Faktorer for optimeret kørsel med Faktorer for optimeret kørsel med maskiner – specifikt gylleudbringningmaskiner – specifikt gylleudbringning

Claus Grøn Sørensen

Danmarks JordbrugsForskning

Forskningscenter Bygholm

Kongres: Planteproduktion 2004Herning den 13.-14. januar 2004

Indhold

• Maskiners produktivitet

• Analyser af effektivitet

• Traditionelle operationer

• Autonome operationer

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Produktivitet

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Markniveau:- markeffektivitet

Operationscyklus:- transport fra lager m.m.

Sæsonniveau:- mulig anvendelsestid- maskinudnyttelse

Markniveau:- markeffektivitet

Markeffektivitet:

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

kapacitetTeoretisk

kapacitet RealiseretE

n

iip

p

tt

t

1

Faktorer der påvirker markeffektiviteten

• teoretisk kapacitet

• maskinens manøvredygtighed

• markform

• markstørrelse

• udbytte/dosering

• systembegrænsninger

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Hvordan påvirker den teoretiske kapacitet markeffektiviteten?

- spildtid ved kørsel med en stor maskine giver større tab i det potentielle produktive arbejde end kørsel med en mindre maskine

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Eksempel: ved at gå fra en 4 furet til en 8 furet plov fås en 74% større kapacitet – ikke direkte proportionalitet med forøgelsen i størrelsen

Stubharvning

919293949596979899

100101

6.00 6.50 7.00 7.50 8.00 8.50

Effektiv arbejdsbredde, m

Pro

du

ktiv

itet

sæn

dri

ng

, %

7 m Kongskilde Vibro Flex 2800

8 m Horsch Terrano 8 FG Flachgrubber

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Uudnyttet kapacitet

6% mindre kapacitet

5% højere arbejdsomkostninger

Betydning af præcis kørsel ved gylleudbringning

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

1.8

1.9

2.0

2.1

2.2

2.3

2.4

14 15 16 17 18

Effektiv arbejdsbredde, m

ha/

tim

e

-10

-5

0

5

10

15

%

Arealkapacitet, ha/time

Ændring normaldosering, %

Tilpasning af kørselsmønster og dosering til markdimensioner

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Undersøgelser viser:

Markeffektiviteten øges fra 50-60% til over 80% ved tilpasset kørselsmønster

Totalkapacitet reduceres med 10%Omkostninger forøges tilsvarende

0

100

200

300

400

500

35 45 55 65 75 85 95

Markeffektivitet

Lø

no

mko

stn

ing

/ha Teoretisk kapacitet: 0.8 ha/time

Teoretisk kapacitet: 2.0 ha/time

Arbejdsomkostning og markeffektivitet- udgangspunkt 150 kr./time

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Markeffektiviteten påvirker en høj-kapacitetsmaskine mindre end en lav-kapacitetsmaskine

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

150

200

250

300

350

250 450 650 850 1050 1250 1450 1650

Areal, ha

Om

kost

nin

ger

, kr.

/ha

Reference - 20% effektivitet

Effektivitet og totalomkostninger- tung tandskærssåmaskine

Konsekvenser:- omkostninger forøges 8-24%- behandlet areal mindskes 20%- målte effektiviteter 54-80%

Produktivitet

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Markniveau:- markeffektivitet

Operationscyklus:- transport fra lager m.m.

Sæsonniveau:- mulig anvendelsestid- maskinudnyttelse

Effektivitet for operationscyklus

• klargøring på bedriften

• evt. læsning/aflæsning ved lager

• transport til og fra marken

• klargøring i marken før og efter operationens udførelse

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0 1000 2000 3000 4000 5000

Transportafstand, m

Eff

. in

dex

TotaltidSpredningLæsningindexEff )(.

Eff. index ved cyklus

Danmarks JordbrugsforskningAfdeling for Jordbrugsteknik

0

10

20

30

40

50

60

70

Effektivitet, operationscyklus Markeffektivitet

Pro

cen

t

Nedfældning sort jord, Terra-Gator Nedfældning sort jord, traktor

Nedfældning græs, Terra-Gator Nedfældning græs, traktor

Slangevogn, traktor

24-59

15-65

31-63

30-7028-55

45-81 31-7641-6852-80

38-62

Målte effektiviteter ved gylleudbringning

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Håndtering af gylle med forskelligt udstyr Danmarks JordbrugsForskning Forskningscenter Bygholm

Valg af udstyr

Traktor og vogn med slæbeslanger

Traktor og vogn med nedfælder

Selvkørende vogn med nedfælder

Slangeudlægger med mobil transportslange

Slangeudlægger med fødeslange tilkoblet hydranter

Separat transport af gylle

Hovedforudsætninger

Udkørt mængde 10000 tons

Sammenligning af forskellige udbringningsteknikker

Valg af udstyr til udbringning

Valg af udbragt mængde

TRAKTORTRUKKEN SLÆBESLANGEVOGN Kapacitet afhængig af transportafstand

Mark - transportMarkstørrelse: 4 haMarkform:5 markformer ---> 2Transporthastighed: 18 km/hTransportafstand: 500 m

LæsningPumpediameter: 152 mm 299 tons/timeNiveau for pumpekapacitet: 3Dosering: 30 ton/ha

SpredningVognstørrelseArbejdsbredde 16 mTankstørrelse 16000 kgTømmekapacitet 5000 l/min

Nøgletal

Arbejdsbehov pr. arealenhed 0.58 timer/haArbejdsbehov pr. mængdeenhed 1.16 min/tonSystemkapacitet pr. arealenhed 1.90 ha/timeSystemkapacitet pr. mængdeenhed 57.0 ton/timeTotalt arbejdsbehov for årlig udkørt totalmængde 193.0 Mandtimer

1:2

Høj57.0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

Transportafstand (km)

Ton/

time

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Slæbeslangevogn:- markstørrelse- markform- transportafstand- pumpestørrelse- tankstørrelse- arbejdsbredde- dosering

Nøgletal:- arbejdsbehov- systemkapacitet- m.m.

