Нові мож­ли­вості се­па­рації та ка­лібру­ван­ня зерна

Греч­ка

Ук­раїна вхо­дить у трійку світо­вих ви­роб­ників греч­ки. У 2013 р. цю куль­ту­ру ви­ро­щу­ва­ли на площі 191 тис. га. По­пит на греч­ку в Ук­раїні та світі ро­бить цю куль­ту­ру до­сить при­ваб­ли­вою для ви­роб­ництва. Післяз­би­раль­на об­роб­ка зер­на є важ­ли­вим еле­мен­том ви­роб­ництва греч­ки, яка знач­ною мірою впли­ває на якість її зберіган­ня та про­гра­мує май­бутні вро­жаї.

Для ви­роб­ництва греч­ки та її пе­ре­роб­ки ви­ко­ри­с­то­ву­ють се­па­ра­то­ри, які роз­поділя­ють ком­по­нен­ти зер­но­вої сумішки за різни­ми вла­с­ти­во­с­тя­ми. Най­по­ши­реніші схе­ми зер­но­вих се­па­ра­торів — повітря­но-ре­шетні, які роз­поділя­ють зер­но­ву сумішку за ае­ро­ди­намічни­ми оз­на­ка­ми та за розміра­ми. Та­ке відо­крем­лен­ня (се­па­рація) дає мож­ливість відібра­ти повітря­ним по­то­ком легкі домішки (луз­га, ча­с­точ­ки со­ло­ми, насіння бур’янів, плю­с­к­ле зер­но та ін.), а з до­по­мо­гою решіт — роз­поділи­ти зер­но­ву ма­су за різни­ми фракціями.

Особ­ли­ву ува­гу приділя­ють підго­товці насіннєво­го ма­теріалу. Своєчас­но очи­ще­не та відкалібро­ва­не насіння дає при­бав­ку май­бут­нь­о­го вро­жаю. Так, вче­ни­ми до­ве­де­но, що від якості насіння зер­но­во­го ма­теріалу за­ле­жить 40% ре­алізації біологічно­го по­тенціалу сор­ту (дек­ла­ро­ва­на вро­жайність).

Ефек­тивність ро­бо­ти се­па­ра­торів рег­ла­мен­тується взаємо­пов’яза­ни­ми по­каз­ни­ка­ми: якістю се­па­рації та про­дук­тивністю. Якість се­па­рації оцінюється по­вно­тою роз­поділен­ня — відсот­ко­ве відно­шен­ня кількості просіяно­го крізь ре­ше­то насіння (про­хо­до­ва фракція) до кількості насіння про­хо­до­вої фракції у вихідній суміші.

Серійні ре­ше­та  для се­па­рації греч­ки ма­ють от­во­ри у ви­гляді рівно­с­то­ронніх три­кут­ників. Се­па­рація насіння греч­ки на та­ких ре­ше­тах має низь­ку ефек­тивність: пи­то­ма про­дук­тивність ста­но­вить 9–22 кг/дм2/год. Про­дук­тивність се­па­ра­то­ра під час ро­бо­ти з греч­кою зни­жується на ко­ефіцієнт еквіва­лент­ної про­дук­тив­ності і ста­но­вить 0,55 (для пше­ниці він дорівнює 1).
Ос­нов­ною при­чи­ною цьо­го є склад­на фор­ма насіння греч­ки та важ­ковідо­крем­лю­вані домішки. На­­­сіння греч­ки розміщується на верхніх, бічних і нижніх суцвіттях, за­леж­но від чо­го має шість різних форм.
Окрім цьо­го, у зер­нин мо­жуть бу­ти зігнуті вер­ши­ни, а насіннєва по­верх­ня — ма­ти нерівності у ви­гляді ви­пук­ло­с­тей та впа­дин, що спри­чи­не­но при­ро­д­но-кліма­тич­ни­ми або тех­но­ло­гіч­ни­ми умо­ва­ми (вне­сен­ня до­б­рив та хі­­міч­­них роз­чинів).
Та­ким чи­ном ство­рю­ють­ся склад­ні умо­ви для про­хо­д­жен­ня зер­на греч­ки че­рез от­во­ри решіт, що знач­­­но зни­жує про­дук­тивність се­па­ра­торів. Ба­га­то­ра­зо­ве про­хо­д­жен­ня греч­ки че­рез се­па­ра­тор для от­ри­ма­н­ня на­леж­ної якості насіння при­зво­дить до йо­го трав­му­ван­ня та зни­­же­н­ня посівних яко­с­тей. До то­го ж це зу­мов­лює збільшен­ня ек­сплу­а­та­цій­них ви­т­рат, що зни­жує рен­та­бель­ність ви­роб­ництва цієї куль­ту­ри.

