Agrotechnical evaluation of performance of straw choppers and spreaders of combine harvesters during straight cutting of crops

Abstract

The article presents the results of investigation of qualitative indicators of straw chopping by combine harvesters under various operation modes.

Full Text

В последние годы наблюдается повышение интереса к ресурсосберегающим технологиям, которые способны повысить рентабельность производства продукции растениеводства [1]. Среди них можно выделить нулевую и минимальную обработку почвы, биологизацию земледелия. Данные технологии предусматривают использование соломы в качестве органического удобрения. Для этого солома должна быть измельчена до регламентированного агротехническими требованиями размера и равномерно распределена по поверхности поля [2]. Использование соломы на удобрение в процентах от валового сбора в 2006-2010 гг. в Челябинской обл. составило лишь 20% [3]. Имеются широкие перспективы для более активного использования соломы, особенно в условиях увеличивающегося интереса к безотвальным технологиям обработки почвы. Цель исследования - выявить качественные показатели измельчения соломы зерноуборочными комбайнами при прямом комбайнировании на различных режимах работы. Задачи исследования - установить показатели длины измельчения соломы измельчителями-разбрасывателями соломы (ИРС) зерноуборочных комбайнов при прямом комбайнировании с различными скоростями движения и высотой среза. В сентябре-октябре 2014 г. в период уборочных работ в Челябинской обл. проведены исследования качества работы ИРС зерноуборочных комбайнов John Deere 9570 STS (роторное молотильно-сепарирующее устройство), John Deere S9500 и РСМ-101 «Вектор-410». Технические характеристики рассматриваемых комбайнов представлены в табл. 1. Таблица 1 Технические характеристики комбайнов Показатель John Deere 9570 STS John Deere S9500 РСМ-101 «Вектор-410» Мощность двигателя, кВт 195 158 154 Тип молотильного аппарата Роторный Классический однобарабанный Классический однобарабанный Количество клавиш соломотряса - 6 4 Тип ИРС Измельчающий барабан и направляющие дефлекторы Измельчающий барабан и направляющие дефлекторы Измельчающий барабан и направляющие дефлекторы Ширина захвата жатки, м 6,7 6,7 6 Полевые исследования работы комбайнов при прямом комбайнировании зерновых культур осуществлялись по следующей схеме: на контрольном участке (делянке длиной 30 м) производили прямое комбайнирование зерновых культур (пшеница, ячмень) на разных скоростных режимах от 5 до 9 км/ч (от 1,4 до 2,5 м/с) при высоте среза стеблей от 0,1 до 0,25 м. Проверка качества измельчения проводилась по следующей методике: после прохода зерноуборочного комбайна в зоне прокоса собирали пробы измельченной соломы на участке 0,5 м2. Пробы просеивали через сита с квадратными отверстиями размерами 10, 20 и 50 мм, полученные фракции взвешивали. Частицы соломы длиной более 50 мм считали вручную отдельно и взвешивали. Таким образом было получено массовое содержание фракций разной длины. Агротехнические требования [2] к длине измельчения и неравномерности разбрасывания соломы представлены в табл. 2. Они взяты из разных источников и разнятся между собой. Кроме того, зачастую имеются и региональные агротребования, также отличающиеся друг от друга. Таблица 2 Агротехнические требования к длине измельчения и неравномерности разбрасывания соломы [2] Наименование технологий, агротребований Требование к неравномерности разбрасывания Требование к размерам измельченных частиц Год издания, источник информации Внесение измельченной соломы Не более 30% 5-10 см 2001 Мульчирование поля соломой Не более 25% 25-30 см - Уборка озимых зерновых культур с измельчением и разбрасыванием соломы Не более 20% До 12 см, 85% 2005 Агротребования ВНИПТИМЭСХа на почвообрабатывающий удобрительный посевной агрегат - До 7 см, не менее 80% 2008 Технологии сберегающего земледелия - В среднем 5-10 см с возможным содержанием частиц 15-25 см 2006 Агротребования Донского НИИСХа Не более 20% Не более 5 см 2011, [4] Требования ВНИИОУ Не более 25% 5-15 см [3] Требования Росинформагротеха (КубНИИТиМ) - До 10 см - 90%, более 15 см - не более 3% 2013, [2] Новокубанский филиал Росинформагротеха [2] устанавливает следующие требования к качеству измельчения соломы современными зерноуборочными комбайнами с учетом применения безотвальных систем обработки почвы: массовая доля фракций соломы до 100 мм должна быть не менее 90%, массовая доля фракций свыше 150 мм - не более 3%. Данные требования послужили исходными для сравнения полученных показателей измельчения соломы при прямом комбайнировании зерноуборочными комбайнами. Фракционный состав соломы, измельченной рассматриваемыми комбайнами, показан в табл. 3. В ООО «Песчаное» произведена уборка комбайном John Deere S9500 пшеницы сорта «Омская 36» при урожайности 18,5 ц/га; влажности соломы 24%; пониклости 0,96; ярусности стеблестоя: 0,5-0,6 м - 4%; 0,6-0,7 м - 18%; 0,7-0,8 м - 40%; 0,8-0,9 м - 38%. Баланс фракций по длине резки позволил сделать вывод о недостаточной длине измельчения и несоответствии агротребованиям при низкой скорости движения комбайна и низкой высоте среза. При повышении скорости движения и высоты среза наблюдалось улучшение показателей измельчения соломы, длина которой частично соответствовала агротребованиям (массовая доля фракций соломы до 100 мм составила не менее 90%). В ООО «Акбашево» произведена уборка комбайном РСМ-101 «Вектор-410» пшеницы сорта «Челябинская 2» при урожайности 20 ц/га; влажности соломы 25,2%; пониклости 0,82; ярусности стеблестоя: 0,5-0,6 м - 6%; 0,6-0,7 м - 2%; 0,7-0,8 м - 54%; 0,8-0,9 м - 38%. Баланс фракций по длине резки соломы позволил сделать вывод о работе ИРС, частично соответствующей агротребованиям (массовая доля фракций соломы до 100 мм составила не менее 90%), при низкой скорости движения комбайна и низкой высоте среза. Повышение этих параметров привело к увеличению длины измельчения соломы, за исключением переходного режима при скорости движения комбайна 7 км/ч и высоте среза 0,28 м. В ООО «Россия» произведена уборка комбайном John Deere 9570 STS ячменя при урожайности 17,5 ц/га; влажности соломы 25,1-26,7%; пониклости 0,96; ярусности стеблестоя: 0,3-0,4 м - 2%; 0,4-0,5 м - 62%; 0,5-0,6 м - 34%; 0,6-0,7 м - 2%. Баланс фракций по длине резки соломы при уборке ячменя комбайном John Deere 9570 STS менее всего соответствовал агротребованиям. Массовая доля фракций соломы длиной до 100 мм составила от 55 до 77%, что неудовлетворительно. Статистические данные распределения частиц соломы по длине измельчения для частиц длиной более 50 мм представлены в табл. 4. Таблица 3 Фракционный состав измельченной соломы № п/п Масса пробы, г Условия уборки Содержание фракций, % Скорость комбайна, км/ч Высота среза, м До 10 мм 10-20 мм 20-50 мм 50-100 мм 100-150 мм 150-200 мм Более 200 мм Комбайн John Deere S9500 1 25,5 5 0,12 24,5 27,7 15,7 6,2 6,8 12,3 6,9 2 31,4 5 0,16 22 25,6 16,6 10,7 14,3 9,3 1,4 3 68,7 5 0,28 52,7 14 16,2 4,2 15,1 6,6 16 4 209 7,5 0,28 69,2 14,3 5,3 3,6 5,7 3,1 1,1 5 41,7 9 0,3 16,9 27,1 13,5 6,3 5,9 2 2,6 6 34,8 9 0,3 33,1 24,7 28,8 3,8 4 2,4 1,2 * - 9 0,3 25,1 25,9 21,2 5 4,9 2,2 1,9 Комбайн РСМ-101 «Вектор-410» 7 228,1 5 0,15 45,5 24,4 15 5,2 5,5 3,2 1,4 8 280,2 5 0,15 23,1 26,3 28 5,7 10,2 3,7 2,7 * - 5 0,15 34,3 25,35 21,5 5,4 7,9 3,4 2,1 9 60,2 5 0,28 23,1 24,3 19,3 