Как комбайны собирают урожай

Зерноуборочный комбайн: строение, особенности и применение.

📝ЗЕРНОУБОРОЧНЫЙ КОМБАЙН – это сложная специализированная машина, предназначенная для уборки зерновых культур (пшеница, ячмень, кукуруза, соя и др). Такие машины производят сразу несколько операций за один проход: срезание или подбор убираемой культуры из валка, обмолот зерна в молотильно-сепарирующем устройстве, измельчение и распределение по полю пожнивных остатков. Главная задача такой сложной конструкции – получить чистое зерно, которое после выгрузки с комбайна пойдет на первичную обработку, сушку, переработку или на хранение под семенной фонд следующего года.

В течение всего XIX века многие конструкторы по всему миру независимо друг от друга проводили эксперименты по созданию сложных механизированных машин для уборки урожая зерновых. Первые прототипы современных комбайнов имели конную тягу и частично замещали ручной труд, что позволяло проводит уборку в более сжатые сроки.

Важной вехой в развитии комбайнов стал 1905 год, когда американская компания Holt представила миру первый самоходный комбайн на паровой тяге. Спустя два года этой же компанией была создана машина уже с двигателем внутреннего сгорания. Первым же советским самоходным комбайном стала модель «Сталинец-4», созданная и запущенная в производство сразу на нескольких заводах в 1947 году.

Наиболее активное развитие самоходные зерноуборочные комбайны получили уже во второй половине XX века. Особый вклад в это развитие внесли такие компании как InternationalHarvester, Massey-Harris и CLAAS.

Современные зерноуборочные комбайны имеют схожую конструкцию и включают следующие элементы:

✅Жатка (производит срез или подбор культуры из валка и направляет ее к наклонной камере).

Подробнее о выборе и особенностях работы с жатками:

✅Наклонная камера (фиксирует жатку на комбайне и направляет скошенную массу в приёмную камеру).

✅Молотильно-сепарирующее устройство или МСУ (принимает скошенную массу через приемную камеру, производит обмолот и очитку зерен от соломы и примесей).

✅Измельчитель соломы (производит измельчение стеблей культуры и распределяет их за комбайном).

✅Зерновой бункер (накапливает чистое зерно, прошедшее обмолот и очистку в МСУ).

✅Другие элементы конструкции: кабина, двигатель и, чаще, 4-х колесное шасси.

МСУ является важным элементом и сердцем любого зерноуборочного комбайна, в большей степени определяющее его особенности, производительность и спецификацию. Все МСУ можно разделить на три типа:

✅Клавишно-барабанные: классический вариант, состоящий из 1-2х барабанов, клавишного соломотряса, решет и вентилятора.

✅Роторные: более производительный вариант МСУ, где обмолот и сепарация происходят в продольном или поперечном роторе, а финальная доочистка как в классическом варианте – на решетах.

✅Гибридные: включают в конструкцию поперечный молотильный барабан, продольный ротор и систему решет. Объединяют преимущества двух предыдущих вариантов МСУ.

✅Мощностной диапазон: так же, как и трактора, зерноуборочные комбайны имеют широкий диапазон по мощности двигателя – обмолот большого потока зерновой массы не менее трудоемкая операция, чем глубокая обработка почвы. Так, на данный момент самый высокий показатель мощности 790 лс у комбайнов CLAASLexion 8900 и FNDT Ideal 10, которые оснащаются двигателем D26 от компании MAN.

✅Широкий выбор жаток: для раздельной уборки на комбайны устанавливают подборщики шириной не более 2-3 метров. Для прямого же комбайнирования рынок жаток может предложить, как шнековы насадки шириной 10-11 м, так и дреперные с еще большим захватом. На данный момент лидер в этом сегменте австралийская Midwest, которая выпускает жатки с захватом более 18 м.

Зерноуборочные комбайны являются одними из самых сложных, технологичных и дорогостоящих сельскохозяйственных машин, так как производят комплекс операций с конечным результатом полевых работ – урожаем, который далее с поля в виде зерна поступает на последующую переработку. Любые недостатки конструкции комбайна и ошибки в настройке на этапе уборки могут повлечь серьезные потери в качестве и количестве полученного зерна.

