Комбайны в поле убирают урожай

Обновлено: 05.10.2024

КОМБА́ЙН СЕЛЬСКОХОЗЯ́ЙСТВЕННЫЙ (от англ. сombine, букв. – соединение, сочетание, комбинирование), машина для одновременного выполнения нескольких (не менее 3) технологич. операций по уборке урожая с.-х. культур. Первый в мире К. с. (зерноуборочный) создан в США в 1836; первый отеч. К. с., построенный агрономом А. Р. Власенко, испытан в 1868 в Бежецком у. Тверской губ. Начало массового применения К. с. в мире относится ко 2-й четв. 20 в.

Зерноуборочный комбайн — сельскохозяйственная машина для уборки колосовых культур, таких как пшеница, рожь, ячмень. При установке дополнительного оборудования агрегат способен собирать и другие технические сорта зерновых: кукурузу, рапс, гречиху и подсолнечник, зернобобовые и мелкосеменные смеси.

Комбайн по сбору зерновых культур представляет собой сложный механизм, который выполняет полный технологический цикл, включающий такие операции:

срезание хлебных колосьев;
подачу их к молотилу;
обмолот зерен;
очищение вороха;
перемещение в бункер;
выгрузку зерна.

Выполнять указанные операции вручную или с помощью узконаправленных устройств трудозатратно, на это уйдет много времени и сил. Эту проблему решает применение комбайна. Такая техника отлично работает в полях, быстро и качественно собирает зерновые культуры, выполняя свою задачу. Комбайн автоматически отделяет нужную часть урожая. Для этого необходима настройка, соответствующая собираемой зерновой культуре.

При своевременном обслуживании и контроле технического состояния комбайн прослужит много лет.

Устройство зерноуборочного комбайна, рабочий процесс от подготовки агрегата до его эксплуатации рассмотрим на примере Дон-1500.

Что делает комбайн

Зерноуборочный комбайн представляет собой машину, которая выполняет сразу несколько операций. Двигаясь по полю, комбайн срезает зерновые культуры. После этого осуществляется подача зерна к молотильному аппарату, где происходит обмолот зерна от колосьев. Затем происходит отделение чистого зерна от постороннего мусора. Готовый продукт подаётся в специальный бункер, где он накапливается в процессе обработки поля. При заполнении бункера комбайн отправляется к месту выгрузки, где опустошает контейнер.

Комбайн заменяет такие устройства, как жатка, молотилка и веялка. Это универсальное средство сбора урожая.

Также комбайн может комплектоваться дополнительным оборудованием для сбора различных сортов зерновых культур.

Как устроена техника

Комбайн имеет относительно простую конструкцию, которая при этом включает достаточно много элементов. Одновременная работа все элементов обеспечивает эффективный сбор урожая. Классическая конструкция комбайна представлена на фото ниже.

На 3-D разрезе видно строение основных узлов комбайна и можно представить принцип его действия.

Общее устройство зернового комбайна:

Жатка.
Проставка.
Наклонная камера.
Молотильно-сепарирующее устройство (МСУ).
Бункер.
Копнитель.
Двигатель.
Трансмиссия.
Ходовая система.
Гидравлика.
Электрооснастка.
Органы управления.
Кабина.
Электронная контрольная система.

На схеме выше видно расположение основных деталей комбайна. Строение зерноуборочного комбайна позволяет ему работать в одно и том же режиме достаточно долгое время. Для надежной работы нужно следить за состоянием всех элементов и заменять их в случае необходимости. Своевременная заточка лезвий, замена масла и других жидкостей в двигателе и трансмиссии обеспечат долговечность работы.

При раздельном сборе урожая вместо жатки устанавливается платформа-подборщик.

Как работает комбайн

Принцип работы зерноуборочного комбайна представлен так.

Мотовильное устройство наклоняет хлебостои, режущий аппарат производит обрезку. Поступающая на шнек растительная масса сужается и пальцевыми приспособлениями подается в наклонную камеру, затем по транспортерной ленте в МСУ. Принимающий битер комбайна для уборки пшеницы перемещает сырье к барабану. Попадающие камни и тяжелые предметы винтовыми лопастями откидываются в камнеуловитель и оседают на дне.

