Universalių žemės dirbimo padargų pavadinimą kultivatoriai gavo ne vakar. Dėl didelio darbinio našumo jie tapo populiaria alternatyva kitoms žemės dirbimo mašinoms, taip pat ir tradicinio žemės dirbimo plūgams. Deja, didelis našumas ir didesni darbiniai greičiai tiesiogiai susieti su padidėjusiomis dyzelinių degalų sąnaudomis. Taigi, dažnai iškyla klausimas - ar visada verta pasirinkti didžiausią darbinį greitį.

Ne paslaptis, kad išlaidos žemės dirbimui augalininkystės ūkiuose gali siekti ir iki 50 proc. visų gamybos išlaidų. Gilaus žemės dirbimo technologiniai darbai yra patys brangiausi. Kiekvienas papildomai įdirbamo dirvos gylio centimetras vieno hektaro plote reiškia, kad žemės dirbimo mašinos darbinės dalys privalo papildomai įveikti apie 100 m³ arba maždaug 150 t dirvos pasipriešinimą. Daugumos mokslininkų ir žemės dirbimo mašinų konstruktorių nuomone, būtent čia ir gali slėptis didelis išlaidų mažinimo potencialas. Tam tikslui analizuojami, vertinami ir tobulinami konstrukciniai ir technologiniai sprendimai, leidžiantys suderinti gerą žemės dirbimo kokybę su mažesniu traukos poreikiu. Nors traukos poreikį taip pat galima sumažinti pačių žemės dirbimo darbų eigoje.

Paprastai traktorius su 3 metrų darbinio pločio kultivatoriumi dirba 15-18 km/val. greičiu arba dar greičiau, tačiau, jeigu prisimintume ankstesnius laikus, tai prieš kelis dešimtmečius tokios pat sudėties agregatas dirbdavo lauke bent du kartus lėčiau. Nereikalingi ypatingi skaičiavimai, kad suprastume, jog dabar dauguma žemės ūkio gamybos technologinių procesų vyksta daug intensyviau ir laikas, reikalingas žemės dirbimo technologinėms operacijoms atlikti, yra gerokai sutrumpėjęs. Deja, didėjantis našumas ir darbinis greitis turi ir savo trūkumų, nes tai pačiai žemės dirbimo technologinei operacijai atlikti reikia didesnės galios traktoriaus.

Vokietijos mokslininkai, nagrinėjantys žemės dirbimo mašinų darbo technologinius procesus energijos sąnaudų atžvilgiu, vaizdžiai teigia, kad fizikos dėsnių apgauti negalima. Kaip įrodymą jie pateikia savo mokslinius tyrimus, kuriais nustatė, kad vidutinio priemolio dirvoje pasyvių darbinių dalių kultivatoriui traukti 8,0 km/val. greičiu reikia apie 27 kN traukos jėgos, o darbinį mašinos greitį padidinus du kartus, iki 16 km/val. greičio, traukos jėgos poreikis padidėjo beveik iki 80 kN. Perskaičiavus gauname, kad tokiam traukos poreikiui patenkinti reikia daugiau negu 300 kW galios. Vadinasi, neapgalvotai didinant darbinį greitį galima viršyti ir traktoriaus traukos galimybes.

Kultivatorius - universalus žemės dirbimo padargas

Reikia pripažinti, kad kultivatoriai dėl savo daugiafunkcianalumo šiuolaikiniame žemės ūkyje ypač gerai pritapo ir toliau daro vadinamąją „karjerą". Beveik neįmanoma įsivaizduoti nė vienos žemės dirbimo sistemos, kurioje nebūtų naudojamas vienokios ar kitokios konstrukcijos kultivatorius arba atskiros jo darbinės dalys. Galbūt galima išskirti tik tiesioginę sėją, kurioje neatliekamas joks žemės dirbimas.

