Способ уборки зерновых культур прямым комбайнированием с выгрузкой зерна на краю поля
HARVESTING METHOD OF GRAIN CROPS BY DIRECT COMBINING WITH GRAIN UNLOADING AT THE FIELD EDGE

Изобретение отнсится к сельскому хозяйству, в частности к способам уборки зерновых колосовых культур прямым комбайнированием.
3
Известно, что переуплотнение почвы под воздействием ходовых систем энергетических средств входит в противоречие с интенсификацией сельскохозяйственного производства и ростом энергонасыщенности транспортных и технологических средств. «Необходимость использования при транспортировке зерна от комбайнов с вместимостью бункеров 9-12 м автомобилей грузоподъемностью 8 и более тонн обостряет проблему переуплотнения почвы. Узкопрофильные шины автомобилей повышенной грузоподъемностью (МАЗ, КамАЗ и др.) с внутренним давлением в шинах порядка 0,60-0,84 МПа и нагрузкой на одно колесо до 3-4 т вызывают катастрофические для почвы давления и напряжения, превышающие максимально допустимые в 6-8 раз.» (Дьячков А.П., Колесников Н.П., Семынин С.В., Следченко В.А. и Шередекина Е.Е. Возможности повышения производительности технологических агрегатов, используемых в сельском хозяйстве, при снижении отрицательных воздействий на почву. Вестник Воронежского государственного аграрного университета. - 2015. - №4 (47), ч. 2. С. 105-108).
Удельное давление на почву движителей большегрузных автомобилей сопоставимо с удельным давлением движителей современных комбайнов. При достигнутых в южных степных регионах высоких урожаях заполнение и выгрузка зерна из бункера происходят практически на каждом проходе комбайна по полю, а при урожайностях более 80-100 ц/га - возможно по две выгрузки. Т.е. число проходов по полю транспортных средств сопоставимо с числом проходов комбайнов. Поэтому в ряде случаев, особенно при высокой влажности почвы, применяются уборочно-транспортные процессы, исключающие проезды автомобилей по полю:
1 Используют дополнительный тракторно-транспортный агрегат с бункером-перегрузчиком (с меньшим, чем у автомобилей удельным давлением на почву), который передвигается по полю к месту остановки комбайна для выгрузки зерна или передвигается рядом с комбайном при выгрузке зерна на ходу, осуществляет вывоз зерна на край поля, где перегружает зерно в кузов автомобиля (Золотых М.Т. Технология сборочно-транспортного процесса при уборке зерновых культур с применением стационарно-передвижного бункера-перегрузчика. Диссертация к.т.н., Воронеж, 2015 г.)
3
3
Данный способ позволяет исключить проезды автомобилей с высоким удельным давлением движителей по полю при сохранении высокой производительности комбайна. Но при этом требуются существенные затраты на приобретение дорогостоящего бункера-перегрузчика. Так, реализуемый фирмой ООО «Агроэффект» (agroef.ru) бункер-перегрузчик с емкостью кузова 24 м и грузоподъемностью 18 т стоит около 2,0 млн. руб., а с емкостью кузова 31 м и грузоподъемностью 24 т - более 2,5 млн. руб. Очевидно, что при указанных грузоподъемностях бункеры-перегрузчики, наряду с решением вопросов организации бесперебойного вывоза зерна от комбайнов, как это отмечено в опубликованном фирмой материале (Рынок АПК, 2017 г., №5, с. 92), вряд ли обеспечат снижение переуплотнения почвы при уборке.
3
В конкурентной борьбе за производительность фирмы-производители зерноуборочных комбайнов выпускают новые модели комбайнов, значительно превышающие установленные нормы воздействия движителей на почву из-за большой вместимости бункеров (до 10-12 м) и металлоемкости, что отмечено в процитированной выше статье Дьячкова А.П. и др. Очевидно этот же недостаток характерен для указанных бункеров-перегрузчиков (проектируемых под параметры новых комбайнов) при полном использовании их вместимости.
Очевидно также, что дополнительная перегрузка является дополнительным источником травмирования зерна.
2 Известен также способ уборки зерновых культур прямым комбайнированием с выгрузкой зерна на краю поля из бункера комбайна в кузов автомобиля (прототип), при котором выгрузку зерна из бункера комбайна производят вне зависимости от степени его заполнения, если зерно от очередного последующего прохода по полю не сможет вместиться в бункер (Комплекс эффективных решений для сельского хозяйства. Каталог компании «Лилиани». Эл. Ресурс).
