Ciągnik domowej produkcji, znany potocznie jako SAM (lub samopał, papaj), to autarkiczny pojazd, najczęściej samochód, motocykl lub ciągnik, wykonany samodzielnie lub w warsztacie. Zazwyczaj powstaje w jednym egzemplarzu, choć rzadziej może być produkowany w małej serii. Główną przyczyną jego powstawania były wieloaspektowe niedostatki w zaopatrzeniu indywidualnych gospodarstw rolnych, co wymuszało samodzielne tworzenie maszyn roboczych.
W Polsce, zgodnie z ustawą Prawo o ruchu drogowym, pojazd marki „SAM” jest definiowany jako pojazd zbudowany przy wykorzystaniu nadwozia, podwozia lub ramy, o konstrukcji własnej. Nazwa „SAM” wywodzi się od popularnego w latach 50. XX wieku. Najbardziej ogólnym i najczęściej używanym słowem w stosunku do traktorów skonstruowanych w jednym egzemplarzu w sposób amatorski lub rzemieślniczy jest właśnie SAM. Jednak w zależności od regionu nazywano je także papajami, esiokami, pukocami czy unochodami. Niektóre z tych nazw pochodzą od dźwięków, jakie generowały, silników, jakie zazwyczaj używały, albo odnosiły się do pewnej grupy pojazdów.
Koncepcje i wyzwania napędu w ciągnikach SAM
Adaptacja komponentów przednionapędowych do konstrukcji 4x4
Wielu konstruktorów SAM-ów staje przed wyzwaniem stworzenia pojazdu 4x4, często bazując na dostępnych, przednionapędowych komponentach samochodowych. Jednym z pomysłów jest wykorzystanie silnika i skrzyni biegów z przednionapędowego busa, na przykład Renault Trafic 2.5L, ustawiając go wzdłużnie. Następnie przedłuża się półosie, aby podłączyć do nich dwa mosty napędowe. Przykładem takiej realizacji jest konstrukcja, w której wykorzystano silnik i skrzynię z Golfa 2, ustawiając je wzdłużnie, z jedną półosią na przód, a drugą na tył. Z tyłu zastosowano most Fiata, a z przodu zawieszenie Syrenki z dyferencjałem Audi A4 quattro. Taki ciągnik osiągał prędkość maksymalną około 45 km/h na maksymalnych obrotach, choć silnik 1.6 D uległ awarii.
Wyzwania techniczne i rozwiązania
Mechanizmy różnicowe i przełożenia
Jedną z kluczowych kwestii jest odpowiednie zarządzanie mechanizmami różnicowymi. Jeśli w skrzyni, która rozdziela napęd na przód i tył, nie zablokuje się dyferencjału, to przy obciążeniu będzie ciągnęło tylko jedno koło. Rozważano blokowanie mechanizmu różnicowego nie tylko w skrzyni głównej, ale również w dyfrze na tylnej osi, zwłaszcza w ciągnikach łamanych w połowie, co minimalizuje problemy ze skrętem. Co do zgrania obrotów, wystarczy zastosować dwa takie same dyfry, np. dwa od Mercedes-Benz W124, z których jeden jest obrócony do góry nogami. Można też kombinować z mostami i kołami o różnych przełożeniach, np. most od Stara z tyłu i UAZa z przodu, jednak takie połączenia wymagają dokładnego przeliczania wytrzymałości i zgrania obrotów.
Konieczne może być dorobienie przekładni, aby wyrównała obroty, lub nawet dwóch (do przodu i do tyłu), aby koła kręciły się z podobną prędkością, a także redukcji do wałów. Wszystko to jest łatwe do policzenia, ale często konstruktorzy zapominają o wytrzymałości mostów. Należy pamiętać, że producent samochodów dostosowuje mosty do masy i mocy pojazdu. Łączenie mostu od terenówki o DMC 2 tony z mostem od ciężarówki o DMC 10 ton może prowadzić do poważnych problemów.
