Úvod / Informácie / Stroje a zariadenia / Rôzne

Traktory a inovačné trendy ich vývoja

06-05-2016
S použitím dostupných zdrojov spracoval: doc. Ing. Jozef Ďuďák, CSc. | jozef.dudak@uniag.sk
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre

Už parný pohon strojov revolučným spôsobom zasiahol aj do poľnohospodárstva a znamenal významnú zmenu života na vidieku. Neskorší vynález spaľovacieho motora predstavoval ešte významnejší krok. Pôvodne stacionárne stroje mohli byť postupne vybavované kolesami alebo pásmi a stali sa predchodcami moderných traktorov.

Traktor sa tak stal základným energetickým prostriedkom v poľnohospodárstve, kde zohráva významnú úlohu dodnes. Hlavne v rastlinnej výrobe by sme si dnes vykonávanie poľných mechanizovaných prác bez moderných traktorov a poľnohospodárskych strojov dokázali predstaviť len veľmi ťažko. Zavedenie traktorov bolo jednou zo základných podmienok zintenzívnenia poľnohospodárskej výroby a zníženia spotreby ľudskej práce a zostáva ňou dodnes.

Väčšina súčasných traktorov sa vyrába ako kolesový „univerzál“. Výrobcovia sa však snažia ponúknuť stroje aj pre široké spektrum ďalších aktivít. Avšak pre pokrytie potrieb rôznych prác v podniku málokedy postačuje len „univerzálne“ (sériové) prevedenie traktora. Agregácia s rozdielnymi typmi strojov naopak často vyžaduje, aby bol traktor vybavený celým radom špeciálneho príslušenstva. A tu sa potom dostávame k otázke výbavy, ktorá stále viac rozhoduje o úspešnom využití moderného traktora. Rastúca cena súčasných poľnohospodárskych traktorov často núti ich majiteľa hľadať uplatnenie aj mimo oblasti bežnej pôsobnosti, čo potom zvyšuje nároky na úroveň výbavy. A práve na oblasť výbavy traktorov modernými konštrukčnými prvkami zameriavajú výrobcovia traktorov svoje inovačné aktivity. Jedným z badateľných trendov je výroba traktorov jedného modelového radu často až v troch rôznych úrovniach výbavy.

Ako už bolo naznačené, v súčasnej ponuke traktorov dominujú traktory štandardného prevedenia, ktoré sú čoraz častejšie vybavené tiež čelným závesom, čelným vývodovým hriadeľom, odpruženou prednou nápravou (ale aj kabínou), s maximálnou rýchlosťou 40 (v niektorých prípadoch aj 60) km.h-1, s elektronicky riadeným vstrekovaním paliva, s modernými prevodovkami s radením pod zaťažením, s pohodlnými kabínami, klimatizáciou, s reverzáciou pohybu, s úspornými motormi, ktorých počet otáčok sa dokáže prispôsobiť okamžitému zaťaženiu a s inými technicky dokonalými riešeniami.

Pri výrobe traktorov dochádza k masívnejšiemu využívaniu elektronických prvkov, k zvyšovaniu spoľahlivosti a predlžovaniu životnosti jednotlivých pracovných skupín traktorov, k úsporám spotrebovanej energie a znižovaniu prevádzkových nákladov, k väčšej univerzálnosti traktorov, súčasne so zvyšovaním pohodlia obsluhujúcich pracovníkov a vodičov a jednoduchšími servisnými úkonmi.

Viac pozornosti pri prevádzke traktorov sa venuje aj ochrane životného prostredia a starostlivosti o pôdu, s čím súvisí najmä znižovanie kontaktných tlakov na pôdu s cieľom zabrániť jej nadmernému utužovaniu.

Keďže traktor je mobilný energetický prostriedok, teda mení energiu v palivách na energiu mechanickú (pre pojazd a pohon ústrojenstiev) prostredníctvom piestového spaľovacieho motora, tak motor sa stáva jedným z najdôležitejších pracovných ústrojenstiev traktora, od ktorého závisí efektívne využitie energie, čo samozrejme moderné konštrukčné prvky značne ovplyvňujú. Inováciám však podliehajú aj ostatné, nie menej dôležité strojové skupiny ako prevodovky, nápravy, hydraulická sústava, vzduchová sústava, elektrovýzbroj a samozrejme komfort vodiča.

