Станіслав Смолінський, канд. техн. наук, доцент, НУБіП, Віктор Марченко, канд. техн. наук, Agroexpert (Україна)
Виробництво зерна є ключовим завданням агропромислового комплексу України. Збирання вирощеного врожаю – завершальний етап у всьому процесі вирощування сільськогосподарських культур. Щороку в Україні під зернові, зернобобові, круп’яні та олійні культури відводиться близько 60% усіх посівних площ. Для їхнього збирання слід мати відповідний парк сучасної зернозбиральної техніки.
Збирання зернових культур здійснюється із застосуванням самохідних зернозбиральних комбайнів різних фірм-виробників, які відрізняються здебільшого конструкцією молотильно-сепарувальних пристроїв (МСП), потужністю двигунів, пропускною здатністю, продуктивністю, комплектацією жатки й адаптерів для збирання інших культур тощо. Обираючи тип зернозбирального комбайна, важливо враховувати особливості його конструкції та виконання технологічного процесу збирання. Істотний вплив на показники ефективності збирання зернових культур має тип МСП, яким обладнано комбайн.
Схеми молотильно-сепарувальних пристроїв
Як відомо, залежно від типу МСП, зернозбиральні комбайни можуть мати класичну (обмолочування на бильних або штифтових молотильних апаратах із наступним очищенням грубого вороху на клавішних соломотрясах) і роторну схему МСП (обмолочування й очищення здійснюється ротором за осьового подавання хлібної маси).
У роторних комбайнах обмолочування та сепарацію вороху виконує один і той самий робочий елемент, що забезпечує відокремлення з маси майже всього зерна. Однією із суттєвих відмінностей роторних комбайнів порівняно з класичними є вищі продуктивність та пропускна здатність за незначних габаритах пристроїв. Мінімізація втрат зерна за високої продуктивності машини досягається інтенсифікацією процесу на роторних збиральних агрегатах.
Існує також комбінована (гібридна) схема МСП із барабанно-дековим молотильним апаратом та наступною сепарацією грубого вороху на роторних соломосепараторах.
Особливості класичної схеми МСП
Аналіз сучасного світового ринку сільськогосподарської техніки свідчить, що більшість зернозбиральних комбайнів, які виготовляють у всьому світі, мають МСП із класичною схемою обмолочування та сепарації (тобто барабанно-декового молотильного апарата і клавішного або роторно-клавішного соломотряса із додатковою можливістю застосування різних типів активаторів). Зернозбиральні комбайни з класичною схемою МСП представлені на ринку сільськогосподарської техніки серією Lexion 670/650, Avero 240/160, Tucano 480/470/450 компанії CLAAS, John Deere серії W і T, Massey Ferguson серій Activa, Beta та Centora, New Holland CX і TC, Sampo 3000 та ін.
Завдяки своїй універсальності, надійності, простоті будови й легкості обслуговування значного поширення набули зернозбиральні комбайни класичної схеми МСП із однобарабанним молотильним апаратом і клавішним соломотрясом. Але під час роботи за несприятливих умов та під час збирання складно обмолочуваних культур за підвищеної вологості найдоцільніше застосовувати двобарабанний МСП, який вирізняється збільшеною продуктивністю й зменшенням втрат і пошкодження зерна порівняно з однобарабанною схемою обмолочування. Тому закордонні фірми-виробники зернозбиральних комбайнів обладнують МСП декількома барабанами, хоча це й ускладнює конструкцію машин.
Для класичної схеми МСП характерними є обмолочування зернових колосових культур внаслідок удару бил по колоску та витирання зерна між барабаном і підбарабанням. Конструктивними та кінематичними параметрами забезпечено пропускну здатність комбайнів із таким типом МСП, близько 7 – 9 кг/с, позаяк лише за такого подавання клавішний соломотряс якісно виконуватиме сепарацію грубого вороху.
Одним із шляхів збільшення пропускної здатності комбайнів з класичною схемою МСП для забезпечення необхідних якісних показників є застосування, як було зазначено вище, багатобарабанної системи обмолочування й сепарації зернового вороху, що значно знижує вміст зерна у грубому воросі, який потрапляє на соломотряс, а це дає змогу збільшити пропускну здатність МСП у 1,5 – 2,0 рази. Водночас застосовуються додаткові барабани: сепарувальний (розміщено над соломотрясом для якіснішого виділення зерна із грубого вороху на соломотрясі), прискорювач (дає змогу забезпечити прискорення і рівномірне подавання маси до молотильного барабана, збільшуючи при цьому ступінь сепарації зерна й зменшуючи втрати зерна) та ротаційний (встановлюють за відбійним бітером для розпушування грубого вороху після обмолочування і рівномірнішого розподілення маси за шириною молотарки, що сприяє зменшенню втрат зерна за соломотрясом та дає змогу підвищити продуктивність комбайна загалом) із додатковими деками для збільшення площі сепарації зерна.
Інтенсифікація сепарації зерна із грубого вороху на соломотрясі досягається шляхом збільшення кількості клавіш і площі сепарації, а також встановлення у кінці соломотряса додаткового барабана, що забезпечує більш якісну роботу системи із хлібною масою високої соломистості й значним вмістом бур’янів.
Шляхами підвищення якості обмолочування хлібної маси комбайнами з класичною схемою МСП може бути вдосконалена конструкція підбарабання, соломотряса та схеми керування роботою збиральної машини тощо.
Помічено, що під час роботи на схилах зернозбирального комбайна із класичною схемою МСП зазвичай збільшуються втрати зерна і знижується якість роботи комбайна внаслідок неефективного використання площі сепарувальної поверхні решіт. Для усунення цієї проблеми застосовують вирівнювання самого комбайна або лише молотарки, а також систем динамічного вирівнювання вороху на решетах (3D-очищення тощо).
Новітньою розробкою, що дає можливість зернозбиральним комбайнам ефективно та продуктивно працювати, рухаючись схилами, є революційна 4D-система очищення зерна, яку на міжнародній виставці Agritechnica-2015 (м. Ганновер, Німеччина) представила компанія CLAAS на оновлених комбайнах Lexion серії 700. Ця система вмикається одночасно із сепарацією залишкового зерна, що, своєю чергою, зменшує обсяг очищення. Нова 4D-система очищення спрощує керування моделями комбайнів Lexion 700, дає змогу повністю використовувати їхню продуктивність та якісно очищувати зерно навіть на схилах, рухаючись як у поперечному, так і повздовжньому напрямках. Система передбачає два процеси: регулювання лопатей ротора залежно від крутизни схилу та автоматичне керування вентилятором.
На відміну від комбайнів із класичним МСП, під час роботи на схилах роторного комбайна проблема сепарації зерна майже не виникає, і на якість роботи комбайна кут крутизни схилу істотно не впливає.
Особливості роторного МСП
Винахідником роторної технології Axial-Flow була компанія Case IH, яка і до цього часу залишається світовим лідером виробництва роторних комбайнів. Серійно перший зернозбиральний комбайн із аксіальною конструкцією з’явився на ринку в 1975 р., а перша машина Axial-Flow – у 1964 р. Тож конструкторам та виробникам знадобилося понад 10 років, аби ця концепція стала реальністю. Адже це була незвична розробка. Тож і сьогодні комбайни Case IH асоціюються передусім із роторною системою обмолочування та відділення зерна.
Під час створення роторної системи обмолочування вирішували таке завдання, як збирання кукурудзи на зерно із якісним відокремленням зерна від стрижня і, звісно, із незначним його пошкодженням. При цьому у конструкції МСП використовується один або два ротори, які розміщені вздовж (аксіальні) або впоперек (тангенціальні) напрямку руху технологічного матеріалу. Найбільшого поширення серед аграріїв набули комбайни з аксіально-роторною схемою МСП, а їхнє застосування поширилося також і на зернові колосові культури.
На відміну від збиральних машин із класичним МСП, у комбайнів з аксіально-роторною схемою процес обмолочування та сепарації грубого вороху відбувається ротором, що обертається у циліндричній деці. Передня частина ротора обмолочує хлібну масу, а задня – сепарує зерно, тобто виконує ефективне виділення зерна із подрібненого грубого вороху. Для переміщення маси вздовж осі на роторі встановлюють планки чи лопаті, а на деці – гвинтові напрямні.
Зерно із колосків виділяється в аксіально-роторному МСП не від удару й витирання, як у класичній схемі, а лише за допомогою витирання. Водночас знижується рівень пошкодження зерна й збільшується енергоємність процесу, а це своєю чергою призводить до збільшення витрати палива. Крім того, під час роботи із вологою масою і значною забур’яненістю хлібостою продуктивність машини зменшується, а втрати інколи навіть перевищують допустимий рівень. За збирання довгостеблових зернових культур підвищеної вологості спостерігається утворення джгутів і накручування їх на ротор, а солома піддається інтенсивнішому перетиранню.
Роторні комбайни можуть ефективно працювати на збиранні різних зернових культур, навіть із складним суцвіттям (наприклад овес), за прямого комбайнування, а також із застосуванням способу обчісування зерна на корені. Завдяки своїй універсальності (а отже, збільшенню річного навантаження), надійності та продуктивності роторні комбайни економічніші порівняно зі збиральними машинами із класичною схемою МСП, що суттєво впливає на експлуатаційні витрати й собівартість отриманої продукції.
Серед основних переваг роторної системи обмолочування можна виділити такі: простота конструкції, універсальність, збільшення пропускної здатності МСП (до 20 кг/с), інтенсифікація обмолочування та сепарації вороху внаслідок особливості виконання процесу і динаміки руху маси, щадне обмолочування зерна з меншою величиною лінійної швидкості бил (що сприяє мінімізації пошкоджень та мікропошкоджень зерна зі збереженням його посівних властивостей), висока ступінь відокремлення зерна за незначної величини втрат тощо.
Однією з основних проблем під час експлуатації комбайнів із роторним МСП все ж таки є збільшення енерговитрат на виконання робочого процесу порівняно з класичною схемою. А це, своєю чергою, призводить до збільшення витрати палива. Але завдяки зростанню продуктивності машини, що є характерним для роторних комбайнів, приведені енергозатрати, а також витрата палива, не відрізняється від комбайнів із класичним МСП. Серед проблем аксіально-роторних МСП можна також назвати порційне подавання ротором маси у зону обмолочування й нерівномірність розподілення вороху площею, що знижує ефективність роботи машини. Під час роботи пристрою не допускається попадання сторонніх предметів та деформація ротора, а у разі ремонту – після його виконання необхідне динамічне балансування ротора.
Серед аграріїв широкого використання набули роторні зернозбиральні комбайни фірми Case IH серії Axial-Flow 140 та Axial-Flow 240, компанії John Deere серії S, компанії New Holland серії CR та ін.
Дещо про комбіновану систему МСП
Особливістю комбінованого (гібридного) МСП є поєднання класичної схеми обмолочування і сепарації грубого вороху, як на комбайнах із роторним МСП, що дає змогу підвищити ефективність роботи комбайна та уникнути недоліків клавішного соломотряса. До того ж лише близько 10% зерна потрапляє до соломосепаратора. Комбінованою системою МСП обладнано комбайни Lexion 770/750 і Tucano 480 компанії CLAAS, Delta компанії Massey Ferguson, John Deere серій CTS та C, New Holland серії CR, серії Х фірми Fendt й інші.
Зернозбиральні комбайни із комбінованою схемою МСП ефективніше працюють на соломистих зернових культурах порівняно з класичною системою обмолочування. Для них характерними є також, як і у роторних комбайнів, збільшення енергоємності процесу, а отже, й витрати палива, матеріаломісткості та ускладнена система приводу, хоча й їхня робота ефективніша, особливо за підвищеної вологості хлібної маси (наприклад після дощу чи за випадання роси).
Щодо вибору типу комбайна за схемою МСП
Обираючи тип комбайна, варто зважати на природно-кліматичні умови, набір вирощуваних культур, їхню врожайність, обсяг робіт, розміри та конфігурацію полів, рельєф місцевості тощо.
Під час вибору типу комбайна насамперед слід звернути особливу увагу на особливості умов його подальшої експлуатації. У разі застосування машини на збиранні високоврожайних, короткостеблових і незасмічених зернових культур та кукурудзи на зерно, а також за роботи на схилах необхідно застосовувати зернозбиральні комбайни з аксіально-роторним МСП, за інших умов – із класичною схемою обмолочування й сепарації. Внаслідок інерції ротора доцільніше аксіально-роторну схему використовувати за високої врожайності та великої довжини гонів за умови обладнання комбайнів широкозахватними жатками й адаптерів для збирання кукурудзи та інших культур.