Problemy eksploatacyjne napędów 4x4
Jeżeli występuje różnica w wielkości kół przednich i tylnych, dokładne dopasowanie prędkości jest praktycznie niemożliwe. Nawet idealnie dopasowane przełożenia mogą z czasem przestać się zgrywać z powodu zużycia ogumienia. Na przykład, po pewnym czasie przednie koło przejedzie 1 metr, a tylne tylko 98 cm, co prowadzi do zwiększonych oporów i nadmiernego zużycia opon i przekładni, szczególnie w terenie o dużej przyczepności. Dlatego przedniego napędu i blokady tylnego mostu nie używa się podczas jazdy po twardym podłożu, a w terenie należy stosować je ostrożnie, gdyż są to tylko chwilowe wspomagacze. Ponadto, nawet przy identycznych mostach i kołach, jazda po łuku powoduje naprężenia między mostami, ponieważ każde koło pokonuje inną drogę, chyba że pojazd jest „łamany” w połowie (jak TZK), wtedy koła idą tym samym torem.
W przypadku małych ciągników rzędu 60 KM, przedni most ma jedynie pomagać w uciągu, a nie odwalać całą pracę. Stosuje się go głównie w terenie, gdzie koło może się uślizgnąć, co zapobiega nadmiernym naprężeniom wynikającym z niedopasowania przełożeń.
Ograniczenia i sugestie dotyczące przedniego napędu (2WD FWD)
Jeśli ciągniczek miałby być wyłącznie z napędem na przód, pomysł ten, choć niegłupi, wiąże się z większym nakładem pracy i części, gdyż wymaga mostu ze skrętnymi osiami lub kombinacji ze zwrotnicami i półosiami. Przedni napęd nie jest zbyt korzystny przy pracach wymagających dużego uciągu, takich jak orka, która generuje ogromne zapotrzebowanie na energię. Przy sporym oporze lemieszy, traktor z napędem na przód będzie miał tendencję do "podrywania" przednich kół, co prowadzi do ześlizgiwania się i zmniejszenia uciągu.
Dużo prostszym rozwiązaniem, sugerowanym przez doświadczonych konstruktorów, jest użycie mostu od pojazdu tylnonapędowego (np. od Żuka, Nysy, Lublina lub Poloneza) i zastosowanie z przodu wahliwej osi na zwrotnicach od Tico. Inna koncepcja "papaja" zakłada umieszczenie silnika z przodu wzdłużnie, zaspawanie dyferencjału Tico i wyprowadzenie jednej z półosi na tylny most z blokadą, co jest często spotykanym rozwiązaniem.
Historia i ewolucja ciągników SAM w Polsce
Geneza i czasy PRL
W czasach, gdy składnice rolnicze świeciły pustkami, a zdobycie nowego Ursusa graniczyło z cudem, wielu polskich rolników wzięło sprawy w swoje ręce. To naturalna potrzeba posiadania maszyny zdolnej odciążyć pracę. Gospodarstwa się rozrastały, praca ręczna stawała się nie do ogarnięcia, a dostępność sprzętu rolniczego była mocno ograniczona. W latach 70. czy 80. rolnicy, szczególnie ci z zacięciem mechanicznym, wpadali więc na prosty pomysł: „Zrobię sobie traktor sam”. Nie był to kaprys ani hobby, tylko realna potrzeba. SAM miał orać, przewozić, kosić - ale nie musiał wyglądać.
Apogeum rozwoju masowej budowy pojazdów autarkicznych przypadło na lata 70. i 80. XX wieku. W 1984 roku indywidualni rolnicy wykupili 94% polskiej produkcji silników rolniczych małej mocy, z czego większość przeznaczono właśnie do budowy SAM-ów. Jedną z przyczyn zapotrzebowania na samopały były działania władz PRL, które torpedowały udane konstrukcje krajowe (np. Ursus „U”), jednocześnie fatalnie przygotowując produkcję licencyjną (Massey Ferguson).
Historia i Rozwój Ciągników SAM w Polsce rozpoczyna się po zakończeniu II wojny światowej. Ich budowa bazowała na częściach pozostałych lub porzuconych pojazdów wojskowych, takich jak Dodge'e, Willysy, a nawet motocykle. Ze względu na wyeksploatowanie i późniejszą likwidację, w Polsce nie zachowały się maszyny starsze niż te zbudowane po 1950 roku. W kolejnych dekadach do budowy SAM-ów wykorzystywano głównie silniki rolnicze, części i podzespoły z różnych pojazdów, w tym maszyn rolniczych, a także części ciągnikowe i motocyklowe. Rzadko stosowano fabrycznie nowe części.
Typowe źródła części i konstrukcje
Prawdziwa szkoła polskiej zaradności opierała się na demobilu wojskowym, złomowiskach oraz starych samochodach ciężarowych, motocyklach i maszynach przemysłowych.
- Silniki: Najczęściej stosowano silniki z Żuków, Nys, a nawet z pomp stacjonarnych. Najpopularniejszym napędem wśród wszystkich polskich ciągników domowych są oczywiście „esioki”, czyli pojazdy wykorzystujące motory małej mocy z Andrychowa. Jednostki o oznaczeniu S15, S320, S321, S322 o mocach od 15 do 36 KM stały się podstawą do konstruowania własnych ciągników. Popularny był także motor S60 o mocy 11 - 12 KM. Zdarzały się także pojazdy wykorzystujące silnik S301D (zwane także S7) o mocy zaledwie kilku KM. Stosowano również silniki Syreny czy elementów napędowych z Warszawy, Stara.
- Skrzynie biegów: Popularna była skrzynia z Żuka, Warszawy albo GAZ-a 51.
- Rama: Czasem spawana od podstaw z ceowników, czasem przerobiona z lekkiej ciężarówki.
- Koła: Gdy brakowało typowych opon rolniczych, montowano np. koła od ciężarówki.
Budowa takiego ciągnika to nie było sklecenie byle czego. Dobry SAM miał przemyślaną konstrukcję, odpowiednie przełożenia i często autorskie rozwiązania. W latach 80. XX wieku w Polsce, według różnych szacunków, użytkowano od 30 do 100 tysięcy takich maszyn. Z wyjątkiem Podhala i okolic Krosna, nie były to pojazdy nigdzie rejestrowane.
Ewolucja i podział konstrukcji SAM
Tomasz Dzikowski, kustosz wystawy stałej rolniczych SAM-ów w Muzeum Wsi Radomskiej, podzielił konstrukcje na cztery podstawowe grupy:
- Pojazdy, w których wykorzystano podzespoły innych konstrukcji (najczęściej samochodów osobowych), które następnie zaadaptowano na jakąś ramę. Konstrukcje z tej grupy mają często ciekawe rozwiązania, takie jak reduktor czy odwrócony o 180 stopni most napędowy.
- SAM-y zbudowane na podstawie elementów z innych ciągników rolniczych.
- Wszelkie pojazdy skonstruowane na bazie motocykli i silników z motocykli. Zazwyczaj wykorzystywano do takich konstrukcji przód motocykla z ramą i dobudowywano do nich specjalną pakę.
Dodatkowo, pojazdy dzielono ze względu na położenie silnika:
- Z osiowym położeniem silnika - silnik jest połączony bezpośrednio ze sprzęgłem i skrzynią biegów (oś wału korbowego pokrywa się z osią sprzęgła i skrzyni biegów).
- Z układem równoległym - połączenie ze sprzęgłem i skrzynią biegów wymaga dodatkowej przekładni działającej w jednej płaszczyźnie (oś wału korbowego jest równoległa do osi skrzyni biegów).
