Без перебільшення зернозбиральний комбайн сьогодні — це технічно досконалий об’єкт, надзвичайно інтелектуалізований, високопродуктивний, енергетично потужний. Природно, що за таких умов відбувається поступове зменшення загальної кількості комбайнів: за період з 1990-го по 2020 рік їх кількість у сільськогосподарських підприємствах нашої держави зменшилася майже на 72% і досягла свого критичного рівня 26,5 тис. штук. За таких умов сезонне навантаження на один комбайн лише на збиранні ранніх зернових в Україні збільшилося до 240 га, тоді як у країнах ЄС воно становить 80 га. Кількість зернозбиральних комбайнів в Україні, що припадає на 1000 га ріллі, становить 1,4 од., що на порядок менше, ніж к провідних країнах світу (рис. 1).
Не прості економічні умови сьогодення змушують сільгоспвиробників оптимізувати виробничі процеси, шукати шляхи до скорочення витрат. Ці питання актуальні й для вітчизняного АПК. Рішення щодо варіантів оновлення парку техніки для більшості вітчизняних агропідприємств у складних умовах сьогодення має бути обґрунтованим, економічно і технологічно доцільним. За таких умов важливим завданням є пошук шляхів підвищення ефективності використання зернозбиральних комбайнів.
Аналіз розвитку конструкцій зернозбиральних комбайнів свідчить про суттєве підвищення ефективності машин, що пов’язано зі збільшенням їх продуктивності, високою якістю виконання робіт, експлуатаційною надійністю, обладнанням комбайнів електронними системами керування робочими і технологічними процесами.
У розвитку зернозбиральних комбайнів за останнє десятиліття зазначають такі основні тенденції:
• збільшення пропускної здатності й продуктивності в найпотужніших комбайнів із роторною сепарувальною системою (сягає 25 кг/с);
• збільшення потужності силового агрегата;
• для збільшення продуктивності за компактних габаритів комбайна інтенсивно збільшується площа молотильного пристрою за практично незмінних інших параметрів, що досягається завдяки роторній або багатобарабанній системі обмолоту;
• універсалізація зернозбиральних комбайнів для збирання різних сільськогосподарських культур (кукурудзи, соняшнику та ін.), поліпшення умов праці механізаторів;
• усе більше використання бортових інформаційно-керівних систем.
Крім того, в комбайнах втілюються передові досягнення із забезпечення екологічних показників і виконання вимог безпеки, відповідно до загальносвітових стандартів і досягнень: тиск на ґрунт до 80–120 кПа, зменшення вмісту шкідливих домішок у вихлопних газах, зниження пилоутворення тощо.
У конструкціях сучасних зернозбиральних комбайнів широко використовують бортові інформаційно-керівні системи, що базуються на використанні датчиків і виконавчих механізмів мехатронної системи комбайна.
Крім датчиків контролю частоти обертання робочих органів і датчиків контролю рівня втрат за сепарувальними пристроями широкого вжитку набувають датчики курсового руху, обліку зібраного врожаю вологості й засміченості бункерного зерна. Використання систем глобального позиціонування дозволяє будувати карти врожайності зібраних полів. Використання в похилій камері датчиків потоку матеріалу та електричних серворегуляторів приводу трансмісії дозволяє автоматично змінювати швидкість руху комбайна по полю. Використання електромеханічного регулювання режимів робочих органів (решіт, вентилятора, барабана, деки й ін.) дозволяє змінювати відповідні режими, не зупиняючи процес обмолоту.
Показники якості роботи зернозбиральних комбайнів
Основними показниками якості роботи зернозбиральних комбайнів є загальні втрати зерна за молотаркою та чистота зерна в бункері.
Втрати зерна за обмолоту й сепарації розділяють на прямі, або неповоротні, і непрямі. До першого належить зерно, загублене тим або іншим шляхом, яке неможливо зібрати, до других — зерно, що втратило посівні, продуктивні або хлібопекарські якості. За збирання й післязбиральної обробки зерно піддається механічній дії, внаслідок чого воно травмується. Механічні пошкодження (макро- і мікропошкодження) негативно позначаються як на насіннєвому, так і на продовольчому зерні.
