CC BY
185
Совершенствование режимов работы барабанного инкрустатора семян
Э.Р.Хасанов, к.т.н, Р.В. Ганеев, аспирант,
Башкирский ГАУ
Обработка семян защитно-стимулирующими препаратами является одной из основных операций, обеспечивающей гарантированное получение высоких и качественных урожаев сельскохозяйственных культур. В числе мер по реализации данных задач значительная роль отводится операциям по защите растений и обеспечению сбалансированного питания растений на протяжении всего периода произрастания.
В настоящее время основным методом обеззараживания семян сельскохозяйственных культур от вредителей и болезней является протравливание химическими препаратами. Он позволяет снижать потенциальные потери урожая на 50—55% при высокой коммерческой выгоде. Не отрицая ряда достоинств химических пестицидов, не следует забывать и о негативных последствиях его использования. Во-первых, широкое использование химических средств приводит к их накоплению в почве, водоёмах, грунтовых водах, плодах и по трофической цепочке передаётся человеку. Во-вторых, при интенсивном применении химикатов у вредных организмов возникает устойчивость к ним, что требует непрерывного обновления, при этом уменьшение времени адаптации вредителей происходит в геометрической прогрессии, что в конечном итоге приводит к непрерывному повышению «жёсткости» используемых соединений [1]. Кроме того, одновременно с вредными организмами погибают полезные виды, например энтомофаги, которые
участвуют в естественной регуляции численности видов в природе. С учётом этих факторов в последние десятилетия для защиты растений начинают широко применяться биологические препараты, основой которых являются микроорганизмы и их метаболиты. Действующие агенты биопрепаратов являются компонентами природных биоценозов, что объясняет их безопасность для окружающей среды, человека, теплокровных животных, птиц, рыб и полезной энтомофауны. Установлено, что процесс использования биопрепаратов при протравливании семян не сопровождается загрязнением производственной и окружающей среды. Основные достоинства микробиологических средств защиты растений: высокая специфичность и одновременно широкий спектр действия; высокая экологичность и безопасность для человека; возможность решения с помощью микробиологических средств защиты растений проблемы устойчивости популяций насекомых, вредителей и фитопатогенов к химическим пестицидам; высокая эффективность при правильном применении — 80—90% [2].
Традиционные методы поддержания баланса питательных элементов предусматривают внесение удобрений непосредственно в почву, при котором значительная их часть не используется и выносится из зоны питания растений, что требует применения повышенных доз и практически делает невозможным балансировку питания по микроэлементам. Локализовать и оптимизировать зону питания возможно при инкрустации семян, при котором питательные элементы наносятся непосредственно на поверхность зерна и образуют оболочку, которая
растворяется в почве по мере поступления влаги. Кроме того, в процессе инкрустации возможно включение в состав компонентов биологических препаратов. Инкрустирование исключает в большей степени осыпание и потери протравителя при погрузочно-разгрузочных и транспортных работах. Для плёнкообразующих составов используют протравители контактного и системного действия. В процессе инкрустирования связующее вещество наносят на семена после обработки средствами защиты (смачивающийся порошок, водный концентрат эмульсии, паста) или предварительно смешивают с ними. Плёнкообразующие составы закрепляют средство защиты на семенах и исключают его осыпание. В нашей стране этот способ получил название «протравливание семян плёнкообразующими составами». Очень тонкая плёнка создаёт оболочку вокруг семени, не изменяя его форму и размер. При инкрустировании средства защиты фиксируют на семени с помощью вяжущего вещества (прилипателя), что исключает или значительно сокращает потери препарата, обеспечивая точную дозировку и равномерное распределение его по поверхности семян, увеличивает срок защитного действия [3].
Анализ сложившихся технологий предпосевной обработки сельскохозяйственных культур и используемых для этого технических средств позволяет сделать вывод о том, что большие удельные тру-до- и энергозатраты, низкое качество работ, чрезмерное загрязнение окружающей среды остатками пестицидов и низкая урожайность возделываемых культур обусловлены прежде всего отсутствием комплексного подхода к разработке как эффективных технических средств, так и технологий, включающих последовательное выполнение всех необходимых операций предпосевной обработки, гарантирующих, во-первых, повышение урожайности сельскохозяйственных культур, во-вторых, сохранение экосистемы и, в-третьих, высев семян со стартовой дозой микроэлементов, стимуляторов роста и биопрепаратов.
В Комплексной программе развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 г. (утверждена 24.04.2012 г., № 1853п-П8) отмечено, что в течение последних 10 лет методами биотехнологии удалось создать новые поколения биологических средств защиты растений, которые по стоимостным характеристикам вполне могут конкурировать с химическими средствами защиты. В Европейском союзе в настоящее время действует директива, утвердившая программу REACH, определяющую резкое повышение требований к использованию химикатов (причём не только в сельском хозяйстве). Развитие направления биологической защиты растений ведёт к значительному снижению химической нагрузки на растениеводство, способствуя долгосрочной конкурентоспособности сектора. В результате на-
блюдается масштабный рост объёмов применения биологических средств практически во всех крупных аграрных регионах мира.
Однако рост объёмов применения биопрепаратов при предпосевной обработке сдерживается отсутствием специальных технологий и специализированных технических средств для их применения, так как ранее исследователями не ставились данные проблемы. Предварительное исследование вопроса показывает, что применение камерных и шнековых технических устройств предпосевной обработки нежелательно из-за отрицательного воздействия рабочих органов на живые бактерии, грибы и вирусы, которые составляют основу биопрепаратов. Применение биопрепаратов при предпосевной обработке семян можно реализовать барабанными устройствами, так как распределение биопрепаратов в барабанах осуществляется форсунками, что не оказывает пагубного влияния на живые микроорганизмы [4].
Цель и задачи исследования — на основе проведённого анализа предложить технологии и технические устройства по обеззараживанию и инкрустации семян.
Условия, материалы и методы исследования. Первые серийно выпускаемые отечественные машины для работы с плёнкообразователями появились в конце 80-х гг. под маркой КПС-10, -20 и -40, разработанной в ГСКТБ «Львовсельхозхиммаш». Для инкрустирования также используют агрегаты стационарного типа АПС-4, АПЗ-10, предназначенные для обработки семян зерновых, зернобобовых и некоторых технических культур суспензиями пестицидов и плёнкообразователей [5]. Известен комплекс для инкрустации семян КИС-10/20, разработанный НИИ механизации и автоматизации с.-х. производства (филиал ФГБОУ ВПО ЧГАУ). Также для инкрустации можно применять протравливатель ПС-10. Для этого демонтируются вертикальный, отгружающий шнеки и шнек камеры, и вместо них устанавливается наклонный отгружающий шнек, приёмный конец которого установлен непосредственно под камерой протравливания. За рубежом инкрустаторы семян выпускают ведущие мировые производители семенного оборудования Ре1киБ (Германия), С1шЪг1а ип^гат (Дания), Agromega (Чехия), Westгup (Дания), Не1ё (Австрия). Как правило, данные фирмы включают инкрустаторы семян в поточные линии для производства семян (стоимостью свыше 40 тыс. евро), представляющие собой классическую комплексную технологию по производству семян, в которую входят: приём комбайнового вороха, предварительная очистка, временное хранение подработанного зерна, сушка, окончательная очистка (первичная и вторичная) на ветрорешётных машинах, триерах, пневмостолах, калибровка, инкрустация, хранение в металлических хранилищах или мешках. Обзор проектируемых и изготовляемых машин для ин-
крустации семян сельскохозяйственных культур показывает, что они остаются в рамках подходов и тенденций, применяемых при разработке машин для химической защиты, без учёта того, что в качестве действующего вещества могут использоваться биопрепараты, содержащие живые микроорганизмы. Кроме того, при инкрустации семян существующими устройствами наблюдается слипание зёрен между собой и невозможность нанесения на поверхность семян необходимых компонентов в виде порошка.
Результаты исследования. С учётом этого нами предложена конструкция барабанного инкрустатора (рис.), состоящего из неподвижной и подвижной рамы, насоса, ёмкости для рабочей жидкости, барабана, концы которого выполнены из эластичного материала, а средняя часть барабана выполнена недеформируемой, например установкой жёсткого каркаса или составной из металла. Барабан снабжён приводом вращения с ременной передачей. Недеформируемая часть барабана установлена на вращающиеся ролики, а эластичные части поджаты деформирующими валиками, образуя фигуру
в виде цифры 8. Торцевые поверхности барабана закрыты неподвижными боковинами. На боковине установлен осевой вентилятор и выгрузное окно. Всасывающий патрубок вентилятора соединён с воздуховодом, с камерой обработки с противоположной стороны барабана.
В окне боковины установлен подающий лоток, через который дозатор семенного материала подаёт из бункера семена в барабан, и распылитель рабочей жидкости, представляющей собой раствор защитно-стимулирующих вещества и клеевого состава. На воздуховоде перед осевым вентилятором установлен бункер с дозатором, подающий в воздушный поток защитно-стимулирующие вещества в виде порошка [6].
