Úvod / Informácie / Stroje a zariadenia / Rôzne

Trendy vývoja obilných kombajnov

16-12-2016
S použitím dostupných zdrojov spracoval: doc. Ing. Jozef Ďuďák, CSc. | jozef.dudak@uniag.sk
Slovenská poľnohospodárska univerzita, Nitra

Samohybné obilné kombajny sa v poľnohospodárstve využívajú približne 70 rokov, aj keď konštrukcia prvého prevádzkyschopného kombajnu, ktorá združovala žacie a mlátiace ústrojenstvo, bola patentovaná už v roku 1836. Do podoby, v akej poznáme obilný kombajn dnes, sa však muselo vykonať veľké množstvo vývojových a konštrukčných prác.

Podľa doložených historických zdrojov mlátiaci mechanizmus bol známy už v roku 1831, vtedy išlo o mlátiaci mechanizmus zubový. Neskôr bol patentovaný mlatkový mlátiaci mechanizmus, to bolo v roku 1860. Konštrukcia samohybného kombajnu bola patentovaná už v roku 1912, ale k rozšíreniu a sériovej výrobe došlo oveľa neskôr.

V roku 1938 bol predstavený kombajn Massey Harris 20, prvý úspešný samohybný kombajn na svete, ktorý sa stal priekopníkom v zberovej revolúcii. Bol to vôbec prvý vážny konkurent vystupujúci proti ťahaným kombinovaným žacím strojom, ktorý zároveň poskytol „veľkoplošným“ farmárom vysokú produktivitu a výkonnosť. Stroj znamenal nielen veľký skok v poľnohospodárskej mechanizácii, ale tiež predstavil pojem „kombajn“ a položil základy k ďalším inováciám.

Jedným z dôvodov, prečo kombajn Massey Harris 20 uspel, boli rozsiahle skúsenosti vlastníka spoločnosti Massey Harris na trhu s technikou pre zber obilnín. Ďalším kľúčovým faktorom bola zručnosť hlavného konštruktéra vo vývoji kombajnu MH 20, Toma Carrolla. Pôvodom austrálčan sa presťahoval do Argentíny a začal pôsobiť vo firme Massey Harris ako špecialista na žatevné stroje. Bol fascinovaný myšlienkou, že by firma Massey Harris mala vyvinúť obilný kombajn a podarilo sa mu získať súhlas pre realizáciu tohto projektu. So svojím tímom začal pracovať vo vývojovom centre spoločnosti v Kanade v roku 1936 a počas dvoch rokov bolo na farmy v Argentíne poslaných osem predvýrobných prototypov k odbornému testovaniu. Spätná väzba na ich výkonnosť bola natoľko pozitívna, že výroba bola povolená okamžite a prvé z nových „revolučných“ kombajnov boli dodané zákazníkom už v roku 1939.

V období rokov 1910 až 1930 sa v európskych podmienkach dávala prednosť strojom ťahaným, predovšetkým z ekonomických dôvodov. Od začiatku 30. rokov 20. storočia bola však v niektorých oblastiach západnej Európy overovaná vhodnosť amerických obilných kombajnov konštruovaných pre tzv. vysoký rez. Testovanie v Anglicku, Francúzsku a Nemecku odhalilo celý rad nedostatkov a nových problémov spojených so zavádzaním tzv. priameho zberu obilnín v západoeurópskej oblasti. Avšak už v tomto období sa v Európe ďalej rozširuje záujem o obilné kombajny vďaka firme Claas, ktorá v roku 1937 vyrobila svoj prvý ťahaný obilný kombajn, ktorý bol zrejme aj prvým obilným kombajnom na európskom kontinente. Museli však uplynúť takmer dve desaťročia, kým sa obilné kombajny natoľko zdokonalili a prispôsobili európskym podmienkam nízkeho rezu. Týmto krokom došlo postupne k nahradeniu vtedajšieho prevládajúceho zberu hrsťovačkami a viazačmi.

