СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ВЫБОРА ЗЕРНОУБОРОЧНЫХ КОМБАЙНОВ

УДК 631.354/358

DOI: 10.31774/2222-1816-2020-2-163-178

А. И. Ряднов, О. А. Федорова, О. И. Поддубный

Волгоградский государственный аграрный университет, Волгоград, Российская Федерация

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ВЫБОРА ЗЕРНОУБОРОЧНЫХ КОМБАЙНОВ

Цель: совершенствование методики выбора зерноуборочных комбайнов при заданной урожайности зерновых колосовых культур и оптимальных условиях уборки. Материалы и методы. Совершенствование методики выбора зерноуборочных комбайнов основывалось на рекомендациях В. Е. Бердышева, Г. Н. Ерохина, Э. В. Жални-на, С. Г. Ломакина, Г. Г. Маслова, С. М. Пенкина, В. Ф. Федоренко, Г. Е. Чепурина и других ученых с использованием основных технических характеристик современных зерноуборочных комбайнов и жаток при уборке озимой пшеницы сорта Северодонецкая юбилейная в условиях ряда хозяйств северо-запада Волгоградской области. Результаты. Предложено осуществлять выбор зерноуборочных комбайнов поэтапно. На первом этапе рекомендуется выполнить расчет фактической подачи хлебной массы в молотилку комбайна на обмолот зерновой культуры с учетом ее соломистости. Соло-мистость озимой пшеницы изменяется от среднего на 20-24 %, с увеличением урожайности разность между максимальным и минимальным значениями уменьшается. Следующий этап - определение степени загрузки молотилки с возможной в хозяйстве урожайностью, с использованием наиболее часто применяемых жаток, средней скорости движения комбайна и максимальной соломистости убираемой культуры. Расчеты показали, что при урожайности зерновой культуры 1 т/га и конструктивной ширине захвата жатки 6 и 7 м следует применять комбайны II класса, соответственно при 3 т/га и 6 м - V класса, а при 5 т/га и 6 м - IX класса. Высокопроизводительные комбайны IX класса, оборудованные широкозахватными жатками (9,1 м), могут эффективно использоваться в рекомендуемом скоростном режиме (7,2 км/ч) с оптимальной загрузкой молотилки при урожайности зерновой культуры 1-2 т/га. Выводы. Выбор зерноуборочных комбайнов рекомендуется осуществлять с использованием паспортной пропускной способности молотилки на 90-100 % с учетом урожайности убираемой зерновой культуры и максимально возможной ее соломистости.

A. I. Ryadnov, O. A. Fedorova, O. I. Poddubnyy

Volgograd State Agricultural University, Volgograd, Russian Federation

IMPROVEMENT OF THE METHODOLOGY FOR CHOOSING GRAIN HARVESTERS

Purpose: to improve the methodology for choosing grain harvesters for a given cereal crops yield and optimal harvesting conditions. Materials and methods. The improvement of the methodology for choosing grain harvesters was based on the recommendations by V. E. Berdyshev, G. N. Erokhin, E. V. Zhalnin, S. G. Lomakin, G. G. Maslov, S. M. Penkin,

V. F. Fedorenko, G. E. Chepurin and other scientists using the basic technical characteristics of modern combine harvesters and reapers for harvesting Severodonetsk Jubilee variety winter wheat in a number of farms in the north-west of Volgograd region. Results. It is proposed to select grain harvesters step by step. At the first stage it is recommended to calculate the actual cereal crops feeding to the combine thresher for threshing the crop, taking into account its straw content. The straw content of winter wheat varies from average by 20-24 %, with an increase in yield, the difference between the maximum and minimum values decreases. The next stage is to determine the loading efficiency of the thresher with the yield possible in the farm, using the most commonly used reapers, the average speed of the combine and the maximum straw content of the harvested crop. Calculations showed that harvesters of class II should be used with a grain yield of 1 t per ha and a constructive reaper width of 6 and 7 m, respectively class V should be used at 3 t and 6 m per ha, and IX class should be used at 5 t per ha and 6 m. High-performance combines of class IX, equipped with wide reapers (9.1 m), can be effectively used in the recommended speed mode (7.2 km/h) with optimal threshing load with a grain yield of 1-2 t per ha. Conclusions. The choice of combine harvesters is recommended using the passport thresher capacity by 90-100 %, taking into account the yield of the harvested grain crop and its maximum straw content.

