Как комбайн убирает урожай

Обновлено: 04.10.2024

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.

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?

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.

Сбор урожая – важнейший этап сельскохозяйственных работ, благодаря которому плоды, полученные при возделывании земли, могут быть использованы для дальнейшей переработки и принести прибыль предприятию. От того, насколько правильно и эффективно была проведена уборка полей, зависит степень успешности освоения земель сельскохозяйственного фонда.

Заказать услугу Задать вопрос

Уборка полей осложняется тем, что та часть растений, которая служит для непосредственной переработки, требует отделения от стебля, листьев и других фрагментов. Традиционно процесс сбора урожая включается в себя следующие необходимые процедуры (относится к большинству злаковых культур):

Скашивание надземной части растений;
Обмолот, во время которого зерно отделяется от побочных частей;
Дополнительная очистка зерна и его транспортировка до мест хранения или переработки.

Наряду с операциями по сбору зерновых и бобовых культур иногда выполняется сбор соломы для последующего использования в животноводстве.

Способы уборки полей

Для того, чтобы провести уборку урожая, применяют различные системы приёмов и методов. По необходимости использования специализированной техники различают два способа уборки:

Во время поточно-индустриальной уборки происходит покос урожая, после чего он в различных видах доставляется к местам обмолота.

Комбайновая уборка предполагает обмолот непосредственно на поле, а на мех ток или элеватор транспортируется уже вылущенное зерно.

Поточно-индустриальный способ уборки подразделяется на:

Трёхфазный. После выкоса урожая основная задача хлеборобов – измельчение полученной массы. После этого она загружается на транспорт и подвозится к местам обмолота, где предварительно сушится, а затем из неё извлекается зерно.
Сноповый. Выкос колосьев сопровождается увязкой в снопы. Для формирования обычно используется шпагат. Транспортировка снопов на место обмолота происходит по стандартной процедуре.
Ленточный. Для того, чтобы увязать колосья в снопы, используется отрезы полиэтиленовой ленты. В ней валки закатывают, чтобы их легче было подвезти к месту обмолота. Дальнейшая процедура происходит по типичной схеме.

Поточно-индустриальный способ уборки полей незаменим в тех случаях, когда сельскохозяйственные предприятия не имеют в распоряжении такой сложной дорогостоящей техники как комбайн.

Комбайновая уборка также бывает двух видов:

Однофазный сбор. В качестве техники применяются комбайны, способные скащивать зерно, загружать массу в молотилку – специальный отсек, где зерна отделяются от прочих частей растений. После этого злаковая продукция по выгрузной трубе с помощью шнека подаётся в грузовые автомобили с открытым кузовом, а измельчённая солома разбрасывается по полю.
Двухфазный сбор. Применяется к тем культурам, которые имеют склонность к осыпанию. На первоначальном этапе происходит только срезание колосьев жаткой. Уложенная в валки масса сохнет под действием сухости атмосферы и дозревает за счёт накопленных питательных веществ. После этого по полю проходит комбайн или молотилка, которая перерабатывает валки на зерно и силос.

У каждого из двух комбайновых способов есть преимущества и недостатки. Однофазный способ быстрее и дешевле. Однако те культуры, которые созревают неравномерно или склонны к осыпанию при подсыхании, рекомендуют убирать двухфазным способом.

Средства механизации при уборке полей

Раньше уборка урожая производилась с помощью малых устройств на конной или воловьей тяге. С появлением машин на основе паровых агрегатов, а позже – двигателях внутреннего сгорания – позволило значительно увеличить эффективность полевых работ. Технику, которая трудится на уборке полей, можно разделить на три вида:

Особенности уборки разных видов культур

Уборка полей, засеянных колосовыми культурами, отличается от работ по кукурузе или гороху. Разные сельскохозяйственные растения отличаются сроками созревания, его равномерностью, а также временем достижения нужной степени сухости.

Уборка зерновых (пшеница, овёс, рожь, гречиха)

Эти культуры традиционно имеют большие посевные площади на территории России. Различные виды пшеницы начинают убирать в зависимости от спелости. При однофазной комбайновой уборке урожая сбор начинают при влажности зерна 15 – 20%. Если зерно перестоит в колосе, оно начнёт интенсивно осыпаться, что может привести к внушительным потерям урожая.

Важно! По достижении крайней стадии спелости потери урожая на осыпание могут составить до 50%. Поэтому уборку стараются закончить в течение 5 – 7 дней.

