Классификация типажа кормоуборочных комбайнов И.И. Пиуновский, В.Р. Петровец, С.Н. Бобыренко - Статья

Комбайны являются сложными машинами, поэтому, кроме указанных основных операций, они выполняют вспомогательные действия: сужение потока скошенных растений, уплотнение растительной массы перед подачей в измельчающий аппарат, транспортировку воздушным потоком измельченной массы по силосопроводу, направленному в кузов транспортного средства. Учитывая, что кормоуборочные комбайны предназначены для работы на уборке различных по своим свойствам кормовых культур, необходимо знать пропускную способность каждого комбайна на различных культурах. В зарубежной практике принято характеризовать комбайны по пропускной способности при уборке кукурузы на силос, а для других культур необходим перерасчет пропускной способности [1, 2]. 1) пропускной способности измельчающего аппарата комбайнов на измельчении свежескошенной травы в зависимости от пропускной способности при измельчении кукурузы получено следующее выражение: ?з·м=0,6?к, (1) где ?з·м - пропускная способность измельчающего аппарата комбайна при уборке зеленой массы травы, кг/с; ?к - пропускная способность измельчающего аппарата комбайна на уборке кукурузы, кг/с. При измельчении травы, провяленной до влажности сенажной массы (40-50%), пропускная способность измельчающего аппарата в отличие от пропускной способности на кукурузе при уборке ее на силос имеет степенную зависимость следующего вида: ?сен=?к0,78, (2) где ?сен - пропускная способность измельчающего аппарата кормоуборочного комбайна при подборе провяленной травы для приготовления сенажа, кг/с.При заготовке кормов из трав и силосных культур в измельченном виде: силос из кукурузы, сенаж из провяленных трав и зеленая подкормка для скота - используются кормоуборочные комбайны в самоходном исполнении и агрегатируемые с трактором в прицепном, навесном и полунавесном исполнении. Используя технические характеристики комбайнов, освоенных промышленностью советских времен, промышленностью Республики Беларусь и ведущих фирм дальнего зарубежья, определены закономерности изменения от мощности двигателя массы комбайна, пропускной способности измельчающего аппарата и производительности за час основного времени работы.

Уборку трав и силосных культур с измельчением на зеленый корм, силосную и сенажную массу выполняют специальными кормоуборочными комбайнами. При заготовке зеленой массы для закладки силоса или подкормки кормоуборочные комбайны скашивают растения, измельчают их и загружают в транспортное средство. Наибольшее распространение из силосных культур получила кукуруза. При приготовлении сенажа кормоуборочные комбайны, как правило, подбирают провяленную и сформированную в валках траву, измельчают и грузят в транспортное средство.

Комбайны являются сложными машинами, поэтому, кроме указанных основных операций, они выполняют вспомогательные действия: сужение потока скошенных растений, уплотнение растительной массы перед подачей в измельчающий аппарат, транспортировку воздушным потоком измельченной массы по силосопроводу, направленному в кузов транспортного средства.

Конструктивная схема кормоуборочного комбайна определяется типом рабочих органов для выполнения основных операций (скашивания или подбора, измельчения, транспортировки) и видом ходовой установки-шасси (самоходной, прицепной, навесной, полунавесной). По типу движетеля шасси комбайны подразделяются на колесные (наиболее распространенные) и гусеничные (предназначенные для работы на переувлажненных почвах).

В кормоуборочных комбайнах для скашивания растений применяются жатки с сегменто-пальцевым режущим аппаратом, с сегментным беспальцевым режущим аппаратом, с ротационным режущим аппаратом, а также ручьевые (рядковые) жатки.

Подбор травы из валков комбайны выполняют с помощью подборщиков барабанного типа. Для измельчения растений используются цилиндрические (многоножевые) барабаны с противорежущей пластиной (брусом) и дисковые измельчители. Для транспортирования измельченной массы по силосопроводу комбайны оборудуются швырково-пневматическими транспортерами, с ускорителем выброса или без него и транспортерами скребкового типа. Для уплотнения (подпрессовки) растений перед подачей в измельчающее устройство применяются вальцовые питающие аппараты.

Анализ источников.