Rozšírenie využívania samohybných kombajnov

K najväčšiemu rozšíreniu používania samohybných obilných kombajnov však došlo až po ukončení druhej svetovej vojny, odkedy sa vývoju a výrobe obilných kombajnov začali venovať viaceré výrobné spoločnosti. Na území bývalého Československa sa prvé obilné kombajny objavili po roku 1945. Veľká časť z nich bola dovezená zo zámoria a západnej Európy v rámci hospodárskej pomoci Správy Spojených národov pre pomoc a obnovu, známej pod skratkou UNRRA (United Nation Relief and Rehabilitation Administration). Najväčšie zastúpenie v praxi však v tomto období mali sovietske návesné obilné kombajny, z ktorých najznámejší bol typ S-6. Po roku 1957 sa začínajú objavovať samohybné obilné kombajny typu S-4 z bývalého ZSSR a maďarské stroje s typovým označením ACD-343 s približne rovnakou výkonnosťou s naftovým motorom. Od roku 1956 do roku 1957 vyrábala taktiež „domáca“ spoločnosť Agrostroj Prostějov obilné kombajny typu ŽM-330. V tomto období sa zažínajú v ČSSR objavovať aj nové typy obilných kombajnov zo ZSSR, a to najskôr typ SK-3, ktorý bol neskôr nahradený typom SK-4. Od roku 1968 sa do Československa začínajú dovážať obilné kombajny typu E512 z bývalej NDR, ktoré s veľmi rýchlo stali v praxi veľmi obľúbenými a používanými strojmi. Od roku 1974 sa v menšej miere objavujú na našich poliach aj obilné kombajny typu SK-5 Niva a SK-6 Kolos z bývalého ZSSR. Na začiatku 80. rokov 20. storočia sa začínajú dovážať obilné kombajny typu E-516  a E-517 z bývalej NDR, ktoré sa neskôr spolu s typom kombajnu E-514 stali  základnými strojmi pre zber zrnín používanými v našom poľnohospodárstve. Okrem týchto strojov sa v menšej miere využívali poľské obilné kombajny typu Bizon Z-056 a Z060, rumunské CP-12 v horskej úprave a výnimočne aj ďalšie stroje.

S odstupom času možno konštatovať, že do roku 1989 sa v našich podmienkach pri zbere zrnín využívali predovšetkým obilné kombajny tzv. „klasickej“ koncepcie. Po roku 1989 sa v našich podmienkach začali presadzovať takmer všetci svetoví výrobcovia obilných kombajnov (Case, Claas, John Deere, MDW, Massey-Ferguson, New Holland atd.), ktorých výrobky môžeme rozdeliť do troch skupín podľa spôsobu výmlatu a separácie. Klasické „tangenciálne“ obilné kombajny, často označované ako konvenčné, sú osadzované mlatkovým mlátiacim mechanizmom a klávesovým vytriasadlom slúžiacim na separáciu vymlátenej obilnej hmoty. Ďalšou skupinou sú „axiálne“ obilné kombajny, ktoré sú osadené jedným alebo dvoma paralelne uloženými axiálnymi rotormi, ktoré plnia funkciu mlátiacu aj separačnú. Je tu integrovaný mlátiaci a separačný mechanizmus do jedného rotora. Poslednú skupinu tvoria tzv. „hybridné koncepcie“ obilných kombajnov, pri ktorých usporiadaní je najčastejšie používaný konvenčný mlatkový mlátiaci mechanizmus, ktorý je doplnený axiálnym separátorom. V súčasných konštrukčných riešeniach obilných kombajnov  najčastejšie nájdeme dva paralelne uložené separačné rotory.

Aktuálne vývojové trendy - súhrn

Vývojové trendy v oblasti konštrukcie obilných kombajnov sa predovšetkým u niektorých výrobcov v západnej Európe už po roku 1970 začali uberať v podstate dvomi smermi. Na jednej stane sa pokračovalo v zdokonaľovaní „klasickej“ koncepcie separácie zrna, založenej na tangenciálnom mlátiacom ústrojenstve, klávesových vytriasadlách a vzduchovom čistení. Druhým vývojovým smerom boli priekopnícke koncepčné riešenia nahrádzajúce mlátiace ústrojenstvo a vytriasadlá jedným axiálne umiestneným separačným ústrojenstvom. Od týchto „priekopníckych“ počiatkov však vývoj v oblasti konštrukcie obilných kombajnov pokračuje významným spôsobom ďalej.

