Зерноочистка. Машины нового поколения
Уважаемый читатель, рад очередной встрече с тобой. Это не шаблонная заставка, на самом деле жажду поделиться с тобой информацией, которой отдаю не малую значимость. Речь пойдет о принципиально новом решении в технологии очистки зерна. Начну с постановки задачи.
Сложившаяся в 30-х годах прошлого века поэтапная технология очистки зерна, разделяемая на предварительную, первичную и вторичную (именно в те годы заложены принципы зерноочищающих машин типа «Петкус» и др.), на сегодняшнем этапе не отвечает требованиям времени. Сегодня надо чистить зерно в темпе уборки, в большом количестве, а это значит чистить хорошо при приеме.
Предварительная очистка, удаляющая меньше половины сора, должна остаться в учебниках под рубрикой «Так было раньше».
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 (как в детской песочнице: «Дурак!» – «Сам дурак!»).
Необходимы строгие комплексные сравнительные исследования характеристик машин, проводимые независимой экспертной организацией.
Применительно к зерноочищающим машинам это выглядит так:
Результаты испытания эффективности различных зерноочистительных машин.
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 не верный выбор машины ведет к значительному недополучению прибыли.
Сегодня, когда я начал получать семенной материал после различных вариантов первичной очистки, с целью отобрать из него семена высокого потенциала на мини-заводе по производству отборных семян, то пофракционная не травмирующая технология позволяет выявлять все минусы машин предшествующей очистки. Рассмотрим это на следующем примере. Оценим качество очистки машиной центробежного типа. Культура – гречиха.
Гречиху, засоренную подсолнечником, нам завезли после двукратной очистки на ЗАВе, где стоят черпающе-бросающие нории и очищающая машина центробежного типа БЦС. На рисунке 1 показана схема работы такой машины. 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.
 |
 |
 |
| Рис. 2. Легковитаемый сор | Рис. 3. Мелкий сор. | Рис. 4. Крупный сор. |
Рисунок 2. 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.
Рисунок 3. 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. Такие машины, как и зернометатели, могли родиться только в СССР – земля ничья и зерно ничье – все государственное.
Рисунок 4. 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.
Кроме центробежных машин к барабанным относятся машины с горизонтальной осью вращения. В таких машинах зерно при вращении барабана не прижимается центробежными силами к ситам, а пересыпается в гравитационном поле в нижней части барабана (рис. 5).
Преимущества машины очевидны:
- простота конструкции;
- бесшумность в работе;
- удобство эксплуатации;
- возможность работать на влажном зерне.
Недостатки:
- низкая производительность из-за малой площади сита занятого пересыпающимся зерном;
- сито в зоне просыпания зерна не очищается от застрявших в отверстиях зерновок;
- зерновки, застрявшие в отверстиях сита, протаскиваются через ворох пересыпающегося зерна и нагружаются на изгиб и излом (рис. 6);
- регулировки ограничены двумя параметрами: частотой вращения барабана и углом наклона оси вращения.
 |
 |
| Рис. 5. Рассев барабанного типа (горизонтальная ось вращения) (КБС, Луч, ЗСО и др.). | Рис. 6. Просев зерна через сито барабанного сепаратора с горизонтальной осью вращения. |
Начиная с 30-х годов прошлого века за основу зерноочищающих машин, была взята конструкция кузова с плоскопараллельным размещением сит одним над другим. Все зарубежные и отечественные машины («Петкус», «Кимбрия», «Шмидт Зеегер», БИС, БСХ и другие) отличаются либо приводом для колебания рассева, либо количеством этажей, каждый из которых, не что иное, как кузов, приведенный на рисунке 7.Так у машины «Петкус М123.6/М153.6» таких этажей четыре, у «Шмидт Зеегер TASTM» - шесть кузовов, выстроенных снизу вверх на трясущейся этажерке и т.д.
Основные недостатки таких машин:
- Зерновая примесь (щуплое, пораженное, изъеденное зерно) остается в составе «чистого» зерна, ибо машина разделяет зерно на три фракции: крупный сор (сход с просевного верхнего сита),
«чистое» зерно (проход через просевное сито и сход с нижнего подсевного) и мелкий сор (проход через подсевное сито). Все, зерновая примесь осталась в зерне.
Зерно на подсевных (нижних) и просевных (верхних) ситах движется в одном направлении, что при перегрузке подсевного сита, не позволяет очистить зерно от мелкого сора, ибо вероятность его продвижения через слой зерна до сита не более 70%, что и приводит к недоочистке (рис. 7).
 |
 |
| Рис.7. Схема очистки зерна при параллельном движении | Рис. 8. Разделение зерна по фракциям на машине СВУ-60. |
- Нерегулируемость режимов работы. Единственный регулятор – угол наклона рассева ограничен диапазоном эффективностью работы очищающих шариков – шарики плохо чистят сито в верхней части
«камеры заключения», наклоненной более 3,5-4°.
Казалось бы, шаг вперед должна была продемонстрировать машина СВУ-60 (последняя разработка
«Воронежсельмаш»), разработчики которой решили добавить обязательную по нынешним требованиям к качеству зерна функцию – удаление зерновой примеси. Но, оказавшись зажатыми в той же 100- летней давности тупиковой концепции – трясти многоэтажную этажерку из одинаковых кузовов (в СВУ-60 таких кузовов 4 шт.) с задачей справились далеко не так, как видимо, хотелось.
Чтобы не переразмеривать общую длину рассева, сита для прохода мелкого сора, зерновой примеси и зерна пришлось делать относительно короткими (рис. 8).
Для прохода мелкогосора, 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. 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 оказывается вверху зернового слоя, а, поскольку, на машинах с круговым колебанием кузова принудительного ворошения (массообмена) в слое зерна не происходит, то большая часть зерновой примеси проходит через следующее сито вместе с «чистым» зерном. Для прохода «чистого» зерна третье сито (по ходу зерна) должно иметь отверстия намного больше зерна, для того, чтобы все зерно без остатка прошло через сито на коротком участке рассева, а это значит, что 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 (рис. 9).
 |
| Рис. 9. Снижение производительности СВУ-60 при повышении качества очистки зерна. |
Решение проблемы повышения эффективности зерноочищающих машин видится в следующем.
- Раскрыть сита, т.е. увеличить их пропускную способность (живое сечение).
- Отделять зерновую примесь в самостоятельную очищенную от сора фракцию.
- Создавать зерноочищающие машины с возможностью регулирования режимов работы в широком диапазоне. Каждая культура имеет свои особенности, и чистить ее нужно на оптимальном для нее режиме.
- Обеспечить оптимальную загрузку сит (решет).
 |
 |
| Рис. 10. Ситовой корпус машины ОМФ на поворотных вибраторах. |
Рис.11. Очищающе-калибрующая машина большой производительности |
Именно эти задачи мы поставили целью, создавая зерноочищающую машину ОМФ-50. В отличии от других сито-воздушных сепараторов очищающие машины типа ОМФ компонуются из одинаковых ситовых корпусов (рис. 10), каждый из которых имеет автономный привод, мощностью 0,74 кВт. Именно такой подход позволяет выйти за рамки тупикового принципа «трясущихся этажерок» и компоновать очищающие и очищающе-калибрующие машины в различном варианте их исполнения. На рисунке 11 приведена компоновка надбункерного размещения ситовых корпусов очищающе-калибрующей машины. Но для очищающих машин предпочтительна вертикальная компоновка кузовов (рис. 12).
 |
Рис. 12. |
Преимущества машины.
- Эффективность рассевов обусловлена увеличением пропускной способности сит (решет) в среднем на 47% и, наличием на решетах ворошителей, обеспечивающих массообмен в слое движущегося зерна. Кроме того, траектория движения рассева на ОМФ-50 (в отличие от круговых или плоскопараллельных колебаний, реализуемых практически на всех зерноочищающих машинах отечественного и зарубежного производства) возвратно- подбрасывающая с регулируемым вектором импульса.
- В приводе кузова для колебательного движения отсутствуют тяги, эксцентрики, шкивы, ремни и т.д., ибо привод обеспечивается поворотными вибраторами с высоким эксплуатационным ресурсом. Рис.13. Зараженность микроскопическими грибами крупного (сход с круглого сита ø 8мм) органического и минерального сора.
- Возможность регулирования режимов работы каждого рассева (четыре регулируемых параметра – вектор импульса колебания, частота и амплитуда колебания, и угол наклона рассева).
- Полная очистка зерна от зерновой примеси и зерновой примеси от мелкого сора.
Необходимость отбора крупного сора и зерновой примеси обусловлена тем, что именно в соре количество микроорганизмов, способных спровоцировать появление очагов самосогревания, в десятки, а иногда и в сотни раз больше, чем на целом здоровом зерне. Рисунки 13 и 14 подтверждают это заключение.
 |
 |
| Рис.13. Зараженность микроскопическими грибами крупного (сход с круглого сита ø 8мм) органического и минерального сора. | Рис. 14. Зараженность грибами различного типа зерна и сора, прошедшего через щелевое сито 1,7х20 и круглое ø 1мм [2]. |
Целесообразно зерновую примесь, очищенную от мелкого сора продать по цене фуража на переработку, пока ее не привели в полную негодность густо живущие на ней микроорганизмы, тем самым, вы снизите риски самосогревания чистого и здорового зерна, повысив сохранность его качества при хранении.
Для отбора пыли и другого легковитаемого сора на машине ОМФ применен эффективный способ аспирации с использованием расслоения зерна по плотности за счет гравитационного поля и
удаления поднявшейся на поверхность смеси легких частиц.
Сепарация по плотности в гравитационном поле происходит по той причине, что в процессе вибрации (особенно если вибрация под углом к радиусу Земли) с частотами 14–16 колебаний в
секунду, тяжелое зерно быстро занимает нижние уровни на колеблющейся поверхности, а легкие сорные частички вынужденно оказываются на зерне, и для их удаления требуется гораздо меньше расхода воздуха (рис.15)
 |
 |
| Рис.15. Схема работы устройства по очистке зерна от легковитаемого сора в процессе работы рассева. | Рис. 16. Схема работа устройства для оценки эффективности аспирации и для ее регулирования. |
Воздушный поток при заданном перепаде давления пронизывает весь слой зерна (сканирует) с малыми скоростями, а перед всасывающим устройством, где и находится легковитаемый сор, скорость увеличивается.
Для оценки эффективности аспирации на каждом канале отвода сора устанавливаются устройства для отбора пробы удаляемого материала, которые работают следующим образом (рис 16).
Поток воздуха с сором, проходя через устройство, замедляется в самом широком сечении канала (А- А) пропорционально увеличению площади (согласно уравнению расхода G= c ρ F =const) и частички, скорость витания которых выше скорости движения воздуха в сечении А-А попадают в сборник 2, стенки которого выполнены из акрила. Визуализация качества аспирации позволяет регулировать усилие всасывания с целью предотвращения выноса зерна. Для более строгого анализа отбираемый
материал легко извлекается из устройства без изменения режима работы.
Аспирация, как обязательный этап очистки зернового вороха от пыли и легковитаемого сора, крайне необходима в технологии очистки по той причине, что именно пыль и легковитаемый сор содержат наибольшее количество плесневых грибов. Особенно их много в пыли, отбираемой системой аспирации. Из рисунка 17 видно, что в одном грамме аспирационного относа содержится грибов разного рода в 360 раз больше, чем в очищенном зерне, а в одном грамме пыли аспирационного относа в 760 раз.
Модульный принцип (автономный ситовой корпус с собственным приводом, очисткой решет и регулировкой режимов работы) позволил принципиально изменить решение проблемы калибровки. Технология производства семян в XXI веке пойдет по пути использования двух имеющихся ресурсов – устранение травмирования семян и обязательная калибровка по размерам (мы калибруем по объему). Точная агротехнология уже практически освоила сектор – точное земледелие, в которое вошел отдельным блоком точный высев. Производство отборных семян (что мы уже сегодня внедряем) – обязательный следующий шаг к снижению нормы высева за счет нетравмированных семян высокого посевного потенциала в размерности шт.,кг/га.
 |
 |
|
Рис. 17. Зараженность грибами аспирационного относа и пыли в его составе. |
Рис. 18. Схема распределения семян по фракциям на ОКМФ-30. |
Итак, очищающе-калибрующая машина большой производительности ОКМФ-30. Схема такой машины приведена на рисунке 18. На верхний рассев устанавливается такое сито высокой проницаемости, через которое проходит все зерно кроме заведомо переразмеренного (кукуруза > 11 мм, подсолнечник – сдвоенные и строенные семена, недомолот для зерновых и т.д.). Дело в том, что переразмеренные семена имеют низкие посевные характеристики и их необходимо отобрать в начале калибровки. Размер верхнего сита (решета) определяется после рассева посевного материала на лабораторных ситах (решетах). Далее семена, последовательно перемещаясь по ситам (решетам) различных размеров, распределяются на пять фракций. На примере кукурузы и подсолнечника это выглядит так.
I фракция. Крупные семена. Для кукурузы это крупнее 9 мм, для подсолнечника – крупнее 4,2.
II фракция. Кукуруза 8 мм, подсолнечник 4,0.
III фракция. Кукуруза 7 мм, подсолнечник 3,8.
IV фракция. Кукуруза 6,5 мм, подсолнечник 3,6.
V фракция. Мелкие семена кукурузы меньше 6,5, подсолнечник меньше 3,6.
Мелкие семена на нижнем рассеве очищаются от мелкого сора и могут быть использованы как мелкое (пищевое или фуражное зерно, или – если подсолнечник – семена на производство ядра или масла).
Поскольку площадь рассева с учетом высокой проницаемости сит (решет) эквивалентна площади 31 м2 обычных сит (решет), то производительность ОКМФ по тяжелым культурам (кукуруза, зерновые и т.д.) в районе 25 т/час, а подсолнечник – не ниже 15 т/час. В силу того, что распределение семянок по размерам в партии семян подчиняется закону Гаусса (рис. 19), то на машине ОКМФ имеется возможность установить сита (решета) одного размера на два рассева, и отобрать на них доминирующую по размеру фракцию (например, кукуруза – 8 мм, подсолнечник – 3,8 и т.д.). Поскольку эффективность рассева на каждом кузове регулируется независимо от других кузовов, то это позволяет вывести на оптимальный режим работу машины в целом. Необходимо добавить, что обеспыливание зерна происходит за счет системы аспирации и воздушных сканеров, установленных на каждом рассеве.
Зерноочищающая машина – это не «Лексус» последней модели, как предмет «значимости» хозяина и повод подтвердить свою крутизну, вывалив за нее дикую сумму в валюте. Зерноочищающая машина (ОМФ) – это трудяга, зарабатывающая валюту и купленная за рубли.
 |
| Рис. 19. Возможное распределение семянок пшеницы по размеру толщины зерновки в партии посевного материала. |