Traktorové motory sa modernizujú

Súčasné moderné technické riešenia traktorových motorov väčšinou pochádzajú z vývoja motorov automobilových. U traktorov sa takmer výhradne používajú štvortaktné vznetové motory. Výrobcovia sa snažia vyrábať motor výkonný a pritom energeticky prijateľný, ktorý bude vhodný pre celý modelový rad, prípadne sa môže stať základom koncepcie výrobného programu, v rámci ktorého bude vhodný aj pre ostatné mobilné energetické prostriedky.

Najväčšia modernizácia sa v súčasnej dobe objavuje v oblasti prípravy palivovej zmesi a aplikácie elektroniky v ovládaní motora a v jeho riadení. Elektronika dokáže pomocou snímačov a akčných členov neustále kontrolovať a riadiť motor a súčasne spojiť riadenie motora s ostatnými skupinami, napr. s prevodovkou, pojazdovým ústrojenstvom a s pripojeným strojom. Cieľom týchto zmien je znížiť spotrebu paliva, stratové výkony, opotrebenie, emisie a náročnosť na údržbu.

Navyšovanie výkonu motorov

Jedným z trendov moderných traktorov je prídavné navýšenie výkonu označované termínom Power-Boost. Existuje už len malá skupinka výrobcov, ktorí ho doteraz neponúkajú. Pre niekoho by sa mohol zdať Power-Boost vlastne aj zbytočný, veď moderný konvenčný vznetový motor traktora s konštantným výkonom má predsa prevýšenie krútiaceho momentu a dokonca aj určitý nadvýkon. Ale ak sa napríklad pri práci s rotačnými bránami za jazdy do kopca vyčerpajú všetky zálohy výkonu, musí konvenčný traktor spomaliť. Keď je ale motor vybavený systémom Power-Boost, pridá ďalších  niekoľko kW, a potom môže byť aj rýchlosť jazdy udržaná na rovnakej úrovni ako pri práci na rovine. A rovnaký princíp funguje aj v doprave, kde Power-Boost zaručuje relatívne konštantnú, alebo len mierne nižšiu rýchlosť jazdy aj v stúpaní. Aktívny je až od určitého zaradeného rýchlostného stupňa (či od určitej minimálnej rýchlosti jazdy pri práci s vývodovým hriadeľom), aby nedošlo k preťaženiu prevodovky a koncových prevodov nadmerným krútiacim momentom. Niektoré systémy zvyšujú výkon stupňovito podľa vopred uložených kriviek, ďalšie ho naopak modulujú plynulo na základe aktuálnych požiadaviek.

Jediným nedostatkom systémov Power-Boost je o niečo vyššia spotreba paliva za jazdy s navýšením výkonu. Prínosom je naopak viac flexibility vo využívaní traktora a vyššia výkonnosť v agregácii s energeticky náročnejším náradím, alebo v ťažkých podmienkach.

Účinnejšie prevodovky

Traktory pracujú v rozmanitých podmienkach, ktoré vyžadujú zmenu pojazdovej rýchlosti a ťahovej sily pre dosiahnutie výkonnostných a ekonomických parametrov. Je preto nutné do prevodových systémov traktorov zaradiť prevodovky, ktoré umožnia zmenou prevodového pomeru využiť vlastnosti motora a teda aj traktora ako celku. Okrem toho musia prenášať krútiaci moment na pohon prednej nápravy a vývodového hriadeľa. Vývoj prevodoviek patrí medzi najprogresívnejšie vyvíjajúci sa smer.

Účinnosť prevodoviek a ich použiteľnosť sú dva z najdôležitejších faktorov pri navrhovaní traktorov. Podľa teórie najvhodnejšou, tzv. ,,ideálnou“ prevodovkou pre všetky pohonné jednotky je prevodovka, ktorá pri konštantných otáčkach (aj pri optimálnych otáčkach motora 1600 až 1700 ot.min-1) motora dokáže plynulo meniť prevodový pomer, čiže aj pojazdovú rýchlosť a to bez prerušenia toku krútiaceho momentu na hnacie kolesá.

