W rolnictwie, zwłaszcza w produkcji roślinnej, kluczowe jest wykonywanie zabiegów agrotechnicznych w ściśle określonych terminach. Zmienne warunki pogodowe często ograniczają czas na ich realizację, co skłania do ciągłego poszukiwania sposobów na zwiększenie wydajności. W tym kontekście pojawia się pytanie: czy postawić na gąsienicowy, czy kołowy układ jezdny ciągnika?
Badania porównawcze ciągników gąsienicowych i kołowych
Z inicjatywy Koła Naukowego Inżynierii Rolniczej z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, we współpracy z firmą Claas Polska, przeprowadzono niezależne badanie porównawcze dwóch ciągników. W teście wzięły udział modele AXION 960: jeden z systemem TERRA-TRAC (napęd gąsienicowy) i drugi z napędem kołowym. Badania odbyły się w marcu w miejscowości Niepruszewo w województwie wielkopolskim, w odpowiednio przygotowanych warunkach.
Metodologia pomiarów
Podczas badań wykorzystano kilka narzędzi pomiarowych. Do oceny nacisku na glebę użyto hydrotester Claas oraz czujnik pomiaru nacisku kół. Dr inż. wyjaśniał: „W wykorzystaniu poduszki istotne było, aby wytrzymała ona nacisk koła ciągnika podczas przejazdu. W tym celu wykorzystaliśmy sprzęt, którego używają strażacy do otwierania zakleszczonych drzwi czy podnoszenia ciężkich elementów. Poduszka była połączona z manometrem oraz hydrotesterem, dzięki czemu mogliśmy z dużą rozdzielczością zarejestrować naciski, które wywołuje koło na glebę podczas przejazdu ciągnika”. Do pomiaru zagęszczenia gleby zastosowano penetrometr. System telemetryczny TELEMATICS dostarczał dane z sieci CAN ciągnika, co pozwoliło na sprawdzenie obciążenia silnika, prędkości obrotowej, prędkości jazdy mierzonej radarem oraz poślizgu maszyny.
Każdy pomiar nacisku na glebę wykonywano trzykrotnie, a wynik ostateczny ustalano na podstawie średniej. Ciągniki przejeżdżały po poduszce bez zaczepionego narzędzia towarzyszącego. „Najpierw ciągnik kołowy z przednim obciążnikiem, następnie gąsienicowy, a na końcu jeden przejazd bez obciążnika przedniego” - dodaje dr inż. Barbara Raba-Przybylak. W przypadku przejazdów ciągnika kołowego i gąsienicowego na polu z maszyną towarzyszącą zastosowano system prowadzenia równoległego GPS z dokładnością RTK Net (do +/-2 cm). Przerwy między przejazdami obu ciągników wynosiły 10 cm, a tempomat został ustawiony na 12 km/h. Ustawienia skrzyni i docisku były na takim samym poziomie.
Wyniki dotyczące nacisku na glebę i zagęszczania
Porównanie nacisku na osie w ciągnikach bez narzędzia towarzyszącego wykazało, że dla osi przednich wartości były porównywalne: średnio 1,76 bar dla ciągnika gąsienicowego z obciążnikiem przednim 900 kg oraz 1,8 bar dla ciągnika kołowego z obciążnikiem przednim 2,6 t. Jednak w przypadku osi tylnej z napędem gąsienicowym w ciągniku AXION 960 TT nacisk był mniejszy o 63 procent w porównaniu z wersją kołową. Jest to wynikiem rozkładu masy na większej powierzchni kontaktu w ciągniku gąsienicowym. Widoczne są trzy punkty nacisku: koło napinające, rolki oraz koło napędowe. Koło napędowe wykazało wyższą wartość nacisku w całym napędzie gąsienicowym (wartość średnia 0,37 bar), ale nadal znacznie niższą niż tylne koło w ciągniku standardowym. Demontaż obciążnika z ciągnika kołowego również wpłynął na nacisk, zmieniając go z 0,61 bar z obciążnikiem na 1,25 bar bez niego.
Badania penetrometrem wykazały, że przejazd ciągnika z napędem gąsienicowym AXION 960 TT powoduje o około 15-20 proc. mniejsze zagęszczenie wierzchniej warstwy gleby (0-15 cm). Dr inż. wyjaśnia: „Natomiast poniżej tej głębokości jest już widoczna podeszwa płużna, która występuje na polu, i tutaj przejazd ciągnika po wierzchniej warstwie gleby nie powoduje wpływu na zmianę zagęszczenia poniżej 25 cm”. Rezygnacja z przedniego obciążnika (2,6 t) w ciągniku kołowym mogłaby zmniejszyć zagęszczenie w wierzchniej warstwie gleby (0-15 cm) o około 20-30 proc. Jednakże, w przypadku ciężkich prac uprawowych, wykorzystujących maksymalną siłę uciągu, rezygnacja z obciążnika nie jest możliwa, ponieważ średnie wartości poślizgu zbliżałyby się do nieakceptowalnych poziomów.
Porównanie ciężkiego sprzętu: ładowarki gąsienicowe i kołowe.
Zalety ciągników gąsienicowych w rolnictwie
Ciągniki gąsienicowe, charakteryzujące się olbrzymią siłą uciągu i optymalnym rozłożeniem masy, są stworzone do wykonywania najcięższych prac rolniczych. Zdecydowanie lepiej od maszyn kołowych radzą sobie z pokonywaniem przeszkód, zachowują stabilność nawet na podmokłych gruntach, a przede wszystkim nie ugniatają gleby. Dr inż. podsumowuje: „Ciągnik gąsienicowy to specjalna maszyna pod względem trakcji. Prezentowany napęd gąsienicowy TERRA-TRAC jest odpowiednio dostosowany do prac polowych i pozwala w pełni wykorzystać potencjał ciągnika. Jeśli występują problemy z trakcją na polu, jest to bardzo ciekawa opcja zakupu, która może przynieść szereg korzyści”.
Wydajność powierzchniowa i sprawność
Wydajność powierzchniowa zabiegu to iloczyn prędkości oraz szerokości roboczej. Coraz większe agregaty wymagają ciągników o odpowiednich mocach. W ofercie producentów obserwujemy wprowadzanie konstrukcji o coraz większych mocach znamionowych silników. Ogólna sprawność silnika waha się w granicach 35-38%, a sprawność układu przeniesienia napędu wynosi około 85-90%.
Sprawność układu jezdnego ciągnika, w zależności od jego konstrukcji i rodzaju podłoża, wynosi 50-80%. W przypadku ciągników z gąsienicowym układem jezdnym możemy uzyskać sprawność nawet 70-80%, podczas gdy w ciągnikach z układem kołowym będzie to 50-60%. Celem producentów jest doskonalenie konstrukcji ciągnika, aby jego sprawność ogólna była jak najwyższa.
Sposoby ograniczenia strat i zagęszczania gleby
Układ jezdny to przekładnia między oponą/gąsienicą a podłożem. Straty w tym układzie wynikają z przemieszczania gleby w kierunku przeciwnym do ruchu ciągnika (poślizg) oraz ugniatania gleby. Minimalizacja tych strat jest możliwa poprzez zwiększenie powierzchni kontaktu układu jezdnego z podłożem. Stosuje się opony o większych średnicach i szerokościach profilu, a także bliźniakowanie kół. Jest to szczególnie istotne w ciągnikach dużych mocy (400-600 KM), gdzie zachowanie wysokiej sprawności ogólnej jest kluczowe.
Najkorzystniejsze z punktu widzenia wysokiej sprawności są gąsienicowe układy jezdne. Opracowanie konstrukcji gąsienicy gumowej było przełomowym momentem. Gąsienice gumowe nie ustępują układom kołowym pod kątem mobilności na utwardzonych drogach publicznych, pozwalają na poruszanie się z takimi samymi prędkościami transportowymi.
Gąsienice a koła bliźniacze
W przypadku stosowania kół bliźniaczych w układach kołowych całkowita szerokość ciągnika często przekracza maksymalną dopuszczalną szerokość 3 m, co wymaga demontażu kół na czas przejazdów transportowych. Ciągnik wyposażony w gąsienicowy układ jezdny spełnia wymagania przepisów drogowych bez takich modyfikacji.
Charakteryzujący się większą powierzchnią kontaktu układ gąsienicowy to także ograniczenie strat związanych z ugniataniem gleby. Ciągnik wyposażony w gąsienicowy układ jezdny pozwala zmniejszyć poślizg co najmniej o 50% w porównaniu z konstrukcją kołową w układzie bliźniakowanym. Mniejszy poślizg oznacza mniejsze straty, szybsze wykonanie zabiegu i oszczędności finansowe w wyniku mniejszego zużycia paliwa na jednostkę powierzchni. Większa powierzchnia kontaktu umożliwia również stosowanie wyższych prędkości roboczych nawet na nierównym podłożu, np. podczas uprawy gleby po orce.
Gleba to przede wszystkim naturalne środowisko do wzrostu roślin, a jej nadmierne zagęszczanie to jedno z głównych zagrożeń wynikających z wprowadzania coraz cięższych agregatów na pola. Nadmierne zagęszczenie może ograniczyć plonowanie roślin przez niewłaściwy rozwój systemu korzeniowego oraz zaburzenie stosunków wodno-powietrznych. Poprawę uzyskuje się poprzez głęboszowanie, co jest zabiegiem energochłonnym i kosztownym. Lepiej więc zapobiegać, niż usuwać skutki. Ciągnik gąsienicowy pozwala zmniejszyć poślizg nawet o 50%, a jednocześnie ograniczyć zagęszczanie gleby. Cena ciągnika gąsienicowego jest wyższa o około 10-15% w stosunku do analogicznej konstrukcji kołowej, jednak biorąc pod uwagę zalety, jest to dobra inwestycja, która szybko się zwróci.
Nowe rozwiązania techniczne w układach jezdnych ciągników
Większość producentów ciągników wprowadza hybrydowe układy półgąsienicowe, łączące trakcję z mobilnością, co daje rolnikom większą stabilność pracy w zmiennych warunkach polowych. Systemy takie jak SmartTrax czy Terraglide zmniejszają poślizg i poprawiają przyczepność, co przekłada się na mniejsze zużycie paliwa i równomierne rozłożenie masy. Konstruktorzy uwzględniają również większy komfort jazdy przy zachowaniu efektywności roboczej.
Modele z układem Terra Trac poprawiły przyczepność średnio o 15%, przy niższym nacisku na glebę. Testy wykazały redukcję zużycia paliwa o 19,5% dzięki silnikowi niskoobrotowemu. Układ gąsienicowy poprawił właściwości trakcyjne nawet na mokrej glebie, co zwiększyło wydajność zabiegów, skracając czas pracy i obniżając koszty operacyjne. Ciągniki gąsienicowe zyskują na znaczeniu w kontekście ochrony struktury gleby, wywierając mniejsze ciśnienie jednostkowe niż koła, co sprzyja napowietrzeniu i rozwojowi korzeni. Mniejsza degradacja gleby wpisuje się w wymogi ekoschematów wspierających praktyki ograniczające presję maszyn.
Zastosowanie ciągników gąsienicowych w praktyce
Maszyny rolnicze z gąsienicowymi układami jezdnymi, zazwyczaj ciągniki dużej mocy (co najmniej 400 KM), są poszukiwane głównie przez właścicieli rozległych pól uprawnych. Ciężkie traktory na gumowych gąsienicach wyposażone są w mocne silniki, co zapewnia olbrzymi uciąg przy optymalnym rozłożeniu masy. Są niezastąpione przy głębokiej kultywacji, orce, głęboszowaniu, a nawet podczas siewu.
Gwarancja niezawodności w najtrudniejszych warunkach to nie jedyna zaleta. Najważniejsza korzyść to ograniczenie poślizgu i ugniatania gleby. Eksperyment studentów z Koła Naukowego Inżynierii Rolniczej Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu wykazał, że różnica w nacisku na glebę między ciągnikiem kołowym a gąsienicowym może wynosić nawet 63% na korzyść gąsienic. Zmniejszenie nacisku na podłoże przekłada się na mniejsze zagęszczenie gleby w warstwie uprawnej o nawet 20%. Oznacza to, że wykonywanie innych prac agrotechnicznych ciągnikiem gąsienicowym, np. aplikacja gnojowicy czy rozrzucanie obornika, również odbywa się z korzyścią dla jakości gleby.