До макропошкоджень належать дроблені, сплющені й здавлені зерна. До мікропошкоджень — зерна з пошкодженими зародком, оболонкою й ендоспермом, а також із прихованими внутрішніми дефектами — вм’ятинами, забитими місцями, тріщинами.
Зерен із макропошкодженнями зазвичай небагато. Кількість же зерен із мікропошкодженнями іноді досягає 50–80% і більше, що різко знижує посівні, товарні, хлібопекарські й інші якості зерна. За сівби травмованим насінням з 1 га недобирають 0,5 т жита, 0,3 т — ярого ячменю, 0,2 — пшениці ярої, 0,6 — вівса, 0,8 т — кукурудзи. З тим кожні 10% травмованих насінин як майбутній посівний матеріал знижують урожайність у середньому на 0,1 т/га.
Травмування зерна за обмолочування, сепарації й транспортування залежить від багатьох чинників. До них належать: фізико-механічні властивості маси, що обмолочується; параметри й особливості конструкції молотильно-сепарувальних пристроїв (МСП) комбайнів; технологічні регулювання й режим роботи основних механізмів комбайна, особливо МСП, технічний стан деталей тощо.
Молотильно-сепарувальний пристрій є основним робочим органом молотарки зернозбирального комбайна. Від якості його роботи залежить виконання технологічного процесу й інших робочих органів молотарки.
За результатами досліджень, проведених в ННЦ «ІМЕСГ», встановлено, що основна частка травмування зернового матеріалу (до 60–70%) припадає на МСП.
Залежно від конструкційних особливостей МСП сучасні зернозбиральні комбайни поділяють на три основні типи: комбайни з класичною схемою МСП, комбайни роторного та комбінованого типів.
Комбайни з класичною схемою МСП
Найбільшого розповсюдження у всьому світі набули комбайни з класичною схемою МСП. Характерними особливостями цього типу МСП є наявність у конструкції бильного чи штифтового молотильного барабана й клавішного соломотряса. Внаслідок будови соломотряса комбайни з класичною схемою МСП називають ще «клавішними».
Обмолочування хлібної маси в МСП класичного типу здійснюється внаслідок ударів і витирання хлібної маси, що тангенційно рухається в зазорі між барабаном і підбарабанням. Частина зерна разом із половою та дрібними домішками просипається через ґратку підбарабання та спрямовується на решета системи очищення зерна, а обмолочена маса, у якій ще досить багато зерна, рухається далі й потрапляє на клавіші соломотряса. Внаслідок зворотно-поступальних рухів клавіш здійснюється переміщення та розпушення хлібної маси й відбувається її остаточна сепарація.
Схема дії МСП класичного типу розроблена спеціально для збирання зернових культур і є традиційною для такого процесу. Комбайни клавішного типу добре підходять для роботи з пшеницею, ячменем, ріпаком тощо. Комбайни з МСП класичного типу досить надійно працюють у складних умовах збирання: забур’яненості, підвищеній вологості соломи та зерна. Зазначимо, що це найпростіші в налаштуванні й найдешевші комбайни.
Питома номінальна пропускна здатність комбайнів з однобарабанними МСП класичного типу коливається від 4,8 до 5,9 кг/с на 1 м ширини молотарки. Результати досліджень і випробувань свідчать, що підвищена питома номінальна пропускна здатність молотарок комбайнів із цим типом МСП може бути реалізована тільки за сприятливих умов збирання. За умов збирання вологих і засмічених культур сепарувальні поверхні МСП залипають вологою рослинною масою й ґрунтом. На перезрілій хлібній масі такі МСП перевантажують систему очищення зерна комбайна подрібненими соломистими частками. У підсумку, як у першому, так і в другому випадках зростають втрати зерна за молотаркою комбайна.
Особливістю комбайнів із МСП класичного типу є те, що зі збільшенням продуктивності різко зростають втрати зерна в соломі навіть за сприятливих умов. За умов збирання високоврожайних полів або в складних умовах такі комбайни можуть допускати великих втрат зерна. Так, за результатами випробувань за перевантаження молотарки на 8–11% втрати зерна за зернозбиральними комбайнами з МСП класичного типу збільшувалися вдвічі (від 1 до 2%), а за зростання подачі на 15–23% — у 4 рази.
З метою підвищення продуктивності клавішних комбайнів і зниження втрат зерна провідні фірми постійно вдосконалюють системи обмолоту і сепарації зерна.
Підвищення ефективності роботи МСП класичного типу здійснюється у напрямі збільшення кута обхвату барабана декою, площі сепарації, збільшення кількості барабанів (багатобарабанні МСП), відпрацювання параметрів робочої поверхні деки тощо.
Ці конструкційні нововведення спрямовані насамперед на забезпечення максимальної сепарації зерна в зоні його вимолочування й відповідного відсоткового зменшення в соломі, що надходить на клавішний соломотряс для остаточної сепарації. Зазначимо, що для якісної роботи МСП класичного типу потрібно, щоб близько 90% зерна було відсепаровано з хлібної маси крізь підбарабання молотильних пристроїв, оскільки клавішний соломотряс здатен відділити всього близько 10% зерна.
Інтенсифікація сепарації зерна з грубої купи на клавішному соломотрясі досягається завдяки подовженню клавіш до 4600–5000 мм, збільшення площі соломосепаратора до 7,5–7,7 м², застосування пристроїв і механізмів (бiтери-сепаратори, ворушилки над соломотрясом тощо), які забезпечують якіснішу роботу системи з хлібною масою високої соломистості й значною кількістю бур’янів.
Комбайни з МСП аксіально-роторного типу
У комбайнах із МСП аксіально-роторного типу основним робочим органом є поздовжній ротор, розміщений у циліндричній деці. Він замінює собою молотильний барабан, відбійний бітер і соломотряс.
У роторних комбайнах процеси обмолочування й сепарації відбуваються одночасно у єдиному робочому органі. Передня частина ротора обмолочує хлібну масу, а задня — сепарує зерно. Для аксіального переміщення маси вздовж осі на роторі встановлено бичі чи лопатки, а на деці — напрямні, які розміщено по гвинтовій лінії.
Значна частина зерна в роторних системах обмолочування виділяється внаслідок витирання та відцентрової сили, тому зерно менше пошкоджується й краще зберігає свої посівні та товарні якості. Завдяки інтенсифікації процесу сепарації в роторних робочих органах забезпечуються мінімальні втрати зерна навіть за високої врожайності культур і підвищеної вологості. Проте за таких умов частка подрібненої соломи збільшується, а сформовані з неї валки погано підбирає прес-підбирач, що призводить до непродуктивних втрат соломи на полі.
Комбайни з МСП аксіально-роторного типу викликають підвищений інтерес фахівців із моменту своєї появи на ринку. Зазначимо переваги МСП цього типу, порівнюючи з класичною й комбінованою системами: висока інтенсивність вимолочування та сепарації зерна; рівень пошкодження зерна або насіння менший; підвищена стабільність показників якості роботи в мінливих умовах збирання; компактність і простота конструкції.
Комбайни з МСП аксіально-роторного типу доцільно використовувати за умов високої врожайності. Оптимальні умови використання комбайнів цього типу — низька вологість. На відміну від клавішного, аксіально-роторний комбайн ефективніший на збиранні кукурудзи та соняшнику.
До основних недоліків комбайнів аксіально-роторного типу варто віднести: залипання сепарувальних поверхонь деки сирою рослинною масою та ґрунтом; закручування соломистої маси в джгути за умов збирання вологих довгостеблових культур, особливо засмічених бур’янами; підвищена енергомісткість проти з МСП класичного типу.
За умов збирання комбайнами аксіально-роторного типу посівів зернових, у яких маса соломи більша за масу зерна, а стебла не втратили свою міцність, питомі витрати пального збільшуються на 20–30%.
Під час роботи пристрою не допускається попадання сторонніх предметів, що можуть спричинити деформацію ротора. У разі ремонту потрібне його динамічне балансування, яке здійснюють у заводських умовах.
За результатами досліджень низки зернозбиральних комбайнів (зокрема й з роторною МСП) у різних природно-кліматичних зонах установлено: що комбайни з роторною схемою забезпечили додаткове збирання зерна в розмірі 2,2–3,1 ц/га. Рівень подрібнення зерна (0,4–0,6%) у комбайнів із такою МСП суттєво менший ніж у комбайнів із класичною схемою (2,7–7,9%).
А. Я. КУЗЬМИЧ, канд. техн. наук, Національний науковий центр
«Інститут механізації та електрифікації сільського господарства»
