Фермер, який сам винаходить і вдосконалює техніку

Як можна зекономити до 40% витрати дизельного пального під час використання тракторів, як за допомогою вихлопних тракторних газів та ультрафіолетових лампочок (елементарною мовою) “заряджати” ґрунт азотом і обходитися таким чином без купівлі мінеральних добрив? Наразі ці, на перший погляд, «жюльвернівські» ідеї, Григорій Миколайович Головань частково впроваджує у реальність у своїй діяльності.

Сьогодні розповімо про перший пункт із його задумів — як можна зекономити до 40% витрати дизельного пального під час застосування тракторів, який, здавалося б, є нереальним. Адже, погодьтеся, в голові не вкладається, як, простий фермер, може зменшити витрату палива трактора, коли великі наукові інститути, інженерні уми конструкторських бюро б'ються над цим питанням вже не один десяток років і не можуть нічого толкового запропонувати.

Та, мабуть, Григорій Миколайович недаремно з діда-прадіда носить прізвище Головань, бо ж і справді має мудру голову та непересічну селянську кмітливість і метикуватість. Ми мали нагоду й приємність учергове поспілкуватися з цим технічним «самородком» та побачити, як він живе й господарює сьогодні.

Як і три роки тому, основною, щоправда, вже не єдиною культурою на полях пана Григорія є соя. «Дощовий період наприкінці тогорічної осені, коли саме потрібно було збирати сою, частково змусив мене переглянути власну сівозміну. Адже, попри високий її урожай, близько 4 т/га, його зібрати сухим не вдалося, а витрати на доробку насіння були дуже великі. Та й 12-річ­ний досвід успішного вирощування сої по сої зрештою показав свої негативні сторони. Як засвідчила практика, все ж таки хоча б із періодичністю десять років потрібно міняти її на полі, адже за тривалого вирощування одного якогось виду рослин у ґрунті накопичується однаковий специфічний вид мікроорганізмів та хімічних речовин і, навпаки, пригнічуються інші», — говорить Григорій Миколайович.

Тому сьогодні на полях цього аграрія красуються такі культури, як кукурудза та нут. На момент відвідання його господарства фермер ще не збирав кукурудзу, проте біологічна врожайність «цариці полів» становить не менше як 14 т/га. Нут дещо «підкачав» — з одного гектара вдалося зібрати лише 0,8 т. Проте пан Григорій у такій ситуації не звинувачує культуру, а знаходить розумне тому пояснення: «Справа в тому, що на момент висіву нуту за місцевим прогнозом погоди мали бути заморозки на поверхні ґрунту. Тому я прийняв рішення висіяти його дещо глибше, і це «дещо глибше» виявилося для нуту фатальним. Попри те, що було отримано зріджені сходи, рослини нуту були слабкі, що й стало причиною “краху культури” вже на старті».

Незмінною залишається технологія обробітку ґрунту. Фермер уже не оре ґрунт близько 18 років поспіль. Основним знаряддям для виконання цього технологічного процесу залишається, і ще принаймні залишатиметься досить тривалий час, частина дискової борони БДТ. Такий вибір сільськогосподарського знаряддя стався свого часу не тому, що у фермера бракувало коштів на придбання іншої техніки, а тому, що, за словами самого господаря, для отримання високих показників урожайності нічого іншого й не потрібно.

Практично від часу створення власного господарства основним його енергозасобом був трактор Т-150К, який згодом було вдосконалено шляхом оснащення двигуном ЯМЗ-236. Як і 18 років тому, максимальна глибина обробітку ґрунту в господарстві становить 20 см або й ще менше — зазвичай фермер виконує його не глибше ніж на 12–15 см (збільшувати глибину ґрунтообробітку Григорій Миколайович не вважає за доцільне). «Мій Т-150 із новим двигуном “споживав” на гектар близько 20 л. І досить тривалий час я вважав це за норму», — ділиться спогадами пан Григорій.