Kultivatorių universalumą pabrėžia dar ir tai, kad jie gali gana puikia dirbti įvairios struktūrinės sudėties, skirtingų fizikinių ir mechaninių savybių dirvose. Kai kurių kultivatorių konstrukcijoje esančios diskinės darbinės dalys tam tikrais atvejais gali neblogai įdirbti ražieną arba pakeisti net pagrindinį gilų žemės dirbimą, tačiau visada yra ribos.

Vokietijos žemės dirbimo mašinų tyrėjai mano, kad kultivatorių darbo kokybei ypač didelę reikšmę turi dirvos drėgnumas. Jiems kyla pagrįstų abejonių dėl žemės dirbimo tikslingumo drėgnose dirvose, kurių drėgnumas viršija 23-25 proc. Vienas iš pagrindinių minusų yra gana didelis žemės dirbimo mašinos pasipriešinimas traukai.

Darbinio greičio įtaka degalų sąnaudoms

Didinant kultivatoriaus darbinį greitį, dirvos pasipriešinimo traukai įtaka dar labiau padidėja. Tai galima vaizdžiai matyti, kai, esant dideliam kultivatoriaus darbiniam greičiui, dirvos grumsteliai išmetami į orą į didesnį kaip vienas metras aukštį. Tokie darbinių dalių ir dirvos sąveikos dinaminiai procesai nevyksta savaime. Tai reikalauja papildomų energetinių sąnaudų. Todėl ir rimtai, ir juokaujant galima teigti, kad norint kuo aukščiau dirvos grumstelius išmesti į orą, reikia į baką papildomai pripilti degalų. Neabejotina, būtina siekti optimumo: maždaug prieš 40-50 metų kultivatoriaus darbinis greitis galėjo būti ir 6-8 km/val., šiandien, patobulėjus ir traktoriams, ir kultivatorių darbinėms dalims, toks darbo tempas galėtų būti gerokai per mažas ir neefektyvus.

Didėjant darbiniam greičiui, didėja pasipriešinimas įsigilinimui, traukimui, o kartu didėja ir apkrova kultivatoriaus darbinėms dalims, mazgams ir bene labiausiai mašinos rėmui. Dėl to didėja mašinos svoris. Manoma, kad per kelis dešimtmečius mašinos svoris vienam darbinio metro pločiui padidėjo nuo 5 iki 10 kg. Skaičiavimais galima nustatyti, kad toks masės didėjimas degalų sąnaudas gali padidinti net iki 1,5 karto. Galėtų būti ir dar blogiau, jeigu ne naujausios žemės ūkio technikos gamybos technologijos. Per pastaruosius kelis dešimtmečius nauji konstrukcinių detalių ir mazgų projektavimo metodai, naujos geresnių savybių medžiagos leido iki aštuonių kartų padidinti mašinos rėmo stiprumą ir kitas savybes. Todėl agregato masės padidėjimas nebedaro tokios didelės įtakos degalų energetinėms sąnaudoms, kokią turi augantis darbinis greitis. Tokius teiginius savo moksliniais tyrimais grindžia Vokietijos ir Austrijos mokslininkai. Jų manymu, jeigu vietoj darbinio greičio didinimo du kartus būtų padidintas darbinis kultivatoriaus plotis, tai esant tokiam pačiam darbo našumui (ha/val.), būtų galima sutaupyti iki 30 proc. dyzelinių degalų.

Žinoma, degalų sąnaudoms ne mažiau svarbus rodiklis yra žemės dirbimo intensyvumas bei dirvos įdirbimo gylis. Austrijos mokslininkų atliktas eksperimentas su plūgu parodė, kad arimo gylį sumažinus nuo 30 iki 20 cm, degalų sąnaudos sumažėjo 4,3 l/ha. Naudojant universalius žemės dirbimo kultivatorius, ypač jeigu jų darbinės dalys nėra optimalių konstrukcinių formų, sumažintas gylis gali duoti dar didesnį energetinį efektyvumą.

