Säästä polttoainetta Säädä ja käytä muokkauskoneita oikein Jussi Esala SeAMK Elintarvike ja maatalous
Työ ja polttoaineen kulutus Muokkauksen tavoitteena on tehdä maasta hyvä itämis- ja kasvualusta kasveille. Onnistuneen muokkauksen jälkeen kylvölannoittimella kylvetyllä siemenellä on hyvä yhteys kosteaan maahan; siemen itää nopeasti ja kehittää laajan juuriston keräämään ravinteita ja kosteutta nopean kasvun turvaamiseksi. Hyvärakenteisessa ja hyvin muokatussa maassa kaasujen vaihto on riittävän tehokasta sekä kasvin että maan kannalta. Muokkauksessa muokkauskerrokseen mullataan uuden kasvuston tarpeisiin edellisen kasvuston jätteet, karjanlanta sekä mm. kalkki. Maan pinta myös tasaantuu muokkauksessa, joko tarkoituksella tai tahattomasti, muokkausmenetelmästä riippuen. Erityisesti kyntäminen voi jopa kasvattaa maan pinnan korkeuseroja, mutta nämä epätasaisuudet tasaantuvat kylvömuokkauksen yhteydessä. Muokkaus- ja kylvötekniikka täytyy suunnitella yhdessä. Esimerkiksi jos kylvössä käytetään perinteistä sivupyöräkylvölannoitinta ja laahavannasta, täytyy maa olla muokattuna tehokkaammin kuin jos kylvetään kokkareita murskaavalla takapyörälannoittimella tai syörakylvölannoittimella, joka vaatii kaikkein vähiten kyntöä edeltävää käsittelyä. Polttoainetta tarvitaan maan leikkaamiseen, maan rakenteen hienontamiseen, maan sekoittamiseen ja maan siirtämiseen. Kaikki nämä toiminnot tulevat esiin eri tavoin eri muokkausja kylvömenetelmissä. Polttoainetta kuluu sitä enemmän, mitä hienommaksi maan rakenne halutaan, mitä syvempi kerros käsitellään ja mitä useampi käsittelykerta tarvitaan. Näistä tinkimällä polttoaineen kulutus saadaan laskemaan, mutta muokkauksesta saavutettava hyöty saattaa myös pienentyä ja alentaa satoa. Kuva 1. Oikeaan asentoon säädetty aura sivulta ja takaa katsottuna. 2
Kyntöauran säätäminen Peltotöistä kyntäminen kuluttaa eniten polttoainetta hehtaaria kohden. Kynnettäessä jäykällä savimaalla voi kulutus nousta jopa yli 30 l/ha. Pienilläkin prosentuaalisilla säästöillä voi säästää korkeasta polttoainekulutuksesta jopa enemmän kuin mitä kuluu johonkin kevyempään työhön. Jotta kyntäminen onnistuisi ja olisi taloudellista, kyntöauran on oltava oikein säädetty (Kuvat 1 ja 2). Auran ojaslinjan tulisi olla 90 kulmassa maahan nähden. Ojaslinjan poikkema pystysuunnasta kynnökseen päin, lisää siiven ja viilun välistä kitkaa. Käytännössä toisinaan ilmenevä, mutta selkeästi havaittavissa oleva 10 säätövirhe, voi lisätä polttoaineen kulutusta usealla kymmenellä prosen- tilla. Polttoaineen kulutusta lisäävät suurempi kitka sekä painon siirtyminen pois vetäviltä pyöriltä ja tämän myötä lisääntynyt luisto. Kyntämättömän maan suuntaan kallistettu aura kulkee hieman pienemmällä kulutuksella, mutta tällöin on vaarana, että siipi ei ohjaa viiluja riittävän tiiviisti edellisiä vasten. Toinen kulutusta lisäävä säätövirhe syntyy, jos auran