Известна классификация кормоуборочных комбайнов по их пропускной способности, но этот показатель не может быть признан определяющим, так как кормоуборочный комбайн имеет различную пропускную способность в зависимости от физико-механических свойств измельчаемого материала. Поэтому целесообразно классификацию кормоуборочных комбайнов проводить по параметру, который постоянный для данного образца машины. Таким параметром является установленная мощность двигателя. В самоходных комбайнах это двигатель, установленный на шасси машины. В навесных, полунавесных и прицепных кормоуборочных комбайнах принимается мощность двигателя трактора, с которым агрегатируется комбайн [1, 2, 3, 4].

Объектом исследований приняты освоенные мировой промышленностью кормоуборочные комбайны, основные технические характеристики которых приведены в таблице 1. Учитывая, что кормоуборочные комбайны предназначены для работы на уборке различных по своим свойствам кормовых культур, необходимо знать пропускную способность каждого комбайна на различных культурах. В зарубежной практике принято характеризовать комбайны по пропускной способности при уборке кукурузы на силос, а для других культур необходим перерасчет пропускной способности [1, 2].

Анализом данных (табл. 1) пропускной способности измельчающего аппарата комбайнов на измельчении свежескошенной травы в зависимости от пропускной способности при измельчении кукурузы получено следующее выражение: ?з·м=0,6?к, (1) где ?з·м - пропускная способность измельчающего аппарата комбайна при уборке зеленой массы травы, кг/с; ?к - пропускная способность измельчающего аппарата комбайна на уборке кукурузы, кг/с.

Таблица 1 - Техническая характеристика кормоуборочных комбайнов

Фирма изготовитель, модель Мощность двигателя, КВТ Пропускная способность, кг/с Масса, кг Производительность за час основного времени, т по силосной массе из кукурузы по сенажной массе по зеленой массе с кукурузной жаткой с подборщиком с жаткой для травы при уборке силосной массы кукурузы при уборке сенажной массы при уборке зеленой травы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Zweegers Zonez MH 80 22 3,5 2,67 2,10 398 358 178 11,3 8,6 6,8

