Высокая производительность и одновременно высокое качество обмолота – идеал, к которому стремятся при прямом комбайнировании. Насколько за счет оптимизации настроек роторного комбайна можно повысить эффективность уборки зерновых и облегчить работу комбайнера – изучали немецкие ученые.
Как ни удивительно, но на практике комбайны используются далеко не на полную мощность, заложенную в них конструктивно. По мнению экспертов, задействуется не более 50 % ресурса. Для повышения эффективности использования комбайнов без последовательной и постоянной оптимизации работы машин в поле не обойтись. Системы автоматической настройки, предлагаемые сегодня практически всеми производителями зерноуборочных комбайнов, – современный подход к решению вопроса. Исследования подтверждают, что за счет оптимизации работы машины ее производительность можно увеличить на 20 % по сравнению с неоптимизированными под условия уборки комбайнами. Но возможно ли увеличение производительности без потери качества обмолота и одновременно со снижением производственных затрат?
А нужно ли качество?
В рамках тестирования, проводимого в 2018 году в Венгрии, изучались результаты оптимизации работы роторных комбайнов различных производителей. Целью предпринимаемых действий по оптимизации являлась максимальная загрузка машин при бесперебойном потоке зерна и заданном качестве работы.
Все машины производили уборку пшеницы на одном поле – так были обеспечены примерно одинаковые условия работы. В рамках тестирования из зерновых бункеров машин отобрали 109 проб. Чтобы оценить влияние предпринятых мер по оптимизации, а также улучшенной в результате этой оптимизации загрузки машин на качество обмолота, в пробах определялось содержание битого зерна и сорной примеси.
В ходе тестирования группа работающих в одних и тех же условиях комбайнеров должна была при квалифицированном инструктаже оптимизировать работу своих комбайнов разных производителей так, чтобы в итоге добиться высокой пропускной способности при сохранении качества обмолота. Работа каждый раз начиналась с установки стандартных настроек, рекомендуемых производителями комбайнов. Затем машины перенастраивали на максимальную скорость ведения работ с сохранением заданных параметров качества обмолота: максимум потерь – 1 %, доля битого зерна 2 %, сорных примесей – 2 %. Результаты исследований приведены в таблице 2.
Анализ данных показал содержание в пробах битого зерна от 0,07 до 1,89 %, при этом средние показатели находились в диапазоне 0,57 – 0,87 %. Содержание сорных примесей в образцах варьировалось от 0,02 до 4,13 %. Средняя доля битого зерна по всем комбайнам составила 0,68 %, сорной примеси – 0,73 %.
В торговле зерном при превышении допустимых норм содержания сорных примесей и битого зерна производятся вычеты. Однако, в зависимости от условий поставки, предельные значения доли битого зерна в Европе сильно варьируются между максимальными 2 – 5 %, для сорной примеси они составляют около 2 %. Таким образом, повышенное содержание битого зерна и сорных примесей не столь ощутимо сказывается при ведении расчетов с зернотрейдерами.
К тому же зачастую их учитывают общей массой, а не по фактическим показателями. Какой из этого следует вывод? Ведение комбайнирования с соблюдением высокого уровня качества обмолота рынком никак не поощряется.
Семена – другое дело
Но для предприятий, выращивающих зерно на семенные цели, действуют другие правила: важно сохранить максимально возможную всхожесть убираемого семенного материала. Повышенное содержание битого зерна значительно ухудшает этот показатель. Кроме того, повреждение эндосперма может снизить всхожесть примерно на 10 %. Поэтому при выборе комбайна с той или иной системой обмолота – клавишной, роторной или гибридной – стоит еще раз основательно задуматься над тем, в каких целях он будет использоваться. Реализованные по-разному системы обмолота с разной же интенсивностью воздействуют на обмолачиваемое зерно.
Стоит также проанализировать, сколько битого зерна остается в поле в виде потерь. Такие потери визуально практически незаметны, поскольку битое зерно имеет очень ограниченную всхожесть и, следовательно, не прорастает. Однако, в зависимости от производителя техники и настроек, в поле просыпается от 10 до 50 % всего битого зерна, образующегося при обмолоте, то есть в среднем 30 %.
Итак, независимо от целей дальнейшего применения убираемого урожая, уже при обмолоте возникают потери в виде битого зерна. Они представлены в расчетах таблицы 3. Чтобы иметь возможность сравнивать и классифицировать показатели роторных машин, в тех же условиях дополнительно тестировалась машина гибридная. В среднем в обмолоченном ею зерне зарегистрировали 3,39 % битого зерна и 1,12 % сорной примеси. Насколько высокими из-за этого могут быть ожидаемые финансовые потери, проиллюстрировано на примере с долями битого зерна 0,07 % и 3,39 %. Поскольку битое зерно в бункере комбайна не может в дальнейшем быть использовано на семенные цели, оно также считается потерей.