Введение. Уборка зерновых культур во всех регионах РФ, во всех сельскохозяйственных предприятиях не может осуществляться зерноуборочными комбайнами одной марки. Это связано с существенными отличиями почвенно-климатических условий регионов страны, множеством применяемых видов и сортов зерновых культур, отличающихся урожайностью, соломистостью, влажностью и полеглостью во время уборки. Кроме того, сельскохозяйственные предприятия имеют поля с различной площадью и длиной гона, парк зерноуборочных машин включает зерноуборочные комбайны с различной пропускной способностью молотильного устройства. При этом уборка зерновых культур должна выполняться в строго установленные агротехнические сроки и с высокой эффективностью. Решить данную проблему возможно, в частности, при использовании зерноуборочных комбайнов, адаптированных к характеристикам убираемой культуры. До настоящего времени единого мнения по поводу выбора зерноуборочных комбайнов для конкретных условий уборки пока нет. В связи с этим целью настоящей работы является совершенствование методики выбора зерноуборочных комбайнов при заданной урожайности зерновых колосовых культур и оптимальных условиях уборки.

Материалы и методы. В научной литературе имеется ряд статей и рекомендаций по выбору зерноуборочных комбайнов в заданных условиях уборки. Существенный вклад в развитие данного направления внесли

B. Е. Бердышев, Г. Н. Ерохин, Э. В. Жалнин, С. Г. Ломакин, Г. Г. Маслов,

C. М. Пенкин, В. Ф. Федоренко, Г. Е. Чепурин и другие ученые. Рекомендуется осуществлять выбор зерноуборочных комбайнов по следующим критериям: минимальная себестоимость работы, максимальная производительность убранной площади зерновых культур в течение часа чистой работы или времени смены, максимальная производительность по намолоту зерна, минимальные механические потери или дробление зерна, минимальный расход топлива и т. п. Однако большинство ученых рекомендуют использовать при выборе зерноуборочных комбайнов среднюю пропускную способность, которая является в настоящее время основным критерием их классификации. По данному критерию все современные зерноуборочные комбайны разделены на девять классов: I - до 2 кг/с, II - 4-5 кг/с, III - 5-6 кг/с, IV - 6-7 кг/с, V - 7-8 кг/с, VI - 8-9 кг/с, VII - 9-10 кг/с, VIII - 11-12 кг/с, IX - 12-14 кг/с [1].

Известно, что паспортная пропускная способность комбайна - это подача хлебной массы в молотилку комбайна при уровне потерь зерна 1,5 % и нормативной влажности зерна и соломы. В реальных условиях пропускная способность комбайнов отличается от паспортной. Величина отличия реальной пропускной способности комбайна от паспортной зависит от множества факторов, в т. ч. и от условий уборки. При этом по нормативам МСХ РФ возможно недоиспользование паспортной пропускной способности комбайна не более 10 %, а перегрузка молотилки не допускается [2]. В работе П. И. Бурака и др. [3] отмечается, что дискретная классификация зерноуборочных комбайнов является малопригодной для их сравнения, и предлагается применять непрерывную классификацию. Сущность данной классификации заключается в том, что класс комбайна идентифицируется величиной середины классового интервала, относительно которой сохраняется принятый постоянный классовый интервал, равный ±0,5 кг/с. В соответствии с данной классификацией комбайны с пропускной способностью от 0,0 до 0,99 кг/с относятся к 0-му классу, от 1,0 до 1,99 кг/с -к 1-му классу и т. д. Например, комбайн РСМ-101 «Вектор» с конструктивной пропускной способностью дк = 7,7 кг/с относится к 7-му классу, а Acros 580 с дк = 10,5 кг/с - к 10-му классу.

На первом этапе выбора зерноуборочного комбайна при заданной урожайности зерновых колосовых культур и оптимальных условиях уборки рекомендуем выполнить расчет фактической подачи хлебной массы (дф, кг/с) в молотилку комбайна на обмолот зерновой культуры.

Для определения фактической подачи хлебной массы на обмолот используется известная зависимость:

В ц„(У, + ХУ,) ...