Поэтому современные комбайны более чем трактора и другая самоходная техника оснащаются самыми последними техническими решениями, в том числе системами интеллектуальной настройки МСУ в режиме «онлайн», автоматической синхронизацией с другими машинами на поле, такими как комбайны и бункеры-перегрузчики, а также датчиками урожайности с «по гектарной» привязкой и многими другими технологиями, позволяющими получить наибольшую рентабельность от возделывания сельскохозяйственных культур.

Источник

Как работает комбайн: устройство, принцип работы

Зерноуборочный комбайн широко распространен в сельском хозяйстве для уборки пшеницы, рожи, ячмени и других колосовых культур. Кроме того, данная машина выполняет задачи и по сборке других технических сортов зерновых, таких как подсолнечник, зернобобовые, мелкосеменные смеси, гречиха и рапс. Наиболее распространенными комбайнами считаются самоходные комплексы «Вектор», «Дон-1200» и «Дон-1500» с производительностью 8-12 тонн за один час. Потери зерна при этом не превышают 1,5%. Эти сельскохозяйственные комплексы представляют собой сложные механизмы, выполняющие определенные операции по следующей технологической цепочке:

• срезание хлебных колосьев, подача их к молотильне и обмолот
• очищение вороха, перемещение в бункер и выгрузка зерна.

Выполнение этих операций ручным способом требует колоссального физического труда, и в связи с этим на помощь приходят комбайны, прекрасно функционирующие в полях. Они быстро собирают зерновые и автоматически отделяют нужную часть урожая в зависимости от выбранной настройки, адаптированной под ту или иную культуру.

Навигация по статье

Устройство и схема работы комбайна

Насколько комбайн функционален, настолько и конструктивно прост, несмотря на наличие большого количества элементов, которые при одновременной работе значительно повышают эффективность сбора урожая.

В соответствии с классической конструкцией комбайн состоит из следующих компонентов:

• жатки
• бункера
• проставки
• трансмиссии
• ходовой части
• гидравлической части
• электрической части
• двигателя
• наклонной камеры
• молотильно-сепарирующего устройства (МСУ)
• органов управления
• кабины
• электронно-контрольной системы.

Данный набор компонентов наряду с их высокой производительностью обеспечивает длительную и эффективную работу. Однако от оператора требуется постоянный контроль за состоянием всех элементов комбайна, которые можно заменить при необходимости. Своевременное обслуживание (заточка лезвий, замена расходных материалов) продлит срок службы и повысит долговечность.

Классическая схема работы комбайна предусматривает раму, которая является основой всей силовой конструкции. На раму опираются передний и задний мосты. При этом сзади установлены ведущие колеса, а сзади – поворотные. Помимо этого, на раме закреплены ряд молотильных приспособлений, транспортировочных устройств, ДВС, кабина с органами управления, гидравлическая система, электрооборудование и сам бункер для сбора урожая. В передней части с помощью шарниров зафиксирована жатвенная часть, а сзади установлен копнитель для соломы или измельчитель.

Краткий принцип действия комбайна

У зерноуборочного комбайна может быть несколько операций одновременно. Техника перемещается по полю и срезает зерновые культуры, которые затем подаются в молотильный аппарат для последующего обмолота зерна от колосьев. Следующим этапом является очищение обработанного зерна от постороннего мусора для получения готового продукта.

Он подается в готовый бункер, который постепенно заполняется по мере обработки поля. Его содержимое опустошается в месте выгрузки, после чего комбайн снова готов к выполнению вышеуказанной технологической цепочки задач. Учитывая все эти функциональные возможности, такую машину можно назвать универсальной, способной заменить жатку, молотилку, веялку и другие узкоспециализированные средства для сбора урожая. Более того, возможности комбайна можно расширить благодаря установке навесного оборудования.

Как работает оборудование комбайна

Подробный принцип действия зерноуборочного комбайна можно разделить на несколько этапов.

1. Мотавильный механизм наклоняет хлебостои, затем производится обрезка культуры режущим аппаратом
2. На шнек поступает растительная масса, которая постепенно сужается и подается в наклонную камеру, а после нее – в МСУ по транспортировочной ленте
3. В работу вступает принимающий битер для уборки пшеницы, который перемещает сырье к барабану, а специальный камнеуловитель не допускает попадания камней и тяжелых предметов, которые мгновенно откидываются винтовыми лопастями
4. Дека принимает колосья, которые проходят через бичи и выбиваются через специальные насечки, затем с целью уменьшения потерь прямые биения заменяются на скользящие
5. После сталкивания соломенной массы с поперечной планкой начинается процесс отделения в сепарирующей зоне. Она обмолачивает всю соломенную массу, из которой получается до 80% зерновых культур, а остаток распушается на соломотрясе
6. После прохождения зерен через клавишный механизм происходит их очищение на специальной решетке, а солома переходит в копнитель
7. Передвижение вороха осуществляется от МСУ и соломотряса по стрясной доске прямо к пальчиковой решетке, где происходит процесс очищения путем выдувания примесей мощным потоком воздуха, исходящим от вентиляторов. Зерно скатывается по доске и поступает в шнек
8. После шнека колосья попадают в колосовой элеватор, затем их принимает распределительный шнек, а потом они попадают в отбойный битер и барабан. Происходит повторное обмолачивание
9. Шнек переносит сырье в зерновой элеватор и бункер, затем происходит уплотнение соломы при помощи прессующей камеры половонабивателя, который наполовину уплотняет солому, попавшую в копнитель и направляет полову на дно устройства.

После его заполнения оператор жмет на соответствующую педаль и выгружает копну. После выгрузки происходит автоматическое закрытие копнителя. Если вместо него установлен измельчитель, тогда мякина перемалывается и разбрасывается по полю.

Схемы и наглядные пособия по устройству и работе комбайна

Подготовка комбайна к работе

Подготовка комбайна к работе подразумевает ряд мероприятий, при которых должны быть учтены все нюансы. Потеря хлебной массы при обмолоте является типичной проблемой, которая не поддается стандартизации. Поэтому ее частично решают путем совершенствования комбайна, который оснащают дополнительным оборудованием, наделенным широким набором регулировок. Благодаря этому можно снизить издержки.

Безусловно, оборудование необходимо правильно настроить, что и является залогом бесперебойной и эффективной обработки урожая с минимальными потерями. Для этого уделяют особое внимание настройке зерноуборочного комбайна, а именно следующим параметрам:

• диапазон скоростей молотильного барабана устанавливают в пределах 900-1300 об/мин
• скорость вращения вентилятора не должна превышать 700-850 об/мин
• зазор основной деки на уровне 8-12 мм, а отверстие решета – 8-10 мм
• пазы вентилятора – точки 2-3.

Как правило, агрегат готов к работе после проверки его технического состояния, комплектности, а также тестовой работы всех транспортировочных систем и единиц комбайна. Детальная проверка позволит выявить неполадки и заранее устранить их перед выездом в поле. Ниже представлены узлы, которые подвергаются обслуживанию в первую очередь.

• проверка всех крепежей, фиксаторов, ремней и цепей
• контроль расположения шкивов, контуров и звездочек
• проверка деталей на герметичность
• замена масла и фильтров в двигателе, мостах и трансмиссии при необходимости
• проверка усилия на педалях управления.

Источник

Как мы первыми в мире роботизируем кормоуборочные комбайны

Недавно мой коллега рассказал как мы роботизируем зерноуборочные комбайны и чему научились за этот сезон.

Начинается уборка кормовых культур и мы активно осваиваем кормоуборочную технику.
Кормоуборочный комбайн – технически более сложная и мощная машина. В связке с ним идут сразу несколько транспортных средств для сбора урожая (трактора с прицепом, грузовики, силосовозы). К работе на такой технике допускаются только опытные механизаторы, у которых за спиной несколько лет работы.

