Zabiegów uprawowych powinno być tyle, ile jest konieczne do zapewnienia uprawianym roślinom korzystnych warunków wzrostu i rozwoju. Jednocześnie powinno być ich jak najmniej. Z praktyki rolniczej wynika, że na większości gleb w Polsce zaoranych prawidłowo zastosowanie w odpowiednim terminie biernych agregatów doprawiających pozwala przygotować rolę do siewu, przy znacznie niższym koszcie niż przy użyciu aktywnych agregatów uprawowych. Jednak wiele rodzajów gleb, zwłaszcza ciężkich, zwięzłych pylastych oraz suchych gliniastych nie da się doprawić agregatami biernymi. Należy wówczas użyć narzędzi bardziej energicznie działających na glebę, do których należą m.in. brony wahadłowe, wirnikowe z elementami roboczymi o pionowej osi obrotu i brony rotacyjne z poziomą osią obrotu.
Brony wahadłowe
Brony wahadłowe przeznaczone są do przedsiewnego przygotowania roli na glebach średnich. Dobrze wyrównują glebę, mieszają nawozy mineralne, są odporne na kamienie, mają zwartą budowę i nie wymagają dużej mocy. Stosowana skrzynia przekładniowa umożliwia uzyskiwanie od 450 do 830 cykli na minutę.
Ten typ brony nie jest już produkowany w Polsce i Europie. Są jeszcze użytkowane i sprowadzane do kraju jako sprzęt używany. W celu zmniejszenia uszkodzeń zębów w bronie wahadłowej w wypadku natrafienia na znajdujące się w glebie kamienie w niektórych bronach (m.in. Amazone) stosuje się sprężyste belki mocujące.
W latach sześćdziesiątych, wprowadzono nowe typy aktywnych narzędzi do uprawy roli. Pierwsze brony wahadłowe, mające w zamyśle zastąpić tradycyjną bronę, zastosowały min. firmy Howard i Amazone. Trzeba przyznać, że w latach 1971-85 roku firma Amazone wypuściła prawie 40 tyś sztuk bron wahadłowych. Jej rozwinięciem było dodanie wału ugniatającego, który zagęszczał gotową do siewu glebę. Bardzo szybko, bo w 1977 roku polska brona doczekała się takiej modyfikacji, oznaczonej U238/1. W odróżnieniu od Amazone zastosowany tu został lekki wał strunowy. A zatem jego działanie było w pełni wystarczające w lżejszych i średnich warunkach. Produkcję bron U-238 zakończono na przełomie lat 1984/85.
Częścią roboczą brony wahadłowej U-238 były dwie belki z umieszczonymi na nich 37 sztukami zębów. Mogły one penetrować glebę do głębokości 18cm. W przeciwieństwie do wyrobów Amazone, zastosowano tu zęby proste, zamocowane na sztywno. Brona składała się z ramy, dwóch zawieszonych na wahaczach belek uzębionych oraz zespołu napędowego. Napęd był przekazywany poprzez wałek przekaźnika mocy. Zabezpieczenie przeciwprzeciążeniowe stanowiło sprzęgło gumowe. Na końcu wału znajdowała się tarcza z mimośrodem, który przekazywał ruch posuwisto-zwrotny na wahacze. Polska brona wahadłowa przystosowana była do pracy z ciągnikiem około 40-45KM. W lekkich warunkach, można było się pokusić o podłączenie Ursusa C-330. Najważniejszym elementem przekazania napędu był mimośród, podający ruch posuwisto-zwrotny na wahacze belek.
Brona wahadłowa, przede wszystkim doskonale wyrównywała powierzchnię. W czasie pracy przed nią powstawał niewielki wał ziemi. Dzięki temu w czasie ruchu wibracyjnego następowało rozfrakcjonowanie gruntu tak, że drobne cząstki układały się nieco głębiej, gdzie potem umieszczane są nasiona. Zaś większe pozostawały na powierzchni gdzie zacieniają młode roślinki i chronią przed wiatrem.
Brony wirnikowe
Brony wirnikowe stanowią najszerszą grupę produkowanych i użytkowanych aktywnych maszyn uprawowych. Ze względu na szeroki zakres prędkości obrotowej wirników mogą przygotować do siewu każdą glebę w jednym przejeździe roboczym. Lepiej sprawdzają się w technologii uprawy klasycznej (orkowej) niż bezpłużnej.
Brony wirnikowe mogą być wyposażone w noże o małym i dużym kącie natarcia. Elementy robocze tych bron, o pionowej osi obrotu, przemieszczają się po cykloidalnych torach, gdzie kształt i zagęszczenie torów zależy od liczby wirników, podziałki rozstawu tych sekcji, liczby elementów skrawających z jednej sekcji oraz promienia obrotu. Obroty wirników mieszczą się w granicach od 200 do 450 obr./min.
Brony wirnikowe intensywnie kruszą glebę, rozbijają bryły, niszczą rozłogi chwastów, mieszają w warstwie uprawowej nawozy mineralne. W wyniku mieszania gleby przez elementy robocze (zęby) zarówno na powierzchni, jak i w strefie siewu powstaje mieszanina części drobnych i grubych, suchych i wilgotnych. Taki stan zmniejsza wilgotność gleby w otoczeniu nasion. Poza tym powierzchnia gleby jest narażona na rozmycie. Za broną jest belka wyrównująca, która stwarza warunki, jakie są konieczne do równomiernego ugniecenia gleby przez współpracujący z tyłu wał ugniatająco-kruszący typu Packer. Po przejechaniu tej maszyny uzyskuje się wyrównaną i dobrze przygotowaną rolę pod bezpośredni wysiew nasion.
Kultywatory wirnikowe i grunery wirnikowe
Odmianą bron wirnikowych są kultywatory wirnikowe, które mają te same zalety, ale oprócz tego posiadają bardziej wytrzymały profil wannowy, większą średnicę wałków i mocniejsze „zęby na chwytanie”. Duże przejście nad wspornikami zębów zapobiega zapychaniu maszyny również wtedy, gdy jej zęby są mocno zużyte. Także nierówności pola i większe ilości słomy nie prowadzą do zapchania, a wirnikowe nośniki narzędzi zapobiegają zakleszczaniu się kamieni.
Zbite, ciężkie gleby są bez problemu rozluźniane gruberem wirnikowym, który jednocześnie intensywnie miesza glebę ze słomą. Luźna mieszanina słomy z glebą może swobodnie przemieszczać się przez duże, wolne przestrzenie maszyny powyżej jej nośnika. Głębokość roboczą wirnikowego grubera ustawia się poprzez przełożenie czworokątnego sworznia mimośrodowego. Podczas pracy ramię nośne spoczywa pod mimośrodowym sworzniem, a dopiero przy unoszeniu układa się na wannie przekładni. W taki sposób gruber może przemieszczać się nad kamieniami bez jednoczesnego podnoszenia wału i siewnika.
Szybka wymiana noży i zabezpieczenia
W niektórych bronach (m.in. firmy Rabe) noże mogą być szybko i łatwo przestawione z pozycji „z tępym kątem natarcia” na pozycję „z ostrym kątem natarcia”. Przez to zakres stosowania bron wirnikowych, obejmujący przede wszystkim klasyczną uprawę przedsiewną, został rozszerzony o uprawki pożniwne i mulczowanie.
Bardzo ważnym elementem obsługi bron wirnikowych i kultywatorów wirnikowych jest czas wymiany noży. Nowym rozwiązaniem - m.in. w bronach firmy Kverneland, Rabe, Amazone - jest wymiana noży odbywająca się bez użycia klucza, tj. poprzez odblokowanie zawleczki i wyjęcie sworznia. Noże umieszczone w imakach są przytrzymywane przez jeden sworzeń. Po odblokowaniu zabezpieczenia i wysunięcia sworznia nóż można wysunąć z „kieszeni” i szybko wymienić. Całkowita wymiana noży jest możliwa w ciągu kilku minut bez użycia narzędzi.
Niektóre firmy, m.in. Amazone, stosują sprężynowe zabezpieczenie zębów, które umożliwia ich odchylanie w przypadku najazdu na kamień. Zęby są naprężone w środku nośników zębów w specjalnych kieszeniach.
Zastosowanie bron wirnikowych w uprawie bezpłużnej
Brony wirnikowe i kultywatory wirnikowe mogą być stosowane do bezpłużnej uprawy roli, przy czym kultywatory wirnikowe dzięki ustawionym pod kątem dodatnim elementów roboczych (noży) lepiej mieszają materiał organiczny z glebą. „Zęby na chwytanie” kruszą glebę od dołu. Nie ma jej rozsmarowywania. Duże części ziemi odrzucane są dalej niż małe. Poprzez to drobna gleba koncentruje się w dolnej strefie uprawianej gleby, podczas gdy większe bryły pozostają na powierzchni. Nasiona trafiają zatem w ten obszar gleby, w którym znajdują się gruzełki. Większe bryły chronią ją przed zamulaniem, wysychaniem, erozją wodną i wietrzną, a oprócz tego zapewniają cień wschodzącym roślinom. „Zęby na chwytanie” wyrzucają wały ziemi przed kultywatorem wirnikowym, który wyrównuje wszelkie nierówności, zakrywając także koleiny pozostawione przez ciągnik. Doskonałe działanie spulchniające brony i wału ugniatającego dokonuje się dzięki własnej masie wału ugniatającego, własnej masie brony (grubera) i sile, z jaką zęby wciągane są w glebę.
Brony zaopatrzone są w odchylane blachy boczne, zapobiegające wydostawaniu się gleby na boki. Blachy te mogą się sprężyście odchylać na przeszkodach. Ponadto ze względu na efekt kruszenia ze wszystkich narzędzi aktywnych są najbardziej zbliżone do narzędzi biernych. Brony wirnikowe mogą pracować na głębokości do 27 cm, a kultywatory wirnikowe jeszcze głębiej.
Brony rotacyjne
Brony rotacyjne z zębami na wale z poziomą osią obrotu (rototilery) nadają się do uprawy przedsiewnej w ciężkich i suchych glebach. Ze względu na poziomą oś wału i słabe wyrównywanie nierówności pola po orce bardziej przydatne są do bezpłużnej uprawy gleby.
Liczba obrotów wału w tej bronie może być zmieniana w zakresie od 100 do 400 na minutę. Ma ona cały szereg różnych elementów roboczych, które są stosowane w zależności od warunków pracy i wymaganego efektu. Są używane odpowiednie noże o różnych kształtach, dłuta, stopki itp. Zastosowany ząb klinowy, m.in. w rototilerze firmy RAU, wykonany ze stali borowanej, pracujący prostopadle do kierunku jazdy, wzrusza glebę, intensywnie kruszy i spulchnia. Gleba nacinana przez zęby klinowe pozostawia eliptyczne ślady, pozostała powierzchnia gleby jest łamana. Chroni to jej strukturę. Nie ma niebezpieczeństwa powstania podeszwy, a chłonność wody nie zostaje pomniejszona. Dokładnie przygotowuje pole do siewu w systemie uprawy bezpłużnej np. po koniczynie, trawach, burakach czy kukurydzy.
Regulacja efektu uprawy i dobór wałów
Zaletą bron aktywnych jest szeroki zakres regulacji efektu uprawy, m.in. poprzez zmianę liczby obrotów WOM, przełożenie w skrzyni napędowej, zmianę prędkości roboczej. Końcowy efekt uprawy można również zmienić wałami, służącymi do wtórnego zagęszczenia uprawianej gleby oraz do regulacji głębokości pracy brony. Wały powinny być odpowiednio dobrane do rodzaju stanowiska. Na glebach średnich wystarczająco skutecznie pracuje wał strunowy lub rurowy. Im gleba lżejsza, tym średnica wału powinna być większa. Na glebach ciężkich powinien być stosowany wał zębowy lub wał Crosskill.
W agregatach z siewnikami rzędowymi stosowane są wały oponowe lub wąskie wały pierścieniowe, zagęszczające glebę dokładnie w miejscu pracy redlic siewnika. W bronach aktywnych mogą być zainstalowane z przodu głębosz lub kultywator o łapach sztywnych. Taka kombinacja wzrusza podglebie i spulchnia wierzchnią warstwę gleby.
Brony wyposażane są w noże z małym kątem natarcia lub w przypadku mulczerów wirnikowych z nożami ustawionymi pod dużym kątem. Wysokie prędkości obwodowe elementów roboczych (od 3 do 7 m/s) stosowane w bronach aktywnych zapewniają bardzo dobre kruszenie i mieszanie gleby. Prędkość robocza wynosi od 4 do 6 km/h. Brony te, niestety, mogą również stwarzać niebezpieczeństwo popsucia struktury gruzełkowatej i rozpylenie gleby. Rozpylenie gleby przyczynia się do erozji wodnej i wietrznej oraz ułatwia zlewanie i zaskorupianie się roli.
Porównanie agregatów aktywnych i biernych
Brony aktywne (agregaty) mają mniejszą wydajność w porównaniu do agregatów biernych - średnio 2-3-krotnie. Użycie wiosną agregatów aktywnych jest uzasadnione tylko na przesuszonych ciężkich glebach oraz po niestarannie wykonanej orce z pozostającymi na powierzchni resztkami roślin. Zastosowanie agregatów aktywnych jest niewskazane na ciężkich madach, (które najczęściej są glebami tzw. „minutowymi”), ponieważ mogą zniszczyć ich strukturę, zarówno kiedy są wilgotne, jak i suche. Jedynym racjonalnym rozwiązaniem jest zastosowanie agregatu uprawowo-siewnego biernego, kiedy gleba jest w optymalnym stanie.
Brony aktywne lepiej sprawdzają się podczas przygotowania gleby pod siew roślin głęboko korzeniących się, z palowym korzeniem, takich jak: rzepak, buraki cukrowe, warzywa korzeniowe itp. Nie należy stosować ich na glebach torfowych, gdyż mogą powodować rozpylenie i zniszczenie struktury gleby. Nie należy ich również stosować na glebach zlewnych.
W okresie suchej wiosny lub jesieni na glebach z tendencją do silnego zbrylania się należy stosować brony aktywne z wałem zębatym i siewnikiem zbożowym. Ze względu na duże obciążenie podnośnika w ciągniku i pogorszenie warunków podłużnej równowagi agregatów do łączenia siewników z zestawem uprawowym aktywnym stosuje się specjalne sprzęgi sterowane hydraulicznie. Ich konstrukcja umożliwia unoszenie siewnika w położeniu transportowym ponad bronę.
„Częściej wzruszać - mniej odwracać” to dobra zasada wobec uprawy gleby. Gdy w danych warunkach glebowych wystarczające jest stosowanie zawieszanych lub półzawieszanych agregatów biernych.
Wybór agregatu uprawowo-siewnego zależy od rodzaju gleby i preferowanej technologii uprawy. Na glebach od średnich (trochę glin) do lekkich (piasek) przy traktorze o mocy 95 KM, rolnicy rozważają między agregatem uprawowo-siewnym biernym a broną wahadłową. Celem jest uniknięcie nadmiernego rozdrobnienia gleby („mąki”) i zapewnienie optymalnych warunków dla wzrostu zbóż. Brona wahadłowa może mieć przewagę, umożliwiając siew nawet bez orki, podczas gdy agregat zębowy może się zapychać. W takich warunkach, brona wahadłowa Amazone RE Duo 301 z siewnikiem nabudowanym, oparta na wale rurowym, może być skutecznym rozwiązaniem, wymagającym czasami dociążenia ciągnika na lżejszej ziemi. Aktywne maszyny najciężej pracują na najlżejszej ziemi. Ważne jest również dopasowanie wału, który odgrywa kluczową rolę w przygotowaniu pola do siewu. Orka wykonuje tylko część zadań uprawnych, a kruszenie, mieszanie, spulchnianie i wyrównanie przed siewem wymaga zastosowania dodatkowych narzędzi.