Ко­лек­тив на­уковців ХНТУСГ спільно з ВАТ «За­вод ім. Фрун­зе» роз­ро­бив нові ре­ше­та з от­во­ра­ми епіцик­лоїдної фор­ми (рис. 1, фо­то 2).
   

Пе­ре­ва­ги роз­роб­ле­них решіт:
  

• зни­жен­ня рівня за­би­ван­ня решіт за­вдя­ки змен­шен­ню площі кон­так­ту зер­на із кром­кою от­во­ру;
•  по­пе­реднє орієнту­ван­ня насіння за­вдя­ки за­округ­леній формі вер­шин от­ворів;
•  універ­сальність ви­ко­ри­с­тан­ня за­леж­но від варіацій форм насіння;
• орієнту­ван­ня насіння що­до йо­го розміщен­ня під час про­хо­д­жен­ня че­рез от­во­ри; 
• не по­тре­бу­ють заміни серійних се­па­ра­торів.

Ви­роб­ничі ви­про­бу­ван­ня

Ви­роб­ничі досліджен­ня роз­роб­ле­них решіт про­во­ди­ли на двох ти­пах се­па­ра­торів: пла­с­ко­решітних (ОС-4,5) та циліндрич­них(Р8-БЦСМ-50). 

В умо­вах ек­сплу­а­тації бу­ло про­ве­де­но ви­роб­ни­чу пе­ревірку решіт:

•   пла­с­ких — на базі на­вчаль­но-ви­роб­ни­чо­го цен­т­ру ХНТУСГ (с. Пер­шо­т­рав­не­ве Харківсько­го р-ну Харківської обл.);
•   циліндрич­них — на базі гос­по­дар­ст­ва СВК «НВТ “Росія”», с. Колівка Ма­­ка­­рівсько­го р-ну Київської обл.

Для по­вно­го порівняль­но­го аналізу се­па­рації зер­но­вих сумішек не­обхідно бра­ти до ува­ги не тільки кількісні по­каз­ни­ки (про­дук­тивність), а й якісні. Для цьо­го дослідже­но розмірні ха­рак­те­ри­с­ти­ки насіння про­хо­до­вої фракції, одер­жані під час се­па­рації як серійни­ми, так і но­во­роз­роб­ле­ни­ми ре­ше­та­ми.
На­явні ме­то­ди виз­на­чен­ня роз­мір­них ха­рак­те­ри­с­тик насіння та інших об’єктів ма­ють склад­ну си­с­те­му або да­ють порівня­но ве­ли­ку по­хиб­ку (візу­альні — мікро­ско­пом, спеціальні — рент­­­­генівські і т. п.).

Для про­ве­ден­ня досліджень ко­лек­ти­вом на­уковців ХНТУСГ роз­роб­ле­но ме­тод та ство­ре­но ла­бо­ра­тор­ну ус­та­нов­ку.

Суть ме­то­ду по­ля­гає у ска­ну­ванні насіння та по­дальшій йо­го комп’ютерній об­робці. Ска­ну­ван­ня насіння відбу­вається у двох пло­щи­нах (го­ри­зон­тальній та вер­ти­кальній), що дає змо­гу одер­жа­ти три­вимірну мо­дель насіння.

Ус­та­нов­ка пра­цює та­ким чи­ном:

Досліджу­ва­не насіння розміщується в ус­та­новці в од­но­му на­прям­ку на по­лиці. На кор­пусі  у спеціальні місця розміщу­ва­ли два ци­ф­ро­вих фо­то­апа­ра­ти Sony,  які на­пря­му з’єдна­но із комп’юте­ром-нет­бу­ком (msi U100).
На фо­то­апа­раті вста­нов­ле­но ре­жим ма­к­розніман­ня, який дає змо­гу фо­то­гра­фу­ва­ти дрібні об’єкти на не­ве­ликій відстані до об’єкти­ва. Після зніман­ня насіння (ви­гляд збо­ку та зго­ри) інфор­мація пе­ре­дається на комп’ютер. Про­гра­ма розпізнає об’єкт — насіння та ана­лізує із за­да­ним кро­ком йо­го розміри з точністю до 0,01 мм. Далі програма автоматично визначає основні розміри насіння: довжину, ширину, товщину.
Для про­ве­ден­ня досліджень взя­то про­би про­хо­до­вої фракції (фо­то 4), відібрані на серійних і роз­роб­ле­них ре­ше­тах, із яких про­аналізо­ва­но розміри 30 насінин.
Про­ве­де­ний аналіз по­ка­зує, що роз­хо­д­жен­ня розмірних ха­рак­те­ри­с­тик та ма­си 1000 насінин не­суттєве — до 2%.

