Спецвозможности
Техника и оборудование

Фотосепараторы в послеуборочной обработке зерна

23.09.2016
5033
Фотосепараторы в послеуборочной обработке зерна фото, иллюстрация
фотосепаратор Meyer

При наращивании объемов производства зерна в Украине стоит задача повышения качества посевного материала и зерна для реализации.

 

По данным Госстата, в последние годы Украина наращивает объемы производства зерна. Так, в 2014 году собрано 63,8 млн т зерновых и зернобобовых культур, а в 2015-м, учитывая засуху, - 59,96 млн. Украина входит в число крупных мировых экспортеров зерна. Сейчас перед производителями сельскохозяйственной продукции ставится задача повышения качества зерна как товара для реализации, а также посевного материала, что, разумеется, увеличивает урожайность зерновых культур.

Зерновая масса, поступающая на предприятия и элеваторы, содержит в своем составе не только основную фракцию, но и мусорные и зерновые примеси, минеральные и металлические частицы, пыль и микроорганизмы. Наличие этих примесей ухудшает потребительские и технологические свойства зерна, поэтому для обеспечения высокого его качества нужно выполнять послеуборочную обработку зерна.

Современная технология очистки зерна включает предварительную, основную и дополнительную очистку на специальных очистительных машинах. Для выполнения соответствующих функций в них задействованы различные рабочие органы, которые работают по принципу отделения составляющих смеси, которую подвергают сепарации, основанной на разнице в физико-механических свойствах ее компонентов.

В зависимости от применяемых в конструкции этих машин рабочих органов различают несколько типов зерноочистительных машин, распространенных как в Украине, так и во всем мире. Технологическая эффективность очистки зерна различными зерноочистительными машинаи конечно, неодинакова:

• качество сепарации воздушно-решетчатыми сепараторами составляет 85%,

• барабаннымы скальператорами - 98-100%,

• пневмосепараторами - 90-95%,

• камнеулавливателями - 95-98%,

• триерами - 80-85%.

Конечно, эти показатели технологической эффективности в данном случае касаются тех примесей, которые можно удалить, используя принципы очистки, реализованные именно в этом оборудовании. Поэтому, чтобы эффективно удалять из зерновой массы многовидовые примеси, используют зерноочистительные машины с различными принципами выполнения работы, которые объединяют в одну линию. Таким образом, зерновая смесь последовательно перемещается от одной очистительной машины к другой, в результате чего из зерновой массы последовательно удаляются различные типы примесей.

В этом смысле важной проблемой остается наличие в зерне так называемых тяжело отделяемых примесей, которые не отличаются от основной фракции геометрическими размерами, аэродинамическими, весовыми и другими свойствами. Их невозможно отделить с помощью решет, триеров и воздушного потока. К таким примесям относятся:

  • пророщенное и недоразвитое зерно;
  • зерно, поврежденное вредителями и болезнями;
  • некоторые сорные примеси.

Поэтому сейчас перед производителями техники этой спецификации стоит задача поиска новых методов сепарации, обеспечивающие удаление тяжело отделяемые примесей и повышения качества очистки зерна.

Поскольку тяжело отделяемые примеси почти не отличаются по своим физико-механическим свойствам от основной фракции зерновой массы, в прошлом веке была предложена и внедрена методика распределения зерна по оптическим свойствам. Свет и другие виды излучения, взаимодействуя с подвижным слоем зерна, меняют свои характеристики, измерение которых позволяет установить соответствие зерна, которое проходит через зону излучения, кондиционным требованиям. Используя принцип скоростного сканирования зерна и программно обработав полученное его изображение, можно сортировать зерноматериал по размеру, форме зерновки, состоянию поверхности зерновки (наличие трещин, сколов, жесткость поверхности), цвету, содержанию полезных веществ.

технологическая схема фотосепаратора

Общая технологическая схема фотосепарации зерна и общий вид машины, реализующей этот процесс, показано на рис. 1. Зерно из бункера подается на виброраспределитель, вибрации которого создаются с помощью вибропитателей. Виброраспределитель регулирует поток подачи зерна к лотку, а также распределяет зерно равномерно и в один слой.

Благодаря такому распределению фотосепаратор способен сканировать даже отдельную зерновку. Далее зерно равномерно сыплется и движется по лотку, поступает в зону сканирования. В этой зоне зерновка с двух сторон освещается лампами подсветки. Свет, излучаемый этими лампами, под влиянием взаимодействия с поверхностью зерновки, меняет свои характеристики и фиксируется двумя фотосенсорами.