ensimmäisen viilun leveys säädetään sarka-aurassa vetokartun kulmansäädöllä tai kaksoisaurassa säädetään auran kulma väärin vetokolmioon nähden. Väärin säädetyssä aurassa vetovarret eivät ole kyntötilanteessa symmetrisesti takapyörien välissä ja polttoaineenkulutus on suurempi kuin oikeilla säädöillä kynnettäessä. Kyntövastus N/dm 2 Auran sivuttaiskallistuksen aste Kuva 2. Auran sivukallistuman vaikutus kyntövastukseen. Positiivinen kulma tarkoittaa, että aura on kallistettu kynnetyn maan suuntaan. (Niittymaa) 3
Kuiva savi Vetovastus kn/m Kuiva hiue Märkä hiue Normaali hiue Kyntösyvyys cm Kuva 3. Auran vetovastus (kn/m) savi- ja hiuemaalla kolmessa eri kosteudessa 13, 17 ja 21 cm:n kyntösyvyyteen kynnettäessä. Normaalikosteus oli muovailtavuuden raja-arvon tuntumassa. (Arvidsson 2004) Auran kohtaama vetovastus on sitä suurempi, mitä syvempään kynnetään (Kuva 3). Kuvan mukaan vetovastusta voidaan alentaa oleellisesti tinkimällä muokkaussyvyydestä ja kyntämällä oikeaan aikaan. Polttoaineen kulutus alenee samassa suhteessa vetovastuksen kanssa. Tämä edellyttää, että traktorin kuormitusaste pystytään pitämään riittävänä alentuneesta vetovastuksesta huolimatta. Useiden kokeiden perusteella on laskettu, että kulutus nousee 1 2 l/ha jokaista kyntösyvyyteen lisättyä senttimetriä kohden. Kun tavanomainen kyntösyvyys ylittyy, voi kulutus nousta enemmänkin tiiviin kyntöanturan vuoksi. Kyntöanturan rikkominen on tosin usein syvän kynnön tavoitteena. Terän työleveyden kasvattaminen laskee polttoaineen kulutusta (Kuva 4), koska leikkurille ja vantaalle tulee työleveysmetriä kohden vähemmän leikkaavaa työtä. Viilun leveyden tulisi olla vähintään 1,5 kyntösyvyys (cm). Jos kyntöviilun paksuus on yli 2/3 osaa leveydestä voi viilun kääntyminen tiiviisti edellistä viilua vasten vaarantua. 4
Auran siipi siirtää maasta irrotetun viilun tilansa verran sivuun. Hehtaarin kyntötyössä siirretään noin 2 000 m 3 maata. Mitä suuremmalla nopeudella kynnetään, sitä suurempi kiihtyvyys viilulle annetaan ja sitä enemmän työhön tarvitaan voimaa ja polttoainetta (Kuva 5). Ajonopeuden vaikutus kulutukseen riippuu siipityypistä. Nykyisin Suomessa käytetään auroissa loivamuotoisia ja hieman ruuvimaiseksi muotoiltuja siipiä. Kuvassa 5 on käytetty lyhyttä ja lieriömäistä siipityyppiä, jolle on ominaista kulutuksen nouseminen nopeasti nopeuden lisääntyessä. Erityisesti suuremmilla kyntönopeuksilla lyhyt lieriömäinen siipi hajottaa viilua, sekoittaa maakerroksia ja tarvitsee enemmän energiaa kuin loiva siipi. Kaikilla siipityypeillä yli 10 km/h nopeudella kyntäminen alkaa vaikuttaa, maalajista riippuen, kynnön laatuun ja kasvattaa riskiä vaurioittaa aura maassa olevaan kiveen. Ajonopeuden nostaminen tekee kuitenkin kyntöauran ja traktorin käytöstä tehokkaampaa ja alentaa työmenekkiä eli hehtaarille käytettävän työn aikaa. Polttoaineen kulutus % Terän leveys cm Kuva 4. Terän työleveyssäädön vaikutus polttoaineen kulutukseen kyntösyvyyden pysyessä vakiona (Kverneland terätyyppi 8). Suhdeluku 100 % ilmaisee kulutuksen terän 35 cm:n säädöllä (Pettersson 1989). Polttoaineen kulutus l/ha Kyntönopeus km/h Työmenekki h/ha Kuva 5. Kyntönopeuden vaikutus polttoaineen kulutukseen ja työmenekkiin kolmiteräisellä auralla. (Moizi 2006) 5
