Очистка зерна после уборки. Снижение затрат.

04.07.11

Уважаемый читатель, задача, которая является целью этой статьи легко решаема, ибо я уверен, что легко найду твое понимание по простой причине – ты с каждым годом платишь все больше и больше за кВт энергии и остановки этого роста в обозримом будущем не предвидится. Завтра на рынке устоит тот, кто при прочих равных условиях снизит энергозатраты на производство единицы продукции.

Но вначале традиционно для этого цикла статей об ущербе травмирования. Рассмотрим влияние травмирования кукурузы на ее сохранность при хранении.

По данным многих исследований грибы ксерофиты растут и развиваются на семенах кукурузы при влажности 14 – 15 %. Грибная флора практически постоянно присутствует на семенах, и некоторые ее виды (например, плесневые грибы) могут размножаться при влажности воздуха около 65 %. Зависимость количества плесневых грибов от вида травмированности зерна кукурузы показана на рис. 1.

Рис.2. Прирост плесневых грибов на зерне кукурузы с влажностью 18 % во время ее хранения (в % к состоянию до хранения, принятого за 100 %) [1].
Рис. 1. Общее количество плесневых грибов, тыс. шт. микроорганизмов / г зерна [1].

Видно, что поверхностная микрофлора поврежденного зерна увеличивается во много раз. Интересно то, что если оболочка у зерна целая, то внутренняя трещиноватость не может провоцировать размножение микроорганизмов.

Совсем плохо дело, если зерно имеет повышенную влажность. Так при влажности 18 %, зерна с механическими повреждениями практически не сохраняемы (рис. 2).

Опытные данные и практика хранения показывают, что развитие микробов происходит, прежде всего, на битых, крупноколотых и трещиноватых зернах. Эти зерна сильно насыщены микроорганизмами и являются источниками инфекции.

Большое разнообразие микрофлоры отмечено при прорастании в полевых условиях. Выемка зерна по методике академика Н.Н. Кулешова, проводимая по посевам кукурузы показала, что все не проросшие семена были поражены грибами.

Читатель может спросить, а причем тут аспирация? очень даже при чем. Недоочищенность кукурузы после уборки от влажного растительного сора (как и любой другой культуры) обуславливает развитие микрофлоры, поражающей зерно при хранении.

Очистка зерна от растительного сора обязательная задача первой стадии послеуборочной обработки, особенно сегодня, когда послеуборочная очистка зерна неожиданно приняла новый оборот. Откуда ветер? Да его просто нет. «Хозяин сказал закрой ветер» ? так отвечает комбайнер, выгружая сорное зерно из бункера комбайна. Если честно, то я хозяина понимаю. Много лет работая с крупноплодным подсолнечником, наблюдал, как комбайн вывеивает на поле вместе с растительным сором легкий подсолнечник. К сожалению, скорость витания подсолнечника лежит в широком диапазоне от 3 до 15 м/с. Поднимешь с поля семечку, вроде бы пустая – щелк, а там ядрышко. Оно-то и прорастет по весне.

Как быть? Как вариант – везти все на ток и там разбираться.

В первой статье мы показали, как можно отобрать крупный сор в темпе ссыпания зерна в приемный бункер, а вот об аспирации надо поговорить особо.

В 1904 году немецкий ученый Людвиг Прандтль раскрыл понятие «пограничный слой». В газовой динамике, в гидродинамике на сегодняшний день равного этому открытия нет.

Существующие сегодня основные приемы по удалению сора от зерна за счет взаимодействия с воздушным потоком (аспирации) реализуются в противотоке – падающее зерно обдувается встречным вертикальным потоком воздуха и частички, скорость витания которых ниже скорости потока, уносятся воздухом из потока падающего зерна. Рассмотрим движение двух зерен разной плотности в восходящем потоке воздуха при условии, что в силу разной плотности зерен скорость витания одного зерна выше скорости потока, а второго ниже. Тяжелое зерно будет падать, т.к. поток не в силах его поднять, а легкое будет, хоть и сопротивляться движению вверх (Земля-то тоже свое слово говорит), но воздух это сопротивление переборет и поднимет легковесное семечко (рис. 3).

Рис. 3. Принцип аспирации падающего зерна в восходящем потоке воздуха.

