Зерноочищающие машины (обзор и анализ).

Прежде чем перейти к изложению материала о новых подходах к созданию машин для очистки и калибровки зерна, необходимо сделать обзор и анализ машин предлагаемых рынком сегодня.

Рис.1. Схема принципа работы зерноочищающих машин при плоскопараллельном движении зерна..

Начиная с 30-х годов прошлого века, в основу устройства зерноочищающих машин заложен двух ярусный ситовой кузов, состоящий из двух сит, расположенных один над другим: верхнее просевное сито, которое пропускает через крупные отверстия все зерно на нижнее сито (при этом сор намного крупнее зерна сходит с верхнего сита), через нижнее (подсевное) проходит мелкий сор, а зерно с какой-то долей оставшегося сора с него сходит. Менялся принцип колебания ситовых кузовов (круговые колебания: БСХ, БИС, «Shmidt-zeeger»; плоскопараллельные «Petkus», «Cimbria» и др.), менялись устройства по очистке сит от застрявших в них зерен и сора (ударяющие молоточки, скребки и щетки, шарики и т.д.), но принцип разделения зерновой смеси на крупный сор, зерно и мелкий сор при проходе зерновой массы через верхнее сито на нижнее не меняется (рис. 1). Это можно объяснить как простотой такого устройства для очистки зерна, так и инертностью, когда разработчики оказываются в плену принятой когда-то концепции. Эта инертность прослеживается не только в разработке машин для сельского хозяйства, но и в более интеллектуально емких направлениях, в частности в авиации.

Сравнивать эффективность зерноочищающих машин предлагаемых сегодня рынком можно только в самых общих чертах. Другое дело автомобиль. Конкуренция в автомобилестроении сформировало рынок, в котором при желании покупатель может четко получить ответ «кто есть кто». Характеристики многочисленных параметров автомобилей сведены в сравнительные таблицы и запрос покупателя, и ответ рынка пересекаются в точке, которая устраивает обе стороны.

В зерноочищающем оборудовании (да как и в другой технике для сельского хозяйства) пока этого нет. Характеристики машин «рисуются» производителями, которые, чтобы не сказать грубо «дурят» народ, скажем мягче – желаемое выдают за действительность. Вот, например, рекламная информация о производительности одной из зерноочищающих машин: площадь сит 12 м² – производительность 70 т/час. Следующая модификация той же машины – площадь сит 16 м² – производительность 150 т/час (?!).

Вся полемика производителей конкурентов указанных машин о преимуществах одних перед другими сводится к принципу слова против слов. Необходимы строгие комплексные сравнительные исследования характеристик машин, проводимые независимой экспертной организацией.

Применительно к зерноочищающим машинам это должно выглядеть так:

Результаты испытания эффективности различных зерноочистительных машин.

Тип машины

Влажность зерна, %

Крупный сор, %

Мелкий сор, %

Легковитаемый сор, %

Зерновая примесь, %

Микротравмы, %

Макротравмы, %

до

после

до

после

до

после

до

после

до

после

до

после

до

после

Исходный материал перед началом сравнительных исследований строго анализируется лабораторией по параметрам:

- влажность (%);

- крупный сор (%);

- мелкий сор (%);

- легковитаемый сор (%);

- зерновая примесь (%);

- микротравмирование (%);

- макротравмирование (%).

Сравниваемые машины, при этом должны быть равные (согласно паспорту) по производительности. После пропуска исследуемой партии зерна, выход из каждой машины подвергается анализу по перечисленным показателям и заполняется матрица сравнения. Кроме этого, сравниваются размеры машин, потребляемая мощность, удобство эксплуатации. Пока до этого в с/х машиностроении дело не дошло, но бизнес, рано или поздно, выйдет на такую технологию сравнения, поскольку без нее неверный выбор машины ведет к значительному недополучению прибыли.

На сегодняшний день самая большая в мире по площади рассева зерноочищающая машина, построенная на принципе колебания плоскопараллельных кузовов «Shmidt-zeeger», с площадью рассева 48 м2 и с шестью ситовыми кузовами, выстроенными один над другим с дисбалансирующим приводом круговых колебаний и очисткой шариками (рис. 2).


Рис. 2. Внешний вид и функциональная схема зерноочищающей машины серии Schmidt-Seeger TAS^TM

Преимущества:

- высокая надежность;

- низкий уровень шума;

- хорошая защита от пыли;

- простая в эксплуатации.

