Úvod / Pôdohospodárstvo podľa tém / Stroje a zariadenia / Rôzne

Ekonomika a efektívnosť prevádzky traktora

29-03-2022
S použitím dostupných zdrojov spracoval: doc. Ing. Jozef Ďuďák, CSc. | jozef.dudak@uniag.sk
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre

Prevládajúcim trendom súčasnej doby je zvyšovanie efektivity vykonávaných prác pri zachovaní, alebo dokonca znižovaní vynakladaných nákladov. Poľnohospodárstvo sa tomuto trendu prispôsobuje tiež, a tak sa stále viac objavujú moderné farmy alebo podniky, ktoré s obľubou využívajú najmodernejšie riešenia pre zefektívnenie svojej výroby. Na tieto požiadavky sú nútení reagovať výrobcovia, ktorí prichádzajú na trh so stále novými a inovatívnymi riešeniami, ktoré pomáhajú poľnohospodárom tieto ciele dosahovať.

Naznačený vývojový trend sa týka aj traktorov. Ich motory dosahujú stále vyššie výkony, aby ich bolo možné agregovať s pracovným náradím o čoraz väčšom zábere. Tým sa obmedzia prejazdy súprav po pozemku s negatívnym pôsobením v oblasti zhutnenia pôdy, ale predovšetkým stroje a náradia pracujú v požadovanej hĺbke a s odporúčanou rýchlosťou, čo má pozitívny vplyv na kvalitu práce. Využívanie výkonných traktorov a poľnohospodárskych strojov je jedným z dôležitých predpokladov intenzifikácie poľnohospodárskej výroby a znižovania spotreby živej ľudskej práce. V súčasných podmienkach sa zavádzaním nových technológií sleduje nielen zvyšovanie intenzity výroby a produktivity práce, ale zabezpečuje aj vzťah k životnému prostrediu a rešpektuje starostlivosť o zachovanie krajiny.

Azda aj preto k charakteristickým znakom konštrukčných riešení nových traktorov a pracovných strojov patria využívanie elektronických prvkov, predlžovanie životnosti strojov, väčšia univerzálnosť s cieľom znižovania prevádzkových nákladov, zvyšovanie pracovných rýchlostí so súčasným zlepšovaním podmienok pre prácu obsluhy strojov, znižovanie poruchovosti strojov, jednoduchší servis a úspory energie, znižovanie kontaktných tlakov na pôdu s cieľom zabrániť jej nadmernému utužovaniu, ako aj mnohé ďalšie progresívne konštrukčné riešenia. Vyššie naznačené moderné konštrukčné riešenia sú na jednej strane spojené s ich vyššou obstarávacou cenou, na druhej strane však prinášajú vyššiu úžitkovú hodnotu jednotlivých konštrukčných skupín nových traktorov, čo je pre ich efektívnu prevádzku veľmi dôležité.

Hospodárne a zároveň efektívne využívanie výkonu motora

Najvýznamnejší výrobcovia traktorov v Európe aj v USA už pred niekoľkými rokmi spoločne ohlásili zavedenie technológie pre zvýšenie účinnosti svojich traktorov. Súbor opatrení zameraných na zvýšenie hospodárnosti a efektívnosti prevádzky traktorov dostal dokonca aj obchodné označenie, ktorému je spoločné slovo „efficiency“. Základom pokroku v tejto oblasti sú predovšetkým motory novej generácie naladené a zdokonalené tak, aby mali pokiaľ možno čo nižšiu spotrebu paliva. Ďalej sa dosiahlo zlepšenie aj v oblasti prevodoviek, ktorých elektronické riadenie a ovládanie je múdrejšie a presnejšie. Umožňuje zvoliť pracovnú rýchlosť tak, aby bola požadovaná ťahová sila dosiahnutá pri optimálnych otáčkach motora.

Predovšetkým v konštrukcii traktorových motorov boli v posledných rokoch vykonané viaceré významné zmeny, ktoré mali pozitívny dopad tak na plnenie stále rastúcich požiadaviek súvisiacich s potrebou dodržiavania čoraz prísnejších emisných noriem, ako aj požiadaviek užívateľov vo vzťahu k efektívnosti prevádzky traktorov. Moderné motory v súčasnosti disponujú viacerými významnými vlastnosťami (parametrami), predovšetkým vysokým prevýšením (zálohou) krútiaceho momentu, vysokým a pomerne vyrovnaným priebehom výkonu v širokom rozpätí otáčok a relatívne nízkou spotrebou paliva. Hlavne tieto tri vlastnosti motora sú predpokladom pre dosiahnutie jeho efektívnej prevádzky a v konečnom dôsledku vplývajú aj na výšku prevádzkových nákladov samotného traktora. Hodnoty prevýšenia krútiaceho momentu podľa údajov uvádzaných v dostupnej dokumentácii od jednotlivých výrobcov traktorov dosahujú v súčasnosti hodnoty v rozmedzí 30 až 55 %. Pomerne široké je aj rozmedzie otáčok, pri ktorých motor vykazuje takmer konštantný výkon.

