You are using an outdated browser. For a faster, safer browsing experience, upgrade for free today.

Bi-rotor XBR-2: история одной хорошей идеи

бироторный комбайн

Изобретения — основной двигатель прогресса всего человека. При этом не так важно, являются ли они полностью оригинальными идеями. Эти вопросы лучше оставить специалистам по патентному праву. Переосмысление, синтез или внезапное совмещение идей тоже способны принести немало пользы.

Так случилось и с одним из проектов инженера-энтузиаста из США, Марка Андервуда. История его изобретения — это, с одной стороны, яркий пример трудолюбия, упорства и дальновидности. А с другой — печальная картина борьбы группки увлеченных людей с большими бездушными корпорациями.

двухроторный комбайн XBR-2

Простой фермер из Канзаса заимел идею, которая должна была сделать жизнь его коллег легче, а урожаи выше — более производительный и надежный комбайн, чем все, что были до этого. Но суровая действительность распорядилась иначе.

Не битьем, так катаньем: появление концепции двухроторной системы обмолота

История смелого изобретения начинается в поселении Бур Оак (Burr Oak) с населением в 249 душ. Городок располагается в северном центральном Канзасе. Там жил некий Марк Андервуд, который рос на родительской ферме и унаследовал семейную профессию, благодаря чему и свел знакомство с сельхозтехникой.

эскиз комбайна

Впервые идея двухроторного комбайна пришла в голову будущему изобретателю где-то между 1971 и 78 годом, во время летних подработок на автобетоносмесителе.

Приблизительно тогда наблюдения за работой бетоносмесительной машины и знания о комбайнах, полученные во время уборки на отцовском комбайне, вылились в концепцию двухротоной системы обмолота.

Идея заключалась в обмолоте зерна между ротором и вращающейся декой.

Строго говоря, идея не была полностью оригинальной. Мысли витала в воздухе с 1930 годов, когда появились стационарные устройства для отделения кукурузного зерна от кочанов. А к 1977 полноценные роторные комбайны уже имелись в модельных рядах Case IH, John Deere и New Holland. Но все они оснащались стационарными деками.

Марк почувствовал потенциал в подобной конструкции, и задался целью сделать на ее основе более надежный и более эффективный комбайн с каком можно меньшим количеством подвижных частей и ремней.

Марк поделился идеей с двоюродным братом Ральфом Лагергреном, который часто проводил летние каникулы на ферме Андервудов. Но в течение долгого времени идея оставалась только идеей.

Марк продолжал работать на ферме, а Ральф закончил Университет Канзаса и успел поработать в некой фармацевтической компании в другом городе. Корпоративный мир его быстро утомил, но вспомнилась смелый замысел двоюродного брата. Недолго думая, Ральф позвонил Марку, и попросил набросать эскиз своего комбайна, собрал вещи и отправился делать комбайн.

Из интервью Ральфа Лагергрена подкасту Machine Pete Podcast (21.08.2019): «Нам было где-то по 12 лет и моя мать, она была прекрасным учителем, однажды сказала: «Марк не очень умный.» — на что я ответил: «Мам, Марк вообще-то гений».

Переход в материальный мир: первый прототип системы обмолота

С помощью гранта от компании KTEC и государства была создана модель системы сепарации в 2/3 величины. В 1989 году модель проходила испытания в Университете штата Канзас (Kansas State University).

Испытания показали, что оптимальные результаты достигаются в случае вращения ротора и деки в одном направлении. Скорость деки при этом должна составлять 1/10 скорости ротора. Такая схема сокращает повреждение зерна во время обмолота и потребляет меньше мощности чем прочие роторы того времени. А в случае засора массой, всегда можно провернуть деку в обратную сторону, чтобы разбить засор.

сдвоенный ротор обмолота

В комбайнах Ростсельмаш (в США и Канаде выпускаются под брендом Versatile) серии Торум используется похожая система, но в ней ротор гораздо длиннее, а дека вращается в противоположную ему сторону.