Проте сьогоденні ціни на дизельне пальне з їхньою стійкою тенденцією до зростання змусили пана Григорія дещо переглянути власні техніко-технологічні норми й пометикувати, як можна їх змінити в бік зменшення. Додатковим поштовхом до цього стало й те, що декілька років тому фермер уже вдосконалив систему живлення повітрям двигуна власного зернозбирального комбайна («Нива СК-5»). Зокрема, видалив систему охолодження повітря, встановив додатковий масляний фільтр, а повітрозабірник підняв на 1,5 м над кабіною комбайна. У результаті, за спостереженнями фермера, «двигун почав працювати легше». Витрата пального також частково знизилась, проте відстежити, наскільки саме, було дещо складно. Адже на різних ділянках поля була різна врожайність, неоднакова вологість маси, яка в господарстві обов'язково подрібнюється саморобною січкарнею та розподіляється поверхнею ґрунту. Проте, як би там не було, а двигун таки «працює легше»!

Керуючись аналогічним принципом, господар підійшов і до вдосконалення тракторного двигуна. Фермер повністю переробив систему надходження повітря до камер згоряння. Так, на тракторі було встановлено два пові­тряні фільтри, окремо на кожні три циліндри, і відповідно повністю змінено систему повітропроводів. Також було переобладнано систему випуску відпрацьованих газів. За словами пана Григорія, заводська система газовихлопу — це лише додатковий механізм супротиву для їхнього відведення та зайве навантаження на двигун. Про це свідчать результати замірів тиску у випускній системі двигуна. «Встановив манометр у випускному колекторі та виміряв тиск, який створювали відпрацьовані гази. Він становив чотири атмосфери, а це не так мало. Судіть самі: тиск у шинах легкового автомобіля — дві атмосфери», — пояснює мотивацію свого вдосконалення пан Григорій.

Після такого рестайлінгу результати не змусили довго чекати на себе. Перше, що помітив фермер, — це те, що двигун став чутливіший: «За старої системи впуску чистого повітря та відведення відпрацьованих газів для того, аби двигун повністю розвив усю потрібну потужність, педаль газу потрібно було натиснути практично до кінця, потім дещо відпустити. Уявіть, потрібно було пересилити тиск у випускному колекторі, для того аби розвити потрібну потужність! Лише після зміни системи випуску двигун став реагувати чутливіше: лише трішки натискаєш на педаль газу — і відразу отримуєш потрібні оберти та потужність».

Проте ці зміни відбулися не без проблем. Після того, як на тракторі було змінено ці дві важливі системи, як стверджує фермер, довелося працювати на вищих швидкісних передачах, адже двигун не відчуває навантаження, як кажуть у народі, «пре що дурний». Тому для того, аби його більше завантажити, довелося працювати на більших швидкостях. «Так, наприклад, якщо раніше доводилося працювати на другій, інколи на третій передачі, то сьогодні трактор без проблем працює на третій-четвертій», — коментує Григорій Миколайович.

І тут виникла проблема. Як виявилось, вона притаманна всім двигунам цього класу, які працюють на збільшених передачах (з меншим навантаженням). Це проблема перегріву двигуна. «Я спочатку думав, що це лише в мене така проблема. Проте після того, як почав розпитуватися інших власників тракторів із такими самими двигунами, то виявилось, що під час роботи з ґрунтообробними знаряддями на третій передачі за температури навколишнього середовища понад 22–25°С ці двигуни починають відчутно нагріватися. І тому потрібно працювати не більше ніж на другій передачі. Справа в тому, що на третій передачі піднімається температура вихлопних газів, адже ми підвищуємо навантаження на двигун. А що більше навантаження, то більше потрібно подати палива для того, аби дотримувати необхідну робочу швидкість. Більша подача палива — це збільшення температури вихлопних газів, що й спричинює перегрівання двигуна трактора», — бід­кається пан Григорій, згадуючи про непередбачувані проблеми.

Тому фермеру самостійно довелося замінити заводський вентилятор у двигуні на шестилопатевий та встановити додаткові три радіатори для примусового пониження температури охолоджувальної рідини двигуна.

