Хто є хто серед комбайнів, або Навіщо платити більше
Аналіз роботи комбайнів із барабанною системою обмолоту різних марок засвідчив, що їхня продуктивність (пропускна спроможність) однозначно залежить від потужності двигуна. Причому спостерігається певна пропорція між показниками зростання потужності, пропускної здатності та вартістю однієї одиниці останньої.
Аналіз роботи комбайнів із барабанною системою обмолоту різних марок засвідчив, що їхня продуктивність (пропускна спроможність) однозначно залежить від потужності двигуна. Причому спостерігається певна пропорція між показниками зростання потужності, пропускної здатності та вартістю однієї одиниці останньої.
М. Занько, канд. техн. наук, завлабораторії збирання та первинної переробки урожаю,
УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого
Про це свідчать результати, отримані розрахунковим шляхом. Наприклад, збільшення енергозабезпечення комбайна LEXION-670, порівняно із комбайном «Єнісей КЗС-950», у 2,1 раза дало змогу збільшити пропускну здатність першого у 2,2 раза. Величина іншого важливого показника — вартості однієї одиниці пропускної здатності (грн/(кг/с)), на прикладі цих самих комбайнів, також збільшилась фактично на цьому ж рівні — у 2,3 (!) раза. Доцільно зазначити, що зростання пропускної здатності комбайна, яке характерне для сучасних комбайнів із високою продуктивністю, поряд зі збільшенням його енергозабезпечення супроводжується одночасним ускладненням конструкції, збільшенням технічних параметрів усіх систем комбайна та функціональних можливостей макросистеми, якою є молотарка. Але є низка інших важливих технічних характеристик, які кількісно узгоджені з функціональними можливостями комбайна. Це дає підставу включити їх у загальну оцінку комбайна під час визначення основного показника продуктивності — пропускної здатності.
Зернозбиральний комбайн складається із кількох технологічних систем: жатки, молотарки (у складі систем обмолоту, сепарації та очищення зерна), двигуна, — які повинні мати рівнозначні функціональні характеристики та можливості, тобто пропускну здатність. Наприклад, якщо молотарка матиме пропускну здатність 10 кг/с, то жатка має забезпечити подавання хлібної маси продуктивністю 10 кг/с, а двигун — розвивати потужність, якої буде достатньо для зрізування, подавання в молотарку та обмолочування в цьому режимі такої кількості маси і водночас забезпечити переміщення комбайна полем.
Порівняння комбайнів можливе за різними критеріями, однак користувачів цієї дорогої продукції насамперед цікавить, яку продуктивність забезпечує агрегат. Кожен комбайн має свій рівень продуктивності, тож відповідно до її показника цю с.-г. техніку можна розподілити у певному порядку, тобто надати відповідний ранг.
Таке завдання реально можна оперативно вирішити, коли в досліджувану групу входять два-три комбайни. А коли є гостра необхідність порівняти 10–15 комбайнів, які водночас перебувають у різних господарствах або навіть країнах? А ще більша проблема — проведення оцінювання, коли комбайн тільки-но розроблено, а він уже отримав гучну рекламу в Ганновері на черговій міжнародній виставці, і ви загорілися бажанням будь-що придбати саме той, далекий поки що від вас комбайн. Як бути у такому разі?
Відповідь може бути одна: самостійно, з допомогою простих методів, провести ранжування комбайна і визначити його місце серед інших «колег». Але яка для цього потрібна методика і наскільки вона буде практичною, реальною та достовірною?
Методологія ранжування зернозбиральних комбайнів із барабанною системою обмолоту відповідно до технічних параметрів. Оцінювання комбайна за його пропускною спроможністю можна провести тільки відповідно до його технічних параметрів. Які ці показники і характеристики та методологія їхнього поєднання для аналізу?