Результатом исследовательских работ и тестов стала готовая система обмолота, которой требовались пробы за пределами лаборатории. Благодаря этой потребности появился Вайти.

Вайти, первый прототип для полевых испытаний

первый комбайн со сдвоенным ротором

За зиму 1990-1991 годов узел ротационного обмолота был встроен в один из первых роторных комбайнов, IH 1480. Размеры МСУ составляли всего 1,22 метра в длину и 91,5 см в диаметре. Ротор оригинального комбайна был более чем в два раза длиннее, 2,74 м. «Новый» комбайн покрасили в белый цвет, снабдили красочными декалями, и назвали Вайти (производное от англ. white – белый).

Уборочный сезон 1991 года стал первой возможностью для Вайти раскрыть свой потенциал. Однажды несколько инженеров Case IH прибыли в Бур Оак, чтобы посмотреть на работу прототипа.

В это же время Марк и Ральф открыли предприятие Agri-Technology L.P., где Марк занимался разработкой, а Ральф — маркетингом и финансами. За этим последовало принятие решения о постройке полноценного прототипа с ноля.

В начале 1992 братья арендовали мастерскую у небольшой компании Kincaid Equipment Manufacturing, что в Хейвене, Канзас. На то время многие изобретения Марка оставались незапатентованными. Поэтому все работы следовало вести как можно более скрытно.

Разработка экспериментального двухроторного комбайна, который окрестили XBR-2 (experimental bi-rotor), отняла гораздо больше времени и средств, чем браться рассчитывали. Поэтому в 92 Вайти снова вышел на поля, чтобы убирать пшеницу в округе Бур Оак. Но на этот раз Марк добавил самовыравнивающиеся решета. Теперь за машиной наблюдали инженеры John Deere, но за этим не последовало никаких действий.

Вайти отправили на уборку кукурузы, а средств на разработку, тем временем, не прибавлялось. Как, собственно, и инвесторов. Конец казался близким, но произошло неожиданное событие.

вайти на ферме Андервудов
Осенью 1992 на связь вышла компания, от которой Ральф ожидал предложений меньше всего.

Caterpillar в свое время производила комбайны, но продала соответствующее подразделение John Deere еще в 30-х. Интерес CAT к агропромышленной возродился с запуском в производство тракторов Challenger (в 2002 бренд выкупила AGCO). Из-за последствий сокращения рынка строительной техники, нанесшего существенный ущерб компании, Caterpillar начал искать новые возможности сбыта.

Эксперименты с гусеницами на комбайнах JD и Claas на то время были слишком дорогими. Заиметь собственный комбайн представлялось компании более выгодным решением, но ни нужных знаний, ни инженеров у нее не было. Поэтому подписание контракта с соглашением о неразглашении произошло быстро. После этого делегация CAT посетила презентацию Вайти, устроенную Ральфом.

Это послужило мощным толчком для дальнейшего развития прототипа. Финансирование и материальное обеспечение CAT позволило взяться за проект основательно.

XBR-2: расширение команды и рождение полноценного прототипа

Во время долгих месяцев переговоров братья перебрались в новый цех, предоставленный компанией Gordon-Piatt Energy Group. Мастерская находилась между Винфилдом и Арканзасом в штате Канзас. Компания-арендодатель также стала одним из инвесторов проекта и обеспечивала производство компонентов.

Двухроторная система обмолота была сердцевиной проекта, но Марк с командой разработали множество других конструктивных решений, которые казались весьма удачными.

