как работает комбайн в поле видео
Как работает сельскохозяйственный зерноуборочный комбайн
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.
Среди агрономов и фермеров широкое распространение получили самоходные комплексы «Дон-1200», «Дон-1500» и «Вектор». Их производительность достигает 8-12 т за 1 час, потери зерна — не более 1,5%. Комплексы используются при прямом и раздельном способах комбайнирования.
Комбайн по сбору зерновых культур представляет собой сложный механизм, который выполняет полный технологический цикл, включающий такие операции:
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:
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.
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:
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.
Комбайн с джойстиком, беспилотник и обед в поле: как живётся современным механизаторам
Согласитесь, нечасто нам приходится бывать в полях, смотреть, как работает уборочная техника. А уж чтобы почувствовать себя на месте комбайнёра – такое только в фантазиях и приснится.
Белгородским журналистам недавно повезло выехать на свекловодческое поле. Решили посмотреть, откуда, так сказать, у сахара ноги растут, и как работают комбайны. В поле нас угостили настоящим механизаторским обедом, показали беспилотник и дали прокатиться в кабине комбайна.
Зелёное облако
Когда читаешь информацию о том, что сахарную свёклу у нас в области убирают с площади свыше 53 тыс. гектаров, на середину сентября работы проведены на 4,6 тыс. гектаров, собрано свыше 176 тыс. тонн корнеплодов – кажется, что уборка сельскохозяйственной продукции дело такое же скучное, как сами цифры.
С такими мыслями в один из солнечных сентябрьских деньков мы и ехали на поле. И как же были неправы!Сразу очаровала картинка – комбайн высыпает собранную свёклу. Ещё больше впечатлил вид огромной уборочной машины, которая двигается по полю, словно корабль по водной глади, только гонит перед собой не голубую волну, а зелёное облако из разрезанной на мельчайшие части свекольной ботвы.
Комбайны недавно вышли на свекольные поля и начали сбор урожая. Им нужно справиться до первой недели ноября, когда приходят первые заморозки.Машины копают ровно столько, сколько готов в день переработать сахарный завод. Долго хранить урожай под открытым небом нельзя – свёкла начнёт гнить.
Казалось бы, какая особая сложность может быть в этом корнеплоде. Однако с точки зрения аграриев, подумать только – это одна из самых непростых и затратных культур. Её трудно выкопать, она сложна в переработке, да и в хранении тоже.
Умный комбайн
Работал на поле современный немецкий комбайн «Холмер». По словам специалистов, в нём настроена автоматическая система, уже заложен маршрут, а механизаторам надо только поворачивать при переходе на очередной участок.
Когда нам предложили прокатиться в кабине, никто не отказался. Всё-таки не каждый день удаётся посидеть в такой машине.
Чтобы оказаться на месте комбайнёра, поднимаешься по специальной приставной лестнице – высота довольно приличная, больше двух метров.
В кабине не очень много места, она рассчитана на одного человека, но всё очень комфортно устроено: хороший обзор впереди, монитор слева от водителя – на него передаётся изображение с видеокамер, и руль управления, похожий на джойстик. Вот раздолье какому-нибудь геймеру. Если повернуться назад, то можно увидеть, как в бункер сыпется выкопанная свёкла.
– Трудно управлять? – спрашиваю механизатора.
– Первые комбайны был, как самолёт – столько кнопок. Этими управлять легко. Хоть и сложные машины, но они устроены проще.
Юрий Солодилов работает на комбайне больше 30 лет. Попытался когда-то найти работу в городе. Не получилось. Вернулся в деревню и сел за руль комбайна.Столько лет работает на уборке сахарной свёклы, а к сладкому равнодушен и сахар не любит.
Управление
Пока едем с Юрием, беседуем. Комбайнёр сетует, что было мало дождей, поэтому и земля твёрдая.
– Музыку включаете в кабине?
– Рабочий день долго длится?
– В сезон, как сейчас, работаем сутки.
– И как справляетесь?
– Привык уже. В обед час перерыв, вечером поел, обслуживание сделал, и за руль.
– Ночью ведь темно.
– У него фары мама не горюй, как днём всё видно.
– Потом домой приходите и, наверное, сутки спите?
– Практически. Меня родные, считай, не видят. На следующий день снова на работу.
– Что делаете, чтобы ночью в сон не клонило?
– Не до сна. Пока выйдешь, обслужишь комбайн, устранишь какие-то неполадки, сон и разогнал.
– Комбайн сам выбирает дорогу или вы его направляете?
– Я корректирую направление. Ввожу машину в рядок, нажимаю кнопку и фиксирую таким образом. Вот эта штука впереди, посередине [показывает выступ внизу кабины], она и ведёт комбайн. Бегает от свёклы до свёклы и держит направление.
– Бывает, что комбайн выскакивал из рядка?
– Да, бывает, отвлечёшься, он сбивается, резко дёргается, просыпаешься от этого мгновенно. А если с сидения встать, то вся система сразу блокируется, и комбайн моментально останавливается. Можно и в стекло обзорное влететь лбом, мало не покажется.