Колосья проходят через бичи барабана по деке. Зерна выбиваются специальными насечками, заменяющими прямые биения на скользящие, уменьшая потери. Соломенная масса транспортируется и сталкивается с поперечной планкой, происходит процесс отделения. Сепарирующая зона обмолачивает до 100% зерновых культур. Из соломенной массы выделяется до 80%, остаток поступает на соломотряс и распушается. Зерна падают вниз, проходят через клавишный механизм и очищаются на решетке, солома поступает в копнитель.

Ворох передвигается по стрясной доске от МСУ и соломотряса к пальчиковой решетке. Там очищается, примеси выдуваются потоком воздуха от вентилятора: мелкие частицы проваливаются через решето очистки и падают на начало верхнего элемента, крупные — на середину. Сквозь открытые на 2/3 жалюзи зерна и маленькие колоски попадают на нижнее решето, крупные остатки — на удлинитель и в колосовой шнек. Зерна скатываются по доске и поступают в зерновой шнек.

Колосья с колосового шнека движутся последовательно в колосовой элеватор, потом на распределительный шнек, отбойный битер, барабан. Процесс обмолачивания повторяется. Зерновой шнек перемещает сырье в зерновой элеватор и бункер. Половонабиватель прессующей камерой почти наполовину уплотняет солому, попавшую в копнитель, направляет полову на дно устройства. Как только механизм наполняется, машинист нажимает на педаль для выгрузки копны. По завершении процесса копнитель автоматически закрывается.

Если вместо копнителя установлен измельчитель, происходит перемалывание мякины и разбрасывание ее по полю.

Схема работы комбайна

Силовой конструкцией зерноуборочного комбайна является рама, на которую опираются мосты. У комбайна два моста — передний с ведущими колесами и задний с поворотными. Также на раме крепятся молотильные устройства, транспортирующие приспособления, бункер для готовой продукции, двигатель внутреннего сгорания, кабина с соответствующими органами управления, механизация привода, гидросистема и электрооборудование. Спереди комбайна с использованием шарниров крепится жатвенная часть. Сзади, в зависимости от комплектации, может быть установлен измельчитель или копнитель для соломы.

Данная схема работы комбайна является классической. Наглядный пример работы комбайна представлен на видео в конце статьи. Посмотрев этот ролик, можно оценить качество конструкции и относительную простоту работы.

Подготовка к работе

Хлебная масса не поддается стандартизации. Такую проблему, как потери зерна при обмолоте, решают усовершенствованием конструкции сельхозмашины и осуществлением регулировок рабочих органов.

Правильная техническая подготовка комбайна к работе — залог бесперебойного проведения всего технологического процесса.

Перед эксплуатацией агрегата проверяют его техническое состояние, комплектность, действие всех систем и единиц. При обнаружении неисправностей их обязательно устраняют.

затяжки крепежных соединений;
натяжение ремней и прогибы цепей;
расположение шкивов, звездочек и контуров;
герметичность деталей;
состояние мотора и мостов;
педали управления.

При подготовке к работе зерноуборочного комбайна для уменьшения потерь обмолота особое внимание уделяют настройке параметров с учетом вида убираемой культуры и условий эксплуатации. Так, для пшеницы:

Эксплуатация

Эксплуатация зерноуборочного комбайна должна осуществляться по инструкции:

Проверяют уровень масла в двигателе, коробке, баке гидравлики, охлаждающую жидкость в радиаторе, топливо в топливном баке.
Выбирают подходящую передачу при среднем положении рычага хода, толкают вперед и начинают движение.
Регулируют скорость езды, проверяют тормоза.
При температуре воздуха ниже 0°С двигатель должен поработать несколько минут на холостом ходу.
Переключение скоростей осуществляют на ровной поверхности земли. Сначала переключатель устанавливают на нейтральную передачу, затем на желаемую.
Педали тормоза сцеплены. Системой пользуются плавно. Запрещено двигаться по наклонной вниз на нейтралке.
При движении комбайна по дорогам общего пользования жатки устанавливаются на свои места, направление передних и задних фар должно быть отрегулировано, включается только ближний свет. Зерновой бункер пустой.
При езде по полю используют тормоза управления для снижения разворотного радиуса. На мягких участках уменьшают давление в передних шинах. На крутых склонах устойчивость улучшается с повышением давления колес. Если бункер загружен наполовину, шансы перевернуться минимальны.
При обмолоте для обеспечения равномерной загрузки работают на больших оборотах силового агрегата. Предварительно регулируют скорость движения, высоту среза и мотовило так, чтобы загрузка хлеба происходила равномерно и непрерывно. Затем производят пробный заезд с отрегулированными параметрами.

