Технология уборки зерновых культур комбайновым очесом

0 314

Текст: А. И. Бурьянов, д-р техн. наук, проф., гл. науч. сотр.; М. А. Бурьянов, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.; Ю. О. Горячев, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.; И. В. Червяков, мл. науч. сотр., отдел механизации уборочных работ ФГБНУ «Северо-Кавказский НИИ механизации и электрификации сельского хозяйства»

В последние годы в России достигнуты значительные успехи в увеличении производства зерновых колосовых, в особенности главной продовольственной культуры — озимой пшеницы. Однако несмотря на господдержку сельского хозяйства, основная масса предприятий все еще испытывает нехватку комбайнов, которую можно компенсировать внедрением новых технологий уборки урожая.

Дефицит необходимой техники приводит к увеличению продолжительности уборочных работ до 20–30 дней вместо рекомендуемых 7–10 суток. По этой причине наряду с потерями зерна озимой пшеницы и ячменя по причине осыпания от продолжительного пребывания на корню нередко отмечается существенное снижение его качества. При этом из-за нехватки комбайнов для сокращения длительности уборки часто не соблюдаются режимы их работы.

НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ

Для уборки зерновых культур в рекомендуемые сроки комбайновый парк страны необходимо увеличить минимум в два раза, на что потребуется от 700 до 1000 млрд рублей. Однако снизить потери зерна и его качества при сборе можно другим способом — посредством приобретения очесывающих жаток, если использовать технологию уборки зерновых колосовых культур комбайновым очесом. При внедрении этой методики производительность машин возрастает в 1,5–1,7 раза, и на 35–50 процентов сокращается расход топлива. За счет уменьшения сроков осуществления технологического процесса снижаются потери зерна по причине осыпания, удается сохранить его качество, регулируя при этом содержание белка, клейковины и другие характеристики.

Рис. 1. Зависимость среднего значения величины потерь осыпанием зерна озимой пшеницы сортов «Гром», «Донской простор» и ярового ячменя сорта «Ратник» в 2014 г.



1

Однако из-за несовершенства конструкций выпускаемых очесывающих жаток и их слабой адаптации к разнообразию свойств убираемого хлебостоя могут возрастать потери зерна и при их эксплуатации. Очевидно, что одним из направлений, обеспечивающих ускоренное внедрение новой технологии, является совершенствование конструкции очесывающих устройств, а другим — разработка методов, позволяющих объективно оценивать ее достоинства и недостатки. Третья особенность указанного способа заключается в необходимости при повышении производительности основного уборочного звена в 1,5–1,7 раза во столько же увеличивать мощность последующих этапов уборки — транспортного и стационарного. После комбайнового очеса на поле также остаются стебли растений, создающие благоприятные условия для снижения потерь влаги в летние послеуборочные месяцы и способствующие снегозадержанию в зимний период. В ряде случаев при подготовке полей для отдельных видов культур требуется дополнительный объем работ, оказывающих влияние на эффективность функционирования всего МТП сельхозпредприятия. Из сказанного становится очевидной необходимость разработки и совершенствования способов, направленных на решение задач при проектировании и внедрении технологии комбайновой уборки зерновых колосовых культур очесом.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

Причины, вызывающие потери зерна за жаткой, специалисты проанализировали, выделив в технологическом процессе три зоны. Для изучения влияния физико-механических характеристик убираемых растений на параметры и режимы очесывающих устройств была разработана математическая модель процедуры очеса зерновых культур. С ее помощью на первом этапе в зоне I рассмотрели процесс удара колоса о поверхность обтекателя. Полученная им кинетическая энергия до удара и после него была уподоблена величине работы, необходимой для выделения зерна из колоса. На втором этапе колос двигался по обтекателю. Сила, прижимающая его к поверхности, определялась упругими свойствами и количеством стеблей, находящихся впереди по ходу движения. Чем выше был коэффициент трения колоса о поверхность обтекателя, тем больше становилась сила трения, способная оторвать чешуйку от него и вызвать тем самым потери зерна. Величину силы, требуемой для отрыва, устанавливали на специально созданной лабораторной установке.

Рис. 2. Зоны потерь и взаимодействия очесываемого растения и продуктов очеса с рабочими органами очесывающей жатки. I — зона потерь при взаимодействии колоса с наружной поверхностью обтекателя; II — зона потерь выбрасыванием вперед по ходу жатки; III — зона потерь проходом через зазор между барабаном и ложем шнека; b — угол начала очеса; ωt — угол поворота зуба с зерновкой; е — угол движения зерновки по транспортирующему каналу; h — ширина канала в сечении S



2

В зоне II растение взаимодействовало с очесывающими зубьями жатки. Угол при начале очеса зависел от длины стебля, угла его наклона к поверхности поля, высоты расположения очесывающего барабана и его диаметра. Для того чтобы произошло разрушение колоса или его отрыв от стебля, необходим был достаточный импульс силы, величина которого обусловлена радиусом от центра барабана до точки на зубе, где происходит удар. При наклоне стебля к поверхности зуба в пределах угла трения зерна отскакивают и движутся в транспортирующем канале. Скорость и направление их движения можно определить на основе гипотезы сухого трения Ньютона. Если отскоку зерен препятствовали стебли или колосья других растений, то они двигались по зубу, повернувшись за время перемещения на определенный угол.

Направление скорости движения зерен после схода с зуба устанавливалось путем сложения темпов их перемещения по зубу и во вращательном передвижении. Скорость воздушного потока в транспортирующем канале зависела от его параметров, конструкции и темпов движения интегрирующего шнека. Поэтому перемещение зерна без потерь было обусловлено местом его отскока или схода с зуба, критериями движения после выхода и скоростью воздушного потока. Так как в очесанном ворохе присутствовали компоненты, различающиеся объемной массой, парусностью, коэффициентом трения и долей в общем объеме, то для нахождения средней скорости перемещения применялся закон сохранения количества движения. В зоне ІIІ потери зерна возникали в том случае, когда траектория его передвижения в сечении S была расположена ниже участка h.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВАРИАЦИИ

Результаты исследований, полученные с помощью математической модели, были проверены на специально созданной лабораторной установке, имитирующей процесс очеса зерновых культур, а затем на опытных образцах очесывающих жаток в 2013–2016 годах. В конструкции механизмов применялись новые технические решения, защищенные 18 патентами РФ. В частности, был реализован блочно-модульный принцип проектирования, согласно которому на базе основного модуля может быть подготовлен одно- или двухбарабанный вариант жатки. Они различаются тем, что в первом случае устанавливается обтекатель, а во втором внутри него монтируется дополнительный барабан. Однобарабанная жатка может снабжаться традиционным очесывающим барабаном с жестко закрепленными на нем граблинами либо с деталями, угол наклона которых можно изменять в соответствии с условиями уборки. Все типы жаток были дополнены вариаторным приводом барабанов.

При разработке вариантов технологии уборки очесом использовались методы анализа и синтеза систем. При описании функционирования уборочно-транспортных групп и комплексов применялись положения теории марковских случайных процессов с реализацией моделей на основе аналитических методов, статистического моделирования и теории кусочно-линейных агрегатов. Математическая модель определения оптимального состава МТП была построена с использованием линейного программирования, ветвей и границ, специальных логических конструкций. Критерий оценки эффективности «совокупные затраты» был принят в соответствии с ГОСТом Р 53056–2008, приложение Ж. При обработке данных экспериментальных исследований и изучении физико-механических характеристик растений убираемых культур специалисты обращались к традиционным статистическим методам и регрессионному анализу.

Рис. 3. Логическая схема математической модели процесса очеса зерновых культур однобарабанной жаткой



31

Особенностиуборочных процессовобъясняются влиянием погодных условий и необходимостью изменения режимов и параметров уборочно-транспортных групп, вызванного их перемещением с поля на поле. Местности могут существенно различаться величиной урожайности выращенной культуры, состоянием хлебостоя, удаленностью от зернотоков. В зависимости от направления деятельности хозяйства, наличия в нем животноводческой отрасли и ее вида в качестве побочной продукции может быть использована полова или солома на корм или подстилку. Поэтому наряду со специфическими характеристиками технологии уборки очесом нужно учитывать и все перечисленные данные. Предлагаемая методика должна быть гибкой — легко трансформироваться в один из вариантов и либо возвращаться к традиционной, позволяющей, например, более качественно осуществлять уборку сильно либо полностью полеглых хлебов. При ее реализации желательно достичь максимально возможной производительности лимитирующей группы технических средств — зерноуборочных комбайнов — при минимальном изменении типажа других машин в составе УТК.

ПОИСК ОПТИМУМА

Эффективность предлагаемой технологии в сравнении с традиционной определялась путем анализа совокупных затрат на выполнение всего объема механизированных работ в полеводстве оптимальными МТП типового хозяйства. В ходе исследований учитывались эксплуатационные затраты, соблюдение условий труда и техники безопасности, а также величина убытков от потерь зерна за уборочными агрегатами при осыпании, снижении его качества от продолжительного пребывания на корню с момента достижения полной спелости, нарушении требований экологии. Задачи подобного уровня призван решать программный комплекс «Система автоматизированного проектирования механизированных технологий и технического оснащения растениеводства». При его доработке были внесены изменения, позволяющие учитывать величину перечисленных убытков, а при целочисленном решении выполнять округление не энергомашин, а агрегатов в целом. Для корректировки годовой загрузки техники, которая на первом шаге принимается нормативной, был введен итерационный метод поиска оптимума. При его реализации годовую загрузку сравнивали с предыдущей и останавливали поиск, когда разность между ними не превышала допустимых значений.

