Збирання незернової частини урожаю кукурудзи та соняшнику як твердого біопалива

Використання незернової частини урожаю (НЧУ) кукурудзи та соняшнику в якості твердого біопалива стало актуальним у зв’язку з тим, що:

постійно зростають ціни на викопні енергоносії;

зросла потреба у паливі в самих господарствах (наприклад, паливо для сушарок зерна та адміністративно-господарських приміщень тощо);

НЧУ ранніх зернових, сої та кукурудзи і соняшнику користуються попитом у виробників паливних брикетів та гранул.

У науково-технічній літературі об’єми НЧУ кукурудзи та соняшнику, які доцільно збирати для використання на тверде біопаливо, визначають так само як і об’єми збирання соломи ранніх зернових, а саме виходячи з площ посівів, виходу соломи та її втрат під час підбирання й тюкуванні. Такі розрахунки можливо використовувати лише для культур, незернова частина яких після проходження зернозбирального комбайна формується у валок і придатна для підбирання підбирачами барабанного типу пакових чи рулонних пресів.

У процесі збирання кукурудзи через комбайн проходить тільки качан, тому у валок може бути укладена лише обгортка з подрібненими стрижнями. Після збирання кукурудзи її листо-стеблова частина залишається на поверхні поля подрібненою по ширині захвату жатки. Зазначена маса розташовується в жорсткій стерні, висота якої сягає 20 см і більше. В процесі збирання соняшнику взагалі нижні частини стебел залишаються стояти на полі, а через комбайн проходять лише кошики та верхні частини стебел.

ШИРОКЕ ВПРОВАДЖЕННЯ ЗАГОТІВЛІ НЧУ КУКУРУДЗИ ТА СОНЯШНИКУ В АГРОПРОМИСЛОВОМУ ВИРОБНИЦТВІ СТРИМУЄТЬСЯ ТИМ, ЩО МАЄ МІСЦЕ:

відсутність обґрунтованих технологічних процесів, які б забезпечували якісне збирання НЧУ кукурудзи та соняшнику одночасно зі збиранням зернової частини врожаю;

проходження тільки частини всього біологічного врожаю через комбайн;

необхідність додаткових операцій для формування (скошування, згрібання) валків всього біологічного врожаю НЧУ кукурудзи та соняшнику, або розроблення спеціалізованих жаток для кукурудзи та соняшнику;

підвищена вологість (до 50–60 %) складових НЧУ кукурудзи та соняшнику на момент збирання зернової частини врожаю;

відсутність прикладів використання стебел соняшнику на паливо.

Як кукурудзу на зерно, так і соняшник збирають в обмолоченому вигляді, використовуючи зернозбиральні комбайни. При цьому використовують спеціалізовані жатки, причому кукурудзяна жатка, подрібнюючи стебло, залишає стерню висотою 15–20 см, тоді як стерня соняшника становить 0,5–0,7 від загальної висоти стебла соняшника. Технологія збирання кукурудзи в качанах використовується лише у разі її збирання для потреб насінництва. На рис. 1 схематично представлено будову рослин кукурудзи і соняшнику та виділено частини рослин, які збираються зернозбиральними комбайнами або залишаються після збирання.

Зрозуміло, що через комбайн проходять лише качани та кошики з зерном, які від загальної маси становлять 55–68 % для кукурудзи та 55–64 % — для соняшнику (табл. 1). Стерню соняшнику залишають такої висоти задля можливості легко подрібнити і загорнути у ґрунт дисковою бороною. За потреби стебла соняшнику, як і стебла кукурудзи, можна скошувати жаткою і частково подрібнювати при цьому. Аналізуючи можливості відомих технічних засобів для збирання НЧУ кукурудзи та соняшнику нескладно сформувати шість можливих технологій збирання зазначеної НЧУ, які наведено на рис. 2.

ТАБЛИЦЯ 1. ПОКАЗНИКИ СКЛАДОВИХ НЧУ КУКУРУДЗИ ТА СОНЯШНИКУ В ПРОЦЕСІ ЗБИРАННЯ                                                              

Технологія I передбачає одночасне збирання і перевезення всього зерна і НЧУ. Особливістю технології I збирання НЧУ є відокремлення відходів на стаціонарі під час очищення зерна після комбайна. Завдяки можливості виконувати роботи на стаціонарі вдається ретельніше очищати зерно від НЧУ. Ця технологія дає змогу:

підвищити продуктивність комбайнів;

уникнути втрат плюсклого зерна;

спростити логістику перевезення НЧУ до місця переробки.

За технологією I можна збирати як частину кошика, так і майже весь стрижень качана. Обмеженням є технологічні властивості отримуваної суміші — вона повинна без порушень технологічного процесу подаватися в бункер та вивантажуватися з нього. Заміри показали, що таким чином можливе збирання 35–75% кошиків чи качанів, що становить 5,5–7,5% від загальної маси НЧУ.

Однак за потреби збирання більшої частини НЧУ можливо реалізувати інші технології збирання (II–VI, рис. 2). За цими технологіями через комбайн (табл. 1) проходить обгортка і стрижень качанів кукурудзи (10,0–13,45%), або кошик і частина стебла соняшнику (23,7–31,8%, табл. 1). Згідно технології II (рис. 2) маса НЧУ укладається у валок позаду комбайна. Підбирання сформованого валка підбирачем преса (як за збирання зернових) через особливості властивостей сировини призводить до значних втрат маси. Підбирається лише 25–33% маси валка. Таким чином реалізація технології II дає змогу збирати до 8–10% від загальної маси сировини, що не перевищує суттєво її збір за технологією I.

Зібрати сировину, що проходить через комбайн, без втрат можливо, уникнувши укладання її у валок (технологія III, рис. 2). При цьому можна збирати її як у розсипному вигляді (за аналогією з широковідомою потоковою технологією, варіант III а) з наступним пакуванням у тюки чи рулони за допомогою комбінації прес-підбирача з дозатором (варіант III б) чи підбираючи валки підвищеної потужності, сформовані з використанням причепа-накопичувача (варіант III в), так і пресуючи у рулони, використовуючи комбінацію прес-підбирача-дозатора в агрегаті з комбайном (технологія IV).

Розсипну сировину, отриману за варіанта III а, можна перевозити до місць зберігання і складувати. Формування паків, використовуючи навантажувач та комбінацію дозатора з великопаковим пресом (варіант III б) або формуючи валки зі збільшеною погонною масою безпосередньо з причепа (варіант III в), доцільно проводити на краю поля для уникнення перевезення маси в розсипному вигляді.

Реалізуючи технологію III за варіантами III а та III б, можна збирати стрижні, обгортки кукурудзи та кошики й третину стебел соняшнику, частки яких від загальної маси рослин відповідно становлять 10,0–13,5% та 23,7–13,8%. За реалізації цієї технології за варіантом III в можливе отримання сировини на 10–15% менше, ніж за варіантами III а та III б. Це пов’язано з неминучими втратами рослинної маси під час підбирання валків.

Варіант IV дає можливість отримувати сировину в тих самих об’ємах, що й варіант III а, але без її втрат. Однак реалізація цього варіанта потребує більш складної модернізації комбайна —крім встановлення кидалки з приводом взамін причепа, потрібно встановлювати комбінацію дозатора з прес-підбирачем. За такої конструкційно-технологічної схеми суттєво ускладнюється привод дозатора та прес-підбирача.

Реалізація проаналізованих варіантів (I–IV) забезпечує збирання лише частини НЧУ, яка проходить через молотарку комбайна. Збирання стебел, що залишаються на полі, передбачають технології V та VI.

Загальновідомо, що соняшник є складнішою культурою у збиранні НЧУ, оскільки частина його стебел залишається стояти нескошеними (стерня), їхня висота сягає 1,5 м (варіант V). Технологічний процес збирання у такому разі має включати операції скошування, згрібання у валки та їх підбирання. Збирання НЧУ кукурудзи дещо простіше, адже з процесу виключається операція скошування, яка виконується жаткою комбайна для збирання зерна кукурудзи.

В науково-технічній літературі відсутня інформація про технологічні процеси та технічні засоби збирання НЧУ соняшнику, включаючи його стебла. Авторами статті проведено експериментальні дослідження збирання всієї НЧУ соняшнику. Дослідження проводилися за сприятливих погодних умов (температура повітря становила понад 20°С, опади відсутні) на 3–5 день після збирання насіння соняшнику.

Після проходження комбайна залишилися стебла довжиною 74–79 см, причому вони були нахилені під кутом 48,3–55,8° за напрямком руху комбайна. Кількість стебел вологістю 20% у перерахунку на абсолютно суху речовину становила 34,18 ц/га (39% від загальної маси), а кошиків з частиною стебел після проходження комбайна — 28,45 ц/га (32% від загальної маси). Для досліджень було використано загальновживані технічні засоби для заготівлі кормів: двобарабанну ротаційну косарку КР-1,6, граблі ГВ-3,4, рулонний прес-підбирач ПР-Ф-145, комбайн роторний «Рось-2».

