Резервы повышения эффективности комбайновой уборки зерновых культур

УДК 631.55

РЕЗЕРВЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМБАЙНОВОЙ УБОРКИ

ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

© 2014 г. Н.И. Шабанов

Установлена интенсивность снижения влажности зерна хлебостоя, находящегося на корню и в валках, от длительности и по годы о-климатических условий и изменение величины биологических потерь зерна от самоосыпания при прямой и раздельной уборке зерновых в зависимости от ее длительности и условий уборки. Эти результаты использованы при моделировании процессов уборки зерновых и обосновании объемов раздельной уборки в различных погодных условиях по критерию оптимизации.

Ключевые слова: уборка зерновых, скашивание, валок, влажность, зерно, самоосыпание, потери, прямое комбайнирование, моделирование, критерий оптимизации, эффективность.

It is established an intensity of standing crops grains and swath crops grains moisture lowering, depending on weather conditions, and a changing of biological grain losses quantities because of self falling from ears during the direct and the separate harvesting, depending on harvesting duration and conditions. These results are used for the modeling of grain crops harvesting and the substantiation of separate harvesting volumes during different weather on the optimization criterion.

Key words: grain crops harvest, mowing, swath, moisture, grain, self falling, losses, direct combining, modeling, optimization criterion, efficiency.

Комбайновая уборка зерновых культур в настоящее время является основной технологией. Зерновые культуры при этой технологии убираются комбайнами, оборудованными жатками для прямого ком-байнирования.

Уборку прямым комбайнированием обычно начинают при полной спелости зерна влажностью 14-15%. Продолжительность комбайновой уборки по агротехническим требованиям должна составлять 8-10 дней, т.к. увеличение этих сроков приводит к повышенным потерям зерна от самоосыпания. В производственных условиях уборка зерновых прямым комбайнированием часто продолжается около месяца из-за недостаточного количества комбайнов. Это приводит к повышенным биологическим потерям зерна в поле от самоосыпания зерновых культур иногда до 40-50% [1, 2, 3], т.к. при полной спелости зерна связь его с колосом значительно ослабевает и при небольших колебаниях стебля от ветра зерна выпадают из колоса. Это безвозвратные потери.

Существует несколько способов снижения этих потерь: увеличение парка зерноуборочных комбайнов для соблюдения требуемых агротехнических сроков уборки [4, 5, 6], более раннее начало уборки зерновых при влажности зерна 18-20% с досушкой этой части зерна на стационаре [3, 7], возврат к раздельной уборке зерновых со скашиванием хлебов в валки в фазе восковой спелости зерна [2, 3], а также использование некомбайновых технологий уборки [8, 9] и др.

Из приведенных выше способов снижения потерь зерна в поле менее затратным является забытая раздельная уборка.

При раздельной комбайновой уборке зерновых первая операция, скашивание хлебов в валки, выполняется валковой жаткой, навешенной на универсальное энергосредство, или прицепной, агрегати-руемой с трактором класса 1,4. Начинают скашивание в период восковой спелости зерна при его влажности 35-37%, а завершают перед началом полной спелости зерна, когда его влажность составляет 24-

25%. При этом реализуется способность зерна дозревать в валках за счет оттока в него питательных веществ и влаги из скошенной массы [2].

Для определения эффективности раздельной уборки сначала проанализировали изменение влажности зерна в валках и на корню (рисунок 1) и установили, что интенсивность снижения влажности зерна, как на корню, так и в валках, в первую очередь зависит от погодных условий, в которых проходит уборка.

