23 10 24 Mano ukio prenumerata 2024 23 04 15 Gauti naujienas mobili žurnalas
Mano Ūkis 2020/02
Daugiabūgniai klavišiniai kombainai vis tobulinami
  • Prof. em. Liudvikas ŠPOKAS VDU Žemės ūkio akademija
  • Mano ūkis

Klavišiniuose javų kombainuose New Holland CX, John Deere T, Rostselmash RSM už dešimties spragilų kūlimo būgno įtaisytas rotorinis šiaudų separatorius. Nuo šiol ir Claas Lexion kombainuose diegiami šie didesnį laidumą garantuojantys sprendimai.

Škotas A. Maikle 1788 m. užpatentavo kūlimo aparatą, kurį sudarė būgnas su keturiais mediniais skarda dengtais spragilais. Būgną gaubė lygaus paviršiaus medinis pobūgnis. Tai buvo javų nuėmimo naujos eros pradžia. Kūlimo aparato konstrukcija sparčiai tobulinta. 1938 m. kompanija „Massey Ferguson“ Kanadoje pagamino pirmąjį savaeigį javų kombainą Massey Harris 20. Jame buvo įrengtas 0,81 m pločio, 0,45 m skersmens kūlimo būgnas. DLG parodoje Hamburge, Vokietijoje, 1951 m. kompanija „Fahr“ pristatė pirmąjį Europoje savaeigį kombainą MD1, o 1953 m. kompanija „Claas“ pagamino savaeigį kombainą Claas Hercules (SF 500). Jame buvo įtaisytas 0,45 m skersmens, 6 spragilų, 1,25 m pločio kūlimo būgnas ir ardelinis pobūgnis.

Po 67-erių metų kombaino technologinio proceso ir konstrukcijos tobulinimo kompanija „Claas“ parodoje „Agritechnica 2019“ Hanoveryje pristatė daugiabūgnį klavišinį kombainą Claas Lexion 6900, kurio kūlimo aparato laidumas lenkia kitų kompanijų kombainų aparatus. Parodos lankytojai domėjosi, kas paskatino gamintoją naujausiame kombaine įrengti 0,755 m skersmens kūlimo būgną ir 0,6 m skersmens rotorinį šiaudų separatorių?

Našumo ir laidumo didinimo galimybės

Atsakymas glūdi Claas kombainų technologinio proceso ir konstrukcijos tobulinimo raidoje. 1993 m. kombainų Claas Mega 208 kūlimo aparato (būgno skersmuo 0,45 m, plotis – 1,58 m) laidumas pastebimai padidėjo, kai prieš jį buvo įtaisytas 0,45 m skersmens būgnas (augalų masės greitintuvas). Jis padidino nuožulniojo transporterio kūlimo būgnui tiekiamos masės greitį apie 10 m/s, šiek tiek išlygino ir sumažino tiekiamo sluoksnio storį. Kombaine buvo įrengtas 235 AG variklis ir pritvirtinta 6,6 ar net 9,0 m pločio pjaunamoji. 1997 m. kombainuose Claas Lexion 440 įrengus 1,7 m pločio, 0,6 m skersmens 8 spragilų būgną laidumas iš esmės padidėjo. Tačiau vėliau vien didinant pjaunamosios plotį ir kombaine montuojant vis didesnės galios variklį (Claas Lexion 670 variklis 415 AG, pjaunamoji 9,12 m), našumo didinimo galimybės buvo išsemtos. Pagrindinis trukdis – kūlimo aparatas (1 pav.).

Kūlimo būgnas – svarbiausia kombaino technologinio proceso dalis. Kūlimo būgno laidumą riboja leistinoji spragilo ilgio metro apkrova. Kuo būgnas platesnis ir pritvirtinta daugiau spragilų, tuo jis laidesnis. Bandyta ant 0,45 m skersmens būgno pritvirtinti ne 6, bet 8 spragilus – kūlimo kokybės rodikliai sumenko. Tyrimais nustatyta, kad, nepriklausomai nuo būgno skersmens, atstumas tarp gretimų spragilų turi būti apie 0,235 m, kad po spragilų impulsų kuliamas javų sluoksnis „spyruokliuotų“, iškulti grūdai spėtų prabirti pro pobūgnio ardelius, būgno spragilai tolygiai pobūgniu stumtų kuliamą masę. Todėl ant 0,66 ar 0,75 ir 0,80 m skersmens būgno pritvirtinama tik 10 spragilų.

Pirmą kartą 1986 m. „Rostselmash“ gamyklos kombaine Don 1500 buvo įtaisytas 0,80 m skersmens, 10 spragilų masyvus kūlimo būgnas. Kombainų gamintojai nepatikliai vertino eilinį rusų išsišokimą. Vėliau pripažino, kad kombaino laidumui didžiausią įtaką turi būgno spragilų skaičius, jų bendras ilgis, pobūgnio konstrukcija, būgno masė ir jo patikima pavara.

1992 m. John Deere Z 2200 grupės kombainuose jau buvo 0,66 m skersmens kūlimo būgnas su 10 spragilų. Atstumas tarp gretimų spragilų siekė tik 0,207 metro. New Holland CX kombainuose 2001 m. taip pat įrengtas 10 spragilų, 0,75 m skersmens kūlimo būgnas.

Naujausių Claas Lexion javų kombainų (2019 m.) 0,755 m skersmens 10 spragilų kūlimo būgnas uždaras, masyvus. Jo inercijos momentas didelis. Būgnas lėčiau reaguoja į kintantį tiekiamą javų srautą, jo sukimosi dažnis pastovesnis. Kombainų RSM 161 ir New Holland CX kūlimo būgnai taip pat masyvūs, o kombaino John Deere T kūlimo būgno, ko gero, laukia pokyčiai.

Ant daugiabūgnių klavišinių kombainų kūlimo būgnų yra pritvirtintas vienodas spragilų skaičius (po 10), bet šiek tiek skiriasi jų ilgis l. Pavyzdžiui, Claas Lexion spragilų ilgis 1,7 m, o New Holland CX – 1,56 m. Todėl Claas Lexion kombaino kūlimo aparato teorinis laidumas, palyginti su New Holland CX, yra didesnis (apie 1,7 kg/s tiekiamų javų).

Esant palankioms pjūties sąlygoms, kombaino Claas Lexion 6900 ribinė spragilo metro ilgio apkrova gali būti 1,2 kg/(s·m). Kai sąlygos nepalankios, javai drėgni – 0,9 kg·(s·m). Todėl sumažėjus būgno laidumui 5,1 kg/s, kombainas turėtų važiuoti 1,1 km/h lėčiau, vadinasi, jis per valandą nupjautų apie 1 ha mažesnį javų plotą. Šiuolaikinių kombainų laidumo svyravimą kompensuoja variklio galia ir būgno patikima pavara. Varikliai pajėgūs sukti būgną esant didžiulėms jo perkrovoms. Tačiau šiuo atveju trupinami šiaudai, daugiau sunaudojama degalų – teršiama aplinka.

Spragilų apkrovai didesnę įtaką daro ne tiekiamas bendras javų srautas, o jame esanti šiaudų dalis. Į kombainą tiekiamą šiaudų masės dalį galima sumažinti didinant ražienos aukštį. Gedimino Žebrausko ūkyje (Joniškio r.) tyrimais nustatėme, kad nuimant žieminius kviečius Skagen kombainu Claas Lexion 670 (vidutinis žieminių kviečių Skagen stiebų aukštis iki varpos 0,72 m, grūdų derlius 9,5 t/ha, grūdų ir šiaudų santykis 0,82), padidinus ražienos aukštį tik nuo 100 iki 200 mm, į kombainą buvo tiekiama 1,7 kg/s mažiau kviečių, todėl variklio valandinės degalų sąnaudos sumažėjo 6,2 l (3 pav.). Žieminių rapsų ražienos didinimas turi dar didesnę įtaką kūlimo būgno apkrovai ir variklio degalų sąnaudoms. Padidinus žieminių rapsų Visby ražienos aukštį nuo 100 iki 400 mm, į kombainą tiekiamas šiaudų masės srautas sumažėjo 2,48 kg/s, o variklio valandinės degalų sąnaudos – 7,3 litro.

Nustatytas glaudus ryšys tarp kūlimo grūdų nuostolių ir spragilų judėjimo greičio. Kūlimo būgno spragilai grūdus iš varpų iškulia judėdami 30 m/s greičiu. Tuomet pobūgniu slenkančiai javų masei spragilai suteikia apie 7 smūgio impulsus. Daugiabūgniuose kombainuose varpas kulia visi kuliamojoje esantys būgnai. Todėl pagrindinio kūlimo būgno spragilų judėjimo greitis gali būti sumažintas iki 26–28 m/s. Claas Lexion kombainuose, keičiant kūlimo būgno sukimosi dažnį, kinta masės greitintuvo ir šiaudų separatoriaus būgnų sukimosi dažnis. Ar tai racionaliausias sprendimas?

2019 m. kombainas Claas Lexion 6900 su 507 AG varikliu, laidesniu kūlimo būgnu, rotoriniu šiaudų separatoriumi ir 12,3 m pločio pjaunamąja, nuimdamas 10,14 t/ha derlingumo žieminius kviečius, pasiekė pasaulio rekordą. Kombainas vidutiniškai kas valandą prikūlė 43,7 t grūdų, neviršydamas leistinosios 1 proc. grūdų nuostolių ribos. Pasaulio rekordas pagerintas po 24 metų. Pagrindiniai veiksniai, turėję įtakos rekordui: 10 spragilų kūlimo būgnas, rotorinis šiaudų separatorius ir kiti konstrukciniai pakeitimai, prisidėję prie našesnio kombaino darbo, pvz., didesnės talpos grūdų bunkeris, sraigių ir elevatorių našumas, pusiau vikšrinė važiuoklė ir kt.

Kuliant javus laikas tarp gretimų spragilų impulsų (pertraukų) siekia apie 0,008 s. Būgno veleno guolių apkrova netolygi, sukeliama vibracija. 1993 m. grupei rusų mokslo darbuotojų buvo pripažintos keturių dalių kūlimo būgno autorinės teisės (4 pav.). Kiekvienos būgno dalies spragilai (1 ir 2) yra pastumti būgno sukimosi kryptimi tiek, kad vyktų nepertraukiama spragilų sąveika su kuliama mase. Autoriai teigė, kad dėl to sumažėjo būgno sukeliama vibracija, mažiau sužalota grūdų.

Parodoje „Agritechnica 2019“ kompanija „New Holland“ pristatė kombaino New Holland CX maketą su nauju kūlimo būgnu (5 pav.). Jo darbą reikėtų įvertinti mūsų šalies sąlygomis.

Pobūgnis. Kuliant javus, pro pobūgnį turėtų prabirti per 85 proc. iškultų grūdų. Jeigu pobūgnio paviršius būtų lygus, tai būgno spragilai slenkamai masei suteiktų tik kelis smūgio impulsus. Varpose liktų daug neiškultų grūdų. Todėl kombainuose yra ardeliniai pobūgniai su stačiakampėmis skersinėmis juostomis (apie 12–15) ir išilginiais virbalais (6 pav. a). Skersinės juostos stabdo javų slinkimą pobūgnio paviršiumi, o išilginiai virbalai – šiaudgalių patekimą į valytuvą. Intensyviausiai javai kuliami ties 1–6 pobūgnio skersine juosta. Toje pobūgnio dalyje tarpai tarp skersinių juostų ir išilginių virbalų yra mažesni negu likusioje pobūgnio dalyje. Universalesni išardomi pobūgniai – dviejų ar net trijų sekcijų.

Trijų sekcijų pobūgnio (b) pirmoje sekcijoje tarpai tarp skersinių juostų būna apie 11 mm, vidurinėje – 14, o galinėje – 22 mm. Tarp išilginių virbalų – 14 mm. Kuliant trapius javus, įdedama pirmoji sekcija su 14 mm tarpais tarp skersinių juostų. Šiuolaikiniuose kombainuose pobūgnio pirmoje sekcijoje tarpai tarp skersinių juostų ir išilginių virbalų yra dar mažesni, palyginti su likusia pobūgnio dalimi. Pirmąją pobūgnio sekciją galima išimti per akmenų gaudyklę (New Holland CX, Deutz Fahr ir kt.) arba ištraukti kuliamosios šone nuėmus dangtį (Claas Lexion) ir pakeisti retesne ar dar tankesne pobūgnio sekcija.

Kūlimo proceso eiga ir kokybė priklauso nuo tarpo tarp būgno spragilų ir pobūgnio pirmos bei galinės skersinės juostos. New Holland kombainuose tarpas per visą pobūgnio ilgį nekinta, kituose kombainuose pobūgnio pradžioje paliekamas didesnis tarpas, o gale – mažesnis. Jį galima keisti dar ir atskirai. Kombainuose RSM 161 (7 pav.) pagrindinis (10) ir šiaudų separatoriaus (8) pobūgniai yra dviejų sekcijų. Prieš darbo pradžią hidrauliniu cilindru (9) pobūgnis priartinamas prie būgno, keičiant trauklių (1, 2 ir 3) ilgį, nustatomas vienodas 8 mm tarpas tarp būgno spragilo ir pobūgnio antros, vidurinės ir paskutinės skersinės juostos. Didinant tarpą, jis kinta netolygiai – didesnis tarpas yra pobūgnio viduryje. Jis sumažinamas, pakeitus trauklių (2) ilgį. Šiaudų separatoriaus pobūgnį (8) kilnoja hidraulinis cilindras (7). Kai pobūgnis yra arčiausiai būgno, tarpas tarp būgno mentelių galų ir pobūgnio pradžios skersinių juostų turi būti 15 mm, viduryje – 14 mm ir gale – 16 mm. Jis tikslinamas keičiant trauklių (4, 5 ir 6) ilgį. Visuose kombainuose turėtų būti analogiškai tikslinamas tarpas tarp kūlimo būgno spragilų ir dviejų sekcijų pobūgnio skersinių juostų. Claas Lexion kombainuose visi trys pobūgniai sujungti tarpusavyje. Hidrauline pavara kilnojant pobūgnius, vienu metu kinta tarpas tarp visų būgnų ir pobūgnių skersinių juostų. Laikas patvirtins šio būdo privalumą.

Kūlimo proceso intensyvinimo įtaisai. Esant labai nepalankioms pjūties sąlygoms, kūlimo procesui suintensyvinti pobūgnio pradžioje buvo tvirtinamos viena ar dvi rievėtos juostos (1 – a) (8 pav.). John Deere T kombainuose pobūgnio priekyje rievėtos skersinės juostos (1) padėtį galima keisti sraigtais (3 – b). Naujausiuose Claas Lexion kombainuose pagrindinio pobūgnio pradžioje skersinę juostą (2 – c) į darbo padėtį pastato iš kabinos valdomas hidraulinis cilindras (4). Visos kūlimo proceso intensyvinimo priemonės padidina šiaudų trupinimą, grūdų sužalojimą ir nuokulų separavimo grūdų nuostolius. Jas naudoti reikėtų tik labai išimtiniais atvejais.

Nuimant labai nekulius augalus, būgno spragilai iš varpų ištrina daugiau grūdų, kai augalų masės greitintuvo pobūgnį (9 pav.) iš apačios uždengia dangalai (1) – tereikia ranka pastumti svirtelę (2). Tuomet pro pobūgnį neprabyra iškulti grūdai ir neiškultos varpos. Dar ilgiau spragilai trina varpas, žaloja grūdus, trupina šiaudus, kai dangalai (3) uždengia ir pagrindinio pobūgnio priekinę dalį. Jie traukle sujungti su iš kabinos valdomu hidrauliniu cilindru (4). Pobūgniai uždengiami tik išimties atvejais, nes sutrupinti šiaudai – pagrindinė nuokulų separavimo grūdų nuostolių priežastis.

Kombainininkai neįvertina, kad kuliant sausus javus šiauduose pasklinda daug sulaužytų varpų akuotų, varpų stagarėlių ir žiedažvynių. Jų dalis bendroje kviečių šiaudų masėje siekia apie 14,6 proc. Todėl rotoriniam šiaudų separatoriui ir ant kratiklių tiekiamas klampesnis šiaudų sluoksnis. Nuimant sausus javus kompiuteryje atidžiau reikia stebėti šiaudų separavimo ir nuokulų valymo grūdų nuostolių kitimą. Jiems viršijus leistiną ribą, būtina sumažinti kombaino važiavimo greitį.

Rotorinis šiaudų separatorius. 1971 m. pirmą kartą 0,59 m skersmens rotorinis šiaudų separatorius buvo įrengtas Clayson 1545 kombaine. 1979 m. kombaine New Holland 8060 separatoriaus būgno skersmuo jau siekė 0,61 m, o 2001 m. New Holland CX 720 – 0,72 m. Jo konstrukcija iki dabar beveik nepakito. Ant kombainų New Holland CX (10 pav., a) separatoriaus būgno (2) pritvirtinta 12 vamzdelių (3) su mentelėmis, pobūgnio plotas tik 0,93 m2. Nuimant rapsus, būgno sukimosi dažnis sumažinamas nuo 700 iki 387 min-1, o pobūgnis pastumiamas žemyn į antrą fiksuotą padėtį.

Racionaliausios konstrukcijos rotorinis šiaudų separatorius yra kombaine John Deere 670 T (b). Nuo 2007 m. jo konstrukcija buvo vis tobulinama. 2015 m. separatoriaus skersmuo buvo padidintas nuo 0,66 iki 0,80 m. Prie būgno paviršiaus pritvirtinta 10 dantytų skersinių juostų (2). Pobūgnis (4) rotorių gaubia 168º, jo plotas siekia net 2,1 m2. Pobūgnyje yra 16 skersinių juostų, pro kurias praeina išilginiai virbalai, jis labai akytas. Nuimant javus, nustatomas būgno sukimosi dažnis 760, rapsus – 380 min-1, pakeičiama pobūgnio padėtis.

Claas Lexion 6900 kombainuose taip pat yra rotorinis šiaudų separatorius (c). Prie būgno pritvirtintos 9 dantytos juostos (3). Rotoriaus (2) skersmuo 0,6 m, jį 116º kampu gaubia 12 skersinių juostų ir 1,16 m2 ploto dviejų sekcijų pobūgnis (4). Pobūgnio pirmoji sekcija yra keičiama. Darbo metu rotoriaus sukimosi dažnis, tarpas tarp būgno mentelių ir pobūgnio skersinių juostų atskirai nekeičiamas. Iš kabinos hidrauline pavara keičiami tarpai tarp visų trijų būgnų ir pobūgnių. Ar tai racionaliausias sprendimas – paaiškės ateityje.

Klavišiniai kratikliai. Tai seniausias, nesudėtingos konstrukcijos šiaudų separatorius, skirtas grūdams iškratyti iš nesutrupintų šiaudų. Daugiabūgniuose kombainuose klavišų ilgis ir separacijos plotas yra mažesnis, palyginti su vienbūgniais kombainais. Ant jų patenka klampesnis sutrupintų šiaudų srautas. Dabartiniai klavišiniai kratikliai yra lyg aktyvus transporteris tarp rotorinio šiaudų separatoriaus ir šiaudų smulkintuvo. Dėl konstrukcijos ir pavaros paprastumo bei mažų galios sąnaudų jie dar kurį laiką išliks. Tikėtina, kad ateityje juos pakeis ašinis rotorinis ar kitos konstrukcijos separatorius.

Galios sąnaudos

Technologiniam procesui (javams pjauti, tiekti į kūlimo aparatą, kulti, šiaudams separuoti, grūdams valyti ir supilti į bunkerį, šiaudams smulkinti ir pjaustiniui bei pelams ražienoje paskleisti) variklis sunaudoja mažiau degalų nei jam ir kombaino pavaroms sukti bei važiavimui ražiena.

Tirdami kombaino Claas Lexion 670 darbą G. Žebrausko ūkyje, nustatėme, kad kombainui stovint ir variklio alkūniniam velenui sukantis 1 950 min-1 dažniu valandinės degalų sąnaudos siekė 17,6 ± 0,37 l, o įjungus technologines pavaras – 24,7 ± 0,43 l. Kombainui važiuojant ražiena 4 km/h greičiu, variklio valandinės degalų sąnaudos dar padidėjo 8,4 l. Nuimant žieminius kviečius Skagen ir smulkinant šiaudus (tiekiant į kombainą 5,5 kg/s kviečių masės), variklis sunaudojo 50,1 l/h degalų. Taigi, kai šiaudai smulkinami, technologiniam procesui sunaudojama tik 33,7 proc. visų variklio sunaudojamų degalų. Variklio degalų sąnaudos būna mažesnės, kai kombainui sustojus ar važiuojant ražiena išjungiamos technologinės pavaros, sumažinamas variklio sukimosi dažnis, o pjaunant javus ir rapsus – padidinamas ražienos aukštis.

Važiavimo ir technologinio proceso automatinis valdymas

Praktikoje pasiteisino automatinis kombaino važiavimo valdymas lauke. Kombainuose Claas Lexion įdiegta Laser Pilot sistema. Kituose kombainuose yra palydovinė automatinio vairavimo sistema. Kombaino darbo metu, kintant darbo sąlygoms, javų derliui, grūdų ir šiaudų santykiui, drėgnumui, svarbu valdyti tiekiamą į kombainą javų srautą: kūlimo būgno, separatorių ir valytuvo apkrovą, kad nebūtų viršijami leistini šiaudų separavimo, nuokulų valymo grūdų nuostoliai, priemaišų dalis grūduose ir grūdų sužalojimas. Keičiant kūlimo aparato, šiaudų separatoriaus ir kūlenų valytuvo technologinius parametrus, galima pasiekti maksimalų kombaino našumą, neviršijant leistinųjų darbo kokybinių rodiklių.

Naujausiuose kombainuose yra įdiegtos važiavimo greičio ir tiekiamo javų srauto, kūlimo aparato, valytuvo technologinių parametrų ir kokybinių rodiklių ryšio kontrolės sistemos. Kombainininkui kompiuteryje belieka pažymėti nuimamų augalų rūšį ir parinkti darbo kokybės valdymo sistemą. Automatinė valdymo sistema nustatys racionalius technologinius parametrus ir seks, kad darbo kokybiniai rodikliai neviršytų leistinosios ribos. Tačiau klaidingai manoma, kad kombainą galės valdyti visi suaugę asmenys. Visos automatinio valdymo sistemos veikia su nustatyta delsa. Jeigu to nebūtų, kombaino važiavimo greitis, sistemų technologiniai parametrai kistų nesklandžiai. Esant nepalankioms pjūties sąlygoms, kombaino darbo sąlygos lauke labai kinta. Supratingas kombainininkas nedelsdamas reaguoja į pokyčius. Tad išvada – kuo kombaine įdiegtos sudėtingesnės automatinio valdymo sistemos, tuo jį valdyti turi aukštesnės kvalifikacijos kombainininkas.