Данные, полученные с фотосенсоров, контроллер преобразует в цифровой сигнал. Составляющие цифрового сигнала зависят от плотности зерновки, ее цвета, размера и состояния поверхности. Контроллер проводит сравнительный анализ полученного цифрового сигнала с предварительно заданными параметрами фотосепарации. Если цифровой сигнал не соответствует настроенным критериям, контроллер подает соответствующую команду пневмоэжектору, который с помощью импульса воздушной струи отделяет некондиционное зерно в бункер для отходов. Кондиционное же зерно продолжает свой путь и сбрасывается в бункер для зерна.

Так как фотосепарация предусматривает сканирование отдельной зерновки, то благодаря этому принципу очистки вполне возможно достичь высокого уровня очистительного эффекта - около 99,9%. При фотосепарации минимизируется механическое воздействие на поверхность зерновки, что обеспечивает низкий процент его травмирования. Программная обработка изображения зерна дает возможность сортировать материал по комплексу свойств (по цвету, состоянию поверхности, размеру, форме), что делает фотосепаратор универсальной зерноочистительной машиной, способной заменить традиционные. А также использование метода поликритериальной сортировки позволяет отделять семена с необходимыми сортовыми признаками, увеличивая срок использования семенного материала.

Применяя инфракрасный свет для фотосепарации зерна и анализируя результат его поглощения зерновкой на определенной частоте, можно сортировать зерно также по содержанию клейковины и других полезных веществ, что позволяет получить зерновую массу с уникальными хлебопекарными и потребительскими свойствами. Высокие эксплуатационные и эргономические показатели (возможна быстрая перенастройка фотосепаратора на очистку другой культуры, высокий уровень автоматизации, низкий уровень шума) и указанные выше факторы делают сепараторы, которые реализуют принцип фотосканирования с программной обработкой изображения, перспективными для применения в послеуборочной обработке зерна. Новая технология фотосепарации зерна является революционной в послеуборочной обработке и позволяет выйти на качественно новый уровень производства зерна.

Сейчас производители зерноочистительной техники активно осваивают технологию изготовления фотосепараторов и уже предлагают их на рынке Украины. В частности, фотосепараторы выпускают в Англии (Sortex Limited), США (Icore), Италии (Sea), Бельгии (Mandrel), Японии (Toyo, Satake), Бразилии (Tecnostral), Южной Корее (Daewon Csi), Индии (Marc Promech Industries ), России (Воронежсельмаш, СSort), Китае (Meiya) и др. Сфера их применения распространилась практически на все виды сельскохозяйственной продукции.

Наряду с этим, как и в любой технологии, фотосепарации присущи и определенные недостатки, мешающие широкому применению этого принципа зерноочищення, а именно: высокая стоимость и ограниченное применение (на конечном этапе обработки). В отличие от других способов сепарации, эта технология предусматривает обработку каждой отдельной частицы зерновой смеси, что, разумеется, снижает производительность процесса. Из-за ограничений скорости воздушной струи, которая создается пневмоэжектором, невозможно удалять тяжелые минеральные примеси (камни, песок и т.д.). Поскольку воздушный поток действует не точечно, а на определенный участок зерновой массы, при сепарации мелкосемянных смесей и в случае засорения зерна длинными соломистыми примесями происходит одновременный захват полноценного зерна в отходы, что в определенной степени снижает эффект сепарации. Также фотосепараторы не могут сортировать зерно по удельному весу. Они чувствительны к воздействию внешней среды. Так, запыленный воздух, внешняя вибрация, оптимальная температура окружающего воздуха и его влажность могут вызывать допущения ошибок при сканировании зерновки, что снижает качество очистки семян. Однако указанные недостатки не умаляют перспективу использования фотосепарации в послеуборочной обработке зерна. Сочетание нескольких технологических операций в одном фотосепараторе дает возможность расширить сферу его применения и избежать некоторых указанных выше недостатков.

Выводы

Таким образом, рассматриваемая перспективная технология очистки зерна – фотосепарация -  имеет широкие перспективы применения в послеуборочной зернообработке и дает возможность достичь высокого качества очистки - на уровне около 99,9% и уменьшить количество машин, применяемых в технологической линии послеуборочной обработки. Дальнейшие научные исследования по устранению определенных недостатков фотосепарации в итоге позволят выйти на качественно новый уровень качества послеуборочной обработки зерна.

 

В. Швидя, канд. тех. наук, ИМЕСГ

Ключевые слова: техника, технология

Интервью
В Нидерландах существует печальная поговорка: «Фермеру принадлежат только его жена и дети, все остальное на ферме принадлежит банку». То есть, банки понавыдавали всем фермерам вплоть до мельчайших
Ив Пике, руководитель подразделения Crop Science компании «Байер» в Украине
С марта этого года подразделение Crop Science компании «Байер» в Украине возглавил Ив Пике. За достаточно короткое время он уже успел посетить практически все регионы Украины и ознакомиться с работой

1
0