Zespół
dr inż. Janusz Rutkowski – kierownik zespołu
mgr inż. Paweł Bąkiewicz
mgr inż. Łukasz Ignasiak
dr inż. Tadeusz Pawłowski
prof. nadzw. dr hab. inż. Jan Szczepaniak
mgr inż. Mikołaj Spadło
mgr inż. Marek Szychta

Istota wynalazku

Podstawowym problemem w renowacji kanałów melioracyjnych w Polsce jest ich tragiczny stan wynikający z wieloletnich zaniedbań. Specyfiką i problemem rowów melioracyjnych w Polsce są drzewa na krawędzi kanałów, uniemożliwiające tradycyjną mechanizację zabiegów renowacyjnych. Wiele kanałów jest tak zarośniętych drzewami, że ich usunięcie wymaga pilarza i drwala. Drzewa na nabrzeżu rowu są natomiast elementem krajobrazu i nie można ich usuwać.

Kanały są nieregularne, a skarpy są bardzo strome i zarośnięte. Na takich skarpach nie może się poruszać maszyna, nie można też okraczać takich kanałów, bo w jeździe przeszkadzają rosnące wewnątrz rowu drzewa. Dlatego specjalistyczne maszyny zachodnie, dedykowane do realizacji zabiegów renowacyjnych, nie sprawdzają się w polskich realiach.

Odpowiedzią na te problemy jest opracowana w PIMR nowa technologia renowacji cieków wodnych, która polega na wprowadzeniu pojazdu specjalistycznego do wnętrza rowu i prowadzeniu go po dnie i na skarpach. Maszyna umożliwia wykonywanie zabiegów koszenia, odmulania kanałów i kształtowania skarp w sposób ciągły, podczas jazdy maszyny w rowie. W odróżnieniu od znanych rozwiązań, skonstruowanym w PIMR pojazdem specjalistycznym do renowacji kanałów melioracyjnych można omijać drzewa rosnące na skarpach lub nabrzeżu kanału bez przerywania pracy. Tego nie potrafią ani maszyny zachodnie, ani rozwiązania przedstawione w przeanalizowanych patentach zachodnich. Innowacyjna jest konfiguracja zestawu osprzęt-pojazd, mający narzędzia robocze z przodu i z tyłu oraz manipulator hydrauliczny z łyżką do kopania, co eliminuje korzystanie z pomocy drugiej koparki formującej wjazd do rowu. Układ zawieszenia osprzętu roboczego (kosiarki i odmularki) pozwala na płynne dostosowanie narzędzi do nachylenia skarp. Dowodem innowacyjności technologii i samego pojazdu są 3 zgłoszenia patentowe, w tym 2 do EPO.

Podstawowym problemem podczas wykonywania renowacji otwartych cieków wodnych według starej technologii jest brak swobodnego dostępu do rowu z terenu, na którym może operować maszyna czyszcząca. Używane są maszyny budowlane (np. koparko- ładowarki) lub rolnicze (np. ciągnik z kosiarką), które poruszają się wzdłuż rowu na jego brzegu. Ten sposób renowacji cieków powoduje częste kolizje z uprawami rolnymi, drzewami na skarpach i innymi przeszkodami.

Opracowane w Przemysłowym Instytucie Maszyn Rolniczych urządzenie porusza się na gąsienicy wewnątrz cieku wodnego, co eliminuje problemy przejazdów po strefie przybrzeżnej, gęsto zarośniętej drzewami i krzewami. Problemem bywał często również brak zgody właściciela gruntu, na którym rosną uprawy rolnicze. Stabilność poruszania się maszyny wewnątrz zamulonego dna rowu zapewnia układ ramion podporowych bocznych. Podwozie jezdne opiera się na gąsienicy na dnie rowu a napędzane hydraulicznie koła podporowe stabilizują maszynę - opierając się na obu skarpach. Zaletą urządzenia jest także samodzielne wjeżdżanie i wyjeżdżanie maszyny do rowu bez potrzeby użycia sprzętu dźwigowego.

