Rozwój maszyn do zbioru buraków cukrowych jest zdecydowanie ukierunkowany na wprowadzanie najnowszych rozwiązań technicznych, przede wszystkim z zakresu mechatroniki. Technika ta musi sprostać zróżnicowanym wymaganiom, z których najważniejsze to zebranie korzeni o możliwie największej jakości oraz zwiększenie wydajności zbioru, ochrony gleby, a także komfortu pracy operatora. Technologia zbioru buraków musi także uwzględniać aspekty logistyczne - tak w obrębie pola, jak i transportu korzeni do cukrowni. Dla tych celów ważne jest umiejętne wykorzystanie możliwości złożonych funkcji zespołów roboczych kombajnów. Nie jest to możliwe bez nowych technologii opartych o elementy Rolnictwa 4.0.
Organizacja pracy
Wydajność pracy kombajnu do zbioru buraków zależy od szerokości i prędkości roboczej oraz od wykorzystania czasu zmiany na efektywną pracę. Chociaż według niektórych danych kombajny do zbioru buraków mogą pracować z prędkością do 10 km/h, to jednak najlepszą jakość pracy uzyskują przy pracy z prędkością do 6-7 km/h. Wzrost wydajności można jednak uzyskać poprzez zwiększenie szerokości roboczej. W ofercie oprócz standardowych 6-rzędowych zespołów ogławiająco-wyorujących są agregaty 9- i 12-rzędowe. Jednak maszynami o większej szerokości roboczej trudniej zarządza się na uwrociu, co prowadzi do zmniejszenia czasu efektywnej pracy.
Rozwiązaniem optymalizującym zarządzanie na uwrociu kombajnem Holmer Terra Dos T4 z 12-rzędowym agregatem jest opcjonalny system SmartTurn. Kombajn automatycznie kończy proces zbioru buraków na końcu zagonu oraz korzystając z nawigacji satelitarnej rozpoczyna wykonywanie nawrotu po najkrótszej drodze, a kończąc go ustawia maszynę na najbliższym pasie roboczym na początku zagonu. Obliczanie optymalnych punktów drogi nawrotu odbywa się w module ISO FLEX. Punkty drogi nawrotu są przesyłane do komputera sterującego przez magistralę CAN-Bus. Zastosowanie systemu SmartTurn ogranicza ugniatanie gleby, redukuje straty plonu, skraca nieproduktywny czas pracy kombajnu i odciąża operatora maszyny.
Z punktu widzenia całego okresu zbioru buraków jest ważne, aby ograniczyć straty czasu na przejazdy pomiędzy kolejnymi plantacjami. W tej kwestii także powinno się korzystać z modelu optymalizującego, którego celem jest znalezienie najkrótszej, albo najszybszej drogi łączącej miejsca lokalizacji plantacji, zaczynającej się i kończącej w określonym punkcie (tzw. problem komiwojażera)....
Zastosowanie systemu SmartTurn optymalizuje zarządzanie kombajnem podczas nawrotu.
Przewidzieć wystąpienie awarii
Maszyny do zbioru buraków cukrowych są coraz bardziej złożone, ponieważ ich producenci muszą sprostać stale rosnącym wymaganiom ich odbiorców, szczególnie w zakresie jakości zebranego plonu. Ale jednocześnie ich nabywcy oczekują, że maszyny będą nadal łatwe w obsłudze. Okres zbioru buraków cukrowych jest stosunkowo krótki i trwa od września do listopada. Korzenie muszą być zebrane, a następnie przetransportowane do przerobu w cukrowni. Łańcuch logistyczny musi więc działać niezawodnie. Tę niezawodność zapewniają już systemy predykcyjne zdalnej diagnostyki i obsługi (Predicitive Maintenence), wykorzystujące duże zbiory danych (Big Data), przekazywanych z czujników zamontowanych w newralgicznych miejscach kombajnu oraz technologię Internetu Rzeczy (Internet of Things).
Analiza danych umożliwia zapobiegawcze czynności konserwacyjne i naprawcze. W przypadku np. kombajnów firmy Holmer te wyzwania spełnia EasyHelp 4.0. W tym systemie dział serwisowy firmy Holmer może przeglądać dane maszyn klientów, którzy wyrażą na to zgodę. W przypadku problemów technicznych inżynier serwisowy firmy jest w stanie zapewnić klientowi wsparcie on-line. W przypadku awarii system umożliwia łatwą identyfikację problemu, a serwis wie, jakie części zamienne są potrzebne. Oszczędza to czas i pieniądze.
