seed or applied substance. The beginnings of developing a satellite system GPS date back to the sixties of the 20th century. Even though the GPS system has an extensive civilian use, it is primarily a military system, which was developed by U.S. Department of Defense. The development of a satellite system belongs to the NAVSTAR - GPS program. The first satellite was launched to orbit the Earth on the 14th July 1974. Advantages and reasons for the popularity of GPS can be summarized in a few points: [1] • relatively high positional accuracy, • the ability to determine the speed and time with an accuracy corresponding positional accuracy, • availability of signal anywhere on earth: on the surface, at sea, in the air, • standard positioning service is available to civilian users without limitation, free of any charge, • System operates in all weather conditions, is available 24 hours a day, • The position can be specified also in three-dimensional space. The principle of function of the global GPS system is based on the receiving of signals from satellites orbiting the Earth at an altitude of 20190 m. Satellites rotate around the Earth with

134


ISSN 1802-2391

an inclination of 55 ° to the plane of the equator. The number of satellites to reach full operational capability is the 24. The quality of position determining depends on the used equipment.

¶ Figure 1 – Orbit of GPS satellites [6]

RESULTS AND DISCUSION Monitoring of agricultural machinery In agricultural practice, there are more manufacturers who focus on monitoring the work of agricultural machine working at the parcel. They differ in on-board units’ hardware equipment, and in the subsequent data visualization for the customer. Generally, for operation of monitoring system is necessary to ensure two levels:: • data collecting on the machine, • data processing for the user. By data collecting on the machine is meant the installation of on-board units directly on the machine. In principle, these units are not tied to a specific manufacturer and type of machine, if it is not directly the OEM solution. On - board unit will ensure data collecting from the machine and send them to the company server where the data are stored. Hardware solutions The data that can be collected: • Information about the position, • information about travel speeds, • information about altitude, • Information about the state of fuel level, • Information about the ignition (ON/OFF), • Basic information from the vehicle CAN networks. These first three points - namely. position, speed and altitude are standards and are based on the common use of GPS. What is different is the frequency with which the information about position of the working machine is recorded and sent. The most advanced systems can gather information about the position once per second, which enhances the clarity about events on the parcel. Another important parameter is the frequency of the data transmission. Data are sending as a package once for a given period. Sending period is in time less than one minute (often 30 seconds). Here we encounter the technical possibilities of the data network. – data sending, data transferring, data storage, data loading by the user. The user is therefore displays the current position after 30 seconds, including the history (the data are still sampled at a frequency of 1 Hz). Because the agriculture machinery often works in remote locations where there is weak or no signal for data transmission, the on-board unit must be able to store the collected information till the communication is not reconnected. 135


ISSN 1802-2391

The following figure 2 shows the diagram of communication between objects in the monitoring of machine. The basis of scheme is a vehicle with on-board unit or identification device for logging of operator. This device collects data about the position and the vehicle, and then sends it via a data transmission via GPRS in the company server. Each user can then work with data on the server. Data are also backed up on the server in case of data loss.

Figure 2 – Communication between vehicle and server [5]

The collecting of additional information from of the vehicle is linked to the version of a monitoring system. Today, the information about fuel is nearly becoming to be a standard. But it is necessary to distinguish whether it is the information about the state of fuel level in the fuel tank or the actual fuel consumption. Monitoring of the fuel level in the fuel tank on vehicles with level sensor can work easily and non-invasively through connecting to the voltage output of the sensor. After calibration user gets an overview of the fuel tank level. Another possibility is to install a flow meters [4] which will capture the current fuel consumption. Actual fuel consumption [2,3] and much more other information vehicle can also be read from the vehicle's data network (CAN-Bus), which some manufacturers already offer. Using a special converter connected to the vehicle CAN-Bus can read information and forward them to the on-board units, which send them to the user. The on-board units can have both of analog and digital signal inputs. The analog input can be used for example for the above-mentioned monitoring of the level of fuel in the tank. The digital input is used for variables that are characterized by ON / OFF status, such as the ignition state. The following figure 3 shows the on-board unit Atlas (Hungarian manufacturer of monitoring systems Itineris) where you can see the control indicators in the front panel of the unit.