Перед началом уборки осуществляют предварительные работы:

Готовят подъездные пути для жаток, комбайнов, тракторов и грузовой техники.
Поля расчерчиваются на участки, называемые загонами. Площадь загонов рассчитывается в зависимости от того, сколько комбайн или жатка способны обработать за один рабочий день.
Границы загонов выкашиваются вручную или небольшими тракторами. При наличии на полях необрабатываемых полноразмерными мотовилами участков они также обкашиваются вручную.
Планируют обеспечение пожарной безопасности – глубинная пропашка между крупными участками, подвоз воды в цистернах с помпами.

Ход техники на полях зерновых должен подчинятся определённому порядку. Схемы движения комбайнов и жаток могут быть:

Челночными;
Диагональными;
Круговыми;
Гоновыми;
Комбинированными.

Справка! На квадратных и прямоугольных полях наиболее удобной является челночно-гоновая схема, при которой достигается равномерность покоса, а в случае двухфазной уборки оптимальное расположение валков.

При уборке пшеницы особое внимание следует обратить на её спелость. Часто указанные характеристики применяют и для других видов зерновых:

Молочная спелость. Данный этап наступает уже через 15 дней после цветения. Зерно полумягкое, побеги зелёные, при раздавливании зерно слабо выделяет сок. На этапе молочной спелости пшеница считается недозревшей.
Восковая спелость. Колос желтеет, зерно становится более твёрдым, уже не давится в руке, хотя и сохраняет до 35% влажности. В это время перестают накапливаться органические вещества, дозревание идёт за счёт уже накопленных. Стадия восковой спелости - начало уборки, так как большое поле невозможно убрать за пару дней.
Полная спелость. Влага в зерне сокращается до 13 – 15% и продолжает теряться. Зерно высыхает и становится полностью твёрдым, легко выкрашивается из колоска. К моменту достижения полной спелости уборка уже должна подходить к концу.

Как убирают кукурузу на поле?

Кукуруза отличается от колосовых культур как величиной побегов, так и расположением зёрен. Уборку кукурузы производят различными способами в зависимости от целевого назначения:

Уборка гороха с полей

Горох довольно долго остаётся мягким, поэтому ему нужно дать возможность достичь нужно степени спелости. После этого уборка выполняется прямым однофазным комбайнированием со специальным навесным оборудованием. Некоторые предприятия осуществляют только срезание зелёной массы, а обмолот производят на стационарных аппаратах в цехах, куда продукцию подвозит с полей грузовой транспорт.

Оформите заявку на сайте, мы свяжемся с вами в ближайшее время и ответим на все интересующие вопросы.

В голове не укладывается: обычный с виду комбайн стоит столько же, сколько Ferrari, которая разгоняется до сотни за три секунды, да к тому же едет быстрее трёхсот километров в час. За жёлтый New Holland FR 500, собирающий теперь урожай неподалёку от Кольцово, отдали 25 миллионов рублей.

Мы стоим с Владимиром Анатольевичем на горке (не зря это место называют Маяком) и смотрим, как элитный комбайн убирает клевер. Всего для пропитания 1400 коров надо заготовить 40 тысяч тонн кормов.

— Год нынче не очень, — рассказывает он. — Мы в принципе сумели посеять нормально. Потом было холодно, дожди, и из-за этого клевер созрел позднее. Надо уже убирать, но опять же дожди не давали это делать. Если вовремя не собрать, то качество корма снизится. Придётся потом использовать специальные добавки, а из-за этого себестоимость молока значительно вырастет. Нам так нельзя.

Пока обсуждали сложности нынешнего сезона, комбайн припарковался рядом с нами.

Полнота собранного урожая зависит от сроков и качества выполнения уборочных работ. Условия уборки 2021 года сложные: жара в летние месяцы обусловила наличие больших площадей короткостебельного хлеба, а дождь в первой декаде июля привел к увеличению сорняков и подгона. В результате хлеба на большинстве площадей в этом году низкорослые, малоурожайные, неравномерно созревающие и засоренные. В связи с этим возникает вопрос, как убирать такие хлеба?

В настоящее время применяют два способа уборки хлебов: раздельный способ и прямое комбайнирование. Правильное сочетание их с учётом многообразия условий (сроки созревания, степень обеспеченности техникой, погода в период уборки, высота, густота, выравненность и засоренность стеблестоя) позволяет убрать урожай с наименьшими потерями зерна и его качества.

Раздельная уборка применяется в фазе восковой спелости при влажности зерна 26-28% и урожайности свыше 10 ц/га. Её можно применять на посевах с урожайностью свыше 10 ц/га и при полной спелости зерна в случае гарантии высокой производительности на косовице и подборе. Раздельная уборка обязательна на уборке малоурожайных засоренных хлебов и посевов с подгоном, т.к. высохшая в валках масса сорняков будет отбиваться от зерна во время обмолота. В этом случае предпочтительна укладка сдвоенных валков.