Najpłodniejsi wytwórcy, utrzymujący się z budowy samopałów, stworzyli w ciągu swojej działalności po około trzysta pojazdów. Do takich twórców należeli m.in. Józef Mucha z Tarnowa czy Tadeusz Ząbek z Łącka. Dziś ciągniki SAM to prawdziwe perełki. Ceny takich SAM-traktorów są zróżnicowane i zazwyczaj niewielkie, ale czy adekwatne do włożonej w ich powstanie pracy?
Przykład współczesnej budowy ciągnika SAM: Projekt Damiana Kujawy
Inspiracja i ogólna konstrukcja
Jednym z przykładów kreatywności i zaradności jest ciągnik SAM zbudowany przez Damiana Kujawę z rodzicami, prowadzących niewielkie gospodarstwo rolne w Kozich Laskach (powiat nowotomyski, woj. wielkopolskie). Główną inspiracją do tego, jak ten ciągnik SAM ma wyglądać, był niewielki, niemiecki traktor o oznaczeniu UT082, produkowany pomiędzy rokiem 1984 a 1989. Podobieństwo obu maszyn jest wyraźne. Cała konstrukcja w głównej mierze bazuje na częściach wykonanych samodzielnie oraz na wykorzystaniu elementów z odzysku, zazwyczaj po prostu ze złomu. Główną konstrukcję nośną całego ciągnika stanowi rama, wykonana z grubej, giętej i spawanej blachy. Jest to już druga rama zastosowana w ciągniku, ponieważ początkowo zbyt duże udźwigi ładowacza czołowego i tylnego TUZ-a doprowadziły do przeciążenia i zniszczenia pierwotnej ramy.
Silnik i układ napędowy
Jednostkę napędową stanowi 4-cylindrowy silnik wysokoprężny o pojemności 1,8 litra produkcji Forda. Silnik ten pochodzi z modelu Ford Escort, ale wykorzystywany był również w innych modelach tej marki. Fabrycznie jednostka ta odznaczała się mocą 75 KM, jednak w wyniku modyfikacji moc zmalała do poziomu ok. 60 KM. Seryjnie motor posiadał doładowanie realizowane za pomocą turbosprężarki, która została usunięta. Jak twierdzi pan Damian, ułatwiło to montaż jednostki, zmniejszyło jej wysilenie, a moc na obecnym poziomie jest i tak wystarczająca.
Silnik jest mocowany do ramy przy użyciu seryjnych poduszek. Ma to swoje zalety, redukując poziom wibracji przenoszonych na ramę i operatora, co pozytywnie wpływa na komfort pracy. Z drugiej strony, trzeba było stoczyć prawdziwy bój z wydechem. Początkowo w ciągniku montowane były tłumiki zapożyczone z innych ciągników. Niestety, ich stosunkowo duża masa, połączona z silną pracą motoru na poduszkach, powodowała, że wydechy notorycznie się łamały u nasady. Ostatecznie zmusiło to młodego rolnika do zastąpienia tłumika lekką rurą ze stali kwasoodpornej.
Pomysł na realizację przełożeń w tym ciągniku zasługuje na nagrodę za kreatywność. Silnik współpracuje ze skrzynią biegów z Opla Omegi, która wstępnie redukuje obroty i zwiększa moment obrotowy. Bezpośrednio na wyjściu ze skrzyni do wału napędowego montowany jest łącznik elastyczny, przekazujący napęd dalej do tylnego mostu. Most zaś pochodzi z dużego wózka widłowego i dysponuje dwoma zakresami prędkości oraz rewersorem.
Zastosowanie dwóch skrzyń biegów jest uzasadnione znacznymi różnicami w zakresie obrotowym i specyfice oddawania mocy między silnikami samochodów osobowych a potrzebami prac polowych. Jedna skrzynia biegów mogłaby skutkować zbyt wysokimi prędkościami przy niewystarczającym momencie obrotowym do prac polowych. Efektem tej kombinacji dwóch skrzyń jest łącznie 12 przełożeń do przodu oraz - dzięki temu, że tylny most ze skrzynią posiada rewersor - 12 przełożeń do tyłu. Sama dźwignia zmiany kierunku jazdy została sprytnie przeniesiona za pomocą cięgien tak, że znajduje się tuż przy kierownicy. Na najwyższym biegu ciągnik SAM rozpędza się do prędkości około 25 km/h.