Käyttäjä joutuu kyntäessä ottamaan huomioon myös traktorin moottorin kuormitusasteen. Kuvan 6 käyrässä on oletuksena, että nopeutta kasvatetaan vaihteistolla moottorin pyörimisnopeuden pysyessä ennallaan. Käyrä osoittaa tilannetta, jossa alhaisen kyntönopeuden vuoksi vetovastus ja tehontarve ovat pienimmillään. Moottori kuormittuu vähän ja tämä johtaa huonoon moottorin hyötysuhteeseen (korkea ominaiskulutus g/kwh), jolloin hehtaarikohtainen kulutus on korkea. Kun esimerkissä nostetaan ajonopeutta, moottorin hyötysuhde nousee nopeammin kuin auran vetovastus ja tämän seurauksena hehtaarikohtainen kulutus alenee. Moottorin hyötysuhde on parhaimmillaan 6 km/h nopeudella. Nopeuden nostaminen tästä lisää hehtaarikohtaista kulutusta, koska vetovastus kasvaa ja pyörät luistavat enemmän. Nopeuden nostaminen voi kuormittaa moottorin äärimmilleen. Tämä yleensä alentaa hyötysuhdetta ja lisää hehtaarikohtaista kulutusta entisestään. Jos alhainen ajonopeus on käytännössä tarpeen säilyttää, on kuljettajan vaihdettava suuremmalle vaihteelle ja alennettava moottorin pyörimisnopeutta. Nykyisillä traktoreilla vaihteistoautomatiikka tekee tämän kuljettajan puolesta. Näin moottorin kuormitusaste ja hyötysuhde nousevat ja hehtaarikohtainen kulutus pysyy alhaisena. Kulutus l/ha ha/h l/ha Työsaavutus ha/h Ajonopeus km/h Kuvio 6. Ajonopeuden vaikutus polttoaineen kulutukseen kyntötyössä, kun moottorin pyörimisnopeus säilyy vakiona ja nopeutta lisätään voimansiirron välitystä muuttamalla (portaallinen tai portaaton vaihteisto). (Ahokas) Auran siiven kulmaa on totuttu säätämään niin, että traktorin takarenkaat mahtuvat kyntövakoon. Tällä säädöllä siipi siirtää viilua enemmän sivulle päin ja lisää näin myös hieman viilun murtumista ja maakerrosten sekoittumista. Nämä kaikki lisäävät hiukan polttoaineen kulutusta. Auran kunto vaikuttaa harvoin merkittävästi polttoaineen kulutukseen. Hyvin kuluneet auran terät ja vantaat voivat kuitenkin ainakin välillisesti vaikuttaa kulutukseen. Kuluneilla terillä auran massasta entistä suurempi osa tarvitaan pitämään aura työsyvyydessä ja tämä massa on poissa traktorin vetäviltä pyöriltä ja lisää luistoa. Tylsät kärjet voivat myös hieman kasvattaa vetovastusta. Nämä molemmat voivat myös lisätä hieman polttoaineen kulutusta. 6
Yksi muokkauskerta kultivaattorilla säästää Kuvassa 7 esitetään perinteisen kultivaattorinpiikin työperiaate. Maahantunkeutumiskulmasta ja piikin mallista riippuen piikki sekoittaa voimakkasti maakerroksia nostamalla maata ylös eteen ja sivuilleen. Yhden piikin muokkausalueen muoto on leveäpohjaisen V-kirjaimen muotoinen. Yksittäiset muokkausalueet yhdistyvät sitä paremmin ja pinnasta tulee sitä tasaisempi, mitä tiheämmässä kultivattorin piikit ovat. Sama vaikutus saadaan piikin kärjessä olevalla hanhenjalkatyyppisellä levikkeellä tai vaakatasossa olevilla siivekkeillä. n piikin muokkausyvyyden lisääntyessä jossain vaiheessa ylittyy piikin mallista riippuvainen kriittinen syvyys, jossa piikki alkaa syrjäyttää maata sivuilleen. Kriittisen syvyyden ylitys voi aiheuttaa maan tiivistymistä. Vetovastus 3 metrin työleveydelle kn Yli 32 mm murujen osuus % Ominaisvastus kn/m 2 Aura Kyntösyvyys 23 cm n. 13,5 cm jäykkä hanhenkalkaterä n. 7,5 cm jäykkä hanhenkalkaterä n. 13 cm 80 mm jäykkä terä n. 10 cm 210 mm jäykkä terä n. 8 cm 80 mm jäykkä terä n. 8 cm 80 mm jäykkä kulunut terä n. 8 cm 80 mm jäykkä siivellinen terä n. 7 cm 80 mm jousiterä Kuva 8. Auran ja piikkimalliltaan erilaisten kultivaattoreiden aiheuttama vetovastus 3 m työleveyttä kohti, yli 32 mm murujen osuus muokkauskerroksesta sekä maan ominaisvastus. Taulukko pohjautuu Arvidssonin 2010 savimaalla mittaamaan aineistoon. Ajosuunta Muokkautumisvyöhyke Maan pinta Kriittinen syvyys Edestä Muokkautumisvyöhyke Muokkaussyvyys Kuva 7. n piikin työtavan periaate. 7
Maan ominaisvastus saadaan jakamalla piikin aiheuttama vastus piikin muokkaamalla alalla. Kuvassa 8 on eräästä kokeesta saatuja savimaan ominaisvastuslukemia erityyppisille kultivaattorin piikeille sekä kyntöauralle. Tutkimuksen ja käytännön havaintojen perusteella hanhenjalkaterän tapaiset piikit ja myös jotkut nykyiset siipityyppiset piikit aiheuttavat selvästi alhaisimmat ominaisvastukset ja polttoaineen kulutuksen. Energiatalouden kannalta olisi parempi, että piikin tunkeutumiskulma maahan olisi melko pieni eli piikki suuntaisi maan liikkeen voimakkaasti ylöspäin (Kuva 9). Maakerrokset ja kasvinjäteet sekoittuvat tehokkaasti, kun piikin etupinnan kierre tai asetettujen siipien kulmat ovat sopivat. - Piikkiin kohdistuva voima kn Vetovastus Pystyvoima Piikin kulman aste maahan nähden Kuva 9. Piikin kulman aste maahan nähden ja sen vaikutus vetovastukseen ja pystyvoimaan. (Spoor ja Godwin 1977) n käyttö perusmuokkauksessa vähentää polttoaineen kulutusta kyntämiseen nähden vain, jos kultivointi tapahtuu oleellisesti kyntösyvyyttä matalampaan ja muokkauskertoja on vain yksi. Jos muokkaussyvyys on selvästi suurempi kuin puolet kyntösyvyydestä, tai jos muokkauskertoja on kaksi, polttoaineen säästöt eivät ole merkittäviä. Työsaavutus (ha/h) voi tässäkin tapauksessa olla vielä kyntötyön työsaavutusta korkeampi. Kyntöä korvaavat menetelmät Kuva: Markus Hagenlocher, Wikimedia Commons, CC-BY-SA-3.0. Hanhenjalkaterä voivat vähentää myös kylvömuokkaustarvetta joko niin, että s-piikkiäestyskerrat vähenevät tai kylvömuokkaus voi parhaimmillaan jäädä pelkän kylvölannoittimeen kytketyn muokkarin varaan. 8
