Почему гибридные комбайны покоряют рынок

Содержание

1. Гибридная система обмолота и сепарации — результат эволюции
2. Повышение эффективности сепарации остаточного зерна
3. Повышение эффективности первичной сепарации зерна
4. Повышение производительности молотилки
5. Второе поколение клавишных комбайнов — двухбарабанные ЗУК
6. Роторные МСУ — совершенно новый вид
7. Гибридный зерноуборочный комбайн
8. Какой ЗУК производительнее — роторный или гибридный?

Гибридная система обмолота и сепарации — результат эволюции

Вкратце история эволюции молотильно-сепарирующих устройств (МСУ) зерноуборочных комбайнов выглядит так:

1. Машины с однобарабанной молотилкой и клавишным соломотрясом, за ними — МСУ с двумя барабанами и тем же клавишным соломотрясом.
2. Прорывная технология — роторное молотильно-сепарирующее устройство, чуть позже — двухроторное МСУ.
3. ЗУК с гибридным молотильно-сепарирующим устройством — особая порода, «дитя» барабанных и роторных технологий.

Все знают, что появление роторных и гибридных комбайнов было обусловлено тем, что исчерпались возможности наращивать производительность и эффективность классических ЗУК. Разберём, что под этим подразумевается.

Паспортная производительность классических комбайнов рассчитывается исходя из пропускной способности МСУ, при которой потери зерна с соломой не превышают 1,5%. Тут важно помнить, что:

1. Качество вымолота и степень перебития соломы зависят от конструкции молотилки — штифтовая или бильная.
2. Производительность молотилки определяется площадью обмолота.
3. Большая часть зерна в барабанных МСУ выделяется непосредственно в молотилке и поступает на очистку через деку.
4. Эффективность первичной сепарации определяется в первую очередь длиной пути, который проходит обмолачиваемая масса.
5. Полнота сепарации остаточного зерна определяется длиной и качеством работы соломотряса.
6. Большая часть зерна сепарируется на первом метре соломотряса — дальше эффективность агрегата резко падает с каждым дециметром.

То есть пункты 2, 4, 5 можно считать лимитирующими производительность ЗУК факторами. И многие десятилетия машиностроители стремились достичь лучших результатов, изменяя эти параметры. Начнём «с хвоста».

Повышение эффективности сепарации остаточного зерна

Для максимизации сепарации требуется удлинять соломотряс. Но с какого-то момента затраты на увеличение агрегата начинают превышать выигрыш от собранного зерна. То есть удлинять его далее становится нецелесообразно. Поэтому необходимо повышать эффективность первичной сепарации.

Повышение эффективности первичной сепарации зерна

Как было сказано выше, этот параметр зависит от длины пути, который обмолачиваемый ворох проходит в молотилке. Удлинить его в первую очередь пытались увеличением угла охвата деки. В некоторых образцах молотилок он достигает 146 градусов. Да, чем больше охват деки, тем выше показатели вымолота и сепарации — это прописано во всех учебных пособиях. Но увеличивать угол охвата подбарабанья сверх 146 градусов нельзя, потому что:

• масса будет сгруживаться на входе,
• снижается способность машины обмолачивать влажный ворох,
• крутая траектория ведёт к увеличению количества повреждённого зерна.

Таким образом, не менее важен диаметр барабана, который дека охватывает. Именно в паре они формируют траекторию и путь обмолачиваемой массы, а также площадь обмолота.

А что с длиной барабана?

Длина барабана (ширина молотилки) не влияет на эффективность вымолота и сепарации, но влияет на площадь обмолота и, следовательно, на производительность агрегата.

Повышение производительности молотилки

Оба способа — увеличение длины и диаметра барабана — использовали для увеличения производительности ЗУК. Но эти подходы не равнозначны по эффективности. Дело в том, что поступающий в молотилку поток массы никогда не бывает абсолютно равномерным, и агрегат постоянно испытывает динамические нагрузки.

Большая площадь обмолота ведёт к росту тормозящего эффекта, который оказывает ворох на барабан. В какой-то степени влияние этого фактора можно снизить, увеличивая крутящий момент на приводе барабана за счёт роста мощности двигателя. Эту возможность ограничивают «выносливость» и размеры приводов.

Гораздо более эффективный и дешёвый способ — повышение инерционности самого барабана. И вот тут-то проявляется неравнозначность подходов: масса барабана растёт значительно быстрее при увеличении его диаметра, чем при увеличении его длины.

А чем больше масса молотильного барабана, тем эффективнее он сопротивляется тормозящему эффекту обмолачиваемого вороха, тем сложнее его остановить. Поэтому менее «толстому» (и, соответственно, менее тяжёлому) барабану потребуется больше мощности, чтобы сопротивляться воздействию возросшего объёма массы. Вот мы и раскрыли, что скрывается за фразой «высокоинерционный барабан».

