CC BY
53
УДК 631.354.2 (083.131)
ЗЕРНОУБОРОЧНОМУ КОМБАЙНУ - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ, ПОЛЮ - ОПЕРАЦИОННУЮ КАРТУ
Г.Е. ЧЕПУРИН, доктор технических наук, член-корреспондент РАН, руководитель научного направления (e-mail: [email protected])
Сибирский федеральный научный центр агробиотехно-логий РАН (СФНЦА РАН), пос. Краснообск, Новосибирский р-н, Новосибирская обл., 630501, Российская Федерация
Резюме. За паспортную пропускную способность комбайнов принимают подачу в молотилку хлебной массы при уровне потерь зерна 1,5 % и нормативной влажности зерна и соломы. В реальных условиях пропускная способность комбайнов любого класса классической схемы при уменьшении содержания соломы в хлебной массе от1,5 до 0,7 возрастает в 1,45 раз, а при увеличении содержания соломы от нормативной до 2,3 - снижается в 1,16 раз. Этузакономерность необходимо учитывать, так как по нормативам МСХ РФ возможно недоиспользование паспортной способности комбайна не более 10 %, а перегрузка молотилки не допускается. Для оперативности использования технологического паспорта комбайна при выборе стратегии и тактики проведения уборочных работ в условиях хозяйства его содержание представлено в виде номограммы из четырех квадрантов. Разработан алгоритм пользования технологическим паспортом на примере уборки зерновых культур урожайностью от 10 до 20 ц/га комбайном класса 7 кг/с. По расчетам при нормальных погодных условиях и указанном интервале урожайности такая машина будет полностью загружена только при раздельной уборке, обмолачивая сдвоенные валки с максимально допустимой скоростью движения комбайна. Ширина захвата жаток-хедеров для прямого комбайнирования составляет 9-11 м, поэтому рациональная загрузка комбайна класса 7 кг/с при максимально допустимых скоростяхдвижения достигается только на обмолоте зерновых урожайностью более 20 ц/га. Полученные сведения можно использовать при разработке операционной карты на выполнение обмолота зерновых культур для каждого поля прямым или раздельным способом. Реализация разработанных технологических паспортов зерноуборочных комбайнов и операционных карт позволит значительно повысить производительность машин, сократить сроки уборки и потери урожая, а также издержки при выполнении уборочных работ и себестоимость зерна. Ключевые слова: зерноуборочный комбайн, пропускная способность, технологический паспорт, операционная карта. Для цитирования: Чепурин Г.Е. Зерноуборочному комбайну -технологический паспорт, полю - операционную карту//Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 6. С. 76-79.
Модельный ряд современных комбайнов разделяется по пропускной способности на девять классов: I - до 2 кг/с, II - 4-5, III - 5-6, IV - 6-7, V - 7-8, VI - 8-9, VII - 9-10, VIII - 11-12, IX - 12-14 кг/с [1]. Такую классификацию начали использовать еще в СССР. В соответствии с действующими методиками [1, 2, 3, 4 и др.] машиноиспытательные станции (МИС) проводят оценкукомбайнов при обмолоте зерновых культур на участках с прямым стеблестоем, влажностью зерна 1018 %, незерновой части - 10-20 % и отношением массы зерна к соломе 1:1,5. По результатам испытаний строят график изменения общих потерь зерна за молотилкой от фактической подачи хлебной массы. За паспортную (номинальную) пропускную способность принимают пропускную способность в килограммах в секунду, соответствующую потерям зерна 1,5 %. По величине этого показателя устанавливают класс зерноуборочного комбайна.
На этапе проектирования комбайнов их пропускную способность рассчитывают, используя выражения, учитывающие конструктивные параметры рабочих органов, мощность двигателя, ширину молотилки, удельную мощность на единицу пропускной способности, объем бункера и другие факторы [4, 5, 6]. Однако упомянутая классификация [1] не позволяет однозначно относить тот или иной комбайн к определенному классу, так как они не имеют четко выде-
ленных границ. Например, к какому классу следует отнести машину, паспортная пропускная способность которого, по данным МИС, равна 6 кг/с? К третьему(5-6 кг/с) или четвертому (6-7 кг/с)? Однозначного ответа нет!
