Zemědělská praxe si začíná uvědomovat, že z celkových nákladů na provoz mobilní techniky jsou největší náklady ve spotřebované naftě. Nasazení traktorů vyšších výkonových tříd (150 až 200 kW) se v České republice pohybuje v rozmezí 1500 až 2000 hodin za rok a jsou podniky, kde je nasazení traktorů ještě vyšší.
Dá se dokázat, že při uvedeném nasazení a dnešní ceně paliva, každý traktor za rok spálí naftu v celkové hodnotě jednoho milionu korun. Správným využitím všech technických možností traktoru se dá ušetřit 150 000 Kč za každý rok. Nejenom měřením v laboratořích, ale na pozemcích jednotlivých zemědělských podniků, bylo několikráte spolehlivě dokázáno, že o úspoře nafty rozhoduje obsluha.
Obsluha traktoru klíčem k úspěchu
Jednou z oblastí, kde uživatel traktoru má velké rezervy, je neznalost vlastností spalovacího motoru. Konkrétně se jedná o oblast práce motoru, ve které vykazuje nízkou spotřebu nafty. Dnešní traktory vyšších výkonových tříd dosahují hodnot převýšení kroutícího momentu kolem 40 i více procent, což umožňuje obsluze pracovat v poměrně širokém rozsahu otáček s téměř neměnícím se výkonem motoru. Tato skutečnost je velkou změnou, kterou traktorové motory za posledních deset let prošly. Pokud chceme snižovat náklady na spotřebu nafty je bezpodmínečnou nutností znát vlastnosti dnešních traktorových motorů. Obsluha může volit oblast práce spalovacího motoru blížící se k jmenovitým otáčkám, motor má dostatečnou rezervu výkonu, obsluha nemusí téměř řadit, nemusí se zabývat správnou volbou regulačního systému, nebo ho během orby měnit (byť se jedná o pouhé otočení potenciometrem). Ovšem je si třeba uvědomit, že takováto práce spalovacího motoru je neekonomická a promítne se v konečném efektu ve vyšší spotřebě nafty.
Na druhé straně obsluha, která dokáže využít technické prostředky traktoru, kterými je zpravidla standardně vybaven, drží motor v ekonomické oblasti jeho práce, což se projeví v úspoře nafty.
Další rezervou dnešní zemědělské praxe je skutečnost, že není správně zvolena souprava traktor a zemědělský stroj. Hlavně u traktorů vyšších výkonových tříd jsou mnohdy problémy se správným využitím výkonu motoru. V praxi platí zásada: Čím vyšším výkonem motoru je traktor vybaven, tím je náročnější umět přeměnit výkon motoru na tahový výkon.Účinnost přenosu výkonu, čili tahová účinnost by měla být u kolových traktorů 75-80 %. Čím je tahová účinnost vyšší, tím je vyšší i efektivnost provozu soupravy.
Úplná otáčková charakteristika
Je třeba si uvědomit, že cena nafty nutí uživatele bedlivě sledovat její spotřebu, chceme-li opravdu provádět seriózní bilanci spotřeby nafty, potom nevystačíme pouze s jmenovitou otáčkovou charakteristikou. Jmenovitá otáčková charakteristika platí pouze pro plnou dodávku paliva, ale co se stane, když obsluha pro danou práci zvolí pouze 90 % dodávky paliva? Pokud nebudeme mít k dispozici úplnou charakteristiku, potom nemůžeme oblast ekonomické práce motoru určit.
V listopadu 2001 probíhalo v našich laboratořích, které jsou ojedinělým pracovištěm svého druhu v ČR a o nichž jsem přinesli podrobnou informaci v MZ 9/2001, měření, jehož cílem bylo naměřit úplnou otáčkovou charakteristiku motoru a další vybrané technické parametry traktoru FENDT FAVORIT 924 Vario.
do rámečku
Technické parametry traktoru FENDT FAVORIT 924 Vario
Motor MAN DO836LE502
Výkon 186 kW
Jmenovité otáčky 2250 min-1
Přeběhové otáčky 2500 2550 min-1
Počet válců 6
Vrtání 108 mm
Zdvih 125 mm
Zdvihový objem válců 6870,7 cm3
Chlazení motoru kapalinové s viskózní spojkou ventilátoru
Přeplňování turbokompresorem s mezichladičem vzduch / vzduch
Vstřikovací čerpadlo rotační s elektronickým regulátorem
Převodovka Vario ML 200 s plynulou změnou pojezdové rychlosti
Maximální rychlost 50 km/h
Počet převodových stupňů 2 rozsahy
Rozsah I 0 až 32 km/h
Rozsah II 0 až 50 km/h
Volba zrychlení 4 stupně
Čas na zrychlení z 0 km/h na max. 10/45,5 s
Pohon pojezdu 4k4
Zadní vývodový hřídel nezávislý
Rozsahy otáček 540/750/1000 min-1
Zadní tříbodový závěs kategorie 2/3
Regulace EHR
Maximální zvedací síla 98 kN
Rozměr pneumatik
Zadní náprava 650/65 R42
Přední náprava 540/65 R34
Základní rozměry traktoru
Šířka 2250 mm
Délka 4940 mm
Výška 3110 mm
Rozvor 2840 mm
Rozchod předních kol 2000 mm
Rozchod zadních kol 1970 mm
Poloměr zatáčení 5,9 m
konec rámečku
Vlastní měření traktoru
Měření jmenovité otáčkové charakteristiky bylo provedeno v třech opakováních. Každá naměřená hodnota je průměrem z údajů odečítaných ze snímačů v určitém časovém úseku, přičemž vždy bylo dbáno, aby údaje byly odečítány až dojde k ustálení měřených veličin. Zatěžování motoru na elektrickém dynamometru probíhalo v rozsahu otáček motoru 1200 min-1 až 2420 min-1. Naměřené hodnoty, které jsou vyneseny do příslušných grafů např. otáčky motoru, kroutící moment, teplota výfukových plynů, hodnoty tlaků a teploty plnícího vzduchu za turbodmychadlem a za mezichladičem vzduchu jsou průměrné hodnoty, vždy z minimálně třech měření. Stálost podmínek měření se mimo jiné posuzovala také podle teploty mazacího oleje motoru. Rovněž byla měřena teplota nafty ve vstřikovacím čerpadle. Naměřené a vypočtené hodnoty kroutícího momentu, výkonu a měrné spotřeby jsou vyneseny do grafu 1. Průběh hodinové spotřeby paliva a teploty výfukových plynů v závislosti na otáčkách motoru je vynesen do grafu 2.
Jak již bylo řečeno, při zkouškách byl současně měřen tlak plnícího vzduchu za turbodmychadlem, který spolu s teplotou je vynesen do grafu 3.
Měření úplné charakteristiky.
Pro sestavení úplné charakteristiky bylo provedeno měření vnější křivky výkonu motoru s plnou dodávkou paliva. Dále bylo provedeno několik měření v regulátorové větvi výkonnostního regulátoru při postupně se snižující dávce paliva. Naměřené a vypočtené parametry motoru byly zpracovány pomocí lineární interpolace a regresní analýzy a ze získaných hodnot byla sestavena úplná charakteristika motoru, která je uvedena v grafu 4. V grafu představuje vnější křivka průběh výkonu motoru při nastavené maximální dodávce paliva. Pod křivkou výkonu jsou jako izočáry vyznačena místa s konstantní měrnou spotřebou paliva. U každé křivky (izočáry) je uvedena číselná hodnota měrné spotřeby. Z grafu je patrné, že motor traktoru FENDT FAVORIT 924, disponuje poměrně v širokém rozmezí zatížení malou měrnou spotřebou paliva.
Naměřené hodnoty dokumentují, že motor při plné dodávce paliva disponuje poměrně v širokém rozmezí otáček plochým průběhem měrné spotřeby a výkonem motoru nad 170 kW. Tato skutečnost je pro praxi a pro jeho ekonomický provoz velmi důležitá. Navíc uvedená výhoda je znásobena oproti konkurenci další technickou vybaveností traktoru FENDT FAVORIT 924 a tou je hydrostatický pohon. Hydrostatický pohon je schopen plynule měnit převod, tedy rychle reagovat na změny zatížení, které při dnešních rychlostech provádění jednotlivých agrotechnických operací jsou zcela běžné. Tím, že hydrostatická převodovka změní plynule převod mezi koly a motorem, dokáže prakticky při měnícím se zatížení nastavit převod tak, aby se zatížení motoru nacházelo v oblasti nízké měrné spotřeby. Jaký má tato skutečnost praktický význam?
Vezmeme-li v úvahu zcela konkrétní oblast práce motoru, kdy výkon motoru dosahuje hodnotu 170 kW což je téměř maximální výkon, ale motor může pracovat s rozdílným zatížením. Je třeba si uvědomit, že zatížení každého motoru traktoru má v rukou obsluha, která má možnost řadit, nebo jako je tomu u měřeného traktoru pohnout pouze joystickem a tím vlastně zvolit zatížení motoru, které má podstatný vliv na celkovou spotřebu nafty. Technická dokonalost dnešních traktorů je na takové úrovni, že si obsluha může zvolit oblast práce motoru tím, že nastaví rozsah otáček, nebo rozsah kroutícího momentu a řazení obstará elektronika.
Jak ušetřit palivo?