New Hollang 718 40 6,4 4,26 3,84 1323 1192 1259 20,7 13,8 12,4

КПИ-2,4 44 7,0 4,57 61,8 3900 3510 3705 22,7 14,8 15,7

Zweegers Zonez MH 160 55 8,8 5,48 5,28 817 753 792 28,5 17,8 17,1

Taarup 105 55 8,8 5,48 5,87 1096 986 1041 28,5 17,8 17,9

New-Idea 660 70 11,2 6,58 6,72 1682 1513 1631 36,3 21,3 21,8

Taarup 605 B 74 11,8 6,25 7,08 1910 1719 1814 38,2 20,2 22,9

Kemper Champion 1200 80 12,8 8,13 8,68 1860 1175 1350 41,2 26,3 29,9

Fox Bzady 4310 92 14,7 8,27 8,82 2810 2529 2669 47,6 26,8 28,7

Zweegers Zonez MH 320 103 16,5 8,89 9,90 1697 1527 1612 53,5 28,8 31,1

New-Idea 680 105 17,1 9,16 10,3 1868 1681 1775 55,4 29,7 39,4

New Hollang 790 110 17,6 9,91 10,6 1753 1578 1665 57,0 32,1 34,3

Гомсельмаш КДП-3000 110 17,6 9,34 10,6 4350 3975 4132 57,0 30,4 34,3

Гомсельмаш КПКУ-75 121 19,4 10,1 11,6 5500 4950 5255 62,8 32,7 37,6

Fortschritt E 281 125 20,0 10,4 12,0 5480 5370 6130 64,8 33,7 38,9

Heston 7155 129 20,6 10,6 12,4 2174 1957 2109 66,7 34,3 40,2

New Hollang 1600 132 21,1 10,8 12,7 3832 3449 3640 68,4 35,0 41,2

John Deere 3970 140 22,4 11,4 14,4 2400 2160 2280 42,6 36,9 43,4

Fox-Brady 6460 147 23,5 11,7 14,1 6228 5605 6041 76,1 37,9 45,7

Гомсельмаш КСК-100А 147 23,5 11,7 14,1 8690 7621 8255 76,1 37,9 45,7

Fortschritt E 282 162 25,9 12,6 15,5 8895 8015 8850 83,9 40,8 50,2

Fox-Brady 6860 167 26,7 12,9 16,0 6874 6187 6668 86,5 41,8 53,8

New-Iden 868 172 27,5 13,2 16,5 7097 6387 6884 89,1 42,8 53,5

John Deere 4720 173 27,7 13,3 16,6 4008 3607 3888 89,8 41,1 53,8

Гомсельмаш К-Г-6 180 28,8 13,7 17,3 9250 8325 8979 93,3 44,4 56,1

Heston 7165 184 29,4 14,0 17,6 2459 2213 2385 95,3 45,4 57,0

Massey Fergus-san 684 184 29,4 14,0 17,6 5743 5243 5573 95,3 45,4 57,0

Kemper Champion 3000 184 29,4 14,0 17,6 2200 1480 2134 95,3 45,4 54,0

John Deere 6610 184 29,4 14,0 17,6 9950 8595 9264 95,2 45,4 54,0

Claas Jaguar 690 206 330 15,3 18,8 9090 8181 8173 106,9 49,6 60,9

John Deere 5830 213 34,1 15,7 20,5 7456 6710 7307 110,5 50,9 66,4

Gehe CB 1226 221 35,4 16,2 21,2 2825 2542 2740 114,7 52,8 68,7

Claas Jaguar 820 228 39,0 17,4 23,4 9250 8325 8972 126,4 56,4 75,8

Heston 7730 228 36,5 16,5 21,4 13854 12469 13458 118,3 53,5 69,3

John Deere 7610 228 36,5 16,5 21,9 9870 8883 9573 118,3 53,5 71,0

New Hollang 2100 239 38,4 17,2 23,0 8765 7888 8502 124,4 55,7 75,5

Claas Jaguar 840 262 41,9 18,4 25,1 9600 8670 9312 135,8 59,6 81,3

John Deere 6810 265 32,8 15,2 17,7 10170 9153 9865 106,3 49,2 57,4

Case IH Mammut 6900 274 35,8 16,7 21,5 7310 5962 6900 116,0 54,1 69,7

John Deere 6910 301 39,1 17,4 23,5 10200 9180 9936 126,7 58,0 76,1

Claas Jaguar 860 305 39,6 17,6 23,8 10200 9180 9996 128,3 57,0 77,1

Case IH 310 40,3 17,9 24,5 13800 12420 13524 120,6 56,9 79,4

Mengele SF 7000 320 41,6 18,3 25,0 10000 9850 5800 134,8 53,3 81,0

Гомсельмаш КВК 800 331 43,0 18,9 25,8 12835 11952 12578 139,3 61,2 83,6

Claas Jaguar 880 354 46,0 19,8 27,6 10200 9180 9996 149,0 64,2 83,9

Case IH Mammut 7400 355 46,2 19,9 27,7 10250 9260 10050 144,7 64,5 89,7

Claas Jaguar 900 445 57,9 23,7 34,7 10440 9396 10231 187,6 76,8 112,4

Как следует из формулы (1), пропускная способность комбайна при измельчении зеленой травы, используемой для подкормки животных, содержащихся на ферме, прямо пропорциональна пропускной способности комбайнов при измельчении кукурузы, убираемой на приготовление силоса.

При измельчении травы, провяленной до влажности сенажной массы (40-50%), пропускная способность измельчающего аппарата в отличие от пропускной способности на кукурузе при уборке ее на силос имеет степенную зависимость следующего вида: ?сен=?к0,78, (2) где ?сен - пропускная способность измельчающего аппарата кормоуборочного комбайна при подборе провяленной травы для приготовления сенажа, кг/с.

Коэффициенты 0,6 и 0,78 в уравнениях (1) и (2) являются эмпирическими величинами, которые характеризуют их средние значения и зависят от физико-механических свойств кормовых материалов.

Другой особенностью использования кормоуборочных комбайнов для обеспечения пропускной способности измельчающего аппарата является необходимость подавать требуемый объем растительной массы. Для загрузки измельчающего аппарата высокопроизводительного комбайна на уборке кукурузы урожайность ее должна быть не менее 300-350 ц/га при ширине захвата 5-6 метров и рабочей скорости 8-10 км/ч.

