Mechanization of harvesting of mixed sowing of cereal crops

Full Text

Перед с.-х. производителями стоит задача получения большего количества продукции с каждого гектара посевов. Одним из путей ее решения может быть использование смешанных посевов. В этом случае урожайность каждой из культур, входящих в смешанный посев, уменьшается по отношению к их чистым посевам, но общий выход продукции с гектара может увеличиться. Возможно возделывание смешанных посевов зерновых колосовых и зернобобовых культур: ячмень - узколистный люпин, овес - узколистный люпин, пшеница - узколистный люпин, овес - горох, овес - вика, тритикале - белый люпин и т.д. Такие посевы не только выгодны, но и обладают дополнительными положительными свойствами. Смешанные посевы белого люпина и тритикале не зарастают сорными растениями, что позволяет сэкономить на гербицидах. Белый люпин усваивает азот воздуха и накапливает его, благодаря чему повышается качество зерновой колосовой культуры. Такие посевы служат хорошими предшественниками для любых других культур, выращиваемых в севооборотах вместе с ними. Один из наиболее сложных этапов возделывания зерновых культур в смешанных посевах - их уборка. Это связано с тем, что необходимо одновременно убирать культуры с совершенно разными технологическими свойствами. Зернобобовые культуры легко вымолачиваются, их зерно крупнее и более подвержено повреждениям. Зерновые колосовые культуры, напротив, требуют более жестких режимов обмолота, их зерно мельче и менее подвержено травмированию. Например, чтобы произвести уборку тритикале зерноуборочным комбайном с классическим МСУ, по агротехническим требованиям необходимы линейная скорость бичей молотильного барабана 30-32 м/с и зазор между молотильным барабаном и подбарабаньем на выходе 2-4 мм; для белого люпина - линейная скорость бичей 15-18 м/с и соответствующий зазор 14-18 мм. В конструкции современных комбайнов можно выделить три основные технологические схемы МСУ: классическую, роторную и комбинированную. В комбайнах с классической схемой МСУ обмолот и сепарация хлебной массы осуществляются бильным барабаном и клавишным соломотрясом. В настоящее время не выпускаются комбайны, которые могли бы в полной мере обеспечить качественную уборку смешанных посевов. Для уборки неравномерно созревающих культур предложены различные конструкции МСУ, выполняющие дифференцированный обмолот. Неоднородность механических связей семян с материнским растением требует дифференцированного воздействия на растительную массу при обмолоте. Конструкция таких устройств отличается тем, что сначала происходит обмолот более зрелого зерна, а затем нарастает интенсивность вымолота для менее зрелого. Для решения этой задачи учеными ЧИМЭСХ под руководством проф. К.Г. Колганова предложена конструкция двухбарабанного МСУ (рис. 1). Двухбарабанное МСУ работает следующим образом. Транспортер наклонной камеры и приемный битер направляют хлебную массу в первый молотильный аппарат 1, в котором происходит первая фаза обмолота. Для того чтобы получить наименьшее повреждение зерна, первый молотильный аппарат настраивают на мягкий режим работы при сравнительно небольшой частоте вращения барабана и увеличенных зазорах между планками подбарабанья 13 и бичами барабана 1. Из первого молотильного аппарата масса поступает к промежуточному битеру 3. Он транспортирует ее ко второму молотильному аппарату 4, который выполняет вторую фазу обмолота. В этом аппарате, работающем в жестком режиме, т.е. при повышенной частоте вращения барабана и увеличенных зазорах между планками подбарабанья 10 и бичами барабана 4. На выходе из второго молотильного аппарата масса при помощи битера 6 направляется на соломотряс. В дальнейшем сотрудники кафедры с.-х. машин ЧИМЭСХ под руководством проф. К.Г. Колганова усовершенствовали данную конструкцию, установив между первым и вторым барабанами роторный сепаратор для увеличения сепарации зерна из зернового вороха после обмолота массы в первом барабане. Идея двухфазного обмолота зерна легла в основу производства моделей двухбарабанных комбайнов Красноярского и Таганрогского комбайновых заводов, Ростсельмаш, John Deere, New Holland, Case. На основе двухфазного метода впоследствии были созданы и роторные комбайны «КЗР-Ю», «Полесье» (Гомсельмаш), «Дон-2600» (Ростсельмаш), «Вестерн В-570» и др. В молотилках новой серии комбайнов Lexion фирмы CLAAS используется усовершенствованное молотильно-сепарирующее устройство АPS (рис. 2), которое фирма впервые применила в комбайнах серии Мega. Такой аппарат обеспечивает ускорение движения хлебной массы благодаря расположенному перед молотильным барабаном дополнительному битеру. Битер-ускоритель увеличивает скорость движения хлебной массы, из-за чего ее подача становится более равномерной. При этом увеличиваются действующие на зерно центробежные силы, улучшается его сепарация через решетки подбарабанья, площадь которого увеличена почти вдвое по сравнению с однобарабанными молотильными аппаратами. Применение системы АPS проверено в различных условиях уборки зерновых, зернобобовых культур, рапса, кукурузы, подсолнечника. Молотильные аппараты такого типа, но со штифтовыми барабанами, используются также для уборки риса. Универсальность системы АPS для обмолота разных культур обеспечивается применением универсального подбарабанья. Оно состоит из нескольких секций, которые можно быстро заменить со стороны наклонной камеры при изменении условий уборки или переоборудовании комбайна для работы с другой культурой. МСУ с ротационным сепаратором используется в комбайнах New Holland, Massey Ferguson и аналогичных по классу комбайнах других фирм. В новых классических комбайнах Massey Ferguson серий Activa, Beta и Cerea применяются МСУ разных конструкций, основой которых служит 8-бильный молотильный барабан. Для интенсификации процесса сепарации в комбайнах серии Cerea используется усовершенствованная конструкция подбарабанья с увеличенными вдвое размерами сепарирующих отверстий на последних четырех планках. Компания AGCO за последние годы укрепила свои позиции на рынке благодаря новым комбайнам Massey Ferguson серий Сerea, Activa и Beta (рис. 3), а также мощному роторному комбайну серии 9000. Эта компания создала межнациональную проектную группу для разработки новой серии комбайнов с роторной тангенциальной системой обмолота. На этом пути AGCO успешно конкурирует на европейском рынке как один из крупнейших в мире производителей сельхозтехники. Большое внимание уделяется обеспечению надежности и долговечности конструкций, которые находятся в эксплуатации по 10-20 лет и перепродаются дилерами фирм по 3-5 раз. Количество перепродаж той или иной модели комбайна - один из показателей совершенства и надежности конструкции. Несмотря на то, что рынок зерноуборочных комбайнов относительно стабилен, прослеживаются тенденции роста спроса на высокопроизводительные машины. Это побуждает ученых и конструкторов к поиску новых технических решений с целью повысить производительность комбайнов, увеличить их сезонную загрузку и улучшить качество работы. Сложность этих задач заключается в том, что высокопроизводительные комбайны с мощностью двигателя 331-368 кВт (450-500 л.с.) по массе и линейным размерам достигли предела, и дальнейшее увеличение этих параметров фактически недопустимо из-за нереальности их транспортировки, а также ограничений нагрузки на почву. Предельные возможности также достигнуты в интенсификации процессов обмолота за счет применения роторных МСУ. Данные конструкции МСУ для дифференциального обмолота не могут решить проблему уборки урожая смешанного посева колосовых и зернобобовых культур, например люпина и тритикале, так как технологические свойства культур слишком различаются. Поэтому технологические настройки МСУ комбайна для уборки этих культур должны быть различными. Кроме того, после обмолота зернобобовой культуры ее нужно полностью выделить из зернового вороха (отсепарировать) и только после этого приступать к обмолоту и сепарации зерновой колосовой культуры, хотя часть ее уже обмолочена и отсепарирована вместе с зернобобовой. Фактически для этого нужны два последовательно работающих комбайна. В этом случае для комбайнов с классическим МСУ может быть предложен способ уборки смешанных посевов в два прохода. При первом проходе комбайна массу скашивают с обмолотом при технологических настройках, соответствующих уборке зернобобовых культур, после чего ворох укладывают в валок. При втором проходе осуществляют подбор валка с окончательным обмолотом массы при технологических регулировках, соответствующих уборке зерновых колосовых культур. Такой способ уборки смешанных посевов белого люпина и тритикале был осуществлен в сентябре 2014 г. на опытных полях учебного хозяйства им. Калинина Мичуринского р-на Тамбовской обл. При первом проходе комбайна технологические настройки соответствовали уборке белого люпина. В бункер собиралось зерно белого люпина и частично - тритикале. Обмолоченную за первый проход массу укладывали в валок. При втором проходе комбайна производили подбор валка с обмолотом при технологических настройках, соответствующих уборке тритикале. После уборки смешанного посева определяли потери недомолотом и свободным зерном, макроповреждения зерна (дробление, раздавливание, обрушение) и микроповреждения (трещиноватость, повреждения зародыша, эндосперма, оболочки и т.д.). При первом проходе недомолот люпина отсутствовал, повреждения составили 3%; недомолот тритикале составил 65%, повреждения отсутствовали. При втором проходе зерна люпина в обмолачиваемой массе не было. Потери тритикале недомолотом составили 0,5%, повреждения зерна тритикале - 1,5%. Это соответствует агротехническим требованиям на уборку зерновых колосовых и зернобобовых культур. При уборке смешанного посева таких культур за один проход нет возможности получить потери и повреждения зерна на уровне агротехнических требований. В роторных комбайнах процессы обмолота и сепарации происходят одновременно в одном органе. За счет интенсивности процесса сепарации в роторных рабочих органах обеспечиваются минимальные потери зерна даже при высокой урожайности культур, повышенной влажности и наличии сорняков. Несмотря на это, в таких МСУ устанавливаются достаточно большие технологические зазоры между ротором и декой. Из-за многократного воздействия на массу процесс обмолота получается достаточно эффективным, а площадь сепарации в несколько раз больше, чем у классических МСУ. Одно из достоинств роторных комбайнов - обмолот с меньшей по сравнению с классическими комбайнами линейной скоростью бил, что уменьшает дробление и микроповреждения зерна, а также позволяет повысить его посевные качества. Большая часть зерна в роторных МСУ выделяется за счет вытирания из колосков, а не ударом бил, как в традиционных молотильных аппаратах. По конструкционному исполнению различают роторные комбайны с аксиальной и тангенциальной подачей хлебной массы. На базе роторных машин могут быть реализованы различные варианты уборки смешанных посевов. Например, можно использовать последовательную комбинацию аксиально-роторных МСУ с тангенциальной подачей массы в них (рис. 4). Комбинированное устройство работает следующим образом. Транспортер наклонной камеры тангенциально подает обрабатываемую массу к ротору первого МСУ 1, настроенного на мягкий режим работы, где зерно бобовой культуры не только полностью вымолачивается, но и полностью сепарируется при движении массы по винтовой траектории. Полное выделение зерна бобовой культуры обеспечивается большой площадью обмолота и сепарации в первом устройстве. При этом также вымолачивается и сепарируется часть зерновой колосовой культуры. Оставшаяся растительная масса тангенциально подается через передающее устройство 2 во второе МСУ 3, которое работает в жестком режиме, обеспечивая полный вымолот оставшегося зерна колосовой культуры. Значительная длина винтовой траектории движения обрабатываемой массы в молотильном пространстве при постоянном интенсивном ударном воздействии способствует полному выделению зерна в соответствии с агротехническими требованиями. Другой вариант использования аксиально-роторного МСУ на уборке смешанных посевов может быть реализован за счет его разделения на две части, каждая из которых обеспечивает обмолот и сепарацию одной из культур. Предлагается МСУ с разделенным на две части кожухом (рис. 5, а), причем каждая из частей может вращаться отдельно. Устройство работает следующим образом. Обрабатываемая масса из наклонной камеры поступает в заходную область МСУ. Под воздействием лопастей ротора 1 и направителей кожуха она приобретает спиралеобразное движение. При этом значительная часть бобовой культуры обмолачивается. В то же время начинается процесс сепарации свободного зерна бобовой культуры через отверстия конической части кожуха в зоне А, что снижает повреждение зерна. Оставшееся зерно обмолачивается бичами 4 ротора первой зоны. Полное выделение свободного зерна бобовой культуры через отверстия кожуха зоны А происходит при ударном воздействии сепарирующих планок 5 ротора. Направления вращения ротора и кожуха первой зоны совпадают, поэтому интенсивность ударного воздействия незначительна, что исключает повреждение зерен бобовой культуры. Кроме того, зазоры между ротором и декой увеличены, т.