Kanadyjskie ciągniki gąsienicowe Versatile
Jedną z ciekawszych propozycji na krajowym rynku stanowi oferta ciągników dużej mocy KAGRO, dealera Versatile. Najmocniejsza z maszyn gąsienicowych kanadyjskiego producenta, model 610DT, wyposażona jest w silnik Cummins QSX15 T4F o nominalnej mocy 605 KM. Skrzynia biegów CAT typu powershift 16/4 gwarantuje operatorowi dostosowanie pracy do każdych warunków. Czterogąsienicowy układ jezdny Deltatrack sprawdza się nie tylko podczas prac polowych, ale również umożliwia sprawne i szybkie poruszanie się po drogach publicznych.
Historia i rozwój polskich ciągników gąsienicowych
Ciągnik gąsienicowy Piast G-752
Piast G-752 to prototypowy ciągnik gąsienicowy, który nigdy nie wszedł do seryjnej produkcji. Powstało zaledwie 6-7 egzemplarzy. W Muzeum Narodowym Rolnictwa i Przemysłu Spożywczego w Szreniawie zaprezentowano odrestaurowanego Piasta G-752. „Ciągnik gąsienicowy Piast miał zastąpić wcześniej produkowanego D50 Mazur i być wykorzystywany w dużych gospodarstwach przyciąganiu sporych maszyn uprawowych” - mówi Wojciech Stachowiak, inicjator odrestaurowania. Inżynierowie w Zakładach Mechanicznych w Gorzowie rozpoczęli konstrukcję w połowie lat 60. ub. wieku. Prace trwały około 5 lat, zakończyły się wyprodukowaniem kilku egzemplarzy, które trafiły do różnych zastosowań. Ciągnik Piast był przygotowywany dla rolnictwa i budownictwa.
Losy prototypu i renowacja
Historia ciągnika gąsienicowego Piast G-752 jest znana: najpierw trafił do SGGW w Warszawie, a później, w 1984 roku, do muzeum w Szreniawie. W oznaczeniu G-752 Piast litera „G” oznacza pojazd gąsienicowy, „2” dwuosobową kabinę. Model G751 B to wariant budowlany z jednoosobową kabiną, a litera „R” - wersja rolnicza. Jedyny ocalały model Piast G-752 był przez pewien czas testowany w SGGW. Niestety, w jednym z ciągników w wersji budowlanej uległa awarii zwolnica. Piast w Warszawie został przetestowany i nie potrzebował dalszych badań, więc stał się dawcą owej zwolnicy. Od tego momentu Piast stał bezużyteczny. Po latach postoju w stolicy został podarowany do Muzeum w Szreniawie, gdzie stał jako eksponat blisko 40 lat.
Piast pod koniec czerwca 2022 roku został poddany gruntownej renowacji. Na początku grudnia odbyła się oficjalna prezentacja odrestaurowanego ciągnika Piast G-752. Brakujące elementy robocze, takie jak koła zębate o średnicy około 0,5 m, zostały dorobione na wzór drugiej zwolnicy (jedno takie koło obrabiarka wykonywała około 2 tygodni). Część elementów trzeba było naprawić, a inne wymienić na nowe, np. okładziny na tarczach ciernych. Piast został oczyszczony, wiele elementów ocynkowano i nadano nowy kolor. Opracowano zarówno wersję dla rolnictwa, jak i budownictwa - z czołową łyżką i tylną sekcją do spulchniania. Cała inwestycja renowacji Piasta kosztowała 134 500 zł netto, z czego 50 tys. zł pochodziło z Ministerstwa Kultury i Dziedzictwa Narodowego z Funduszu Promocji Kultury.
Konstrukcja i silnik Piasta
W 1966 roku podpisano umowę na dostawę angielskich silników wysokoprężnych marki Leyland. Partia tych jednostek napędowych została podzielona na różne zakłady w kraju. Fabryka w Gorzowie otrzymała kilka takich silników, a jednostka E 400 o mocy około 100 KM trafiła na ramę prototypowego ciągnika gąsienicowego Piast. Zastosowana skrzynia biegów była własnej konstrukcji i miała podobne rozwiązanie biegów jak w ciągniku Ursus C330. Układ przeniesienia napędu na gąsienice był prawdopodobnie wzorowany na amerykańskim ciągniku Case, ale inżynierowie opracowali własną autorską konstrukcję. Reszta ciągnika Piast również została opracowana w Gorzowie. Do fabryki w Łabędach zlecono zamówienie na konstrukcję gąsienic rolniczych z możliwością oczyszczania się z nagromadzonej gleby. Niestety, nie było siły przebicia, żeby tę konstrukcję wdrożyć do seryjnej produkcji.
6-cylindrowy silnik Leyland E 400 przez wiele lat nie był uruchamiany, dlatego trzeba było go poddać gruntownej naprawie. Był to protoplasta silnika SW 400, znanego z kombajnów Bizon. Prototypowy Piast posiada silnik z oryginalną pompą zasilającą Siemens-Leyland z pompką zasilającą membranową. Instalację elektryczną tak przygotowano, że w razie awarii układu napędowego kabinę można było bardzo szybko zdemontować, by mieć do niego łatwy dostęp, dzięki zastosowaniu standardowego gniazda 7-biegunowego.
Wiele pracy poświęcono odrestaurowaniu gąsienic do Piasta. Długie lata postoju oraz ambitne podejście inżynierów, którzy chcieli stworzyć precyzyjny układ gąsienic, sprawiły, że przegubowe połączenia zatarły się. W nowej konstrukcji zastosowano łączniki z tulejami i sworzniami. Jedna z gąsienic miała uszkodzone łączniki, które udało się wykonać ze stali. Odrestaurowany ciągnik Piast G-752 będzie można spotkać podczas corocznego Festiwalu Starych Maszyn i Urządzeń Rolniczych im. Jerzego Samelczaka w Wilkowicach.
Cechy współczesnych ciągników gąsienicowych
Wraz z popularnością ciągników kołowych, maszyny gąsienicowe stają się coraz bardziej nieznane wielu użytkownikom krajowym. Jednak w ostatnich latach obserwuje się powrót maszyn gąsienicowych w zastosowaniach gruntów rolnych. Zmiana ta wynika z niezastąpionych zalet ciągników gąsienicowych w porównaniu z ciągnikami kołowymi.
Wyższa przyczepność i siła uciągu
Ciągniki gąsienicowe mają wyższą przyczepność niż ciągniki kołowe. Przy tej samej masie maszyny siła uciągu traktora gąsienicowego jest 1,4-1,8 razy większa niż traktora kołowego. Teoretycznie maksymalna sprawność trakcji ciągnika kołowego wynosi 55-65%, a ciągnika gąsienicowego może sięgać 70-80%. Oznacza to, że przy tej samej mocy efektywna moc silnika ciągnika kołowego jest o 15% większa niż w przypadku ciągnika gąsienicowego. Testy pokazują, że na twardych gruntach i gruntach uprawnych sprawność trakcyjna ciągników gąsienicowych jest o 10-20% wyższa, szczególnie przy mocy 100 KM i więcej.
Mniejszy nacisk na podłoże
Ciągniki gąsienicowe mają mniejszy nacisk na podłoże. Nacisk właściwy na podłoże różnych typów ciągników gąsienicowych od 51,5 kW do 132 kW wynosi 44,7 ~ 53 kPa, podczas gdy w ciągnikach kołowych o tym samym poziomie mocy jest znacznie większy. Prowadzi to do słabej przyczepności opon i wysokiego poślizgu. Nacisk ciągnika kołowego na podłoże jest duży. Podczas orki tylne koło zawsze porusza się w bruździe, a ścinający wpływ opony na glebę uszkadza jej strukturę w warstwie pługa. Po kilku latach uprawy pod płużną warstwą gleby tworzy się twarda warstwa dna, która nie sprzyja magazynowaniu wody i zachowaniu wilgoci oraz wzrostowi plonów. Nawet po głębokim zgrabianiu pozostają małe twarde grudki, a mikrostruktura gleby zostaje zniszczona. Ciągnik gąsienicowy ma niższy stosunek gruntu do gruntu i mniejsze zagęszczenie gleby niż ciągnik kołowy. Szczególnie widoczny jest efekt głębokiej orki i drobiazgowej uprawy, co sprawia, że ciągniki gąsienicowe mają oczywiste zalety w pracach na niskich i podmokłych terenach.
Prędkość pracy i stabilność
Obecnie prędkość orki ciągnika gąsienicowego jest równa prędkości ciągnika kołowego. Niezależnie od tego, czy jest to orka, bronowanie, siew i inne prace na polu, ciągnik gąsienicowy nie jest wolniejszy niż ciągnik kołowy, a przewaga trakcji jest bardzo oczywista. Ze względu na niski środek ciężkości i duży współczynnik przyczepności, ciągniki gąsienicowe mają dobrą stabilność na zboczach przed przewracaniem się i ślizganiem, a także charakteryzują się zwrotnością o małym promieniu skrętu, dużą zdolnością wspinania się i osiągami w terenie. Są lepiej przystosowane do ciężkich operacji rekultywacji gruntów gliniastych i nieużytków oraz innych ciężkich operacji sadzenia i tarasowych. Szczególnie na terenach pagórkowatych, gdzie nachylenie ziemi uprawnej jest stosunkowo duże, a opór gleby nierówny, ciągniki gąsienicowe znacznie poprawiają jakość pracy w porównaniu do ciągników kołowych, które mają słabą stabilność, niebezpieczną obsługę i nierówną głębokość pracy na zboczach.
Praca w trudnych warunkach glebowych
Ciągnik gąsienicowy nadaje się również szczególnie do prac rolniczych w trudnych warunkach glebowych, zwłaszcza do prac polowych wczesną wiosną, gdy gleba nie jest rozmrożona. Ogólnie rzecz biorąc, traktor gąsienicowy może zejść na ziemię o 2-3 dni wcześniej niż traktor kołowy, co jest wygodnym sposobem na wykorzystanie czasu rolniczego. Po wyposażeniu w gąsienice gumowe ciągnik gąsienicowy może również jeździć po drogach, co czyni go bardziej wszechstronną maszyną do pracy w terenie.
Komfort i nowoczesne technologie
Obecnie ciągniki gąsienicowe mają na ogół hydrauliczne wspomaganie kierownicy, całkowicie zamknięte kabiny amortyzujące, opcjonalne klimatyzatory i grzejniki, instrumenty cyfrowe itp., a hałas wokół ucha i komfort jazdy zostały znacznie ulepszone. Dzięki zastosowaniu nowych technologii, takich jak różnicowy układ kierowniczy, pojedynczy uchwyt czy sterowanie kierownicą, jego komfort obsługi będzie stawał się coraz lepszy i nie jest już gorszy od ciągników kołowych.
Wady i rozwiązania
Tradycyjnie główną wadą ciągników gąsienicowych było szybkie zużycie urządzeń do chodzenia, takich jak rolki, koła prowadzące, rolki podporowe i gąsienice („trzy koła i jedna płyta”), wysoki koszt konserwacji i stosunkowo niska prędkość przejazdu. Dodatkowo, wraz z rozwojem utwardzania dróg wiejskich, metalowe ciągniki gąsienicowe były niewygodne w przenoszeniu. W odpowiedzi na to, producenci opracowali gumowe urządzenia gąsienicowe. Po wyposażeniu w gąsienice gumowe efekt redukcji wibracji i hałasu ciągnika gąsienicowego jest oczywisty, komfort znacznie się poprawia, a problem adaptacji do przenoszenia drogi został rozwiązany.
Niektóre fabryki oferują modyfikację ciągników kołowych, wymieniając oryginalne gumowe opony na rozstawy kół gąsienic (tylne opony lub wszystkie), co pozwala uzyskać duży ciągnik gąsienicowy przy bardzo niskich kosztach.
tags: #ciagnik #gasienicowy #zageszczanie #gruntu