В феврале 1993 прибыл первый вклад CAT в проект — трактор Challenger, который стал источником компонентов и донором гусеничной ходовой. Поскольку любой комбайн, даже такой простой, как Bi-rotor, состоит из более чем 30 000 деталей, для продолжения работы понадобилась помощь. К проекту присоединились:

  • Гленн Джексон, инженер САПР из Техаса, который помогал создавать Вайти;
  • Джеф Хокинс, сварщик-самоучка из Kincaid;
  • Алан Ван Намен, знаток агропромышленной техники с 12 годами опыта работы на John Deere, ярый приверженец гусеничной ходовой, и в прошлом преподаватель электрики, гидравлики и силовой передачи в заводской школе;
  • Сушил Двайер, эмигрировашвий кандидат агротехнологических наук из Индии, помогавший во время тестов модели в Университете Канзаса.
Bi-rotor XBR-2: история одной хорошей идеи

Все участники команды разделяли увлечение Марка и Ральфа изобретениям в целом, и проектом Bi-rotor в частности.

Работы начались в марте, а к завершению мая была готова рама. Однако встреча с руководством CAT в августе привела к необходимости установить крайний срок. В ответ на это условие Ральф расширил команду.

К работе над Bi-rotor присоединились: Джо Лагтен, выпускник Университета Канзаса и специалист САПР, помогающий в разработке деталей, и отец Гленна, Кен, инженер-строитель, ставший правой рукой Марка. Девятым новоприбывшим энтузиастом стал Аарон Макки, на то время студент Университета Канзаса.

Чем ближе подходил срок, тем усерднее команда трудилась над воплощением комбайновой мечты Марка.

второй эскиз комбайна

Cкладывалось впечатление, что все работы требуют вдвое больше времени, чем казалось. Беспокойство нарастало.

Марк уже пожертвовал собственной фермой ради своего комбайна. Джо в одиночку завершил проектирование бункера на 14 м3, и очень переживал, что узел не подойдет на машину. Но его опасения не оправдались, бункер подошел идеально. Чтобы сократить количество подвижных компонентов, Марк планировал обеспечить гидравлический привод как можно большему количеству узлов. Организация джунглей из шлангов и насосов стала очередной непростой задачей.

Установленные CAT сроки приближались, а оставалась еще покраска боковых панелей, не считая двухдневной транспортировки в Пеорию, на демонстрационное поле. С другой стороны, компания послала в помощь команде эксперта по гидравлике с опытом прототипирования.

11 Августа в 9:15 утра 300-сильный двигатель XBR2 впервые заговорил. В тот же день установили и боковые панели. За этим последовала двухдневная дефектовка гидравлической системы, заставившая команду поволноваться снова. Но к 10 часам вечера 13 августа неисправная помпа была обнаружена, и гусеницы заработали, как полагается.

Энтузиасты и корпорации: XBR-2 уходит на покой

В целом, внутренняя демонстрация прототипа для сотрудников CAT прошла успешно, но руководство запросило подтверждение производительности. Два последующим месяца прошли в исправлении небольших проблем и недочетов и 7 октября 1993 года XBR-2 впервые вышел в поле.

В этот облачный и душный день комбайн поместил в бункер первые порции только что убранного сорго. До начала дождя комбайн сделал 8 кругов по полю. Тесты по сорго прошли идеально. Несколько дней спустя машина с не меньшим успехом продемонстрировала себя на кукурузе, на ферме родителей Марка.

XBR2 в поле

За успешными демонстрациями последовали сложности с Caterpillar. Недостаток опыта в области комбайностроения заставил компанию искать помощи в оценке производительности машины Марка. Таким помощником стал один из наиболее крупных производителей агропромышленной техники, которой планировалось доверить и будущее продвижение XBR-2. Естественно, надеяться на объективность оценки от компании, обладающей собственными торговыми марками комбайнов, не стоило.

В европейском исследовательском центре New Holland машина со сдвоенным ротором стала подопытным кроликом. Тесты прошли неплохо, и показали несколько возможностей для улучшения системы обмолота.

история Bi-rotor XBR-2

Весной 1994 CAT и NH предложили провести дополнительные тесты на самых высокоурожайных полях пшеницы в Имперской Долине, что в Калифорнии. К этому времени New Holland как раз приготовили две модели своего роторного комбайна серии TX.