Kombajn Ropa Tigr 6S jest standardowo wyposażony w kamery cyfrowe, które umożliwiają w pełni zautomatyzowaną obrazową dokumentację zbioru buraków w systemie R-Connect Monitor.
Ponadto EasyHelp 4.0 w ramach internetowej platformy agrirouter umożliwia wymianę danych między maszynami i oprogramowaniem rolniczym różnych producentów, np. farmpilot. Tym samym, istotne dane są on-line przekazywane z gospodarstwa do maszyny i z powrotem. Dane dotyczące parametrów pracy maszyny są dostępne przez Internet.
EasyHelp 4.0 oferuje także interfejsy do cyfrowego zarządzania gospodarstwem. Umożliwiają one klientom nadzór nad flotą pojazdów na odległość, w tym wysyłanie nowych zleceń do poszczególnych kombajnów, planowanie harmonogramów tankowania i dostarczanie operatorom informacji na temat optymalnego ustawienia maszyny.
Moduł telematyczny R-Connect
Firma Ropa rozwija moduł telematyczny R-Connect do zarządzania gospodarstwem i logistyką w sieci, który stanowi również podstawę usługi predykcyjnej 4.0. Jeśli operator maszyny potrzebuje pomocy podczas serwisu to może być zdalnie wspierany przez Online R-Connect Service. W tym systemie technik serwisu może łączyć się bezpośrednio z terminalem i układem sterowania maszyny w celu np. wsparcia operatora w rozwiązaniu problemów. Przyspiesza to diagnostykę błędów i skraca przestoje w przypadku awarii.
Z portalem R-Connect może współpracować aplikacja R-Connect Monitor, która jest inteligentną i w pełni zautomatyzowaną obrazową dokumentacją zbioru buraków cukrowych. R-Connect Monitor umożliwia dokumentowanie obszaru zbioru buraków, plonu (liczba napełnień zbiornika) oraz pozycji pryzm korzeni. Przy pomocy tego systemu można dodatkowo udokumentować wizualnie powierzchnię buraków przed kampanią, a także efekt zbioru.
Zasada automatycznej regulacji wysokości pracy ścinacza bijakowego w systemie R-Trim.
Podczas zbioru i opróżniania zbiornika automatycznie robione są zdjęcia z przypisaną lokalizacją. W tym celu kombajn Tiger 6s jest wyposażony w kilka kamer cyfrowych. Obrazy z kamery na dachu kabiny są wykorzystane do monitorowania stanu plantacji przed zbiorem, a obrazy z kamery na przenośniku wyładowczym w celu kontroli jakości zebranych korzeni z przypisaniem ich do zlecenia kopania i są do dyspozycji w portalu R-Connect. Poprzez portal plantator, cukrownia, czy usługodawca posiada dostęp do zleceń kopania z obrazami z maszyny z dowolnego miejsca, w dowolnym czasie.
Zdjęcia stanu plantacji buraków przed zbiorem w połączeniu z nastawami maszyny i danymi lokalizacyjnymi obejmują: stan zachwaszczenia, występowanie chorób i nicieni oraz opcjonalnie dokumentację czynników utrudniających wyorywanie, np. zastoiska wody na polu, słupy elektryczne itp.
Zdjęcia podczas procesu wyładunku dokumentują jakość pracy kombajnu. Dokumentacja zanieczyszczenia korzeni w pryzmie ziemią i resztkami organicznymi jest bardzo cenną informacją, określającą zdolność buraków do magazynowania i mającą duże znaczenie dla logistyki odwozu buraków do cukrowni. Przedsiębiorcy świadczący usługę zbioru buraków mogą korzystać ze zdjęć, w celu ustalenia ceny usługi, jeśli stan plantacji uzasadnia zwiększenie kosztu kopania.
Moduł telematyczny pozwala na analizę aktualnego statusu maszyny oraz dziennego bilansu pracy. W widoku szczegółowym można wyświetlić lokalizację maszyny, trasę dojazdu do pola, przejazdy robocze na plantacji, postoje podczas wyładunku zbiornika, prędkość roboczą, zużycie paliwa. Zrealizowane zamówienia są przesyłane do portalu R-Connect, i mogą być analizowane i oceniane przez dyspozytora maszyny.