Один радіатор з електричним вентилятором було встановлено над двигуном, а ще два — на задніх крилах трактора. Радіатори на крилах охолоджувалися без вентиляторів.

Вам, напевне, вже не терпиться прочитати, на скільки ж знизилась витрата пального після такого вдосконалення? Задовольняємо вашу ціл­ком зрозумілу цікавість. Так от, згідно із замірами фермера, витрата пального за обробітку ґрунту на глибину 12–15 см становить 10–15 л/га (проти 20 л/га — із заводською системою). Максимальна витрати пального — за обробітку забур’янених площ або роботи на схилах полів. Мінімальну витрату — 10 л/га — фермер отримує за обробітку чистих і рівних ділянок поля. Щоправда, досягнення практично 50%-го зниження пального Григорій Миколайович «приписує» не лише новим, доопрацьованим, системам впуску повітря та випуску відпрацьованих газів. Такий неймовірний результат став можливий і завдяки зменшенню щільності ґрунту, адже практично 13 років він виконує лише його поверхневий обробіток (максимум завглибшки 12 см), що дало змогу наситити поверхневий шар органікою, оздоровити його, а, як відомо, здоровий і добре структурований ґрунт ущільнити важко.

Ми не змогли не запитати й про практичне використання більш потужних двигунів на тракторах Т-150. Адже всіх цікавить питання, а чи можна встановлювати на ці трактори потужніші двигуни.

«Старі КПП тракторів Т-150К розраховані на виконання роботи з двигунами потужністю 150, максимум 180 к. с. І, як показує практика, вони доволі непогано працюють. Проте слід зауважити, що сьогодні матеріали, з яких виготовляють деталі для проведення поточного чи капітального ремонту цих КПП, — украй низької якості. Раніше після капремонту КПП працювала мінімум п'ять років за середнього навантаження на трактор. Сьогодні ж із новими деталями — максимум два роки», — обурюється пан Григорій. Як говорить фермер, основне слабке місце цих КПП — це чавунні стакани під вали та гідромуфти. «Раніше ремонтні стакани виготовляли із кованого чавуну, який за своїми міцнісними характеристиками наближався до сталі. Сьогодні ж незрозуміло з чого їх виготовляють. Щодо гідромуфт: ми знаємо, що це набір металевих та бронзових пластин. Якщо точніше, то не бронзових, а олово-бронзових. Сьогодні ж наші “умільці”, замість олова, додають до цих пластин свинець. Він же дешевший — навіщо щось придумувати! Проте за потрапляння на такі пластини навіть якісної оливи свинець, який міститься в складі пластин, мінімум удвічі агресивніший. І відповідно, швидше стирається сам і руйнує металеву пластину», — пояснює пан Григорій.

Варта уваги й саморобна система цього господаря для внесення мінеральних добрив одночасно з обробітком ґрунту. Добрива вносяться за один прохід дискової борони. Її основою є бункери та висівні апарати старої СЗ, пачка електродів… та трішки інженерної фантазії.

У фермера є думки й стосовно ще глибшого вдосконалення системи впуску повітря шляхом установлення так званого сопла Лаваля (Сопло Лаваля — різновид сопла, призначеного для прискорення газового потоку, що проходить по ньому, до швидкостей, які перевищують швид­кість звуку. Широко використовується на деяких типах парових турбін і є важливою частиною сучасних ракетних двигунів і надзвукових реактивних авіацій­них двигунів. — Ред).

Сопло — це канал, звужений усередині. У простому випадку таке сопло може складатися з пари зрізаних конусів, сполучених вузькими кінцями. Ефективні сопла сучасних ракетних двигунів профілюються на підставі спеціальних газодинамічних розрахунків. Крім того, до впускного тракту «винахідник» планує впорскувати — увага! — ВОДУ.