Прототипу канзасских энтузиастов пришлось поработать бок о бок с двумя моделями, разработанными за много миллионов долларов в конструкторских бюро мирового лидера по производству сельскохозяйственной техники. По странному стечению обстоятельств (нет), машины NH оказались более производительными во всех тестах. После этого Caterpillar дал заднюю, и отказался от прав на проект.

Но Марк, Ральф и остальная команда, не пали духом, и продолжили разработку. Еще раз Ральф нашел средства, и усердная работа по улучшению уже общего детища продолжилась в мастерской Gordon-Piatt.

Работы продолжались до 1995, когда судьба проекта была определена во время переговоров за закрытыми дверьми. Еще один гигант С/Х техники, John Deere, выкупил 24 патента. Предполагалось, что они будут воплощены в серии STS 50, но все купленные патенты оказались заброшенными на дальних полках. Точная сумма сделки неизвестна, но имеющиеся данные позволяют говорить о миллионах долларов.

bi-rotor на ферме андервудов

Так закончился первый этап в жизни очередной интересной идеи, которая разбилась о неизбежность конкуренции с большими компаниями. С 1995 и Вайти, и XBR-2 обрастали травой, припаркованные рядом с мастерской Марка на семейной ферме Андервудов. Но это далеко не конец истории. А пока эти примечательные машины стоят без дела под дождем и снегом, у нас есть время поближе рассмотреть их.

Конструктивные особенности XBR-2

конструктивные особенности xbr-2

Марк и команда проектировали без малого комбайн мечты. За время, в течение которого комбайн стоял без дела, многое изменилось. Но даже сейчас небольшой комбайн с вместительным бункером на гусеничном ходу считается очень удачным решением среди агропромышленного сообщества.

Конструктивные отличия от большинства комбайнов того времени касались всех основных систем. Безотносительно к практической применимости многие из решений опережали современную им технику.

Молотильно-сепарирующее устройство

Именно с молотильно-сепарирующего устройства началась история машины. Такое МСУ представляет собой концентрически расположенные ротор и деку. В передней, по ходу комбайна, части диаметр деки больше, а на роторе расположены вспомогательные лопасти. Это зона захвата массы.

Непосредственный обмолот происходит в остальной, более узкой, части деки и ротора. Для этих целей последний оснащен отбойными пальцами. Дека вращается в том же направлении, что и ротор, но на 1/10 скорости.

Независимые полевые испытания, предшествующие сравнению с моделями NH, показали, что такая система обмолота меньше повреждает зерно и показывает более высокую производительность. Более того, за счет конфигурации ротора и деки исключается необходимость в настройке системы для разных культур, поскольку зерно разных размеров выделяется из массы в разных частях ротора.

Лабораторные тесты показали, что в сравнении с прочими роторами того времени, такая система на 23% эффективнее (72% выделения зерна из массы у обычных против 95% — у сдвоенного ротора).

Сегодня подобными системами оснащаются комбайны Ростсельмаш (Торум) и дочерней марки Versatile (Nova). Отличие заключается в том, что дека российских комбайнов вращается в обратную сторону по отношению к ротору. Вся система также более громоздка, в сравнении со сдвоенным ротором Bi-rotor.

Но главная особенность МСУ прототипа XBR-2 заключается в возможности быстрого демонтажа. Жатка, наклонная камера и обмолот представляют собой единый узел, который отсоединяется от комбайна в считанные минуты. Такое конструктивное решение значительно облегчает обслуживание машины.

Caterpillar и команда Марка собирались использовать узловую конструкцию, чтобы использовать комбайн в качестве основного узла. В предполагаемом сценарии узел сбора и обмолота быстро менялся, например, устройством для опрыскивания.

Система очистки

После ротора обмолоченное зерно и масса поступает на самовыравнивающиеся решета. Принцип автоматического выравнивания реализован за счет роликов в подвеске решет и гравитации, поэтому не требует дополнительного оборудования.