Этими «тонкостями» объясняются, кстати, преимущества молотилок Ростсельмаш:

1. Способность стабильно работать с ворохом, который оказывает высокое тормозящее усилие (влажный, неравномерный, скрученный, соломистый и т. п.).
2. Высокая эффективность первичной сепарации.

Средний отраслевой показатель первичной сепарации однобарабанных молотилок — 70–80%. У классических ЗУК Ростсельмаш величина этого параметра составляет 95%.

Тем не менее, далее увеличивать ширину и диаметр молотилки, а также площадь соломотряса практически невозможно или, по крайней мере, нецелесообразно.

Второе поколение клавишных комбайнов — двухбарабанные ЗУК

Столкнувшись с ограничениями по увеличению размеров молотильного барабана и соломотряса, сельхозмашиностроители пошли по пути увеличения количества рабочих органов молотилки. Что получилось:

• выросла пропускная способность — за счёт распределения удельной загрузки молотилки на два барабана,
• улучшилось качество и производительность работы на влажных и засорённых агрофонах,
• увеличилась эффективность первичной сепарации,
• улучшилось качество вымолота труднообмолачиваемых культур,
• повысилось дробление зерна — за счёт увеличения количества встречных ударов по вороху при его передаче от одного рабочего органа к другому,
• усложнилась конструкция машины.

Однако не всем двухбарабанным ЗУК удалось догнать по эффективности вымолота и первичной сепарации классические машины Ростсельмаш, потому что:

• двухбарабанные молотилки требуют уменьшения сектора охвата каждого барабана — так что увеличить в два раза площадь обмолота и длину пути вороха не получается,
• барабаны небольших диаметров унаследовали слабую сопротивляемость динамическим нагрузкам.

Динамические нагрузки можно снизить, увеличив скорость вороха перед подачей в молотилку. Поэтому в ряде моделей один из барабанов выступает в качестве ускорителя. Это плюс. Минус — он фактически не участвует в обмолоте и первичной сепарации. А увеличение пропускной способности, как мы ранее выяснили, не означает повышения эффективности первичной сепарации.

Тут хочешь не хочешь, а надо упомянуть двухбарабанники Ростсельмаш RSM 161 и T500. У них площадь обмолота и сепарации честная. Напомним, что эти машины меньше аналогов травмируют зерно и перебивают солому. При этом не имеют конкурентов по возможности работать даже не просто с влажным, а с очень сырым зерном, за которое другие ЗУК просто не возьмутся.

Роторные МСУ — совершенно новый вид

Перепробовав различные варианты двухбарабанных схем, инженеры совершили реальный прорыв — создали роторные (аксиально-роторные) молотильно-сепарирующие устройства. Что получилось:

• комбайн «лишился» соломотряса — обмолот и сепарация выполняются в одном агрегате,
• значительно увеличилась производительность и эффективность вымолота,
• повысилось качество работы машин на продольных и поперечных уклонах,
• снизилась травмируемость зерна,
• комбайн практически лишился способности работать на влажном агрофоне,
• серьёзно возрос риск забивания МСУ при уборке длинностебельных культур,
• МСУ стало более энергоёмким.

Ключевое отличие роторных систем — значительно увеличенный путь движения вороха внутри агрегата.

Ворох движется по сложной спиральной траектории, совершая несколько полных оборотов вокруг ротора. То есть его путь будет длиннее, чем в барабанной молотилке и на соломотрясе суммарно. А как мы ранее выяснили, именно от этого параметра зависит эффективность сепарации зерна.

Особенности обмолота в роторных системах

Вопреки распространённому мнению, в роторных МСУ зерно не просто «вытирается» — здесь также присутствуют бичи и молотильные деки. Однако из-за спирального движения массы удары наносятся под углом, что снижает ударную нагрузку и действительно увеличивает «вытирающую» составляющую процесса. Это объясняет, почему в роторных системах иногда наблюдаются несколько большие потери недомолотом при минимальных потерях свободного зерна.

Сложности при работе с длинностебельными или влажными культурами связаны с особенностью движения массы — ворох имеет тенденцию скручиваться в жгуты. Дополнительным фактором в роторных МСУ с так называемой стационарной декой является наличие «мёртвой зоны» в верхней части ротора, где ворох не обмолачивается.

Если говорить о роторном ЗУК Ростсельмаш TORUM 785, у него указанные недостатки выражены значительно слабее за счёт особенностей конструкции МСУ:

• Применение вращающейся деки увеличивает площадь активного обмолота, практически исключая возможность образования мёртвых зон.
• Использование трёх молотильных дек в одном сечении обеспечивает трёхкратный обмолот вороха за каждый оборот ротора.

В итоге мёртвые зоны отсутствуют, интенсивность обмолота и сепарации растёт, а энергопотребление снижается в сравнении с роторами со стационарной декой сравнимых размеров. Это доказывают практические данные: средний расход горючего составляет порядка 2,5–3,5 л/т зерна. Очень скромно для машины такой мощности и с таким типом МСУ.