Säästä polttoainetta s-piikkiäestyksessä S-piikkiäkeen piikin muokkaustapaan pätevät samat periaatteet kuin kultivaattorin piikkiin (Kuva 7). S-piikkiäkeen piikit ovat kooltaan kultivaattorin piikkejä pienempiä. Piikkien kärkilaput ovat tyypillisesti 32 35 mm, mutta joissakin tapauksissa 50 mm leveitä. Kuvassa 7 näkyvä kriittinen syvyys ei ylity S-piikkiäkeellä, koska sen muokkaussyvyys on vain 2 7 cm. Suurin yksittäinen vetovastus, ja tämän myötä suurin polttoaineen kulutus, aiheutuu s-piikkiäkeen piikkien vastuksesta. Piikkien aiheuttama vastus riippuu maalajista, muokkaussyvyydestä ja ajonopeudesta (Kuva 10). Ensimmäisellä muokkauskerralla piikin vastus on aina suurempi kuin myöhemmillä kerroilla. Muokkaussyvyyden kaksinkertaistaminen kaksin- tai kolminkertaistaa piikin aiheuttaman vastuksen. Tämän vuoksi on syytä välttää tarpeettoman syvää muokkausta. Jäykillä savimailla muokkaussyvyys on säädettävä polttoainekulutuksesta huolimatta niin syväksi, että siemen saadaan kylvettyä tarpeeksi kosteaan maahan. Muokkauskauden alkuvaiheessa, kun maa juuri kantaa muokkauskaluston, maan kuiva kerros ja muokkauskerros ovat ohuemmat, jolloin maa muokkautuu pienemmällä kulutuksella kuin myöhemmin syvempään muokattaessa. Piikin vetovastus N Savi, 7 km/h, 1. kerta Savi, 13 km/h Multa, 7 km/h, 1. kerta Savi, 10 km/h Savi, 7 km/h Multa, 13 km/h Multa, 10 km/h Multa, 7 km/h Muokkaussyvyys cm Kuva 10. S-piikin vetovastus toisella muokkauskerralla kolmella eri muokkaussyvyydellä ajonopeuden muuttuessa. S-piikin kärkilapun leveys oli 34 mm. (Mäkinen 1985) 9
Multamailla piikin aiheuttama vastus on pienempi kuin kovemmalla maalla, joten äestyskin kuluttaa polttoainetta vähemmän. Multamaita ja muita kosteudeltaan hyviä maita muokataan usein turhan syvään, jolloin polttoainetta kuluu turhaan. Äes on mitoitettava muokkaamaan hyvin tilan kovimmat maat. Tällainen äes on kuitenkin turhan painava ja tehokas kevyiden multamaiden muokkaukseen. Jos äestä vielä vedetään vetovastukseen nähden ylimitoitetulla traktorilla, voi keveiden maiden hehtaarikohtainen kulutus nousta samaan kuin jäykillä savimailla. Ajonopeus vaikuttaa kuvion 10 mukaisesti polttoaineen kulutukseen. Nopeudesta ei voi tinkiä polttoainekulu- Piikkien vetovastus 45 % Etulatavastus 29 % Tukipyörät 9 % Varpajyrä 17 % Kuva 11. S-piikkiäkeen vetovastusten jakautuminen eri tekijöiden kesken (Ahokas). tuksen alentamiseksi, koska muokkaustyötä tehdään kiireiseen aikaan ja kaikki muokkausteho on syytä hyödyntää. Joissakin S-piikkiäkeissä voi olla maan kokkareita murustavia ja maata tasaavia latoja edessä olevan lisäksi myös äkeen keskellä piikkiakseleiden välissä tai äkeen takana. Muokkauksen polttoaineen kulutukseen vaikuttavat piikkien lisäksi ennen piikkejä olevan ladan tai muun maata tasaavan laitteen käyttö ja säädöt, kantavien pyörien kulkuvastus ja äkeen takana olevan haran tai varpajyrän aiheuttama