Диапазон компенсации наклона не так широк, поэтому перед решетами очистки установлен поперечный распределяющий конвейер, способный вращаться в обоих направлениях. Когда датчики обнаруживают перегрузку одной из сторон решет, конвейер начинает вращаться в противоположную. Пальцы на цепях перераспределяют обмолоченную массу для более равномерной загрузки решет.

Полова и мусор после системы очистки отправляются прямиком на разбрасыватель. Устройство для формирования валков также находилось в разработке, пока проект был жив, но света так и не увидело.

Перемещение зерна

Миновав систему очистки, зерно и недомолот попадают на соответствующие части двухпутевого конвейера, опоясывающего бункер и систему очистки машины. Одна часть конвейера отправляет чистое зерно на распределительный шнек в бункере, вторая — колоски на домолот.

Отказ от шнеков в пользу конвейеров позволил сократить повреждение зерна и потребление мощности. Да, половину действия лопасти совершают пустыми, но на то XBR-2 и был прототипом.

Сразу за кабиной расположен бункер, емкостью в 14 м3. Для его разгрузки служит неподвижный разгрузочный конвейер, вынесенный назад. Выгрузка происходит на скорости до 120 литров в секунду.

Ходовая часть, силовая установка, управление

Силовой агрегат и ходовую команда взяла с предоставленного Caterpillar трактора. Двигатель разместили в задней части машины для обеспечения необходимой устойчивости. Вместе с гусеничной ходовой 300 сильный дизель разгонял машину до 15,5 км/ч по дороге. Со снятой жаткой машина с большим запасом вписывалась в допустимые габариты транспортных средств.

Использование гусеничного хода сокращает уплотнение почвы и повышает маневренность машины. Поэтому множество современным комбайнов высокого класса оснащаются полугусеничным ходом.

Еще одно, менее очевидное преимущество, заключается в возможности управления машиной при помощи джойстика. Некоторые современные комбайны, даже на колесном ходу, уже перешли на такой тип управления. Расположенный слева от кресла водителя джойстик, в отличие от рулевой колонки, не загораживает обзор жатки и обеспечивает более комфортное управление.

Конечно, приведенными выше особенностями конструкция XBR-2 не ограничивалась. В свое время John Deere выкупил 24 патента, но оригинальных конструкторских решений было гораздо больше. К примеру, устройство комбайна сводило количество используемых ремней всего к 3, количество подвижных деталей в сравнении с техникой того времени было в 2 раза меньше и так далее.

Сдвоенный ротор сегодня

bi-rotor в новых руках

С 1995 по 2018 и Вайти и XBR-2 стояли на ферме Андервудов, обрастая травой. За это время индустрия шагнула вперед, но до сих пор в ней не появилось ничего подобного. 22 июля 2017 года Марк Андервуд умер от рака, так и не увидев серийную модель своего детища. С другой стороны, ее еще не видел никто. Ральф Лагергрен продолжил работать с изобретателями, и выводить на рынок их продукты.

28 октября 2018 года, после того как истек срок действия патентов, купленных John Deere, Вайти и XBR-2 ушли с молотка. Вайти продали за 8000 долларов и превратили в музейный экспонат. Судьба его старшего брата сложилась гораздо интереснее.

XBR-2 достался производственной компании PERIDOT, Inc из штата Индиана за 22000 долларов. К декабрю 2019 машина была восстановлена и в некоторой степени модернизирована. Компания серьезно настроена тщательно изучить конструкцию комбайна, чтобы затем вывести модель в массовое производство в состоянии, максимально приближенном к тому, что в свое время представлял Марк Андервуд.

Как развернется судьба еще одного изобретения, опередившего время, сейчас сложно представить. Но одно известно точно — ещё есть создатели сельскохозяйственной техники, которые на ставят экономическую рентабельность продажи этой самой техники выше потребностей и интересов фермеров.

Корпус вертикального загрузочного шнека John Deere

Корпус вертикального загрузочного шнека John Deere продажа и ремонт
Корпус вертикального загрузочного шнека John Deere купить
Ремонт корпуса вертикального загрузочного шнека John Deere