Combing the standing crops with preliminary separation of loose grains

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Очес растений на корню является одним из наиболее перспективных направлений совершенствования технологического процесса уборки зерновых и зернобобовых культур [1]. Это обусловлено тем, что при такой технологии в 1,5−2 раза уменьшается поступление хлебной массы в комбайн, что приводит к экономии до 70% энергии, которую современная уборочная машина тратит на деформацию соломы в молотилке. Вследствие этого, производительность комбайна повышается в 1,7−2 раза, а расход топлива снижается на 20−25% [2]. В результате себестоимость зерна уменьшается на 25−30% [3]. Однако резервы совершенствования указанного способа уборки на этом не исчерпаны. Это обусловлено тем, что хлебная масса, полученная в результате очеса, содержит до 80% свободного зерна [4]. Поступление его в молотильную камеру затрудняет процесс дальнейшего обмолота оставшейся колосовой части урожая, а также снижает пропускную способность молотильного устройства. Кроме того, наблюдается повышенное дробление свободного зерна (порядка 5%) рабочими органами молотилки [5], что снижает его всхожесть и стойкость при хранении.

Радикальным решением указанных проблем является выделение из очесанного вороха свободного зерна до его поступления в молотилку. В частности, это может быть реализовано, если днище наклонной камеры выполнить перфорированным, а под ним смонтировать устройство, осуществляющее подачу прошедшего сквозь отверстия свободного зерна и половы непосредственно на систему очистки комбайна. Результаты лабораторных исследований подтвердили принципиальную возможность осуществления указанного процесса. Более того, были определены оптимальные размеры отверстий решетчатого днища и его длина, обеспечивающие максимальный проход свободного зерна [6, 7]. Таким образом, были созданы предпосылки для модернизации серийного зерноуборочного комбайна и проведения на его базе натурного полевого эксперимента, призванного достоверно подтвердить состоятельность выдвинутой ранее теоретической гипотезы.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ

Целью исследования является оценка эффективности сепарации очесанного зернового вороха на решетчатом днище наклонной камеры зерноуборочного комбайна в полевых условиях и сопоставление степени дробления свободного зерна в зависимости от его подачи в молотильное устройство или непосредственно на систему очистки.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Опираясь на результаты лабораторных экспериментов [8, 9], мы внесли соответствующие изменения в конструкцию наклонной камеры зерноуборочного комбайна (рис. 1). Экспериментальное оборудование было изготовлено на заводе ПАО «Пензмаш» (г. Пенза). Его отличительной особенностью является решетчатое днище (3) и устройство (4) для подачи свободного зерна на транспортную доску (6) комбайна. Сепарация очесанного зернового вороха происходит на восьми поперечных рядах отверстий размером 8×160 мм, сориентированных длинной стороной по направлению движения скребков плавающего транспортера (2). Суммарная площадь «живого сечения» решетчатого днища (3) составляет 60% от исходной поверхности.

 

Рис. 1. Общий вид зерноуборочного комбайна с модернизированной наклонной камерой: 1 – очесанный зерновой ворох; 2 – наклонная камера; 3 – плавающий транспортер; 4 – решетчатое днище; 5 – свободное зерно; 6 – устройство для отвода свободного зерна; 7 – транспортная доска; 8 – оставшаяся часть первичного вороха. / Fig. 1. General view of a combine harvester with an upgraded feed elevator: 1 – combed grain heap; 2 – feed elevator; 3 – floating conveyor; 4 – slatted bottom; 5 – loose grain; 6 – device for removing the loose grain; 7 – transport board; 8 – the rest of the primary heap.

 

Технологический процесс предварительной сепарации очесанного зернового вороха происходит следующим образом. Очесанный зерновой ворох (1), состоящий из свободного зерна, мелких примесей и недомолоченных колосьев с частью стеблей, поступает в нижнюю часть наклонной камеры (2) (рис. 1).

Скребки плавающего транспортера (3) увлекают за собой ворох (1) и перемещают его вверх вдоль решетчатого днища (4), где и происходит его предварительная сепарация. Свободное зерно (5) и часть мелких примесей проходят сквозь отверстия решетчатого днища (4) и поступают на устройство для отвода свободного зерна (6). Далее свободное зерно (5) и мелкие примеси подаются на транспортную доску (7), а оставшаяся часть первичного вороха (8) (солома и частично недомолоченные колоски) подается в молотильную камеру на домолот. При этом свободное зерно, прошедшее сквозь отверстия решетчатого днища целесообразно подавать на транспортную доску посредством скребкового транспортера. Это обусловлено тем, что он меньше травмирует свободные зерна в отличие от шнеков, величина дробления которыми составляет порядка 2,6% [10].

Все исследования проводились на озимой пшенице сорта «Московская 56» урожайностью 30 ц/га. Высота растений варьировалась в пределах 0,6−0,9 м при спелости зерна не менее 98% и влажности 14%. Серийная очесывающая жатка ЖО-5 «ОЗОН» производства ПАО «Пензмаш» агрегатировалась с зерноуборочным комбайном «Нива-Эффект» (рис. 2,a), перемещавшимся по учетной делянке с постоянной скоростью 8 км/ч при частоте вращения очесывающего барабана равной 485 мин^-1.

 

Рис. 2. Материалы и методика проведения полевых исследований: a) общий вид зерноуборочного комбайна; b) решетчатое днище наклонной камеры; c) мягкий контейнер; d) мягкий контейнер с очесанным зерновым ворохом; e) бункерное зерно; f) определение потерь за комбайном; g) определение полеглости растений. / Fig. 2. Materials and methods of field research: a) general view of the combine harvester; b) the slatted bottom of the feed elevator; c) a soft container; d) a soft container with a combed grain heap; e) bunker grain; f) determination of losses behind the combine; g) determination of plant flatness.

 

Полевые эксперименты были разбиты на два этапа. Первая серия экспериментов была посвящена оценке эффективности предварительной сепарации очесанного зернового вороха на решетчатом днище (рис. 2,b) экспериментальной наклонной камеры. Во второй серии экспериментов уборку зерна осуществляли без предварительной сепарации очесанного вороха в наклонной камере. Для этого решетчатое днище закрывали специальным щитком. То есть была имитирована работа комбайна с серийной наклонной камерой без предварительной сепарации очесанного зернового вороха.

В первом варианте опытов устройство для подачи свободного зерна на очистку комбайна было демонтировано, а на его месте закреплен мягкий контейнер большой емкости для сбора очесанного зернового вороха, прошедшего сквозь отверстия решетчатого днища наклонной камеры (рис. 2,c). Вследствие этого содержащиеся в очесанном ворохе недомолоченные колосья, а также солома и часть свободных зерен должны были поступать в молотилку, тогда как большая часть свободного зерна и часть половы, проходя сквозь отверстия решетчатого днища, накапливались в расположенном под ним мягком контейнере. В результате появилась возможность раздельно фиксировать выделенное на решетчатом днище свободное зерно (рис. 2,d), не попадающее под воздействие бичей молотильного барабана (поступившее в контейнер) и вымолоченное традиционным способом зерно из-под барабана, которое накапливалось в бункере комбайна (рис. 2,e).

Полевые испытания проводили в 2021 году в Выгоничском районе Брянской области на учебно-опытном поле ФГБОУ ВО «Брянский ГАУ». После очеса зерноуборочным комбайном учетной делянки длиной 50 метров проводилась его полная остановка. Затем определяли массу зерна, поступившего в бункер и вороха, накопленного в контейнере, с последующим изучением его фракционного состава. Кроме того, оценивали долю дробленого зерна в бункере (травмированного рабочими органами молотилки) и в ворохе, прошедшем сквозь отверстия решетчатого днища (накопленном в мягком контейнере). Каждый вариант опыта проведен в трехкратной повторности. Таким образом, всего были учтены и обработаны результаты шести экспериментов.

