Talajművelő gépek vonóerőigénye

Kategória: Agrárgazdaság | Szerző: Dr. Szente Márk MGI-Gödöllő, 2014/01/10
Címkék: erőgép, traktor, talajművelő eszközök, talajművelés, munkgép, vonóerő

Az erő- és munkAgépek mechAnIkAI (geometrIAI) kApcsolAtA

Az erőátvitel magvalósítása céljából az erőgépek és talajművelő eszközök között mechanikus és hidraulikus kapcsolatot kell létrehozni. Ez a kapcsolat az erőgép függesztőberendezésén, vonórúdján (vonóhorgán) és TLTn keresztül, illetve a traktor külső hidraulikakörére csatlakoztatva valósulhat meg. A munkagépek szerkezeti kialakításuk alapján: vontatott, félig függesztett és függesztett kivitelben készülnek. A különböző kapcsolódó részek összeillesztése hagyományosan, egymástól függetlenül történik. Ez a módszer viszont nehézkes, időés élőmunka igényes, ezért napjainkban külön gyorskapcsoló elemeket használunk a kardántengelyekhez, hidraulikacsövekhez és füg gesztő ele mekhez. Az egymástól eltérő rendszerű, gyors függesztő berendezések közül a gyakorlatban a fordított U-alakú keret (amerikai), valamint a háromszög alakú keret (európai) terjedt el. Az erőés munkagépek mechanikai kapcsolatának ma már nincs akadálya, a kapcsolószerkezeteket nemzetközileg szabványosították, kategóriákba sorolták. Ezért egy adott munkagép és traktor mechanikai kapcsolhatóságának vizsgálatakor gyakorlatilag elegendő annak ellenőrzése, hogy milyen méretkategóriába tartozik a traktor, illetve a munkagép csatlakozó részegysége.

A trAktor munkAgép kApcsolAt energetIkAI kérdéseI

A traktormunkagép (talajművelő gép) kapcsolat energetikai kérdéseit tekintve, a gépcsoport semmiben sem különbözik más energiaforrás és fogyasztó kapcsolatától. A gépcsoporton belül a traktor az energiaforrás, a munkagép pedig a fogyasztó.

Ahhoz, hogy a párosítás optimális legyen, ismerni kell a forrás és a fogyasztó jellemzőit, jelleggörbéit. Ezek ismeretében, illetve azok összevetésével adódik a munkapont, amely alapja a gépek párosításának, illetve az energetikai szempontból való megítélésnek. Traktor esetében annak energetikai jellemzését a traktor vontatási diagramja ábrázolja, míg a munkagépre vonatkozóan az energetikai jellemzést a vonóerő- vagy vonóteljesítmény-igénye adja, például a művelési sebesség függvényében. A munkagép figyelembe vehető művelésisebességintervallumát az agrotechnikai követelmények határozzák meg. Adott művelőeszköz (pl. kormánylemez) kialakítása mellett csak olyan munkasebességtartományt alkalmazhatunk, amelyben a munka minősége kielégítő. A párosítás energetikailag akkor optimális, ha a munkagép vontatásiteljesítmény-igénye adott sebességnél megegyezik a traktor által leadott vontatási teljesítménnyel oly módon, hogy a traktor vontatási teljesítményét legalább 90%-os szinten kihasználjuk.

A munkagép oldaláról tekintve, a talajművelés során energetikai szempontból a talajkötöttségnek és a talajellenállásnak van meghatározó szerepe. Ezek azok a paraméterek, amelyek a vontatási ellenállás, azaz a vonóerőigény alakulását leginkább befolyásolják. Kiemelten fontos mutató a talaj fajlagos ellenállása, amely egy talajművelő gép használata során mért vonóerőnek egységnyi talajkeresztmetszetre vagy munkaszélességre vonatkoztatott értéke.

A gyakorlatban a gépüzemeltető a művelési mélység és a haladási sebesség változtatásával képes a vonóerőigény, illetve a vontatásiteljesítmény-igény befolyásolására (a munkaszélesség egyes kivételektől eltekintve egy adott munkagép esetén állandó). Ezek a paraméterek azonban csak szűk tartományban módosíthatók, hiszen a munkamélységet és a művelési sebességet a munkagép konstrukciója, valamint az agrotechnikai követelmények egyaránt behatárolják. A fajlagos vontatási ellenállás a talajtípustól, a munkagép művelő elemének kialakításától (pl. kormánylemez kialakítás), valamint a talaj nedvességétől függ. Ebből jól látható, hogy a kellő időben – talajnedvesség tartalom mellett – végzett talajműveléssel nemcsak a talajmunka minőségét, de energiaigényét is tudjuk befolyásolni.

A gépcsoport energiaforrása, a traktor oldaláról az előzőekben meghatározott teljesítményt kell a munkagép vontatásához kifejteni. Általánosságban érvényes az a megállapítás, és így esetünkben is alkalmazható, hogy egy gépcsoport üzemeltetése akkor a leggazdaságosabb, ha az energiaforrás a legnagyobb terheléssel, maximális teljesítményen üzemel és a fogyasztó (munkagép) a maximális terhelést a forrás (traktor) legjobb hatásfokú helyén biztosítja.

Nem elégséges feltétel azonban biztosítani a traktor esetében csak a maximális motorterhelést, már csak azért sem, mert a teljesítmény-kihasználási tényező igen sebességérzékeny. Arra kell törekedni, hogy a traktormotor teljes terhelése mellett biztosítani lehessen annak optimális hasznosítását is.

Ennek érdekében a traktor oldaláról a motort, a hajtóművet és a vontatási képességet egyaránt vizsgálnunk kell. Napjainkra általánosan elterjedtek az ún. állandó teljesítményű motorok, amelyekre jellemző, hogy azok széles motorfordulatszám tartományban képesek a névleges motorteljesítmény leadására, sőt a maximális teljesítményük meg is haladhatja a névleges értéket. Az állandó teljesítményű motorfordulatszám-tartomány szélessége változó, de jellemzően a 400–800 1/min fordulatszám-tartományba esik. Az állandó teljesítményű motoroknak a teljesítményjellemzők nyújtotta előnye a rugalmassági tényező értékében is megmutatkozik. A nyomatéki rugalmasságnál azonban nem elegendő a legnagyobb nyomatéknövekedés (a névleges teljesítményhez tartozó és a maximális nyomaték aránya) figyelembevétele. Azt is meg kell vizsgálni, hogy milyen a nyomatéki jelleggörbe egyes szakaszainak meredeksége. A szokványos szántóföldi munkavégzés során a termelékenység, illetve a gazdaságos gépüzemeltetés megköveteli, hogy amikor a terhelés hatására a motor fordulatszáma már annyira lecsökken, hogy jelentős a motorfordulatszám- esés miatti sebességcsökkenés, a traktort eggyel alacsonyabb sebességfokozatba kell kapcsolni. Ugyanakkor, ha a traktor-munkagép gépcsoport munkapontja a meredek nyomatékemelkedés szakaszba esik (azaz a nyomatékigény növekedésével csak kismértékben csökken a motor fordulatszáma és így a gépcsoport munkasebessége), ritkábban kell vissza-, illetve felkapcsolni.

A traktor-munkagép gépcsoport egyik fontos jellemzője annak területteljesítménye. Nyilvánvaló az a törekvés, melyet a gazdaságosság is indokol, hogy adott gépcsoportnál általában az adott maximális lehetőségeket igyekszünk kiaknázni, hacsak annak mérséklését valamely körülmény nem indokolja (munkaminőség).

A traktor másik fő egysége a hajtómű vagy sebességváltó, mely jellemzőin keresztül hatással van a traktor-munkagép gépcsoport területteljesítményére. Napjainkban a korszerű traktorok különféle hajtóműtípusokkal készülnek, melyek a jelenleg vizsgált szempontból az alábbi két fő csoportba sorolhatók: fix fokozatú és fokozat nélküli hajtóművek.

Ideálisnak az a hajtóműtípus tekinthető, amellyel a traktor potenciális vonóképessége teljes mértékben kihasználható annak ellenére, hogy a traktor vonóerő-terhelése bizonyos határokon belül ugyan, de változik. A gépcsoport optimális, illetve maximális területteljesítményét egy fokozatnélküli hajtóművű traktorral kaphatjuk. Ezen túlmenően a motor és a sebességváltó működését szabályozó rendszer segítségével a motor állandóan az optimális fordulatszám területén belül tud dolgozni, így kedvezőbb a gépcsoport hajtóanyag felhasználása (az egységnyi megművelt területre eső fogyasztás), mint a fix fokozatú hajtóművel rendelkező gépcsoport esetén.

Minden, a gyakorlatban előforduló vonóerőhöz megtalálható az a haladási sebesség, ahol a vontatási teljesítmény, illetve a motorterhelés optimális, ami egyben egy adott munkaféleségnél a maximális területteljesítmény elérését is biztosítja.

Ma még szélesebb körben elterjedtek a fix fokozatú hajtóművek (azok legkülönfélébb változatai: szervokapcsolásos, terhelés alatt kapcsolható stb.). Az ilyen hajtóművel szerelt traktorok esetén nagy gonddal kell ügyelni az egyes sebességfokozatok közötti elosztásra (sebességlépcső), hogy azok mind agrotechnikai, mind energetikai szempontból kedvező átfedést biztosítsanak, azaz a kívánatos művelési sebességtartomány teljes mértékben lefedhető legyen. Ennek megfelelően a fix fokozatú hajtóműves traktorok esetén a következő szempontokat kell figyelembe venni

• Mekkora az egyes sebességfokozatokban elérhető maximális vontatási teljesítmény, illetve a traktormotor teljesítménykihasználása?
• Milyen haladási sebesség mellett érhető el az optimális vontatási teljesítmény-tartomány?

1. ábra. Példa a nem megfelelő sebességfokozat elosztásra

Ezek segítségével egy adott traktorra meghatározhatjuk az energetikai szempontból kedvező sebességtartományt (ahol legalább 90%-ban kihasználható a traktor maximális vontatási teljesítménye). Ezt akkor tekinthetjük megfelelőnek, ha ez a tartomány lefedi az agrotechnikai szempontból megkövetelt sebességtartományt. A sebességfokozatok közötti elosztás azonban módosíthatja az így kapott képet. Ugyanis, ha nem megfelelő a sebességfokozatok közötti átfedés, energetikai szempontból nem használható ki megfelelően a munkagép oldaláról megkívánt sebességtartomány. Erre mutat példát az 1. és 2. ábra, melyek konkrét mérési eredmények alapján készültek. Az 1. ábrán jól látható, hogy az egyes fokozatokban a 90%-os vontatási teljesítményt biztosító haladásisebesség-tartományok nem, illetve nem megfelelő mértékben fedik át egymást. A 2. ábra egy megfelelő átfedést biztosító hajtóművel szerelt traktor eredményei láthatók – az agrotechnikai szempontból szükséges teljes sebességtartomány kihasználható. Az egyes fokozatokban látható szélesebb sebességsávok az állandó teljesítményű motor előnyét szemléltetik.

2. ábra. Példa a jó sebességfokozat elosztásra

Összefoglalóan megállapíthatjuk, hogy egy traktormunkagép gépcsoport energetikai összehangolása (a munkaminőségi követelmények betartása melletti maximális területteljesítmény, legkisebb területegységre eső hajtóanyag- fogyasztás elérése) egy már meglevő erő- és munkagéppark esetén csak nagy odafigyeléssel oldható meg. Fontos megjegyezni, hogy már a gépberuházási döntéshozatal során számolni kell ezekkel a kérdésekkel.

Ajánlott kiadványokDr. Szalai József:
Növények fenntartható termesztéseDr. Szente Márk, Dr. Vas Attila:
Mezőgazdasági traktorok elmélete és szerkezeteHusti István:
Műszaki és beruházási ismeretekDr. Wallendums Árpád (szerk.):
Az agrárgazdálkodás alapjai

Ez is érdekelhetiMezőgazdasági gépek fejlesztési irányaiKukoricatermesztés: tömegtermelés – ésszerűen (II.)A huminsavak szerepe a talajminőség megőrzésében