 Predovšetkým dochádza k ďalšiemu zdokonaľovaniu systémov výmlatu, separácie a čistenia zrna. V oblasti výmlatu sa presadzuje používanie tangenciálnych mlátiacich ústrojenstiev pred axiálnymi, aj keď sa rozšírila ponuka kombajnov s rôznymi konštrukciami a princípmi axiálneho výmlatu. Výrazne sa rozširuje ponuka obilných kombajnov s náhradou klasických delených separátorov (vytriasadiel) za rotačné separátory. Snahou pri zdokonaľovaní systémov separácie je predovšetkým spracovať väčšie množstvo vymlátenej obilnej hmoty a tým zvýšiť priechodnosť kombajnu. Tomu napomáhajú aj viacstupňové čistidlá s výkonnými ventilátormi, ktoré kvalitne pracujú aj v svahovitých podmienkach (sú ponúkané rôzne systémy vyrovnávania obilných kombajnov, prípadne usmerňovania pohybu obilnej zmesi po vynášacej doske a sitách).

Pre nové typy obilných kombajnov je charakteristické vybavenie veľkým objemom zásobníka umožňujúcim dlhý čas práce kombajnu bez potreby vyprázdňovania, pri vyprázdňovaní vysoká výkonnosť vyprázdňovacej závitovky, skracujúca prípadné stratové časy na minimum.

Konštruktéri sa zameriavajú na zlepšovanie funkcie jednotlivých konštrukčných celkov (pojazdového ústrojenstva, pohonnej jednotky, žacieho ústrojenstva, mláťacieho ústrojenstva, separačných prvkov, vybavenia kabíny, atď.). Všetko ich úsilie smeruje k zvýšeniu výkonnosti obilných kombajnov, k väčšiemu komfortu pre obsluhu stroja, k zvyšovaniu kvality práce v rôznych terénnych a klimatických podmienkach, k zvyšovaniu prevádzkovej spoľahlivosti stroja.

S nárastom konštrukčných záberov zberových strojov veľmi úzko súvisí aj nárast požiadaviek na zvýšenie súčiniteľa využitia záberu strojov. Okrem zväčšenia záberu strojov dosiahnutie vyššej výkonnosti je úzko spojené aj s nárastom požiadaviek na nastavovanie a zriaďovanie práce strojov v závislosti od okamžitých zberových podmienok, ktoré sú v prevádzke veľmi variabilné. Nakoľko bolo dokázané, že pri veľkých konštrukčných záberoch strojov a priestorovo premenlivých podmienkach sa zvyšuje zaťaženie obsluhy natoľko, že táto nie je schopná využívať technické prednosti súčasných strojov na viac ako 65 - 70 %, vstupuje aj do riadenia strojov elektronika a ďalšie prvky informačných technológií. Uplatnením automatizačných prvkov na mobilných strojoch sa výrobcovia snažia riešiť fyziologické limity brániace ďalšiemu zvyšovaniu výkonnosti súprav zväčšovaním záberu, alebo pracovnej rýchlosti pri pohybe po poli.

Významnou modernizáciou a inováciou prešlo aj príslušenstvo obilných kombajnov (kabína, kontrolné, ovládacie a regulačné prvky), ako aj ďalšia výbava obilných kombajnov. Pre nové obilné kombajny je stalo charakteristické využitie elektronických kontrolných riadiacich a automatizačných prvkov, bez ktorých sa už obsluha stroja, servisná diagnostika a spracovávanie databázy prevádzkových informácií nemôže zaobísť. Najnovší konštrukčný trend smeruje k využitiu GPS pre sledovanie a riadenie pohybu stroja po poli, resp. pre vytváranie úrodových máp pozemkov. Obilný kombajn sa postupne premenil zo stroja vybaveného automatizačnými prvkami na inteligentný mechanizačný prostriedok, na ktorom obsluha iba zabezpečuje dozor nad procesom kosenia a výmlatu zrnín.

