Устройство для уборки биологического урожая зерновых культур с утилизацией незерновой части урожая и способ его применения
DEVICE FOR HARVESTING BIOLOGICAL CROPS OF GRAIN CROPS WITH UTILIZATION OF THE NON-GRAIN PART OF THE CROP AND METHOD FOR ITS APPLICATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для уборки зерновых культур с применением соломы как источника биологической и тепловой энергии непосредственно в процессе уборки.
Уровень техники
Известен агрегат для уборки зерновых культур, содержащий энергосредство с передней и задней навеской, жатку для очеса зерновых культур на корню с очесывающим барабаном, шнеком и выгрузным устройством, устройство для заделывания в почву очесанных стеблей, отличающийся тем, что жатка для очеса зерновых культур на корню оснащена лопастным вентилятором, установленным с левой стороны по ходу движения в полости выгрузного устройства, выполненного в виде колосопровода с поворотной частью, а шнек имеет четырехзаходные спиральные ленты одного направления, заканчивающиеся лопастями, равномерно расположенными на конце шнека в зоне действия лопастей вентилятора, при этом на задней навеске энергосредства установлена двухследная дисковая борона с зубчатыми дисками. (Патент RU 2552081, опубл. 10.06.2015, Бюл. №16).
Недостатком является большая энергоемкость.
Известен способ уборки биологического урожая зерновых культур, когда биологический урожай скашивается, обмолачивается, зерно собирается в бункере, а не зерновая часть урожая в копнителе комбайна, из которого укладывается на поле, сволакивается к местам складирования, по мере необходимости доставляется на фермы, а потом в виде навоза и вместе с ним возвращается на поле [Ангилеев О.Г. Корма и машины.-Ставрополь, 1976. - 126 с.]. Способ возвращает солому в почву в виде удобрения, компенсируя вынесенные для формирования биологического урожая питательные вещества и вместе с ними значительное количество биологической энергии.
Недостатки способа:
- возвращение соломы в почву происходит по наиболее длинному технологическому пути через перевалочные операции и требует дополнительных энергетических затрат;
- операции сбора, транспортировки, складирования не зерновой части урожая требуют кроме того значительного времени и сдерживают выполнение операций по подготовке поля к будущему урожаю, что также снижает энергетический потенциал почвы;
- способ отличается значительными (70% от общих затрат энергии) малопродуктивными энергетическими затратами на манипуляции с соломой.
Известен способ уборки биологического урожая зерновых культур и утилизации не зерновой части урожая, при котором весь биологический урожай скашивается, обмолачивается, зерно собирается в бункере, а не зерновая часть урожая измельчается, обрабатывается раствором азотного удобрения, разбрасывается по полю для последующей заделки в верхний слой почвы (патент RU 2093004).Способ обеспечивает применение соломы как удобрения непосредственно в процессе уборки, без ожиданий и перевалочных операций, не препятствует выполнению послеуборочных работ. Недостатки способа состоят в том, что в энергетическом аспекте способ остается весьма затратным. Кроме того, обработка соломин раствором азотных удобрений не повышает активность целлюлозоразрушающих бактерий, а только компенсирует изъятый ими из почвы в процессе своей деятельности азот (Использование соломы как органического удобрения: сборник статейАН СССР. Институт микробиологии. Под редакцией Мишустина Е.Н. - М.: Наука,1980. - 269 с.). Это обстоятельство является только необходимым условием поддержания целлюлозоразрушающей активности почвы, но не обязательным фактором, стимулирующим разложение соломы и полную передачу ею биологической энергии почве, что не делает удобрительное использование НЧУ максимально эффективным.
Известен способ уборки биологического урожая зерновых культур, когда биологический урожай скашивается, обмолачивается, зерно собирается в бункере, а не зерновая часть укладывается в валок и превращается в удобрение путем сжигания на поле после уборки (Авров О.Е., Мороз З.М. Использование соломы в сельском хозяйстве. - Л.: Колос, 1979. - 200 с, прототип). Как и в предыдущем способе, утилизация не зерновой части урожая не сдерживает выполнение последующих полевых операций. Образующаяся при сжигании зола богата калийными соединениями в готовых к усвоению почвенными бактериями формах. Поэтому переход энергии не зерновой части урожая в почвенный энергетический комплекс происходит быстро и полно. Однако при сжигании соломы выгорает гумус, разрушается экологическое равновесие биоценоза, снижается энергетический потенциал почвы и урожай. Сжигание соломы в поле не рекомендуется по экологическим причинам.(Авров О.Е., Мороз З.М. Использование соломы в сельском хозяйстве. - Л.: Колос, 1979. - 200 с.).