При этом пропускная способность по кукурузе составляет 42-46 кг/с. При уборке зеленой травы такой комбайн обеспечивает пропускную способность 25-28 кг/с, а сенажной массы - 16-18 кг/с. При уборке травы на зеленый корм с урожайностью травы не менее 220-240 ц/га ширина захвата жатки должна быть 6 метров и рабочая скорость не менее 10 км/ч. При заготовке зеленой подкормки жатка шириной захвата 6 метров должна быть смонтирована на комбайне, а при заготовке сенажной массы жаткой такой ширины захвата скошенная трава должна быть уложена в валок для провяливания до сенажной влажности. Однако, учитывая, что траву необходимо убирать из многолетних и однолетних растений, промежуточных посевов и вторыми укосами, достигнуть урожайности более 220 ц/га не всегда удается. Как правило, средняя урожайность многолетних трав составляет 160 ц/га, однолетних и промежуточных посевов - 110 ц/га, а при повторных укосах - до 60 ц/га, поэтому для загрузки измельчающего аппарата энергонасыщенных комбайнов необходимо формировать валки из скошенной косилками травы с ширины захвата 10-15 метров граблями или валкообразователями-сдваивателями или использовать на уборке трав с пониженной урожайностью кормоуборочные комбайны меньшей энергоемкостью и не в самоходном исполнении, а агрегатируемых с трактором. Так, для среднего модельного хозяйства страны на ближайшую перспективу для заготовки кормов из трав и силосных культур с измельчением необходимо иметь два типа кормоуборочных комбайнов: один - с пропускной способностью по кукурузе на силос 42,6 кг/с в самоходном исполнении с мощностью установленного двигателя 315 КВТ, второй - с пропускной способностью по кукурузе 16 кг/с в прицепном, полунавесном и навесном исполнении в агрегате с трактором мощностью двигателя не менее 106 КВТ [5, 6].

Методы исследования.

Если классификация типажа машин для заготовки кормов из трав и силосных культур применяется по размерам рабочих органов: у косилок [7] и граблей по ширине захвата, в пресс-подборщиках - по размерам камер прессования, у прицепов для подбора и транспортировки кормовой массы - по объему кузова, - то кормоуборочные комбайны классифицируются по мощности двигателя, установленного на шасси самоходного комбайна или трактора, с которым агрегатируется комбайн. От мощности двигателя (на привод рабочих органов комбайна) зависит масса машины, пропускная способность измельчающего аппарата и производительность комбайна.

Используя зависимости изменения массы и пропускной способности измельчающего аппарата кормоуборочных комбайнов, освоенных промышленностью советских времен, в Республике Беларусь и ведущих фирм дальнего зарубежья, графоаналитическим методом определены эмпирические формулы этих закономерностей. Производительность комбайнов за час основного времени работы определялась расчетным путем - умножением пропускной способности на коэффициент неравномерности подачи кормовой массы в измельчающий аппарат, равный в среднем 0,9 [8].

Для определения производительности кормоуборочного комбайна в гектарах принимается урожайность многолетних трав 200 ц/га, а кукурузы на силос - 350 ц/га. При определении производительности в час эксплуатационного времени производительность за час основного времени умножается на коэффициент 0,6, учитывающий техническое состояние комбайна, простой на обслуживание и ремонт, другие остановки организационного порядка и простой за счет времени замены груженого транспорта на порожний.

Основная часть

Технико-технологическими параметрами, определяющими типаж кормоуборочных комбайнов, являются масса машины, пропускная способность измельчающего аппарата и производительность за час основного времени работы. Закономерности изменения этих параметров от мощности двигателя (на привод рабочих органов) и поступательное движение агрегата в графическом виде приведены на рисунке 1а, б и 2, а.

а) б)

Рис. 1 - Зависимость от установленной мощности двигателя: а) массы машины; б) пропускной способности -о-о- - заготовка силоса из кукурузы; -?- ?- - заготовка сенажа; -?-?- - уборка зеленой массы травы; -?-?- - машины: поставки в советские времена и изготавливаемые промышленностью Республики Беларусь

Технико-технологические параметры кормоуборочных комбайнов, освоенных промышленностью, в зависимости от мощности двигателя изменяются также от назначения машин: для уборки кукурузы за счет ручьевой жатки и физико-механических свойств силосной массы, для заготовки сенажа за счет подборщика и свойств провяленной травы, при заготовке зеленой подкормки за счет травяной жатки и свойств свежескошенной травы.

