VDI 6101-2014 Machine operation with regard to the trafficability of soils used for agriculture.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREMaschineneinsatz unter Bercksichtigungder Befahrbarkeit landwirtschaftlichgenutzter BdenMachine operation with regard to the trafficability of soils used for agricultureVDI 6101Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch Technik Biomasse/BodenVDI-Handbuch Ressour

2、cenmanagement in der UmwelttechnikVDI-RICHTLINIENICS 13.080.01, 65.060.20 Juli 2014 July 2014Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 32 Rahmenbedingungen fr den Maschinenei

3、nsatz. . . . . . . . . . . . . . . . 42.1 Fruchtart und Fruchtfolge . . . . . . . . . . 42.2 Bodenbearbeitung und Bestellung . . . . . 82.3 Dngung und Pflege . . . . . . . . . . . . 112.4 Ernte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.5 Bodenstruktur, Bodenverdichtung und Bodenfunktionen . . . .

4、. . . . . . . . . . 232.6 Witterung und Bodenfeuchte . . . . . . . . 283 Technische Ausstattung fr den Einsatz von Traktoren, selbstfahrenden Arbeits- maschinen, Gerten und Anhngern . . . . . 323.1 Reifen- und Bandfahrwerke. . . . . . . . . 323.2 Fahrwerke an landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen un

5、d Fahrzeugen . . . . . 384 Interaktion Maschine/Boden . . . . . . . . . . 414.1 Bodenbelastung, Bodenbeanspruchung und Bodenverformung . . . . . . . . . . . 414.2 Bodenfunktion, Vertikalspannung im Boden, Kontaktflchendruck, Reifen- innendruck, Radlast . . . . . . . . . . . . . 525 Entscheidungshilf

6、en fr den boden- schonenden Maschineneinsatz . . . . . . . . 545.1 Acker- und pflanzenbauliche Vorsorgemglichkeiten . . . . . . . . . . . 555.2 Arbeitsverfahren bei der Bodennutzung . . 565.3 Technische Mglichkeiten zur Minderung der Spannungen im Boden . . . 58Glossar . . . . . . . . . . . . . . .

7、. . . . . . . . 60Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. FrhereAusgabe: 11.07 Former edit

8、ion: 11/07Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 General conditions for machinery use . . . . 4 2.1 Crops and crop rotation. . . . . . . . . . . 42.2 Soil cultivat

9、ion and tillage . . . . . . . . . 82.3 Fertilizing and care . . . . . . . . . . . . . 112.4 Harvesting . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.5 Soil structure, soil compaction, and soil functions . . . . . . . . . . . . . . . . 232.6 Weather and soil water content . . . . . . . 283 Technical equipmen

10、t for the use of tractors, self-propelled machines, implements, and trailers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.1 Running gears and track system . . . . . . 323.2 Undercarriages on agricultural machines and vehicles. . . . . . . . . . . . . . . . . 384 Machine/soil interaction . . . . .

11、. . . . . . . 414.1 Soil load, soil stress, and soil deformation . . . . . . . . . . . . 414.2 Soil function, vertical stress in the soil, contact area pressure, tyre inflation pressure, wheel load . . . . . . . . . . . . 525 Decision aids for soil-protecting machinery use . . . . . . . . . . . . .

12、. . . . 545.1 Possible agronomical prevention measures . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555.2 Techniques of soil use . . . . . . . . . . . 565.3 Technical possibilities for the reduction of soil stress. . . . . . . . . . . . . . . . . 58Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60Bibli

13、ography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67Zubeziehen durch /AvailableatBeuth Verlag GmbH,10772 Berlin Alle Rechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V., Dsseldorf 2014VDI-Gesellschaft Technologies of Life Sciences (TLS)Fachbereich Max-Eyth-Gesellschaft AgrartechnikB

14、55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EF89D9NormCD - Stand 2014-07 2 VDI 6101 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbeson

15、dere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-M

16、erkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.EinleitungNachhaltige Landbewirtschaftung bercksichtigt, wie bei der Dngung und beim Pflanzenschutz, auch bei der Bodennutzung wirtschaftliche, kologische und soziale Aspek

17、te. Handlungsempfehlungen und Schutzmanahmen zur guten fachlichen Praxis“ 9 sind fr den Landwirt die Basis, den physikalischen Bodenschutz hinsichtlich der Vorbeugung oder Min-derung von Bodenschadverdichtung im Sinne eines langfristigen Erhalts von Bodenfunktionen (z. B. Er-tragsfhigkeit) entsprech

18、end seinen betriebsspezifi-schen Rahmenbedingungen zu bercksichtigen.In der Landwirtschaft werden leistungsfhige Ma-schinen, Gerte und Fahrzeuge eingesetzt, um Le-bens- und Futtermittel, Rohstoffe und Energiepflan-zen, orientiert an den Anforderungen eines modernen Verbraucherschutzes und an Umwelta

19、nforderungen, rationell zu produzieren. Es liegt im Interesse des Landwirts und geht konform mit Vorgaben der Politik und damit der Gesellschaft, die Landwirtschaft an den Zielen der Nachhaltigkeit auszurichten.Bodenbearbeitung, Bestellung, Dngung, Pflege und Ernte erfolgen unter heutigen Rahmenbedi

20、ngungen mit leistungsstarken und hochwertigen Maschinen, die aus Grnden der termingerechten, fachlich richti-gen und przisen Arbeitserledigung sowie der Kosten effizient eingesetzt werden mssen. Leistungsstarke Maschinen bieten Bunker- und Transportvolumina, Zapfwellenleistung sowie bentigte Zugkraf

21、t, wobei unter Feldbedingungen der Triebkraftbeiwert aller-dings maximal etwa 0,5 betrgt; das heit, dass kaum mehr als 50 % der Radlast in Triebkraft umgesetzt werden knnen.Maschinen und Fahrzeuge belasten den Ackerboden in der Kontaktflche durch verschiedene am Fahr-werk auftretende Krfte. Dies sin

22、d zum einen Verti-Preliminary noteThe content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the standard VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing sy

23、stems and translation, either of the full text or of extracts.The use of this standard without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions specified in the VDI Notices (www.vdi.de/richtlinien). We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this sta

24、ndard.IntroductionLike in fertilizing and plant protection, sustainable agriculture includes economic, ecological, and social aspects in the consideration of land use. For the farmer, recommendations and protective “good prac-tice” measures 9 are the basis for the consideration of physical soil prot

25、ection with regard to the preven-tion or reduction of harmful soil compaction for the long-term preservation of soil functions (e. g. yield capacity) depending on the specific conditions on his farm. In agriculture, efficient machines, implements, and vehicles are used for the economical production

26、of food, feed, raw materials, and energy plants based on the requirements of modern consumer protection and environmental needs. The orientation of agriculture towards the goals of sustainability is in the interest of the farmer and conforms with the demands of politics and society. Under current co

27、nditions, soil cultivation, tillage, fer-tilizing, care, and harvesting are carried out with the aid of high quality machines providing large outputs, which must be used efficiently for timely, proper, and precise work as well as for cost reasons. Efficient ma-chines offer hopper and transport volum

28、es, PTO and tractive power. Under field conditions, however, the maximum tractive force coefficient is only approxi-mately 0,5, which means that only about 50 % of the wheel load can be converted into tractive force. In the contact area, machines and vehicles put loads on the soil as a result of dif

29、ferent forces acting on the chassis. These are vertical forces caused by the B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EF89D9NormCD - Stand 2014-07VDI 6101 3 All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014kalkrfte infolge Fahrzeugleergewicht und Nutz-masse, die sich dreidimensiona

30、l als Spannungen im Boden fortpflanzen. Zum anderen treten bei gelenk-ten und angetriebenen Fahrwerken zustzlich Hori-zontalkrfte auf, die in unterschiedliche Richtungen wirken. Es sind dies die Lenkkrfte, die bei der Fahr-zeuglenkung quer zur Fahrtrichtung wirken, und es sind in oder gegen die Fahr

31、trichtung wirkende Trieb- oder Bremskrfte sowie Sttzkrfte am Hang. Die Horizontalkrfte erzeugen horizontale Scherspan-nungen hauptschlich im Oberboden.Die in den Boden eingetragenen Spannungen bean-spruchen die Bodenstruktur. Dadurch ist die Gefahr eines Gefgeschadens durch Schadverdichtung in Acker

32、krume, Krumenbasis und Unterboden gegeben. Ob es tatschlich zu einer schdlichen Bodenvern-derung kommt, hngt von den Bedingungen am Fahr-werk und den Bodenverhltnissen whrend des Be-fahrens ab.Die Vermeidung oder Verminderung anthropogen verursachter Beeintrchtigungen der Bodenfunktio-nen gehrt zu d

33、en Leitbildern nachhaltiger Landbe-wirtschaftung. Es liegt im Interesse des Landwirts und wird seit Inkrafttreten des Bundes-Bodenschutz-gesetzes (BBodSchG) auch vom Gesetzgeber ver-langt, dass Landbewirtschaftung Vorsorgepflichten erfllt und gegebenenfalls Manahmen zur Gefahren-abwehr zu bercksicht

34、igen hat. Einer Bodenschad-verdichtung durch Befahren ist also vorzubeugen.Das Befahren eines landwirtschaftlich genutzten Bo-dens hat demnach unter Bedingungen zu erfolgen, unter denen seine Funktionen nicht nachhaltig beein-trchtigt werden. Die Befahrbarkeit ist eine Eigen-schaft des Systems Boden

35、/Fahrwerk und wird be-stimmt durch physikalische Parameter des Bodens (in Krume und Unterboden), durch biologische (Pflan-zenbestand u. a.) und kologische Parameter (Leitf-higkeiten der Bodenstruktur u. a.) sowie durch techni-sche Parameter (u. a. Radlast, Schlupf und Kontakt-flche des Fahrwerks).Fr

36、 den Betrieb auf Straen gelten die in der StVZO und der StVO enthaltenen Festlegungen. 1 AnwendungsbereichIn Ergnzung zu bisherigen Empfehlungen 8; 9; 17 werden in dieser Richtlinie zunchst Rahmenbedin-gungen in der Pflanzenproduktion und der Stand der Landtechnik mit beispielhaften Radlasten beschr

37、ie-ben sowie auch Interaktionen Maschine/Boden be-rcksichtigt (Abschnitt 2 bis Abschnitt 4). Daraus werden bodenschonende Manahmen zur Maschi-nenauswahl und zum Maschineneinsatz abgeleitet weight of the empty vehicle and the payload, which propagate in three dimensions as stress in the soil. Moreove

38、r, additional horizontal forces, which act in different directions, occur in steered and driven chas-sis. These are the steering forces which act at right angles to the dirction of travel as a result of vehicle steering as well as tractive or braking forces acting in or against the direction of trav

39、el along with support-ing forces on slopes. The horizontal forces mainly cause horizontal shearing stress in the topsoil. Stress input into the soil puts a burden on the soil structure. This leads to the danger of structural dam-age due to harmful compaction in the topsoil, the top-soil base, and th

40、e subsoil. Whether or not harmful soil compaction really occurs depends on the conditions in the chassis and the soil conditions during the pas-sage of the vehicle. The reduction or avoidance of the anthropogenic im-pairment of soil functions belongs to the goals of sus-tainable agriculture. It is i

41、n the interest of the farmer and also required by the legislator after the Federal Soil Protection Act (BBodSchG) went into effect that agriculture fulfills preventive obligations and must take measures to avoid danger, if necessary. There-fore, harmful soil compaction caused by the passage of vehic

42、les must be prevented. Soil used for agricultural purposes must be driven over under conditions which do not cause any lasting impairment of its functions. Trafficability is a prop-erty of the soil/undercarriage system, which is deter-mined by physical parameters of the soil (in the top-soil and the

43、 subsoil), biological (plants, etc.) and ecological parameters (conductivity of the soil struc-ture, etc.), as well as technical parameters (wheel load, slip, and contact area of the chassis, etc.). For road use, the requirements of the German Motor Vehicle Safety Regulations (StVZO) and the Road Tr

44、affic Regulations (StVO) apply.1 ScopeAs a supplement to current recommendations 8; 9; 17, this standard considers conditions in plant production as well as the state of the art in agricul-tural engineering for exemplary wheel loads. Ma-chine/soil interaction is also taken into account (Section 2 to

45、 Section 4). On this basis, soil-protecting measures for the selection and use of machinery are derived, and concrete decision aids with regard to the B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EF89D9NormCD - Stand 2014-07 4 VDI 6101 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2

46、014und Entscheidungshilfen im Hinblick auf die Befahr-barkeit landwirtschaftlich genutzter Bden konkreti-siert (Abschnitt 5). Zu Letzterem wird der Bezug in Abschnitt 2 bis Abschnitt 4 mit z. B. /E4.1 (1)/ ge-kennzeichnet. In Abschnitt 5 erfolgt der Bezug mit der Nennung der entsprechenden Abschnitt

47、e, z. B. /Abschnitt 2.1.1/.2 Rahmenbedingungen fr den MaschineneinsatzFr den Maschineneinsatz auf landwirtschaftlich genutzten Flchen sind betriebs- und standortspezi-fische Rahmenbedingungen mit ausschlaggebend /E5.2 (21),(23)/. Sie sind die Grundlage fr die Ma-schinenausstattung der Betriebe und f

48、r landtechni-sche Dienstleistungen.Dazu gehren u. a.: Fruchtart und Fruchtfolge Bodenbearbeitung und Bestellung Dngung und Pflege Ernte Bodenstruktur, Bodenverdichtung und Boden-funktionen Witterung und Bodenfeuchte2.1 Fruchtart und Fruchtfolge2.1.1 FruchtartDie Auswahl der in einem landwirtschaftli

49、chen Be-trieb angebauten Frchte ist u. a. abhngig von Klima, Boden, wirtschaftlichen Rahmenbedingun-gen sowie Umfang und Art der Viehhaltung. Die Frchte unterscheiden sich hinsichtlich der Anspr-che an den Boden, der Auswirkungen auf die Boden-struktur und der Bodenbelastungen, die beim Anbau auftreten.Frchte mit hohem Wasserbedarf und schwachem Wurzelwachstum stellen hohe Ansprche an die Wasserverfgbarkeit, die von Klima (Niederschlags-menge, Niede