При обосновании класса комбайна по пропускной способности (кг/с), соответствующей допустимому уровню потерь зерна за молотилкой 1,5 %, для конкретных условий необходимо учитывать фактическую реализуемость паспортных данных в условиях эксплуатации; соответствие класса комбайна требованиям сельхозтоваропроизводителей с учетом зональных особенностей; наличие гарантированной эффективности применения; конкурентоспособность, в сравнении с аналогами, то есть соответствие критериям «цена - производительность», «цена - качество», «цена -стоимость техсервиса», которые должны обеспечивать прибыль сельхозтоваропроизводителю.
Цель исследования - выявить влияние влажности, засоренности, полеглости и других показателей состояния стебельной массы зерновых культур; скорости движения комбайна; ширины захвата хедеров или валковых жаток; размеров полей (длины, ширины, конфигурации) на фактическую производительность комбайна, реализуемость его паспортной способности при обмолоте и обеспечение высококачественной работы.
Условия, материалы и методы. Сложившаяся практика оснащения сельскохозяйственных предприятий зерноуборочной техникой во многих регионах Сибири носит стихийный характер, не учитываются зональные и производственные особенности уборки, а также возможности рационального использования паспортной пропускной способности комбайнов при различных технологиях ее реализации, что значительно снижает эффективность эксплуатации машин, увеличивает себестоимость продукции[7].
Многие модели комбайнов, особенно с высокой пропускной способностью, при уборке зерновых урожайностью до 25 ц/га в Сибири не полностью используют свои потенциальные возможности, что значительно повышает эксплуатационные затраты.
Степень загрузки молотилки комбайна определяется как отношение фактической подачи поступающей хлебной массы ^ф) к его паспортной способности ^о), величина которой определяется массой хлебной массы, поступающей за секунду (табл. 1). По данным М.А. Пусты-гина [8], Г.Д. Терского [9] увеличение содержания зерна в составе хлебной массы уменьшает содержание незерновой части. Благодаря этому качество работы сепарирующих органов молотилки комбайна повышается.
Процесс выделения зерна в комбайне включает две стадии: просев через ворох на соломотрясе, просеивание через отверстия решет очистки и соломотряса. Эффективность его определяется структурой пространственной решетки вороха и разрыхленностью слоя на решетах и соломотрясе. Поэтому фактическая паспортная пропускная способность существенно зависит от доли незерновой части в составе обмолачиваемой хлебной массы (Хс) и определяется по следующей формуле:
Я0 =
1 + А, '
(1)
где qо - паспортная пропускная способность комбайна (кг/с) при отношении массы зерна (Хз) к массе незер-
Таблица 1. Степень загрузки молотилки комбайнов в зависимости от урожайности и ширины захвата жатки при раздельной и прямой уборке (отношения массы зерна к незерновой части - 1:1,5)
Ширина Класс Урожайность, ц/га
захвата ком-
жатки, байна, 10 15 20 25 30 35
м кг/с
6 5 0,44 0,66 0,89 1,10 1,32 1,54
6 0,36 0,54 0,73 0,91 1,08 1,26
8 0,30 0,45 0,60 0,75 0,89 1,05
10 5 0,61 0,91 1,21 1,51 1,82 2,12
6 0,52 0,80 1,05 1,31 1,57 1,83
8 0,43 0,65 0,87 1,09 1,30 1,52
12 5 0,67 1,00 1,33 1,67 2,00 1,33
6 0,61 0,91 1,21 1,51 1,82 2,12
8 0,49 0,73 0,95 1,22 1,46 1,70
16 5 0,80 1,20 1,60 2,00 2,40 2,80
6 0,71 1,07 1,43 1,85 2,14 2,50
8 0,57 0,83 1,14 1,43 1,71 2,00
20 5 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50
6 0,83 1,25 1,67 2,08 2,50 2,92
8 0,71 1,07 1,43 1,78 2,14 2,50
(5)
новой части (Хс) в долях единицы1:1,5 (Хо), то есть Хо = Хз / Хс = 1/1,5 = 0,666, X - фактическое отношение массы зерна к массе незерновой части в долях единицы.
