Нові мож­ли­вості се­па­рації та калібру­ван­ня зерна Очи­щен­ня та калібру­ван­ня ку­ку­руд­зи

Л. Тіщен­ко, д-р техн. на­ук, про­фе­сор,
С. Хар­чен­ко, Ф. Хар­чен­ко, канд. техн. на­ук, до­цент,
Харківський національ­ний технічний
універ­си­тет сільсько­го гос­по­дар­ст­ва
ім. Пе­т­ра Ва­си­лен­ка, ХНТУСГ,
О. Ва­си­лен­ко, ге­не­раль­ний ди­рек­тор,
В. Пу­ха, го­ло­ва на­гля­до­вої ра­ди,
ВАТ «За­вод ім. Фрун­зе»

Най­при­ваб­ливішою куль­ту­рою для ве­ден­ня то­вар­но­го сільсько­го­с­по­дарсь­ко­го ви­роб­ництва впро­довж ба­га­ть­ох років на світо­во­му та ук­раїнсько­му аг­рар­но­му рин­ку є ку­ку­руд­за.
Це по­яс­нюється ви­со­ким біо­логіч­ним по­тенціалом і низь­ки­ми ви­т­ра­та­ми на ви­ро­щу­ван­ня. Ку­ку­руд­зу, в ос­нов­но­му, ви­ро­щу­ють на зер­но і для ви­роб­ництва кормів, а та­кож ви­ко­ри­с­то­ву­ють її як си­ро­ви­ну для пе­ре­роб­ки на технічні по­тре­би (крох­маль, дек­с­т­ри­ни й ал­ко­голь), для ви­роб­ництва біога­зу та еле­к­т­ро­е­нергії. Ук­раїна вхо­дить у де­сят­ку дер­жав — лідерів із ви­роб­ництва ку­ку­руд­зи. Тен­денція до підви­щен­ня рівня роз­вит­ку ви­роб­ництва ку­ку­руд­зи у світі підтвер­­джується аналізом за ос­танні 10 років — її площі зрос­ли на 27,3% (на 39,5 млн га) і ста­нов­лять 184,2 млн га. Ана­логічна си­ту­ація і в Ук­раїні: посівні площі ку­ку­руд­зи за цей період збільши­лись у 2,4 ра­за (на 2,8 млн га) і на 2013 р. ста­но­ви­ли 4,8 млн га.
За дер­жав­ною про­гра­мою «Зер­но» у 2014–2015 рр. посівна пло­ща ку­ку­руд­зи в Ук­раїні ма­ла ста­но­ви­ти 4,5–5,0 млн га, для чо­го потрібно ви­роб­ля­ти
120–150 тис. т насіння гібридів ку­ку­руд­зи. Вод­но­час ма­теріаль­но-технічна ба­за підпри­ємств із ви­роб­ництва насіння, як і насіннєвих за­водів, пе­ре­бу­ває у кри­тич­но­му стані, що обер­тається втра­тою якості насіннєво­го ма­теріалу і зни­жен­ням про­дук­тив­ності ви­роб­ництва на­сіння. Крім то­го, при­зво­дить до збіль­шен­ня енер­го­ви­т­рат на ви­роб­ництво насіння, які на 20–30% пе­ре­ви­щу­ють на­уко­во об­грун­то­вані нор­ми та по­каз­ни­ки за­кор­дон­них зразків.
Насіння ку­ку­руд­зи відповідно до ДСТУ 4525:2006 розрізня­ють за ти­пом за­леж­но від ко­ль­о­ру і фор­ми насіння: зу­бо­подібний про­дов­гу­ва­с­тий, кре­ме­ни­с­тий, напівзу­бо­подібний, роз­лус­ний про­дов­гу­ва­с­тий із дзьо­бо­подібною або ок­руг­лою верхівкою, не­кла­сифіко­ва­ний.
До зу­бо­подібно­го ти­пу відно­сять сор­ти, гібри­ди: Дніпровсь­кий 172 MB, Дніпровсь­кий 193 MB, Дніпровсь­кий 273 АМВ, Дніпровсь­кий 284 MB, Дніпровсь­кий 337 MB, Дніпровсь­кий 450 MB, Дніпровсь­кий 473 СВ, Одесь­ка 10, Од­ма 310 MB, Одесь­кий 297 MB, Одесь­кий 346 MB, Одесь­кий 508 MB, Харківський 294 MB, Харківський 311 MB, Ко­лек­тив­ний 225 MB, ТОСС 230 MB, Бо­ри­с­фен 191 MB, Бо­ри­с­фен 490 АМВ, Наддніпрянсь­ка 50 та інші.
До кре­ме­ни­с­то­го ти­пу на­ле­жать Ко­лек­тив­ний 111 СВ, ТОСС 218 MB; до напівзу­бо­подібно­го — Дніпровсь­кий 177 СВ, Дніпровсь­кий 203 MB, Сла­ву­тич 271 MB, Дніпровсь­кий 310 MB, Дніпровсь­кий 345 MB, Пла­тан MB, Кор­сар MB, Ка­рат СВ, Харківський 199 MB, Хар­ківський 290 MB, Харківський 315 MB, ТОСС 156 MB, Ко­лек­тив­ний 210 АСВ; до роз­лус­но­го — Дніпровсь­ка 298, Дніп­ровсь­кий 925, Ерлікон.
