CC BY
8
Vestnik of OmskSAU, 2022, no. 4(48) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
Научная статья
УДК 631.361.025/.027
DOI 10.4813 6/2222-03 64_2022_4_200
Технология очистки семян зерновых культур от длинных примесей
М.В. Запевалов1, Н.В. Коваленко1, Г.В. Редреев2®
1Южно-Уральский государственный аграрный университет, Троицк, Россия 2Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина, Омск, Россия
Аннотация. Одной из проблем послеуборочной обработки семенного и продовольственного зерна является очистка от длинных примесей, в частности от овсюга. Применение ячеистых триерных блоков для выделения длинных примесей из зернового вороха ведет к снижению производительности технологических линий, увеличению затрат на послеуборочную обработку, повышению повреждения семян. В результате исследований по послеуборочной обработки семян зерновых и зернобобовых культур, разработана технологическая схема линии для поточной очистки семян. В линию включена модернизированная зерноочистительная машина ЗВС-20А, которая предназначенна для выделения из зернового вороха длинных примесей на плоских решетах. Особенностью этой машины является то, что решетные станы снабжены скатными досками и ориентирующими поверхностями. При этом верхние решета установлены с круглыми отверстиями, а нижние - с прямоугольными. Угол наклона решет к горизонту и частота колебаний подобраны с учетом оптимальных значений экспериментальных данных. Экспериментальные исследования по очистке семян показывают, что повышение влажности зерна снижает производительность. Также установлено, что овсюжные цилиндры триерного блока обеспечивают требуемую удельную производительность при удовлетворительной полноте выделения и допустимых потерях семян в отходы. При попытках увеличить удельную нагрузку качество сепарации снижалось из-за схода семян основной культуры вместе с овсюгом, в то время как на модернизированной зерноочистительной машине удельная производительность была выше. Подавляющее большинство некондиционных семян по всхожести составляли мелкие семена.
Ключевые слова: зерновые культуры, семена, примеси, очистка, семяочистительная машина, пропускная способность, плоские решета, производительность, качество очистки
Original article
Technology for cleaning grain seeds from long impurities
M.V. Zapevalov1, N.V. Kovalenko1, G.V. Redreev2®
1South Ural State Agrarian University, Troitsk, Russia
2
Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk, Russia
Abstract. One of the problems of post-harvest processing of seed and food grain is cleaning from long impurities, in particular from wild oat. The use of cellular triers to isolate long impurities from the grain heap leads to a decrease in the capacity of production lines, an increase in the cost of post-harvest processing, and increased damage to seeds. Research on post-harvest processing of seeds of grain and leguminous crops resulted in developing a technological scheme of a line for straight-line seed cleaning. The line included an upgraded grain cleaning machine ZVS-20A which was designed to isolate long impurities from the grain heap on flat sieves. The main feature of this machine was that the sieve mills were equipped with chute boards and orienting surfaces. At the same time, the upper sieves had round holes, and the lower had rectangular ones. The angle of inclination of the sieves to the horizon and the oscillation frequency were selected taking into account the optimal values of the experimental data. Experimental studies on seed cleaning showed that increasing grain moisture
© Запевалов М.В., Коваленко Н.В., Редреев Г.В., 2022
Vestnik of OmskSAU, 2022, no. 4(48) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
reduced capacity. It was also established that the wild oat cylinders of the trier provided the required specific capacity with satisfactory completeness of isolation and permissible losses of seeds to waste. Attempts to increase the specific load resulted in decreasing the separation quality due to the descent of the seeds of the main crop together with oatmeal, while the upgraded grain cleaning machine demonstrated higher specific capacity. Small seeds formed the overwhelming majority of substandard seeds in terms of germination capacity.
Keywords: cereals, seeds, impurities, cleaning, seed cleaning machine, throughput capacity, flat sieves, capacity, cleaning quality
Введение
Послеуборочная обработка семян - один из наиболее трудоемких процессов в технологии производства зерновых культур [1-2]. Затраты на подготовку семян составляют около 25% от общих затрат на производство зерна [3-4]. Велики затраты труда, особенно при обработке семян на отдельных зерноочистительных машинах, снизить их позволяет создание семяобрабатывающих поточных линий. Однако в настоящее время фактическая производительность работающих в хозяйствах агрегатов и комплексов послеуборочной обработки зерна составляет около 60% от паспортной. Это объясняется низкой пропускной способностью из-за несогласованности рабочих органов зерноочистительных машин [5-6].
Одним из узких мест в поточных линиях является очистка семенного и продовольственного зерна от длинных примесей, в частности от овсюга, где в качестве разделяющего признака используется длина частиц. Разделение зернового материала на две фракции по длине частиц выполняется ячеистыми поверхностями триеров, удельная производительность которых в 3-4 раза меньше удельной производительности машин с плоскими решетами [7]. Из-за низкой производительности триеров значительная часть свежеубранного зерна не может быть своевременно обработана. При увеличении валового производства зерна в России увеличиваются и его потери при послеуборочной обработке. В связи с этим разработка и обоснование конструктивно-технологических параметров отделителя овсюга с плоскими решетами - актуальная научная и производственная задача [8].
Материалы и методы
В Южно-Уральском ГАУ разработана и внедрена в хозяйствах Челябинской области технология очистки зерна от длинных примесей на плоских решетах. В результате экспериментальных исследований решались следующие задачи:
- проверка оптимального режима работы овсюгоотделителя;
- определение влияния засоренности и влажности семян на производительность овсюгоотделителя;
- оценка работы овсюгоотделителя по количественным и качественным показателям в сравнении с цилиндрическими триерами.
На рис. 1 представлена технологическая схема модернизированной линии ЗАВ-40 для подготовки семенного материала. В случае необходимости данная схема легко переводится в стандартный вариант.
Две зерноочистительные машины ЗВС-20А, одна из которых модернизированная, а другая серийная, работают последовательно друг за другом и выполняют функции овсюгоотделителей. На данной линии при необходимости предусмотрена возможность включения в работу триерных блоков ЗАВ-10.90.000 [9-10]. На рис. 2 представлена схема модернизированной машины. Основные отличия модернизированной ЗВС-20А: решетные станы снабжены скатными досками и ориентирующими поверхностями; чередование решет в решетных станах предусмотрено следующим образом: верхние решета установлены с круглыми отверстиями, а нижние - с прямоугольными. Амплитуда
Vestnik of OmskSAU, 2022, no. 4(48) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
и частота колебаний подобраны с учетом оптимальных значений экспериментальных данных А = 10 мм, со = 26,1 рад/с, угол наклона решет к горизонту а = 8о.
Рис. 1. Технологическая схема модернизированной линии ЗАВ-40 для подготовки семенного материала: -<----------работа линии в стандартном варианте
—$—короткий озсюг^ основная культура + подсек -С длинная фракция подсева
Рис. 2. Схема модернизированной зерноочистительной машины ЗВС-20А: 1 - скатные доски; 2 - ориентирующие поверхности; 3 - верхние решета;
4 - нижние решета; 5 - питатель
Работа модернизированной ЗВС-20А заключается в следующем (рис. 2): зерновая смесь подается питателями (5) на ориентирующие поверхности (2), где семена зерновой смеси ориентируются продольной осью параллельно плоскости решет. Сходом с верхних решет (3) идет длинный овсюг, а проходом - пшеница, подсев и короткий овсюг, которые подаются на нижние решета (4). На нижних решетах (4) выделяются частично овсюг и подсевная фракция, а сход подается на серийную ЗВС-20А, на которой уста-
Vestnik of Omsk SAU, 2022, no. 4(48) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
новлены решета только с прямоугольными отверстиями. На этой машине происходит разделение по толщине, сходом идет очищенная пшеница, а проходом - короткий овсюг и подсевная фракция (фураж).
Результаты исследований
Модернизированная линия ЗАВ-40 была опробована (без включения триерных блоков) на пшенице сорта Стрела. Проведенные испытания подтвердили правильность выбора режимов овсюгоотделителя. Так, при удельной производительности решет с круглыми отверстиями qF = 0,85 кг/м -с эффективность технологического процесса зерноочистительной линии составила 97,81%.
При проведении экспериментальных исследований эффективность сепарации составила 98,1%.
При изучении вопроса о влиянии влажности зернового материала на производительность решета с круглыми отверстиями было установлено, что повышение влажности зерна на 1% снижает производительность решета в среднем на 3%, а при влажности свыше 16% до 5% - на каждый процент повышения влажности [11]. Это вполне согласуется с результатами опытов, ранее проведенных при испытании зерноочистительных машин и их рабочих органов [12]. Зависимость производительности qF решета d = 4,5 мм от влажности зерна W представлена на рис. 3.
Рис. 3. Зависимость производительности qF решета от влажности зерна W при засоренности: 1 - т = 5%; 2 - т = 7%
Проведенные опыты на различной засоренности пшеницы овсюгом позволили установить зависимость производительности от засоренности т при влажности W = 14% и W = 16% [13-15]. С увеличением засоренности производительность решета уменьшается (рис. 4).
На модернизированной линии ЗАВ-40 в период уборки урожая было обработано 280 т пшеницы сорта Стрела.
Сравнительные испытания проводились с целью определения экономической эффективности использования плоскорешетного овсюгоотделителя в технологической линии ЗАВ-40 [16-17].
Vestnik of OmskSAU, 2022, no. 4(48) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
Ljp, KI7M: С
0.83
0.81
0,79
0,77
Рис. 4. Зависимость производительности qF решета от засоренности m при влажности:
1 - W = 14%; 2 - W = 16%
Параллельно с модернизированной линией работала серийная линия ЗАВ-40. Точность в сравнении результатов обеспечивалась тем, что зерновая смесь, прошедшая предварительную очистку на машине ПВО-30, двумя потоками подавалась на обе линии с одинаковой влажностью и засоренностью.
Сравнение рабочих органов проводилось по удельной просеваемости, качеству очистки и полноте выделения семян основной культуры [18]. В результате испытаний установлено, что овсюжные цилиндры триерного блока ЗАВ-10.90.000 обеспечивают удельную производительность («вычерпываемость») до 0,18 кг/м -с при полноте выделения 0,97-0,98 (потери семян в отходы составляют 3-5%). Качество очистки при исходной засоренности овсюгом 62 шт./кг составляло до 3 шт./кг готового продукта. При попытках увеличить удельную нагрузку качество сепарации снижалось из-за схода семян основной культуры вместе с овсюгом. В плоскорешетном овсюгоотделителе удельная просеваемость составляла около 0,85 кг/м -с при потерях семян в отходы до 6,5%, из них 5-5,5% были толщиной менее 2,0 мм. Установлено, что подавляющее большинство некондиционных семян по всхожести составляют мелкие семена толщиной 2,0 мм. Плоскорешетный овсюгоотделитель и триерный блок были настроены на одинаковый показатель чистоты готового продукта. В обоих случаях наличие длинных примесей в готовом продукте не превышало 3 шт./кг.
Выводы
Для очистки зерна от длинных примесей с целью повышения технологической линии целесообразно применение плоскорешетного овсюгоотделителя, который является модернизированной зерноочистительной машиной ЗВС-20А.
Установлено, что удельная производительность триерного блока ЗАВ-10.90.000
с овсюжными цилиндрами составляет до 0,18 кг/м -с, в то время как удельная произво-
2
дительность плоскорешетного овсюгоотделителя - около 0,85 кг/м -с.
Vestnik of OmskSAU, 2022, no. 4(48) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
Для эффективной очистки зерна от длинных примесей угол наклона решет к горизонту должен быть в пределах а = 8о, амплитуда колебаний А = 10 мм, а частота колебаний о = 26,1 рад/с.
Производительность плоскорешетного овсюгоотделителя существенным образом зависит как от влажности, так и от засоренности зерна. При изменении влажности зерна
2
от 14 до 22% производительность изменяется от 0,8 до 0,4 кг/м -с.
Список источников
1. Трубилин Е.И., Федоренко Н.Ф., Тли-шев А.И. Механизация послеуборочной обработки зерна и семян : учебное пособие для студентов высших учебных заведений. Краснодар 2009. 96 с.
2. Кузьмицкий А.В. и др. Машины и оборудование для очистки и сортирования зерновых и зернобобовых культур : учебно-методическое пособие. Минск : БГАТУ, 2012. 100 с.
3. Чумаков В.Г. Совершенствование технологии и технических средств для послеуборочной обработки зерна на основе дифференцирования потоков зернового вороха : автореф. дис. ... д-ра техн. наук: 05.20.01. Челябинск, 2012. 40 с.
4. Тарасенко А.П. и др. Совершенствование механизации производства семян зерновых культур : рекомендации. М. : ФГБНУ «Росинформатех». 2014. 60 с.
5. Сабиев У.К., Яцунов А.Н., Скусанов И.В. Сепарирование зерна, движущегося по плоскому решету, совершающему поперечные колебания // Вестник Омского государственного аграрного университета. 2022. № 3(47). С. 97-101.
6. Головин А.Ю., Сабиев У.К., Чупин П.В., Союнов А.С., Прокопов С.П. Анализ работы плоского решета, совершающего колебания в горизонтальной плоскости // Тракторы и сельхозмашины. 2020. № 4. С. 27-34.
7. Дринча В.М. Исследование сепарации семян и разработка машинных технологий их подготовки. Воронеж : МОДЭК, 2006. 384 с.
8. Дринча В.М., Ценч Ю.С. Эволюция зерно-и семяочистительной техники в России // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2021. Т. 15. № 1. С. 24-33. DOI 10.22314/2073-7599-2021-15-124-33.
9. Тишанинов Н.П., Анашкин А.В. Оценка управляемости качеством триерной очистки зерна при настройке // Наука в центральной России. № 2(38), 2019 г. С. 29-33.
10. Тишанинов Н.П., Анашкин А.В. Исследование параметров зернового сегмента в овсюж-ном триерном цилиндре // Наука в центральной России. № 2(38). 2019 г. С. 23-29.
11. Sabiev U.K., Golovin Yu.A., Chupin P.V., Soyunov A.S., Abdylmanova R.H. Probabilistic approach to the separation of grain material. IOP Conference Series : Materials Science and Engineering.
References
1. Trubilin E.I., Fedorenko N.F., Tlishev A.I. Mechanization of post-harvest processing of grain and seeds. Krasnodar. 2009. 96 p. (In Russ.).
2. Kuzmitsky A.V. et al. Machines and equipment for cleaning and sorting of grain and leguminous crops. Minsk : BGATU. 2012; 100 p. (In Russ.).
3. Chumakov V.G. Improvement of technology and technical means for post-harvest grain processing based on differentiation of grain heap flows. Chelyabinsk. 2012; 40 p. (In Russ.).
4. Tarasenko A.P. et al. Improving the mechanization of the production of grain seeds. Moscow : FSBI "RosinformatechD. 2014; 60 p. (In Russ.)
5. Sabiev U.K., Yatsunov A.N., Skusanov I.V. Separation of grain moving along a flat sieve making transverse vibrations. Vestnik Omskogo gosudarstven-nogo agrarnogo universiteta = Bulletin of Omsk State Agrarian University. 2022;3(47):97-101. (In Russ.).
6. Golovin A.Yu., Sabiev U.K., Chupin P.V., Soyunov A.S., Prokopov S.P. Analysis of the operation of a flat sieve oscillating in a horizontal plane. Traktory i selOhozmashiny = Tractors and agricultural machinery. 2020;4:27-34. (In Russ.).
7. Drincha V.M. Research of seed separation and development of machine technologies for their preparation. Voronezh : MODEK, 2006. 384 p.
8. Drincha V.M., Tsench Yu.S. Evolution of grain- and seed-cleaning equipment in Russia. SelOskohozyajstvennye mashiny i tekhnologii = Agricultural machines and technologies. 2021;15-1:24-33. (In Russ.) DOI 10.22314/2073-7599-2021-15-1-24-33.
9. Tishaninov N.P., Anashkin A.V. Assessment of the controllability of the quality of trier grain cleaning during tuning. Nauka v centralOnoj Rossii = Science in Central Russia. 2019;2(38):29-33. (In Russ.).
10. Tishaninov N.P., Anashkin A.V. Investigation of grain segment parameters in an oatmeal trier cylinder. Nauka v centralOnoj Rossii = Science in Central Russia. 2019;2(38):23-29. (In Russ.).
11. Sabiev U.K., Golovin Yu.A., Chupin P.V., Soyunov A.S., Abdylmanova R.H. Probabilistic approach to the separation of grain material. IOP Conference Series : Materials Science and Engineering. X International Scientific and Practical Conference - Innovative Technologies in Engineering. 2019. C. 012039.
12. Shepelev S., Cheskidov M., Chumakov V., Gritsenko A., Shepeleva N. Results of the Experimental
Vestnik of OmskSAU, 2022, no. 4(48) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
X International Scientific and Practical Conference -Innovative Technologies in Engineering. 2019. С. 012039.
12. Shepelev S., Cheskidov M., Chumakov V., Gritsenko A., Shepeleva N. Results of the Experimental Studies of Grain Cleaning with an Air-Spiral Separator. E3S Web of Conferences 210, 10002 (2020) ITSE-2020. URL: https://doi.org/10.1051/e3sconf/ 202021010002
13. Сабиев У.К., Скусанов И.В. Сепарация зерна на плоском решете, совершающем поперечные колебания // Вестник Омского государственного аграрного университета. 2019. № 1(33). С. 141-147.
14. Головин А.Ю., Сабиев У.К., Союнов А.С. Траектория движения зерновки по решету, совершающему круговые движения // Вестник Омского государственного аграрного университета. 2017. № 4(28). С. 204-210.
15. Sabiev U.K., Golovin A.Yu., Soyunov A.S., Demchuk E.V. Theoretical determination of the probability of a particle passing through an oblong opening of a sieve of grain cleaning machines for cleaning agricultural crops. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Ser. "International Conference on World Technological Trends in Agribusiness, WTTA 2021 □ 2022. С. 012066.
16. Сабиев У.К., Головин А.Ю. Решетный стан зерноочистительной машины // Тракторы и сельхозмашины. 2013. № 4. С. 13.
17. Зильбернагель А.В., Сабиев У.К. Теоретическое исследование влияния траектории движения частицы на вероятность взаимодействия ее с кромками продолговатого отверстия решета // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2011. № 9(83). С. 78-81.
18. Sabiev U.K., Demchuk E.V., Golovin A.Yu., Skysanov I.V. Experimental registrations of plain sieve operation, making transverse fluctuations. Journal of Physics: Conference Series. 2018;012074.
Studies of Grain Cleaning with an Air-Spiral Separator. E3S Web of Conferences 210, 10002 (2020) ITSE-2020. URL: https://doi.org/10.1051/e3sconf/ 202021010002.
13. Sabiev U.K., Skusanov I.V. Grain separation on a flat sieve, performing transverse oscillations. Vestnik Omskogo gosudarstvennogo agrarnogo univer-siteta = Bulletin of Omsk State Agrarian University. 2019;1(33):141-147. (In Russ.).
14. Golovin A.Yu., Sabiev U.K., Soyunov A.S. The trajectory of grain grain movement along a sieve making circular movements. Vestnik Omskogo gosu-darstvennogo agrarnogo universiteta = Bulletin of Omsk State Agrarian University. 2017;4(28):204-210. (In Russ.).
15. Sabiev U.K., Golovin A.Yu., Soyunov A.S., Demchuk E.V. Theoretical determination of the probability of a particle passing through an oblong opening of a sieve of grain cleaning machines for cleaning agricultural crops. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Ser. "International Conference on World Technological Trends in Agribusiness, WTTA 2021 □ 2022. C. 012066.
16. Sabiev U.K., Golovin A.Yu. The sieve mill of a grain cleaning machine. Traktory i selOhozmashiny = Tractors and agricultural machines. 2013;(4):13. (In Russ.).
17. Zilbernagel A.V., Sabiev U.K. Theoretical study of the effect of the trajectory of a particle on the probability of its interaction with the edges of an oblong sieve opening. Vestnik Altajskogo gosudarstven-nogo agrarnogo universiteta = Bulletin of the Altai State Agrarian University. 2011;9(83):78-81. (In Russ.).
18. Sabiev U.K., Demchuk E.V., Golovin A.Yu., Skysanov I.V. Experimental registrations of plain sieve operation, making transverse fluctuations. Journal of Physics: Conference Series. 2018; 012074
Для цитирования: Запевалов М.В., Коваленко Н.В., Редреев Г.В. Технология очистки семян зерновых культур от длинных примесей // Вестник Омского ГАУ. 2022. № 4 (48). С. 200-206. DOI 10.48136/2222-0364_2022_4_200.
Информация об авторах
Запевалов Михаил Вениаминович, д-р
техн. наук, доц., mv.zapevalov@mail.ru;
Коваленко Николай Васильевич, соискатель, nv.kovalen@mail.ru;
Редреев Григорий Васильевич, д-р техн. наук, доц., gv.redreev@omgau.orgн.
Статья поступила в редакцию 07.09.2022.
For citation: Zapevalov M.V., Kovalenko N.V., Redreev G.V. Technology for cleaning grain seeds from long impurities. Vestnik of Omsk SAU. 2022;4(48):200-206. DOI 10.48136/2222-0364_ 2022_4_200.
Information about the authors
Zapevalov Mikhail V., Doc. of Techn. Sci., Ass. Prof., mv.zapevalov@mail.ru;
Kovalenko Nikolay V., The applicant, nv.kovalen@mail.ru;
Redreev Grigory V., Doc. of Techn. Sci., Ass. Prof., gv.redreev@omgau.orgH.
The article was submitted 07.09.2022.
