Технології збирання зерна: вибір правильного комбайна

650

Микола Макаренко, доцент Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка, сільськогосподарський дорадник

Виробництво зерна в Україні традиційно є основною і вельми значущою галуззю сільськогосподарського виробництва, від розвитку якої до певної міри залежить продовольча безпека населення країни. Найважливішою ланкою в багатоскладовому ланцюжку виробництва зерна і найбільш напруженою і відповідальною операцією є збирання, яке є завершальною операцією в технології вирощування сільськогосподарських культур. Ефективність його проведення залежить перш за все від досконалості і надійності використаних зернозбиральних комбайнів.

Забезпечення підприємства комбайнами і досягнутий рівень їх використання істотно впливають на валовий збір зерна, оскільки запізнення із збиранням призводить до значних втрат вирощеного врожаю. Відомо, наприклад, що втрати зерна досягають 25—30 % при запізненні збирання зернових колосових на 10—12 днів. Ще більш жорсткі вимоги до збирання ріпаку та інших культур, які легко осипаються. Тому підприємствам економічно вигідно мати таку кількість комбайнів відповідної продуктивності та надійності, які забезпечать збирання зерна в оптимальні строки.

У структурі загальних витрат на виробництво сільськогосподарських культур збирання займає 31-50% витрат енергії і 45-60% трудових витрат. Тому саме від характеристик комбайна в значній мірі залежить рентабельність даного виробництва.

У практиці світового сільськогосподарського машинобудування зернозбиральні комбайни відповідають досить високому технічному рівню і однозначно виділити «оптимальну» характеристику комбайна з урахуванням всіх виробничих вимог є досить складним завданням. Нині та на перспективу при оцінці різних агропромислових технологій і використовуваної техніки домінують перш за все показники енергозбереження, що виправдано у зв’язку з зростаючими цінами на енергоносії. Стосовно проблеми вибору зернозбирального комбайна питання може розглядатися з погляду ефективного і виправданого вибору потужності двигуна комбайна по відношенню до технологічної необхідності витрат енергії на роботу основних вузлів і механізмів. При цьому підсумковим показником результатів використання комбайна може бути величина річного намолоту порівнюваних моделей в схожих умовах експлуатації. Показник річного намолоту інтегральний і відображає як технологічні можливості комбайна, так і організацію його використання. Сюди також входять і відносні втрати зерна та його пошкодження, надійність роботи і багато інших показників.

Крім того головним напрямом удосконалення конструкцій зернозбиральних комбайнів та їх робочих органів є підвищення продуктивності з одночасною мінімізацією втрат урожаю. Ці показники визначаються агротехнічними вимогами. Кожна з машин може працювати доволі ефективно за певних умов.

Залежно від стану хлібостою на кожну тонну намолоченого зерна необхідно витратити енергії від 11—12 кВт год. на високоврожайних, не забур’янених посівах і до 30 кВт год. та більше на низьковрожайних, забур’янених та полеглих хлібах.

Ефективною особливістю перспективних комбайнів є збільшення тривалості та інтенсивності дії молотильних робочих органів під час переміщення стебел з колосками. Тому всі комбайнобудівні фірми ведуть інтенсивний пошук шляхів підвищення продуктивності комбайнів, зменшення енергоємності й матеріаломісткості процесу збирання зернових та їм подібних культур. За останнє десятиріччя створений ряд енергонасичених високопродуктивних зернозбиральних комбайнів нового покоління.

Особливістю конструкцій нових комбайнів є підвищення інтенсивності дії молотильно-сепаруючого пристрою (МСП) робочих органів на технологічну масу завдяки додатковим пристроям роторного типу, каскадним двопродувним повітряно-решітним очисткам, збільшенню ширини молотарки та площі сепарації, підвищенню потужності двигунів, збільшенню діаметрів молотильних барабанів тощо. Крім того у них суттєво збільшена місткість зернового бункера і продуктивність вивантажувального пристрою. Сучасні комбайни більш комфортні, у них підвищена енергонасиченість технологічного процесу. Для зменшення втрат зерна широко застосовуються електронні системи контролю та автоматичного регулювання технологічного процесу.

Обґрунтування оптимального типажу комбайнів для будь-якої країни — суто національна проблема, оскільки їх реальна експлуатаційна продуктивність визначається врожайністю і збиральною вологістю зерна і соломи, швидкостями руху, що фактично реалізовуються, і шириною захвату жатки на різних фонах, експлуатаційною надійністю та транспортним забезпеченням відвезення зерна.

З урахуванням вимог ринку кожен аграрій повинен мати можливість вибрати собі модель комбайна, що повністю відповідає його інтересам і можливостям.

На основі аналізу існуючих технологій і технічних засобів збирання зернових культур можна стверджувати, що, як і в попередні роки, основною машиною для збирання зернових культур як в Україні, так і за рубежем залишається класичний самохідний зернозбиральний комбайн. Із існуючих технологій збирання зерна зернових культур перевага надається однофазному способу. Поряд з удосконаленими конструкціями комбайнів класичної схеми для збирання зернових культур все більше використовують комбайни роторного типу з високою пропускною здатністю (10…12 кг/с), а також жатки з обчісувальними пристроями. При врожайності зернових до 30 ц/га найбільш широким попитом користуються комбайни класичної схеми з пропускною здатністю 5…7 кг/с як найбільш легкі та дешеві.

Широкий спектр робіт, які може виконувати комбайн, досягається за рахунок можливості агрегатування з різними спеціальними приставками та пристроями, які дозволяють пристосовувати технологічний процес скошування і обмолоту до специфічних вимог при збиранні кожної з цих культур.

Підвищення продуктивності комбайнів традиційних конструкцій досягається шляхом збільшення розмірів жаток, МСП, підвищення потужності двигунів, а також використанням гідравлічних трансмісій, гідроприводу робочих органів, електроніки та мехатроніки.

Найчастіше використовуються наступні автоматичні системи:

– контроль за роботою або станом різних пристроїв та систем комбайна;

– управління жаткою (Auto Contour – Claas, Contour Master або Header Track – John Deere, Field Star – Fendt, Autocontrol – Deutz-Fahr та ін.);

– синхронізація частоти обертання мотовила жатки із швидкістю руху комбайна;

– контроль і управління режимами робочих органів молотарки комбайна (Cebis – Claas, AME – John Deere, Jnfo View – New Holland, Fieldstar – Fendt, Teris або TCS – Deutz-Fahr та ін.);

– водіння комбайна по рядках кукурудзи, краю нескошеної загонки зернових культур (Autopilot; Laser Pilot – Claas, Auto Trac – John Deere та ін.);

– стабілізація завантаження молотарки комбайна (John Deere серія STSi, Massey Ferguson, Fend|, Cruise Pilot – Lexion 600 Claas та ін.);

– стабілізація частоти обертання ротора МСП незалежно від частоти обертання колінчастого валу двигуна (роторні комбайни Massey Ferguson, Challenger та ін.);

– підвищення потужності двигуна на 20 і навіть на 41 кВт при зниженні внаслідок перевантаження частоти обертання колінчастого валу на 200 хв–1 від номінального значення;

– вимірювання і картирування врожайності для системи «точного землеробства» (Claas, John Deere, Massey Ferguson, Fendt, Deutz-Fahr та ін.);

– вирівнювання корпусу молотарки (або тільки очищення) на схилі (Levelling System – Laverda, Climber і Balance – Deutz-Fahr, Auto Levell – Massey Ferguson, Hillmaster – John Deere, Montana – Claas та ін.); вирівнювання очищення (New Holland), динамічне вирівнювання шару на решетах по ширині (3D – Claas).

Дослідження виявляють цілком певну, статистично стійку спільність і однорідність комбайнів по параметрах не дивлячись на різноманіття комбайнобудівних фірм, моделей комбайнів і конструкційно-компонувальних схем, вага їх і основні параметри мають постійність в комбайнах певної пропускної спроможності. Випадки відхилення по окремих параметрах мають місце, але вони зустрічаються рідко, а загальний розкид має достатньо стійке середнє значення з відхиленням не більше 8—10%. Основними параметрами комбайна для формування його пропускної спроможності визнані: потужність двигуна, площа розгортки підбарабання, соломотрясу і решіт очищення. Проте, не всі узагальнені параметри різних моделей використовуються однаково ефективно і тому для всіх однозначно прийматися не можуть. При одній і тій же площі підбарабання в одній машині процес обмолоту і сепарації може проходити інтенсивніше, ніж в іншій, унаслідок впровадження деяких інтенсифікуючих чинників (збільшений робочий перетин підбарабання, більш активна поверхня підбарабання, встановлення бичів з підбичниками спеціальної конструкції з великим молотильно-сепаруючим ефектом та ін.).

Виділення зерна з соломи залежить від наявності і величини сил, що діють на зерно у напрямі сепарації, шаруватості шару обмолоченої маси і його товщини, конструкції сепаруючих грат робочого органу і часу перебування зерна в зоні сепарації, достатньому для проходження зерна з верхніх шарів обмолочуваної маси під сепаруючі грати. Відсутність або недостатність будь-якого з цих чинників зменшує ефект сепарації зерна або повністю його виключає. Тому при виборі МСП з великою подачею важливим завданням є знайти оптимальне співвідношення всіх цих чинників не в збиток якості отримуваного зерна.

У всіх вітчизняних і зарубіжних комбайнах продуктивність, втрати і пошкодження зерна насамперед визначають досконалість МСП. Тому докладніше розглянемо найбільш характерні особливості конструкції МСП сучасних зернозбиральних комбайнів.

Аналізуючи конструкцію найбільш характерних моделей зернозбиральних комбайнів, можна зробити висновок, що в основному застосовуються МСП двох типів. Це пристрої з одним або декількома поперечними розташованими барабанами (прискорювачами, сепараторами) з гратчастими підбарабаннями під ними у поєднанні з клавішними соломотрясами і аксіальні МСП.

Найбільшого поширення у всьому світі набули комбайни з однобарабанними МСП у поєднанні з классичними соломотрясами, як результат їх універсальності, високої надійності технологічного процесу, простоти будови і обслуговування. Проте комбайни з двохбарабанним МСП більш пристосовані для роботи в несприятливих умовах при збиранні важкообмолочуваних культур підвищеної вологості, при цьому їх продуктивність вища, а втрати і пошкодження зерна нижчі, ніж у однобарабанних. Тому зарубіжні фірми поступово переходять до молотильних пристроїв з декількома барабанами (прискорювачами, сепараторами) не дивлячись на деяке ускладнення їх конструкції.

Зернозбиральні комбайни, обладнані аксіальними МСП, при збиранні сухих короткостеблових культур в порівнянні з барабанними мають повну перевагу по продуктивності, меншим втратам і пошкодженню зерна. Проте при збиранні довгостеблових  культур підвищеної вологості вони схильні до забивання внаслідок утворення джгутів. Тому витрата палива комбайнами з аксіальним МСП дещо вища ніж комбайнами з барабанами і соломотрясами. У зв’язку з цим в комбайнах з аксіальним МСП спостерігається тенденція до подрібнення обмолочуваної маси перед подачею її до частини ротора, що обмолочує, що неминуче веде до додаткового пошкодження зерна.

До недоліків цього МСУ слід віднести порційну подачу лопатями ротора обмолочуваної маси в молотильний зазор і нерівномірність її розподілу по сепаруючих гратах, що знижує потенційні можливості цього пристрою. Крім того, при попаданні в аксіальний МСП твердих предметів і деформації ротора, довжина якого досягає 3556 мм, ремонт його можливий тільки в заводських умовах, оскільки в кінці ремонту обов’язково потрібне динамічне балансування. Все це пояснює ту обставину, що комбайни з аксіальними МСП не дивлячись на їх незаперечні переваги вже багато років не можуть витіснити комбайни, обладнані поперечними барабанами і соломотрясами.

На сьогодні практично припинена суперечка про вибір технологічної схеми комбайнів: класична або аксіально-роторна. Сплеск надмірного захоплення аксіально-роторними комбайнами припинився, і кожна схема знайшла своє гідне місце. На збиранні високоврожайних, сухих, не засмічених і короткостеблових хлібів і кукурудзи на зерно переважно використовуються аксіально-роторні комбайни. У всіх інших випадках — класичні (тобто з бильним барабаном, чотирьохклавішним соломосепаратором і двухрешетним вітровим очищенням). Прогнозується розширення розробок по багатоклавішним соломосепараторам (6, 8, 10), три-чотири каскадним решетам, комбінованим МСП: бильний молотильний апарат і аксіально-роторні соломовідокремлювачі; аксіально-роторні МСП з осьовою і тангенціальною подачею хлібної маси і ін.

Великі перспективи має тенденція комп’ютеризації комбайна і забезпечення його роботи в системі координатного рослинництва. Це дозволить не тільки вплинути на вибір режимів роботи всіх попередніх польових с.-г. агрегатів по обробітку зернових, але і оптимізувати режими роботи самого комбайна при природній варіації польової врожайності зерна і соломи по критеріях максимуму продуктивності і мінімуму втрат зерна.

Важливим також є оптимізація енергозабезпечення комбайна за рахунок зниження витрати потужності на холостий хід, самопереміщення і підвищення потужності на робочий процес, установки двигунів з багаторівневим регулюванням потужності, застосування електрогенераторів і електродвигунів і ін.

Крім того в комбайні втілюються передові досягнення конструкції по забезпеченню екологічних показників і виконання вимог безпеки відповідно до загальносвітових стандартів і досягнень науки: тиск на ґрунт до 80—120 кПа, зменшення вмісту шкідливих домішок у вихлопних газах, зниження пилоутворення і тому подібне.

На ринку комбайнів України пропонуються машини з різними типами і схемами молотильних пристроїв: однобарабанні («Ростсільмаш», John Deere), багатобарабанні (New Holland, Massey Ferguson), роторні (Case, John Deere) та гібридні (Claas). Кожен з виробників наводить власні аргументи на підтримку вибраної схеми обмолоту і вказує на відповідні переваги.

Розглянемо особливості комбайна серії 140 від Case ІН.

Однороторний обмолот та сепарація – це візитна картка Case ІН. Ними створюються нові лінійки комбайнів, які не просто відповідають поточним завданням сільського господарства, але й враховують виклики майбутнього.

Принцип обмолоту зерна об зерно, застосований у Ахіаl-Flоw, не тільки зводить до мінімуму втрати у полі завдяки більш ефективній сепарації, але й забезпечує найвищу якість та чистоту зерна, що потрапляє до зернового бункера. Поперечний барабан, що використовується в традиційних або гібридних комбайнах, в цих машинах відсутній, тому перехід від обмолоту до сепарації відбувається надзвичайно плавно: великі відцентрові сили досягаються вже на низьких швидкостях ротора, а для більш складних умов достатньо просто збільшити швидкість ротора.

Секція ротора, що закриває зону обмолоту оснащена новими бичами для попереднього обмолоту та сепарації, в той час як секція ротора, що закриває зону сепарації, отримала традиційні бичі з гребенями для того, щоб вловлювати залишки зерна. Переваги більшої потужності обмолоту та сепарації проявляються у зменшенні втрат зерна та зменшенні чутливості ротора до зміни умов збирання врожаю.

Висока якість зразків неможлива з дробленим зерном не тільки через самі пошкоджені ядра, але й через те, що їх може просто видути назовні через задню частину комбайна. Завдяки перевагам обмолоту новим ротором Small Тube від Ахіаl-Flоw комбайни Сазе ІН завжди гарантують високу якість зразків зерна. Молотильні бичі розташовані чотирма спіралями навколо ротора, що забезпечує покращений обмолот та більш високу якість соломи у складних умовах. Доступ до клітки ротора можливий з обох боків машини, а легкі взаємозамінні модулі можна легко зняти та замінити при збиранні різних культур – це справжня перевага Ахіаl-Flоw.

Машини Ахіаl-Flоw є унікальними не лише завдяки ротору. Система очищення Cross-Flow використовує вентилятор V-подібної форми, який подає великі об’єми повітря. На відміну від традиційних систем, не створюються повітряні кишені, розподіл повітряних мас під решетами є рівномірним, а швидкість вентилятора є повністю регульованою для роботи з дрібнонасіннєвими культурами. В результаті потужність очищення зростає, а решета регулюються прямо з сидіння. Кожне решето може працювати з ідеальним робочим ходом, а протилежно спрямовані рухи решіт взаємно нівелюються, що призводить до більш плавної роботи зерноочистки. Коротка солома практично усувається, що забезпечує більш чисте зерно в бункері. Повністю регульоване попереднє решето означає, що комбайни Ахіаl-Flоw серії 140 можна підлаштувати до будь-яких культур та умов збирання.

При зміні однієї культури на іншу або при зміні полів, очищення комбайна може забирати багато часу. Однак для того, щоб зберегти цінний час на роботу, на сенсорному моніторі FFS Pro 700 функціональне вікно «Очищення» («Clean-out»), яке конфігурується користувачем. Простим дотиком до екрану є можливість перемкнути систему очищення в режим «Clean-out». Ця функція неабияк заощаджує час і може бути увімкнена безпосередньо з м кабіни, що особливо корисно для насіннярів.

Важливо зазначити, що для визначення переваг тієї чи іншої моделі комбайна потрібно орієнтуватися не лише на його ціну придбання й окремі техніко-економічні характеристики, а й на вартість намолоту тонни врожаю. Адже в цьому показнику знаходять відображення ціна комбайна, експлуатаційні витрати, вартість запасних частин та надійність.

Основним показником зернозбирального комбайна є пропускна здатність, що є найбільш інтегральною його технічною характеристикою і дозволяє оцінити технічний рівень конструкції машини та тип МСП. Саме тип МСП визначає вимоги до потужності двигуна, оскільки в класичній схемі молотарки оптимальна енергонасиченість для забезпечення номінальної продуктивності за мінімального рівня втрат становить близько 27 к.с. для обмолоту 1 кг маси за 1 секунду, у гібридній схемі — 30, у роторній 32 к.с.

Отже, якщо пропускну здатність комбайна, вираженою в кілограмах маси, яку він може обмолотити за 1 сек. помножити на 27…32 (залежно від типу МСП), то отримаємо потужність двигуна, обчислену в кінських силах, необхідну для реалізації заданої продуктивності.

Аналіз динаміки розвитку комбайнового ринку показав, що за останні роки практично на всіх моделях спостерігається збільшення потужності двигунів, оскільки необхідна потужність забезпечує значне підвищення продуктивності комбайна при якісному виконанні технологічного процесу.

Напрошується думка, що зернозбиральний комбайн з потужним двигуном забезпечить успішне та швидке проведення збиральної компанії. Але при виборі моделі насамперед слід звертати увагу не просто на потужність двигуна, а на збалансованість отриманої потужності та потреби потужності усіх робочих агрегатів та вузлів комбайна (тип МСП, ширина захвату жатки, ємність бункера та ін.), бо саме вони значною мірою визначатимуть рівень витрат пального при роботі. Надто потужний двигун комбайна, без урахування зазначених меж, не зможе повністю реалізувати свої потенційні можливості, що призведе до невиправданого збільшення питомої витрати палива та значно підвищить його ціну.