Jednou z výhod moderných a v súčasnosti používaných piestových spaľovacích motorov je to, že ich činnosť je možné pomerne ľahko regulovať, to znamená, že sa dajú jednoducho prestaviť do rôznych pracovných režimov s rozdielnymi otáčkami, krútiacim momentom a hlavne mernou spotrebou. Pri prevádzke traktore v súprave je potom možné vyššie uvedené vlastnosti traktorového motora využiť tak, aby pracoval v tzv. ekonomickom režime, pri ktorom motor pracuje s nízkou mernou spotrebou a zároveň s vysokou účinnosťou využitia energie paliva. Pokiaľ ide o účinnosť motorov, aj v tejto oblasti bol v posledných rokoch zaznamenaný významný pokrok. Kým napr. prvý dieselový motor v roku 1898 pracoval s účinnosťou na najvyššej úrovni 26 %, v súčasnosti dosahujú moderné motory priemernú účinnosť na úrovni 46 %. V budúcnosti sa táto hodnota bude ďalej zvyšovať (napr. jeden z významných výrobcov motorov FTP – Fiat Powertrain už v krátkom čase predpokladá dosiahnuť účinnosť na úrovni až 55 %).

Zvýšenie účinnosti motora a zároveň zníženie mernej spotreby paliva je dnes možno dosiahnuť pomerne jednoduchým trikom, zabudovaním štvorvalcového motora do podvozku určeného pôvodne pre šesťvalcový typ. Zlepšenie spotreby sa potom dá dosiahnuť detailnými úpravami v konštrukčnej oblasti a predovšetkým v softvéri. Takéto riešenia sa často využívajú pri modernizácii niektorých modelových radov traktorov.

Veľký potenciál z hľadiska úspory paliva sa skrýva v hydraulickom systéme. Niektoré funkcie hydraulického systému, napr. účinný systém load-sensing dokáže ušetriť palivo. Hydraulické systémy sú preto neustále zdokonaľované a zjednodušované, majú menší počet dielov a kratšie vedenia, prípadne môžu byť plne integrované do siete CAN-Bus. Potom vďaka ich značnej výkonnosti pre veľký počet hydraulicky ovládaných úkonov na pripojenom náradí postačujú nízke otáčky motora, čo opäť šetrí naftu. Na ovládanie hydrauliky sa využívajú farebne rozlíšené prepínače, ktoré sa ľahko rozpoznajú, dobre sa ovládajú počas jazdy a tým sa zároveň znižuje aj riziko chybného prestavenia. Z hľadiska šetrenia paliva však rozhodujúcu úlohu zohráva predovšetkým ochota obsluhy traktora vykonávať adekvátne nastavenia hydraulického systému pre príslušné náradia a podmienky práce.

Prečo je dôležité pri práci traktora sledovať jeho spotrebu?

Náklady na spotrebovanú naftu v súčasnosti predstavujú rozhodujúci podiel z hľadiska celkových prevádzkových nákladov traktorových súprav. Podľa výsledkov našich meraní ich hodnota dosahuje 55 až 70 % podiel z nákladov spojených s prevádzkou traktorov, čo závisí od ich veku a skutočného ročného využitia. Čo je však dôležité je to, že výslednú hodnotu nákladov na spotrebovanú naftu môže obsluha pri práci významným spôsobom ovplyvňovať.

K tomu, aby mohol byť motor traktora prevádzkovaný v ekonomickom režime je nevyhnutné, aby boli splnené viaceré dôležité podmienky, ku ktorým patrí napr. to, že traktor bude vybavený motorom s prevýšením krútiaceho momentu na úrovni aspoň 40 % a viac a zároveň bude vybavený prevodovkou umožňujúcou ľahkú zmenu prevodového pomeru buď pomocou násobiča krútiaceho momentu, alebo možnosťou radenia prevodových stupňov pod zaťažením (Power Shift). Pre tento účel je najvhodnejšia možnosť plynulej zmeny prevodového pomeru prevodovkou typu CVT. Ak chceme prevádzkovať motor traktora v ekonomickom režime, musí byť splnená aj ďalšia dôležitá podmienka a to zaťaženia motora traktora pripojeným pracovným strojom tak, aby boli dosiahnuté ekonomické otáčky, pri ktorých sa však zároveň bude súprava pohybovať pracovnou rýchlosťou zodpovedajúcou vykonávanej pracovnej operácii (napr. pri orbe je to 5 až 8 km.h-1). Pokiaľ nie je niektorá z uvedených podmienok splnená je len veľmi ťažké motor traktora do ekonomického pracovného režimu vôbec dostať a ešte ťažšie ho v ňom pri práci udržať.

Pre užívateľa je dôležité vedieť ako vôbec môže ekonomický režim práce motora dosiahnuť. Podľa dostupných informácií väčšina ponúkaných traktorových motorov dosahuje ekonomický prevádzkový režim v rozmedzí otáčok 1400 až 1850 min-1. Aby motor pracoval ekonomicky (napr. oblasti otáčok okolo 1600 min-1), musí obsluha pri práci súpravy nastaviť pre motor plnú dodávku paliva a radením prevodových stupňov zaťažiť motor tak, aby jeho otáčky klesli na požadovanú hodnotu. Otáčky sa v tomto prípade neupravujú zmenou dodávky paliva, ale zmenou zaťaženia radením prevodových stupňov pod zaťažením, alebo plynulou zmenou prevodového pomeru. Voľba použitej hodnoty ekonomických otáčok závisí hlavne od veľkosti a kolísania pracovného odporu pripojeného stroja. Spravidla platí, že pokiaľ dochádza k veľkým zmenám (kolísaniu) odporu, volia sa vyššie otáčky motora tak, aby motor pracoval s vyššou rezervou krútiaceho momentu. Pokiaľ je kolísanie pracovného odporu nízke, možno pracovať pri nižších otáčkach a teda aj nižšej rezerve krútiaceho momentu. Ide spravidla o prácu v oblasti, kde motor dosahuje maximálny krútiaci moment a zároveň dosahuje najnižších hodnôt mernej spotreby paliva.

Predovšetkým prevodovka ovplyvňuje ekonomiku prevádzky traktora

Z hľadiska spotreby nafty za optimálnu agregáciu traktora s náradím by bolo možné považovať takú zostavu (súpravu), pri práci ktorej bude dosahovaný bod prevádzky motora v oblasti blízkej maximálnemu krútiacemu momentu. Pre dosiahnutie najnižšej spotreby nafty by poloha tohto bodu mala zostať nemenná aj v prípade zmeny požiadaviek na potrebnú ťahovú silu. To sa dá ale v prevádzkových podmienkach dosiahnuť len vhodnou prevodovkou, nakoľko ako už bolo uvedené medzi pracovnou rýchlosťou a ťahovou silou je pevná závislosť. Schopnosť stabilného využívania práce motora v ekonomickej oblasti umožňujú nové konštrukčné riešenia moderných prevodoviek.

Dnes sú už mnohými výrobcami traktorov ponúkané elektronicky regulované hydromechanické prevodovky, ktoré z hľadiska splnenia vyššie uvedených požiadaviek možno na základe doterajších publikovaných výsledkov považovať za najvhodnejšie. Sústava takejto prevodovky v súčinnosti s precíznym riadením vznetového motora je schopná udržiavať konštantné otáčky motora v definovanom bode jeho efektívnej prevádzky pri najnižšej možnej spotrebe paliva.

Pri mechanických prevodovkách si vyžaduje udržanie určitého rozsahu otáčok motora častú zmenu prevodového stupňa (prevodového pomeru), ktorý môže mať vplyv na „kolísanie“ prevádzkového bodu a v konečnom dôsledku aj na spotrebu. Túto v konečnom dôsledku zvyšujú aj dynamické zmeny v rotujúcich častiach prevodovky, ku ktorým dochádza pri častejšom radení prevodových stupňov. Kolísanie otáčok motora v konečnom dôsledku vplýva aj na veľkosť úspory paliva, ktorá by sa dala pri prevádzke súpravy dosiahnuť.

Praktické odporúčanie pre užívateľa traktora je nasledovné - mal by sa už pri jeho kúpe zaujímať o to, akými vlastnosťami motor traktora disponuje. V posledných rokoch sa napr. v praxi objavujú vznetové motory s tzv. priamym vstrekovaním (systém Common Rail). Takéto motory dosahujú pomerne vysoké hodnoty krútiaceho momentu už pri nízkych otáčkach motora. Pri výbere výbavy traktora (napr. prevodovky) by mal zasa vychádzať aj z toho, v akých podmienkach a pri akej práci bude traktor prevažne nasadený a voliť ju zodpovedajúco k prevažujúcim podmienkam prevádzky tak, aby bolo možné dosiahnuť čo najvyššiu návratnosť investícií potrebných na obstaranie traktora, napr. aj šetrením prevádzkových nákladov na spotrebovanú naftu.