Figure 3 – Atlas (on-board unit) [5]

136


ISSN 1802-2391

Since this is a device designed primarily for work on agriculture parcels, monitoring device is also equipped with a work operations selector. Selector also serves as a chip card reader, through it the operator is identified to the system. Device (DMK) is shown in Figure 4.

Figure 4 – Digital work process selector [5]

Software solutions The collected data can be processed either directly to the manufacturer's website, where the user via their access logs (OEM solutions). Another solution is to download the collected RAW data from the server to the customer's computer (hundreds kB). Then, the user is not depend on the provider’s server. If the computer is still connected to the internet data are downloading continuously. Software examples for the above-mentioned equipment Atlas is a WayQuest (figure 5) program by the same developer. The main advantage of the program is the possibility to work with land parcels from the LPIS.

Figure 5 – WayQuest software with map background [5]

Another advantage of the WayQuest software is the creation of well arranged reports about driving, work on the parcels, machine working hours, etc. Each aggregated machine has entered the working width - so it is possible to calculate the worked area on the parcel.

137


ISSN 1802-2391

Work processes according to parcel - see figure 6.

Figure 6 – Work process report [5]

CONCLUSION Monitoring of machines in agricultural practice with appropriate software can facilitate enterprise management with extensive land fond. The big advantage that can also be seen with the user is in the ease of working with parcels, which can be arbitrarily labeled, sorted into groups or included into crop rotation plan. It should be strongly benefit from generating various reports that are useful in accounting system. If the software allows you to view the route in the past, it is possible to re-check the work on parcel as well as outside. In the map backgrounds are displayed the machine stops that are outside the premises set by the user. The modern version of the software works also in portable devices such as tablets and smart phones. These simpler software version are specialized more on determining the position of machines and the specification of their current work. All this creates the preconditions for reliable overview of machines work in real time, but also retrospectively. References: [1] RAPANT P., 2002: Družicové polohové systémy. VŠB – Technická univerzita Ostrava, Ostrava, [2] BAUER F., SEDLÁK P., ČUPERA J., POLCAR A., FAJMAN M., ŠMERDA T., KATRENČÍK J., 2013: Traktory a jejich využití. ProfiPress s.r.o., Praha, 224 s. [3] ŠTĚRBA P., ČUPERA J., POLCAR A., 2011: Automobily – Diagnostika motorových vozidel II. Avid s.r.o., Brno, 182 s. [4] SEDLÁK P., BAUER F., ČUPERA J., 2011: Využití digitální sítě CAN-BUS ke stanovení parametrů motoru. Sborník přednášek. 1. vyd. BRNO: VUT BRNO, , s. 20--24. ISBN 97880-214-4323-5. [5] ITineris Informatics Ltd., 2014, [Online], http://www.itineris.hu/. [6] Garmin, 2014, [Online], http://www.garmin.com. This study was supported by the project no. IP 14/2014 “Diagnostic protocol OBD-2 based on SAE J1939” and financed by Internal Grant Agency Mendel University in Brno, Faculty of Agronomy. This work was part of the project DOPSIT Reg. No. CZ.1.07/2.3.00/20.0226 funded under the Operational Program Education for Competitiveness Contact address Ing. Michal Jukl, e-mail: [email protected], Ing. Adam Polcar, e-mail: [email protected], doc. Ing. Jiří Čupera, Ph.D., e-mail: [email protected], Ústav techniky a automobilové dopravy, Mendelova univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Česká republika