«Вода як робоче тіло в момент закипання розширяється у 1700 раз. Проте є одна умова цього — саме в момент закипання! Але де нам взяти таку гарячу воду? Все просто: система додаткового підігріву в поєднанні із системою охолодження двигуна без проблем нам дадуть практично окріп. Далі — справа техніки й практично пар уже у впускному колекторі камери згорання», — розкриває секрет свого ноу- хау пан Григорій.

Таким чином лише завдяки подачі та збільшеному розширенню невеликої кількості киплячої води (за підрахунками фермера, це не більше як 2 л води на 10 л дизельного палива) отримуємо не розрідження тиску у всмоктувальному колекторі, а навпаки — надлишковий тиск, що дає змогу поршню легко засмоктати повітря.

На перший погляд, це маячня. Проте простори інтернету кажуть про протилежне. Принцип упорскування води в паливо-повітряну суміш двигунів внутрішнього згоряння, виявляється, використовують уже досить давно. Щоправда, трішки у іншому напрямі…

Так, про свої досягнення в цій сфері поінформувала відома компанія Bosch. Німецька фірма представила свою розробку — систему водяного впорскування WaterBoost для найпростішої модифікації наявних ДВС. За словами розробників, навіть найбільш «просунутий» двигун внутрішнього згоряння даремно витрачає приблизно п'яту частину пального. Наприклад, воно витрачається на систему охолодження двигуна. У сучасних двигунах трохи додаткового пального впорскується в камеру згоряння не для власне його згоряння, а для випаровування зі стінок системи, завдяки чому й відбувається охолодження двигуна.

Bosch пропонує модифікувати систему впорскування пального: використовувати воду — замість бензину — для охолодження камери. Тобто суть технології WaterBoost полягає в тому, що на великих обертах у двигуні задіюється водяна помпа, яка впорскує в камеру згоряння трохи води незадовго до підпалювання паливної суміші.

Як показали досліди Bosch, така проста модифікація може на кілька від­сотків знизити споживання пального (до 13%) без втрати потужності й крутного моменту двигуна. Економія можлива в моменти перегрівання двигуна на найвищих обертах: наприклад, за різкого прискорення або руху по шосе з високою швидкістю. Крім того, що це рішення економить бензин, так випаровування води ще й краще охолоджує двигун, аніж випаровування бензину.

Як додатковий бонус до економії пального — на 4% знижуються викиди CO₂, так що двигуну буде легше пройти перевірку на дотримання жорстких екологічних нормативів, які висувають до сучасних бензинових двигунів.

Але й це ще не все! Крім економії пального, WaterBoost може додати до 5% потужності двигунам із турбонаддувом. Справа в тому, що добавка води до паливної суміші насичує киснем повітря від турбіни і збільшує швидкість горіння суміші, що оптимізує кут випередження запалювання, тобто кут повороту кривошипа від моменту, коли на свічку запалювання починає подаватися напруга для пробивання іскрового проміжку до заняття поршнем верхньої мертвої точки.

Проте це дослідження іменитих фірм, у яких за плечима — величезні мільярдні пункти в бюджеті на розробки та випробування своїх напрацювань. І це не так уже й дивовижно. Більшою мірою вражають досягнення ось цього доморощеного кулібіна: у планах і на папері в нашого малого фермера, проте з «великою» головою — недарма ж його прізвище Головань! — створення та впровадження в дію низки принципово нових машин для полегшення й підвищення ефективності сільськогосподарської діяльності. Ми навмисне не розкриваємо всі творчі задуми Григорія Миколайовича, адже спритників привласнити чужі ідеї й розробки й видати їх за своє — досить багато. Проте своїми проектами з редакцією він поділився, і, як говорить фермер, коли справа дійде до затвердження прав на інтелектуальну власність — тоді й поговоримо.

А. Сухина  a.sukhina@univest-media.com

Журнал «Пропозиція», №11, 2018 р.

Допрацьована система охолодження двигуна: шестилопатевий вентилятор та додаткові радіатори для примусового пониження температури охолоджувальної рідини двигуна