Nárast výkonnosti kombajnov

Výrobcovia obilných kombajnov vo svojich strojoch využívajú celý rad vyspelých technológií, a to ako mechanických, tak predovšetkým v elektronických systémoch. Sledovanými cieľmi sú zvýšenie výkonnosti a efektívnosti výmlatu a kvality práce, prípadne úpravy existujúcich modelov pre zvýšenie efektivity práce.

Výkonnosť moderných kombajnov v posledných 30 rokoch výrazne stúpla. Najvýkonnejšie obilné kombajny dnes bežne dosahujú priechodnosť obilnej hmoty na úrovni 80 až100 t.h-1. Vo všetkých technických a kvalitatívnych znakoch (ako napr. výkon motora, objem zásobníka zrna, šírka záberu žacej lišty, a pod.) je vidieť lineárny trend nárastu ich parametrov. V niektorých prípadoch (napr. pri zvyšovaní výkonu motora)  je možné dokonca zaznamenať aj priebeh progresívny. Zvyšovanie výkonu motora nevedie automaticky k zvyšovaniu výkonnosti moderných kombajnov. K tomu je potrebné optimalizovať konštrukciu aj ďalších pracovných mechanizmov.

Stále pretrváva tendencia k zavádzaniu väčších šírok žacích líšt, od čoho sa očakáva zvýšenie efektivity práce predovšetkým s ohľadom na spotrebu paliva. Jednoznačne to vedie k nárastu plošnej výkonnosti obilných kombajnov a znižuje celkovú spotrebu paliva. Pre konštrukciu žacích líšt sa okrem tradičných materiálov začínajú používať tiež materiály odľahčené na báze zliatin hliníka, ktoré aj pri veľkej šírke záberu nezaťažujú stroj príliš veľkou hmotnosťou.

Vývoj kombajnov s ohľadom na zväčšovanie výkonnosti však nemôže pokračovať do nekonečna, najmä s ohľadom na veľkosť strojov a predovšetkým ich hmotnosť, kedy musíme brať ohľad na pôdu a jej ochranu pred nežiaducim zhutnením, ktorým sa znižuje pôdne úrodnosť. Niektoré obmedzenia vyplývajú aj z čoraz širšieho využívania bezorbových technológií, kedy pri bočnom vetre a veľkej šírke záberu žacieho ústrojenstva obilného kombajnu nedokáže drvič rozmiestniť rezanku po celej šírke záberu žacej lišty rovnomerne a vznikajú tak problémy pri ďalšom spracovaní pôdy a následnom zakladaní porastov.

Záver

Za 70 rokov používania prešli obilné kombajny viacerými významnými konštrukčnými zmenami a modernizáciami, avšak ich vývoj sa nezastavil a pokračuje ďalej. Na záver ešte možno uviesť niekoľko príkladov z aktuálnych vývojových trendov:

  • výrobcovia obilných kombajnov, ktorí si vyrábajú aj motory, využívajú rôzne technické riešenia pre splnenie čoraz prísnejších emisných noriem. Isté je, že vývoj motorov spĺňajúcich tieto normy je pre obilné kombajny predovšetkým s ohľadom na požiarnu bezpečnosť komplikovanejší a drahší,
  • pri vývoji pojazdových mechanizmov je prvoradým cieľom maximálna ochrana pôdy v súlade s obmedzeniami danými dopravnými predpismi. Trendom pre veľké obilné kombajny sa stávajú pásové podvozky, lebo tu sa dosahuje minimálnych škôd na pôdnej štruktúre v porovnaní s klasickou kolesovou konštrukciou podvozku. K dispozícii sú rôzne šírky pásov, čím sa dajú dosiahnuť hodnoty nízkeho merného tlaku na pôdu,
  • naďalej pokračuje neustály príliv moderných informačných a komunikačných technológií, ktoré zabezpečujú optimalizáciu celého procesu zberu. Do budúcna budú tieto technológie aj veľkými pomocníkmi v celkovej logistike odvozu zrna z poľa, ale napr. aj pri dodávke náhradných dielov, alebo sledovaní jednotlivých parametrov strojov z centrálneho dispečingu pomocou telemetrických systémov.