Osprzęt i hydraulika
Głównym zadaniem, które ciągnik wykonuje w gospodarstwie, jest praca z ładowaczem czołowym. Oprócz produkcji roślinnej, rodzina trudni się jeszcze hodowlą bydła opasowego. Cały ładowacz wraz z osprzętem został wykonany własnoręcznie przez pana Damiana, i to przy użyciu jedynie prostych narzędzi ręcznych. Jakości wykonania nie powstydziłby się chyba żaden producent ładowaczy. Udźwig, jak na tak mały ciągnik, również imponuje, gdyż bez większego problemu radzi sobie z ciężarami rzędu 350 kg, co absolutnie nie jest jego granicą. Początkowo ciągnik SAM wykorzystywał inny ładowacz z grubszymi siłownikami i pracował na ciśnieniu w układzie hydraulicznym rzędu 150 bar.
Na uwagę zasługuje również mocarny, tylny TUZ (trzypunktowy układ zawieszenia). Bazuje on na podzespołach z Ursusa C-360, jednak za podnoszenie odpowiada tutaj spory siłownik z pługa PHX. Jak wspomniano, tak duże udźwigi ładowacza czołowego oraz tylnego TUZ-a ostatecznie doprowadziły do przeciążenia całego ciągnika i zniszczenia ramy nośnej. Po tym zdarzeniu maszyna otrzymała nową, mocniejszą ramę i zbudowany został nowy ładowacz. Aby zapobiegać takim sytuacjom w przyszłości, ograniczono ciśnienie w układzie do 120 bar, a siłowniki wymieniono na mniejsze. Ciągnik ma dwa niezależne układy hydrauliczne.
Bezpieczeństwo i komfort pracy
Przednią oś stanowi skrócona i nieco zmodyfikowana oś od Tarpana, dzięki czemu ciągnik hamuje na wszystkie cztery koła, co jest niezwykle istotne przy pracy z ładowaczem, gdy tył jest mocno odciążony. Dodatkowo układ wyposażono w serwo hamulcowe, tym samym siła, z którą trzeba naciskać na pedał, jest zdecydowanie mniejsza. Komfort pracy poprawia również zastosowanie hydraulicznego pedału sprzęgła oraz oświetlenie LED-owe.
Przyszłość rolnictwa: Autonomia kontra samodzielna konstrukcja
Współczesne rozwiązania autonomiczne
Współczesne rolnictwo coraz śmielej wkracza w erę cyfryzacji i automatyzacji. Koncepcja "Rolnictwa 5.0" staje się realnymi rozwiązaniami, które trafiają na pola i do terminali w kabinach maszyn. Międzynarodowe spotkania, takie jak festiwal "Farming Red" w Austrii, pokazują postęp w dziedzinie autonomicznych maszyn. Firma Case IH zaprezentowała tam działający autonomiczny ciągnik serii Magnum, wyposażony w kamery, czujniki i radary systemu Raven. W Stanach Zjednoczonych maszyny Case IH (ciągnik i rozsiewacz samojezdny Trident) oraz ciągniki New Holland już jeżdżą po polach, wykorzystując system autonomiczny.
Rozsiewacz serii Trident o mocy 390 KM był pierwszym autonomicznym rozsiewaczem w branży rolniczej na świecie. Ciągnik Case IH Magnum z systemem Raven Autonomy oferuje pełną kontrolę nad prędkością pojazdu, jego zadaniami i innymi parametrami. System ten posiada specjalny pakiet oprogramowania do naprowadzania i sterowania, kontroli napędu, percepcji i planowania ścieżki. Operatorzy mogą zaplanować i wykonać całą operację polową z urządzenia mobilnego, w oparciu o zmapowane granice pola. W przypadku problemów, traktor zatrzymuje się i wysyła powiadomienie do zdalnego operatora. Obecnie system nie jest jeszcze gotowy do sprzedaży, głównie ze względu na przepisy prawne, które nie nadążają za rozwojem technologii.