Работа на комбайне во время уборки кормовой кукурузы похожа на езду в машине в густом тумане, только вместо тумана на протяжении всего пути высокая зеленая стена из растений, из которой может выскочить кабан, столб или человек. Перемолов человека (история есть в моей прошлой статье), комбайнеры седеют и больше не могут работать. Кроме этого, в этом «зеленом тумане» надо суметь не врезаться в рядом едущий силосовоз, следить за точностью загрузки силоса с хоботом длиной до 7 метров, из которого вылетает по 50-60 кг силоса в секунду, и равномерно заполнять фургон, чтобы он не гонял полупустым туда сюда.

Фактически один комбайнёр работает за троих, следит за процессом уборки кукурузы (одно рабочее место), ведёт технику (второе рабочее место), загружает силосовоз (третье рабочее место). В итоге что-то страдает. Если плохо вести, можно сломать дорогую технику (минимальная цена кормоуборочного комбайна 16 млн рублей, есть модели и по 50 миллионов), поэтому обычно ухудшается качество уборки и загрузки.

Большую часть работы мы автоматизируем, сейчас расскажу какие сложности мы преодолеваем и что делаем.

Отсутствует видимость

Высота спелой кукурузы в среднем 2-2,5 метра, высота комбайна 2,5 метра, механизатор находится чаще всего на уровне чуть выше стоящего на земле человека и видит перед собой только растения, дальше своего носа он по сути уже не видит и так на протяжении всего рабочего дня, а это 12 часовая смена, немногие могут выдержать такое напряжение на глаза и держать темп сборки, а еще на пути могут выскочить кабанчики или столб!

Существуют комбайны, например KRONE, с телескопической кабиной, которая поднимается на высоту до 3 метров, или Acros RSM-142 высотой 4 метра, но это скорее исключение из правил.

Поэтому работать за таким комбайном могут только опытные комбайнеры, которые проработали уже 3-4 сезона.

Потери во время работы

В отличии от зерноуборочных, кормоуборочный комбайн не может хранить урожай в бункере, а сразу выдает его через выгрузной хобот в едущее рядом транспортное средство. Как я говорил, скорость выброса силоса может достигать 50 кг в секунду, в зависимости от модели комбайна, длина хобота при этом 5-7 метров. Немного отъехал от машины вбок или притормозил и потерял полтонны силоса за 10 секунд. В среднем до 7-10% урожая остается на поле. Потерянный силос никто уже не собирает, потери на ГСМ будут гораздо больше. На видео видно как высыпается силос, если немного сдвинуть хобот.

Равномерное заполнение фургона

В бригаде с одним комбайном до 7 машин, заполняется одна машина примерно за 20 минут. За день они могут совершить свыше 10 рейсов до силосной ямы. Все зависит от длины плеча доставки. Если поле рядом с ямой, то плечо короткое и можно совершить больше рейсов для выгрузки, если дальше, рейсов становится меньше и здесь становится очень важным правильное заполнение фургона (силосовоза), чтобы не возил воздух. Привез половину прицепа, считай потерял на топливе, комбайнер должен максимально правильно направлять хобот, чтобы равномерно наполнить силосовоз.

Что мы можем автоматизировать в кормоуборочных комбайнах?

Как уже говорилось выше, для работы на таких комбайнах допускаются только опытные комбайнеры. Почти все эффективные механизаторы обучались при СССР, после чего технологические секреты этой цивилизации были утеряны. Конкретно ослабло обучение, и приходящие «молодые», естественно, работают хуже. Это нормально почти для всех рабочих профессий, но конкретно здесь наш робот как нельзя больше востребован в первую очередь из-за этого эффекта.

Второе, наш робот видит кромку, препятствия на поле, видит другую технику. Работа комбайнера максимально упрощается, теперь он может следить за техническим состоянием комбайна, за калибровкой фракции кукурузы, которая наиболее подходит для данного типа скота.