Недостаток данного способа в том, что в зависимости от урожайности, длины гона, вместимости бункера и ширины жатки применяемых на разных полях комбайнов, равновероятна выгрузка зерна при заполнении бункера от половины его объема до полного. Это, при прочих равных условиях, приводит к увеличению потерь времени на выгрузки зерна в течение смены и к снижению наработки комбайна за смену из-за увеличения суммарных затрат времени в течение смены на остановки для выгрузок зерна из-за подготовительно-заключительных затрат времени при каждой выгрузке. Это также затрудняет учет зерна от разных комбайнов, поочередно выгружающих разное количества зерна в кузов автомобиля для его заполнения.
В настоящее время нет способа уборки зерновых культур с выгрузкой зерна на краю поля без заезда на поле транспортных средств (как автомобилей, так и бункеров-перегрузчиков), обеспечивающего заполнение всего объема бункера комбайна при его подходе к краю поля и при его работе без снижения производительности.
Еще одним недостатком указанных известных способов уборки зерновых культур прямым комбайнированием (по п. 1 и п. 2) является работа комбайнов по загонкам с необходимостью переездов в пределах ширины загонок (как при работе «в раскос», так и «в круг»), что обусловлено необходимостью постоянного расположения при рабочих проходах комбайна его выгрузного шнека в сторону скошенного поля (за исключением полей с малыми длинами гона и урожайностями, типичными в отдельных регионах). При рекомендуемых параметрах загонок (в статье: Горбачев И.В., Шрейдер Ю.М. Подготовка полей к уборке зерновых. Сельский механизатор. 2012 г., №8., С. 16-18) согласно нашим расчетам на переезды в пределах загонок в среднем добавляется около 67% от затрат времени на повороты.
Цель изобретения - повышение наработки комбайна в единицу времени смены при выгрузке зерна из бункера на краю поля.
Предлагаемый способ заключается в следующем.
1
Посредством пробного рабочего прохода комбайна (контрольного обмолота) на данном поле определяют урожайность зерна У, устанавливают оптимальную рабочую скорость применяемого комбайна V по условиям допустимых потерь зерна молотильно-сепарирующим устройством (МСУ).
Необходимо отметить, что в последние годы в южных степных регионах страны благодаря достижениям селекции, новым технологиям и росту объемов применяемых удобрений существенно увеличились урожайности зерновых культур. Данное изменение опережает переоснащение большинства хозяйств новыми комбайнами с большей пропускной способностью МСУ. Поэтому оптимальная загрузка молотилок большинства существующих в хозяйствах комбайнов происходит на сравнительно небольших рабочих скоростях. Лишь на полях с невысокой урожайностью для загрузки молотилки необходимо увеличивать рабочую скорость до допустимых (по условиям выравненности полей) значений.
Исходя из этого, в подавляющем большинстве случаев по условиям выравненности поля зерноуборочный комбайн потенциально имеет возможность использования увеличенной рабочей скорости. Данное обстоятельство открывает возможность сочетания высокопроизводительной работы комбайна с заполнением бункера при его подходе к краю поля и выгрузкой зерна из бункера в кузов автомобиля на краю поля благодаря выбору сочетания рабочей ширины жатки (при частичном ее движении по скошенному хлебостою) и рабочей скорости.
р.о.
пх
При полной ширине захвата жатки B при базовой схеме работы в зависимости от урожайности зерна на поле У и насыпной объемной массе зерна γ весь объем бункера Q может быть заполнен при длине прохода L согласно выражению:
р.о.
пх
Исходя из урожайности зерна У, полной ширины захвата жатки B при базовой схеме работы определяют длину прохода комбайна L по полю до заполнения бункера зерном из формулы (1):
пх
г
Путем деления L на длину гона L находим значение числа проходов по полю  до заполнения бункера:
В подавляющем большинстве случаев, в зависимости от сочетания урожайности, длины гона, ширины жатки и вместимости бункера, данное значение не является целым числом, что и вызывает необходимость проездов по полю транспортных средств для приема зерна из заполненных бункеров комбайнов туда, где произошло заполнение бункера.
пx
г
Заполнение всего объема бункера при подходе комбайна к краю поля возможно при проходе расстояния, кратного длине гона данного поля  для чего значение  полученное от деления L на длину гона L необходимо округлять до ближайшего большего целого числа. (Данное действие выражается представленным в формуле 3 соответствующим математическим знаком).
р.х.
Заполнение бункера за целое число проходов  возможно при использовании неполной рабочей ширины жатки B, что соответствует выражению:
р.х.
Из равенства правых частей выражений (1) и (4) можно определить рабочую ширину жатки B, при которой заполнение всего объема бункера комбайна будет происходить при его подходе к краю поля (к концу гона):
р.х.
р.о.
пх
Как видно из выражения (5), неполная рабочая ширина захвата жатки комбайна B зависит от величины полной ширины захвата жатки B, длины прохода L, необходимой для заполнения бункера при использовании полной ширины жатки и от расстояния, соответствующего ближайшему большему целому числу гонов, т.е. кратного длине гона
Сохранение фактической подачи хлебной массы в молотилку комбайна при уменьшении рабочей ширины захвата жатки возможно за счет соответствующего увеличения рабочей скорости, что вытекает из выражения фактической подачи в МСУ через рабочую ширину захвата жатки, рабочую скорость и урожайность.