Горох та нут

Країна­ми — ліде­ра­ми із ви­роб­ництва го­ро­ху є Ки­тай, США, Іта­­лія, Ар­ген­ти­на, Індія, Іспанія та ін. Ук­раїна вхо­дить у де­сят­ку світо­вих ви­роб­ників го­ро­ху, у 2013 р. засіяно 191 тис. га. Посівні площі у світі за 2012–2013 рр. ста­но­ви­ли близь­ко 6 млн га.
По­над по­ло­ви­на посівів го­ро­ху про­тя­гом ос­танніх років розміщені в та­ких об­ла­с­тях, тис. га: Одеській
(у 2013 р.) — 36, Харківській — 25, За­порізькій — 27, Ми­ко­лаївській — 12,8, Кіро­во­градській — 10,7 та АР Крим — 15,9. Се­ред­ня вро­жайність го­ро­ху в Ук­раїні ос­танніми ро­ка­ми пе­ре­бу­ває в ме­жах 10–23 ц/га. На ос­нові аналізу ба­лан­су про­по­зиції і по­пи­ту на цю куль­ту­ру за­леж­но від цільо­во­го ви­ко­ри­с­тан­ня слід відміти­ти, що го­рох є при­ваб­ли­вою ек­с­порт­ною куль­ту­рою.

До ос­нов­но­го насіння го­ро­ху відно­сять ціле та не­по­шко­д­же­не насіння, а та­кож цілі сім’ядолі і би­те насіння, як­що за­ли­ши­лось більше по­ло­ви­ни насіни­ни (у кількості до 10% включ­но). До ос­нов­но­го та­кож відно­сить­ся дрібне насіння, яке прой­ш­ло крізь си­то із вічка­ми діаме­т­ром 5 мм і за­ли­ши­лось на ситі із вічка­ми діаме­т­ром 4 мм. Зер­но­ва домішка го­ро­ху виз­на­чається за­лиш­ком насіннєвих ча­с­ток на ситі із вічка­ми діаме­т­ром 2,5 мм. 
 

Нут — ак­ту­аль­на куль­ту­ра аг­раріїв світу, яка на­бу­ває по­ши­рен­ня і в Ук­раїні. Най­ранніші знахідки насіння ну­ту в Ту­реч­чині да­ту­ють­ся 5450 р. до н. е., а в Індії йо­го куль­ти­ву­ва­ли 2000 років до н. е. Ліде­ра­ми із ви­роб­ництва ну­ту є Ту­реч­чи­на, країни Північної Аф­ри­ки, Індія (10 млн га що­ро­ку), Па­ки­с­тан та Мек­си­ка. Ви­роб­ництво ну­ту у світі із ро­ку в рік збільшується на 200 тис. т (у 2012–2013 рр. — близь­ко 1,4 млн т). Пло­ща посівів ну­ту в Ук­раїні ста­но­вить на сьо­годні 70–80 тис. га.

Нові про­дук­тивні сор­ти ну­ту (Тріумф, Ан­тей, Бу­д­жак, Ро­зан­на, До­б­ро­бут, Пам’ять та ін.) без за­сто­су­ван­ня зро­шен­ня да­ють до­стат­ньо ви­сокі та стабільні вро­жаї в умо­вах, де інші зер­но­бо­бові куль­ту­ри їх прак­тич­но не фор­му­ють. Се­ред­ня вро­жайність ну­ту в Ук­раїні ста­но­вить 14–15 ц/га, про­те в де­я­ких гос­по­дар­ст­вах до­ся­гає 27 ц/га. На сор­тодільни­цях Ук­раїни от­ри­му­ва­ли вро­жайність 30–33 ц/га. Ліде­ром із ви­роб­ництва ну­ту є Ту­реч­чи­на, аг­рарії якої із за­сто­су­ван­ням су­час­них тех­но­логій одер­жу­ють до 50 ц зер­на цієї куль­ту­ри з гек­та­ра.

Та­ким чи­ном, підви­щен­ня ефек­тив­ності ви­роб­ництва го­ро­ху та ну­ту є ак­ту­аль­ним за­вдан­ням аг­раріїв Ук­раїни.

Для се­па­рації насіння ну­ту, та­кож як і для греч­ки, най­частіше за­сто­со­ву­ють повітря­но-решітні се­па­ра­то­ри, які роз­поділя­ють ком­по­нен­ти зер­но­вої сумішки за різни­ми вла­с­ти­во­с­тя­ми, зо­к­ре­ма за ае­ро­ди­намічни­ми оз­­на­ка­ми та розміра­ми. Та­ке розді­лен­ня (се­па­рація) дає мож­ливість з до­по­мо­гою повітря­но­го по­то­ку відо­кре­ми­ти легкі домішки, а на ре­ше­тах — різні фракції зер­на.

Ефек­тивність ро­бо­ти се­па­ра­торів рег­ла­мен­тується взаємо­пов’яза­ни­ми по­каз­ни­ка­ми якості се­па­рації та про­дук­тив­ності. Якість се­па­рації оцінюється по­вно­тою роз­поділен­ня (E, %) — від­­сот­ко­ве відно­шен­ня кількості про­сіяно­го крізь ре­ше­то насіння (про­хо­до­ва фракція) до кількості насіння про­хо­до­вої фракції у вихідній сумішці.
 