Kolejną cechą charakterystyczną urządzenia do renowacji rowów jest jego wielozadaniowość. Innowacyjny układ zawieszenia wymiennych narzędzi roboczych na manipulatorach hydraulicznych umożliwia takie czynności jak: odmulanie dna, koszenie traw i trzcin, karczowanie krzewów i gałęzi drzew wewnątrz rowu, podcinanie gałęzi drzew rosnących na pasie strefy przybrzeżnej, kształtowanie geometrii i naprawę skarp rowu.

Narzędzia robocze znajdujące się na przednim układzie zawieszenia opierają się na obu skarpach rowu lub na dnie, przez co operacje renowacji rowu można prowadzić w sposób nieprzerwany podczas jazdy maszyny w rowie. Zamocowanie narzędzi koszących z przodu -przed podwoziem jezdnym - powoduje, że kota nie ugniatają trawy i trzciny przed jej skoszeniem, a w przypadku odmulania i pogłębiania rowu nierówności terenowe i namuł są usuwany przed przejazdem układu gąsienicowego. Przednie zawieszenie podstawowych narzędzi roboczych zapewnia dobrą widoczność strefy pracy z kabiny operatora. Z tyłu urządzenia wielozadaniowego znajduje się również układ zawieszenia narzędzi, na którym instaluje się narzędzia wykańczające, takie jak zgrabiarki, wały ugniatające skarpy, rębarki do gałęzi.
Rozwiązanie „Technologia i nowej generacji urządzenie wielozadaniowe do regeneracyjnego kształtowania otwartych cieków wodnych" zostało nagrodzone:
1} Złotym Medalem z wyróżnieniem oraz Specjalną nagrodą - medalem CIIS Chinese innowation And lnvention Society Taiwan podczas 7. Międzynarodowej Warszawskiej Wystawy Wynalazków IWIS - 2013 r.
2) Srebrnym Medalem podczas 42 Międzynarodowej Wystawy Wynalazczości, Nowoczesnej Techniki i Wyrobów w Genewie - 2014 r.
3) Brązowy Medal na 17 Międzynarodowym Salonie Wynalazków i Innowacyjnych Technologii „ARCHIMEDES 2014" w Moskwie - 2014 r.
4} Dyplomem Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego podczas XXI Giełdy Wynalazków w Warszawie - 2014 r.
5) Złotym Medalem podczas Seoul International lnvention Fair 2013 w Korei - 2013 r.
6) Srebrnym medalem podczas Brussels lnnova 2013 w konkursie Brussels Eureka - 2013 r.

Korzyści

Zastosowanie urządzenia i zawartych w nim opatentowanych rozwiązań techniczno-funkcjonalnych pozwala w pełni zmechanizować prace nad utrzymaniem stanu rowów. Wieloletnie zaniedbania skutkują brakiem spływu wody z pól i lokalnymi, katastrofalnymi podtopieniami wsi w czasie intensywnych opadów atmosferycznych. Zaprojektowane urządzenie umożliwia mechaniczne usuniecie z rowu zarastającej roślinności (również krzewów i drzew), usunięcie mułu, pogłębienie i prawidłowe ukształtowanie skarp rowu.

