Peseekö käyttäjä tekniikan pihtauksessa Jussi Esala - SeAMK

Transkriptio

1 Peseekö käyttäjä tekniikan pihtauksessa Jussi Esala - SeAMK Hanke Polttoaineen kulutuksen vähentäminen kasvinviljelytöissä Traktorin polttoainetta säästävät käyttöperiaatteet Kulutuksen seuranta

2 Hanke HY vetää kolmivuotista valtakunnallista hanketta SeAMK ja JAMK osatoteuttajia Manner-Suomen maaseudun kehittämisohjelma toimenpiteen 124 mukainen yhteisyöhanke Edistää uusien tuotteiden ja tekniikkojen kehittämistä ja käyttöönottoa Edunsaajan hyöty Tietomateriaalia Laskureita Päätöksentekomalleja Koulutusta JEsala 2

3 Energian yksiköt ja suhteet Joule J = Ws = 3600 kws = 1 kwh 10 kwh = 1 l polttoöljyä ><1 kg polttoöljyä = 43 MJ (= n. 12 kwh) n. 5 kwh = kilo puun tai oljen kuiva-ainetta 1000 kwh = 1 MWh 1 MWh = n. yksi kuutio kuivaa haketta tai turvetta JEsala 3

4 Kasvintuotannon energia peltotyöt Esityksen tarkastelutapa Suora energiankulutus Konekohtainen kulutus Työkone traktori kokosuhteen merkitys Olosuhteiden merkitys Työketjun merkitys JEsala 4

5 Työn ja energian yksikkö sama Energia ja työ Työn (W = F*s) tekemiseen tarvitaan energiaa 5 m äkeen vastus 20 kn ja matka hehtaarin alalla m >> työ on N * 2000 m = Nm (kgm 2 /s 2 ) = 40 MJ, mikä vastaa noin 1 l polttoöljyä!!! Pohdintoja? Hyötysuhde! (moottori, voimansiirto, veto) 1 l/ha/(0.35*0.8*0.7) = 5.1 l/ha Matka s Vetovastus F JEsala 5

6 Kulutus l/ha Kasvintuotannon polttoaineen kulutus kyntö kn/m2 100 kn/m2 150 kn/m2 Hyvin kevyt maa: mm, kht Normaali savimaa Tiukka kuivunut päiste savimaalla Erinomainen ƞ Hyvä ƞ Alhainen ƞ Maan ominaisvastuksen sekä traktorin veto- voimansiirto- ja moottorihyötysuhteiden vaikutus kyntötyön (kyntösyvyys 20 cm) laskennalliseen hehtaarikohtaiseen polttoaineen kulutukseen. (Hyötysuhteet erinomaisesta alhaiseen: vetohyötysuhde , voimansiirron hyötysuhde , moottorin hyötysuhde- 0, ) JEsala 6

7 Vetovastus kn/m Kasvintuotannon polttoaineen kulutus kyntö Polttoaineen kulutukseen vaikuttavat tekijät Maalaji: Hyötysuhteet: (ed. sivun kuvio) Kyntösyvyys: 1 2 l/ha / 1 cm Säädöt: + useita litroja Maan kosteus: Vetovastus Tr. Vetokyky Maan rakenne: +/- useita litroja Ajonopeus Tr. aura - kokosuhde 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 13 cm 17 cm 21 cm Auran vetovastus (kn/m) savi- ja hiuemaalla kolmessa eri kosteudessa 13, 17 ja 21 cm kyntösyvyyteen kynnettäessä. Normaalikosteus on tässä ollut muovailtavuuden rajaarvon tuntumassa. (Kuvio tehty Arvidsson 2004 aineistosta) JEsala 7

8 Kasvintuotannon polttoaineen kulutus lautasmuokkari ja kultivaattori 8 Hehtaarikohtainen polttoaineen kulutus riippuu suuresti Työsyvyydestä Ajonopeudesta Käsittelykerroista Kultivaattorilla piikin rakenteesta Kulutus 6 10 cm työsyvyydellä Maalajista riippuen 6 13 l/ha (mm. DLG testit) - on vajaa puolet kynnön kulutuksesta Kahdella muokkauskerralla kulutus lähenee kynnön kulutusta Voi vähentää jatkokäsittelyn kulutusta JEsala