Стабильность равно нечувствительность?
В 2017 году в отдельном исследовании оценивались качественные показатели работы роторных комбайнов, настроенных на высокую производительность. Для этого было взято 23 образца пшеницы, обмолоченной однороторными комбайнами одной серии.
Из них три представляли собой единичные образцы, а десять – парные, в которых один был взят до оптимизации работы машины, а другой – после нее. В качестве показателей качества оценивались всхожесть, число падения, доли сорной примеси и битого зерна. Сначала устанавливались настройки по выбору комбайнера, а затем комбайн перенастраивали на увеличение пропускной способности.
В рамках данного исследования изменение настроек комбайна на содержании битого зерна и сорной примеси никак не сказалось. Оба показателя в массовой доле были на уровне ниже 0,6 % как до, так и после оптимизации. Кроме того, всхожесть в среднем сохранилась на хорошем уровне – 96 %, так что сортовое зерно достигало требуемых предельных значений по всхожести, значит, перенастройка комбайнов на увеличенную производительность никак не отразилась и на качестве зерна. На основании этого можно сделать вывод об исключительной нечувствительности однороторных комбайнов к ошибочным настройкам, способным изменить качество обмолачиваемого зерна.
Ключевой фактор
Повышение производительности комбайна без негативных последствий для качества обмолота возможно. Помимо рассмотренных факторов, на ход уборки большое влияние оказывает оператор комбайна. Уровень производительности у разных комбайнеров отличается вплоть до 30 %.
Если ради оптимальной загрузки машины комбайн в течение длительного времени работает на пределах своих возможностей, и комбайнер очень быстро достигнет своих пределов. После четырех-пяти часов молотьбы в поле у оператора включается своего рода режим безопасной работы, что приводит к снижению скорости движения и, следовательно, производительности.
Кроме того, всё усложняющиеся конструкции комбайнов предъявляют всё более высокие требования к квалификации и опыту комбайнеров, в связи с чем найти операторов становится всё труднее. Поэтому приходится отдавать предпочтение производительности, которую сможет поддерживать комбайнер или которая сгладит огрехи его работы. Одним из вариантов решений могло бы стать привлечение подменного комбайнера. Второе решение – организация в работе оператора перерывов. Однако в Германии минута простоя обойдется хозяйству почти в 5 евро.
Третий вариант – помочь водителю с оптимизацией работы машины посредством систем автоматизации или полностью настроить машину на определенный уровень качества работ и поддерживать его автоматически. Современные автоматические системы оптимизации «заточены» на увеличение производительности. Для контроля потерь и в целях сохранения высокого качества ведения работ на комбайны были установлены различные датчики. Качество обмолота можно оценить по присутствию примеси и битых зерен уже на изображениях с камер, затем – при обработке этих изображений.
Если в трубе выгрузного шнека установлены камеры, то не составит труда проанализировать качество транспортируемого зерна. При таких исходных можно поддерживать оптимальную работу используемых машин и вслед за этим обеспечивать соблюдение желаемых показателей качества. Оператору нужно только один раз установить желаемый диапазон показателей, и машина будет работать стабильно на выбранных пределах значений по доле битого зерна и сорных примесей. В этом случае осуществляется одновременная регулировка скорости движения комбайна и в зависимости от нее устанавливается пропускная способность с учетом заданного уровня потерь.
Стоимость систем автоматизации работы комбайна составляет 13– 25 тыс. евро. Уже только с учетом устранения потерь битого зерна эти системы окупятся за довольно короткое время; расчеты, представленные в таблице 3, подтверждают это.
Выводы
При оптимизации работы зерноуборочных комбайнов наряду с затратами на уборку урожая следует учитывать производительность имеющейся в наличии уборочной техники и квалификацию механизаторов. Одно- и двухроторные комбайны в тестовых испытаниях продемонстрировали высокие показатели качества обмолота зерна. Гибридный комбайн в сравнении с роторными машинами обходится с зерном при его обмолоте агрессивнее. Хотя благодаря более тонкой работе с настройками такого комбайна и тут можно добиться несколько лучших результатов по качественным показателям обмолота.
Оператор комбайна – его дирижер, но системы автоматической настройки работы комбайнов всегда оказываются на высоте: увеличение производительности, сокращение издержек и снижение нагрузки на оператора приносят свои плоды, и инвестиции в допоборудование довольно быстро амортизируются.