Расчеты, проведенные на основании ранее установленных закономерностей [10], показывают (табл. 2), что пропускная способность комбайнов любого класса классической схемы при изменении содержания соломы от 1,5 до 0,7 возрастает в 1,45 раза, а при увеличении соломистости от нормативной до 2,3 - уменьшается в 1,16 раз.
В соответствии с «Системой критериев качества и эффективности сельскохозяйственной техники», изданной МСХ РФ [11], допускается недоиспользование паспортной способности комбайна не более 10 %, а перегрузка молотилки комбайна не допускается, так как приводит к значительным потерям зерна.
Современные отечественные и зарубежные зерноуборочные комбайны обеспечивают синхронизацию частоты вращения мотовила при прямом комбайни-ровании и подборщика при раздельной уборке со скоростью движения машины. Это позволяет увеличивать рабочую скорость комбайна до 12-13 км/ч, что обеспечивает оптимизацию загрузки не только за счет ширины захвата, но и скорости движения.
Рабочая скорость движения комбайна (V,), реализующая его паспортную способность, определяется по формуле: 360д
-- (2)
4,=
вВць
где qo - паспортная пропускная способность комбайна, кг/с; G - урожайность зерновых культур, ц/га; В - конструктивная ширина захвата жатки, м; пь- коэффициент использования ширины захвата - 0,96 [11].
С учетом формул (1) и (2) рабочая скорость комбайна ¡-го класса (qo) в зависимости от содержания незерновой части в составе обмолачиваемой хлебной массы в долях единицы определяется по формуле:
где В=в ■ пь.
Следовательно, производительность комбайна ¡-го класса (№[) за 1 ч чистого времени будет равна:
Зб-д^О + Х)
' <3(1 +А«) '
Сменная производительность комбайна ^см) определяется по формуле:
W = W■ Т■ п , (6)
см 'см' * '
где Т - продолжительность смены, ч, псм - нормативный коэффициент использования времени смены
(Псм= 0,68) [11].
Представленные закономерности изменения производительности и скорости движения комбайна реализуют его потенциальные возможности, то есть паспортную пропускную способность в зависимости от урожайности, состояния стеблестоя, характеристики полей (длина гона, рельеф, качеств обработки почвы), которые определяют возможность использования той или иной ширины захвата жатки, хедера и скорости движения машины при выполнении уборочных работ. Эти основные факторы учитывают при разработке технологического паспорта комбайна, который крайне необходим при обосновании типажа зерноуборочной техники, определении стратегии и тактики уборочных работ с учетом зональных природно-климатических и производственных условий в хозяйствах, расположенных в различных регионах страны.
Основные теоретические положения, связанные с разработкой технологического паспорта зерноуборочного комбайна и алгоритма определения его основных технологических характеристик, которые обеспечивают паспортную загрузку молотилки на уборке зерновых культур с разной урожайностью прямым и раздельным способом, изложены ранее [10]. Для удобства и оперативности использования технологического паспорта комбайна при выборе стратегии и тактики проведения уборочных работ в конкретных условиях хозяйства или поля его содержание представляется в виде номограммы из четырех квадрантов. В качестве примера рассмотрим номограмму, составленную для комбайна класса 7 кг/с (рисунок). В первом квадранте представлены кривые, характеризующие изменение рабочей скорости машины при обмолоте хлебов урожайностью от 10 до 50 ц/га, скошенных жатками шириной захвата от 5 до 20 м, которые обозначены цифрами 5, 6, 7-20. Во втором - кривые характеризуют изменение производительности комбайна за 1 ч чистого времени в зависимости от урожайности и содержания незерновой части в обмолачиваемой хлебной массе в долях единицы в пределах от 0,6 до 2,3. В третьем квадранте показана линейная зависимость сменной производительности комбайна на обмолоте зерновых от его производительности за 1 ч чистого времени. В квадранте четыре представлены данные, характеризующие возможную сменную производительность комбайна на обмолоте
Таблица 2. Изменение пропускной способности комбайнов в зависимости от содержания незерновой части в обмолачиваемой хлебной массе в долях единицы
_ 360-дГр,- -(1 + Х)
(3)
Производительность комбайна за 1 ч чистого времени ^) можно рассчитать следующим образом:
W = 0,1 ■ Vp ■ В, (4)
q Содержание незерновой части, в долях единицы
2,3 2,1 1,9 1,7 I 1,5 1,3 1,1 0,9 0,7
5 4,3 4,4 4,6 4,8 5 5,3 5,7 6,3 7,3
6 5,2 5,3 5,5 5,7 6 6,4 6,9 7,6 8,7
7 6,0 6,2 6,4 6,7 7 7,4 8,0 8,9 10,0
8 6,9 7,1 7,3 7,6 8 8,5 9,1 10,1 11,6
9 7,7 8,0 8,2 8,6 9 9,5 10,3 11,4 13,1
10 8,6 8,8 9,1 9,5 10 10,6 11,4 12,7 14,6
11 9,5 9,7 10,1 10,3 11 11,7 12,6 13,9 16,0
12 10,3 10,6 11,0 11,4 12 12,7 13,7 15,2 17,5
зерновых урожайностью от 10 до 50 ц/га с максимальной допустимой скоростью движения до 13 км/ч, которые обеспечивают реализацию паспортной пропускной способности машины при конструктивной ширине захвата валковых жаток или хедеров в пределах 5-20 м.