Недостатки:

- не удаляет зерновую примесь;

- узкий диапазон регулирования;

- требует существенного снижения производительности для обеспечения качества очистки.

Суть основного недостатка в следующем. Во второй половине рассева мелкий сор в составе зерна ссыпающегося на подсевное сито с низкой проницаемостью не успевает пройти через слой зерна до сита и сходит с зерном (рис. 1).

Рис.3. Внешний вид сепаратора вороха универсального СВУ-60

Рис. 4. Схема работы рассева сепаратора вороха универсального СВУ-60.

Рис. 5. Снижение производительности СВУ-60 при повышении качества очистки зерна.

Попытку создать зерноочищающую машину, удаляющую зерновую примесь, предприняли разработчики «Воронежсельмаша» и на рынок вышла машина СВУ-60 (сепаратор вороха универсальный) (рис. 3). В такой машине, при одновременном плоско-параллельном колебании всех четырех этажей, зерно, разделенное на четыре равных потока, проходит последовательно по трем ситам с разными отверстиями. Функциональя схема очистки зерна при его движении через соответствующие сита приведена на рисунке 4.Но при этом, разработчикам машины, чтобы не переразмеривать общую длину рассева, сита для прохода мелкого сора, зерновой примеси и зернапришлось делать относительно короткими.

Для прохода мелкого сора, в этом случае, условия улучшились – не успев примериться к своему (первому по ходу зерна) ситу,он проходит вместе с зерновой примесью через второе сито, тем самым, отделяясь от чистого зерна и засоряя зерновую примесь.

Зерноочищающие машины барабанного типа.Для удаления зерновой примеси остались те же трудности – пройти через весь слой зерна к своему (короткому) ситу удается не всей примеси, тем более, что зерновая примесь, как более легкая фракция, при виброрассеве в результате самосепарирования оказывается вверху зернового слоя, а при плоско-параллельном колебании принудительного ворошения (массообмена) в слое зерна не происходит, так что большая часть зерновой примеси проходит вместе с «чистым» зерном. Для прохода «чистого» зерна через третье сито по ходу зерна оно должно иметь отверстия намного больше зерна, чтобы успеть без остатка пропустить все зерно на коротком участке рассева, а значит вместе с зерном проходит и часть крупного сора соразмерного с отверстиями сита. Именно поэтому повышение качества очистки на такой машине требует снижения производительности в три и более раза, о чем и указывают производители машины в сопровождающих документах. На рисунке 5 показана взаимосвязь эффективности очистки и производительности СВУ-60.

Свою нишу на рынке среди зерноочищающих машин занимают машины барабанного типа с горизонтальной осью вращения барабана. Принцип работы такой машины простой – непрерывное пересыпание зерна на внутренней поверхности вращающегося цилиндрического барабана, состоящего из сит с отверстиями разной формы и размера, позволяет отобрать мелкий сор, пропустить зерно и обеспечить сход крупного сора. На рисунке 6 показана схема работы такого сепаратора.


Рис. 6. Рассев барабанного типа (горизонтальная ось вращения) (КБС, Луч, ЗСО и др.).

Преимущества:

- простота эксплуатации;

- высокая надежность;

- отсутствие вибрационных нагрузок;

- возможность работы с зерном повышенной влажности.

Недостатки:

- низкая эффективность из-за низкого коэффициента использования сита (30-35%), неравномерной толщины слоя на сите и отсутствия очистки сит от застрявших в отверстиях сита зерен и сорных частиц в нижней части, т.е. именно там, где идет просыпание;

- время пребывания отдельных зерен при ворошении зерновой массы на внутренней поверхности барабана может отличаться на 30%;

- травмирование зерен;

- недостаточное регулирование режима работы.

Машины барабанного типа с горизонтальной осью вращения большой производительности начали делать во Франции. Самые большие по габаритам зерноочищающая машина в мире КБС и «Луч» (объем ~51 м³). На рисунке 7 показан внешний вид этих машин.


Сепаратор типа КБС	Зерновой сепаратор ЛУЧ ЗСО
Рис. 7. Зерноочищающие машины с горизонтальной осью вращения барабана.

В силу указанных недостатков машин барабанного типа с горизонтальной осью вращения, производительность их резко снижается при повышении качества очистки. На рисунке 8 показана эта зависимость, видно, что производительность снижается в разы.

Рис.8. Изменение производительности очистки зерна при повышении качества очистки на сепараторе барабанного типа «Луч ЗСО».

Рис.9. Принцип работы центробежного сепаратора типа БЦС.

Отдельное место на рынке зерноочищающих машин занимают центробежные машины типа БСЦ и «RIELA» с вертикальной осью вращения барабана. Отличительный признак таких машин – изменение силового взаимодействия зерна и сита за счет прижатия зерна центробежными силами к внутренней поверхности вращающегося с большой угловой скоростью (два оборота в секунду) барабана, состоящего из сит с отверстиями разного размера и разной формы. Линейная скорость в момент касания зерна и сита при этом составляет около 4 м/с. Вертикальное перемещение зерна по цилиндру происходит за счет колебаний всего барабана в осевом направлении. Схема работы такого устройства приведена на рисунке 9.

Преимущества:

- высокая производительность;

- простота эксплуатации;

- кроме того, у машин «RIELA» улучшенная система аспирации, устранена мертвая зона взаимодействия зерна с ситом за счет размещения очищающих барабанов на общей вращающейся платформе (зерноочищающая машина Prof-Seed).

Недостатки:

- травмирование зерна;

- недостаточное регулирование;

- низкое качество очистки, обусловленное тем, что центробежная сила проталкивает через отверстия вращающегося сита не только зерно, но и сор.

Внешний вид центробежных сепараторов показан на рисунке 10.


Сепаратор виброцентробежный зерновой БЦСМ-50	Зерноочищающая машина Prof-Seed фирмы RIELA
Рис. 10. Внешний вид центробежных сепараторов.

В настоящее время, когда мы получаем посевной материал предварительно очищенный на какой-либо машине в хозяйстве, то после пропуска его на очищающе-калибрующих машинах все огрехи предшествующих зерноочищающих машин отчетливо проявляются. В качестве примере приведу данные касающиеся очистки гречихи на центробежном сепараторе типа БЦС.

Рис. 11. Легковитаемый сор в составе «чистого» зерна гречихи.

Рис. 12. Мелкий сор в составе «чистого» зерна гречихи.

Рис. 13. Крупный сор в составе «чистого» зерна гречихи.

Гречиху, засоренную подсолнечником, нам завезли после двукратной очистки на ЗАВе, где стоят черпающе-бросающие нории и очищающая машина центробежного типа БЦС. Зерно, которое прошло через нижнее просевное сито на таких машинах считается чистым, но я буду это слово брать в кавычки. Далее дам комментарии к тем фотографиям сора вместе с семенами подсолнечника, которые попали под уборку (самосев) и не были отобраны от семян гречихи на этапе предварительной и первичной очистки центробежными машинами.

Рисунок 13. Крупный сор в большом количестве оказывается в компании с «чистым» зерном по той причине, что, будучи прижатым к просевному ситу с крупными отверстиями, проталкивается через них центробежными силами вместе с «чистым» зерном. Не удивительно, что в «чистом» зерне оказалась большая доля семян подсолнечника. Уменьшить отверстия в просевном сите нельзя, иначе крупный сор захватит зерно на сход.
Рисунок 12. Мелкий сор, который оказался в «чистом» зерне свидетельствует о том, что мелкий сор прижимается зерном на первых подсевных ситах и проходит в осевом направлении, миную щелевые отверстия сит, и только на нижнем просевном сите через крупные отверстия проходит вместе с «чистым» зерном. Это происходит по той причине, что центробежные силы блокируют ворошение зерна на рассеве. Битая ядрица в составе мелкого сора подтверждает агрессивность такого метода очистки на вращающихся ситах со скоростью 2 об/с, что соответствует линейной скорости 4 м/с. Это та скорость, с которой зерновки ударяются о кромки высеченных отверстий сита и далее, прижатые к ситам, протаскиваются по внутренней поверхности, вращающегося и колеблющегося в осевом направлении, барабана.Рисунок 11. В «чистое» зерно попала лузга свежебитого зерна. Если бы эта лузга была в составе зерна перед пропуском через БЦС, то она была бы отобрана системой аспирации. Именно такую долю зерна рушит центробежная машина и любые следующие пропуски через нее дадут такую же долю битого зерна, а может еще и большую, ибо с каждым следующим пропуском в составе зерна увеличивается количество зерен с треснувшей, и разрушенной оболочкой.

В последнее время на рынок машин по зерноочистке от разных производителей поступают машины, в основе которых лежит взаимодействие падающего зерна со сносящим потоком воздуха. Этому вопросу правильнее посвятить отдельный раздел.