Grafik:- kapacitet som funktion af transportafstand

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Eksempel: Separate transportenheder

Forudsætninger: Gyllevogn 18 tonsLastbil 30 tons

  Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Systemkapacitet

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 2000 4000 6000 8000 10000

Transportafstand (m)

To

ns/

tim

e

Traktor/gyllevogn med slæbeslanger

Lastbiltransport +

traktor/gyllevogn med slæbeslanger

Systemkapacitet Systemkapacitet

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 2000 4000 6000 8000 10000

Transportafstand (m)

To

ns/

tim

e

Traktor/gyllevogn med slæbeslanger

Lastbiltransport+traktor/gyllevogn

Effektivitet

• Markniveau:– markeffektivitet

• Operationscyklus:– transport fra lager m.m.

• Sæsonniveau:– mulig anvendelsestid– maskinudnyttelse

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Nedbørsmængder og temperaturforhold bestemmende for gylleudbringningen i perioden 1. marts til 20. april

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Lerjord Sandjord Dagens nedbør, mm < 1 < 3 " temp., oc > 1 > 1 " solskin, timer Nedbør, sidste 7 dage < 30 < 40 " sidste 3 dage < 15 < 20 " sidste 2 dage < 8 < 10 " foregående dag < 3 < 6

0

510

15

2025

30

3540

45

61 65 69 73 77 81 85 89Årstal 1961-90

Bru

gab

are

dag

e

Sand

Ler

Gns. sandjord

Gns. lerjord

0

510

15

2025

30

3540

45

61 65 69 73 77 81 85 89Årstal 1961-90

Bru

gab

are

dag

e

Sand

Ler

Gns. sandjord

Gns. lerjord

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Brugbare antal dage for udbringning af gylle

- 15 dage på lerjord og 21 dage på sandjord- 122 timer på lerjord og 177 timer på sandjord- 47% sandsynlighed for 20 dage eller mere

Transportafstand for arealtilliggende

Arealtilliggende, ФLager(l1 , l2)

dxdy

Transportafstand, F

x

y Arealtilliggende, ФLager(l1 , l2)

Transportafstand, F

x

y

Bedrift/lager

Arealtilliggende

Bedrift/lager

Arealtilliggende

Gennemsnitlig transportafstand:

2/3 x Radius

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Radius

Gennemsnitlig transportafstand:

- øges 30% ved 1.7 DE/ha -> 1.0 DE/ha

No

min

elle

tim

er

0

50

100

150

200

250

300

350

Gødningsmængde (kt) og antal tankvogne

3 kt 6 kt 9 kt 6 kt 9 kt 12 kt 24 kt 36 kt 48 kt

Om

ko

stn

inger

, kr.

/t

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

11 1 2 2 2 3 4 6

Timer og omkostninger ved udbringningTimer og omkostninger ved udbringning

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

16 t, 18 t, 24 t

Timer Omkostninger

- forøget spredekapacitet reducerer ikkenødvendigvis omkostningerne- større mængder betyder større transportafstandog dermed lavere kapacitet - store omkostninger ved at benytte store gyllevogneved mængder under 9000 t- store omkostninger ved at benytte enhver typegyllevogn ved mængder under 3000 t

Afstandsscenarie

Danmarks JordbrugsforskningAfdeling for Jordbrugsteknik

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100 120

Afstand til "husdyrfrit" område, km

Afs

tan

d, k

m Basis

Separering

Basis: P normSeparering: N norm flydende/P norm fast

Transportafstanden/transportarbejdetreduceres med 58-77%

Autonome maskiner

• Detaljeret operationsplanlægning

• Præcise kørselsinstruktioner

• Dynamisk planlægning

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Små autonome robotter

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Autonom sprøjtning i plantager

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Givet:- plantageudsnit- rækkeretning- rækkeafstand- venderadius af traktor

Find:- en rute gennem plantageudsnittet

Sådan at: - hver række gennemkøres en gang- ruteomkostninger minimeret

Opgave:- lokalitet/operation - region/operationOmgivelser:- marker- bygninger- ….Køretøjer:- køretøj/redskaber

Planlægning af autonome operationer

Hvert køretøj er tildelt:- opgaver- kørselsmønster- operationsspecifikationer

Strategi:- tid- omkostninger

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Effektivitet indarbejdes allerede i planlægningsfasen

Uforudsete forhold i marken

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik

Konklusion

• Effektivitet vigtig for maskiners drift– kapacitet og driftsøkonomi

• Effektivitet på flere niveauer

• Nødvendig med detaljerede analyser

• Effektivitet vil være en naturlig del ved automatisk generering af kørselsmønster for autonome maskiner

Danmarks JordbrugsForskningAfdeling for Jordbrugsteknik