138


ISSN 1802-2391

INFLUENCE SPRING AGRONOMIC TREATMENTS ON THE DENSITY AND STRENGTH OF LOAM SOIL WPŁYW WIOSENNYCH ZABIEGÓW AGROTECHNICZNYCH NA ZAGĘSZCZENIE I WYTRZYMAŁOŚĆ GLEBY GLINIASTEJ JAN JURGA, MACIEJ TOMCZEWSKI Katedra Budowy i Użytkowania Urządzeń Technicznych Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Abstract The aim of the study was to identify the values of selected physical properties characterizing the density and strength of loam soil in spring. Before field work was significant soil moisture, bulk density in the plow layer does not exceed 1.5 g • cm-3, and the values of the module unit increased with increasing deformation of the soil. Conducted tillage resulted in increased soil compaction and ruts are simultaneous increase its resistance to load. The bulk density was increased in both the topsoil and in the subsoil layer. Unit module showed a local maximum at the deformation of the soil does not exceed 2 mm. Keywords:

bulk density, compaction, strength, soil cultivation

Streszczenie Celem badań była identyfikacja wartości wybranych właściwości fizycznych charakteryzujących zagęszczenie oraz wytrzymałość gleby gliniastej w okresie wiosny. Przed przystąpieniem do prac polowych gleba miała znaczną wilgotność, gęstość objętościowa w warstwie ornej nie przekraczała 1,5 g·cm-3, a wartości modułu jednostkowego wzrastały wraz z przyrostem deformacji gleby. Przeprowadzone zabiegi uprawowe spowodowały zwiększenie zagęszczenia gleby w strefie koleiny i jednoczesny przyrost jej wytrzymałości na obciążenie. Gęstość objętościowa uległa zwiększeniu zarówno w warstwie ornej jak i w warstwie podornej, zaś moduł jednostkowy wykazywał lokalne maksimum przy deformacji gleby nie przekraczającej 2 mm. Słowa kluczowe: gęstość objętościowa, zagęszczenie, wytrzymałość, uprawa roli WPROWADZENIE Do jednego z najistotniejszych czynników powodujących pogarszanie stanu środowiska glebowego należy zaliczyć zagęszczanie gleby wywołane przejazdami pojazdów rolniczych. Skala zagrożenia powodowanego ugniataniem gleby przez koła i zespoły robocze urządzeń rolniczych zależy przede wszystkim od intensywności zabiegów, stopnia zmechanizowania prac polowych, technologii uprawy, poziomu wilgotności gleby w okresie prac polowych oraz od gatunku gleby (Walczykowa, 1995). Zagęszczenie gleby pod wpływem ugniatania zależy przede wszystkim od jej wilgotności. Podczas niskiej wilgotności zachodzą stosunkowo małe zmiany gęstości nawet pod wpływem ugniatania znacznymi siłami .Ugniatanie gleby niszczy jej agregatową budowę, zmniejsza pojemność wodną oraz ilość wody dostępnej dla roślin (Ślusarczyk, 1992). W naturalnych warunkach gleba charakteryzuje się zdolnością do agregacji cząstek elementarnych. Na polach uprawianych rolniczo proces naturalnej agregacji zostaje zakłócony, ponieważ w niewielkim przedziale wilgotności gleby nacisk kół sprzętu uprawowego niszczy gruzełki, ale również doprowadza kruszone bryły do stanu agregatowego (Ślusarczyk, 1992). Bardzo niekorzystny jest pierwszy przejazd po spulchnionej glebie, który powoduje od 60 do 80% wszystkich zmian powodowanych kolejnymi przejazdami. Stąd bardzo dużą uwagę należy zwracać na ograniczenie ugniatania podczas pierwszego przejazdu (Błaszkiewicz, 1996). W czasie prac wiosennych nacisk kół na glebę nie powinien przekraczać 50 kPa. Przy letnich i jesiennych pracach uprawowych nacisk ten można zwiększyć do 80 i 200 kPa (Erl 1997).