Гибридный зерноуборочный комбайн

Итак, что у нас получилось в сухом остатке после почти сотни лет развития комбайностроения:

• барабаны объективно лучше вымолачивают, но их пропускная способность недостаточна для высокоурожайных фонов, а клавиши недостаточно эффективно сепарируют остаточное зерно,
• ротор объективно производительнее, сепарирует эффективнее, но хуже справляется с трудновымолачиваемым зерном и испытывает трудности при работе с влажной массой.

В общем, неудивительно, что инженеры решили объединить в одной машине достоинства двух принципиально разных систем МСУ. Так появился зерноуборочный комбайн с гибридной системой обмолота и сепарации.

Гибридный ЗУК — машина, у которой молотильно-сепарирующее устройство состоит из барабанной молотилки и роторного сепаратора. Таким образом, такие МСУ объединяют два лучших отраслевых решения:

• барабан или барабаны — эффективный обмолот,
• ротор или роторы — эффективная сепарация.

Главная прелесть таких комбайнов в том, что их не пришлось изобретать с нуля. Производители просто берут уже проверенные удачные решения и комбинируют их, исходя из экономической целесообразности и потребностей фермеров. Поэтому в линейках гибридных машин встречаются разные варианты:

• однобарабанные и двухбарабанные системы,
• однороторные и двухроторные конструкции.

Например, Ростсельмаш в 2024 году представил зерноуборочный комбайн H820 с гибридным молотильно-сепарирующим устройством, построенным по схеме «однобарабанная молотилка + два сепарирующих ротора»:

• молотилка — барабан длиной 1480 мм, диаметром 800 мм с углом охвата декой 130 градусов + отбойный битер,
• сепаратор — роторы со стационарной декой длиной 4500 мм и диаметром 450 мм.

Предполагается, что это будет старшая машина серии, в которую также войдут модели H750 и H620. У них такая же молотилка, но в качестве сепаратора используется один ротор.

Возникает закономерный вопрос: если у нас та же барабанная молотилка, откуда прирост производительности?

Главное ограничение производительности зерноуборочных комбайнов — соломотряс. Исследования показывают, что улучшение сепарации остаточного зерна может увеличить пропускную способность машины на 20%. Именно этим объясняется разница в производительности моделей с одинаковыми молотилками, но с соломотрясами разной длины и площади. А ротор в качестве сепаратора гораздо эффективнее соломотряса.

А почему тогда некоторые производители ЗУК с гибридными МСУ используют двухбарабанную молотилку?

Два барабана применяют в двух случаях:

1. Когда одного барабана недостаточно для качественной сепарации.
2. Для увеличения пропускной способности.

Однако у однобарабанных систем Ростсельмаш эффективность сепарации достигает 95%. Учитывая эффективность работы роторного сепаратора, использование двухбарабанной молотилки с этой точки зрения попросту нецелесообразно. Двухбарабанные системы — дорогое решение, оправданное только на полях с урожайностью 70–80 ц/га, а таких немного.

Следующий закономерный вопрос: если роторные комбайны плохо справляются с влажной/засорённой массой, почему у гибридников это получается лучше?

Хотя роторные системы действительно могут забиваться, в гибридных комбайнах эта проблема менее выражена. Главная причина — меньшая нагрузка на ротор.

Рассмотрим на примере:

При уборке пшеницы (75 ц/га) в комбайн подаётся около 100 м³ массы (10 м³ зерна и 90 м³ соломы):

• в роторном комбайне все 100 м³ проходят через ротор,
• в гибридном после первичной сепарации (90% эффективность) на ротор попадает только 91 м³,
• при двух роторах — всего по 45,5 м³ на каждый.

Почему в гибридах Ростсельмаш используют стационарные деки?

Это продуманное решение:

• ротор в сепараторе работает в щадящем режиме,
• нет необходимости в сложной вращающейся деке,
• оптимальное сочетание эффективности и стоимости.

Какой ЗУК производительнее — роторный или гибридный?

Однозначного ответа нет, потому что всё зависит от параметров МСУ, системы очистки и мощности машины. Например:

• производительность гибридного комбайна Ростсельмаш H820 — до 50 т/ч,
• роторного TORUM 785 — 45 т/ч.

Таким образом, пропускная способность H820 на 11% выше, при этом мощность у обеих машин одинаковая — 510 л. с.

Кстати, новый комбайн с гибридным МСУ ровно в два раза производительнее самого мощного классического ЗУК Ростсельмаш ACROS 595 Plus и более чем на треть (почти 39%) обгоняет двухбарабанник RSM 161.

Логично предположить, что у младших моделей линейки ЗУК Ростсельмаш с комбинированным (гибридным) МСУ разрыв с классикой и двухбарабанными комбайнами будет меньше, в том числе и потому, что ниже будет мощность двигателей и меньше площадь сепарирующей поверхности роторов.

Эксперты указывают: да, роторный комбайн может быть производительнее гибридного. Но гибридный намного более универсален:

• производительнее барабанных,
• работает на любых агрофонах.