CC BY
21УДК 631.362.36
ИССЛЕДОВАНИЕ СЕПАРАЦИИ СЕМЯН НА СЕЛЕКЦИОННО-
СЕМЕНОВОДЧЕСКОМ ПНЕВМОСОРТИРОВАЛЬНОМ СТОЛЕ
Дринча В.М., доктор технических наук, профессор;
Филатов А.С., кандидат сельскохозяйственных наук;
ФГБОУ ВО «Арктический государственный агротехнологический университет».
В статье представлены результаты исследований сепарации семян пшеницы и ячменя на селекционно-семеноводческом пневмосортироваль-ном столе (ПСС). Обоснованы основные конструктивно-технологические параметры ПСС, которые могут применяться в селекции и семеноводстве, зерновой и комбикормовой промышленности, а также в других отраслях народного хозяйства. Материалы статьи могут быть использованы в конструкторских организациях, разрабатывающих машины для послеуборочной обработки зерна и подготовки семян, а также в организациях, применяющих ПСС при выборе оптимальных параметров ПСС малой производительности.
Ключевые слова: семена, трудно-выделимая примесь, эпюра скоростей воздушного потока, пневмосортиро-вальный стол, дека ПСС, эффективность сепарации, выход кондиционных семян, масса 1000 семян.
SEEDS SEPARATION RESEARCH ON SEED BREEDING GRAVITY TABLE
Drincha V.M., Doctor of of technical Sciences, Professor;
Filatov A.S., Ph. D. of agricultural Sciences;
FSBEI HE «Arctic State Agrotechnolo-gical University».
The article presents the results of studies of separation of wheat and barley seeds on a seed breeding gravity table (GT). The main design and technological parameters of the GT are substantiated, which can be used in breeding and seed production industry, grain and feed industry, as well as in other sectors of the economy. The results of the article can be used in design organizations that develop machines for post-harvest grain processing and seed preparation, as well as in seed plants withGTat low capacity.
Keywords: seeds, hardly separable impurity,air velocity diagram,gravityta ble,deckofGT,efficiency of separation, yield of conditioned seeds, mass of 1000 kernels.
94
Введение. Необходимость повышения качества семенного материала является одним из ключевых вопросов в семеноводстве зерновых культур, трав, технических, масличных и овощных культур.
В науке и практике более ста лет назад было обращено внимание на плотность семян, как признака, суммарно оценивающего их биологические свойства (посевные и урожайные качества). Например, свойство тонуть семян в воде издревле считалось свойством их доброкачественности. Известны результаты опытов по влиянию сортирования семян ячменя по плотности на урожай (табл. 1) [6].
Таблица 1. Влияние сортирования ячменя по плотности на урожай
Варианты опыта Урожай, ц/га Прибавка урожая, ц/га Прирост урожайности, %
Контроль Тяжелая фракция, 70% 15,5 18,73 3,23 20,8
Контроль Тяжелая фракция, 70 % 16,08 19,05 2,97 18,5
Таким образом, при отбраковке около 30 % исходных семян прирост урожайности составлял 18...20 %, что естественно является высоким показателем. В современном семеноводстве потеря 30 % семян при их подготовке недопустимое расточительство.
Эффективный способ отбора биологически ценной фракции семян, заключающийся в сортировании их в жидкостях с различной плотностью, был известен давно до появления ПСС. Кроме того, при сепарации семян в жидкости выделяются некоторые трудноотделимые примеси [7]. Однако широкого применения в практике подготовки семян он не получил, так каждый раз после сепарации семена приходилось высушивать, а иногда и отмывать от солей, что сопрягалось с огромными потерями средств и времени.
В начале 20 века в семенной индустрии начинают применять способ сепарации в псевдоожиженном слое, который по физическим свойствам аналогичен жидкостям, только при этом семена не увлажняются. Данный способ реализуется на ПСС [2,3].
В странах с развитым сельским хозяйством семена в обязательном порядке обрабатывают на ПСС [8]. В РФ на ПСС обрабатывается незначительная часть семенного фонда страны [3]. Данная проблема обусловлена в основном двумя факторами:
- высокой стоимостью ПСС;
- практически отсутствием идеологии о важности и необходимости обработки семян в псевдоожиженном слое на ПСС.
Особо остро стоит проблема обеспеченности селекции и первичного семеноводства для обработки небольших образцов семян массой 3.5 кг и семен-
95
ных партий массой 50.200 кг. Для этих целей в прошлом веке на заводе ВИМ мелкими сериями выпускался ПСС-0,2, однако, при переходе к рыночным условиям производство этих столов было прекращено.
Цель исследования - определение основных конструктивно технологических параметров ПСС, который может быть использован для очистки и сортирования семян различных с.-х. культур для всех этапов селекционно-опытных работ, зерновой и комбикормовой промышленности, а также в других отраслях народного хозяйства.
Материал и методы исследований. Исследования проводились на ПСС нагнетательного типа (рис. 1), изготовленного в ОАО ГСКБ «Зерноочистка» (фото. 1).
Направления положительных
Рисунок 1. Технологическая схема ПСС нагнетательного типа: 1- рабочая поверхность деки; 2 -вибропривод; 3 - нагнетательный вентилятор; 4 - воздухораспределительные решетки деки
Процесс сепарации на ПСС происходит следующим образом (рис. 1, фото 1).
Исходный семенной материал поступает на поверхность деки А, где он подвергается вибрации и продувается воздушным потоком. При этом легкие частицы всплывают в верхний слой В материала, а более тяжелые опускаются в нижний слой В. Под действием колебаний деки, направленных под углом к ее рабочей плоскости, частицы, находящиеся в нижнем слое В, перемещаются к правому краю деки (если смотреть на деку со стороны схода материала), а всплывшие в верхний слой В - к левому.
Материал, находящийся в среднем слое С, практически не содержит ни легких, ни тяжелых примесей, т.е. является очищенным материалом и сходит в средней части разгрузочной линии деки. Сходящий с поверхности деки материал делится на фракции: с левой стороны деки сходят легкие примеси, в
96
средней части - семена основной культуры (очищенный материал), с правой стороны - тяжелые примеси.
а) б)
Фото 1. Пневмосортировальный стол ПСС-1: а - общий вид; б - дека с сепарируемым зерном.
Дека пневмостола имеет форму прямоугольной трапеции с основаниями рабочей ее поверхности 290 и 970 мм и высотой 730 мм. Площадь поверхности деки равняется 0,46 м2. Эта площадь была разделена на 47 одинаковых участков, над каждым из которых измерялась средняя скорость воздушного потока. Площадь участка составляла примерно 98 см2.
Содержание семян засорителей в семенах колосовых зерновых культур определяли путем взятия проб из исходных материалов и ручным подсчетом количества семян, находящихся в основном семенном материале в соответствии с ГОСТ Р 52325-2005 [1].
Поле скоростей над декой определялось с помощью анемометра крыльчато-го АСО-3, имеющего диапазон измерения средней скорости воздушного потока от 0,3 до 0,5 м/с и предел допускаемой погрешности не более ±(0,1+0,05 V) м/с.
Поле скоростей определялось следующим образом. Первоначально находился режим сепарации зернового материала близкий к оптимальному. Затем, не изменяя регулировки пневмостола, при работающем только вентиляторе определяли среднюю скорость воздушного потока над каждым из 47 участков. Анемометр с наращенным на 20 мм по высоте корпусом устанавливали прямо на соответствующий участок деки.
На втором этапе измерения проводились при работающем вентиляторе и колеблющейся деке. Анемометр при этом устанавливали так, чтобы торец его корпуса находился над декой на расстоянии 2 мм.
Исследования были проведены на семенах ячменя и пшеницы.
Семена ячменя Московский-3 имели чистоту 97,62 %, содержали 0,54 %
97
битых семян и 1,74 % семян сорных растений. Содержание щуплых семян и мертвого сора было незначительное - 0,04.0,6 %. Влажность семян 13 %. По содержанию семян сорных растений (768 шт/кг) исходный материал ячменя не соответствовал нормам ГОСТ на семена. Основным засорителем были семена овсюга.
Семена пшеницы Мироновская-808 имели влажность 9,8 % и содержали в зависимости от опыта 7,81.9,82% примесей. Примеси, в основном, включали битые семена пшеницы и их содержание в исходном материале колебалось от 7,28 % до 9,21 %. Щуплые семена в нем находились в пределах 0,25.0,38 %, мертвый сор 0,21.0,23 %. Других примесей не было.
Более детальная методика определения наличия трудноотделимых примесей и параметров сепарации изложена в работах авторов данной статьи [4, 5].
Результаты и обсуждение. Полученные значения скоростей воздушного потока на каждом участке деки показали высокую равномерность распределения воздушного потока по площади деки, как при воздействии только воздушным потоком или воздушным потоком и колебаниями на деку (рис. 2).
Рисунок 2. Поля скоростей на деке (в верхнем правом углу указан номер участка, а в центре - значение скорости воздушного потока): а - при воздействии только воздушным потоком на деку; б - при воздействии воздушным потоком и колебаниями на деку
Проведенная статистическая обработка полученных результатов показала, что среднее значение скорости при неподвижной деке равно 1,73 м/с, а при колебании - 1,67 м/с. Значения среднеквадратического отклонения при неподвижной деке о=±0,167 м/с, а при колеблющейся деке о'=±0,169 м/с. Ошибка при определении средней скорости соответственно 0,024 и 0,025 м/с, а средние значения коэффициентов вариации 9,7% и 10,1%. Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что колебания деки практически не влияют на эпюру скоростей воздушного потока над декой.
98
360 420 480 540 600 660 720 780 П,нг/г Пр оизводительн ость
Рисунок 3. Выход кондиционных семян ячменя в зависимости от производительности ПСС и масса 1000 шт семян.
Количество материала во фракции "отход"
Рисунок 4. Содержание семян овсюга (шт/кг) во фракции «семена ячменя» в зависимости от количества материала выделенного во фракцию отход.
99
При выделении семян ячменя 25...30% от общего содержания в «отход» практически полностью выделяются щуплые семена, мертвый сор, а также основное количество битых семян и сорняков. Остальной материал, составляющий фракцию «семена» при производительности машины до 400 кг/ч по чистоте соответствует кондиционным семенам, при более высокой производительности выход кондиционных семян снижается (рис. 3). По содержанию семян сорных растений (овсюга в шт/кг) классность семян снижается. Так, кондиционных семян при производительности машины, равной 386 кг/ч, получено 74,72%, а при производительности, равной 819 кг/ч - только 35,34% (рис. 4).
Наиболее эффективно очистка и сортирование зернового материала пшеницы происходит при производительности машины, равной 489,5-1104,6 кг/ч. В этом диапазоне производительности при выделении во фракцию «отход» до 30% материала, содержащие семена с малым индивидуальным весом (на 20% ниже среднего показателя в исходном материале) можно получить 70% кондиционных семян. Масса 1000 штук этих семян на 2-3 г выше, чем в исходном материале (рис. 5).
Кол-во материала во фракции отход Кол-во материала во фракции отход
а) б)
Рисунок 5. Изменение массы 1000 шт (а) и чистоты семян (б) пшеницы во фракции «семена» в зависимости от количества материала во фракции «отход» при разной производительности.
Так, при производительности машины 489,5 кг/ч, при выделении во фракцию «отход» 24,12 % материала, получено 75,88 % семян с чистотой 97,6 % и массой 1000 штук равной 41,67 г при массе 1000 штук семян в исходном материале равной 39,41 г.
При производительности машины равной 1104,6 кг/ч получено 72,0 % кондиционных семян с массой 1000 штук их равной 41,54 г.
При более высоких значениях производительности машины эффективность сепарации семян пшеницы снижается. Чтобы получить семенной материал того же качества, как при работе машины в вышеуказанном диапазоне
100
значений производительности (489,5 - 1104,6 кг/ч), необходимо увеличивать выход материала во фракцию «отход». Для получения семян третьего класса при производительности машины, равной 1511,0 кг/ч, необходимо выделить во фракцию «отход» уже не 30 %, а более 40 % материала.
Щуплые семена и мертвый сор машиной практически выделяются полностью во фракцию «отход».
Битые семена полностью не выделяются и до 40 % их (от содержания в исходном материале) попадают в очищенный материал.
Выводы. Задача подготовки качественного посевного материала предполагает необходимость применения современных технологий послеуборочной обработки семян, базирующихся, в первую очередь, на машине, разделяющей семенной материал в псевдоожиженном слое на ПСС.
Коэффициент вариации скорости воздушного потока по площади деки не превышает 11 %, что обеспечивает высокую равномерность псевдоожижения семян, а следовательно и устойчивость работы ПСС.
Оптимальный режим работы пневмосортировального стола соответствовал: производительность - около 600.1100 кг/ч, частота колебаний деки -550 кол/мин., амплитуда колебаний - 6 мм; заслонка вентилятора открыта наполовину, угол продольного наклона деки - 4,5°, поперечного наклона - 1,5°.
Список использованных источников:
1. ГОСТ Р 52325-2005. Национальный стандарт Российской Федерации. Семена сельскохозяйственных растений. Сортовые и посевные качества. Общие технические условия. - (С поправкой от, 2008 г.). - М., - 2006. - 53 с.
2. Дринча В. М., Борисенко И. Б. Применение и функциональные возможности пневмосортировальных столов. Научно-агрономический журнал.- 2008. -N0 2 (83). - с. 33-36.
3. Дринча В.М., Павлов С.А., Ба-бченко В.Д. и др. Технологические основы применения пневматических сортировальных столов в сельском хозяйстве. - М.: Россельхозакадемия, 2003. - 100 с.
4. Дринча В.М., Филатов А.С. Повышение эффективности сепарации семян трав на пневмосортировальном столе. - Современный фермер, 2020. -
References:
1. GOSTP 52325-2005. National standard of the Russian Federation.Seeds of agricultural plants.Varietal and sowing qualities.General technical conditions. (Asamended, 2008). - M., - 2006. - 53 p.
2. DrinchaV.M, Borisenkol.B. Application and functionality of gravity tables. Scientific and agronomic journal. - 2008. - No 2 (83) - c. 33-36.
3. Drincha V.M., Pavlov S.A., Babchenko V.D. and others. Technolo-gicalbasis of using gravity tables in agriculture. - M.,Russian academy of agricultural sciences, 2003. - p. 100.
4. DrinchaV.M., FilatovA.S.Increa singefficiencyofgrassseedsseparationon gravity table. - Modern farmer, 2020.-№3. - c. 2-4.
5. Drincha V. M., Mudarisov S. G., Filatov A. S. Improving efficiency of wild oat removal from grain mass on gravity
101
№3.- с. 2-4.
5. Дринча В.М., Филатов А.С. Повышение эффективности выделения сорных семян овсюга на пневматических сортировальных столах. Кормопроизводство. - 2020.- №4. - с. 44-48.
6. Майсурян Н.А.Биологические основы сортирования семян по удельному весу. Тр. ТСХА. - М., 1947.-Вып.3. - 120 с.
7. Сысуев В.А., Саитов В.Е., Фара-фонов В.Г., Саитов А.В. Исследование параметров движения зерна в жидкости устройства для удаления спорыньи. Инженерные технологии и системы. Том 29.- № 2.- 2019. - с. 248-264.
8. GreggBillandGaryBillups. Seed conditioning. - Vol. 2. - Technology-Part B. - Science Publishers, 2010. - 976 p.
table separators. Foddeijournal.2020, №4. - c. 44- 48.
6. Maysuryan N.A. Biological bases of sorting seeds by specific gravity. Proceedings of MTAA. - M., 1947. -Issue.3. - p. 120.
7. Sysuev V.A., Saitov V.E., Farafonov V.G., Saitov A.V. The parameters research of grain movement in the liquid of an ergot removal device. Engineering technologies and systems. -Vol. 29. - № 2. - 2019. - Pp. 248-264.
8. GreggBillandGaryBillups. Seed conditioning. -Vol. 2. - Technology-Part B. - Science Publishers, 2010. - 976 p.
Сведения об авторах:
Дринча Василий Михайлович -доктор технических наук, профессор кафедры Технологические системы АПК ФГБОУ ВО «Арктический государственный агротехнологический университет», e-mail: vdrincha@list. ru, 677007, Россия, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, Сергеляхское ш. 3-й км, д.3;
Филатов Александр Семенович -кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры «Энергообеспечение в АПК» ФГБОУ ВО «Арктический государственный агротехнологиче ский университет», e-mail: filatov.a.c@mail. ru, 677007, Россия, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, Сергеляхское ш. 3-й км, д.3.
Information about the authors:
Drincha Vasily Mikhailovich -Doctor of technical Sciences, professor of the Department of Technological systems of agroindustrial complex of the FSBEI HE «Arctic state agrotechnological university», e-mail: vdrincha@list.ru, 677007, Russia, Republic of Sakha (Yakutia), Yakutsk, Sergelyakhskoye sh. 3rd km, house 3;
Filatov Alexander Semenovich -Candidate of agricultural Sciences, Associate Professor of the Department of Energy supply in the agro-industrial complex of the FSBEI HE «Arctic state agrotechnological university», e-mail: filatov.a.c@mail.ru, 677007, Russia, Republic of Sakha (Yakutia), Yakutsk, Sergelyakhskoye sh. 3rd km, house 3.
102