Загальна методологія ранжування комбайнів із барабанною системою обмолоту включає такі обов’язкові етапи:
формування групи комбайнів із барабанною системою обмолоту — до неї можуть входити серійні комбайни, що реалізуються на світовому ринку, та ті, що перебувають на етапі розробки, але в яких уже визначені основні технічні параметри;
встановлення оцінного показника — у цій якості виступає його пропускна спроможність;
складання ранжувальної таблиці;
експертне оцінювання та аналіз номенклатури технічних показників комбайна; вибір основних, що зумовлюють вплив на формування величини оцінного показника;
визначення номенклатури показників призначення комбайна, які обумовлюють влив на формування оцінного показника;
визначення величини оціночного показника комбайна;
порівняння оцінного показника і розташування його у порядку зростання, тобто ранжування.
Технологічні системи, які беруть до уваги під час ранжування барабанних комбайнів:
система обмолоту із барабанами різного конструкційного виконання та призначення (молотильні, сепарувальні, ротаційні, гальмувачі, прискорювачі);
зернова жатка для прямого комбайнування як система, що визначає режим живлення комбайна для досягнення ним проектної продуктивності;
соломотряс, що сепарує залишки зерна із обмолоченої соломи та формує певний рівень втрат за молотаркою;
двигун комбайна.
Технічні показники, що прийнято вважати визначальними під час ранжування зернозбиральних комбайнів. Визначальними для зазначених вище систем є показники, які обумовлюють кількісне формування втрат зерна за молотаркою та пропускну здатність. Причому досліджувана сукупність показників, що визначають скінченну величину оціночного показника, може містити малозначимі, на перший погляд, значення. Але вони, разом з тим, можуть зумовлювати вагомий вплив на формування оцінного рівня — це такі технічні характеристики: інтенсивність різання ножа різального апарата, ширина молотарки, діаметр молотильного барабана, площа молотильно-сепарувальних дек, довжина соломотряса і потужність двигуна.
Розглянемо їх детальніше.
Ширина молотарки — одна із основних технічних характеристик, параметр якої визначає параметри всіх інших її технологічних систем: довжину робочої частини молотильного барабана і МСС, ширину системи очищення зерна та сепарації грубого вороху — і тим самим — число клавіш соломотряса, а разом з ними, відповідно, і їхню площу. Названі системи визначають інтенсивність обмолочування, виокремлення зерна із обмолоченої маси і його чистоту. А це, своєю чергою, — прямий шлях для досягнення проектного значення пропускної спроможності (q, кг/с) та забезпечення певного рівня продуктивності комбайна за 1 год основного часу (W, т/год): W = q×3600×10–3.
Природно, більша ширина молотарки забезпечує надходження більшої кількості технологічної маси, що може бути піддана обмолочуванню та переробці із встановленими параметрами якості.
Мінімальна ширина молотарок сучасних комбайнів — на рівні 1000, максимальна — 1700 мм. Тому всі молотарки барабанних комбайнів за діапазоном конструкційної ширини розподілено на п’ять груп: І — 1000–1200 мм, ІІ — 1201–1390, ІІІ — 1401–1500 , ІV — 1501–1599 , V — 1601–1700 мм. Відповідно, до комбайнів малої продуктивності попередньо можна віднести комбайни з шириною молотарки на рівні нижнього порогу діапазону — 1000 мм, до високопродуктивних — із шириною молотарки на рівні 1700 мм.
Діаметр молотильного барабана — технічний параметр основного робочого органа молотарки. У сучасних комбайнах він становить 450–800 мм. Практика свідчить, що барабан більшого діаметра має більшу молотильну та сепарувальну здатність, оскільки зумовлює синхронне збільшення довжини ввігнутої робочої поверхні деки та траєкторії руху. Вірогідність просипання (основна сепарація — до 90%) зерна через решітчасту поверхню деки зростає. Найбільш застосовуваним у багатьох комбайнів, що забезпечують пропускну здатність 5–14 кг/с (за продуктивності 9–25 т/год) є молотильний барабан діаметром 600 мм. Цю розробку барабана використовують у комбайнах різних фірм-виробників фактично із 60-х років ХХ ст. — він універсальний і адаптований до обмолочування багатьох технологічних культур. За час експлуатації комбайнів із таким барабаном виросло майже чотири покоління комбайнерів. Тож щодо технологічного налаштування молотарки на оптимальний робочий режим проблем не виникає: комбайни мають незначні втрати зерна та максимально реалізують закладений у їхню конструкцію потенціал продуктивності.
Молотильно-сепарувальні деки — обов’язковий елемент конструкції барабанної МСС. Кожен барабан, як правило, має молотильну або сепарувальну деку. Їхнє функціональне призначення — безпосередня участь в обмолочуванні: основна (до 90%) або додаткова (після МСС) сепарація зерна із технологічної маси у зоні розташування МСС. Відповідно до конструкційного виконання і технологічного призначення деки виконують дві функції — обмолочування та основної сепарації, у результаті якої зерно, своєю чергою, надходить у передню, стартову, зону струшувальної дошки. Обмолочування та рух отриманої при цьому маси (зерно + солома і полова) відбувається по всій довжині ввігнутої траєкторії внутрішньої поверхні деки, яка «обіймає» барабан довкіл на 120–130°. Тобто кількість хлібної маси, яка може піддаватись ефективному обмолочуванню у МСС, і продуктивність розподілення-сепарації обмолоченого зерна і соломи значною мірою визначаються довжиною ввігнутої траєкторії та шириною деки, що ідентична ширині молотарки. З-поміж усіх зазначених факторів площа дек — саме той вирішальний фактор, який визначає здатність молотарки виконувати обмолочування маси із певною продуктивністю. Кількість та площа дек системи обмолоту обумовлюється числом барабанів, що входять до складу МСС. Природно, що комбайн зі значною площею дек МСС має більшу продуктивність порівняно із комбайном з невеликою площею дек. Слід відмітити, що найменше значення цього параметра перебуває на рівні 0,51, максимальне — 2,57 м2. Що характерно: тут також зберігається умовна пропорція між технічними параметрами і пропускною здатністю: площі дек 0,51 м2 відповідає пропускна здатність 4 кг/с, а площі 2,57 м2 — 20 кг/с. Між відповідними значеннями обох показників коефіцієнт дорівнює п’яти (!), тобто пропорція витримується.
Однозначно можна зробити висновок, що площа дек МСС виконує певну визначально-ідентифікаційну роль, оскільки має безпосередню «прив’язку» як до системи обмолоту, так і до комбайна конкретної моделі і, що важливо, — певного діапазону його продуктивності. Це дає підстави прийняти цей показник як основний під час ранжування комбайна за пропускною спроможністю.
Соломотряс призначений для остаточної сепарації залишків зерна із обмолоченої соломи. Які фактори зумовлюють якість його роботи, тобто втрати? Першочергово — довжина клавіші. Основний її фактор — довжина, своєю чергою, визначає довжину та геометрію траєкторії, якою рухається обмолочена солома в просторі молотарки, та ефективність остаточного виокремлення (сепарації) із неї залишків зерна, які не піддались сепарації через деки МСС. Коротка клавіша, на рівні 3,83 м (SR-2035 Sampo Rosenlew), у режимі високих параметрів подавання неповністю сепарує залишки зерна, втрати за молотаркою будуть значні — більші ніж допустимі. Особливо великі втрати будуть за соломотрясом, коли ми захочемо, щоб такий комбайн працював за продуктивності, яка перевищує його проектну. Тому такий соломотряс використовують у комбайнах із незначним рівнем подавання маси — пропускною спроможністю 3,5 кг/с. Збільшення довжини соломотряса до 4,6 м (комбайн СS-6090 фірми New Holland) — параметр, який сприяє добрій сепарації зерна із соломи у режимі підвищених обсягів подавання маси, що забезпечує пропускну здатність на рівні 10–11 кг/с. Отже, довжина соломотряса визначає якість роботи, тобто кількість втрат зерна, і таким чином зумовлює величину пропускної спроможності і водночас — продуктивність комбайна.