Czujniki ultradźwiękowe systemu R-Contour mierzą ukształtowanie powierzchni gleby przy każdym rzędzie buraków.
Grimme Optiplan
W nowej generacji kombajnów Rexor 6200/6300 Platinum w wyposażeniu seryjnym jest funkcja zapisu i otwierania indywidualnie wybranych parametrów maszyny oraz system monitoringu funkcji Visual Protect. Koncepcja obsługi ErgoDrive ułatwia operatorowi intuicyjne sterowanie i szybki dostęp do wszystkich funkcji. Istnieje możliwość indywidualnych ustawień, ich zapisu i wygodnego uruchomienia. Opcjonalnie możliwe jest wyposażenie w system zarządzania danymi Optiplan lub Optiplan plus z drukarką i modułem GPS. Połączenie z portalem myGrimme jest bezpłatne, a jednostka telemetryczna należy do wyposażenia seryjnego maszyny. Dla wszystkich kombajnów Grimme dostępne są indywidualne pakiety serwisowe.
Awarie powodują kosztowne zakłócenia procesów produkcyjnych. Dzięki przewidywaniu awarii możliwe jest podejmowanie zawczasu działań zapobiegawczych, a co za tym idzie unikanie awarii i minimalizowanie ich konsekwencji. Utrzymanie predykcyjne (Predictive Maintenance) polega na zbieraniu danych o stanie maszyn i przebiegu procesów. Na podstawie danych tworzone są modele pozwalające przewidywać wystąpienie awarii i określać stan urządzenia, np. stopień jego zużycia. Modele są stosowane na bieżąco w toku procesów, aby w czasie rzeczywistym określać ryzyko awarii i alarmować o możliwych problemach. Dzięki wdrożeniu strategii utrzymania predykcyjnego można zmniejszyć koszty awarii i serwisu, ograniczyć czas przestojów, jednocześnie wydłużając czas pracy maszyny.
Predictive Maintenance jest ważnym składnikiem strategii Przemysł 4.0. Trudno sobie dziś wyobrazić stosowanie strategii Przemysł 4.0, digitalizację, czy inteligentne rolnictwo bez wdrożenia utrzymania predykcyjnego.
Kombajny Grimme Rexor są seryjnie wyposażone w system Speedtronic, czyli automatyczną regulację prędkości obrotowej prętowych kół czyszczących i przenośnika obiegowego w zależności od ich obciążenia.
Wykorzystać potencjał kombajnów poprzez odciążenie operatora
Wyniki jakości pracy kombajnów do zbioru buraków podczas testów zawsze są lepsze niż jakość pracy maszyn w warunkach rzeczywistych. Wynika to z odpowiedniego przygotowania plantacji do zbioru, optymalnego stanu technicznego maszyny i optymalnego nastawienia parametrów roboczych. Wysoka jakość zebranego plonu zależy od dynamicznej adaptacji parametrów pracy maszyny do zmieniających się warunków zbioru na pasie roboczym. Nie jest to możliwe przy wyłącznym udziale operatora. Potrzebne są rozwiązania automatyzujące poszczególne fazy procesu zbioru.
W celu minimalizacji strat podczas wyciągania korzeni stosuje się automatyczne prowadzenie głębokości wyorywania z uwzględnieniem ukształtowania powierzchni plantacji, tj. indywidualną regulację głębokości pracy dla każdej pary lemieszy w poszczególnych rzędach. Firma Holmer takie rozwiązanie o nazwie EasyLift stosuje od 2015 r.
Podczas targów Agritechnica 2019 wraz z kombajnem Tiger 6S firma Ropa przedstawiła dwa nowe rozwiązania do automatycznego dostosowania głębokości roboczej zespołu ogławiająco-wyorującego: R-Trim - automatyczną regulację wysokości ścinacza bijakowego i R-Contour - automatyczną regulację głębokości wyorywania poszczególnych wyciągaczy. Systemy automatyczne reagują na różne wysokości wystawania korzeni nad powierzchnię pola lub poprzeczne nierówności pola. Komputer pokładowy zespołu ogławiająco-wyorującego kombajnu z pomocą specjalnego oprogramowania, na podstawie odczytanych wartości przez czujniki zmienia wysokość ścinacza bijakowego lub głębokość pracy wyciągaczy w poszczególnych rzędach.