vastus (Kuva 11). Äkeen aiheuttama vetovastus ja siten polttoaineen kulutus kasvavat maata muokkaavien ja käsittelevien elementtien lisääntyessä. Etulata aiheuttaa pikkien ohella merkittävän osan äkeen aiheuttamasta vastuksesta ja siten polttoaineen kulutuksesta. Jos lata on säädetty niin, että sen edessä kulkee koko ajan multaa, voi hehtaarikohtainen kulutus nousta 1 2 l. Uusissa äkeissä varpajyrä ei ole tavanomainen varuste. Aikaisemmin sitä käytettiin äkeen takana piikkien jättämän muokkausjäljen tasaamiseen. Varpajyrä voi lisätä kulutusta huomattavasti erityisesti multamaalla, mikäli varpajyrä kantaa suuren osan äkeen massasta. 10
Muokkaus- ja kylvöketjun hallinta Tilan muokkaus- ja kylvöketjun valintaan vaikuttavat monet asiat. Polttoainekulutus ei yleensä ole ollut keskeisimpiä valintaperusteita, sillä kaikkiin muokkaus- ja kylvötöihin kuluu yhteensä korkeintaan muutaman sadan jyväkilon arvosta polttoainetta. Perusmuokkaus aiheuttaa suurimman osan koko muokkaus- ja kylvöketjun polttoaineen kulutuksesta. Kyntöön perustuvassa muokkauksessa perusmuokkauksen osuus voi olla yli puolet koko ketjun kulutuksesta (Kuva 12). Lähes yhtä paljon polttoainetta kuluu kahdesti tehtävään kultivattorimuokkaukseen, jossa ensin muokataan matalaan ja toisella kerralla syvempään. Kuviossa 12 näkyvät muokkausvalintojen merkitykset. Muokkausvälinekohtaiset lukemat ovat keskimääräisiä lukemia eri tutkimuksista. Lukemiin vaikuttavat edellä mainitut säädöt, muokkausvälineen tyyppi ja rakenne sekä käyttöperiaate. Lukemat kattavat vain lohkon sisällä tapahtuvan ajon. Polttoaineen kulutukseen on lisättävä 5 20 % kattamaan tilan ja lohkojen väliset siirtymiset. Muokkaus- ja kylvöketjun kulutus l/ha SAVI Kyntö + 2 muokkausta + kylvö Kyntö + 1 muokkaus + kylvö + 1 muokkaus + kylvö + kylvö Suorakylvö MULTA Kyntö + 2 muokkausta + kylvö Kyntö + 1 muokkaus + kylvö + 1 muokkaus + kylvö + kylvö Suorakylvö Kuva 12. Erilaisten muokkaus- ja kylvöketjujen vaikutus polttoainekulutukseen. 11
Sisällysluettelo 2 Työ ja polttoaineen kulutus 3 Kyntöauran säätäminen 7 Yksi muokkauskerta kultivaattorilla säästää 9 Säästä polttoainetta S-piikkiäestyksessä 11 Muokkaus- ja kylvöketjun hallinta Säästä polttoainetta Säädä ja käytä muokkauskoneita oikein Maata tulee muokata vain sen verran kuin siemenen hyvä itäminen ja kasvu vaativat. Väärin säädetty aura voi lisätä polttoainekulutusta yhtä paljon kuin mitä kuluu yhteen muokkauskertaan s-piikkiäkeellä. Erityisesti keveillä mailla liian järeän muokkauskaluston aiheuttama polttoainekulutus voi olla merkittävästi suurempi kuin oikein mitoitetun. Oikea muokkaus- ja kylvölannoitinvalinta voi vähentää muokkauskertoja ja siten merkittävästi vähentää myös hehtaarikohtaista kulutusta. Oppaan tiedot perustuvat tutkimustuloksiin ja esimerkkeihin. Varmista aina omalta osaltasi ohjeiden sopivuus. Lisää maatalouden energiatietoa www.energia-akatemia.fi