На видео ниже показан полный цикл работы комбайна, как он устроен и что делает. Следует обратить внимание на качественное отделение зерна от общей массы растительности. Синхронная работа всех узлов обеспечивает нужную пропускную способность и минимальные потери. Из схемы комбайна видно, насколько важно проверять её работоспособность и правильно эксплуатировать технику.

Работы по установке оборудования, настройке и ремонту должен выполнять специалист, обладающий знаниями и навыками по работе с комбайном.

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.

10.07.2017

С интенсивным развитием науки и техники во всех областях человеческой деятельности произошел переход от применения ручного труда к использованию специализированных машин. Не осталось в стороне и сельское хозяйство. Одним из самых трудоемких этапов земледелия был и остается процесс уборки урожая, в том числе зерновых. И сегодня насчитывается большое разнообразие сложных многофункциональных уборочных агрегатов, известных нам как комбайны, приспособленных к особенностям уборочного процесса многих сельскохозяйственных культур. Аграрии используют в своей деятельности такие разновидности этих машин: зерноуборочные, свеклоуборочные, картофелеуборочные, силосоуборочные, хлопкоуборочные, рисоуборочные, кормоуборочные, виноградоуборочные, льнокомбайны, кукурузоуборочные, томатоуборочные, комбайны для уборки зеленого горошка, кенафоуборочные, клещевиноуборочные, селекционно-семеноводческие.

Сегодня комбайны – это главная уборочная техника в аграрной отрасли. Прообразом современного зерноуборочного агрегата послужила т. н. галльская очесывающая жатка (I век н. э.) – коробчатая конструкция, на переднем нижнем крае которой располагался ряд острых клиновидных ножей, срезавших расположенные по ходу движения короба колосья. К сожалению, этот довольно прогрессивный метод уборки зерна был предан забвению на многие столетия. И получил свое дальнейшее развитие лишь в XIX веке, в Австралии (австралийский стриппер).

Тогда же появился проект (изобретатели Н. Moore и J. Hascall) более совершенного, напоминавшего своей рабочей схемой современные образцы зерноуборочного комбайна. Именно он нашел в дальнейшем практическое применение и был использован на уборке урожаев в Калифорнии. Несмотря на постоянные работы по усовершенствованию и созданию новых модификаций, вплоть до конца ХIX века комбайны приводились в движение живой тягловой силой (лошадьми, буйволами, мулами), и лишь в 1890-х годах с этой целью стали использовать паровые машины. Впоследствии их заменили тракторами с двигателем внутреннего сгорания. Параллельно с этим деревянные конструкции комбайна заменялись металлическими. Впервые двигатель внутреннего сгорания установили непосредственно на комбайн лишь в 1907 году. Это позволило значительно снизить вес машины.

Повсеместному внедрению и массовому использованию комбайнов в земледелии препятствовала их значительная стоимость. Поэтому применяли их преимущественно в аграрных хозяйствах, нуждающихся в обработке больших посевных площадей. Работы по усовершенствованию конструкции и уменьшению стоимости агрегата велись постоянно, и в 1937 году фирма Massey-Harris представила новую модель комбайна, получившую высокую оценку и признание аграриев. Массовый выпуск этого комбайна начался в 1940 году.

Развитие комбайностроения в дальнейшем было направлено на усовершенствование и повышение производительности режущего элемента, молотильно-сепарирующего устройства и системы очистки. Современный зерноуборочный комбайн способен выполнять одновременно целый ряд функций: срезку колосьев, подачу их к молотильному аппарату, обмолот колосьев и отделение зерен от силоса, растительных остатков и различных примесей, транспортировку очищенного зерна в бункер, а также выгрузку из него.

Сегодня жатка (срезающее устройство) различается по типу действия и может быть очесывающего типа (срезает только колос, оставляя полностью стебель), платформенная (срезает все растение у корня) или шнековая (универсальная). Жатки очесывающего типа применяют в прямом комбайнировании, а платформенные используются только для раздельной уборки. Увеличить производительность комбайна можно с помощью жатки большей ширины, что позволяет обрабатывать за то же время большую площадь поля. Но значительно возросший поток срезанных колосьев, поступающих на переработку, нуждается в качественном и быстром обмолоте. Поэтому один из самых важных показателей зерноуборочного комбайна – это пропускная способность молотильного устройства и показатель качества обмолота.