Plynulo pracujúce prevodovky

Prvé plynulé prevodovky pred viac ako 15 rokmi sa objavili síce nenápadne, zato však mnohí vedeli, že v konštrukcii traktorov sa zmenilo niečo veľmi dôležité. Vyspelým prevodovkám s radením pod zaťažením a s funkciami automatického radenia vyrástol silný konkurent. Hoci princíp plynulého pojazdu bol známy už dlho, až teraz ho úroveň techniky dovolila realizovať a efektívne využívať. Vodič si môže zvoliť určitú pojazdovú rýchlosť a traktor ju vďaka spolupráci prevodovky a motora udržuje. Čiže pre často sa meniace zaťaženie, alebo v prípade činností vyžadujúcich opakované zastavovanie a rozbiehanie, je plynulá prevodovka ideálne riešenie. Prináša tiež nové, prípadne odlišné funkcie. Napríklad môže byť brzdový pedál kombinovaný so spojkovým, takže na zastavenie traktora stačí zošliapnuť len brzdy. Niektorí výrobcovia idú ešte ďalej - ponúkajú automatické zopnutie parkovacej brzdy po tom, čo obsluha opustí svoju sedačku, vypne motor, alebo keď stroj stojí na mieste.

Ak je potrebné zastaviť v prudkom kopci a opäť sa rozbehnúť napr. aj s nákladom, je to s plynulým pojazdom jednoduchšie a bezpečnejšie. Ak traktor stojí určitú dobu (niekoľko desiatok sekúnd) bez pohnutia, automaticky sa aktivuje elektronická parkovacia brzda. Pre jej deaktiváciu potom postačuje iba šliapnuť na spojkový pedál. Potom vodič stlačí multifunkčnú páku vpred, šliapne na akceleračný pedál a traktor sa plynulo rozbehne. Tiež ovládače reverzácie sa dočkali významných zmien a oproti mechanickým prevodovkám ponúkajú ďalšie možnosti. Napríklad v agregácii s čelným nakladačom možno pracovať s plným výkonom traktora pri nulovej rýchlosti jazdy.

Podvozky moderných traktorov

Podvozky sú nosnou časťou traktorov. Na rozdiel od predchádzajúcich prevažne blokových konštrukcií je v súčasnosti v čoraz väčšej miere využívaná tzv. rámová konštrukcia traktorov. Jednotlivé funkčné skupiny traktora môžu mať nižšiu hmotnosť a ich konštrukčné riešenie už nemusí byť podriadené nosnej funkcii. Ich umiestnenie v ráme potom prospieva k lepšiemu rozloženiu hmotnosti, a tým kladne ovplyvňuje trakčné vlastnosti traktora. Tiež sa zvýši užitočné zaťaženie traktora  pri jeho nízkej vlastnej hmotnosti.

Pretože pracovná rýchlosť sa zvyšuje, je snahou odpružiť niektoré uzly traktorov, ako je kabína, predná náprava, alebo celý rám. Inováciám ďalej podlieha riadenie ako kolesových tak pásových traktorov, brzdové ústrojenstvo a kvôli vysokým hmotnostiam traktorov sú vyvíjané aj špeciálne rámové konštrukcie s pásovým, prípadne viacnápravovým podvozkom.

Odpruženie predných hnacích náprav

Konštrukčné riešenie prednej nápravy má dôležitý vplyv na prevádzkové vlastnosti traktora. Musí splniť celý rad náročných požiadaviek. U poháňanej nápravy musí zaistiť prenos hnacej sily, zároveň niesť časť vlastnej hmotnosti traktora spolu s čelným závažím, hmotnosť vpredu neseného náradia, alebo čelného nakladača. V súčasnosti každý vodič očakáva ľahkú riaditeľnosť stroja pri všetkých rýchlostiach a účinné tlmenie nárazov. Práve zvyšujúca sa rýchlosť viedla výrobcov k riešeniu odpruženej prednej nápravy, ktorá má hlavne pri jazde po nerovnom teréne obrovsky význam z dôvodu zabezpečenia stáleho kontaktu nápravy s podložkou. Tým sa zvýšia ťahové vlastnosti traktora a jazda s takouto nápravou je pre obsluhu komfortnejšia v porovnaní s neodpruženou nápravou. Konštrukčných riešení odpruženia predných hnacích náprav je niekoľko. Najčastejšie sú však založené na hydropneumatickom systéme. Tieto systémy sa spravidla pri vyšších rýchlostiach automaticky aktivujú a pri malých rýchlostiach sa automaticky vypínajú. Aktiváciu a deaktiváciu odpruženia môže obsluha ovládať z kabíny traktora. Ako tlmiče sa používajú akumulátory stlačeného dusíka.

Komfortné kabíny

Usporiadanie moderných traktorov je riešené aj s ohľadom na obsluhu. Kabína tvorí pracovné prostredie obsluhy a kvalita jeho usporiadania ovplyvňuje pracovné nasadenie vodiča a nesporne aj jeho zdravie. Nové kabíny majú o 10% viac vnútorného priestoru, rozrastá sa aj plocha presklenia a výkonnejšie je aj klimatizácia. Ergonomické usporiadanie ovládacích prvkov, odpruženie sedadla, veľká presklená plocha, to sú len niektoré s mnohých konštrukčných zmien, ktorými kabína prechádza. Základom konštrukcie je oceľový zváraný rám, so štyrmi prípadne šiestimi úzkymi stĺpikmi, spájajúcimi spodnú a hornú konštrukciu kabíny. Zmenou veľkosti počtu stĺpikov sa zvyšuje presklená plocha, ktorá dosahuje až 6 m2.

K lepšiemu výhľadu prospieva tiež umiestnenie výfukového potrubia súbežne so stĺpikom. Keďže hluk má nepriaznivé účinky na vodiča (sústredenosť, únava), predpisy rozoznávajú vnútorný a vonkajší hluk. Vnútorná hlučnosť nesmie presiahnuť 90 dB, resp. 86 dB v závislosti na metodike merania.  Vonkajší hluk je limitovaný 89 dB u traktorov nad 1,5 t. Hodnoty vnútorného hluku sa u moderných traktorov pohybujú pod 80 dB.

Pre dokonalejšie tlmenie vibrácií sa pristupuje k odpruženiu kabíny. Odpruženie obvykle využíva pneumatické alebo hydraulické prvky, prípadne ich kombináciu.

Ergonomické ovládanie a pohodlie obsluhy

Ovládacie prvky sú v kabíne ergonomicky rozmiestnené a tvarovo spracované podľa početnosti ich využitia na prístrojovej doske, ovládacej konzole, alebo lakťovej opierke. Pod vplyvom elektroniky dochádza k zmenám ich veľkosti, tvaru a prechádza sa z pák na tlačidlá, napr. dotykové, kolískové ovládače. Ovládače, ktorých počet neustále rastie, sa združujú do logických celkov, alebo ich úlohy preberá integrovaný monitor. Zvlášť u výkonných kolesových traktorov ide trend smerom k inteligentným ovládacím systémom v dosahu jednej ruky označovaných niekedy ako „elektronika On-Board“.

Prístrojová doska poskytuje základné informácie o prevádzke a činnosti jednotlivých  ústrojenstiev traktora, napr. otáčkach motora, pojazdovej rýchlosti, hladine paliva, zapnutí vývodového hriadeľa či uzávierky diferenciálu, odpracovaných motohodinách atď.  Prístrojová doska nemusí byť umiestnená iba v strednom paneli, ale tiež v pravom stĺpiku kabíny spoločne s informačným panelom.

Posledným a súčasne najdôležitejším článkom kabíny je sedadlo vodiča. Musí zaistiť pohodlné sedenie vodiča a ovládanie traktora bez prenosu vibrácií na vodičové telo. Tlmenie kmitov je mechanické, alebo elektrohydraulické s modernou riadiacou jednotkou.

Najmodernejšie sedadlá sú vybavené až deviatimi ovládacími prvkami pre nastavenie napr. sklonu sedáka, opierky rúk, sklonu operadla, natáčania sedadla, výšky sedenia atď. Dnešné konštrukcie sedačiek dokážu automaticky prispôsobovať odpruženie podľa hmotnosti vodiča a rýchlosti traktora.

Pre pohodu vodiča je tiež dôležitá teplota vzduchu a bezprašné prostredie v kabíne. Z toho dôvodu sú kabíny vybavené ventilačnou sústavou a klimatizačnou jednotkou.