Kuhn Aura to przykład wyspecjalizowanego robota żywieniowego, który stanowi samodzielną maszynę, a nie dodatek do ciągnika. Jest to pełny cykl bez operatora. Claas, we współpracy z AgXeed, obrał inną drogę, opracowując moduł VCU (Vehicle Control Unit), który montuje się na istniejącym ciągniku. Jest to autonomia poziomu drugiego, gdzie ciągnik sam prowadzi maszynę. Pełną autonomię w polu oferuje ciągnik AgBot 5.115T od AgXeed. Jest to maszyna o mocy 115 kW, z silnikiem Deutz 4,1 l i elektrycznym układem przeniesienia napędu. Naprowadzanie odbywa się z dokładnością do 2,5 cm dzięki RTK GNSS. Bezpieczeństwo zapewniają czujniki LIDAR, radarowe i ultradźwiękowe oraz czuły zderzak. Maszyna nie może poruszać się po drogach publicznych.
Kubota i Kverneland prezentują ciekawy kierunek w zestawie z ciągnikiem M7 czwartej generacji i rozsiewaczem DSX-W Geospread, wykorzystując system TIM (Tractor Implement Management), który pozwala maszynie na kontrolowanie ciągnika w pewnym zakresie. Amazone AutoTill pokazuje, jak budować autonomię w uprawie gleby krok po kroku. Rozwiązanie dostępne w kultywatorach Cenio i Cenius umożliwia automatyczne ustawienie maszyny według zdefiniowanych parametrów i stałe monitorowanie pracy. Lemken zdobywa doświadczenie dzięki robotowi VTE i rozwija systemy kamer oraz czujników do upraw roli. Valtra posiada w swoich ciągnikach niemal komplet narzędzi potrzebnych do pracy autonomicznej, takich jak Valtra Guide czy AutoTurn.
Wartość budowania SAM-a we współczesnym kontekście
W obliczu tak zaawansowanej technologii, rodzi się pytanie, czy aby na pewno warto inwestować tyle czasu i pracy w budowę własnego, unikalnego ciągnika, czy może lepiej kupić coś gotowego? "Majsterkowanie jest moją ogromną pasją" - podkreśla Damian Kujawa, który ukończył inżynierię rolniczą. To pokazuje, że dla wielu budowa SAM-a to nie tylko ekonomiczna konieczność, ale także źródło satysfakcji i realizacja pasji.
Mimo dostępności nowoczesnych rozwiązań, ciągniki SAM nadal są eksploatowane, a w latach po roku 2000 przesunęły się one do gospodarstw, które wcześniej korzystały wyłącznie z siły zwierząt pociągowych lub nie posiadały żadnej siły roboczej. Rozkład zjawiska eksploatacji SAM-ów na mapie Polski pokrywa się z obszarami o najbardziej rozdrobnionym rolnictwie. Co ważne, obecnie ciągniki „SAM” są wykorzystywane głównie w rolnictwie i ogrodnictwie, najczęściej bez homologacji i rejestracji, co oznacza, że nie są dopuszczone do ruchu drogowego po drogach publicznych. Rejestracja pojazdu wymaga przejścia badań technicznych, których zakres określają odpowiednie przepisy.
Z drugiej strony, oferta niewielkich ciągników dla małych i średnich gospodarstw jest bardzo bogata. Praktycznie każdy większy producent proponuje modele o mocach rzędu 40-60 KM i kompaktowych rozmiarach, które umożliwiają pracę w niskich budynkach, bądź w ogrodnictwie. Ostateczny wybór pomiędzy samodzielną konstrukcją a gotowym rozwiązaniem często zależy od indywidualnych potrzeb, zasobów finansowych oraz, przede wszystkim, pasji konstruktora.