Operator kombajnu w menu sterownika nastawia żądaną wysokość pracy bijakowego wału ścinacza względem położenia noża dogławiacza (czerwona strzałka na rysunku). To określa średnią długość resztek ogonków liści pozostających na burakach. W przypadku zróżnicowania wysokości wstawania korzeni w łanie układ R-Trim automatycznie koryguje wysokość położenia wału ścinacza bijakowego.
Operator kombajnu aktywuje R-Contour i nastawia głębokość pracy lemieszy. Czujniki ultradźwiękowe z boku lemieszy mierzą kontur powierzchni gleby przy każdym rzędzie buraków. Dane z czujników są przetwarzane przez komputer pokładowy i odpowiednio do zmierzonych wartości R-Contour utrzymuje nastawioną głębokość pracy lemieszy zgodnie z rzeczywistym miejscowym konturem pola. Aktualna regulacja głębokości pracy wyciągaczy przez R-Contour jest wyświetlana synchronicznie na terminalu. Czujniki ultradźwiękowe są stosunkowo niewrażliwe na brud, ale są czyszczone za pomocą sprężonego powietrza co minutę podczas wyorywania korzeni i na uwrociu.
Udoskonalony hydrauliczny układ jezdny R-Soil Protect wyposażono w dodatkowy 3-osiowy żyroskop z pomiarem przyspieszenia do kompensacji siły odśrodkowej, co zwiększyło wrażliwość układu kontroli nachylenia.
Adaptacyjny układ czyszczący
Drugim układem roboczym, w którym są stosowane inteligentne rozwiązania, jest zespół czyszczący. W celu zapewnienia wysokiej jakości czyszczenia i przepustowości kombajnu Terra Dos T4 przenośniki prętowe i prętowe koła czyszczące wyposażono w niezależne napędy, które są także monitorowane pod względem obciążenia i prędkości obrotowej. W adaptacyjnym układzie czyszczącym plus, w celu jeszcze lepszej ochrony korzeni buraków przed uszkodzeniami nastawy elementów układu czyszczącego są zależne od prędkości jazdy. Ma to w szczególności znaczenie podczas pracy przy końcu zagonu, kiedy w zespole czyszczącym jest niewiele buraków. System automatycznego sterowania elementami układu czyszczącego można indywidualnie dostosowywać do wielkości plonu na danej plantacji.
Kombajny Grimme Rexor są seryjnie wyposażone w system Speedtronic, czyli automatyczną regulację prędkości obrotowej prętowych kół czyszczących i przenośnika obiegowego w zależności od warunków zbioru i ich obciążenia. To rozwiązanie ma na celu ograniczenie uszkodzeń korzeni poprzez możliwie minimalne prędkości obrotowe kół czyszczących, a także zmniejszenie ryzyka tworzenia się zatorów. W przypadku zwiększenia obciążenia pierwszego koła czyszczącego system zwiększa prędkość obrotową kół i wydajność przenośnika obiegowego, a następnie zmniejsza przepływ masy korzeni przez elementy układu czyszczącego kombajnu. Zapobiega to tworzeniu się zatorów, chroni korzenie, zwiększa wydajność kombajnu i jednocześnie zwalnia operatora od ręcznej regulacji nastaw zespołów roboczych.
Ochrona gleby
Jednym z najważniejszych celów nowoczesnych rozwiązań w maszynach rolniczych jest ochrona gleby przed nadmiernym zagęszczeniem. Producenci kombajnów do zbioru buraków cukrowych mają w tym zakresie znaczące osiągnięcia. Hydrauliczny układ jezdny R-Soil Protect kombajnu Ropa Tiger 6, w połączeniu z oponami Michelin CerexBib IF1000/55 R32 (tylne osie), jest ukierunkowany na maksymalną ochronę gleby podczas zbioru buraków. Jedną z najważniejszych cech tego systemu jest bardzo niskie ciśnienie powietrza w oponach, wynoszące tylko 1,4 bara.
