7 Октября 2018

Уборка с дефектами: решение проблемы травмирования зерна

Уборка с дефектами: решение проблемы травмирования зерна

Текст: А. И. Бурьянов, д-р техн. наук. проф., гл. науч. сотр.; М. А. Бурьянов, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.; И. В. Червяков, мл. науч. сотр., лаборатория механизации уборки отдела механизации растениеводства, ФГБНУ «АНЦ Донской», структурное подразделение ФГБНУ СКНИИМЭСХ

В последние годы Россия успешно наращивает производство зерновых культур, а также объемы их экспортных поставок. Однако наряду c успехами отрасли наблюдается тенденция снижения качества получаемого сырья по уровню содержания в нем клейковины и белка, а также увеличение доли зерна, зараженного продуктами жизнедеятельности грибов и вирусов.

Нередко сырье оказывается пораженным афла- и микотоксинами, являющимися сильнодействующими ядами. При превышении допустимого уровня их содержания зерно нельзя использовать даже на корм животным, поскольку при попадании в организм данные вещества могут вызывать различные тяжелые заболевания и приводить к смерти. Существует несколько способов попадания этих и других грибов в зерновое сырье, причем один из них — травмирование зерна зерноуборочными комбайнами с молотильными устройствами бильного типа.

ИСТОЧНИК ПОВРЕЖДЕНИЙ

Сегодня в России, как и во всем мире, для проведения уборочных работ применяют специализированные комбайны. В конструкциях многих из них реализуется способ обмолота и первичной сепарации сырья, изобретенный более века назад. Его суть состоит в том, что вся выращенная масса срезается и подается в молотильное устройство, или МУ, где она подвергается ударному воздействию с одновременным протаскиванием по деке. Подобный жесткий режим воздействия на обрабатываемое сырье в комбайнах традиционной компоновки, как показали исследования ФГБНУ АНЦ «Донской», приводит к высокому уровню травмирования зерна, достигающему 30 процентов.

Наибольшие повреждения семенам обычно наносят однобарабанные молотильные аппараты. К примеру, в подобных устройствах комбайнов семейств Acros и Don диаметр барабана составляет 800 мм, а рекомендуемая частота его вращения на уборке пшеницы — 700–800 об/мин. В результате по хлебной массе, имеющей скорость на выходе из наклонной камеры 3,2 м/с, ударяют бичи барабана, окружное значение перемещения которых при принятом режиме составляет 29,5–34 м/с. При этом ударный импульс, воздействующий на обмолачиваемое сырье, равняется произведению его массы на разность между окружной скоростью барабана и ее скоростью на выходе из наклонной камеры. Так как потеря энергии этим рабочим органом компенсируется мощностью, подводимой от двигателя, а модуль упругости зерна на четыре порядка меньше данного показателя у стали, из которой изготовлены бичи барабана, то вся выделенная при ударе кинетическая энергия поглощается обрабатываемой массой. При этом величина приращения скорости в процессе удара достигает 31 м/с.

ЖЕСТКИЙ РЕЖИМ

При скорости движения комбайна, равной одному метру в секунду, густоте посевов в 600 тыс. раст/га и ширине захвата жатки семь метров на вход молотильного барабана поступает ежесекундно 4200 растений, которые распределяются по его длине. При увеличении скорости перемещения машины в 1,5 раза пропорционально возрастает количество материала, подаваемого в молотильное устройство. Безусловно, убираемая масса представляет собой не отдельный сноп, а непрерывный поток, но нарастание толщины его слоя наблюдается уже при поступлении сырья в наклонную камеру. В однобарабанной молотильной системе из-за малой площади обмолота, зависящей от диаметра барабана, его ширины и угла охвата деки, для обеспечения вымолота зерна реализуется более жесткий режим воздействия на собранную массу, в результате чего увеличение степени ее сжатия становится более интенсивным.

Например, длина деки комбайнов Acros ранних модификаций составляет 0,93 м. Ее малая длина и большая разность в скорости материала, поступающего на обмолот, и окружной скорости барабана выступают основными причинами возникновения жесткого режима обработки сырья, приводящего к высокой степени травмируемости зерна. Для повышения качества работы молотильного устройства в наклонной камере некоторых моделей машин из данного семейства производителем был установлен разгонный битер. Однако наибольшие достигнутые параметры однобарабанных МУ по-прежнему не слишком велики: диаметр барабана составляет около 800 мм, угол охвата — 130º, а ширина молотилки приближается к 1700 мм.

Кроме конструктивных особенностей, присущих комбайнам традиционной компоновки, на степень повреждения зерна оказывают значительное влияние организационно-экономические факторы. Большинству хозяйств страны не хватает уборочной техники для сбора урожая в агротехнические сроки, а увеличение продолжительности пребывания хлебов на корню после достижения стадии полной спелости приводит к потерям зерна вследствие его осыпания и снижения качества. В этих условиях некоторые руководители допускают функционирование однобарабанных комбайнов при режимах, превышающих рекомендуемые нормы в 1,5–2 раза, что приводит к еще большему уровню травмируемости зерна. Подобные решения также во многом обусловлены существующей системой оплаты труда механизаторов и энергетическими возможностями современных комбайнов, оснащаемых двигателями с большим запасом мощности.

СОВРЕМЕННОЕ РЕШЕНИЕ

Вторая разновидность комбайнов с бильными рабочими органами — двухбарабанные уборочные машины. В данных молотильных системах, реализованных в конструкциях современной техники, используется общая идея снижения ударного воздействия на хлебную массу, поступающую в молотилку. К отечественному варианту подобного агрегата относится зерноуборочный комбайн RSM 161. В нем реализованы инновации, применяемые в двухбарабанных конструкциях современных уборочных машин ведущих сельхозмашиностроительных фирм, а также собственные технические решения российского производителя, защищенные пакетом сертификатов на изобретения, включающим свыше 20 патентов. В этом комбайне обмолачивающее устройство состоит из барабана, подбарабанья с гидравлическим приводом изменения молотильного зазора, транспортирующего и отбойного битеров, а также сепаратора с декой. Перед подачей на обмолот собранная масса разравнивается и ускоряется в наклонной камере битером. Помимо этого, молотильная система RSM 161 оснащена специальным устройством, обладающим гибкой декой с автоматическим электронным регулированием зазоров на всем протяжении обмолота. Отделение зерна от колосьев и сепарация на данной технике осуществляются на площади 3,3 кв. м, а ширина молотилки составляет 1650 мм. По данным разработчиков, производительность комбайна за час основного времени достигает 40 т.

Двухбарабанные молотильные системы также реализованы в конструкциях зерноуборочных комбайнов других производителей — GS16, GS14 и GS12 предприятия ОАО «Гомсельмаш», Tucano и Lexion 670, 650 компании Claas, причем в последних используется АРS-система, и прочих. Барабаны-ускорители, установленные в молотильных системах этих машин, разгоняют поступающий на обмолот поток собранного сырья до 3,2–20 м/с.

СИЛА ИМПУЛЬСА

В двухбарабанном молотильном устройстве ударный импульс, получаемый хлебной массой, разделяется на две части. На первом этапе обмолота величина этого показателя равна ее произведению на разность окружной скорости барабана-ускорителя, достигающей 20 м/с, и скорости массы, равной 3 м/с, на ее выходе из наклонной камеры. Во втором периоде процесса обмолота величина ударного импульса, влияющего на сырье, соответствует ее произведению на разность окружной скорости молотильного барабана, составляющей 34 м/с, и скорости массы на выходе из барабана-ускорителя. Очевидно, что если максимальное значение импульса в каждом из двух этапов обмолота не превысит его критический, разрушающий показатель, то травмирования сырья не произойдет. Так как при воздействии ускорителя на обмолачиваемый материал часть зерна выделяется, то масса, поступившая после этого рабочего органа, уменьшается. В результате максимальный ударный импульс, влияющий на обмолачиваемое растительное сырье в двухбарабанной молотильной системе, существенно снижается по сравнению с этим показателем, получаемым в однобарабанном устройстве.

МЯГКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

Молотильно-сепарирующая система в комбайне GS16 выполнена по схеме, аналогичной применяемой модели в конструкциях комбайнов Tucano 580, 570 и 560. Сепарирующее устройство машин зарубежной серии имеет роторный тип, а у агрегата GS16 оно выполнено в виде двух роторов. При этом в МСУ комбайнов GS14 и GS12, Lexion 670 и 650, а также Tucano 450, 440, 430, 340 и 320, реализованы двухбарабанные молотильные устройства в сочетании с классической схемой сепарации в виде клавишного соломотряса. Более того, в системе обмолота комбайнов Lexion 670 и 650 предусмотрены многоступенчатые настройки путем активации пассивных бичей-шасталок основного подбарабанья и пластин перекрытий предварительного подбарабанья. Современные машины с двухбарабанными молотильными устройствами снабжены развитыми системами гидравлических и механических приводов для регулирования зазоров между ускорительным и основным барабанами, частоты их вращения, а также компонентами, позволяющими получать информацию о реализуемых процессах транспортирования, обмолота, сепарации и очистки убираемой массы. Компанией Claas запатентованы и выпускаются навигационные системы сбора данных о текущем состоянии убираемого массива по длине гона. На основе получаемой в реальном времени информации с помощью специальных компьютерных программ применяется разработанная система автоматического управления уборочным процессом.

Таким образом, двухбарабанные МУ, снабженные ускорителями массы для ее разгона до контакта с молотильным барабаном, обеспечивают более мягкое воздействие на основной выделяемый продукт, то есть зерно, по сравнению с однобарабанными механизмами. Наличие в них дополнительных элементов, позволяющих осуществлять оперативное изменение зазоров между барабаном, декой и ее участками, а также изменять ее живое сечение, обеспечивает более высокое качество сепарации сырья еще в молотильном устройстве и снижение степени травмирования зерна. Однако реализация принципа ударного воздействия на обмолачиваемую массу в двухбарабанных молотильных системах не позволяет добиться полного исключения дробления и микроповреждений.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАЗРАБОТКИ

Еще одна разновидность молотильных устройств, применяемых сегодня в конструкциях зерноуборочных комбайнов и воплощающих принцип механического воздействия на обмолачиваемую массу, — роторные механизмы. Компания Case IH, реализующая схемы Axial Flow, предприятия Маssey Ferguson, ОАО «Ростсельмаш» и другие разрабатывают и производят комбайны, оборудованные подобными устройствами.

В последние годы активно предпринимаются попытки создания молотильных устройств с нестандартными методами воздействия на убираемую хлебную массу. Сегодня необходимость в таких разработках очень велика. По-прежнему при проведении приемочных испытаний комбайнов стандартом не предусмотрена оценка степени повреждения сырья, а определяется только уровень его дробления. Однако у травмированного зерна, получившего микроповреждения и трещины при обмолоте, снижается всхожесть, а при хранении в нем развиваются патогенные микроорганизмы. В результате их жизнедеятельности происходит заражение сырья афла- и микотоксинами, что зачастую не позволяет получить качественный семенной материал. Кроме того, при достижении определенного уровня концентрации токсинов зерно оказывается непригодным не только для производства хлебопекарных изделий, но и для скармливания животным. Некоторые из разрабатываемых прототипов молотильных устройств, практически не травмирующих зерно, имеют хорошие перспективы для последующего внедрения на уборочных машинах, однако данные механизмы требуют дальнейшего изучения и опытных испытаний.

Популярные статьи