Prečo presnosť rýchlosti jazdy určuje výnos plodiny na presnom sejacom stroji
Systém dávkovania osiva na modernom presnom sejacom stroji je riadený signálom rýchlosti pozemného pohybu – buď z radarového/GPS senzora, alebo z kolesa, ktoré je v kontakte so zemou. Dávkovací disk sa otáča rýchlosťou úmernou rýchlosti pozemného pohybu a uvoľňuje jedno semeno na každú bunku s frekvenciou potrebnou na dosiahnutie cieľového rozstupu semien. Ak sa skutočná rýchlosť pozemného pohybu líši od dávkovanej rýchlosti, semená sú umiestnené s nesprávnym rozstupom.
Na samohybnom sejacom stroji je rýchlosť jazdy riadená planétová prevodovka pohonu kolies a hydrostatický prevod. Požiadavka na presnosť rýchlosti je prísna: ±1 až 2% cieľovej rýchlosti, udržiavanej nepretržite, kým sú sejacie jednotky v kontakte s pôdou. Akákoľvek pulzácia rýchlosti spôsobená záberom ozubených kolies (zub), prešmykovaním kolies na mäkkej pôde alebo kolísaním tlaku v hydraulickom systéme spôsobuje zodpovedajúcu pulzáciu v rozostupe semien – čím sa vytvárajú striedavé zóny hustej a riedkej populácie rastlín.
Agronomický výskum jasne hovorí o vplyve na výnos. Štúdie z Iowskej štátnej univerzity, Univerzity v Guelphe a CSIRO Australia konzistentne ukazujú, že variabilita rozostupu semien (meraná ako variačný koeficient vzdialenosti medzi rastlinami) nad 15 až 201 TP3T znižuje výnos kukurice o 2 až 51 TP3T a výnos sóje o 1 až 31 TP3T. Na 200-hektárovej farme pestujúcej kukuricu s výnosom 12 ton na hektár pri cene 200 USD za tonu stojí zníženie výnosu o 31 TP3T v dôsledku zlého rozostupu semien 14 400 USD za sejbu – každú sezónu, každý rok, keď sa pole osieka s rovnakou nepresnou reguláciou rýchlosti.
Rýchlosť pohybu po zemi na moderných sejačkách sa tiež meria pomocou GPS pre riadenie sekcií (zapínanie a vypínanie jednotlivých riadkov výsevu na hraniciach polí a predtým osiatych plochách) a pre variabilný výsev (zmena populácie semien na poli na základe predpísanej mapy). Obe funkcie závisia od presných údajov o rýchlosti pohybu po zemi v reálnom čase – a od pohonu kolies, ktorý neustále dodáva požadovanú rýchlosť v pásme presnosti ±1 až 2%. Pohon kolies s chybou rýchlosti 5% robí riadenie sekcií a variabilný výsev nespoľahlivým – čo marí účel technológie presného poľnohospodárstva, ktorej inštalácia na veľký sejač stojí 50 000 až 150 000 USD.
Variabilný výsev (VRS) pridáva ďalšiu vrstvu požiadavky na presnosť rýchlosti. V režime VRS mení sejačka populáciu semien medzi zónami na poli – na základe mapy predpisu odvodenej z údajov o výnosoch, prieskumu pôdy alebo satelitných snímok. Dávkovanie semien sa mení na hraniciach zón (zvyčajne každých 20 až 100 metrov) – a pohon kolies musí počas týchto prechodov udržiavať konštantnú rýchlosť pojazdu. Ak sa rýchlosť pojazdu počas zmeny dávky mení, skutočná populácia v prechodovej zóne sa odchyľuje od predpisu – čím sa vytvára pás so zmiešanou populáciou, ktorý nie je ani jednou, ani druhou zónou. Na poliach s 50 až 200 zónami VRS môže kumulatívna plocha nesprávne osídlených prechodových pásov dosiahnuť 2 až 51 TP3T celkovej plochy poľa – čo predstavuje významnú stratu presnosti, ktorá pochádza výlučne z nestability rýchlosti pohonu kolies počas prechodov dávok.
Tlak na časové okno výsevu je základným ekonomickým faktorom všetkých týchto požiadaviek na presnosť. V americkom kukuričnom pásme je optimálne časové okno výsevu kukurice približne 20 až 25 dní – od polovice apríla do polovice mája v závislosti od zemepisnej šírky a teploty pôdy. Každý deň oneskorenia výsevu nad rámec optimálneho okna znižuje očakávaný výnos približne o 0,5 až 1,01 TP3T za deň. Farma s rozlohou 200 hektárov, ktorá dokáže vysiať iba 20 hektárov denne, dokončí výsev za 10 dní – v rámci tohto okna. Tá istá farma s problémom s pohonom kolies, ktorý znižuje efektívnu rýchlosť výsevu o 251 TP3T, potrebuje 13 až 14 dní – čím sa posledné polia posunú o 3 až 4 dni nad optimálnu úroveň a len z dôvodu neskorej výsevu to stojí 3 000 až 10 000 USD na zníženie výnosu.
Trakcia v pripravenom sejbovom lôžku – mäkká pôda zámerne, nie náhodou
Rovnako ako zberače zemiakov, aj sejačky pracujú na pôde, ktorá bola zámerne obrábaná na jemnú, kyprú textúru – pretože semeno musí byť umiestnené v drobivej zóne osiva, ktorá umožňuje prenikanie koreňov a prístup k vlhkosti. Táto kultivácia znižuje šmykovú pevnosť pôdy a koeficient trakcie na 0,30 až 0,45 – menej ako na strnisku alebo pasienkoch, ale postačujúce pre mierne trakčné nároky pri výsadbe (žiadna radlica na rýpanie, iba radlica a semenovod prenikajúce do pôdy).
| Faktor | Kvetináč | Zemiakový kombajn | Rozdiel |
|---|---|---|---|
| Hmotnosť stroja | 12 – 25 t | 18 – 32 t | Zapaľovač kvetináčov |
| Rýchlosť | 5–12 km/h | 3–6 km/h | Sejačka 2x rýchlejšia |
| Presnosť rýchlosti | ±1–2% | ±5% | Sadzač 2,5–5x hustejší |
Kritický rozdiel medzi trakciou sejačky a kombajnu spočíva v tom, že požiadavka na presnosť rýchlosti sejačky je 2,5 až 5-krát vyššia – čo znamená, že akýkoľvek preklz kolies, ktorý zmení rýchlosť pozemného vozidla o viac ako 1:2%, priamo znižuje kvalitu umiestnenia semien. Na kombajne mení zmena rýchlosti 5% priepustnosť plodiny – čo je nepríjemné, ale nie škodlivé. Na sejačke mení zmena rýchlosti 2% rozostup semien – čo trvalo ovplyvňuje výnos plodiny počas celej vegetačnej sezóny.
Riadená premávka na poli (CTF) poskytuje čiastočné riešenie problému s trakciou. V systémoch CTF všetka poľná premávka (výsev, postrek, zber) sleduje trvalé koľaje kolies – zhutnené pruhy, ktoré poskytujú konzistentnú trakciu (koeficient 0,5 až 0,7) bez ohľadu na stav sejbového lôžka. Pohon kolies pracuje na zhutnenej koľaji, zatiaľ čo sejacie jednotky pracujú v mäkkej, obrábanej medzikoľajovej zóne. To eliminuje variabilitu trakcie sejbového lôžka – ale vyžaduje si to… planétová prevodovka pohonu kolies na udržanie presnej rýchlosti na tvrdom povrchu, kde je valivý odpor pneumatík nízky a konzistentný, a nie na mäkkom povrchu, kde sa valivý odpor mení v závislosti od vlhkosti a štruktúry pôdy.
Metóda bezorebnej sejby (priamy sejba) úplne eliminuje prípravu sejbového lôžka – seje sa priamo do strniska predchádzajúcej plodiny bez akéhokoľvek obrábania pôdy. To poskytuje vynikajúcu trakciu (koeficient 0,5 až 0,7 na pevnom strnisku), ale zvyšuje silu prenikania do pôdy, ktorú vyžadujú radlice a otvárače semien (pretože pôda je pevná, neobrábaná). Požiadavka na trakciu pohonu kolies u bezorebnej sejačky je o 30 až 501 TP3T vyššia ako u konvenčnej sejačky rovnakej veľkosti – pretože ťažná sila radlice nahrádza valivý odpor sejbového lôžka ako dominantnú zložku zaťaženia. Pohon kolies musí zodpovedať obom trakčným profilom (konvenčnej orbe aj bezorebnej sejbe), pretože mnohé farmy používajú obe metódy v rotácii alebo medzi nimi prepínajú na základe sezónnych podmienok.
Výsadba vysokorýchlostnou výsadbou – trend smerom k rýchlosti 12+ km/h a jeho dôsledky pre pohon kolies
Výsadbársky priemysel sa posúva smerom k vyšším rýchlostiam – z tradičných 7 až 8 km/h na 12 až 16 km/h pri najnovších presných sejačkách. Vyššia rýchlosť pokrýva viac hektárov za deň, čím sa rozširuje výsevné okno a znižuje sa riziko poveternostných podmienok. Vyššia rýchlosť však tiež zvyšuje nároky na pohon kolies: trakčná sila sa zvyšuje s druhou mocninou nárastu rýchlosti (v dôsledku zvýšených síl zasahujúcich do pôdy z radlíc a prítlačných kolies pri vyššej rýchlosti), ozubené koleso beží rýchlejšie (zvyšuje sa frekvencia ozubenia a vyžaduje sa vyššia kvalita prevodovky na udržanie plynulosti chodu) a systém dávkovania osiva pracuje s vyššou frekvenciou (vyžaduje sa presnejšia stabilita rýchlosti na udržanie presnosti rozstupu).
Pri rýchlosti 12 km/h sa výstupný hriadeľ pohonu kolesa otáča približne 30 až 40 ot./min – dostatočne rýchlo, aby frekvencia ozubenia záberu ozubených kolies (výstupné otáčky x počet zubov na výstupnom ozubenom kolese) presiahla rozsah 200 až 500 Hz. Pri týchto frekvenciách sa ozubenie prenáša cez podvozok do sejacích jednotiek ako mechanické vibrácie, ktoré môžu ovplyvniť jednotku semien (proces izolácie jednotlivých semien od dávkovacieho disku). Ozubené kolesá triedy 6 podľa DIN vytvárajú amplitúdy ozubenia pod prahom citlivosti jednotky semien; ozubené kolesá triedy 8 vytvárajú amplitúdy, ktoré sú detekovateľné v údajoch o kvalite jednotky – prejavujú sa ako periodický vzorec zdvojení (dve semená v jednej bunke) a preskokov (prázdne bunky) pri frekvencii ozubenia.
Ekonomický argument pre vysokorýchlostnú sejbu je presvedčivý: zvýšenie rýchlosti sejby z 8 na 12 km/h (zvýšenie o 501 TP3T) skracuje čas sejby na hektár o 331 TP3T – čo umožňuje 24-riadkovému sejaciemu stroju pokryť 300 hektárov za deň namiesto 200. Na farme s rozlohou 2 000 hektárov sa tým skracuje celkový čas sejby z 10 dní na 7 dní – čo je skrátenie o 3 dni, ktoré môže znamenať rozdiel medzi sejbou v optimálnych pôdnych podmienkach a sejbou v neskorom jarnom období dažďa, ktoré oneskoruje klíčenie o 5 až 10 dní (čo znižuje výnos o 3 na 81 TP3T). Pohon kolies, ktorý umožňuje spoľahlivú sejbu rýchlosťou 12 km/h s presnosťou rýchlosti ±11 TP3T, je preto investíciou do ochrany výnosu, nielen vylepšením pre pohodlie. Kvalita prevodovky pohonu kolies priamo určuje maximálnu spoľahlivú rýchlosť sejby – a teda aj dennú hektárovú kapacitu – stroja. Sejací stroj s pohonom kolies triedy 8 môže byť obmedzený na 8 km/h pre prijateľnú kvalitu jednotlivej sejby; Ten istý sejací stroj s pohonmi triedy 6 dokáže spoľahlivo pracovať pri rýchlosti 12 km/h – čo predstavuje zvýšenie produktivity modelu 50% vďaka modernizácii prevodovky, ktorá stojí o 15 až 25% viac na kus.
Tri poruchové režimy špecifické pre pohony kolies sejačky
Pri rýchlosti sejby 12+ km/h sa frekvencia ozubenia ozubeného kolesa (200 až 500 Hz) prenáša cez podvozok do sejacích jednotiek, čo narúša proces jednotlivej sejby. Ozubenie vytvára periodický vzorec zdvojenia a preskoku semien, čo znižuje kvalitu jednotlivej sejby z cieľových 98%+ na 92 až 95% – čo predstavuje zníženie o 3 až 6 percentuálnych bodov, ktoré sa priamo premieta do zníženia výnosu o 1 až 3% na celom osiatom poli. Amplitúda ozubenia závisí od kvality ozubeného kolesa: trieda DIN 6 vytvára ozubenie pod prahom citlivosti jednotlivej sejby; trieda 8 vytvára merateľnú degradáciu. Tento režim poruchy je jedinečný pre vysokorýchlostnú sejbu – pri tradičnej rýchlosti 7 až 8 km/h je frekvencia ozubenia pod rozsahom citlivosti jednotlivej sejby.
Jarná výsevka často nastáva, keď je pôda ešte vlhká od topiaceho sa snehu alebo jarného dažďa. Povrch sejbového lôžka môže byť drobivý (ako sa očakávalo), ale podložie je nasýtené – čo znižuje koeficient trakcie na 0,25 až 0,35. Ak sa koleso počas výsevu prešmykne o 3 až 5% a systém dávkovania osiva je poháňaný kolesom, ktoré je v kontakte so zemou (namiesto rýchlosti GPS), rýchlosť dávkovania je o 3 až 5% pomalšia ako skutočná rýchlosť pozemných síl – a semená sú umiestnené o 3 až 5% bližšie k sebe, ako sa očakávalo. Pri výseve kukurice s rozlohou 80 000 semien/ha znamená preľudnenie o 5% 4 000 semien na hektár navyše – 12 až 20 USD na hektár v premárnenom osive, plus konkurenčný stres z preplnenia, ktorý znižuje výnos na rastlinu. Vyskytuje sa aj opačná chyba: keď sa sejačka presunie z vlhkej oblasti do suchej oblasti, preklz kolies sa zníži – a dávkovací systém (stále kalibrovaný na podmienky preklzu) nedostatočne osieva suchú zónu. To vytvára systematický priestorový vzorec preľudnených vlhkých zón a nedostatočne osievaných suchých zón, čo zhoršuje existujúcu variabilitu výnosov spôsobenú samotnými rozdielmi vo vlhkosti pôdy.
Samohybný sejací stroj sústreďuje svojich 12 až 25 ton na kontaktné plochy štyroch kolies, čím vytvára tlak na zem 100 až 200 kPa na štandardné poľnohospodárske pneumatiky. Na jarnom sejbovom lôžku s únosnosťou 150 až 250 kPa je tento tlak blízko prahu zhutnenia. Stopy kolies zhutňujú sejbové lôžko do hĺbky 15 až 30 cm, čím ničia jemnú štruktúru ornice, ktorá vznikla obrábaním sejbového lôžka. Semená zasiate v zóne stopy kolies klíčia o 2 až 5 dní neskôr a produkujú o 10 až 20% nižšiu úrodu ako semená v nezhutnenej medzistopovej zóne. Na 24-riadkovom sejacom stroji s 2 stopami kolies sa približne 12% osiatej plochy nachádza v zhutnenej zóne.
Často kladené otázky
Spoločnosť Korea Ever-Power poskytuje pohony kolies sejačiek od 5 000 do 30 000 Nm s presnou reguláciou rýchlosti pre umiestnenie semien pomocou GPS pri rýchlosti 8 až 16 km/h.
Redaktor: Cxm