По информации, представленной в первом и четвертом квадрантах, прежде всего оперативно определяется в зависимости от условий уборки (урожайности, рельефа и длины гона полей и других факторов) предполагаемая стратегия уборочных работ в целом по хозяйству и отдельным полям, то есть убирать зерновые культуры раздельным способом или напрямую. Покажем это на примере комбайна класса 7 кг/с. Исходные данные: урожайность по полям варьирует от 10 до 20 ц/га. Рельеф и длина гона полей позволяют машине двигаться с максимальной скоростью до 13 км/ч. Алгоритм пользования технологического паспорта комбайна класса 7 кг/с при составлении операционной карты для обмолота зерновых культур продемонстрируем на примере поля с урожайностью 18 ц/га. Характеристика поля и убираемой культуры: пшеница яровая; влажность зерна и соломы 15-20 %. Высота среза стеблей 15-18 см, полеглость стеблей отсутствует; площадь поля 500 га; длина гона - 1,5 км, рельеф - ровный, позволяющий двигаться комбайну с максимально допустимой скоростью.
Результаты и обсуждение. При нормальных погодных условиях комбайн класса 7 будет полностью загружен на обмолоте зерновых урожайностью 10 ц/га при уборке хлебной массы, скошенной с площади шириной 20 м, и скорости движения 13 км/ч. Производительность его в этом случае за 1 ч чистой работы будет равна 26 га (см. рисунок). При урожайности зерновых 15 ц/га, ширине захвата жатки или хедера 16 м, скорости движения 11 км/ч, а также при ширине захвата 20 м и скорости 9 км/ч, производительность составит 17,7 га/ч. На обмолоте
посевов урожайностью 20 ц/га выработка за 1 ч чистой работы будет равна 13,3 га при скорости движения комбайна 6,8 км/ч, 8,2 км/ч и 11 км/ч и ширине захвата жатки 20, 16 и 12 м соответственно. При ширине захвата жаток меньше 12 м комбайны класса 7 будут работать с недогрузкой. Следовательно, рациональное использование их паспортной способности можно обеспечить только при раздельной уборке, формируя сдвоенные валки.
Для прямого комбайнирования промышленность выпускает жатки-хедеры с шириной захвата до 9-11 м, которые обеспечат рациональную загрузку машины класса 7 при максимально допустимых скоростях движения до 13 км/ч только на обмолоте зерновых урожайностью 20 ц/га и более. Поэтому если рельеф поля и длина гона не позволяют работать на повышенных скоростях, как при раздельной, так и при прямой уборке, следует использовать комбайны меньшего паспортного класса.
В квадрантах I и II (см. рисунок) для уборки зерновых культур с урожайностью 18 ц/га пунктирными линиями со стрелками показан порядок определения рабочей скорости за 1 ч чистой работы Vp и производительности комбайна класса 7 за 1 ч чистой работы W на обмолоте сдвоенных валков, скошенных жатками с площади шириной 20, 16, и 12 м. При содержании незерновой части в долях единицы Хс=2,3; 1,5 и 1,1. Машина полностью загружается на обмолоте валков зерновых культур при Хс=1,5, скошенных указанными жатками при скорости движения соответственно 7,2; 9,0; и 12,0 км/ч.
По квадранту II определяем для рассматриваемого случая рабочую производительность комбайна за 1 ч чистого времени, равную 14,5 га/ч при обмолоте сдвоенных валков 12, 16, 20 м. При Хс=2,3 часовая производительность W= 12 га/ч, а при Хс =1,1 - 16,0 га/ч. По квадранту III определяется расчетная производительность машины за смену про-
Рисунок. Технологический паспорт комбайна класса 7 кг/с («08-07»): Vр - рабочая скорость за час чистого времени, км/ч; W, Waм - соответственно производительность за час чистого времени, га/ч и за смену, га; G - урожайность зерновых, ц/га; цифры 5, 6, 7-20 (квадрат I) и В (квадрат IV) - конструктивная ширина захвата валковой жатки, хердера, м; \ - незерновая часть в хлебной массе при обмолоте, в долях единицы.
должительностью 10 ч при коэффициенте использования месте. Ее составляют только на процесс обмолота, опре-
времени смены, равном 0,68 [11]. деляют задание на выполнение конкретной работы при
Расчетная сменная производительность комбайна соблюдении технологических режимов, обеспечивающих класса 7 (WCM) при раздельной уборке зерновых урожай- получение продукции высокого качества при рациональностью 18 ц/га при нормативной Хс=1,5 составит 91 га, при ной загрузке молотилки комбайна на уборке зерновых Хс=2,3 - 78 га, а при Хс=1,1 - 105 га. культур разной урожайности прямым или раздельным
Аналогичным образом определяется производитель- способами, так как сегодня их обмолот в зависимости от ность при наличии технологических паспортов комбайнов условий уборки проводится только этими способами. любого класса на уборке раздельным способом, прямым Выводы. Результаты проведенных исследований комбайнированием при рабочей ширине захвата хедеров показывают, что изменение степени загрузки молотили валковых жаток от 5 до 20 м, нормативной доле массы ки комбайна в зависимости от урожайности зерновых незерновой части 1,5, а также на обмолоте зерновых уро- культур и ширины захвата жаток при раздельной и жайностью от 10 до 50 ц/га при изменении Хс от 0,6 до 2,3. прямой уборке во многом зависит от доли незерновой
Определив по технологическому паспорту комбайна части в составе обмолачиваемой хлебной массы. Про-
сменную производительность, можно рассчитать по извест- пускная способность комбайна классической схемы
ным формулам приведенные издержки и себестоимость любого класса при уменьшении доли незерновой части
продукции; установить допустимую скорость движения при с нормативной (1,5) до 0,7 возрастает в 1,45 раза, а при
уборке на каждом поле в зависимости от урожайности, ре- ее увеличений до 2,3 снижается в 1,16 раз. льефа, длины гона, доли незерновой части в обмолачивае- Выявленные закономерности изменения произво-
мой массе и других факторов; выбрать самую рациональную дительности и скорости движения комбайна в зависи-
технологию или сочетание технологии и уборочной техники, мости от урожайности, ширины захвата жатки, состояния
которые обеспечиваютнаибольшую степень использования стеблестоя, характеристики полей, использованы при
паспортной способности комбайна. Полученные сведения разработке технологического паспорта зерноубороч-
представляют в виде операционной технологической карты ного комбайна, содержание которого представлено в
уборки зерновых культур для каждого поля. виде номограммы из четырех квадрантов. Практическая
Операционная карта - технологический документ, реализация разработанных технологических паспортов содержащий описание технологической операции с зерноуборочных комбайнов и операционных карт на указанием возможных технологий выполнения техно- обмолоте зерновых культур обеспечит повышение произ-логического процесса, данных о технических средствах водительности машин и качества получаемой продукции, и режимах их работы с учетом условий работы, свойств сокращение сроков уборки, потерь урожая, а также изубираемых культур на конкретном поле, то есть рабочем держек при выполнении уборочных работ.
Литература.