Также наш робот может полно и равномерно, а главное точно заполнить силосовоз, это уменьшает потери на ГСМ и сводит потери на уборке к нулю.

Нормой считается потеря на уборке 7% урожая, если их свести к нулю, то поскольку силос делается в основном не для продажи, а для корма своего скота, мы можем уменьшить засев под кукурузу на 7% и отдать его под пшеницу, что более выгодно. Скажем если выделено 1000 га на кукурузу, из них 70 га отдать под пшеницу, то даже по минимальным оценкам при урожае в 30 центнер с 1 Га мы соберем 210 тонн, а это примерно 1,5 млн рублей прямой прибыли. При этом за счет более полной сборки уменьшается расход ГСМ за счет сокращения числа поездок от силосной ямы до поля.

Как мы обучаем нейронные сети для анализа сцен уборки кукурузы

Уборка кукурузы ведется с помощью специальных приставок для пропашных культур. Для этого случая предусмотрен режим работы, при котором комбайн пытается удержать жатку посередине междурядья. Получив карту сегментации кадра (сцены) и зная положение жатки, можно найти так называемую vanishing point и рассчитать отклонение зуба жатки от необходимого положения.

В отличие от пшеницы, где мы следим за краем убранного поля и ведем комбайн по кромке, здесь задача нейронной сети увидеть междурядье между растениями. Нейронная сеть прекрасно видит ряды между кукурузой, в отличии от человека, камера находится над культурой, и при этом она не устает.

Изображения приходят к нам в формате видео потока, либо отдельными изображениями. Данные обрабатываются и хранятся в Сognitive Agro Data Factory. Кроме сырых данных с камеры, здесь также присутствуют и целевые размеченные кадры, которые при необходимости можно добавить в обучающий датасет.

Для более точного подбора возможных сцен уборки урожая необходимо правильно скомпоновать обучающий датасет. Кроме реальных изображений, полученных с камеры в процессе уборки культур, используется подход генерации синтетических изображений с помощью процедуры аугментации на основе естественных изображений.

На вход сеть принимает 3-канальное RGB изображение. Далее в процессе обучения нейронной сети к входному тензору применяются яркостные/цветовые искажения в HSV пространстве, локальные искажения каналов в HSL пространстве – процедура добавления искусственных теней, геометрические искажения и добавление шумов. Подбор параметров аугментации – нетривиальная процедура, требующая детального анализа сцен, полученных в реальных условиях.

Обученная сеть способна выдавать сегментационные карты, определяющие междурядное пространство.

Уборка сенажа

Помимо силоса, кормоуборочные комбайны используют также для сбора сенажа, с помощью приставки подборщика. Процесс сбора аналогичный кукурузе, разница только в том, что комбайн идет по валку. Валок может не отличаться по цвету от общей массы и комбайнер часто может ехать вхолостую.

Например, на видео выше видно, что валок практически не отличим от травы и насколько точно надо комбайнеру вести машину по валку и при этом постоянно наблюдать за процессом загрузки сенажа в грузовик. Работа очень напряженная, к концу 12 часовой смены комбайнеры просто валятся с ног, с полной сменой справляются только при опыте от 3-4 сезонов работ.

Если комбайнер неопытный, то работа в холостую это потери на ГСМ. Кормоуборочный комбайн в отличие от зерноуборочного только 10% ГСМ тратит на движение самого комбайна, остальные 90% уходят на прорезку, измельчение, протяжку, швыряние силоса или сенажа. Поэтому очень важно работать с полной загрузкой комбайна.

Нейронная сеть отлично справляется с валком, пример того как сеть видит валки.

Здесь наша система может помочь комбайнеру в ведении комбайна по валку, также наш робот может полно и равномерно, а главное точно заполнить силосовоз, это уменьшает потери на ГСМ и сводит потери на уборке к нулю, комбайнер становится уже оператором комбайна, а всю работу берет на себя автопилот.

Сейчас осваиваем кормовую кукурузу, подсолнечник, сенаж. По окончании сезона, если интересно, расскажем как наши роботы справились с кормоуборочными комбайнами.

Источник