Тех­но­логічний про­цес се­па­рації зер­но­вих сумішок пе­ред­ба­чає їхнє роз­поділен­ня на фракції за розміра­ми. За се­па­рації зер­но­вих сумішок ку­ку­руд­зи та­ке відо­крем­лен­ня відбу­вається за тов­щи­ною насіння — а2 (рис. 5). Про­бле­му пред­став­ляє пла­с­ке насіння ку­ку­руд­зи, яке більшою бо­ко­вою по­верх­нею при­ти­с­кається до по­верхні ре­ше­та і йде схо­дом (рис. 6). При цьо­му просіюваність (ефек­тивність) ре­ше­та і про­дук­тивність се­па­ра­то­ра зни­жу­ють­ся.  
Про­ве­де­ний аналіз розмірних ха­рак­те­ри­с­тик по­ка­зує, що насіння ку­ку­руд­зи має пе­ре­важ­но пла­с­кий ви­гляд, че­рез що просіюваль­на здатність ре­ше­та низь­ка, оскільки зер­но потрібно ба­га­то­ра­зо­во про­пу­с­ка­ти че­рез се­па­ра­тор. Із кож­ним по­вто­рен­ням се­па­ру­валь­но­го цик­лу ек­сплу­а­таційні ви­т­ра­ти збільшу­ють­ся, а зер­но за­знає мікро­т­равм, які не­га­тив­но впли­ва­ють на про­цес зберіган­ня та біологічний по­тенціал посівно­го ма­теріалу.
За­для підви­щен­ня ефек­тив­ності ро­бо­ти пла­с­ко­решітних се­па­ра­торів учені ХНТУСГ ім. Ва­си­лен­ка спільно з ПАТ «За­вод ім. Фрун­зе» (Харків) роз­ро­би­ли нові ре­ше­та з об’ємни­ми ри­ф­ля­ми-ак­ти­ва­то­ра­ми. Ак­ти­ва­то­ри ви­ко­нані у ви­гляді об’ємних не­пер­фо­ро­ва­них ви­с­тупів — рифлів, які за­вдя­ки своїй кон­ст­рукції спри­я­ють обер­тан­ню зер­ни­ни на­вко­ло своєї по­вз­довжньої осі, що підви­щує ймовірність по­трап­лян­ня цієї зер­ни­ни в отвір ре­ше­та за па­ра­ме­т­ром се­па­ру­ван­ня — тов­щи­ною (рис. 7). Ша­хо­ве розміщен­ня рифлів-ак­ти­ва­торів за­без­пе­чує бе­реж­ний вплив на зернівку за ба­га­то­ра­зо­во­го по­вто­рю­ван­ня се­па­ру­валь­ної дії.
За ре­зуль­та­та­ми пер­вин­них дос­ліджень, про­ве­де­них на циліндрич­них ре­ше­тах з об’ємни­ми ак­ти­ва­то­ра­ми про­сіюван­ня, вста­нов­ле­но: про­дук­тивність мо­дернізо­ва­но­го се­па­ра­то­ра із роз­роб­ле­ни­ми ре­ше­та­ми підви­щи­лась на 30–35%, якість насіння після очи­щен­ня відповідає ви­мо­гам ДСТУ 2240-93.
Од­нак для виз­на­чен­ня ефек­ту від ви­ко­ри­с­тан­ня об’ємних ак­ти­ва­торів вар­то досліди­ти про­цес просіюван­ня на пла­с­ких ре­ше­тах, при цьо­му слід приділи­ти ува­гу вла­с­ти­во­с­тям зер­но­вих сумішок ку­ку­руд­зи.
Ла­бо­ра­торні ви­про­бу­ван­ня роз­роб­ле­них пла­с­ких решіт з ак­ти­ва­то­ра­ми для се­па­рації насіння ку­ку­руд­зи про­ве­де­но на базі ХНТУСГ ім. Пе­т­ра Ва­си­лен­ка на насіннєочисній ма­шині СМ-0,15 під час се­па­рації гібридів До­нор МВ, По­дих МВ, ДКС 4408 і ПР39А50. 
У про­цесі досліджен­ня просіюваль­ної здат­ності решіт виз­на­ча­ли кількість насіння, яке прой­ш­ло че­рез ре­ше­то (про­хо­до­ва фракція) та схо­дом че­рез ньо­го (схо­до­ва фракція), для серійно­го та роз­роб­ле­но­го решіт шля­хом зва­жу­ван­ня от­ри­ма­них фракцій. По­вно­ту роз­поділен­ня зер­но­вої сумішки виз­на­ча­ли як відно­шен­ня от­ри­ма­ної про­хо­до­вої фракції до вмісту ком­по­нен­та (про­хо­ду) у вхідній зер­новій сумішці ку­ку­руд­зи:
E=(Mпр/Мк) х 100%,
де Mпр — вага отриманої проходової фракції; Мк — вага проходу у вхідній сумішці.