Фактическая подача в МСУ (кг/с) в базовом варианте работы:
Фактическая подача в МСУ в варианте работы с уменьшенной рабочей шириной жатки и увеличенной рабочей скоростью:
Из условия равенства фактической подачи в базовом и новом, вариантах, т.е. из равенства правых частей выражений (6) и (7) находим выражение для расчета увеличенной рабочей скорости:
Таким образом, заполнение всего объема бункера комбайна при его подходе к краю поля (к концу гона) возможно при использовании неполной ширины жатки, определяемой из выражения (5), а сохранение фактической подачи в МСУ комбайна (и соответственно производительности комбайна за единицу времени основной работы) - за счет увеличения его рабочей скорости, определяемой из выражения (8).
Существенными признаками изобретения является новая совокупность последовательных действий, содержащая:
- определение урожайности зерна на поле и рабочей скорости применяемого зерноуборочного комбайна (в условиях данного поля по уровню допустимых потерь зерна) при использовании всей ширины его жатки;
- расчет рабочей ширины жатки применяемого комбайна для обеспечения наполнения бункера комбайна при его проходе расстояния, кратного длине гона, т.е. при подходе к границе поля и соответствующей увеличенной рабочей скорости, обеспечивающей сохранение фактической подачи в молотилку и производительности комбайна (по намолоту зерна) в единицу основного времени;
- выгрузку зерна на краю поля в кузов транспортного средства, выполняющего отвоз зерна;
- осуществление рабочих проходов комбайна челночным способом.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - Ленты на планках мотовила для обеспечения при работе расчетной ширины жатки.
Фиг. 2 - Работа комбайна при расчетной ширине жатки (левая сторона с выгрузным шнеком в сторону скошенного поля).
Фиг. 3 - Работа комбайна при расчетной ширине жатки (левая сторона с выгрузным шнеком в сторону хлебостоя).
Фиг. 4 - Выгрузка зерна из заполненного бункера комбайна на краю поля.
Пример работы комбайна по новому способу.
Исходные условия:
Длина гона на поле - 700 м (после обкоса краев).
3
Применяемый комбайн - Акрос 550 с шириной жатки 7 м и объемом бункера 9 м.
2
3
Урожайность зерна (по результатам пробного прохода и взвешивания зерна) - 0,6 кг/м, насыпная объемная масса зерна 800 кг/м.
Рабочая скорость комбайна при пробном проходе с полным захватом жатки - 2,7 км/ч.
Длина прохода для наполнения бункера (согласно формуле 2):
Значение числа проходов по полю расчетное (согласно формуле 3):
Расчет уменьшенной ширины жатки (по формуле 5), необходимой для заполнения бункера на расстоянии, равном тройной длине гона:
В соответствии с результатами расчета рабочей ширины жатки 5,7 м при работе комбайна часть жатки (1,3 м) будет идти по скошенному хлебостою. Для обеспечения при работе расчетной рабочей ширины жатки на планках мотовила с каждой стороны привязывают ленты яркого цвета (фиг. 1).
Расчет увеличенной рабочей скорости для обеспечения полученной по результатам пробного прохода оптимальной пропускной способности молотилки (по формуле 6):
В связи с отсутствием необходимости выгрузки зерна на загонках движение комбайна при работе осуществляют челночным способом (фиг. 2, фиг. 3).
Выгрузку зерна из бункера комбайна осуществляют на краю поля (фиг. 4).
Эффективность
При работе комбайна по новому способу исключаются холостые переезды комбайна по краям загонок при поворотах, т.к. рабочие проходы комбайна осуществляются челночным способом с петлевыми или др. поворотами. За счет исключения выгрузки зерна в пределах длины гона обеспечивается движение комбайна по отношению к нескошенному хлебостою любой (левой или правой) стороной.
Применение петлевых или др. поворотов при работе комбайна челночным способом (без переездов) в предлагаемом способе в сравнении с поворотами комбайна и переездами в пределах загонки (по базовому способу) в типичных для центральной зоны Краснодарского края условиях уборки зерновых культур позволяет экономить в среднем 40% непроизводительных затрат времени на повороты (за счет исключения части затрат времени на переезды), что повышает наработку комбайна в течение смены на 0,45 га.
По сравнению с прототипом (выгрузка зерна из бункера на краю поля при недоборе зерна в бункер (в пределах массы зерна с одного прохода комбайна) предлагаемый способ обеспечивает указанный выше эффект, а также дополнительное сокращение простоев комбайна для выгрузок зерна в течение смены и повышение за счет этого наработки комбайна.