Можно считать задачу выполнили – отделили от зерна легковитаемый сор. Если не задаться вопросом: зачем мы потратили деньги (читай электроэнергию на привод вентилятора) на преодоление сопротивления тяжелого падающего семечка. А энергии потратили немало. В этом легко убедиться, если сопоставить мощности приводов для колебания рассевов различных машин (БСХ, БИС, «Петкус» и т.д.) и мощности приводов вентиляторов для аспирации легковитаемого сора у этих машин – воздушный поток требует в 5-8 раз большей мощности. Такой способ аспирации энергозатратный, ибо воздух обдувает все зерно ради удаления легковитаемой примеси, доля которой занимает 3-5% от массы зерна. Энергия движущегося воздуха при этом бесполезно тратится на формирование пограничных слоев на падающих зернах. Именно пограничный слой съедает энергию потока, которая расходуется на трение между струйками, движущимися с различными скоростями от «0» на поверхности зерна до скорости потока на границе пограничного слоя. Экономическая эффективность такого способа очень низкая.

Гораздо эффективнее перед аспирацией использовать сепарацию (расслоение) зерна по плотности за счет гравитационного поля и удалить поднявшиеся на поверхность смеси легкие частицы.

Рис. 4. Схема взаимодействия зерна с потоком воздуха в вертикальном аспираторе АФ5.
Сепарация по плотности в гравитационном поле происходит по той причине, что в процессе вибрации (если вибрация по нормали, или 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.

Эффективность аспирации, как процесса удаления пыли и легковитаемого сора из семян различных культур, прежде всего, определяется разностью в плотности сора и самих семян.

При насыпной плотности 0, 7 – 0, 8 (пшеница, ячмень, кукуруза, рис, горох, соя, рапс и т.д.) эта задача легче, чем при плотности 0, 45 (подсолнечник и другие легковесные семена). Поэтому,

как правило, в одном, даже самом хитроумном устройстве, отобрать весь (или почти весь) сор без удаления части семян не удается. Для высокой глубины очистки необходимо применять разные варианты взаимодействия воздуха и очищаемого зерна.

Рис. 5. Схема взаимодействия зерна с потоком воздуха в вибрационном аспираторе АВФ10.
Именно поэтому сразу после ссыпания зерна и механического удаления крупного сора на ОЗФ, зерно поступает на сотовый виброаспиратор для удаления легковитаемого сора (см. предыдущие публикации). Кроме этого в процессе последующего движения зерна при его очистке применяются аспираторы другого типа.

Вертикальный аспиратор (АФ-5)

Зерно поступает в приемное устройство с регулируемым по площади выходом. В нем формируется в тонкую плоскую струю, которая разрыхляется каскадом полок при движении по ним.

Рис. 6. Схема работы устройства по очистке зерна в процессе работы рассева.
А воздух, проходя между полками, пронизывает разрозненно падающее зерно и выносит сор по каналам в сборник, из которого он удаляется в общую систему эвакуации сора.

Вибрационный аспиратор (АВФ-10)

Здесь применена вибрация всего рабочего объема. Зерно направляется в вибрирующую решетку, спрофилированную так, что зерно, стекая по наклонным стенкам решетки, отделяется от пыли и сора и выходит из устройства в соответствующий канал, а воздух с пылью и сором за счет перепада давления, создаваемого системой аспирации, удаляется из устройства. Такой аспиратор не плохо справляется с умеренно влажным зерном.

Рис. 7. Схема работа устройства для оценки эффективности аспирации и для ее регулирования.
Воздушный поток пронизывает весь слой зерна (сканирует) с малыми скоростями, а перед всасывающим устройством, где и находится легковитаемый сор, скорость увеличивается.

Таким образом, многовариантная аспирация с возможностью регулирования ее режима на каждом участке и возможностью многократного повторения последнего варианта по ходу движения зерна эффективна, проста, экономична, регулируема, и надежно контролируема.

Для оценки эффективности аспирации на каждом канале отвода сора устанавливаются устройства для отбора пробы удаляемого материала, которые работают следующим образом (рис 7).

 

Рис. 8. патенты Украины и России.
Поток воздуха с сором, проходя через устройство, замедляется в самом широком сечении канала (А-А) пропорционально увеличению площади (согласно уравнению расхода G= c ? F =const) и частички, скорость витания которых выше скорости движения воздуха в сечении А-А попадают в сборник 2, стенки которого выполнены из акрила, и, в зависимости от того, что мы видим в сборнике, позволяет нам заслонкой регулировать режим аспирации. Для более строгого анализа отбираемый материал легко извлекается из устройства без изменения режима работы.

Именно такие энергосберегающие устройства для аспирации мы устанавливаем на очищающе-калибрующие машины, о которых речь будет идти в следующей статье.

Авторство решений защищены патентами Украины и России (рис. 8).

Список использованной литературы:

1. Н.Г.Строна «Травмирование семян и его предупреждение» Москва 1972г., издательство «Колос».

С уважением, к.т.н., доцент Фадеев Л. В.

Скачать статью "Очистка зерна после уборки. Снижение затрат" в формате pdf.