Искусственная птица
Сейчас аграриям в работе помогают и беспилотники. Нам показали один такой. Он может разгоняться до 60 километров в час. Заряда хватает на полчаса работы, есть запасные аккумуляторы, но больше, собственно, и не надо. В задачу дрона входит снять видео и передать изображение на землю. Агроном видит всё на экране пульта управления. И понимает, где у него хорошо взошли культуры, где есть проблемы, а где урожай болеет или сохнет. Чтобы проверить состояние зерновых или корнеплодов и обойти поле, нужно время. Дрон делает за человека эту работу всего за несколько минут.
Полевые будни комбайнера продуманы до мелочей
Колоссальная работа
Петуха с курицей знать не по картинкам
На часах — 6:00. Во время уборочной кампании утро Виктора Тиунчика, старшего комбайнера, начинается на час раньше, чем обычно. Жена Татьяна встает вместе с мужем, чтобы приготовить завтрак. Она работает продавцом. С Виктором они познакомились в Минске у родственников.
— Потом началась уборочная кампания, — вспоминает он события одиннадцатилетней давности. — Татьяна в Минске, я здесь: в полях с утра и до ночи. Времени на звонки не было.
Зато после того как закончили убирать урожай, наконец-то состоялся долгожданный звонок, после которого все пошло-поехало. Недавно пара построила собственный дом.
— Хозяйством пока не обзавелись, — говорит Виктор. — Но обязательно будет. Как это в деревне жить и без хозяйства? Не хочу, чтобы мои дети петуха с курицей знали только по картинкам в книгах.
После завтрака — километр быстрым шагом: на мехдворе ждет «боевой конь» — комбайн «Палессе». Перед тем как идти в поле, нужно внимательно осмотреть машину:
— Это важный момент, потому что неожиданные поломки в поле чреваты потерянными тоннами урожая.
Также нужно выписать путевки:
— Заправляем технику — 400 литров. На день хватает, если без непредвиденных обстоятельств.
На пшеничном поле комбайны появляются около девяти. Как раз к этому времени утренняя роса подсыхает. Пять машин, прицепив жатки, распределяют полосы, с которых начнется рабочий день.
— А как делите полосы? — спрашиваю у Виктора и его напарника Константина Изотова.
— На глаз, — смеется Константин.
Комбайн должен убирать со скоростью 3 км/ч.
— Если ехать быстрее, — объясняет Виктор,— будут потери.
В этот раз ему достался небольшой участок полеглой пшеницы. Эту культуру, говорит, убирать приятнее всего:
— Зерно не так вбито в колос, оно легко вымолачивается. С ячменем сложнее. Но пшеница может запросто сама осыпаться, поэтому важно подобрать момент, когда ее нужно убирать.
Из окна гигантской машины видно лишь бескрайнее поле и как жатка «поедает» колосья, оставляя за собой полосу соломы. В кабине никакой музыки.
— По звуку мотора можно определить, хорошо ли идет работа, — поясняет Виктор.
Когда бункер полный, загорается оранжевая лампочка и звучит сирена, оповещающая, что места для зерна больше нет.
В 12:00 на поле приезжает машина, доставляющая обеды. На сей раз в меню салат из свеклы с сыром, суп харчо, жареная курица, макароны, булочка домашняя и виноградный компот. Также на поле всегда привозят питьевую воду. Такой обед обходится комбайнеру в 2,5 рубля.
Короткий отдых — и снова в бой. Нужно спешить.
— Если пройдет дождь, придется ждать, пока поле подсохнет, — говорит Виктор, разворачивая комбайн, чтобы начать убирать новую полосу.
Скоро его сменит Константин. Они первыми в Барановичском районе перешли тысячный рубеж. С таким событием поздравить тружеников приехали представители районной власти. Руководитель Барановичского райисполкома вручил героям жатвы дипломы и денежные премии.
У Виктора — двое сыновей. Артему — 10, Егору — 5 лет. Младший обожает комбайны и тракторы. И порой Егор выступает в роли помощника, когда отец берет его с собой в поле. По похожему сценарию начиналось все и у Виктора: вырос и стал работать в паре с отцом. Был помощником комбайнера. А когда в хозяйстве появился новый комбайн, Виктора пересадили на него. Сейчас «Палессе GS 12 A1» официально закреплен за ним. Сегодня отец и сын работают на одном поле на разных комбайнах.
Телефонный звонок разбавил монотонное жужжание мотора.
— Едем на другое поле, — сказал Виктор после короткого разговора по мобильнику. — Будем убирать ячмень. Пшеница на этом поле еще постоит.
Один за одним комбайны выруливают на дорогу. Максимальная скорость — 25 км/ч.
С наступлением темноты экипажи все еще работают.
— Хорошо, если в 11 дома окажемся, — говорит мой собеседник.
Первое, что нужно сделать, когда окончен рабочий день, — снять жатку. И — на мехдвор.
— Завтра в поле. Урожай не знает выходных, — улыбается Виктор. — Главное, чтобы погода не подвела.
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.