Закономерность изменения массы кормоуборочных комбайнов от мощности двигателя имеет прямо пропорциональную зависимость (рис. 1, а) и может быть определена следующей эмпирической формулой: Р=AN, (3) где Р - масса кормоуборочного комбайна, кг; N- мощность двигателя, КВТ; а - эмпирический коэффициент, имеющий размерность кг/КВТ и равный для комбайна с ручьевой жаткой 31; для комбайна с травяной жаткой - 28; для комбайна с подборщиком - 22.

Зависимость пропускной способности измельчающего аппарата комбайна прямо пропорциональна мощности двигателя (рис. 1, б) и может быть определена по следующей эмпирической формуле: ?=ВN, (4) где ? - пропускная способность измельчающего аппарата, кг/с, N - мощность двигателя, КВТ; в - эмпирический коэффициент, имеющий размерность кг/КВТ·с и равный для кормоуборочного комбайна на уборке кукурузы на силос - 0,14, для кормоуборочного комбайна на заготовке зеленой подкормки - 0,08, а на заготовке сенажа - 0,06.

а) б)

Рис. 2 - Зависимость от мощности двигателя: а) производительности за час основного времени работы, т/ч; б) производительности за час эксплуатационного времени, га/ч.-о-о- - заготовка силоса из кукурузы; -?-?- - уборка зеленой массы травы; -?- ?- - заготовка сенажа

Производительность за час основного времени работы комбайна на уборке кукурузы на силос, зеленой травы на подкормку животным и для приготовления сенажа имеет прямо пропорциональную зависимость от мощности двигателя и графически представлена на рисунке 2, а. Аналитическое выражение этой зависимости определяется эмпирической формулой следующего вида: W=CN, (5) где W - производительность за час основного времени работы комбайна, т/ч; N - мощность на привод рабочих органов комбайна, КВТ; с- эмпирический коэффициент, имеющий размерность т/КВТ·ч и равный для комбайна на уборке кукурузы - 0,47; на заготовке зеленой подкормки - 0,30, на приготовлении сенажа - 0,22.

На рис. 2, б приведены закономерности изменения производительности за час эксплуатационного времени работы в гектарах от мощности двигателя. В расчетах приняты потери урожая 10 % при организационно-технических условиях, приведенных в разделе методических основ проведения исследований.

Графоаналитическим методом определены эмпирические зависимости производительности за час эксплуатационного времени от мощности двигателя при уборке кукурузы, приготовлении сенажа и заготовке зеленой подкормки, которые имеют следующий вид: Wэк=DN, (6) где Wэк - производительность за час эксплуатационного времени работы комбайна, га/ч; N - мощность двигателя, КВТ; d - эмпирический коэффициент, имеющий размерность га/ КВТ·ч и равный для комбайна на уборке кукурузы на силос 0,009; при приготовлении сенажа - 0,015; при заготовке зеленой подкормки - 0,01.

Многообразие образцов кормоуборочных комбайнов, освоенных промышленностью, подразделены на пять классов с мощностью двигателя от 20 до 524 КВТ с интервалом через 100 КВТ. К первому классу относятся комбайны с мощностью двигателя от 20 до 120 КВТ. Это в основном комбайны, агрегатируемые с трактором в прицепном исполнении. Ко второму классу относятся комбайны с мощностью двигателя 121-221 КВТ, которые выполнены в основном в самоходном исполнении. Комбайны с двигателем мощностью 222-322 КВТ относятся к третьему классу, с мощностью двигателя 323-423 относятся к четвертому классу, а с двигателем мощностью 424-524 - пятому классу только в самоходном исполнении, и некоторые из них имеют двигатель с двухуровневым режимом мощности.

Для определения размеров площадей, убираемых кормоуборочным комбайном за агротехнический срок 15 календарных дней, принимаем допущение, что работа проводится в самые неблагоприятные погодные условия, когда через два дня хорошей погоды выпадают на третий день осадки и работа приостанавливается. При восьмичасовой смене в среднем за агросрок в 15 календарных дней ежедневно комбайн работает в загоне 5 часов.

В табл. 2 приведен расчет размеров уборочной площади одного комбайна за агросрок 15 каледнарных дней (с учетом природных и организационных условий хозяйства и классификации комбайнов).

Таблица 2 - Размер площади, убираемой комбайном на силос из кукурузы, сенаж и зеленую подкормку из трав

Мощность двигателя, КВТ 20-120 121-221 222-322 323-423 424-524

Класс комбайна 1 2 3 4 5

Площадь, убираемая комбайном; га: - на силос из кукурузы; 13-82 82-50 50-218 218-286 286-354

- на зеленую подкормку из травы; 15-90 91-166 167-242 242-317 218-393

- на сенаж из провяленной травы, 22-135 136-249 250-362 366-476 477-590 корм комбайн силосный культура

Систематизация параметров кормоуборочных комбайнов по классам позволяет обосновать технико-технологические параметры при проектировании новых образцов машин по их зависимостям от мощности двигателя (на привод рабочих органов), а в условиях хозяйств позволяет произвести выбор для поставки в хозяйства кормоуборочных комбайнов необходимого класса в зависимости от объема работ по заготовке кормов из трав и силосных культур в измельченном виде.

При заготовке кормов из трав и силосных культур в измельченном виде: силос из кукурузы, сенаж из провяленных трав и зеленая подкормка для скота - используются кормоуборочные комбайны в самоходном исполнении и агрегатируемые с трактором в прицепном, навесном и полунавесном исполнении.

Основными параметрами кормоуборочных комбайнов являются: мощность двигателя (на привод рабочих органов), масса машины, пропускная способность измельчающего аппарата, производительность.

Используя технические характеристики комбайнов, освоенных промышленностью советских времен, промышленностью Республики Беларусь и ведущих фирм дальнего зарубежья, определены закономерности изменения от мощности двигателя массы комбайна, пропускной способности измельчающего аппарата и производительности за час основного времени работы. Проведена классификация кормоуборочных комбайнов, освоенных промышленностью, по мощности двигателя (на привод рабочих органов) от 20 до 524 КВТ. К первому классу отнесены кормоуборочные комбайны с мощностью двигателя до 120 КВТ, второй, третий, четвертый и пятый классы - с интервалом 100 КВТ. Используя классификацию кормоуборочных комбайнов по мощности двигателя, определены размеры площадей уборки кукурузы на силос, сенажа из провяленных трав и зеленой подкормки из свежескошенной травы в агротехнические сроки с учетом природно-организационных условий хозяйственной деятельности и эксплуатационных показателей комбайнов. Приведенные расчеты и закономерности изменения технико-технологических параметров кормоуборочных комбайнов, которые могут использоваться при проектировании новых аналогичных машин, а также для определения необходимого количества и типажа комбайнов при заготовке кормов с измельчением для конкретных условий хозяйств нашей республики.

1. Короткевич, А. В. Технологии и машины для заготовки кормов из трав и силосных культур / А. В. Короткевич - Минск: Ураджай, 1990. - 383 с.

2. Клочков, А. В. Заготовка кормов зарубежными машинами / А. В. Клочков, В. А. Попов, А. В. Адась. - Горки, 2001. - 211 с.

3. Система ведения сельского хозяйства Белорусской ССР / Г. М. Лыч [и др.]. - Минск, 1986. - 311 с.

4. Заготовка и приготовление кормов в Нечерноземье: справочник / В. С. Сечкин [и др.]. - 2-е изд. перераб. и доп. - Л. Агропромиздат, 1988. - 480 с.

5. Оптимизация состава средств механизации для растениеводства: методические рекомендации / под ред. И.С. Нагорского. - М., 2004. - 38 с.

6. Пиуновский, И. И. Методология выбора типажа кормоуборочных комбайнов / И. И. Пиуновский // Известия Национальной академии наук Белоруссии.- 2011. - № 1. - С. 94-98.

7. Пиуновский, И. И. Методология классификации косилок для скачивания трав / И. И. Пиуновский, В. Р. Петровец, С. С. Сидорчук // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. - 2011. - № 4. - С. 145-160.

8. Бронштейн, И. Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗОВ / И. Н. Бронштейн, К. А.Семендяев. - М.: Наука. 1981. - 720 с.

Размещено на .ru