Табл. 1. Показатели эффективности выполнения всего объема механизированных работ при проведении уборки зерновых культур по традиционной технологии и комбайновым очесом

Дней уборки

Количество комбайнов

Совокупные затраты, тыс. руб.

Капитальные вложения, тыс. руб.

ЧДД, тыс. руб.

База

Очес

База

Очес

База

Очес

База

Очес

9

10

7

45517,2

38128,9

182185,3

140370,4

515456,6

572339

10

10

6

45929,6

38933,9

172398,6

131814,7

521014,8

576546,1

11

9

6

46581,3

40689,8

161307,8

131825,1

527612,1

572045,9

12

9

5

47313,2

41552,1

152769,6

122071,4

531746,3

577222,7

13

8

5

48848,8

43337

152567,4

121869,2

527560,5

572768,6

14

8

5

50055,7

46142,9

143306,6

129938,7

530957,7

558426,8

15

7

5

51827,8

48469,6

142636,6

131511,6

527025,7

552023,7

16

7

5

52797,4

49509,2

132709,8

121720,2

531135,9

555956,3

17

6

5

54745,2

51160,3

132913,2

119618,2

526194,6

553071,1

18

6

4

55829,9

53299

125061,7

120169,1

528733,5

546655,1

19

6

4

57900,2

55022,7

126056,7

117483,5

523131,3

544329,1

20

5

4

59799,5

56334,3

125047,6

108630

519457,4

548230,1


Показатели эффективности выполнения механизированных работ в полеводстве МТП типового хозяйства юга Ростовской области с площадью пашни 5000 га при уборке зерновых по традиционной технологии и комбайновым очесом учитывали при ценах на зерно и технику на 1 августа 2016 года. Аналогичные исследования выполняли при изменении закупочных цен на сельхозпродукцию и сельскохозяйственные машины в 2014 и 2015 годах. Увеличение стоимости зерна и реализации поставляемой техники в 2016 году вызвало возрастание совокупных затрат и капитальных вложений. Исследования показали, что во всех вариантах применение технологии высокоинтенсивной комбайновой уборки зерновых культур экономически более выгодно в сравнении с традиционной. Однако оптимальная продолжительность уборочных работ изменялась. Если в условиях 2014 года минимум совокупных затрат при уборке очесом мог быть достигнут при длительности сбора 11 дней, то в 2015 году — при работе в течение 10 дней, в 2016 году — девяти суток. При этом совокупные затраты на выполнение всего объема механизированных работ в полеводстве при внедрении предлагаемой методики снизились на 16,2 процента, объем капитальных вложений в оборудование уменьшился с 182 185,3 до 140 370 тыс. рублей, а чистый дисконтированный доход увеличился на 56,89 млн рублей.

ХОРОШИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ

Необходимость научного обоснования и дальнейшего развития технологии уборки очесом обусловлена ее потенциалом. Реализация всех возможностей методики позволит решить проблемы, связанные с низким уровнем кредитоспособности сельхозпредприятий и как следствие — недостаточной их обеспеченностью оборудованием для уборочных работ.

Операции, реализуемые комбайном при уборке зерновых очесом, представляют собой ту часть технологического процесса, при выполнении которой режимы функционирования его рабочих органов существенно отличаются от применяемых при обмолоте всей выращенной массы хлебостоя. На их исполнение затрачивается время основной работы. Выгрузка же зерна из бункера комбайна, маневры при поворотах в загоне, замена груженых прицепов на порожние при двухфазной уборке являются вспомогательными и не имеют различий ни по существу, ни по продолжительности при уборке машиной, снабженной жаткой сплошного среза. Однако ввиду значительного сокращения времени, затрачиваемого на основную операцию, повышается производительность уборочного звена. Вследствие этого транспортное подразделение и стационарный пункт приема сырья должны обеспечивать реализацию возросших возможностей. При этом особые требования предъявляются только к виду уборочной техники и конструктивному исполнению наклонных камер, с помощью которых осуществляют ее агрегатирование с очесывающими жатками. Тип бункеров-накопителей транспортных средств, механизмов и машин, обеспечивающих бесперебойный прием намолоченного зерна, остается неизменным и определяется исходя из наличия техники и экономической целесообразности ее применения.

Таким образом, предложенный способ сравнения технико-экономических показателей технологии высокоинтенсивной комбайновой уборки зерновых колосовых культур очесом и традиционной отвечает современным рыночным условиям, так как позволяет выбрать методику, гарантирующую максимальную рентабельность производства, а также обосновать параметры и режимы ее функционирования.

Подписаться на статьи

Наши новости
Cпециальные предложения
Cобытия и конференции

баннер на сайт 2
Яндекс.Метрика

© 2013 Агробизнес. Ежедневное интернет-издание о новом поколении предпринимателей. Использование материалов Агробизнеса разрешено только с предварительного согласия правообладателей. Все права на картинки и тексты в разделе Новости принадлежат их авторам. Сайт может содержать контент, не предназначенный для лиц младше 18-ти лет.