Согласно конструкции молотильно-сепарирующего устройства комбайны классифицируют на: барабанные или клавишные, роторные и гибридные. Каждый из представителей этих групп имеет свои определенные преимущества для уборки тех или иных культур и приспособлен для работы в различных климатических условиях.

Последние разработки фирмы John Deere по усовершенствованию комбайнов серии W с однобарабанным типом обмолачивающего устройства позволили повысить производительность этих машин на 15 – 20 % благодаря верхней подаче обрабатываемой массы пальцевым перекидным битером, за счет чего дополнительно увеличилась площадь сепарации. А установка на такие комбайны (серия Т) мощных двигателей (400 - 460 л. с.) позволяет собирать до 25 – 40 т зерна в час. При этом зерноуборочные агрегаты способны собирать урожай в сложных погодных условиях с минимальными потерями (до 1 % зерна). Они являются неоценимыми помощниками для аграрных компаний, владеющих значительными уборочными площадями, занятыми высокопроизводительными зерновыми культурами.

Конструкция роторного комбайна позволяет увеличить его мощность и повысить производительность благодаря замене барабана и клавиш в обмолачивающем механизме на более быстрый и функциональный ротор. Высокая скорость его вращения приводит к самостоятельной очистке зерна благодаря центробежной силе и образующемуся трению. Но эффект достигается главным образом при уборке культур с низким содержанием влаги. Чаще всего роторные комбайны задействуют при уборке рапса, сои, кукурузы и подсолнечника. К их недостаткам можно отнести повышенный расход топлива (увеличивается на 20 – 30 %).

Гибридные или комбинированные зерноуборочные агрегаты оборудованы молотильным устройством, сочетающим в себе и барабан (без клавиш соломотряса), и ротор. Их несомненные достоинства: высокая производительность, ничтожная потеря урожая и низкий уровень травмированности зерен при уборке. Их используют в крупных фермерских хозяйствах (на больших площадях), при высокой урожайности культур (не менее 60 – 120 ц/га). В других случаях применение этих агрегатов нецелесообразно. По цене они значительно превосходят барабанно-клавишные и роторные модели, но отличаются очень высокой производственной мощностью.

В зависимости от производственной мощности (пропускной способности молотильного аппарата, кг/с), комбайны подразделяют на классы: 1, 3, 5, 6, 9, 10, 12. Номинальной пропускной способностью (до 6 кг/с) обладают комбайны производства таких известных фирм как New Holland, Deutz-Fahr, Sampo Rosenlew. Также у моделей СХ (720, 740, 760, 780) фирмы New Holland этот показатель составляет 7,3 кг/с, а у СХ (820, 840, 860, 880) – 8,8 кг/с. Более высокая классность у зерноуборочных агрегатов компании John Deere и фирмы Claas (свыше 9,0 кг/с).

Вместе с повышением производительных качеств комбайнов большое значение уделяется созданию комфортных условий для водителей. Новые модели агрегатов отличаются комфортабельными и эргономичными кабинами с панорамным обзором, низким уровнем шума, пыле- и влагозащитой, мощным рабочим освещением, кондиционером, цветным монитором, удобным сенсорным пультом управления и центром контроля.

В маленьких фермерских хозяйствах применение больших уборочных агрегатов нецелесообразно. Поэтому специально для них разработан ряд мини-комбайнов, представляющих собой компактные и многофункциональные агрегаты, с помощью которых можно проводить не только уборку урожая, но и посев семян, а также вязку снопов. Они отличаются простотой эксплуатации, легкостью управления, высокой маневренностью, могут быть оборудованы водительской кабиной или водительским сидением. Выпускаются также упрощенные модели комбайнов, которые направляются человеком, удерживающим агрегат за специальные ручки. Мини-комбайн оснащен дизельным двигателем небольшой мощности (8 – 10 л. с.). Это определяет малый расход топлива и экономичность агрегата, что очень выгодно при ведении небольшого фермерского хозяйства. Лидером по выпуску комбайнов малых и средних мощностей является Китай. Большой популярностью пользуются крупные модели (захват жатки 2 м, мощность двигателя 53 л. с.) производства Foton Gushen D180 или DONG FENG 1548.

Читайте также: