Фотосепаратори у післязбиральній обробці зерна

За даними Держстату, в останні роки Україна нарощує обсяги виробництва зерна. Так, 2014 року зібрано 63,8 млн т зернових та зернобобових культур, а 2015-го, з огляду на посуху, — 59,96 млн. Україна входить до числа крупних світових експортерів зерна. Наразі перед виробниками сільськогосподарської продукції ставиться завдання підвищення якості зерна як товару для реалізації, а також посівного матеріалу, що, зрозуміло, збільшує врожайність зернових культур.

Зернова маса, що надходить на підприємства та елеватори, містить у своєму складі не тільки основну фракцію, а й сміттєві та зернові домішки, мінеральні і металеві частки, пил та мікроорганізми. Наявність цих домішок погіршує споживчі і технологічні властивості зерна, тому для забезпечення високої його якості потрібно виконувати післязбиральну обробку зерна.

Сучасна технологія очищення зерна включає попереднє, основне і додаткове очищення на спеціальних очисних машинах. Для виконання відповідних функцій у них задіяні різні робочі органи, які працюють за принципом відокремлення складових суміші, яку піддають сепарації, що грунтується на різниці у фізико-механічних властивостях її компонентів.

Залежно від застосованих у конструкції цих машин робочих органів розрізняють кілька типів зерноочисних машин, поширених як в Україні, так і у всьому світі. Технологічна ефективність очищення зерна різними зерноочисними машинами, ясна річ, неоднакова:

• якість сепарації повітряно-решітними сепараторами становить 85%, б
• арабанними скальператорами – 98-100,
• пневмосепараторами – 90-95,
• каменевловлювачами – 95-98%,
• трієрами – 80-85%.

Звісно, ці показники технологічної ефективності у даному разі стосуються тих домішок, які можна видалити, використовуючи принципи очищення, що реалізовані саме у цьому обладнані. Тому, щоб ефективно видаляти із зернової маси багатовидові домішки, використовують зерноочисні машини із різними принципами виконання роботи, які об’єднують у одну лінію. Таким чином зернова суміш послідовно переміщується від однієї очисної машини до іншої, у результаті чого із зернової маси послідовно видаляються різні типи домішок.

У цьому сенсі важливою проблемою залишається наявність у зерні так званих важковідокремлюваних домішок, які не відрізняються від основної фракції геометричними розмірами, аеродинамічними, ваговими та іншими властивостями. Їх неможливо відокремити за допомогою решіт, трієрів та повітряного потоку. До таких домішок належать:

• пророщене та недорозвинене зерно;
• зерно, ушкоджене шкідниками та хворобами;
• деякі сміттєві домішки.

Тому наразі перед виробниками техніки цієї специфікації стоїть завдання пошуку нових методів сепарації, які б забезпечували видалення важковідокремлюваних домішок та підвищення якості очищення зерна.

Оскільки важковідокремлювані домішки майже не відрізняються за своїми фізико-механічними властивостями від основної фракції зернової маси, у минулому сторіччі було запропоновано і впроваджено методику розподілення зерна за оптичними властивостями. Світло та інші види випромінювання, взаємодіючи із рухомим шаром зерна, змінюють свої характеристики, вимірювання яких дає змогу встановити відповідність зерна, що проходить через зону випромінювання, кондиційним вимогам. Використовуючи принцип швидкісного сканування зерна та програмно обробивши отримане його зображення, можна сортувати зерноматеріал за розміром, формою зернівки, станом поверхні зернівки (наявність тріщин, сколів, жорсткість поверхні), кольором, вмістом корисних речовин.

Загальна технологічна схема фотосепарації зерна та загальний вигляд машини, що реалізує цей процес, показано на рис. 1. Зерно із бункера подається на вібророзподільник, вібрації якого створюються за допомогою віброживильника. Вібророзподільник регулює потік подавання зерна до лотка, а також розподіляє зерно рівномірно і в один шар. Завдяки такому розподіленню фотосепаратор здатен сканувати навіть окрему зернівку. Далі зерно рівномірно сиплеться і рухається лотком, надходить до зони сканування. У цій зоні зернівка із двох сторін освітлюється лампами підсвічування. Світло, випромінене цими лампами, під впливом взаємодії із поверхнею зернівки, змінює свої характеристики і фіксується двома фотосенсорами.