1. Жалнин Э.В. Методологические аспекты механизации производства зерна в России. М.: Полиграфсервис, 2012. 367 с.
2. Комбайны зерноуборочные. Методы испытаний: ГОСТ28301-89 (СТСЭВ 6542-88). М.: Издательство стандартов, 1990. 17с.
3. Гольтяпин В.Я. Анализ пропускной способности зерноуборочных комбайнов и основных показателей, определяющих ее величину: аналитическая справка (обзор). М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2002. 22 с.
4. Занько Н.Д. Методика оценки пропускной способности молотилки и определения класса зерноуборочного комбайна // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1999. № 6. С. 26-28.
5. Жалнин Э.В. Расчет основных параметров зерноуборочных комбайнов. М.: ВИМ, 2001. 106 с.
6. Пенкин С.М. Оценка пропускной способности зерноуборочных комбайнов по известным параметрам // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2003. № 1. С. 24-26.
7. Уборка и послеуборочная обработка зерновых культур в экстремальных условиях Сибири / Г.Е. Чепурин, Н.М. Иванов, А.В. Кузнецов и др.. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2011. 175 с.
8. Пустыгин М.А. Теория и технический расчет молотильных устройств. М.: Сельхозгиз, 1948.
9. Терсков Г.Д. Расчет зерноуборочных машин. - М.: Изд-во машиностр. л-ры. 1961. 213 с.
10. Чепурин Г.Е., Иванов Н.М.Теоретические основы разработки технологического паспорта зерноуборочного комбайна // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2016. № 2. С. 96-104.
11. Система критериев качества, надежности, экономической эффективности сельскохозяйственной техники. М.: МСХ РФ, ФГБНУ «Росинформагротех», 2010. 188 с.
TECHNOLOGICAL CERTIFICATE FOR A GRAIN HARVESTER, PROCESS CHART FOR A FIELD
G.E. Chepurin
Siberian Federal Research Center of Agricultural Biotechnology of the RAS (SFRCAB of the RAS), pos. Krasnoobsk, Novosibirskii r-n, Novosibirskaya obl., 630501, Russian Federation
Abstract. The certified throughput of a grain harvester is usually taken for the delivery of corn bulk, having the normative moistures of the grain and the straw, to a thresher with the level of grain losses of1.5 percent. In a production environment, the throughput of a grain harvester of any type increases 1.45 times when the straw content in corn bulk is changed from 1.5 to 0.7 and decreases 1.16 times when the straw content increases from the normative value to 2.3. This regularity should be taken into consideration because the standards of the Ministry of Agriculture of the Russian Federation allow not more than 10 percent of the underemployment of the certified throughput of the grain harvester; with that, the overload of the thresher is not permitted. For the real time use of the technological certificate of the grain harvester at choosing strategy and tactics of harvesting activities in farm conditions, it may be represented as a nomogram consisting from four quadrants. The procedure to use technological certificate was developed by the example of harvesting of grain crops with the productivity of 1 to 2 tonnes per hectare by means of the 7 kg/s class grain harvester. According to calculations for the normal weather conditions and the productivity range mentioned above, such a machine will be fully loaded only at two-phase harvesting, threshing double swaths cut by reapers with the coverage of 10 and 6 m, and with the maximum allowable operating speed of the grain harvester. The coverage of the header for direct combining is from 9 to 11 m, so the efficient load of the 7 kg/s class grain harvester at maximum allowable operating speeds is provided only at threshing of grain crops with yielding capacities of more than 2 tonnes per hectare. These findings can be used to develop process charts for grain crop threshing on each field by direct or two-phase methods. Implementation of the developed technological certificates of grain harvesters and process charts allows us to considerably improve the performance of machines, reduce harvesting terms and yield losses as well as costs for carrying out harvesting work and cost price of grain. Keywords: grain harvester, throughput, technological certificate, process chart.
Author Details: G.E. Chepurin, D. Sc. (Tech.), corresponding member of the RAS, supervisor of research area (e-mail: [email protected]). For citation: Chepurin G.E. Technological Certificate for a Grain Harvester, Process Chart for a Field. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2017. Vol. 31. No. 6. Pp. 76-79 (in Russ.).