Maszyna porusza się wewnątrz rowu i omija przeszkody terenowe, w tym przede wszystkim drzewa i krzewy rosnące z boku rowu. Jej praca nie niszczy upraw, przez które przebiega rów melioracyjny. Użytkowanie urządzenia eliminuje wiele problemów jak brak zgody właściciela gruntu na wjazd na teren, brak możliwości renowacji cieków na grząskim terenie, brak możliwości pielęgnacji cieków w okresach intensywnej wegetacji i prac polowych. Opracowany w PIMR system i urządzenie do renowacji otwartych cieków wodnych charakteryzuje się następującymi zaletami:
• bezkolizyjną pracą (omijanie drzew i przeszkód), dzięki poruszaniu się wewnątrz kanału,
• jednoczesnym wykonywaniem kilku operacji, wykonywanych przez kilka narzędzi: kosiarki, zgrabiarki, frezarki ślimakowe, lemiesze z odmularką, zgrabiarki,
• samodzielnym wjeżdżaniem i wyjeżdżaniem z kanału, dzięki hydraulicznie napędzanym kołom podporowym na wysięgnikach bocznych,
• zastosowaniem wysięgnika hydraulicznego z obrotnicą, pozwalającego na wykonanie zabiegów przy pomocy wymiennych narzędzi,
• pracą w ciekach wodnych o zmiennej geometrii profilu
• znacznie wyższą wydajnością prac renowacyjnych i krótkim okresem zakłócania prac polowych.

Potencjał komercjalizacji

W Polsce występują trzy rodzaje cieków wodnych: rowy melioracji szczegółowej (szerokość dna 0,4 m), kanały melioracji podstawowej (szerokość dna od 1-2 m) i duże kanały zbiorcze odprowadzające (szerokość dna ok. 10 m). Rowy szczegółowe w większości należą do rolników indywidualnych i to oni we własnym zakresie i interesie dbają o ich stan. Nie prowadzi się tu zabiegów technologicznych na dużą skalę, są to prace doraźne wykonywane narzędziami ogólnie dostępnymi w gospodarstwach rolnych.

Kanały duże, o szerokości dna 10 m, zawsze są wypełnione wodą i to często o głębokości 1 m i więcej. Ze względu na stały i intensywny przepływ wody, kanały te są przeważnie drożne i sprawne. Na takich kanałach zabiegi pielęgnacyjne prowadzi się łódkami lub wykasza tylko skarpy z dostępu z nabrzeża rowu.

Największe zainteresowanie zmechanizowaniem zabiegów pielęgnacyjnych i renowacyjnych dotyczy kanałów o szerokości dna 1-2 m. Są to kanały, które często należą do lokalnych opiekunów, takich jak spółki wodne, zarządy regionalne i wojewódzkie melioracji oraz gminy. Pełnią one istotną rolę w gospodarce wodnej, ponieważ rozprowadzają wodę na obszarze kilkudziesięciu kilometrów. Z drugiej strony woda często płynie w nich tylko okresowo, przez co są narażone na łatwe zarastanie i zamulanie. Większość z nich nie była czyszczona od ponad dwudziestu lat. W większości kanały wymagają wykaszania traw ponad (90%), odmulania (ok. 40%) i karczowania drzew i krzewów (ok. 30-40%). Dziś w Polsce prace renowacyjne w tych kanałach wykonuje bardzo często ręcznie lub z użyciem narzędzi zawieszanych na ciągnikach rolniczych. Z punktu widzenia odbiorcy mechanizacja jest opłacalna. Odcinek 2 km kanału ekipa 10 pracowników czyści (kosi i odmula) przez ok. 2 tygodnie.

Koszt takich prac wynosi ok. 10 000 - 15 000 zł. Maszyną specjalistyczną można tego dokonać w ciągu 1 dnia, za kwotę ok. 2200 zł (350 zł amortyzacja pojazdu, 1500 zł paliwo, 150 zł dniówka operatora, 150 zł dniówka pomocnika, 50 zł serwis). Potencjalny rynek zbytu na specjalistyczną maszynę do renowacji cieków wodnych jest więc bardzo duży. Zaniedbania i zakres prac renowacyjnych jest na tyle duży, że firmom i spółkom wodnym opłaca się stosować technologie wysoko zmechanizowane, a nawet importować zachodnie maszyny, nie w pełni dostosowane do polskich warunków. Szacuje się, że na dziś potrzeba w kraju 30-50 maszyn, które będą nabywane przez spółki wodne i firmy zajmujące się konserwacją infrastruktury melioracyjnej.