Záver

Sledovanie a priebežné hodnotenie spotreby nafty by malo byť významnou súčasťou riadenia výroby a výrobných nákladov. V tejto súvislosti by sa malo viac pozornosti zamerať aj na využívanie možností pre znižovanie energetickej náročnosti vykonávaných pracovných operácií. Technická úroveň v súčasnosti ponúkaných traktorov a aj konštrukčné riešenia náradí využívaných pri poľných pracovných operáciách niektoré reálne možnosti v tejto oblasti poskytujú. Vo všeobecnosti sa uvádza, že využitím technických možností nových energetických prostriedkov a k ním pripájaných náradí sa môžu znížiť náklady na spotrebovanú motorovú naftu až o 20 % za predpokladu, že aj v praxi budú rešpektované najmä odporúčania výrobcov pre prevádzkovanie jednotlivých skupín strojov. V literatúre sa píše o viacerých možnostiach vedúcich k úspore nafty, pripomeňme si aspoň niektoré z nich:

  • veľkú pozornosť je potrebné venovať vykonávaniu pravidelnej údržby strojov, ich čisteniu a kontrole príslušných náplní. Veľký význam z hľadiska účinnosti prevodov má napr. správne plnenie prevodovky olejom. Výkon stratený v prevodoch je priamo ovplyvňovaný aj kvalitou a množstvom olejovej náplne prevodovky. Okrem pravidelnej výmeny oleja je potrebné dbať aj na dodržiavanie odporúčanej výšky hladiny. Tak menšie množstvo, ako aj prebytok oleja v prevodovke, spôsobujú zníženie mechanickej účinnosti prevodovky (podľa dostupných údajov priemerné hodnoty bývajú 90 až 94 %) o 2 až 5 %,
  • netreba nechávať motory strojov zbytočne bežať na voľnobeh. Možno to nevyzerá na veľkú úsporu, ale podľa niektorých výsledkov traktor, rezačka, alebo kombajn pri voľnobehu spotrebuje približne 5 až 7 litrov na hodinu (v závislosti od výkonu motora). Vedúci pracovníci by mali obsluhy svojich strojov presvedčiť, aby nenechávali počas prestávok bežať stroje na voľnobeh napr. len kvôli zapnutej klimatizácii,
  • treba sa zamerať na štýl riadenia prevádzky súpravy, ušetrí sa tým na každý hektár niekoľko litrov nafty. Publikované výsledky niektorých meraní pri práci traktora s pluhom napr. poukazujú na skutočnosť, že správne nastavenie pluhu, správne doťaženie traktora a „ekonomická jazda“ na vyšší prevodový stupeň pri nižších otáčkach ušetrí až 19 % paliva a dáva možnosť využiť maximálny krútiaci moment motora,
  • treba si uvedomiť, že nie každý traktor dosahuje pri „ekonomickej prevádzke“ rovnaké výsledky. Úspora závisí na charakteristike motora a účelne použitom prevodovom stupni pri zaťažení pluhom. Pri nesprávnom využívaní možností ekonomickej prevádzky traktorovej súpravy sa finančná úspora nákladov na naftu môže negatívne prejaviť nižšou výkonnosťou (zníženie o 8-14 % v závislosti od typu traktora a súpravy), čo môže viesť k zvýšeniu nákladov na pracovnú silu (mzdové náklady),
  • je potrebné využívať možnosti regulačnej elektroniky ponúkanej jednotlivými výrobcami traktorov. Jej efektívna prevádzka zabezpečuje elektrohydraulické ovládanie trojbodového závesu, čo umožňuje znížiť preklz hnacích kolies a zlepšiť tak ťahové vlastnosti traktora. To sa prejaví predovšetkým na znížení spotreby pri energetických náročných operáciách. Napr. pri orbe je možné použitím regulačnej hydrauliky znížiť spotrebu nafty o 15 až 37%,
  • osobitnú pozornosť pri prevádzkovaní traktorových súprav je potrebné venovať hlavne znižovaniu hodnoty preklzu, čo možno dosiahnuť napr. použitím vhodného druhu pneumatík v dobrom technickom stave, vhodného tlaku v pneumatikách, vhodného rozmeru pneumatík, vyššieho adhézneho zaťaženia (pri obrábaní pôdy sa dá dosiahnuť napr. použitím prídavných závaží, doťažením zadnej hnacej nápravy prenosom časti hmotnosti pripojeného stroja a pod.),
  • veľké rezervy z hľadiska úspory nákladov sú v používaní navádzania súprav cez GPS, ktoré umožňuje obmedzenie prekrývania pracovných záberov. Sú to síce náklady navyše vynaložené na obstaranie a prevádzku príslušného navigačného zariadenia, ale táto investícia sa väčšinou vráti v priebehu dvoch alebo troch sezón - alebo aj skôr, ak sa budú ceny paliva aj naďalej zvyšovať.