Для очи­щен­ня від засмічен­ня і роз­поділен­ня зер­но­вих сумішек на фракції за­зви­чай за­сто­со­ву­ють кла­сичні ре­ше­та з круг­ли­ми от­во­ра­ми. Се­па­рація го­ро­ху на та­ких ре­ше­тах має низь­ку ефек­тив­ність: пи­то­ма про­дук­тивність (q) ста­но­вить 18–22 кг/дм2/год. Про­дук­тивність се­па­ра­то­ра під час ро­бо­ти з го­ро­хом зни­жується на ко­ефіцієнт екві­ва­лент­ної про­дук­тив­ності і ста­но­вить 0,8 (для пше­ниці — 1).

За­леж­но від куль­ту­ри та ти­пу ре­ше­та ма­ють розміри от­ворів діаме­т­ром 4–5, 5–6, 6,5–8, 8–9 мм. За та­ких розмірів решітних вічок роз­поділен­ня насіння на ре­шеті про­во­дить­ся, зро­зуміло, за ши­ри­ною. Про­те це не зав­жди за­без­пе­чує потрібні по­каз­ни­ки якості от­ри­му­ва­ної зер­но­вої ма­си та еко­номіку ро­бо­ти.
Це по­яс­нюється склад­ною фор­мою насіння го­ро­ху, яка за­леж­но від сор­ту, тех­но­логії ви­ро­щу­ван­ня або при­род­но-кліма­тич­них умов мо­же бу­ти: ок­руг­лою, ку­та­с­то-ок­руг­лою, ку­та­с­тою, ви­дов­же­но­оваль­ною, ша­ро­подібною, пла­с­ко-стис­не­ною, ква­д­рат­но-стис­не­ною, не­пра­виль­но стисне­ною. Окрім цих форм насіння го­ро­ху, виз­на­ча­ють та­кож: ок­руглі з дрібною ча­рун­ку­ватістю, ок­руглі з дрібни­ми вдав­лен­ня­ми, пе­рехідні та моз­кові.
Ще складнішу фор­му, яка суттєво відрізняється від ша­ро­подібної, має насіння ну­ту (рис. 3, фо­то 5). Розрізня­ють ку­тасті, ок­­руглі та го­ро­хо­подібні фор­ми насіння.
Для по­лег­шен­ня се­па­рації насіння зер­но­бо­бо­вих куль­тур, підви­щен­ня йо­го якості, про­дук­тив­ності та еко­номічності бу­ло роз­роб­ле­но нові ре­ше­та з от­во­ра­ми епіцик­лоїдної фор­ми.

Пе­ре­ва­ги роз­роб­ле­них решіт

На но­вих ре­ше­тах знач­но поліпшується се­па­ру­ван­ня насіння бо­бо­вих куль­тур склад­ної фор­ми, оскільки епіцик­лоїдні ча­рун­ки змен­шу­ють пло­щу кон­так­ту зер­на із кром­кою от­во­ру, що за­побігає за­би­ван­ню решітно­го по­лот­на, а от­же, сприяє збільшен­ню ак­тив­ної площі жи­во­го пе­ре­ти­ну. Ок­руглі «пе­лю­ст­ки» решітних ча­ру­нок спри­я­ють по­пе­ред­нь­о­му орієнту­ван­ню насіни­н в от­во­рах: насіння ніби за­ва­люється в них.

Та­ка пе­лю­ст­ко­подібна фор­ма от­­ворів та­кож слу­гує для кра­що­го оріє­н­­ту­ван­ня насіння, що містить на своїй по­верхні ви­пук­лості та впа­ди­­ни, — во­­­но просіюється до про­хо­до­вої фракції. Ко­жен отвір по­вто­рює орієн­ту­ван­ня, що збільшує просі­юваль­ну здатність но­во­го ре­ше­та.

Ви­роб­ничі до­­сліджен­ня роз­роб­ле­них решіт про­во­ди­ли у ла­бо­ра­торії зер­но­очис­них ма­шин ХНТУСГ на се­па­ра­торі СМ-0,15. 

Л. Тіщен­ко, д-р техн. на­ук, про­фе­сор, 

С. Хар­чен­ко, канд. техн. на­ук, до­цент, 

Ф. Хар­чен­ко, канд. техн. на­ук, до­цент,  

Харківський НТУСГ ім. Пе­т­ра Ва­си­лен­ка,

О. Ва­си­лен­ко, ге­не­раль­ний ди­рек­тор, В. Пу­ха, го­ло­ва на­гля­до­вої ра­ди, ВАТ «За­вод ім. Фрун­зе»