К ОБОСНОВАНИЮ РАЗДЕЛЬНОГО СПОСОБА УБОРКИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВАЛКОУКЛАДЧИКА ХЛЕБНОЙ МАССЫ

К ОБОСНОВАНИЮ РАЗДЕЛЬНОГО СПОСОБА УБОРКИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВАЛКОУКЛАДЧИКА ХЛЕБНОЙ МАССЫ

Научная статья

Ловчиков А.П.^1, *, Ловчиков В.П.², Бикмаев Р.Р.³

 ¹ ORCID: 0000-0002- 1825-0097;

² ORCID: 0000-0002-1825-0023;

 ³ ORCID: 0000-0001-9226-297Х;

^{1, 2, 3} Южно-Уральский государственный аграрный университет, Челябинск, Россия

* Корреспондирующий автор (alovcikov[at]mail.ru)

Аннотация

В статье представлен материал, раскрывающий неравномерности хлебной массы в валках, в особенности при низкой урожайности зерновых культур. Для обеспечения повышения производительности зерноуборочного комбайна при подборе валков сформированных валковыми жатками, необходимо произвести дополнительную операцию, для объединения трех валков в один мощный перед их подбором и обмолотом посредством специального  устройства – валкоукладчика. Принцип его работы – подбор, перемещение и укладка валка хлебной массы на стерню. Раскрывается способ уборки зерновых культур с применением дополнительной операции валкоукладки хлебной массы, а также устройство и особенности конструкции, и принцип работы валкоукладчика. Приведены агротехнические требования, предъявляемые к валкоукладчику.

Ключевые слова: раздельная уборка, повышение производительности, валкоукладчик, валок, хлебная масса, сокращение сроков, комбайн, транспортер, устройство, укладка, общий вид, агрегат.

JUSTIFYING SUBSEQUENT PICK-UP HARVESTING METHOD FOR GATHERING GRAIN CROPS WITH THE USE OF SWATHER FOR GRAIN MASS

Research article

Lovchikov A.P.^1, *, Lovchikov V.P.², Bikmaev R.R.³

¹ ORCID: 0000-0002- 1825-0097;

² ORCID: 0000-0002-1825-0023;

³ ORCID: 0000-0001-9226-297Х;

^{1, 2, 3} South Ural State Agrarian University, Chelyabinsk, Russia

* Corresponding author (alovcikov[at]mail.ru)

Abstract

The article presents the material on uneven grain mass in the rolls, in particular, when the yield of grain crops is low. In order to increase the productivity of the combine-harvester when selecting rolls formed by rotary windrower, it is necessary to perform an additional operation to combine three rolls into one powerful unit before the selection and threshing using a special device – swather. The principle of its work is the selection, movement, and laying of the swath of grain mass on the stubble. The method for harvesting grain crops with the use of an additional operation for the laying of the grain mass is described, as well as the device itself, its design features, and the principle of operation of the swather. The agro-technical requirements for the swather are given.

Keywords: subsequent pick-up harvesting, increase of productivity, swather, roll, grain weight, reduction of terms, combine-harvester, carrier, device, laying, general view, unit.

В настоящее время комбайновый способ уборки зерновых культур реализуется как прямым комбайнированием, так и раздельным способом [1], [2]. Так, раздельная уборка в оптимальные сроки обеспечивает на 4 – 6 суток раньше начать скашивании зерновых, что влияет на напряженность зерноуборочных работ. Созревание зерновок колоса в валках происходит равномернее и ускоряется по сравнению с хлебостоем на 3 – 5 суток. За счет этого максимальный биологический урожай сохраняется без существенных потерь зерна в масштабах хозяйства сельхозпроизводителя до 15 – 18 суток, а при прямой уборке только 10 суток. Производительность комбайнов на подборе и обмолоте валков оптимальной мощности возрастает на 20,0 –25,0 % [1], [3].

Многочисленные исследования указывают на сложность решения производственной загрузки комбайнов, так как зерновые культуры разнообразны по своим физико-механическим свойствам. На практике технологическая загрузка комбайнов осуществляется путем применения биологических методов, обеспечивающих повышение урожайности, которые имеют, как правило, продолжительный характер действия во времени. Помимо этого решается и путём использования средств механизации, в частности валковых жаток с различной шириной захвата, а так же подбором пропускной способности молотилки комбайнов к определенным условиям уборки зерновых культур по урожайности. Практика и наука свидетельствует о том, что с увеличением ширины захвата производительность машины возрастает только до определенного предела, после чего она снижается.

Кроме того, вследствие колебания урожайности зерновых культур в больших пределах изготовляемые промышленностью валковые жатки с фиксированной шириной захвата не обеспечивают формирования валков требуемой мощности в соответствие с пропускной способностью комбайнов, особенно в степных районах региона Южного Урала (Российская Федерация), что характерно и для Северного Казахстана (Республика Казахстан), где низкий  общий фон урожайности (табл. 1).

 

Таблица 1 – показатели хлебных валков, сформированных серийными валковыми жатками

В результате не обеспечивается полная загрузка комбайнов по пропускной способности молотилки, низка их производительность, имеет место излишнее перемещение по полю, а это дополнительный расход топлива. В результате расчетов определено, что комбайны 3 класса (5,0 – 6,0 кг/с) загружаются на 70,0 – 90,0 % с урожайности зерновых 9 – 10 ц/га при формировании спаренных валков жаткой с захватом 9 – 10 метров. Комбайны классов 4 (7,0 – 8,0 кг/с) и 5 (8,0 – 9,0 кг/с) соответственно на 55,0 – 45,0 % (считается нормальной, если коэффициент использования пропускной способности молотилки не менее 0,7). Причем серийные валковые жатки не обеспечивают качественной укладки скошенной массы в валок, что ухудшает условия созревания и сохранности зерна в валках.

Агротехническая оценка зерновых культур в степных районах регионе Южного Урала свидетельствует, что в хлебных массивах преобладает высота стеблестоя 0,5 – 0,6 м (вероятность – 0,25) и 0,6 – 0,7 м (вероятность – 0,32), и в структуре распределения высоты хлебостоя преобладает длинностебельная (вероятность 0,52 – 0,73) или короткостебельная (вероятность 0,48 – 0,27) часть. Неравномерность длины стеблей обуславливает неравномерность распределения хлебной массы в валках по ширине, следовательно, и неравномерную загрузку молотилки комбайнов (табл. 2). Валки формируются шириной 0,6 – 1,0 м, что не обеспечивается загрузка комбайна класса 4 и выше как по ширине, так и пропускной способности молотильного аппарата (табл. 2 и табл.1).

 

Таблица 2 – Распределение массы зерна и соломы по ширине валка

Повысить эффективность использования высокопроизводительных комбайнов в степных зонах региона Южного Урала (Российская Федерация) и Северного Казахстана (Республика Казахстан) можно за счет применения технологической схемы уборки зерновых культур раздельного способа, в котором объединяются три валка [10], сформированных валковыми жатками, в один более мощный валок перед их подбором и обмолотом. Для этого, необходимо произвести дополнительную операцию, которая называется валкоукладкой, а техническое устройство для её выполнения – валкоукладчик. Принцип его работы – подбор, перемещение и укладка валка хлебной массы.

Уборка зерновых культур с применением валкоукладчика осуществляется   следующем образом. На второй день после скашивания зерновых валковыми жатками валкоукладчик посредством пружинных пальцев подбирающего транспортера поднимает хлебную массу валка со стерни и перемещает её на поперечный горизонтальный транспортер устройства, который перемещает хлебную массу на 6 – 9 метров к смежному валку и выгружает её на стерню. Затем агрегат совершает челночное движение в загоне поля, и процесс подбора, перемещения и укладки хлебной массы валка повторяется. В результате из трех исходных формируется общий более мощный валок хлебной массы. После 2 – 4 дней «лежки» валка на стерне, когда зерно находится в фазе полной спелости, производят подбор и обмолот комбайнами (рис. 1).

Рис. 1 – Технологическая схема комбайновой уборки зерновых культур с применением валкоукладчика

1 – скашивание хлебной массы в валки; 2 – подбор, перемещение и укладка валков; 3 – подбор и обмолот валков

Базой для разработки валкоукладчика послужил подбирающий транспортер с копирующими рельеф колесами платформы-подборщика ПП-3,4. Ширина захвата транспортера сокращена с 3,4 до 2,5 метра для уменьшения габаритов технического устройства и массы. Подбирающий транспортер установлен на главную раму устройства, которая также служит рамой первой секции поперечного транспортера. Справа установлен гидромотор-редуктор для привода валов поперечного и подбирающего транспортеров. Слева на главную раму навешаны вторая секция поперечного транспортера и гидроцилиндр подъема этой секции (рис. 2).

Рис. 2 – Устройство валкоукладчика

1 – транспортер подборщика; 2 – колеса копирующие; 3 – главная рама;

4 – гидромотор-редуктор; 5 – вторая секция поперечного транспортера;

6 – эластичный укладчик; 7 – кронштейны навески

Результаты экспериментальных исследований [1], [3] показывают, что в начальный момент образования валка просвет его с почвой уменьшается интенсивно. Кроме того, укладка хлебной массы при наличии действия силы тяжести свидетельствует о том, что при густоте стеблестоя от 100 до 200 шт./м², независимо от высоты (0,15 – 0,3 м)  падения хлебной массы на стерню, просвет равен нулю, то есть практически валок укладывается на поверхность поля. При густоте 250 шт./м² наблюдается устойчивое взвешенное положение валка на стерне. С увеличением высоты падения хлебной массы с 0,15 м до 0,3 м просвет валка уменьшается на 25,0 %. При густоте стеблестоя 250 шт./м² возможно соприкосновение валков (мощностью до 7,5 кг/пог. м) с поверхностью поля через два-три дня после укладки на стерню. С повышением густоты стеблестоя стерни до 500 шт./м² просвет хлебного валка возрастает. Устойчивое взвешенное положение хлебного валка на стерне наблюдается и через три дня после скашивания (табл. 3).

 

Таблица 3 – Просвет валка хлебной массы с почвой в зависимости от густоты стеблестоя и высоты падения на стерню, см

Замеры просвета валка по его ширине говорят о том, что независимо от высоты падения с увеличением густоты стерни профиль просвета валка с почвой выравнивается и становится более устойчивым и равномерным (табл. 4).

 

Таблица 4 – Изменение просвета с почвой по ширине валка хлебной массы, см

Примечание: интервал замера – 0,12 м  

В связи с чем, чтобы хлебная масса укладывалась на стерню без динамического удара, на конце второй секции поперечного транспортера монтируется эластичный укладчик, позволяющий валку плавно спускаться с транспортерной ленты на стерню. В результате большей устойчивости валка на стерне улучшиться температурный режим за счёт лучшей циркуляции воздуха под ним, что в итоге отразится на процессе сушки хлебной массы.

Сзади главной рамы имеются кронштейны навески для агрегатирования с тракторами класса 1,4 кН (МТЗ-82, Т-40 или аналогичные, имеющие дополнительную переднюю навеску). При работе валкоукладчик прицепляется к переднему навесному устройству, а при транспортировке к заднему (рис. 3).

Рис. 3 – Общий вид агрегата:

а) в рабочем; б) в транспортном положении

 

Для валковых жаток шириной захвата 9,1 метра валкоукладчик имеет модификацию с тремя секциями поперечного транспортера общей длиной 9 метров. Валкоукладчик предназначен для использования в степных районах страны и Южного Урала, а также в подзоне 17.1 (Северный Казахстан, Республика Казахстан) при уборке колосовых культур на малоурожайных полях. Такой способ валкообразования хлебной массы перед подбором и обмолотом комбайнами обеспечивает повышение мощности валков за счет увеличения межвалкового расстояния в 3 раза, без снижения производительности труда на скашивании зерновых, что итоге отразится на производительности комбайнов и сроках уборки урожая.

Таким образом, технология формирования хлебных валков жаткой и валкоукладчиком при уборке зерновых на полях урожайностью от 6 до 12 ц/га должна обеспечить: загрузку молотилки комбайнов класса 4 и выше в 1,5 – 2,5 раза; уменьшение часового расхода топлива на 30,0 – 80,0 %; снижение затрат на уборку до 15,0 – 25,0 % и потерь зерна в 1,3 – 1,6 раза по сравнению с технологией формирования валков жатками 6 и 9 м.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

 

Список литературы / References

1. Ловчиков А. П.Технико-технологические основы совершенствования зерноуборочных комбайнов с большим молотильным аппаратом / А. П. Ловчиков. Ульяновск: Зебра, 2016. – 111 с.
2. Ловчиков А. П. Теоретический аспект технологического процесса прямого комбайнирования зерновых культур с двойным срезом стеблей / А. П. Ловчиков, В. П. Ловчиков, Ш. С. Иксанов // Известия ОГАУ. №3(53). Оренбург, 2015. – С. 92–95.
3. Ловчиков А. П. Повышение эффективности технологических систем уборки зерновых культур (на примере регионов Южного Урала и Северного Казахстана СНГ). Дис. … докт. тех. Наук. / А. П. Ловчиков – Оренбург, ОГАУ, 2006. – 271с.
4. Константинов М. М. Проектирование и организация эффективного процесса уборки зерновых культур / М. М. Константинов, А. П. Ловчиков, В. П. Ловчиков и др. Екатеринбург: Институт экологии УрО РАН, 2011 – 144 с.
5. Константинов М. М. Оценка качественных показателей формирования хлебны валков, их подбора и обмолота при использовании порционной жатки на раздельной уборке зерновых культур. М. М. Константинов, И. Н. Глушков, И. В. Герасименко и др. // Известия ОГАУ. – №6 (62). Оренбург, 2016. – С.68-77.
6. Анискин В. И. Развитие научного направления по совершенствованию зерноуборочного техники на 2005–2015 гг. / В. И. Анискин, Э. В. Жалкин // Техника и оборудование для села. 2004. – С. 8.
7. Завражнов А. И. Снижение потерь и механических повреждений зерна при уборке урожая / А. И. Завражнов, М. М. Константинов, А. П. Ловчиков и др.: Методические рекомендации: Мичуринск, МГАУ. 2012. –  82 с.
8. Баранов А. А. Новая прицепная валковая жатка ПН–327–7.6П «Простор» / А. А. Баранов // Тракторы и с.х. машины. № 11. 2004. – С. 7–8.
9. Ловчиков А. П. Повышение качества зерна и эффективности использования комбайнов в условиях Южного Урала / П. Ловчиков. Челябинск, РЕКПОЛ. 2002. – 144 с.
10. Ловчиков А. П. Способ раздельной уборки зерновых культур и устройство для его осуществления: пат. 2285382 Рос. Федерация: МПК⁵¹ A01D 91/04, A01D 57/20 / А. П. Ловчиков.; Патентообладатель ФГОУ ВПО Челябинский государственный агроинженерный университет; Заявка 2005104720/12; заявл. 21.02.2005; опубл. 20.10.2006 Бюл. № 29. – 8 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Lovchikov A. P. Tekhniko-tekhnologicheskie osnovy sovershenstvovaniya zernouborochnykh kombainov s bolshim molotilnym apparatom [Technical and Technological Basis for Improving Combine-Harvesters with a Large Threshing Machine] / A. P. Lovchikov. Ulyanovsk: Zebra, 2016. – 111 p. [In Russian]
2. Lovchikov A. P. Teoreticheskii aspekt tekhnologicheskogo protsessa pryamogo kombainirovaniya zernovykh kultur s dvoinym srezom steblei [Theoretical Aspect of the Process of Direct Combining of Grain Crops with Double Cut of Stems] / A. P. Lovchikov, V. P. Lovchikov, Sh. S. Iksanov // Izvestiya OGAU [Bulletin of OSAU]. No. 3 (53). Orenburg, 2015. – P. 92–95. [In Russian]
3. Lovchikov A. P. Povyshenie effektivnosti tekhnologicheskikh sistem uborki zernovykh kultur (na primere regionov Yuzhnogo Urala i Severnogo Kazakhstana SNG) [Improving the Efficiency of Technological Systems for Harvesting Grain Crops (on the example of the regions of the Southern Urals and Northern Kazakhstan of the CIS)] / P. Lovchikov. Thesis of PhD in Engineerig: – Orenburg, OSAU, 2006. – 271 p. [In Russian]
4. Konstantinov M. M. Proektirovanie i organizatsiya effektivnogo protsessa uborki zernovykh kultur [Design and Organization of Effective Process of Harvesting Grain Crops] / M. M. Konstantinov, A. P. Lovchikov, V.P. Lovchikov, P.I. Ogorodnikov, Yu.B. Chetyrkin // Yekaterinburg: Institute of Ecology, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2011 – 144 p. [In Russian
5. Konstantinov M. M. Otsenka kachestvennykh pokazatelei formirovaniya khlebnykh valkov, ikh podbora i obmolota pri ispolzovanii portsionno zhatki na razdelnoi uborke zernovykh kultur [Assessment of Quality Indicators of the Formation of Bread Rolls, their Selection and Threshing when Using Portion Reaper for Subsequent Pick-up Harvesting of Grain Crops]. M. M. Konstantinov, I. N. Glushkov, I. V. Gerasimenko and others // Izvestiya OGAU [Bulletin of OSAU]. – No. 6 (62). Orenburg, 2016. – P.68-77. [In Russian]
6. Aniskin V.I. Razvitie nauchnogo napravleniya po sovershenstvovaniyu zernouborochnoi tekhniki na 2005–2015 gg. [Development of Scientific Direction for the Improvement of Grain Harvesting Equipment for 2005–2015] / V. I. Aniskin, Ye.V. Zhalkin // Tekhnika i oborudovaniye dlya sela [Technique and Equipment for the Village]. 2004. – P. 8. [In Russian]
7. Zavrazhnov A. I. Snizhenie poter i mekhanicheskikh povrezhdenii zerna pri uborke urozhaya [Reducing Losses and Mechanical Damage to Grain during Harvest]/ A. I. Zavrazhnov, M. M. Konstantinov, A. P. Lovchikov and others: Methodical Recommendations: Michurinsk, MSAU. 2012. – 82 p. [In Russian]
8. Baranov A.A. i dr. Novaya pritsepnaya valkovaya zhatka PN–327–7.6P «Prostor» [New Trailed Roller Reaper PN – 327–7.6P “Prostor”] / A.A. Baranov // Traktory i s.kh. mashiny [Tractors and Agricultural Machinery]. No. 11. 2004. – P. 7–8. [In Russian]
9. Lovchikov A. P. Povyshenie kachestva zerna i effektivnosti ispolzovaniya kombainov v usloviyakh Yuzhnogo Urala [Improving the Quality of Grain and Efficiency of Use of CombineßHarvesters in the Conditions of the Southern Ural] / A. P. Lovchikov. Chelyabinsk, REKPOL. 2002. – 144 p. [In Russian]
10. Lovchikov A. P. Sposob razdelno uborki zernovykh kultur i ustroistvo dlia yego osushchestvleniya: pat. 2285382 Ros. Federatsiya: MPK51 A01D 91/04, A01D 57/20 [Method of Subsequent Pick-up Harvesting of Grain Crops and Device for Its Implementation: Pat. 2285382 Russ. Federation: MPK51 A01D 91/04, A01D 57/20] / Lovchikov A.P.; Patentee of the Chelyabinsk State Agricultural Engineering University; Application 2005104720/12; Application of February 21, 2005; Claim 10/20/2006 Bull. No. 29. – 8 p. [In Russian]