Наиболее интенсивно в Южной зоне РФ снижается влажность зерна в засушливые годы (рисунок 1, кривая 2), когда дефицит влажности воздуха находится около

18 Мбар. В этих условиях влажность зерна в валках снижается с 40% до 15% за 4 дня, а в стеблях, стоящих на корню, - за 6 дней, а при благоприятных условиях, когда дефицит влажности воздуха находится в пределах от 8 до 18 Мбар, - за 7 и 9 дней соответственно. При неблагоприятных погодных условиях, когда дефицит влажности воздуха менее 8 Мбар, влажность зерна в валках и на корню уменьшается практически одинаково и лишь на 20-21-й день достигнет кондиционной. В этот период влажность зерна может даже увеличиваться из-за часто выпадающих осадков (рисунок 1, кривая 1).

N°

та I

о.

О)

СП

.0 I-

и

0

1

*

го с;

СО

45 40

0

\ ( о к ^

к* к_л . * к __

ч ' \ ЛЛ > ч к __V

> > >ч ч > ' < к» ч к 4 * * ^ -1 - с 1

1 »ТГ' ^ 1

и —1 3

8 9 10 11 12 13 14 15 16

продолжительность созревания, дни

Рисунок I - Изменение влажности зерна озимой пшеницы в валках (пунктирные линии) и на корню (сплошные линии) во влажный (1), умеренный (2) и засушливый (3) годы

Из этих же графиков следует, что в нормальных и засушливых условиях уборки зерно в валках дозревает быстрее, чем на корню, поэтому и обмолот валков можно начинать раньше, чем прямое комбай-нирование. При скашивании зерновых в валки в фазе восковой спелости зерна, влажности 36-38% и благоприятных погодных условиях, когда дефицит влажности воздуха составлял 12 Мбар, этот период составляет 2-3 дня.

Анализ биологических потерь зерна у нескошенного хлебостоя и находящегося в валках показал, что величина этих потерь зависит от продолжительности нахождения их в поле и погодных условий в этот период. Биологические потери зерна от самоосыпания начинаются сразу же после наступления полной спелости зерна [2, 3], и их величина возрастает при увеличении длительности нахождения хлебостоя или валков в поле (рисунок 2).

20

18

т 16

х

о.

а> 14

о.

<и

5

с

ф

I 8

12

10

£ б

5

Ю

1-засушливый год хлебостой на корню;

2-влажный и умеренный годы хлебостой на корню;

3-влажный год хлебная масса в валке;

4-умеренный и засушливый годы хлебная масса в валке.

продолжительность уборки, дни

Рисунок 2 - Зависимость биологических потерь зерна от способа и продолжительности

уборки в различных погодных условиях

Так, при благоприятных погодных условиях на 10-й день после наступления полной спелости зерна, а это допустимый агротехнический срок уборки зерновых колосовых, величина потерь хлебостоя, находящегося на корню, составляет 10-11% и 4-5% для хлебостоя, находящегося в валках, а на 14-й день потери возрастают до 18% и до 7% соответственно. При неблагоприятных погодных условиях биологические потери зерна в поле значительно возрастают независимо от технологии уборки. У хлебостоя, находящегося на корню, это потери от осыпания под действием ветра, вымывания дождем питательных веществ, полегания хлебостоя и др., а у хлебостоя, находящегося в валках, это потери из-за порчи зерна в них, т.к. они медленно просыхают. Следует обратить внимание на засушливые годы, когда к биологическим потерям зерна от самоосыпания могут добавится потери от «запала» зерна у хлебостоя, находящегося на корню, в результате оно получается щуплым.

Таким образом, изучение биологических потерь зерновых культур в уборочный период показало, что при своевременном скашивании хлебостоя в валки в засушливых и благоприятных условиях уборки величина потерь зерна меньше, чем при уборке всей площади прямым комбайниро-ванием, продолжительность которого

неооходимо сокращать из-за интенсивно нарастающих потерь, особенно в конце обмолота.

При неблагоприятных погодных условиях объемы раздельной уборки необходимо снижать из-за медленного просы-хания хлебной массы в валках, порчи зерна и прорастания зеленого подгона, затрудняющих их подбор.