Наиболее близким по технической сущности и принятый авторами за прототип является устройство для уборки урожая зерновых культур и утилизации незерновой части урожая, включающее бункер для урожая, систему для подачи раствора азотных удобрений, имеющее бак для раствора и пневматические щелевые распылители, отличающееся тем, что имеет измельчитель соломы, над которым на общей оси установлены пневматические щелевые распылители с возможностью их перемещения вместе с осью по высоте и на ней - по горизонтали для обеспечения перекрытия факелов распыла (Патент RU 2552081, опубл. 10.06.2015, Бюл. №16).
Недостатком данного устройство является 1) недостаточно равномерная обработка стоящих на корню растений, особенно в средней части убираемой поверхности; 2) ограниченность использования технологии обработки незерновой части урожая.
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является разработка устройства для уборки биологического урожая зерновых культур.
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к снижение энергозатрат за счет комбинирования технологии уборки и измельчения и сжигания незерновой части до попадания ее на почву.
Технический результат достигается с помощью устройства для уборки биологического урожая зерновых культур с утилизацией незерновой части урожая включающее комбайн, измельчитель и разбрасыватель незерновой части урожая, при чем дополнительно разбрасыватель снабжен поддоном, изменяющим свое положение по сигналу с командоаппарата и открывающим поочередно выход измельченной незерновой части урожая на поле с одновременной обработкой ее через распылитель смесью рабочей жидкости и сжатого воздуха или выход в подающий канал газогенератора, снабженного уплотняющим шнеком и соединенного с газгольдером, питающим двигатель внутреннего сгорания комбайна.
Технический результат достигается с помощью способа уборки биологического урожая зерновых культур с утилизацией не зерновой части урожая, включающий сбор зерна, измельчение не зерновой части, обработку рабочим раствором с последующим распределением по поверхности поля одной ее части и сжигание другой, отличающийся тем, что сжигание осуществляется в газогенераторе, установленном на комбайне, с использованием генераторного газа для питания двигателя внутреннего сгорания комбайна, а в качестве рабочего раствора служат биопрепараты роста массы и активности биоты почвы, увеличивающие скорость разложения не зерновой части урожая.
3
3
3
3
3
3
3
2
4
2
Проблема решается в том случае, если не зерновая часть урожая сжигается не на поле, а в газогенераторе, установленном на комбайне, в котором измельченная солома сгорает с ограниченным доступом воздуха, образуя генераторный газ, который является топливом для двигателя внутреннего сгорания комбайна. Несложный расчет подтверждает возможность и целесообразность такого применения соломы: например, при урожайности зерна пшеницы 50 ц/га объем убираемого вороха (зерно + солома) составляет на 1 га 12500 кг (7500 кг - солома). При пропускной способности зерноуборочного комбайна 8 кг/с на уборку одного гектара потребуется ( 12500 кг : 8 кг/с) 1560 секунд. Зерноуборочные комбайны с такой пропускной способностью снаряжаются двигателями внутреннего сгорания мощностью порядка 220 кВт. При уборке 1 га пшеницы, т.е., при работе двигателя в течение 1560 секунд, комбайн совершает работу: (220 кВт * 1560 с : 3600 с/ч * 3,6 мДж/кВтч) - 343,2 мДж. Энергетический ресурс топлива, обеспечивающий данный объем работы комбайна, должен быть как минимум не меньше. Современные гидролизные установки позволяют получать из 3,5 кг соломы около 8 мгенераторного газа. В нашем примере 7500 кг соломы, убранной с 1 га, дадут 17143 м генераторного газа. Даже при самом низком содержании горючих составляющих (СО; СН; Н) порядка 17%, объем продуктивного газа составит: (17143 м * 0,17) - 2914,3 м. При теплотворной способности генераторного газа из растительных остатков 4,0-4,2 мДж/м продуктивный объем газа при сгорании в двигателе комбайна обеспечит : (2914 м * 4,20 мДж/м) - 122*10 мДж энергии. Соотношение объема энергии, получаемого в результате сгорания в газогенераторе соломы, собранной с 1 га (122*10 мДж) и энергии, потребной для выполнения комбайном этой уборки (343,2 мДж) составит 36. Это означает, что энергетический потенциал генераторного газа, полученного при сжигании в газогенераторе соломы, убранной с 1 га, в 36 раз превосходит затраты энергии комбайна на выполнение этой работы.
Образовавшаяся зола после охлаждения равномерно разбрасывается по поверхности поля, а неиспользованная в качестве топлива для двигателя комбайна измельченная солома подвергается обработке стимуляторами разложения клетчатки прямого действия, например, деструктором пожнивных остатков и соломы Бисолби ДПО (инструкция к применению, Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии, г. Санкт-Петербург), вызывающими рост массы целлюлозоразрушающих бактерий непосредственно в зоне разложения (и как результат - значительный рост интенсивности разложения соломы в почве) и разбрасывается по поверхности поля для последующей заделки в почву.
Краткое описание чертежей и иных материалов
На фиг.1 схема устройства для уборки биологического урожая зерновых культур.
Осуществление изобретения
Устройство для уборки биологического урожая зерновых культур с утилизацией незерновой части урожая содержит комбайн 1 (фиг. 1) для уборки зерновых культур и утилизации незерновой части урожая с закрепленным на нем подвижно соломотрясом 2 и измельчителем 3. Измельчитель 3 соединен с разбрасывателем 4, оснащенныйм подвижным поддоном 5. Разбрасыватель соединен выходом 6 с подающим каналом 7. Подающий канал 7 соединен с приемной камерой 8 газогенератора 9, оснащенного вертикально встроенным уплотняющим шнеком 10. Газогенератор 9 соединен с газгольдером 11, а газгольдер 11 - с двигателем внутреннего сгорания 12. Командоаппарат 13, вмонтированный в корпус комбайна 1, связан с поддоном 5 на открывание - закрывание соответственно входа 6 в подающей канал 7 и выхода 14 на поле. Командоаппарат 13, включает компрессор 15. При этом компрессор 15 соединен с ресивером 16, а ресивер 16 в свою очередь соединен с распылителем 17 и емкостью 18. Распылитель 17 обработки незерновой части урожая рабочей жидкостью из емкости 14.
Устройство работает следующим образом. Выделенная комбайном 1 из всего вороха биологического урожая не зерновая его часть сходит с соломотряса 2 в измельчитель 3 и измельченной попадает на разбрасыватель 4. При этом поддон 5 разбрасывателя находится в положении, когда вход 6 в подающий канал 7 открыт. В таком положении разбрасыватель 4 бросает измельченную солому через подающий канал 7 в приемную камеру 8 газогенератора 9, откуда она, уплотняясь уплотняющим шнеком 10, подается в рабочую камеру газогенератора 9. Измельченная солома сгорает при недостаточном присутствии воздуха (30% от потребности). В результате сгорания соломы в рабочей камере газогенератора 9 при ограниченной подаче воздуха образуется генераторный газ, накапливающийся в газгольдере 11, питающий через систему очистки двигатель внутреннего сгорания 12 комбайна 1. Когда газогенератор наполнен уплотненной незерновой частью урожая, подается сигнал на командоаппарат 13 (систему автоматизированного управления процессором). Командоаппарат 13 одновременно: выключает уплотняющий шнек 10, переводит поддон 5 разбрасывателя 4 в положение закрытия входа 6 в подающий канал 7 и открытия выхода в поле 14, включает компрессор 15 на подачу сжатого воздуха через ресивер 16 к распылителю 17, открывает клапан емкости для рабочей жидкости 14. В результате измельченная солома обрабатывается рабочей жидкостью - стимулятором разложения соломы и разбрасывается по поверхности поля для последующей заделки. После выгорания соломы зола выгружается из газогенератора 9 на поле, поддон 5 возвращается в положение, когда открыт подающий канал 6, линия обработки соломы рабочей жидкостью отключается, сухая измельченная солома подается разбрасывателем 4 в газогенератор 9 для продолжения пиролиза.
Таким образом, при непрерывном процессе уборки биологического урожая зерновых направления ее утилизации в процессе уборки чередуются, позволяя использовать и биологическую, и тепловую энергию соломы и наиболее полно реализовать ее энергетический потенциал.
Новизна заявляемого предложения состоит в наиболее полной реализации энергетического потенциала не зерновой части урожая непосредственно в процессе уборки, причем часть его (биологическая энергия) переходит в энергетический комплекс почвы наиболее полно и качественно вследствие обработки соломы биологическими стимуляторами активности почвенной микрофлоры, а часть энергетического потенциала (теплотворная способность) используется как источник энергии для уборки комбайном всего биологического урожая. Существенность заявляемых признаков подтверждается отсутствием совокупности заявляемых признаков в патентной, технической и научной документации.