Скошування проходило без будь-яких порушень процесу як проти нахилу, так і за нахилом стебел (рис. 3, 3,1). Скошування проводилося на висоті 7–10 см. Деякі стебла залишалися цілими, інша частина (40–50%) потрапляли під наступний ніж і перебивалися на 2–3 частини. Валок із стебел не утворювався.

Згрібання стебел колісно-пальцевими граблями, встановленими під кутом 45° до напрямку руху, проводили, перегортаючи утворений за попередній прохід валок, з метою утворення потужного валка (рис. 4). Операція перегортання проводилася на першій передачі. Доцільним є два-три перегортання, тобто можливе формування валка з ширини 12–18 м. Після згрібання на полі залишається 31,6% сировини, причому 63,7% залишків — це сировина, що пройшла через комбайн. Згрібанню заважала стерня, що залишилася після скошування стебел.

Підбирання рулонним прес-підбирачем (варіант Vа) дає змогу сформувати рулони масою 180–200 кг (рис. 5). За підбирання маси з валка шириною 1,6–1,7 м та висотою до 0,5 м залишається непідібраною сировина переважно завдовжки до 50 мм в кількості 10,6% від загальної маси.

Окрім скошування стебел ротаційною косаркою під час проведення досліджень, стебла скошувалися і вантажилися в причеп (варіант Vб) роторним комбайном «Рось-2». Отримана маса мала середньозважену довжину 142,75 мм, причому включень понад 250 мм було майже 10 %. Із зібраної маси було сформовано валок високої погонної маси. Після його підбирання залишок сировини був у 2,27 рази більший, ніж за підбирання аналогічного валка, сформованого без подрібнення сировини. Зрозуміло, що це пояснюється зменшеною довжиною частинок сировини, які не підхоплюються пальцями підбирача.

Для реалізації варіанту V в слід використати візок-підбирач, що спрощує логістику заготівлі НЧУ та зменшує енерговитрати на подрібнення сировини. Таким чином, у разі збирання сировини соняшнику за варіантом V у полі залишається 42,2% від загальної маси НЧУ. Аналогічного результату слід чекати й за збирання НЧУ кукурудзи, оскільки стебла її подрібнюються жаткою.

За варіанту VI подрібнені стебла кукурудзи жаткою укладають у валок шириною 2,0–2,2 м, який розташовується між колесами комбайна. Поверх цього валка укладається сировина, що пройшла молотарку комбайна. Валок відразу або через деякий час, що пов’язано з досушуванням сировини, може бути підібраний прес-підбирачами (рулонними чи паковими, варіант VI а), кормозбиральними комбайнами (варіант VI б), візками-підбирачами (варіант VI в). У виробничих умовах було перевірено останній варіант (рис. 6).

Повнота збирання сировини при цьому становила 70,6–85,4% від загальної маси. Високе значення повноти збору пояснюється тим, що сировина, яка пройшла через комбайн, розташовується поверх валка. Окрім того, необхідно відмітити, що підбирач мав покращену конструкцію: зменшено діаметр підбирача, відстань між пальцями, використовуються притискні ролики.

На рис. 7 представлено зміну повноти збирання, залежно від проаналізованих технологій збирання НЧУ кукурудзи та соняшнику. Збільшення повноти збирання НЧУ веде до підвищення номенклатури та складності використовуваних технічних засобів. Збирання стеблової частини НЧУ потребує додаткового використання кормозбиральної техніки (косарки, граблі) або спеціалізованих жаток зернозбиральних комбайнів, здатних формувати валок зі стебел.

Висновки. Заготівля стеблової маси в ущільненому вигляді (рулони, паки) для енергетичних потреб є доцільнішою, ніж у розсипному вигляді. Господарства, які вирощують кукурудзу та соняшник, повинні обирати технологію збирання незернової частини врожаю залежно від площ посіву культур і потреб у стебловій масі. Досліджувані варіанти збирання незернової частини врожаю забезпечують повноту збирання стеблової маси від 3,5 до 85,4%. Кінцевий вибір варіанту збирання сировини визначається не лише повнотою збирання сировини, а і його техніко-економічними показниками з урахуванням компенсації поживних речовин, що забираються з поля з незерновою частиною врожаю.

В. Адамчук, д-р. техн. наук. академік НААН

Кузьменко, канд. техн. наук,

А. Кузьмич, канд. техн. наук,

В. Максіменко, канд. техн. наук

ННЦ «Інститут механізації та електрифікації сільського господарства»

журнал «Пропозиція», №11, 2021 р.