Для определения рационального соотношения раздельной уборки и прямого комбайнирования провели моделирование этих технологий и изучили влияние соотношения их объемов на биологические потери зерна. В каждом варианте заданную площадь убирали раздельным и прямым комбайнированием. Соотношение объемов работ изменялось от уборки всей площади прямым комбайнированием с постепенным уменьшением ее доли и увеличением объемов раздельной уборки до полной уборки всей площади раздельным способом.

Моделирование вели для рассмотренных ранее погодных условий: засушливый, умеренный и влажный годы. Биологические потери зерна определяли на каждый день уборки в абсолютной величине с убранной за день площади и суммировали с потерями на уже убранных ранее площадях. При моделировании учитывали, что агробиологической основой раздельного способа уборки является требование обмо-

лота валков до начала прямого комоаини-рования, поэтому скашивание в валки начинали при влажности зерна 38-36%, а прекращали при 24-20%, а их обмолот начинали при влажности зерна 15%. Обмолот валков необходимо проводить в максимально сжатые сроки, т.к. влажность зерна в нескошенном хлебостое при благоприятных погодных условиях снижается интенсивно, около 2% в сутки, что быстро приближает полную спелость зерна и его самоосыпание. После завершения обмоло-

та валков начинают прямое комоайнирова-ние. Продолжительность уборки была принята равной 10 дней.

В качестве критерия оптимизации выступали интегральные затраты, включающие сумму материальных затрат на рассматриваемых операциях технологии уборки, стоимость потерь урожая от самоосыпания и потерь за технологическими машинами [10]. Результаты моделирования для урожайности 40 ц/га приведены на рисунке 3.

5500

2 5000 -ю о.

зТ 4500

=Г

<Т5

СО

I 4000

5

2! О.

О) н

§ 3000

2500

0

1/

1-влажный год; 2-умеренный год;

3-засушливый г/ 3

Ч

10

20

30 40 50 60 70 80 90 100

доля раздельной уборки, %

Рисунок 3 - Зависимость критерия оптимизации от соотношения объемов раздельной уборки и прямого комбайнирования в различные годы погодно-климатического цикла

Анализ операций раздельной уборки зерновых в различных погодных условиях показал, что во влажные годы, когда дефицит влажности воздуха имеет минимальное значение, снижается скорость созревания хлебов и увеличивается продолжительность фазы восковой спелости зерна. Это приводит к тому, что масса, скошенная в валки, просыхает медленнее, а величина потерь зерна в валках от продолжительности уборки нарастает значительно быстрее, чем в благоприятные годы и практически приближается к потерям зерна у неско-шенной хлебной массы. Критерий оптимизации в этих условиях имеет минимальное

значение при скашивании зерновых в валки с 10-15% уборочной площади (рисунок 3, кривая 1). Такие объемы раздельного способа уборки позволяют обмолачивать валки, не допуская их повторного увлажнения. Увеличение объемов раздельного способа уборки приводит к увеличению потерь зерна в валках и дополнительным затратам на операцию скашивания хлебов в валки, а это ухудшает экономические показатели процесса уборки, и величина критерия оптимизации интенсивно возрастает.

В засушливый год продолжительность фазы восковой спелости зерна сокращается более чем в 2 раза, и в этих

условиях наиболее важным является своевременное скашивание хлебов в валки при влажности зерна 36-38%, причем, как показывает имитационное моделирование, объемы раздельной уборки должны увеличиться до 50% (рисунок 3, кривая 3). Это позволит получить зерно более высокого качества и снизить его потери.

При уборке зерновых в умеренный год объемы раздельного способа должны составлять до 30% (рисунок 3, кривая 2). Уменьшение площади раздельного ком-байнирования в этих условиях приводит к увеличению площади прямого комбайни-рования и, начавшись в первый день наступления полной спелости зерна, прямое комбайнирование продолжается более 7 дней. Это приводит к увеличению потерь зерна в последующие дни. При уборке всей площади зерновых прямым комбайнирова-нием потери максимальны. Увеличение площади раздельного комбайнирования приводит к увеличению сроков обмолота валков и прямое комбайнирование начинается уже после наступления полной спелости зерна. Кроме увеличения потерь зерна за счет более позднего начала прямого комбайнирования, возрастают затраты средств на выполнение операции скашивания хлебов в валки и увеличивается значение критерия оптимизации.