Как минимизировать потери зерна?

В производственных условиях потери зерна в среднем составляют 3…5%. Допустимый процент потерь за жаткой и подборщиком по 0,5%, за молотилкой комбайна 1,5%, итого за комбайном и жаткой 2%. Кроме того, потери зависят от срока эксплуатации комбайна. При эксплуатации комбайнов с изношенными рабочими органами, из-за того, что невозможно провести точную регулировку потери могут достигать 15…20%.

Минимизировать потери зерна возможно за счет своевременной замены изношенных рабочих органов и их регулировки, качественной герметизации, установки ветровых щитков, нашивки ремней на планки мотовила на уборке малоурожайных, низкорослых хлебов, выбора оптимальной скорости движения. Кроме того, потери зерна зависят от опыта механизатора. Следует иметь в виду, что потери в значительной степени зависят от скорости движения комбайна. В нормальных условиях уборки для комбайнов 3…4 класса скорость движения ограничивается 7…8 км/ч, а для комбайнов 5-6 класса – 8…11 км/ч.

Высота среза жатки устанавливается в зависимости от густоты и высоты стеблестоя. В условиях Костанайской области высота среза на низкорослых хлебах (менее 40 см) составляет 70 мм, а на высоких хлебах (более 80 см) – до 250 мм.

Потери зерна за жаткой включают свободное зерно, зерно в срезанных колосьях и зерно в несрезанных колосьях.

Качественная работа жаток возможна при технически исправных и правильно отрегулированных режущем аппарате и мотовиле.

Регулировка режущего аппарата жатки заключается в том, чтобы рабочие поверхности пальцевых вкладышей находились в одной плоскости (допускается рихтовка пальца). Концы сегментов и вкладышей в передней части должны прилегать друг к другу или иметь зазор до 0,8 (А), а в задней — 0,3-1,5 (Б) мм. Регулируют этот зазор прокладками, установленными между опорной пластиной и пальцевым брусом. Зазор между прижимом и сегментом не должен превышать 0,5 мм (В) и регулируется подгибом носка прижима (рисунок 1).

Рисунок 1. Зазоры в режущем аппарате

Регулировка мотовила жатки. Зазор между пальцами граблин и режущим аппаратом должен быть 30…50 мм. Регулировку производить поворотом штока гидроцилиндра относительно проушины гидроцилиндра. Если такой зазор не достигается необходимо выточить из шестигранника вставку 40…50 мм, как показано на рисунке 2 или в крайнем случае наложить подшипники. Зазор меньше 30 мм не допускается, так как это может привести к поломке режущего аппарата из-за попадания граблин мотовила в зону резания.

При движении комбайна по полю мотовило движется поступательно с той же скоростью и одновременно вращается вокруг своей оси. В результате его планки совершают сложное движение по трахоиде. Форма трахоиды зависит от выбранных технологических регулировок и влияет на величину потерь зерна.

Правильное взаимное расположение мотовила, режущего аппарата и транспортирующих механизмов жатки, а также верно выбранный скоростной режим этих рабочих органов обеспечивают наименьшие потери как срезанным колосом, так и свободным зерном.

Рисунок 2. Вставка на штоке гидроцилиндра подъема мотовила

По высоте мотовило должно быть расположено так, чтобы его планки при входе в хлебостой наносили удары по центру тяжести стебля (на расстоянии одной трети длины стебля от вершины колоса). Если мотовило расположено низко, то срезанные стебли опрокидываются через планки вперед или нависают над ними, что увеличивает потери зерна срезанным колосом. Если мотовило установлено слишком высоко, то планки наносят удары по колосу, вызывая повышенные потери свободным зерном. Важно значение имеет правильная установка мотовила по горизонтали. Стебли, захваченные планкой мотовила, должны удерживаться им до тех пор, пока не будут срезаны режущим аппаратом.

При нормальном режиме работы мотовила срезанные стебли надежно укладываются на транспортер жатки и не разбрасываются планками. При заниженных оборотах мотовила планки отклоняют стебли от режущего аппарата. Если обороты мотовила завышены, на одни и те же стебли воздействуют две планки. При скорости движения агрегата до 10 км/ч отношение окружной скорости планок мотовила к скорости агрегата устанавливаются в пределах 1,2…1,4.

Регулировка шнека жатки.

Шнек установлен в корпусе жатки так, что между спиралями и обшивкой корпуса в нижней части образуется зазор, величину которого в зависимости от условий работы комбайна можно изменять в пределах 6…35 мм. В направлении к ветровому щиту этот зазор увеличивается, образуя камеру, ограниченную верхним отражателем, по которой стебли транспортируются к центру жатки.

Пальчиковый механизм выполнен в виде коленчатого вала разборной конструкции, концы которого закреплены в шарикоподшипниках, установленных в дисках кожуха.

Зазор между пальцами шнека и днищем жатки устанавливают поворотом рычага. Поворачивая рычаг по часовой стрелке зазор уменьшают, против часовой стрелки – увеличивают.

При уборке низкорослых хлебов между пальчиковым механизмом шнека и транспортером наклонной камеры накапливаются короткие стебли. Для устранения этой проблемы рекомендуется на шнек закрепить ремни, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Шнек с закрепленными ремнями

Регулировка подборщика заключается в выборе оборотов вала подбирающего механизма. Они зависят от скорости движения комбайна и изменяются при помощи вариатора и должны быть такими, чтобы подбираемый валок плавно заходил под шнек жатки. Разрыв валка и забрасывание его на шнек жатки свидетельствуют о чрезмерно высоких оборотах, сгруживание валка – о недостаточных. Скорость транспортерной ленты должна быть больше поступательной скорости комбайна в 1,2…1,5 раза, в зависимости от условий уборки.

Зазор между концами граблин и уровнем почвы регулируют перестановкой дистанционных втулок на оси поворота вилки колеса. Он должен быть 20…30 мм. При подборе провалившихся валков допускается опускание граблин до уровня почвы.

Зазор между прутками нормализатора и задним валом транспортера регулируют в пределах 110…260 мм поворотом упоров по сектору вокруг втулок кривошипов (эксцентриков).

Зазор между рабочей кромкой стеблесъемника и задним валом транспортера устанавливают перемещением стеблесъемника в отверстиях кронштейнов. Зазор должен быть 30…60 мм.

Натяжение тяговых цепей осуществляется перемещением направляющего ролика, для этого надо ослабить болты крепления его к раме. Параллельность приводного вала и направляющего ролика контролируется по рискам, нанесенным на боковинах рамы.

Потери зерна за молотилкой комбайна включают недомолот в соломе и потери свободным зерном за соломотрясом.

Настройка рабочих органов молотилки производится в зависимости от убираемых культур и состояния агрофона. Если при работе обнаружен недомолот в соломе – следует уменьшить зазоры в молотильном устройстве. Если этого недостаточно, увеличить обороты барабана, а при дроблении зерна — уменьшить. Дробленое зерно в бункере и одновременно недомолоченные колосья в соломе и полове – необходимо проверить равномерность зазоров в молотильном аппарате по длине планок подбарабанья. Потери свободным зерном за соломотрясом во время работы на сухой массе – нужно уменьшить степень перебивания соломы, для чего следует несколько увеличить зазор в молотильном устройстве.

Потери зерна за очисткой включают: щуплое зерно, недомолот и полноценное зерно в полове. Качественная работа очистки обеспечивается совместной работой решет и вентилятора.

Что делать при некачественной очистке?

Если в процессе работы обнаружится некачественная работа очистки, то необходимо выполнить корректировку регулировок, пользуясь следующими правилами:

— при уборке низкоурожайных хлебов, когда нагрузка на очистку незначительна, для исключения выноса щуплого зерна, следует уменьшить частоту вращения вентилятора, при этом больше открыть жалюзи верхнего решета;

— при нормальной загрузке и сухом ворохе, жалюзи верхнего решета необходимо открыть наполовину;

— при наличии сорного зерна в бункере и небольших сходах в колосовой шнек, следует уменьшить открытие жалюзи обоих решет до получения требуемой чистоты;

— в случае появления потерь недомолотом в сходах с очистки следует увеличить открытие жалюзи задней части верхнего решета;

— если в колосовой шнек велик сход зерна при хорошей чистоте его в бункере, то следует увеличить открытие жалюзи нижнего решета;

— в случае появления потерь полноценного зерна в полове следует увеличить открытие жалюзи обеих частей верхнего решета и увеличить частоту вращения вентилятора очистки так, чтобы не выносило щуплое зерно с половой;

— при увеличении количества необмолоченных колосьев и отходов вороха в бункере, следует прикрыть жалюзи нижнего решета и увеличить частоту вращения вентилятора очистки.

Периодически следует осматривать и очищать поверхность стрясной доски и решет от налипших сорняков.

Читайте также: