Теоретическое обоснование необходимой концентрации валка хлебной массы для полной загрузки молотилки высокопроизводительного комбайна

Раздельный способ уборки зерновых культур способствует созданию благоприятных условий для сохранения качественной ценности зерна. В период сушки валков отмирают и высыхают сорные травы, зерно хорошо очищается и, как правило, не подвергается самосогреванию, при котором в значительной степени теряются семенные и хлебопекарные качества.

Исследованиями установлено, что раздельный способ уборки способствует более быстрому и равномерному созреванию зерна, позволяет раньше начать и закончить уборку, сокращает потери и увеличивает сбор зерна во время уборки, обеспечивает получение сухого и чистого зерна, улучшает качество зерна и соломы, дает возможность своевременно выполнять осенние полевые работы.

Большая производительность на косовице обуславливается тем, что валковая жатка и при повышенной влажности хлебной массы может работать на большей скорости, чем комбайн при прямом комбайнировании. Повышение производительности при подборе и обмолоте валков комбайнами объясняется легкой обмолачиваемостью и сепарацией хорошо просохших сорняков и хлебной массы.

Кроме того, при раздельном способе уборки хлебов получается до 80% кондиционного зерна, не требующего подсушки и доочистки, что сокращает трудоемкие работы на токах и ускоряет темпы вывозки зерна.

Преимущества раздельного способа уборки зерновых культур обусловили необходимость разработки наиболее совершенной технологии ее выполнения. Работы в этом направлении, организованные многими научно-исследовательскими учреждениями, ознаменовались серьезными теоретическими и практическими достижениями.

Сокращение сроков уборки возможно при значительном повышении дневной и сезонной производительности комбайнов, когда комбайн полностью использует пропускную способность молотилки [1, 2].

Развитие мирового комбайностроения направлено сегодня на увеличение пропускной способности молотильно-сепарирующего устройства [3, 4, 5]. У каждого последующего поколения возрастает пропускная способность на 1,5…2 кг/с (таблица 1). Переход к высокопроизводительным комбайнам связан также с дефицитом квалифицированных комбайнеров, что требует увеличивать производительность комбайнов, чтобы уложится в агротехнические сроки уборочного процесса.

Таблица 1

Техническая характеристика зерноуборочных комбайнов

Однако использование высокопроизводительных комбайнов экономически обосновано лишь на уборке полей с урожайностью 35…60 ц/га. В степных районах, где средняя урожайность составляет около 14,4 ц/га, комбайны загружаются только на 15…60% номинальной пропускной способности. Происходит это из-за того, что при двухфазной уборке применяются обычные валковые жатки (ЖВН-6А, ЖВП-9,1), которые формируют валки недостаточной мощности (1,8…2,7 кг/п.м.) и концентрации.

Загрузка зерноуборочных комбайнов при раздельной уборке в настоящее время обеспечивается преимущественно при их максимальной рабочей скорости V = 7,5 км/ч, но при этом возрастает расход топлива, связанный с повышением затрат мощности (N) на перекатывание комбайнов (рисунок 1). Особенно это заметно у высокопроизводительных комбайнов, имеющих большую массу [6].

Рис. 1 – Зависимости мощности (N) и расхода топлива (Q) от скорости зерноуборочных комбайнов (V) различной пропускной способности (q): 1, 2, 3, 4, 5   кривые зависимости мощности и расхода топлива от скорости зерноуборочных комбайнов при пропускной способности 3,0; 5,5; 7,0; 8,5; 11,0 кг/с соответственно

Загрузка зерноуборочных комбайнов должна осуществляться изменением их рабочей скорости в интервале 2,5…4,7 км/ч (0,7…1,3 м/с), при которой обеспечивается снижение расхода топлива [6]. В этот интервал скорости также входит значение оптимальной скорости, при которой валок во время его подбора не разрывается (т.е подача валка осуществляется равномерно) и не сгруживается перед наклонной камерой.

Работа комбайна за пределами этого интервала допустима лишь в экстремальных условиях. Загрузку зерноуборочных комбайнов в установленном интервале рациональных скоростей движения обеспечивают изменением ширины захвата жаток.

Серийные валковые жатки захватом 6 метров загружают зерноуборочные комбайны 3 класса с пропускной способностью 5...6 кг/с в рациональном диапазоне рабочих скоростей лишь при уборке зерновых культур урожайностью более 23 ц/га. Комбайны с пропускной способностью 7...8 кг/с (4 кл.)   более 37 ц/га, комбайны с пропускной способностью 8...9 кг/с (5 кл.)   более 49 ц/га. Комбайны сверхвысокой пропускной способности 11...12 кг/с (6 кл.) валковые жатки захватом 6 метров загружают при урожайности более 55 ц/га, а комбайны с пропускной способности 12...14 кг/с (7 кл.) – более 60 ц/га.

Из вышесказанного следует, что молотилки высокопроизводительных комбайнов (q > 11 кг/с) при уборке хлебов низкой урожайности (У < 14 ц/га) в оптимальном диапазоне скоростей (V = 2,5…4,7 км/ч) загружены очень слабо. Отсюда можно сделать вывод, что для оптимальной загрузки комбайнов с большой пропускной способностью необходимо создавать мощные валки независимо от урожайности на поле.

С такой задачей могут справиться лишь жатки-накопители, которые аккумулируют хлебную массу на своей платформе, а затем выгружают сформированную порцию на стерню. Для наиболее эффективного совместного использования жатки-накопителя и высокопроизводительного комбайна в уборочном процессе необходимо формировать валок определенной концентрации, чтобы молотилка комбайна была полностью загружена. Для этого необходимо произвести ряд несложных расчетов. Вводными данными служат пропускная способность комбайна (q), ширина валка (В_В) (принимается исходя из значения ширины захвата подборщика (В_ПОДБ)), рабочая скорость движения комбайна (V).

Для примера произведем расчет концентрации хлебной массы в валке при использовании на подборе зерноуборочного комбайна с пропускной способностью q = 14 кг/с, ширине захвата подборщика В_ПОДБ = 3 м, и в оптимальном диапазоне рабочих скоростей движения V = 2,5…4,7 км/ч (0,7…1,3 м/с).

По имеющимся данным определим концентрацию хлебной массы валка с помощью следующего выражения

где К – концентрация хлебной массы валка, кг/м²;

V – рабочая скорость движения комбайна, V = 0,7…1,3 м/с;

В_В – ширина валка, которая обычно определяется для жаток-накопителей по следующему выражению

где В_ПОДБ – ширина захвата подборщика, м.

По выражению (2) определим необходимую ширину формируемого валка, при этом получим

Примем для дальнейшего расчета В_В = 2,45 м.

Далее по выражению (1) определим необходимую концентрацию хлебной массы валка, при этом получим

Произведя расчеты концентрации хлебной массы валка необходимой для полной загрузки молотилки зерноуборочного комбайна с пропускной способностью q = 14 кг/с в оптимальном диапазоне рабочих скоростей движения V = 2,5…4,7 км/ч (0,7…1,3 м/с), получили диапазон концентрации хлебной массы валка от 8,1 до 4,4 кг/м². Хлебные валки такой концентрации, исходя из несущей способности стерни, удерживаются на стерне не проседая под собственной массой.

Литература:

1. Кондауров Д.И. Пути решения проблемы загрузки зерноуборочных комбайнов. [Текст] / Д.И. Кондауров // Повышение производительности и качества работы зерноуборочных и зерноочистительных машин. – Челябинск, 1985. – С. 8–13.

2. Шумаков Н.С. Загрузка молотилки комбайна при средней урожайности зерновых культур. [Текст] / Н.С. Шумаков // Повышение производительности и качества работы зерноуборочных и зерноочистительных машин. – Челябинск, 1985. – С. 24–26.

3. Чепурин Г.Е. Состояние и перспективы развития технологий и техники для уборки зерновых в Сибири. [Текст] / Г.Е. Чепурин // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора К.Г. Колганова. – Челябинск: ЧГАУ, 2006. – С. 47–53.

4. Гольтяпин В.Я. Современные зерноуборочные комбайны с роторной и комбинированной молотилками. [Текст] / В.Я. Гольтяпин // Техника и оборудование для села. – 2008. – №6. – С. 29–32.

5. Новая сельскохозяйственная техника за рубежом (По материалам международной выставки “Agritechnica 2007”, Ганновер). [Текст] / Науч. ан. обзор. – М.: ФГНУ «Росинформагротех» . – 2008. – 132 С.9–25.

6. Шабанов Н.И. Оптимизация загрузки зерноуборочных комбайнов. [Текст] / Н.И. Шабанов // Техника в сельском хозяйстве. – 1997. – №2. – С. 24–25.