139


ISSN 1802-2391

Prowadzone badania w kraju i za granicą, wykazują, że poważnym problemem ekologicznym staje się stopniowy wzrost zagęszczenia warstwy podornej, co jest szczególnie niepożądanym zjawiskiem, jako że zmiany te mają najczęściej charakter nieodwracalny, w przeciwieństwie do zmian występujących w warstwie ornej, poddawanej zabiegom uprawowym. Warstwa podorna na skutek wieloletniej orki na jednakową głębokość oraz nacisku kół ciągników i maszyn, ulega silnemu zagęszczeniu. Zjawisko to jest nazywane ,,podeszwą płużną”. Uniemożliwia ona przerastanie korzeni do głębszych warstw gleby oraz zmniejsza przepuszczalność wody i ogranicza wymianę gazową (Pabin, 1998). Zagęszczenie gleby określa gęstość objętościowa oraz porowatości, które należą do tzw. podstawowych fizycznych właściwości gleby. Gęstość objętościowa w istotny sposób decyduje o wartości użytkowej gleby. Zbyt duży nacisk kół jezdnych na glebę, zwłaszcza w warstwie podornej prowadzi do fizycznej degradacji gleby, która skutkuje pogorszeniem retencji wodnej, wzrostem zwięzłości prowadzącym do ograniczenia rozwoju systemu korzeniowego roślin oraz wzrostem oporu gleby w czasie pracy narzędzi i maszyn uprawowych (Dzienia i Wereszczaka, 2003). Zagęszczenie gleb położonych na zboczach zwiększa zagrożenie erozją wodną. Wzrost zagrożenia erozją oznacza zwiększony spływ powierzchniowy wód opadowych i wzmożone wymywanie gleby, a w tym części spławianych, składników odżywczych roślin - związków potasu, fosforu, azotu, a także mikroelementów, które przekazywane są do ścieków i różnych zbiorników wodnych, powodując ich skażenie lub eutrofizację (Śnieg, 1999). CEL PRACY I PROBLEMY BADAWCZE Celem niniejszej pracy była identyfikacja wartości wybranych właściwości fizycznych charakteryzujących zagęszczenie oraz wytrzymałość gliny średniej w okresie wiosny. Aby zrealizować wyżej podany cel pracy, sformułowano następujące problemy badawcze: 1. Jakie są wartości wilgotności i gęstości objętościowej gliny średniej w okresie wiosny? 2. Jaka jest zależność między naciskiem jednostkowym i jednoosiową deformacją gleby? 3. Jak wpływa jednoosiowa deformacja gleby na wartości modułu jednostkowego? 4. Jak zmienia się gęstość objętościowa w zależności od nacisku jednostkowego wywieranego na glebę? MATERIAŁY I METODY Na podstawie składu mechanicznego glebę sklasyfikowano jako glinę średnią pylastą. Próbki gleby do badań pobrano z warstw o miąższości 5-10, 15-20 i 25-30 cm w trzech terminach: A - wczesną wiosną przed rozpoczęciem prac uprawowych, B - po wykonaniu orki wiosennej 22cm i zastosowaniu agregatu uprawowo-siewnego, C - po przejeździe ciągnika z wozem asenizacyjnym, 30 dni po wysiewie pszenżyta. W terminach B i C próbki pobierano ze strefy koleiny. Do prac polowych zastosowano ciągnik Ford TW20 TW20 o masie własnej 5835 kg i ogumieniu 14.9R24 oraz 520/70R38, pług Atlas, agregat uprawowy U772/B1, siewnik Poznaniak 6 (SO43C2) oraz jednoosiowy wóz asenizacyjny o masie całkowitej 8 ton i ogumieniu 11.5/80R15.3. Gęstość objętościową oraz wilgotność oznaczano według typowej metodyki, wykorzystując próbki gleby o nienaruszonej strukturze, pobierane do metalowych cylindrów o objętości 100 cm3 i średnicy 50 mm. Zależność nacisku jednostkowego od jednoosiowej deformacji gleby sporządzono w oparciu o wyniki badań wytrzymałościowych wykonanych na maszynie Instron 5582. Badanie polegało na obciążeniu próbki gleby stemplem o średnicy 35 mm. Prędkość robocza zagęszczania gleby wynosiła 10 mm·min-1. Podczas procesu mierzono przesunięcie stempla oraz opór stawiany przez glebę. Dane rejestrowano w komputerze wchodzącym w skład maszyny wytrzymałościowej. Moduł jednostkowy wytrzymałości gleby (MJ) obliczano na podstawie następującego wzoru:

MJ =

dNJ dH

gdzie: 140

[Pa·mm-1]


ISSN 1802-2391

NJ – nacisk jednostkowy, H – jednoosiowa deformacja gleby. Do obliczeń gęstości objętościowej w zależności od nacisku jednostkowego wywieranego na glebę wykorzystano poniżej przedstawiony wzór:

G2 = gdzie:

G1 ⋅ h1 h2

G – gęstość objętościowa gleby, h – wysokość gleby w cylinderku, 1 – indeks dolny dotyczy gleby przed obciążeniem, 2 – indeks dolny dotyczy gleby obciążonej znanym naciskiem jednostkowym.

WYNIKI BADAŃ I ICH ANALIZA Na poniżej przedstawionym wykresie (rys.1) zamieszczono średnie wartości wilgotności badanej gleby przed i po przeprowadzonych zabiegach agrotechnicznych.

Rys. 1 – Wyniki oznaczeń wilgotności gleby (W)

W okresie realizacji badań, wilgotność gleby była dość duża i wahała się w przedziale pomiędzy 15,3 a 18,6% wilgotności wagowej. Przed wykonaniem zabiegów agrotechnicznych dużą wilgotność gleby (17,6 %) stwierdzono w warstwie położonej najpłycej (5 cm). Na głębokości 15 cm gleba miała wilgotność nieco mniejszą (16,8), niż w warstwie przypowierzchniowej. Wilgotność na głębokości 25 cm była znacznie większa i wynosiła 17,2%. Po przeprowadzonych zabiegach agrotechnicznych największą wilgotność gleby (18,4-18,6%) stwierdzono w warstwie przypowierzchniowej na głębokości 5 cm. W miarę zwiększania głębokości pobierania prób gleby wilgotność malała i na głębokości 25 cm wynosiła około 15,316,1%. Przed przystąpieniem do zabiegów agrotechnicznych, w warstwie o miąższości do 20 cm, gleba charakteryzowała się umiarkowaną gęstością objętościową 1,50 g·cm-3 (rys. 2). Gęstość objętościowa gleby pobranej z głębokości 25 cm była już znaczne większa i wynosiła 1,65 g·cm-3. Po przeprowadzeniu zabiegów uprawowo-siewnych gęstość gleby w warstwie do 20 cm zwiększyła się do poziomu 1,54-1,60 g·cm-3. Na głębokości 25-30 cm gęstość była znacznie większa 1,73 g·cm-3. Kolejne, przeprowadzone po upływie jednego miesiąca pomiary wykazały 141


ISSN 1802-2391

znaczne zmiany zagęszczenia gleby w całym badanym profilu. Przejazd beczkowozu z gnojowicą spowodował przyrost wartości gęstości objętościowej. W warstwie 5-10 cm gęstość wynosiła 1,63 g·cm-3, w warstwie 15-20 – 1,70 g·cm-3, zaś w warstwie najgłębiej położonej tj. na głębokości 2530 cm średnia wartość gęstości objętościowej wynosiła 1,76 g·cm-3.

Rys. 2 – Wyniki oznaczeń gęstości objętościowej gleby (G)