е. соответствуют режимам уборки зернобобовых культур. Скорость удара бичей ротора по обмолачиваемой массе уменьшается на величину, соответствующую скорости вращения деки. Такие технологические параметры для первой части МСУ обеспечивают агротехнически допустимые показатели уборки зернобобовых культур, а также частичного обмолота и сепарации зерновых колосовых культур. В зоне В кожух имеет направление вращения, противоположное вращению ротора. За счет этого скорость удара бичей 6 и сепарирующих планок 7 ротора по обмолачиваемой массе возрастает на величину, соответствующую скорости вращения кожуха. При этом зазоры между бичами и планками ротора и сепарирующим кожухом уменьшены. Такие технологические параметры МСУ обеспечивают полный вымолот и сепарацию зерна зерновой колосовой культуры. Оставшаяся соломистая часть выводится из устройства через соломоотводящую часть 8. Также для уборки смешанных посевов зерновых культур может быть предложено аксиально-роторное МСУ, имеющее двухсекционный ротор с тангенциальной заходной частью (рис. 5, б). Каждая из частей ротора включает молотильную и сепарирующую части. Сепарирующий кожух обхватывает ротор на всем его протяжении. В секции А ротора задается невысокая скорость вращения, соответствующая обмолоту зернобобовой культуры. Молотильная часть обеспечивает обмолот зернобобовой культуры, а сепарирующая часть - ее полное выделение через отверстия в кожухе. Секция В ротора имеет увеличенную скорость вращения, соответствующую обмолоту зерновой колосовой культуры. За счет этого происходит растаскивание слоя обмолачиваемой массы, что улучшает процесс сепарации зерна. При этом молотильная часть секции В ротора обеспечивает окончательный обмолот зерновой колосовой культуры, а сепарирующая часть - ее полное выделение. Устройство работает следующим образом. Растительная масса через заходную часть 1 кожуха захватывается бичами молотильной части 2 секции А ротора и обмолачивается в мягком режиме работы, характерном для зернобобовых культур. При этом обмолачиваемая растительная масса получает винтообразное движение в пространстве между ротором и кожухом 4. После выделения зерен из бобов в сепарирующей части ротора 3 происходит их окончательное выделение через отверстия кожуха 4. Секция А ротора за счет привода 7 имеет невысокую скорость вращения, соответствующую обмолоту зернобобовой культуры. Оставшаяся зерновая масса, перемещаясь, попадает в зону действия секции В ротора. Полный обмолот и сепарация зерновой колосовой культуры обеспечиваются за счет увеличенной скорости движения бичей 5 и сепарирующих планок 6, расположенных на секции В ротора. Секция В также имеет автономный привод 8. После обмолота и выделения зерна колосовой культуры растительная масса выводится из устройства через соломоотводящую часть 9. Выводы 1. Для уборки смешанных посевов зерновых колосовых и зернобобовых культур зерноуборочными комбайнами с классическим МСУ можно использовать способ, основанный на двух проходах комбайна. При первом проходе массу скашивают с обмолотом при технологических настройках, соответствующих уборке зернобобовых культур, после чего ворох укладывают в валок. При втором проходе осуществляют подбор валка с окончательным обмолотом массы при технологических регулировках, соответствующих уборке зерновых колосовых культур. 2. На базе роторных машин также могут быть реализованы различные варианты уборки смешанных посевов. Можно использовать последовательную комбинацию аксиально-роторных МСУ с тангенциальной подачей массы в них. 3. Для уборки смешанных посевов зерновых культур могут применяться усовершенствованные конструкции аксиально-роторных МСУ с раздельно вращающимися частями кожуха или двухсекционным ротором.

About the authors

N. V Aldoshin

Russian State Agrarian University - Moscow K.A. Timiryazev Agricultural Academy

Email: cxm.msau@yandex.ru

A. A Zolotov

Russian State Agrarian University - Moscow K.A. Timiryazev Agricultural Academy

A. S Tsygutkin

Russian State Agrarian University - Moscow K.A. Timiryazev Agricultural Academy

Bakhaa Malla

Russian State Agrarian University - Moscow K.A. Timiryazev Agricultural Academy

References

Supplementary files