9 Piikin vetovastus N Kasvintuotannon polttoaineen kulutus s-piikkiäes Hehtaarikohtainen polttoaineen kulutus riippuu Muokkaussyvyydestä Piikkien lukumäärä / työleveys Etuladan säädöistä Maalajista Ajonopeudesta Kulutus 4 6 cm syvyydellä: 4 6 l/ha Toinen muokkauskerta hieman pienemmällä kulutuksella Ladan reipas käyttö voi lisätä 1 2 l/ha Multamaan kulutus voi olla sama kuin kivennäismaan, jos sama yhdistelmä ja sama syvyyssäätö cm 6 cm 8 cm Muokkasusyvyys Savi, 1. muokkaus (7 km/h) Multa, 1. muokkaus (7 km/h) Savi, 2. muokkaus (10 km/h) Multa, 2. muokkaus (10 km/h) Kuvio 9. S-piikkiäkeen ensimmäisellä piikkiakselille asetetun s-piikin aiheuttama vetovastus savi- ja multamaalla eri muokkaussyvyyksillä. Kuvio on piirretty Mäkinen 1985 aineistosta JEsala 9

10 Kasvintuotannon polttoaineen kulutus kylvölannoitin Laahavantaita jäljittelevä vannas 3 6 cm syvyydellä N/vannas (Gebresenbet & Jönsson 1992) Vertaa: s-piikki toisessa muokkauksessa 4 6 cm syvyydellä N/piikki (Mäkinen 1985) Kiekkovantaiden vetovastukseen vaikuttavat maasta johtuvien lisäksi kiekon halkaisija. Paksuus, muoto ja kulma ajosuuntaan nähden Suorakylvössä hiesusavella muutamaan senttiin n. 200 N/vannas (Collins ja Fowler 1996) S-piikki 8 cm syvyyteen N/piikki (Mäkinen 1985) Väderstad Super-Rapid XL 300 C: 4 5 kn/m eri muokkauksien jälkeen (Magnusson 2004) > keskimäärin N/vannas (takapyörät mukana!) JEsala 10

11 Vierimisvastuskerroin Kasvintuotannon polttoaineen kulutus kylvölannoitin Takapyörät Vierimisvastuskerroin 0,1 0,15 Maan kantavuus Rengaspaine ja renkaan koko vaikuttavat Vastusvoima on pyörillä olevalla painovoima kerrottuna kertoimella Renkaan läpimitta, mm Danfors 1980, ref. Sjöland 1986 Juuri muokattu Muokattu, kevyesti tiivistetty JEsala 11

12 Kasvintuotannon polttoaineen kulutus kylvölannoitin Matka s Vetovastus F Kylvölannoitin 3 m, massa 6000 kg F: 0,15* N = 9 kn Lannoite ja siemenvantaat, kpl FS: 80 N * 24 = 2 kn FL: 300 N * 12 = 3,6 kn Yht. 5,6 kn Traktori, massa 6000 kg F: 0,1* N = 6 kn Tarvittava teho vetovarsissa 20,6 kn * 3 m/s = n. 60 kw Tarvittava teho moottorissa 60 kw/(0,8*0,9) = 83 kw (+hydrauliikka ja reservi!) > 83 kw polttoainetta 83 kw * 230 g/kwh = 23 l/h = 7,1 l/ha JEsala 12

13 Kasvintuotannon polttoaineen kulutus Ero suurimmillaan n. 40 l/ha = 40 = kg jyviä JEsala 13

14 Kasvintuotannon polttoaineen kulutus 5 tilaa Tuotantoon kulunut öljy litraa/satotonni Toroska JEsala

15 Traktorin käyttöperiaatteet Tutustu traktorin moottorin ominaisuuksiin Tehokas traktorin käyttö lähtee ominaiskulutuksen ymmärtämisestä Etsi oman tai vastaavan tiedot netistä (esim. Valitse oikea traktori työkonesuhde Säädä kierrosluku ja vaihde Sopiva massa JEsala 15

16 Traktorin käyttöperiaatteet Moottorin ominaisuudet (JD 6506) JEsala 16

17 Moottorin momentti % nimellistehon momentista Moottorin teho % nimellistehosta Traktorin käyttöperiaatteet Simpukkakuvio Moottorin polttoaineen kulutus eri kuormituksilla - simpukkakuvio Oikea vaihde ja kierrokset Oikea työkoneen koko suhteessa traktoriin Esimerkki A - B A: Esimerkiksi 100 kw traktorin tehosta tarvitaan 60 % (= 60 kw) työkoneen vetämiseen moottorin käydessä nimellisnopeudella > polttoainetta kuluu 280 g/kwh*60 kw = 16.8 kg/h > n. 23 l/h B: sama traktori työssä alennetulla moottorin nopeudella ja suuremmalla vaihteella (ajonopeus ennallaan) > polttoainetta kuluu 230 g/kwh* 60 kw = 13.8 kg/h > n. 19 l/h Moottorin kierrosluku % nimelliskierrosluvusta Lähde: Fat berichte 2000: JEsala 17

18 Traktorin käyttöperiaatteet vetohyötysuhde Traktorin vetohyötysuhde 100 % Vetävillä pyörillä oleva massa ja työkoneen vaatima vetovoima vaikuttavat kuvion muotoon ja tasoon 80 % 60 % Vierimisvastushäviö Luistoon tuhlautuva osa 40 % Vetohyötysuhde 20 % Vierimisvastushäviö, jonka suuruuteen vaikuttavat Maan kantavuus Renkaiden koko ja paine Traktorin massa Luisto JEsala 18

19 Traktori kuljetuksissa Traktorikuljetuksien polttoaineen kulutus riippuu Kuljetettavasta massasta Renkaista ja rengaspaineista Suuntaa antavat vierimisvastuskertoimet Kuorma-auton renkaan vierimisvastuskerroin parhaimmillaan /45R /55R34 luokkaa olevien renkaiden rengaspaineesta riippuen Traktorin renkaat (kuluneet - uudet eri paineilla) Voimansiirron hyötysuhteesta 75 % - 85 % Moottorin hyötysuhteesta ja kuormitusasteesta Lasketaan: 83.7/ominaiskulutus*100 % 200 g/kwh 42 % 255 g/kwh 33 % 400 g/kwh 21 % JEsala 19

20 Traktori kuljetuksissa Lasketaan polttoaineen kulutus Traktorin teho 120 kw Traktori kg + aisapaino kg Perävaunun kytkentämassa kg Vierimisvastuskertotoimet Traktori (0.015), perävaunu (0.03) Kulkuvastus: kg*10 m/s 2 * kg*10 m/s 2 *0.008 = 1.1 kn+1.44 kn = 2.54 kn ( = 6.75kN) Kulkuteho 40 km/h (11.1 m/s) nopeudella: 2.54 kn*11.1 m/s = 28 kw (75 kw) Jaetaan saatu teho voimansiirron hyötysuhteella > Teho moottorilta 28 kw/0.8 = 35 kw = 30 % kuormitusaste >>> 400 g/kwh (kuvio s. 17) 75 kw/0.8 = 94 kw = 80 % kuormitusaste >>> 255 g/kwh (kuvio s. 17) Kulutus» 35 kw*400 g/kwh = 14.0 kg/h = 16.9 l/h = 42 l/100 km» 75 kw*255 g/kwh = 19.1 kg/h = 23.0 l/h = 57 l/100 km JEsala 20

21 Traktori kuljetuksissa USA: (Lähde: Udompetaikul, 2011) JD 7810, kg Renkaat 710/70R /65R28 CVT vaihteisto Kulutus tasaisella 40 km/h: Pyörät ilmassa: 23.7 l/100 km (oma JD l/100 km) 0.6 bar 18.4 l/h = 45.5 l/100 km 1.1 bar 17.4 l/h = 42.5 l/100 km 1.6 bar 16.8 l/h = 41.0 l/100 km (oma JD 6506 n. 30 l/100 km) Kulutus mäkikokeessa 4.35 km useita nousuja ja laskuja 100 m 200 m merenpinnasta (+/- 15 astetta) kg 2-akseliperävaunu, jossa kuorma-auton renkaat 0.6 bar 105 l/100 km 1.1 bar 100 l/100 km 1.6 bar 97 l/100 km JEsala 21

22 Saksalainen testi (RKL 37/2008) Traktori kuljetuksissa Ajo 30 km/h portaattomalla vaihteistolla 1300 r/min - n. 8 l/h = 26.6 l/100 km 1600 r/min - n. 11 l/h = 36.6 l/100 km 1900 r/min - n l/h = 41.6 l/100 km 2300 r/min - n l/h = 45.0 l/100 km Muista, käytettävissä oleva teho alenee ainakin alakierroksilla Tanskalainen FarmTest 7 traktoria (ka kg) kg perävaunu (aisapaino kg) 20 km matka vaihteistoautomatiikkatoimintoja käyttäen, keskinopeus 30 km/h l/100 km Noin 60 t kuorma-auto perävaunu yhdistelmä kulutti l/100 km vaihtelevassa siirtoajossa kg hyötykuorma! JEsala 22