Jako příklad pro bilanci spotřeby nafty byly vybrány dvě oblasti práce motoru, které jsou vyznačeny v úplné charakteristice oblasti 1 a 2 viz graf 5. V oblasti práce 1 má motor výkon 170 kW, ale pracuje s měrnou spotřebou 230 g/kW.h. V oblasti práce 2 má motor stejný výkon jako v oblasti práce 1, tedy 170 kW, ale pracuje s měrnou spotřebou 220 g/kW.h. Rozdíl ve spotřebě je pouhých 10 g/kW.h. Vezmeme-li v úvahu výkon, potom rozdíl činí 1700 gramů nafty za hodinu práce motoru. Přepočteme-li váhové množství nafty na objemovou spotřebu a uvažujeme-li cenu 1 l nafty 20 Kč. Potom stejný výkon 170 kW, ale dosahovaný v různých oblastech práce motoru, nás stojí za jednu hodinu jeho práce o 41,2 Kč více. Uvedený příklad platí pro plnou dávku paliva. Můžete namítat, že motor traktoru nemusí pracovat na plnou dávku paliva, jak potom provedeme bilanci spotřebované nafty? Pro zvolený příklad bychom vystačili pouze s jmenovitou otáčkovou charakteristikou motoru, která je běžně publikována v odborných časopisech, nebo je k dispozici na stránkách prospektů. Úplná charakteristika, na rozdíl od jmenovité otáčkové charakteristiky, dává úplnou informaci o ekonomice provozu motoru. Prodejci si této skutečnosti jsou dobře vědomi a chtějí uživatelům traktoru předat úplné informace o zakoupeném traktoru.
Vezmeme-li v úvahu, že obsluha traktoru nastaví dodávku paliva asi na 90 % plné dodávky, potom dosahovaný výkon nebude 170 kW, ale 160 kW. Snadno, podobně jako v prvním případě, pokud máme k dispozici úplnou charakteristiku můžeme provést celkovou bilanci spotřeba nafty. Oblast práce motoru označenou 4 viz. graf 5 je ekonomická, motor zde dosahuje měrné spotřeby 220 g/kW.h, ve srovnání s oblastí práce motoru 3, kde je měrná spotřeba 240 g/kW.h. Rozdíl ve spotřebě je 20 g/kW.h, to znamená při výkonu 160 kW, činí rozdíl ve spotřebě za jedu hodinu 3200 gramů. Provedeme-li přepočet podobně jako v prvním případě dojdeme k závěru, že hodina práce motoru, při stejném výkonu, ale v různém zatížení viz. oblasti práce motoru 3 a 4 v grafu 5 nás stojí o 77,5 Kč více.
Závěrem
Uvedené příklady nejsou vymyšleny, nebo příklady školními, sloužící pouze pro, zaujetí studentů, ale jsou reálnou skutečností. Je třeba si uvědomit, že prodejce AGRAL zemědělská technika a.s. Bantice, má k dispozici přesné tabulkové hodnoty, které v uvedeném článku publikovány nejsou. Ale přesto z grafu 5 zcela jasně můžeme provádět bilanci spotřeby nafty v různých oblastech jeho zatížení a s různým výkonem. Získaná měření, včetně naměřené úplné charakteristiky jsou pro prodejce cenné informace, poněvadž jak bylo dokumentováno může prodejce zcela konkrétně uživatele informovat o ekonomickém provozu traktoru, který si koupil.
Ústav základů techniky a automobilové dopravy MZLU Brno ve spolupráci s AGRAL zemědělská technika a.s. Bantice, připravují v roce 2002 terénní měření traktoru FENDT FAVORIT 924. Cílem terénního měření bude přímo na poli v agregaci s konkrétními stroji dokázat, že při správném využití technických možností traktoru dokáže souprava pracovat s menší spotřebou jako v případě, kdy motor pracuje v neekonomické oblasti. Dokázat na poli ekonomiku provozu traktorové soupravy je obtížné a mnohdy se musí mnoho experimentovat, ovšem je-li k dispozici úplná charakteristika motoru a ostatní naměřené parametry traktoru, potom se situace mění a energetická a výkonnostní bilance traktorové soupravy se dá snadno vyhodnotit. Obsluha nemusí studovat žádné charakteristiky motorů, ale měla by být poučena co je ekonomická oblast práce motoru a jakými prostředky ji lze dosáhnout.
Z hlediska konkurenceschopnosti našeho zemědělství je důležité snižování nákladů. Výrobci traktorů se snaží o neustálou vysokou technickou úroveň vybavení, která při správném využití dává reálné možnosti snižovat náklady v rostlinné výrobě. Motory traktorů dosahují nízké měrné spotřeby paliva. Převodovky řazené při zatížení mohou být řízeny počítačem, který dokáže řadit tak, aby motor pracoval v ekonomické oblasti úplné charakteristiky. Požadavky na sestavování traktorových souprav jsou stále náročnější. Hydraulika traktorů zaznamenala velký pokrok spočívající v elektronice a v nárůstu zvedacích sil v tříbodovém závěsu. Elektro-hydraulické regulační systémy dnešních traktorů významným způsobem ovlivňují tahové vlastnosti a tím ekonomiku provozu traktorových souprav. Je otázkou, na kterou si může dát odpověď každý uživatel, jak dokáže technické vybavení strojů využít v podmínkách praxe a tím ušetřit za spotřebu nafty.
Uvedený článek vznikl jako dílčí část výsledků řešení výzkumného záměru AF MZLU Brno VE 04 Systémy setrvalé rostlinné produkce a jejich regulace.
Doc.Ing. František Bauer,CSc., Ing. Pavel Sedlák, CSc.
Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, AF Ústav základů techniky a automobilové dopravy.