Efektívna prevádzka traktorov

Viacerí veľkí výrobcovia traktorov v Európe aj v USA spoločne ohlásili zavedenie technológie pre zvýšenie účinnosti svojich traktorov. Súbor opatrení na zvýšenie hospodárnosti a efektívnosti dostal dokonca aj obchodné označenie, ktorým je slovo „efficiency“. Základom pokroku v tejto oblasti sú motory novej generácie naladené a zdokonalené tak, aby mali nižšiu spotrebu paliva. Dosiahlo sa ďalšie významné zlepšenie aj v oblasti prevodoviek, ktorých elektronické riadenie a ovládanie je múdrejší a presnejšie. Automatika môže voliť rýchlosti tak, aby bola požadovaná hodnota ťahovej sily, prípadne potrebného príkonu pre pohon náradia dosiahnutá pri optimálnych otáčkach motora.

Zníženie mernej spotreby sa dá v súčasnosti dosiahnuť aj jednoduchým trikom - zabudovaním štvorvalcového motora do podvozku určeného pôvodne pre šesťvalcový typ. Zlepšenie spotreby paliva je v tomto prípade možné dosiahnuť hlavne detailnými úpravami v konštrukčnej oblasti a v softvéri, ktorý riadi činnosť motora a často sprevádza vývoj ďalšieho modelového radu s nasledujúcim rokom výroby.

Ďalší potenciál na zníženie spotreby paliva sa skrýva v hydraulickom systéme, napr. aj účinný systém load-sensing systém dokáže ušetriť palivo. Hydraulické systémy boli zdokonalené a podstatne zjednodušené, majú menší počet dielov a kratšie vedenia, prípadne môžu byť plne integrované do siete CAN-Bus. Vďaka značnej výkonnosti potom pre početné hydraulicky ovládané úkony na pripojenom náradí postačujú nízke otáčky motora, čo opäť šetrí naftu. Farebne rozlíšené prepínače sa ľahko rozpoznajú, znižuje sa riziko zlého nastavenia a dobre sa ovládajú aj počas jazdy. Svoju úlohu tu však zohráva aj ochota obsluhy traktora vykonávať adekvátne nastavenia pre príslušné náradia a podmienky práce.

Pri moderných traktorov sú dnes veľmi prínosné systémy riadenia výkonu. Ich úlohou je prispôsobiť otáčky motora a prevodový pomer požiadavkám na výkon, takže traktor odvedie maximum práce, ale spotrebuje len nevyhnutné množstvo paliva. Systém využíva vzájomnú spoluprácu až trojice riadiacich jednotiek a ovládačov v kabíne na to, aby motor, prevodovka a vývodový hriadeľ boli vzájomne optimálne zladené. Na základe dát o aktuálnej pojazdovej rýchlosti, otáčkach a zaťažení motora mení prevodové stupne a nastavuje otáčky motora. Vodič má do systému prístup cez páku ručného plynu a pedál akcelerátora - zadá len požadovanú rýchlosť jazdy a prepínačom zvolí prevádzkový režim. Systém potom udržuje zvolenú rýchlosť tak, aby otáčky motora boli pokiaľ možno nízke a zaradená rýchlosť čo možno najvyššia. Nezáleží na tom, či traktor ťahá náves po ceste v kopcovitej krajine alebo dlátový kyprič na nehomogénnych pôdach, riadiaca jednotka neustále uskutočňuje drobné zmeny nastavenia tak, aby traktor pracoval čo najefektívnejšie.

Záver

Traktory už neodmysliteľne patria do základného energetického vybavenia každého poľnohospodárskeho podniku a bez nich by sme si súčasnú poľnohospodársku výrobu ani nedokázali predstaviť. To dáva priestor výrobcom traktorov, ktorí ich neustále vylepšujú a zdokonaľujú a aj takýmto prístupom sa snažia získať stále viac zákazníkov. Že sa im to darí, to možno dokladovať aj tým, že na slovenskom trhu sa uchytilo veľké množstvo značiek traktorov, pričom každý výrobca zaujme zákazníka odlišnou ponukou. V súčasnosti je u nás zastúpených viac ako 20 značiek traktorov, pričom pokrytie výkonnostných tried  ponúkaných traktorov jednotlivých značiek sa pohybuje od 9 kW (12 k) až do 425 kW (570 k). Výber je teda skutočne bohatý a pri voľbe toho „správneho“ traktora sa treba len dobre rozhodnúť.