Na rys. 3 zamieszczono wykresy zależności nacisku jednostkowego od odkształcenia gleby. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że przyrosty nacisku jednostkowego na jednostkę odkształcenia są najmniejsze w początkowej fazie obciążenia. W miarę zwiększenia odkształcenia zależność obu wielkości przechodzi w proporcjonalną. W warstwie gleby położonej na głębokości 5-10 cm, zarówno przed przystąpieniem do wiosennych prac agrotechnicznych, jak i po nawożeniu gnojowicą, przebieg zmienności nacisku jednostkowego był podobny. Przy deformacji gleby o 2 mm wynosił on około 150 kPa i szybko zwiększał się wraz z przyrostem odkształcenia badanej próbki gleby – po odkształceniu o 4 mm nacisk jednostkowy wynosił ponad 400 kPa. Po wiosennych pracach uprawowych stwierdzono znacznie mniejsze wartości nacisku jednostkowego dla gleby pobranej z warstwy przypowierzchniowej, przy odkształceniu badanej gleby o 2 mm uzyskano wartość około 65 kPa. Nieco mniejszą wytrzymałością charakteryzowała się gleba w warstwie o miąższości 15-20 cm. Przy odkształceniu badanej próbki gleby o 2 mm stwierdzono nacisk jednostkowy wynoszący około 74 kPa. W najgłębiej położonej warstwie gleby tj. 25-30 cm nacisk jednostkowy odpowiadający odkształceniu 2 mm był największy i wynosił 200 kPa. Po obciążeniu gleby beczkowozem do wywozu gnojowicy stwierdzono znaczne zwiększenie wartości nacisku jednostkowego w warstwie gleby o miąższości do 20 cm. Pomimo, że przyrost nacisku jednostkowego przebiegał początkowo łagodnie, po odkształceniu próbki gleby o 2 mm wynosił około 260 kPa. Próbki gleby pobrane z warstwy 25-30 cm przy odkształceniu o 2 mm wykazywały znacznie mniejsze wartości nacisku jednostkowego wynoszące 160 kPa. Na podstawie uzyskanych wyników (rys.4) można stwierdzić, że w warstwie gleby położonej na głębokości 5-10 cm zarówno przed przystąpieniem do wiosennych prac agrotechnicznych, jak i po nawożeniu gnojowicą przebieg zmienności modułu jednostkowego był podobny. Jego początkowa wartość wynosiła mniej niż 50 kPa·mm-1 i szybko zwiększała się wraz z odkształceniem badanej próbki gleby.- po odkształceniu o 2 mm moduł jednostkowy wynosił około 140 kPa·mm-1. Znacznie mniejsze wartości modułu jednostkowego gleby pobranej z warstwy przypowierzchniowej stwierdzono po wiosennych pracach uprawowych. Początkowa wartość modułu wynosiła 20 kPa·mm-1 i po odkształceniu gleby o 2 mm nie przekraczała wartości 50 kPa·mm-1. 142


ISSN 1802-2391

400

400

400 NJ [kPa]

NJ [kPa]

NJ [kPa]

300

300

300

200

200

200

100

100

100

H [mm]

H [mm]

H [mm] 0

0 0

1

2

3

0 0

4

Termin A, 5-10 cm

1

2

3

4

0

Termin A, 15-20 cm

300

300

200

200

200

100

100

100

H [mm] 0

1

2

3

4

H [mm]

H [mm]

0

0 0

Termin B, 5-10 cm

1

2

3

4

0

Termin B, 15-20 cm

300

300

200

200

200

100

100

100 H [mm]

H [mm] 0 2

3

Termin C, 5-10 cm

4

4

H [mm]

0 1

3

NJ [kPa]

300

0

2

400 NJ [kPa]

NJ [kPa]

1

Termin B, 25-30 cm

400

400

4

NJ [kPa]

300

0

3

400 NJ [kPa]

NJ [kPa]

2

Termin A, 25-30 cm

400

400

1

0 0

1

2

3

Termin C, 15-20 cm

4

0

1

3

Termin C, 25-30 cm

Rys. 3 – Zależność nacisku jednostkowego (NJ) od deformacji (H)