Устройство работает следующим образом. Семена из бункера поступают в дозатор, который равномерно подаёт заданный объём семенного материала через подающий лоток в окно боковины и далее в барабан. Барабан, установленный под определённым углом наклона к горизонту, посредством изменения положения подвижной рамы относительно неподвижной рамы, получает
19 20 2 7 5 2 74 16
гз» *&» Воздушный поток с порошком
*—«—«—ь» йЬижоние с ом ян
........... Порошок
------------ Рабочая жидкость
Рис. - Барабанный инкрустатор семян:
1 - неподвижная рама; 2 - подвижная рама; 3 - насос; 4 - ёмкость для рабочей жидкости; 5 - барабан; 6 - привод вращения; 7 - ременная передача; 8 - вращающиеся ролики; 9 - деформирующие валики; 10, 11 - неподвижные боковины; 12 - осевой вентилятор; 13 - выгрузное окно; 14 - воздуховод; 15 - подающий лоток; 16 - дозатор семенного материала; 17, 19 - бункеры; 18 - распылитель рабочей жидкости; 20 - дозатор
вращение через привод посредством ременной передачи и поднимает семена внутренней боковой поверхностью. Семена, достигшие критического угла подъёма, падают вниз, и процесс подъёма и падения неоднократно повторяется, чем обеспечивается их перемещение к выгрузному окну боковины. В барабан со стороны подачи семенного материала насосом из ёмкости для рабочей жидкости через боковину через распылитель подается рабочая жидкость. С противоположного конца барабана через боковину дозатором в воздуховод вентилятора вместе с воздушным потоком подаётся защитно-стимулирующее вещество в виде порошка. Порошок подхватывается воздушным потоком и, соприкасаясь с предварительно нанесённой на семена клеящей рабочей жидкостью, прилипает к его поверхности. Также через воздуховод происходит рециркуляция воздуха вместе с порошком и его вторичное использование. В барабане воздушный поток делится на две зоны, одна из которых расположена в левой части, граница которой расположена по диагонали и заполнена защитно-стимулирующим веществом в виде порошка, а другая — в правой части и заполнена рабочей жидкостью в виде аэрозоля. По мере обработки семена попеременно переходят из одной зоны в другую и многократно обрабатываются рабочей жидкостью и порошком, а затем перемещаются к выгрузному окну.
Расположение входного и выходного воздуховодов по диагонали обеспечивает создание разделительного движения воздушного потока вдоль барабана, тем самым достигается многократное попеременное покрытие семян порошком и жидкостью при переходе из одной зоны в другую, что значительно повышает эффективность инкрустации. Рециркуляция и вторичное использование порошка снизит его расход и предотвратит загрязнение окружающей среды.
Проведённые производственные испытания по обработке семян при посеве озимых зерновых культур показали высокую работоспособность предложенной конструкции с учётом того, что в качестве действующего вещества использовались
биопрепараты, содержащие живые микроорганизмы. Кроме того, при инкрустации семян не наблюдалось слипания семян между собой. С учётом этого и проведённого анализа можно сделать выводы:
1. Основными недостатками сложившихся технологий предпосевной обработки и применяемых технических средств является их несовершенство по экологической безопасности, что приводит к излишним потерям химических препаратов и загрязнению экосистемы.
2. Отсутствие серийных машин для обработки посевного материала, приспособленных для использования в них микробиологических препаратов, и слабая изученность данного вопроса препятствуют широкому применению биопрепаратов.
3. В результате анализа технологий и технических средств определено направление по повышению эффективности и экологической безопасности использования средств предпосевной обработки семенного материала сельскохозяйственных культур, предложено техническое устройство по его реализации.
4. Проведённые производственные испытания подтвердили правильность выбранного направления по повышению эффективности и экологической безопасности использования средств предпосевной обработки семенного материала.
Литература
1. Хасанов Э.Р. Инкрустация семян зерновых культур при разработке конструкции барабанного протравливателя-инкрустатора семян // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2012. № 1. С. 52—56.
2. Сергеев В.С. Антистрессовая технология защиты сельскохозяйственных культур // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2012. № 10. С. 33—36.
3. Дринча В.М., Цыдендоржиев Б., Кубеев Е.И. Основные принципы предпосевного химического протравливания и физического обеззараживания семян // Аграрный эксперт. 2009. № 3.
4. Камалетдинов Р.Р., Хасанов Э.Р., Сираев Р.Х. Особенности машин для обработки сельскохозяйственных культур биопрепаратами // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 200б. № 6. С. 2—3.
5. Смелик В.А., Кубеев Е.И., Дринча В.М. Предпосевная подготовка семян нанесением искусственных оболочек: монография. СПбГАУ, 2011. 272 с.
6. Заявка на изобретение № 2013127086 от 13.06.2013 «Устройство для предпосевной обработки семян» /Р.Р. Камалетдинов, Р.В. Ганеев, Э.Р. Хасанов / Сайт ФИПС. URL: http://www1. fips.ru.