Жатка — визначальна система для реалізації потенціальної здатності комбайна щодо продуктивності. Одним із шляхів забезпечення подавання маси на обмолочування на рівні 20 кг/с (і більше) та реалізації потенційно високої продуктивності комбайна є здатність жатки забезпечити формування такого технологічного потоку. Для цього вона має забезпечувати зрізування хлібної маси із високою швидкістю та завдяки значній ширині захвату формувати потужний потік маси у молотарку. Ці фактори створюють передумови для високої робочої швидкості руху комбайна. Слід зазначити, що майже всі сучасні комбайни у своєму комплектувальному «арсеналі» мають декілька однотипних зернових жаток, які різняться шириною захвату. Наприклад: барабанний комбайн компанії Claas — Tucano-450 для забезпечення подавання зернового матеріалу на рівні 16 кг/с, залежно від проектних умов роботи — урожайності зернової культури, комплектується жатками із шириною захвату: 12 м, 10,5; 9; 7,5; 6,6; 6 та 5,4 м. До технічних характеристик, які визначають технічний рівень жатки, комбайна та продуктивність, слід віднести інтенсивність різання ножа (циклів/хв) різального апарата. Саме вона обумовлює здатність зрізування стебел технологічної культури з певною (високою) інтенсивністю. Тим самим для комбайна забезпечується основна передумова — рухатися із високою робочою швидкістю. А це, своєю чергою, — основа забезпечення проектного рівня подавання технологічної маси у молотарку та її високопродуктивної роботи. Для жаток усіх шести груп визначено інтенсивність різання, яка відповідає сучасному рівню. Наприклад, для комбайнів із шириною молотарки 1400–1499 мм цей параметр перебуває на рівні 1100–1220 циклів/хв і є характерним фактично для всіх комбайнів цієї групи. Разом із тим, це вагомий аргумент непрямого твердження, що зазначена група комбайнів, створених в останнє десятиліття, досить високотехнологічна і, в основному, відповідає сучасному технічному рівню. Дослідження свідчать, що комбайни І–ІІ поколінь мають циклічність ножа різального апарата на рівні 750 циклів/хв, а IV — до 1220 циклів/хв. Така технічна характеристика є доволі переконливим аргументом для оцінювання технічного рівня комбайна і потенційної можливості досягнення ним високої продуктивності.
Рівень енергозабезпечення комбайна. Встановлений рівень продуктивності комбайна та оптимальні енергозатрати при цьому можливі за відповідного енергозабезпечення — достатньої потужності двигуна. Здебільшого цей показник комбайнів перевищує енерговитрати під час роботи комбайна у режимі проектної продуктивності на величину до 10% потужності двигуна. Для комбайнів барабанного типу енергозабезпечення розроблено відповідно до марки комбайна та ширини молотарки відповідної групи. Аналіз енергозабезпечення комбайнів різних моделей, але однакових технічних параметрів (навіть однієї фірми-виробника) свідчить, що потужність застосованих двигунів має значний діапазон. Тому одним із критеріїв відповідності енергозабезпечення певного комбайна сучасному технічному рівню прийнято вважати узгодженість його величини із технічними параметрами МСС — площею молотильно-сепарувальних дек та порівняльну оцінку його величини у цій групі (за шириною молотарки). Причому перевагу віддано меншому значенню потужності, яке за рівних значень технічних параметрів молотарок цієї групи забезпечує отримання регламентованої продуктивності.
Слід зазначити, що для комбайнів із шириною молотарки 1600–1700 мм і пропускною спроможністю на рівні 14 кг/с і більше енергозабезпечення становить 225–413 к. с. Із урахуванням того, що розподілення потужностей двигунів комбайнів цієї групи підпорядковується нормальним вимогам, оптимальному рівню відповідає енергозабезпечення у діапазоні
295–385 к. с. Далі буде