Дані, отримані із фотосенсорів, контролер перетворює на цифровий сигнал. Складові цифрового сигналу залежать від густини зернівки, її кольору, розміру та стану поверхні. Контролер проводить порівняльний аналіз отриманого цифрового сигналу із попередньо заданими параметрами фотосепарації. Якщо цифровий сигнал не відповідає налаштованим критеріям, контролер подає відповідну команду пневмоежектору, який за допомогою імпульсу повітряного струменя відокремлює некондиційне зерно у бункер для відходів. Кондиційне ж зерно продовжує свій шлях і скидається у бункер для зерна.

Позаяк фотосепарація передбачає сканування окремої зернівки, то завдяки цьому принципу очищення цілком можливо досягти високий рівень очисного ефекту, що сстановить близько 99,9%. За фотосепарації мінімізується механічна дія на поверхню зернівки, що забезпечує низький відсоток його травмування. Програмна обробка зображення зерна дає можливість сортувати матеріал за комплексом властивостей (за кольором, станом поверхні, розміром, формою), що робить фотосепаратор універсальною зерноочисною машиною, здатною замінити традиційні. А також використання методу полікритеріального сортування дає змогу відокремлювати насіння із необхідними сортовими ознаками, збільшуючи строк використання насіннєвого матеріалу.

Застосовуючи інфрачервоне світло для фотосепарації зерна та аналізуючи результат його поглинання зернівкою на певній частоті, можливо сортувати зерно також за вмістом клейковини й інших корисних речовин, що дає змогу отримати зернову масу з унікальними хлібопекарськими і споживчими властивостями. Високі експлуатаційні та ергономічні показники (можливе швидке переналаштування фотосепараторів на очищення іншої культури, високий рівень автоматизації, низький рівень шуму) та зазначені вище фактори роблять сепаратори, які реалізують принцип фотосканування з програмною обробкою зображення, перспективними для застосування у післязбиральній обробці зерна. Нова технологія фотосепарації зерна є революційною у післязбиральній обробці і дає змогу вийти на якісно новий рівень виробництва зерна.

Наразі виробники зерноочисної техніки активно освоюють технологію виготовлення фотосепараторів і вже пропонують їх на ринку України. Зокрема, фотосепаратори випускають в Англії (Sortex Limited), США (Icore), Італії (Sea), Бельгії (Mandrel), Японії (Toyo, Satake), Бразилії (Tecnostral), Південній Кореї (Daewon Csi), Індії (Marc Promech Industries), Росії (Воронежсельмаш, СSort), Китаї (Meiya) тощо. Сфера їхнього застосування поширилась практично на всі види сільськогосподарської продукції.

Поряд із тим, як і в будь-якій технології, фотосепарації притаманні і певні недоліки, що заважають широкому застосуванню цього принципу зерноочищення, а саме: висока вартість та обмежене застосування (лише на кінцевому етапі обробки). На відміну від інших способів сепарації, ця технологія передбачає обробку кожної окремої частки зернової суміші, що, зрозуміло, знижує продуктивність процесу. Через обмеження швидкості повітряного струменя, який створюється пневмоежектором, неможливо видаляти важкі мінеральні домішки (каміння, пісок і т.д.). Оскільки повітряний струмінь діє не точково, а на певну ділянку зернової маси, під час сепарації дрібнонасіннєвих сумішей та у разі засмічення зерна довгими соломистими домішками відбувається одночасне захоплення повноцінного зерна у відходи, що певною мірою знижує ефект сепарації. Також фотосепаратори не можуть сортувати зерно за питомою вагою. Вони чутливі до дії зовнішнього середовища. Так, запилене повітря, зовнішня вібрація, неоптимальна температура навколишнього повітря і його вологість можуть зумовлювати допущення помилок під час сканування зернівки, що знижує якість очищення насіння. Проте вказані недоліки не применшують перспективу використання фотосепарації у післязбиральній обробці зерна. Поєднання декількох технологічних операцій у одному фотосепараторі дає можливість розширити сферу його застосування і уникнути деяких вказаних вище недоліків.

Висновки

Таким чином, розглянута перспективна технологія очищення зерна — фотосепарація має широкі перспективи застосування у післязбиральній зернообробці і дає можливість досягти високої якості очищення — на рівні близько 99,9% і зменшити кількість машин, що застосовуються у технологічній лінії післязбиральної обробки. Подальші наукові дослідження із усунення певних недоліків фотосепарації зрештою дадуть змогу вийти на якісно новий рівень якості післязбиральної обробки зерна.

В. Швидя, канд. тех. наук, ІМЕСГ