У ре­зуль­таті досліджень (табл. 6) вста­нов­ле­но, що не­за­леж­но від гібри­да просіюваль­на здатність пла­с­ко­го ре­ше­та з ак­ти­ва­то­ра­ми порівня­но із серійним ана­ло­гом підви­щується. 
Ефек­тивність се­па­ру­ван­ня на роз­роб­ле­но­му ре­шеті підви­щується на 5–20% за­леж­но від гібри­да ку­ку­руд­зи, пи­то­мо­го за­ван­та­жен­ня ре­ше­та та співвідно­шен­ня ком­по­нентів у вхідній сумішці.
У ре­зуль­таті досліджень вста­нов­ле­но зміни рівня ефек­тив­ності просіюван­ня зер­но­вої сумішки, що зу­мов­ле­но різною фор­мою насіння гібридів, яке ви­ко­ри­с­то­ву­ва­ли в ек­с­пе­ри­мен­тах. То­му на­разі ак­ту­аль­ним за­вдан­ням є вста­но­ви­ти за­лежність ефек­тив­ності про­це­су про­сію­ван­ня на роз­роб­ле­них ре­ше­тах з ак­ти­­­­­ва­то­ра­ми від фор­ми насіння ку­ку­руд­зи.
Для виз­на­чен­ня впли­ву розмірів насіння ку­ку­руд­зи на рівень просіюван­ня че­рез ре­ше­та про­ве­де­но аналіз відо­мих досліджень та низку ек­с­пе­ри­мен­тів (табл. 7). Виз­на­че­но ко­е­фіцієнти пла­с­кості зер­на (Кфк), що яв­ля­ють со­бою відно­шен­ня ши­ри­ни до тов­щи­ни насіння та ха­рак­те­ри­зу­ють їхню фор­му.
Виз­на­чен­ня розмірних ха­рак­те­ри­с­тик гібридів До­нор МВ, По­дих МВ, ДКС 4408 та ПР39А50 про­во­ди­ли за до­по­мо­гою роз­роб­ле­но­го про­грам­но­го за­без­пе­чен­ня. Для цьо­го 50 насінин ку­ку­руд­зи кож­но­го із чо­ти­рь­ох гібридів ска­ну­ва­ли у трьох пло­щи­нах. Роз­роб­ле­на ком­п’ю­тер­на про­гра­ма об­роб­ля­ла зо­б­ра­жен­ня та з ве­ли­кою точністю виз­на­ча­ла розміри.
Аналізу­ю­чи одер­жані ко­ефіцієнти пла­с­кості насіння ку­ку­руд­зи (рис. 8), вста­нов­ле­но, що більшість (68,5%) гіб­ридів ма­ють ко­ефіцієнт пла­с­кості
Кфк=1,65–2,08, і ли­ше 31,6% — Кфк<1,6.
Вра­хо­ву­ю­чи ре­зуль­та­ти ек­с­пе­ри­мен­таль­них досліджень ефек­тив­ності про­сіюван­ня (табл. 6) та вста­нов­лені ко­е­фіцієнти пла­с­кості насіння ку­ку­руд­зи (рис. 8), бу­дуємо графік зве­де­них за­леж­но­с­тей. Та­ким чи­ном одер­жуємо ефек­тивність просіюван­ня за­леж­но від ко­е­фіцієнта пла­с­кості насіння різних сортів/гібридів та ти­пу решіт (рис. 9).
На ос­нові аналізу ре­зуль­татів дос­ліджень вста­нов­ле­но, що із підви­щен­ням пла­с­кості фор­ми насіння (Кфк=1,65–2,08) спо­с­терігається підви­щен­ня ефек­тив­ності просіюван­ня на роз­роб­ле­них ре­ше­тах з ак­ти­­ва­то­ра­ми на 6,7–20,2%. Це по­яс­нюється ак­ти­ві­зацією про­це­су просіюван­ня за до­по­мо­гою об’ємних ак­ти­ва­торів, які орієнту­ють рух кож­ної насіни­ни в от­во­ри. При цьо­му пласкіше насіння от­ри­мує значні імпуль­си від рифлів — ак­ти­ва­торів, що сприяє збіль­шен­ню кількості просіюва­но­го насіння.
На­ве­дені на рис. 9 рівнян­ня для виз­на­чен­ня по­вно­ти роз­поділен­ня зер­но­вої сумішки роз­роб­ле­ни­ми ре­ше­та­ми з ак­ти­ва­то­ра­ми та серійни­ми до­по­ма­га­ють роз­ра­хо­ву­ва­ти ефек­тивність се­па­ру­ван­ня за­леж­но від фор­ми насіння ку­ку­руд­зи. По­даль­ше ви­ко­ри­с­тан­ня рівнянь дає змо­гу виз­на­ча­ти ефек­тивність решітно­го просіюван­ня, по­пе­ред­ньо вста­но­вив­ши розміри насіння ку­ку­руд­зи.