Dar vienas labai svarbus kriterijus yra ir tai, kokių savybių dirvą tenka įdirbti. Lengvos sudėties dirvų pasipriešinimas noragėlių ir kitų darbinių dalių smigimui į dirvą bei jų traukimui yra mažesnis, todėl ir traukos jėgos, reikalingos dirvos pasipriešinimams nugalėti, yra mažesnės. Atliekant agroinžinerinius ir energetinius žemės dirbimo mašinų skaičiavimus, naudojamas toks technologinis rodiklis, kaip specifinis dirvos pasipriešinimo koeficientas. Darbui lengvose dirvose šis koeficientas yra 1,2, o sunkiose - 2,5 kN/m².

Kitas ne mažiau svarbus technologinis rodiklis yra dinaminės traukos koeficientas, kuris priklauso nuo dirvos sunkumo ir nuo to, kaip kultivatoriaus darbinės dalys, jo konstrukcinė forma yra pritaikyta konkrečioms dirvos sąlygoms. Kaip žinoma, visapusiškai universalų žemės dirbimo padargą pagaminti yra labai sudėtinga arba jis turėtų būti labai brangus. Tad vadinamieji universalieji kultivatoriai dažniausiai labiau tinka vienokioms arba kitokioms sąlygoms. Dėl to ir dinaminės traukos koeficientas gali kisti gana plačiose ribose: nuo 3 iki 6 kNs²/m⁴.

Atlikus standartinio kultivatoriaus, kurio darbinis plotis 4,5 m, traukos jėgos priklausomybės nuo darbinio greičio skaičiavimus, nustatyta, kad lengvose dirvose dirbant 15 cm gyliu 9 km/val. (2,5 m/s) greičiu, traukos jėga yra apie 13,5 kN. Darbinį greitį padidinus du kartus (iki 18 km/val.), esant tam pačiam darbiniam gyliui, traukos jėga padidėja beveik 4 kartus. Analogiški pastebėjimai nustatyti ir sunkiose dirvose. Tik sunkesnėse dirvose pasipriešinimas traukai yra gerokai didesnis, todėl ir kultivatorių traukianti jėgos mašina turi turėti pakankamai galios, kad padidinus greitį galėtų efektyviai dirbti ir nebūtų perkraunama.

Darbinės dalys ir šoninės jėgos

Daryti įtaką degalų sąnaudoms galima ir kitais būdais. Didelis darbinių dalių, turinčių sąlytį su dirva, susidėvėjimas bei įtrūkusios, nulūžusios, sugedusios arba visiškai pamestos atskiros darbinės dalys ir mazgai gali sukelti vadinamąsias šonines jėgas. Dėl išsibalansavimo kultivatorius labiau traukiamas į vieną kurią nors pusę. Dėl to atsiranda dirvos plėšimų, blogėja jos įdirbimo kokybė ir galiausiai didėja energetinės degalų sąnaudos. Panašus efektas pastebimas ir su lėkštiniais padargais, t. y. lėkštiniais skutikliais ir lėkštinėmis akėčiomis, kai tarp lėkščių yra nedidelis atstumas. Pasitaiko atvejų, kad paskutinė padargo eilė su joje esančiomis lėkštėmis dėl nenumatytų priežasčių pasisuka tam tikru kampu ir lėkštės pradeda judėti kita trajektorija, negu buvo numatyta padargo technologiniame procese. Pasikeitęs lėkščių atakos kampas sukelia papildomas šonines jėgas, kurioms nugalėti naudojami papildomi energetiniai ištekliai. Kai kurie žemės dirbimo mašinų gamintojai tokioms problemoms spręsti yra numatę tam tikras galimybes atstatyti vienos eilės padėtį kitos eilės atžvilgiu.