8,6 14,7 7,1 2,9 10 103,7 5 0,28 20 19,2 19,8 6,0 17,1 7,9 10,1 * - 5 0,28 21,6 21,7 19,5 7,3 15,9 7,5 6,5 11 60,8 7 0,28 47,3 17,3 18,8 5,6 6,8 3,5 7 12 112,3 7 0,28 43,2 21 20,4 6,2 4,7 3 1,5 * - 7 0,28 45,3 19,1 19,6 5,9 5,7 3,3 4,2 13 55,5 9 0,275 56,5 13,7 11,8 2,8 5,1 2,8 7,4 14 72,1 9 0,275 31,8 12,5 13,9 11,5 11,5 11,5 7,2 * - 9 0,275 44,2 13,1 12,8 7,1 8,3 7,1 7,3 Комбайн John Deere 9570 STS 15 7,7 5 15 7,7 7,7 21,4 8,1 28,5 14,2 12,2 16 59,6 5 15 4,7 6,2 17,8 7,1 19,5 20,6 24,2 * - 5 15 6,2 7 19,6 7,6 24 17,4 18,2 17 12,6 5 25 5,9 27,1 11,8 8,5 11,3 17 18,4 18 50,8 5 25 54,1 4,4 8,3 0,6 9,8 8,1 15 * - 5 25 30 15,8 10 4,5 10,5 12,5 16,7 19 23,6 7,5 25 32,6 5,9 13,2 5,6 19,6 13,1 10,2 20 29,4 7,5 25 17 10,4 22,1 0 6,8 13,6 29,4 * - 7,5 25 24,8 8,2 17,7 2,8 13,2 13,3 19,8 21 7,6 9,5 25 8,8 14 12,3 4,5 13,4 15,7 31,3 22 18,9 9,5 25 12,9 16,4 18,4 6,6 11,5 14,8 19,7 * - 9,5 25 10,8 15,2 15,3 5,5 12,4 15,2 25,5 Примечание: * - средние значения вышестоящих строчек с одинаковыми значениями условий уборки. Таблица 4 Статистические данные распределения частиц соломы по длине измельчения для частиц длиной более 50 мм № п/п Марка комбайна Условия уборки Показатели качества измельчения Скорость комбайна, км/ч Высота среза, м Среднее значение х, мм Среднеквадратическое отклонение σ, мм Коэффициент вариации ν, % 1 John Deere S9500 5 0,12 155,5 51,6 33,2 2 5 0,16 123,8 49,3 39,8 3 5 0,28 127,8 59,8 46,8 4 7,5 0,28 130,7 68,7 52,3 5 9 0,3 170,7 69,9 41 6 9 0,3 137,3 83,9 61,1 7 РСМ-101 «Вектор-410» 5 0,15 125,2 49,1 39,2 8 5 0,15 130,7 52,6 40,2 9 5 0,28 128 50,9 39,8 10 5 0,28 159,1 76,1 47,8 11 7 0,28 116,9 40,4 34,5 12 7 0,28 126,1 72,5 57,5 13 9 0,275 201,4 131,2 65,1 14 9 0,275 149,8 71,3 47,6 15 John Deere 9570 STS 5 0,15 157,3 63,8 40,6 16 5 0,15 174,3 65,1 37,3 17 5 0,25 167,4 58,3 34,8 18 5 0,25 181,1 57,2 31,6 19 7,5 0,25 152,5 50,9 33,4 20 7,5 0,25 212,7 51,9 24,4 21 9,5 0,25 187,1 59,4 37,8 22 9,5 0,25 168,1 53,1 31,6 Высокие значения коэффициентов вариации частиц измельченной соломы длиной более 50 мм на всех режимах работы ИРС свидетельствуют о неустойчивости процесса измельчения соломы в зерноуборочном комбайне. Наиболее низкие значения коэффициентов вариации зафиксированы у комбайна John Deere 9570 STS при уборке ячменя, однако, как видно из табл. 4, его результаты измельчения соломы не соответствовали агротребованиям. Отдельно отметим неудовлетворительную работу разбрасывателя соломы: во время испытаний наблюдалась неравномерность разбрасывания измельченной соломы, которая концентрировалась в середине прокоса, в зоне непосредственной близости к ИРС комбайна. Выводы Проведенные испытания и анализ массового состава фракций измельченной соломы показали различное влияние условий уборки на качественные показатели измельчения для каждого конкретного комбайна. Так, у комбайна John Deere S9500 показатели измельчения улучшались при уменьшении нагрузки на ИРС, а комбайн РСМ-101 «Вектор-410», наоборот, показывал лучшие результаты при большой загрузке ИРС, за исключением отмеченного выше режима работы. Комбайн John Deere 9570 STS показал неудовлетворительные результаты на всех режимах работы, что может быть связано с убираемой культурой, типом молотильного аппарата или конструкцией комбайна. При повышении скоростных режимов работы комбайна РСМ-101 «Вектор-410» наблюдалась неустойчивость технологического процесса измельчения соломы при уборке зерновых культур. На основе сказанного можно сделать вывод об отсутствии единой взаимосвязи качественных показателей измельчения соломы на разных режимах работы различных зерноуборочных комбайнов, а также об актуальности исследований процессов, протекающих в ИРС.