Полеглость растений (рис. 2,g), а также суммарные потери урожая за комбайном (рис. 2,f) определяли по ГОСТ 28301-15.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Полученные данные были обработаны в программе Excel. По результатам первой серии экспериментов установлено, что проход свободного зерна сквозь отверстия решетчатого днища составляет 91,6%. Отсутствие стопроцентного результата обусловлено закрытостью контейнера нарушавшей отвод половой вследствие блокирования воздушного потока. При этом доля дробленого зерна в ворохе, накопленном в мягком контейнере (прошедшем сквозь отверстия в решетчатом днище), не превышала 0,5%, тогда как в бункере она увеличилась до 1,75%. Состав очесанного зернового вороха, прошедшего сквозь отверстия решетчатого днища и накопленного в контейнере, был следующим: свободное зерно — 76%, полова — 23,3%, необмолоченные колосья — 0,2% и солома — 0,5%.

При работе комбайна без предварительной сепарации очесанного зернового вороха на решетчатом днище наклонной камеры дробление бункерного зерна превышало агротехнические требования [11] и находилось в пределах 5,25%. Суммарные потери за комбайном во всех вариантах опытов не превышали 2% при полеглости растений 11,21%.

Исследования проводились в рамках подготовки к передаче экспериментального оборудования на государственные испытания машиноиспытательной станции в соответствии с рекомендацией научно-технического совета МСХ РФ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты полевых экспериментов позволяют сделать следующие выводы.

1. Эффективная сепарация свободного зерна из очесанного зернового вороха на решетчатом днище наклонной камеры зерноуборочного комбайна возможна.
2. Практическая реализация такого технического решения позволяет уменьшить дробление бункерного зерна рабочими органами молотилки в 3 раза.
3. Улучшить сепарацию свободного зерна возможно за счет более полного отделения легких примесей из очесанного зернового вороха непосредственно в корпусе очесывающего адаптера путем снабжения его задней стенки пластинчатым сепаратором инерционного типа [12].
4. Целесообразно продолжить работу по совершенствованию конструкции и провести более широкие полевые испытания модернизированного комбайна.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Вклад авторов. Никитин В.В. ― поиск публикаций по теме статьи, написание текста рукописи; Чаплыгин М.Е., Федина Т.О. ― редактирование текста рукописи; Синяя Н.В. ― редактирование текста рукописи, создание изображений; Ожерельев В.Н. ― экспертная оценка, утверждение финальной версии. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи).

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

ADDITIONAL INFORMATION

Author contribution. V.V. Nikitin contributed to analysis of research topic publications, wrote the manuscript. M.E. Chaplygin, T.O. Fedina edited the manuscript. N.V. Sinyaya editing the text of the manuscript, creating images. V.N. Ozhereliev contributed to data evaluation, approved the final version of the manuscript. All authors certify that they meet the ICMJE international criteria for authorship.

Competing interests. The authors declare no any transparent and potential conflict of interests in relation to this article publication.

Funding source. Authors state that this research was not supported by any external sources of funding.

About the authors

Victor N. Ozhereliev

Bryansk State Agrarian University

Author for correspondence.
Email: vicoz@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-2121-3481
SPIN-code: 3423-0991

DSc in Agriculture, Professor

Russian Federation, 2a, Sovetskaya street, Kokino, Vygonichsky District of Bryansk Oblast, 243365

Victor V. Nikitin

Bryansk State Agrarian University

Email: viktor.nike@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1393-2731
SPIN-code: 5246-6938

DSc in Engineering, Associate Professor

Russian Federation, 2a, Sovetskaya street, Kokino, Vygonichsky District of Bryansk Oblast, 243365

Natalia V. Sinyaya

Bryansk State Agrarian University

Email: sinzea@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1794-1347
SPIN-code: 9225-4347

Candidate in Engineering, Associate Professor

Russian Federation, 2a, Sovetskaya street, Kokino, Vygonichsky District of Bryansk Oblast, 243365

Michael Y. Chaplygin

Federal Agroengineering Center VIM

Email: vim@vim.ru
ORCID iD: 0000-0003-0031-6868
SPIN-code: 2268-6927

Candidate in Engineering, Senior Researcher

Russian Federation, Moscow

Tatyana O. Fedina

Penza State Agrarian University

Email: penz_gau@ymail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8667-1961
SPIN-code: 6810-0739

Graduate student, Junior Researcher

Russian Federation, Penza

References

Supplementary files