143

2

4


ISSN 1802-2391

Przed przystąpieniem do prac wiosennych moduł jednostkowy gleby pobranej z warstw o miąższości 15-20 i 25-30 cm charakteryzował się przebiegiem, w którym można wyróżnić wartość maksymalną oraz redukcję następującą przy dalszym odkształceniu gleby. Przy odkształceniu o około 0,5 mm gleby pobranej z warstwy o miąższości 15-20 cm wartość modułu osiągnęła największą wartość wynoszącą nieco ponad 105 kPa·mm-1. Następnie, wraz z dalszym odkształceniem próbki wartość modułu zmniejszała się do poziomu 95-100 kPa·mm-1. Moduł jednostkowy gleby z warstwy 25-30 cm był znacznie większy i wynosił około 220 kPa·mm-1. Przyrost obciążenia gleby powodował gwałtowny spadek jego wartości. Po wykonaniu prac uprawowych przebieg wartość modułu jednostkowego dla tej samej warstwy gleby był inny. Przy deformacji gleby wynoszącej około 1,8 mm moduł osiągnął wartość maksymalną 150 kPa·mm-1. Dalszemu odkształceniu gleby towarzyszyło niewielkie zmniejszenie wartości modułu. Po przejeździe zestawu do nawożenia, badania gleby z warstwy 25-30 cm wykazały niewielkie zmiany przebiegu zależności modułu jednostkowego od odkształcenia. Przejazd przyczepy asenizacyjnej wywołał znaczne zmiany wartości modułu jednostkowego gleby z warstwy o miąższości 15-20 cm. Przy odkształceniu 2 mm wartość modułu ustabilizowała się na poziomie około 250 kPa·mm-1, co oznacza przyrost w stosunku do wyniku sprzed nawożenia o około 200 kPa·mm-1. Na rys. 5 zamieszczono wykresy zależności gęstości objętościowej od wywieranego obciążenia. Po przekroczeniu nacisku jednostkowego 100 kPa we wszystkich przypadkach przebieg zmienności podanej zależności był zbliżony do liniowego. Po zwiększeniu nacisku jednostkowego do 100 kPa, gęstość gleby pobranej w terminie A z warstwy 5-10cm wynosiła 1,55 g·cm-3. Podany nacisk jednostkowy zagęścił gleb pobraną z warstwy 15-20 cm do wartości 1,64 g·cm-3, zaś glebę pobraną z warstwy 25-30 cm do wartości wynoszącej 1,66 g·cm-3. Po obciążeniu gleby naciskiem jednostkowym 100 kPa największy przyrost gęstości objętościowej (0,05 g·cm-3) zaobserwowano w glebie pobranej z warstwy przypowierzchniowej, zaś najmniejszy (0,03 g·cm-3) dotyczył warstwy o miąższości 25-30 cm. Po przeprowadzeniu prac uprawowych, gęstość objętościowa gleby w przypowierzchniowej warstwie koleiny była taka sama jak przed uprawą. Po obciążeniu próbek pobranych z warstwy o miąższości 5-10 cm naciskiem wynoszącym 100 kPa, nastąpiło zagęszczenie gleby do wartości 1,59 g·cm-3. Nacisk jednostkowy 100 kPa na próbki pobrane z warstwy 15-20 cm spowodował zagęszczenie gleby do wartości 1,63 g·cm-3. W obu opisanych próbach przyrost zagęszczenia był jednakowo duży i wynosił 0,09 g·cm-3. Obciążenie gleby z warstwy o miąższości 25-30 cm naciskiem jednostkowym 100 kPa spowodowało zwiększenie gęstości objętościowej o 0,04 g·cm-3, tj. do wartości 1,74 g·cm-3. Po nawożeniu organicznym stwierdzono znaczne zwiększenie gęstości objętościowej w całym badanym profilu gleby. W warstwie położonej najpłycej tj. na głębokości 5-10 cm gęstość objętościowa wynosiła 1,65 g·cm-3. Po obciążeniu próbki badanej gleby naciskiem jednostkowym wynoszącym 100 kPa gęstość objętościowa uległa zwiększeniu do wartości 1,70 g·cm-3. Taki sam nacisk jednostkowy spowodował zwiększenie gęstości objętościowej gleby pobranej z warstwy o miąższości 15-20 cm do wartości 1,77 g·cm-3, zaś gleby pobranej z warstwy 25-30 cm – do wartości 1,81 g·cm-3.

144

Nové trendy v návrhu a využití strojů v agropotravinářském komplexu a odpadovém hospodářství

Recommend Documents