Изменение общих сроков уборки зерновых меняет оптимальное соотношение раздельного способа уборки и прямого комбайнирования.

Если при уборке зерновых в умеренный год за 10 дней раздельным способом, как уже отмечалось выше, должно убираться около 30% (рисунок 3, кривая 2), то увеличение сроков уборки до 15 дней приводит к увеличению биологических потерь, особенно при прямом комбайнирова-нии. Рост доли раздельного комбайнирования хотя и увеличивает общие затраты на уборку, зато снижает потери зерна, обеспечивая при этом минимальное значение критерия оптимизации при соотношении прямого и раздельного комбайнирования 50:50.

Уменьшение общих сроков уборки до 7 дней приводит к тому, что оптимальным

способом по критерию эффективности является прямое комбайнирование. Однако сокращение сроков уборки зерновых требует снижения нагрузки на зерноуборочные комбайны, а значит, увеличения их количества или повышения производительности, что ведет к увеличению общих затрат средств на уборку.

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что раздельная уборка зерновых позволяет начинать обмолот зерновых как минимум на 2-3 дня раньше, чем при прямом ком-байнировании, что сокращает биологические потери зерна в поле и повышает качество убранного зерна в благоприятных погодных условиях. При этом необходимо выдерживать рациональное соотношение раздельного и прямого комбайнирования, используя естественную способность зерна дозревать в валках за счет оттока в него питательных веществ и влаги из скошенной массы.

На оптимальное соотношение раздельного способа уборки и прямого комбайнирования существенное влияние оказывают погодные условия в уборочный период и продолжительность уборки урожая. При неблагоприятных условиях, характеризующихся повышенной влажностью воздуха, объем раздельного комбайнирования должен составлять 10-15%, а в засушливый год увеличивается до 50%. В первом случае малые объемы раздельной уборки предотвращают потери зерна в валках из-за его порчи, а во втором - потери сокращаются путем своевременного скашивания больших объемов зерновых в валки.

При продолжительности уборки урожая менее 7 дней целесообразно все зерновые убирать прямым комбайнированием. При увеличении продолжительности уборки до 10 дней соотношение прямого и раздельного комбайнирования должно составлять 70:30, а при продолжительности уборки до 15 дней соотношение уже должно быть равно 50:50. Дальнейшее увеличение сроков уборки зерна требует увеличения доли раздельного комбайнирования, так как потери зерна в валках при благо-

приятных погодных условиях значительно меньше, чем у нескошенного хлебостоя.

Поэтому в хозяйственных условиях необходимо ориентироваться на раннее начало уборки зерна при его влажности 18-20% и своевременном ее окончании в пределах агросрока не более 10 дней. При этом раздельным способом необходимо убирать до 30% всех площадей зерновых колосовых культур.

Литература

1. Жалнин, Э.В. От динамики самоосыпания зерна к высокоэффективной уборке /Э.В. Жалнин, B.C. Пьянов // Техника в сельском хозяйстве. - 2010, - № 4. -С. 4-10.

2. Коренев, Г В. Биологическое обоснование сроков и способов уборки зерновых культур. - Изд. 2-е перераб. - Москва: Колос, 1971.

3. Шабанов, Н И. Сокращение биологических потерь зерна при уборке / НИ Шабанов // Зерновые культуры. -2001. -№ I. - С. 7-9.

4. Жалнин, Э.В. Классификация потерь зерна и их оценка / Э.В. Жалнин // Сельский механизатор. - 2014. - № 9, -С. 4-6.