23 Traktori kuljetuksissa Omat mittaukset Traktori 5300 kg, 18.4R R24, 4-portainen pikavaihde Perävaunu Kokonaismassa kg Kuorma-auton renkaat hana auki (pieniä mäkiä, puolet soratietä) Kulutus l/100 km Saman traktori perässä kg lietevaunu (tasainen, päällyste) Renkaat 710/55R34 Perävaunussa 3.5 bar n. 50 l/100 km Perävaunussa 1.5 bar n. 60 l/100 km (tr teho (85 kw) ei aivan riittänyt) Perävaunussa 1.5 bar n. 68 l/100 km (Valtra Direct 142, 47 km/h) Mietittävä millä kuljetat! Muutamia hyviä esimerkkejä kuorma-auton käytöstä säilörehun korjuun ja lietelannan levityksen yhteydessä JEsala 23

24 Polttoaineen kulutuksen mittaus 1. Uudet traktorit Käytännössä kaikilla merkeillä uusissa malleissa ISOBUSS väylä ( karvalakkimalleja lukuun ottamatta ) Väylässä ruiskutusannostiedon >> ja niistä ainakin l/h tieto näyttöön Moniin voi syöttää työleveyden ja ne mittaavat matkaa Voimansiirrosta anturilla (luistovirhe!) Tutkalla Erillinen GPS paikannin, josta nopeus- ja matkasignaali >>>>>>> kulutus l/ha Myös erilaisia summatoimintoja Kokeile erilaisia ajostrategioita! JEsala 24

25 Polttoaineen kulutuksen mittaus 2. Itse asennettavat läpivirtausmittarit Yksisuuntainen mittaus yksi anturi Kaksisuuntainen mittaus meno- ja paluuvirtauksen mittaus Tarvitaan lisäksi laite tiedon vastaanottoon ja gpssignaali Kuvan lähde: Aqua metro JEsala 25

26 Polttoaineen kulutuksen mittaus CKPT (valkovenäjältä) Tässä yksi läpivirtausmittausanturi + näyttö Suuttimilta paluu tankkiin (n. 1 %) Matka GPS signaalilla tai pyöräanturilla Laturilta moottorin kierrokset Käynnissä olosta jännitesignaali (käytännössä latausjännite) Kaksi jännitteen sisääntuloa (polttoaineen pinnan tasolle tankissa), mutta voi käyttää vaikka työsyvyyden mittaamiseen JEsala 26

27 Polttoaineen kulutuksen mittaus JEsala 27

28 CKPT Polttoaineen kulutuksen mittaus Laitteiston asennus helppoa Hinta manager- ohjelman kera n. 650 ohjelma vain MS Office XP versiona, eikä kovin helppo, mutta tarvitaan exel siirtoa varten Polttoaine kuumenee ja paluuvirtauksessa voi olla ilmaa >>välisäiliö ja lämmönvaihdin Suutinpaluu tankkiin (1-2 % kulutuksesta) JEsala 28

29 Polttoaineen kulutuksen mittaus Tulokset Suora luenta Jälkikäsittely Tärkeää saada Exel muotoon > monipuoliset kuviot GPS signaalista voidaan työ paikantaa tietyille lohkoille tai kuljetukseen Muistiinpanoilla lisätietoja JEsala 29

30 JEsala 30

31 Polttoaineen kulutuksen mittaus 3. Polttoainetason anturin jännitesignaalin keruu ja GPS signaali Mielellään aikaleima tiedonkeruussa Muistiinpanoissa tarkennetaan työn aloitukset ja lopetukset ja muut vaikuttavat seikat 4. Tankki piripintaan Lisätäyttö mittakannulla Mittalasi (esillä) Suorituskohtainen mittaus JEsala 31

32 Polttoaineen kulutuksen mittaus 3. Laskemalla Jos 100 kw käy täysillä >> kulutus on 230 g/kwh*100 kw = 23 kg/h = n. 28 l/h >> jos vedetään 3 m leveää muokkaria 3 m/s (10.8 km/h) nopeudella, saadaan työsaavutukseksi 9 m 2 /s = 3,2 ha/h Hehtaarikulutus on 28 l/h / 3,2 ha/h = 8,75 l/ha Jos 100 kw traktori käy osateholla, laskeminen tällä tapaa on mahdotonta JEsala 32

33 Yhteenveto Peseekö käyttäjä tekniikan pihtauksessa? Tilalla olemassa oleva tekniikka Käyttäjä avainasemassa! Käyttöperiaatteet Käyttömäärät Maan hoito Lähivuosina hankittava tekniikka Hanki polttoainetaloudellisia vaihtoehtoja Käytä tehokkaasti Tulevaisuudet tekniikka voi olla energiatehokasta Sähkömoottorit Polttokennot JEsala 33

34