% =--, (1)

где Вж - рабочая ширина захвата жатки, м;

и - рабочая скорость движения комбайна, км/ч; У и У - соответственно урожайность зерна и соломы, т/га; X - коэффициент, учитывающий часть соломы, поступающей в молотилку (X = 0,8... 0,9).

Зависимость (1) можно преобразовать, если учесть, что соломистость зерновой культуры Р - это отношение массы соломы к массе зерна [4]. Следовательно, при расчете соломистости зерновой культуры в случае выбора зерноуборочного комбайна по его пропускной способности необходимо учитывать массу не всей соломы, а только той, которая поступает в молотильное устройство комбайна. Тогда:

Р = Ху. (2)

Для злаковых культур р = 0,6.. .2,5 [5].

С учетом зависимости (2) формулу (1) можно представить в виде:

Бжур У, (1 + р) * =-36-• (3)

В настоящей работе расчет дф показан на примере озимой пшеницы.

Экспериментальные исследования показали, что в реальных условиях уборки зерновых культур показатели, входящие в формулу (3), являются переменными величинами и имеют статистическую природу. При этом в конкретных условиях уборки зерновых культур рабочая ширина захвата жатки меньше конструктивной на 2-5 %, а рабочая скорость движения комбайна имеет отклонение от среднего значения не более ±5 %. Этот факт позволяет сделать допущение о том, что в расчетах данные показатели можно принимать постоянными ( B меньше конструктивной B на 2-5 %, а и равна среднестатистической скорости).

Результаты анализа использования зерноуборочных комбайнов, выпускаемых предприятиями РФ, позволили выявить наиболее часто используемые жатки. Так, на комбайнах Vector 410, Palesse GS 812 и «Енисей 4141» используются жатки с конструктивной шириной захвата 6,0 м, на комбайнах Acras 580, Torum 740 и Palesse GS 12 - с Вк = 7,0 м, на комбайнах Tucano 340, John Deere W540, John Deere 9670 STS, John Deere S660 и John Deere W650 - с BK = 7,6 м, а на комбайнах Tucano 450 и Tucano 480 -с Вк = 9,1 м.

С учетом вышесказанного принимаем в дальнейших расчетах Вж = 5,9; 6,8; 7,4 и 8,8 м.

В работе П. И. Бурака и др. [3] отмечено, что для анализа эффективности работы зерноуборочного комбайна принимается средняя скорость движения современных как отечественных, так и зарубежных комбайнов на уборке зерновых культур и = 7,2 км/ч. С увеличением скорости комбайна резко ухудшаются показатели качества как жаток при прямом ком-байнировании, так и подборщиков [6].

Значения урожайности озимой пшеницы Северодонецкая юбилейная по зерну У3 и соломе У определены по результатам уборки указанной культуры в КФХ «Березин Ю. И.» Михайловского района Волгоградской области в 2016-2019 гг. При этом количество проб хлебной массы для исследования ее характеристик с каждого поля составляло не менее 30, что обеспечило высокую достоверность экспериментальных данных.

Результаты и обсуждение. Статистические данные об урожайности озимой пшеницы Северодонецкая юбилейная по зерну У и соломе У, полученные по результатам уборки данной зерновой культуры в течение четырех уборочных сезонов в одном и том же хозяйстве, позволили определить средние значения У|зр и Уср, а также их среднеквадратические отклонения (соответственно а3 и ас) и коэффициенты вариации (У3, У). Результаты расчета значений исследуемых характеристик урожайности озимой пшеницы представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристика урожайности зерна и соломы озимой пшеницы

Зерно Солома

У3ср, т/га оз, т/га Уз , % Уср, т/га ас, т/га Ус, %

Максимальная и минимальная урожайность соломы и зерна озимой пшеницы с учетом их изменения в процессе уборки определяется по зависимостям:

У™111 = У ±стс, (4)

утах,тт = у ± ^ . (5)

Используя данные таблицы 1, по формулам (4) и (5) определили значения у™111 и у™, которые представлены в таблице 2.

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(38), 2020 г., [163-178] Таблица 2 - Результаты расчетов рср, ртах и рт1п

Солома Зерно

уср, •ушах у с , •уш1п у с , хугх , ХУГ, узр, •у-шах у з , •уш1п у з , Вср 3шах 3ш1п

т/га т/га т/га т/га т/га т/га т/га т/га

С учетом значения коэффициента X определены также средняя р , максимальная В ^ и минимальная В ■ соломистости озимой пшеницы

I Шал I Ш1П

по формулам:

ХУср

р. = хуг, (6)

уср &

л -ушах

В , (7)

• шах -ушт & V /

ХУ ш1п

Рш1п _ -ушах ■ (8)

Результаты расчетов соломистости озимой пшеницы по формулам (6)-(8) представлены в таблице 2.

По данным таблицы 2 построены графики изменения максимальной 3™^ и минимальной 3™„ соломистости озимой пшеницы в зависимости

I шах I шш

от ее урожайности по зерну (рисунок 1).

р 1>6

— 4 Ртах

в- --1 [

(Згшп

У3, т/га

Рисунок 1 - Графики изменения максимальной и минимальной соломистости озимой пшеницы

Полученные результаты показывают, что соломистость озимой пшеницы изменяется от среднего на 20-24 %. При этом следует отметить, что с увеличением У3 значение Ртах приближается к Рш;п. Значительные колебания соломистости исследуемых зерновых культур существенно снижают равномерность загрузки молотилки, что отрицательно сказывается на качестве работы комбайна [7, 8].

Зерноуборочные комбайны могут убирать зерновые культуры с различной урожайностью [5] при изменяющихся условиях уборки [9] и с различной эффективностью [10]. Но при этом следует учитывать допустимый уровень потерь зерна за молотилкой. Известно, что при превышении подачи над паспортной пропускной способностью комбайна потери зерна будут расти. В связи с этим при выборе зерноуборочного комбайна следует учитывать в первую очередь максимально возможную подачу хлебной массы в молотилку на обмолот. Кроме того, необходимо учитывать также и возможное наличие сорняков на убираемом поле, что будет повышать загрузку молотилки. Однако из-за изменчивости урожайности и соломистости убираемой культуры в течение существенной доли времени смены будет недоиспользование паспортной пропускной способности комбайна. Поэтому необходимо определиться с критерием выбора зерноуборочного комбайна. До настоящего времени в РФ таким критерием являются стандартные механические потери от недомолота и свободного зерна, равные 2 % [11].

Поэтому с учетом выполнения требований к качеству работы зерноуборочного комбайна и возможной засоренности посевов в последующих расчетах будем использовать максимальную соломистость данной зерновой культуры.

По формуле (3) и с учетом представленных выше данных рассчитана подача хлебной массы в молотилку комбайна на обмолот (, кг/с) при раНаучный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(38), 2020 г., [163-178] бочей скорости комбайна и = 7,2 км/ч на прямом комбайнировании озимой пшеницы (таблица 3).

Таблица 3 - Расчетные значения подачи хлебной массы в молотилку зерноуборочного комбайна

Вк , м Р Уз, т/га

Результаты расчетов показали, что в зависимости от ширины захвата используемой жатки и урожайности озимой пшеницы фактическая подача хлебной массы в молотилку на обмолот во многом зависит от доли незерновой части растений. При снижении соломистости с нормативной (1,5) до 0,85 подача снижается в 1,35 раза, а при снижении до 1,36 - в 1,06 раза.

Представленные в таблице 3 результаты позволяют определить степень загрузки молотилки:

Ь = Я»

Однако в настоящей работе степень загрузки молотилки определялась на примере уборки озимой пшеницы, как более урожайной культуры в хозяйствах Волгоградской области, при использовании жаток с конструктивной шириной захвата 6; 7; 7,6 и 9,1 м, при средней скорости движения комбайна и максимальной соломистости убираемой культуры. Результаты расчетов представлены на рисунках 2-5.

Рисунок 2 - Степень загрузки молотилки зерноуборочного комбайна при конструктивной ширине захвата жатки 6 м

Рисунок 3 - Степень загрузки молотилки зерноуборочного комбайна при конструктивной ширине захвата жатки 7 м

Рисунок 4 - Степень загрузки молотилки зерноуборочного комбайна при конструктивной ширине захвата жатки 7,6 м

-♦-1 т/га -И-2 т/га ci к > кг/с

Рисунок 5 - Степень загрузки молотилки зерноуборочного комбайна при конструктивной ширине захвата жатки 9,1 м

Аппроксимация кривых, представленных на рисунках 2-5, позволила получить с высокой точностью (R2) зависимости степени загрузки молотилки зерноуборочного комбайна от подачи хлебной массы на обмолот при различных значениях конструктивной ширины захвата жатки и урожайности зерновой культуры (таблица 4).

Таблица 4 - Зависимости степени загрузки молотилки

зерноуборочного комбайна от подачи хлебной массы

В^ м Уз, т/га L = /Я) R2

Данные рисунков 2-5 и зависимости, представленные в таблице 4, позволяют по степени загрузки молотилки, соответствующей диапазону = 0,9... 1,0, определить конструктивную пропускную способность молотилки, а следовательно, и класс зерноуборочного комбайна. Так, например, при У3 = 1 т/га и конструктивной ширине жатки Вк = 6 м и Вк = 7 м следует применять комбайны II класса, при У3 = 3 т/га и Вк = 6 м - комбайны V класса, а при У3 = 5 т/га и Вк = 6 м - комбайны IX класса. Высокопроизводительные комбайны IX класса, оборудованные широкозахватными жатками (Вк = 9,1 м), могут эффективно использоваться в рекомендуемом скоростном режиме (и = 7,2 км/ч) с оптимальной загрузкой молотилки при урожайности 1-2 т/га.

При высокой урожайности зерновых культур и выполнении требований по уровню механических потерь зерна за комбайном не более стандартного (2 %) необходимо даже для высокопроизводительных комбайнов использовать жатки с меньшей шириной захвата или снижать их рабочую скорость. Имеющиеся предложения по оптимизации загрузки молотилки высокопроизводительных зерноуборочных комбайнов на уборке зерновых культур с высокой урожайностью, такие как двойной срез растений [12], использование очесного [13] и инерционно-очесного [14, 15] способов обмолота зерновых культур на корню, не нашли практического применения из-за неприспособленности молотилки к обмолоту очесанного вороха [16], отсутствия серийно выпускаемых машин, использующих инерционно-очесный способ [15].

Выводы. Таким образом, выбор зерноуборочных комбайнов рекомендуется осуществлять по использованию паспортной пропускной способности молотилки на 90-100 % с учетом урожайности убираемой зерновой культуры и максимально возможной ее соломистости.

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(38), 2020 г., [163-178] Список использованных источников

References

Ряднов Алексей Иванович

Ученая степень: доктор сельскохозяйственных наук Ученое звание: профессор Должность: профессор

Место работы: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Волгоградский государственный аграрный университет» Адрес организации: Университетский пр-т, 26, г. Волгоград, Российская Федерация, 400002

E-mail: alex.rjadnov@mail.ru

Ryadnov Aleksey Ivanovich

Degree: Doctor of Agricultural Sciences Title: Professor Position: Professor

Affiliation: Volgograd State Agricultural University

Affiliation address: Universitetsky ave., 26, Volgograd, Russian Federation, 400002 E-mail: alex.rjadnov@mail.ru

Федорова Ольга Алексеевна

Ученая степень: доктор технических наук Ученое звание: доцент Должность: профессор

Место работы: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Волгоградский государственный аграрный университет» Адрес организации: Университетский пр-т, д. 26, г. Волгоград, Российская Федерация, 400002

E-mail: foa_77@mail.ru

Fedorova Olga Alekseyevna

Degree: Doctor of Technical Sciences Title: Associate Professor Position: Professor

Affiliation: Volgograd State Agricultural University

Affiliation address: Universitetsky ave., 26, Volgograd, Russian Federation, 400002 E-mail: foa_77@mail.ru

Поддубный Олег Игоревич

Должность: аспирант

Место работы: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Волгоградский государственный аграрный университет» Адрес организации: Университетский пр-т, д. 26, г. Волгоград, Российская Федерация, 400002

E-mail: olegan.93@mail.ru

Poddubnyy Oleg Igorevich

Position: Graduate Student

Affiliation: Volgograd State Agricultural University

Affiliation address: Universitetsky ave., 26, Volgograd, Russian Federation, 400002 E-mail: olegan.93@mail.ru