5. Жалнин, Э.В. Эффективное использование зерноуборочных комбайнов / Э.В. Жалнин // Сельский механизатор. — 2013. -№ 9. - С. 5-7.

6. Eimer, М. Moving and treating of hay. // Yearbook Agricultural Engineering. -1996. -№ 8. -P. 119-125.

7. Kutzbach, H.D. Combine harvesters // Yearbook Agricultural Engineering. - 1996. - № 8. - P. 135-143.

8. Well sorted and ready for battle // Farmers Weekly. - 1993. - 118. - № 26. -P. 60-62.

9. Papesch, J. Obrywacz klosow / J. Papesch, S. Deinmer, W. Feclme // Landtechnik, Jg 50. - 1995. - № 4. - S. 196-197.

10. Шабанов, Н И. Определение рационального соотношения объемов раздельного и прямого комбайнирования / Н И. Шабанов // В сб. научн. тр. «Результаты исследований и производственной

проверки малозатратных технологий и технических средств для возделывания зерновых культур в условиях засушливого земледелия» . - Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 1999.-С. 129-130.

References

1. ZHalnin Eh.V., Pyanov V.S. Ot dina-miki samoosypaniya zerna k vysokoehffek-tivnoj uborke (From itself shedding dynamics to the high grain harvest), Tekhnika v setshorn hozyajstve, 2010, No 4, pp. 4-10.

2. Korenev G.V. Biologicheskoe obos-novanie srokov i sposobov uborki zernovyh kul'tur (Biological basis of terms and methods of crops harvesting), izd. 2-е pererab., Moskva: Kolos, 1971.

3. SHabanov N.l. Sokrashchenie biolo-gicheskih poter zerna pri uborke (The biological grain loss reducing at harvest), Zermnye kultmy, 2001, No 1, pp. 7-9.

4. ZHalnin Eh.V. Klassifikaciya poter zerna i ih ocenka (Classification of grain losses and their assessment), Set skij mekhaniza-toi\ 2014, No 9, pp. 4-6.

5. Zhalnin Eh.V. Ehffektivnoe ispol-zovanie zernouborochnyh kombajnov (Effective use of combine harvesters), Setskij me-khanizator, 2013, No 9, pp. 5-7.

6. Eimer M. Moving and treating of hay, Yearbook Agricultural Engineering, 1996, No 8, pp. 119-125.

7. Kutzbach H.D. Combine harvesters, Yearbook Agricultural Engineering, 1996, No 8, pp. 135-143.

8. Well sorted and ready for battle, Farmers Weekly, 1993, 118, No 26, pp. 60-62.

9. Papesch J., Demmer S., Feclme W. Obrywacz klosow, Landtechnik, Jg 50, 1995, No 4, pp. 196-197.

10. Shabanov N.l. Opredelenie racional-nogo sootnosheniya obemov razdelnogo i pryamogo kombajnirovaniya (The rational volume ratio definition of separate and direct combining), V sb. nauchn. tr. «Rezul'taty is-sledovanij i proizvodsfrennoj proverki malo-zairalnyh tekhnologij i tekhnicheskih sredsiv dlya vozdelyvaniya zernovyh kul'tur v uslovi-yah zasushlivogo zemledeliya», Zernograd: VNIPTIMESKH, 1999, pp. 129-130.

Сведения об авторе

Шабанов Николай Иванович - доктор техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Тех-носферная безопасность и физика», Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВПО ДГАУ в г. Зернограде (Ростовская область, Россия). Тел.: 8-928-195-82-41. E-mail: shni47@mail.ru

Information about the author Shabanov Nikolai Ivanovich - Doctor in Technical Sciences, professor, Head of Tech-nosvernj safety and physics department, Azov-Black Sea Engineering Institute FSBEE HPE "Don State Agrarian University" in Zernograd (Rostov region, Russia). Phone: 8-928-195-82-41. E-mail: shni47@mail.ru.