Przekłada się na małe jednostkowe naciski na podłoże, także podczas jazdy z pełnym zbiornikiem korzeni. Ponadto układ ten stabilizuje boczne wychylenia z automatycznym wyrównywaniem obciążenia kół i samopoziomowaniem w zakresie do 10%. Zmniejszenie wahań maszyny w połączeniu z układem kopiowaniu ukształtowania powierzchni stabilizuje także pracę agregatu ogławiająco-wyorującego, w tym utrzymywanie głębokości pracy lemieszy i zmniejszenie ilości ziemi podawanej wraz z burakami na układ czyszczący.
Zmniejszenie masy kombajnu
Dla ograniczenia zagęszczenia gleby istotne jest zmniejszenie obciążenia kół, a więc masy własnej kombajnów. Nie jest to łatwe zadanie dla konstruktorów, ale dobrym przykładem jest masa agregatu ogławiająco-wyorującego firmy Holmer. Masa zespołu typu KR45 + BS wyprodukowanego w 2000 roku w przeliczeniu 1 rząd wynosiła 883 kg. Natomiast obecnie stosowane rozwiązania cechuje znacznie mniejsza masa - tym mniejsza, im większa jest szerokość robocza agregatu. I tak masa przypadająca na rząd zespołu 6-rzędowego HR6 + KOS I wynosi 675 kg, zespołu 9-rzędowego HR9 + KOS I – 588 kg, a 12-rzędowego HR12 + KOS I – 585 kg.
Różnica tego wskaźnika między zespołem 6- i 12-rzędowym wynosi 13%, natomiast wskutek zastosowania lżejszych materiałów i zmian konstrukcyjnych w porównaniu do roku 2000 i zespołów 6-rzędowych 19%, a 12-rzędowych prawie 34%. W przyszłości można oczekiwać dalszej redukcji masy kombajnów, przez zastosowanie tworzyw kompozytowych. Szersze stosowanie tych lekkich i wytrzymałych materiałów w maszynach rolniczych póki co ogranicza ich wysoka cena.
Zwiększenie szerokości roboczej
Stopień zagęszczenia gleby wskutek nacisku kół kombajnów do zbioru buraków jest uzależniony także od ich układu jezdnego i szerokości roboczej. W układzie, gdy koła tylne poruszają się w koleinie kół przednich, przy rozstawie rzędów 45 cm, część pola (60%) jest pokryta podwójnymi śladami, a pozostała część jest wolna od kolein.
W przypadku zastosowania kombajnu Holmer z „psim chodem” i agregatu 6-rzędowego na plantacji obsianej w rozstawie rzędów 50 cm, także część powierzchni pola (26,7%) jest pokryta podwójnie śladami kół, ponieważ szerokość robocza jest mniejsza niż szerokość maszyny podczas jazdy „psim chodem”. Udział podwójnych kolein zwiększa zastosowanie zestawu transportowego do rozładunku zbiornika kombajnu przed dojazdem do końca pola. Wyeliminowanie zestawu transportowego z pola jest możliwe, gdy zbiornik kombajnu o ładowności 21 t zostanie napełniony na długości pola, np. przy plonie 90 t/ha jest to 380 m.
W przypadku kombajnu Holmer wyposażonego w 12-rzędowy zespół ogławiająco-wyorujący między śladami kół dwóch sąsiednich przejazdów zostaje nie pokryty śladami kół pas o szerokości 3 m. Po tym pasie może poruszać się zestaw transportowy stosowany do rozładunku zbiornika kombajnu i odwozu korzeni na pryzmę. Gdyby przyjąć, że do transportu korzeni do pryzmy zostanie użyty np. Terra Variant 435, który w „psim chodzie” pokrywa śladami pas o szerokości 4 m, udział powierzchni pola pokryty śladami kół wynosi 13,5%.
Podsumowanie
Rozwój techniki i technologii w zakresie zbioru i logistyki korzeni buraków cukrowych jest ukierunkowany na wprowadzanie systemów automatyzujących, które umożliwiają zwiększenie jakości zbieranego plonu, na zarządzanie zbiorem i transportem korzeni do cukrowni oraz wykorzystanie telemetrii i systemów zdalnej diagnostyki i obsługi. Produkcja buraków cukrowych w coraz większym stopniu będzie realizowana z wykorzystaniem technologii Rolnictwa 4.0.
prof. dr hab. Jacek Przybył
Uniwersytet Przyrodniczy
w Poznaniu