Dar vienas veiksnys, turintis įtakos degalų sąnaudoms, yra gebėjimas užtikrinti vienodą tolygų dirvos dirbimo gylį per visą padargo darbinį plotį. Jeigu kultivatoriuje su standžiai įtvirtintais noragėliais nėra numatyta galimybė reguliuoti atskirų darbinių dalių, tai gali atsitikti taip, kad centrinėje padargo dalyje išdėstyti noragėliai dirbs nustatytu pageidaujamu gyliu, o tie, kurie išdėstyti padargo šonuose - ne visada. Nemažą įtaką vienų padargo darbinių mazgų persistūmimui kitų atžvilgiu gali turėti ir plačių agregatų perstatymo į transportinę padėtį sujungimai, kurių laisvumas kiekvienais mašinos naudojimo metais didėja. Pastebėjus, kad žemės dirbimo kokybė prastėja, dažnai priimamas sprendimas truputį padidinti noragėlių smigimo gylį. Kraštiniai noragėliai ima dirbti reikiamu gyliu, tačiau padargo centre išdėstyti noragėliai gali pradėti smigti per giliai, o tam jau prireikia papildomos traktoriaus traukos jėgos. Naujuose didelio darbinio pločio kultivatoriuose atskirų darbinių dalių netolygumui išvengti numatyti atraminiai ratai arba kopijuojantys ratukai ne visam mašinos pločiui, bet atskiroms jo sekcijoms.

Kanados mokslininkai, vykdę mokslinius tyrimus, kaip pagerinti žemės dirbimo energetinį efektyvumą, gavo iškalbingus eksperimentinių tyrimų rezultatus. Pasirodo, kad daug metų dirvą tręšiant kompostinio tipo organinėmis trąšomis, galima iki 38 proc. sumažinti arimui reikalingą traukos jėgą, lyginant su analogiška dirva, kurioje tą patį laikotarpį buvo tręšiama mineralinėmis trąšomis. Apibendrinanti šio tyrimo išvada galėtų būti tokia, kad organinės trąšos gerina ne tik dirvos struktūrą, bet ir leidžia sumažinti išlaidas degalams, atliekant žemės dirbimo darbus.

Tinkama galia

Vertinant žemės dirbimo energetinį efektyvumą labai svarbu, kad traktoriaus traukos galimybės derėtų su žemės dirbimo padargo traukos poreikiu. Jeigu traktorius turės dirbti ties savo galios viršutinių galimybių riba, neišvengiamai bus sunaudojama labai daug degalų. Kitas atvejis, kai žemės dirbimo padargui pasirenkamas neadekvačiai per didelės galios traktorius. Tokiu atveju degalų bus taip pat sunaudojama daugiau negu dirbant mažesnės galios traktoriumi, tinkamu būtent tokiam žemės dirbimo padargui.

Austrijos BOKU universiteto mokslininkų skelbiamais duomenimis, optimalus degalų sunaudojimo efektyvumas pasiekiamas, kai traktoriaus variklis didžiąją dalį darbo laiko dirba, išnaudodamas apie 70 proc. galios. Kiekvieną kartą parinkti tinkamą traukos mašiną atskiram žemės ūkio padargui beveik neįmanoma, tačiau su žemės dirbimo agregatais toks būdas yra įmanomas. Šiuo metu jau ne vienas mašinų gamintojas siūlo gilaus žemės dirbimo mašinas, kuriose galima keisti atstumą tarp gretimų noragų. Sunkesnėse dirvose, kai reikalinga didesnė traktoriaus galia, gali būti pakeliamas kas antras noragas ir taip sumažinamas dirvos pasipriešinimas traukai. Galima įsigyti ir kultivatorius, kurie gali dirbti ne visu darbiniu pločiu, t. y. nenuleidžiant kraštinių padargo sekcijų.

Noragėlių parametrai

Dirvos įdirbimo tolygumas labai priklauso ir nuo kultivatoriaus noragėlių arba keičiamų antgalių darbo laiko. Šios darbinės dalys dažniausiai susidėvi nevienodai. Tai priklauso nuo noragėlio padėties eilėje. Geometrinių noragėlio parametrų išsaugojimas, ypač atakos kampo dirbant ražienoje, nemažą įtaką daro ne tik dirvos įdirbimo tolygumui, bet ir traukos jėgos poreikiui, taip pat ir degalų sąnaudoms.

Būtina pažymėti, kad šiuolaikiniai mašinų gamybos metodai leidžia sustiprinti atskirų darbinių dalių paviršius įvairiais kietlydiniais ir taip pailginti eksploatavimo laiką. Sprendžiant darbinių dalių ilgaamžiškumo klausimus, siekiama užtikrinti tam tikrą balansą tarp pačios darbinės dalies pagrindo ir papildomai sustiprintos išorinės dalies. Tik gera abiejų dalių sąveika gali garantuoti pageidaujamą ilgaamžiškumą.

Siekiant kokybiško dirvos įdirbimo ir optimalaus degalų sunaudojimo svarbūs yra visi veiksniai, tačiau bene svarbiausia yra tai, kad atliekant numatytą darbą būtų gautas pageidaujamas rezultatas. Tai dažniausiai lemia tinkamas žemės dirbimo padargo ir jo darbinių dalių konstrukcijos bei parametrų pasirinkimas. Gamintojai kiekvienam specifiniam žemės dirbimo darbui yra paruošę atitinkamas mašinas. Tad jeigu įdirbama ražiena, būtina rinktis tokį žemės dirbimo padargą, kuris galėtų dirbti kietesnės struktūros dirvoje, nesikimštų augalų liekanomis. Jeigu įdirbamas arimas, tai turėtų būti naudojamas jau kitas padargas, kuris galėtų išlyginti dirvos paviršių ir tinkamai paruošti sėklų guoliavietę.

Įdirbant dirvą labai svarbu žinoti, kokių tikslų siekiama. Negalima pamiršti ir meteorologinių sąlygų. Netinkamomis sąlygomis įdirbant dirvą, galima ją dar labiau sugadinti. Kai dirva drėgna ir šalta, tai žemės dirbimu galima ją pradžiovinti ir pagreitinti jos įšilimą. Kitas atvejis, kai būtina išsaugoti dirvos drėgmę, tai žemės dirbimo padargai turi turėti atitinkamas darbines dalis, kuriomis būtų galima truputį sutankinti dirvos paviršių ir pristabdyti drėgmės praradimus iš dirvos.

Siekiant vis didesnio darbo našumo neišvengiamai iškyla dilema, kas yra geriau: spausti akseleratoriaus pedalą iki dugno ir didinti darbinį greitį, o kartu ir išlaidas, tenkančias degalams, o gal geriau mažinti tempą ir dirbti lėčiau bei taupyti degalus, tačiau prarasti laiką, kuris žemdirbiui be galo svarbus ir kartais kainuoja ne mažiau negu padidėjusios degalų sąnaudos.

Įvairių šalių mokslininkai, tarp jų ir Lietuvos, vykdo įvairius eksperimentinius tyrimus, kuria matematinius modelius, atlieka skaičiavimus, siekdami nustatyti optimalius ūkininkavimo variantus. Deja, tokių universalių sprendimų, kurie tiktų visiems, visur ir visada, turbūt neįmanoma sukurti, nes žemės ūkį veikia nepaprastai daug veiksnių, o ypač dar tokių, kurie nuo žmogaus visiškai nepriklauso. Nauji tobulėjantys žemės dirbimo padargai, moksliniai pasiekimai, praktinės žinios, ūkininkavimo tradicijos palaipsniui artina prie energetiškai ir ekonomiškai efektyvesnio žemės dirbimo, kuris būtų atliekamas gana greitai ir su iš dalies nedidelėmis degalų sąnaudomis.

Egidijus ŠARAUSKIS

Mano ūkis, 2014/03