Вітчизняні зерноочисні машини для виробництва високоякісного зерна

З чого складаються зерноочисні комплекси

Заради об’єктивності слід зазначити, що, зважаючи на складність отримання насіннєвого матеріалу, в цьому багатоопераційному процесі використовується значна кількість машин. Наприклад, до насіннєвого комплексу компанії PETKUS входять: насіннєво-очисна сортувальна установка Gigant К-531/2 у складі повітряно-решітного сепаратора і трієра для первинного (інтенсивного) і вторинного (насіннєвого) очищення зерна, сортувальний пневмостіл для розподілення продуктів різної ваги, накопичувальний бункер, ваги, норії для подавання зернового матеріалу на очищення і сортування та низка інших специфічних допоміжних машин. Ціна такого повнокомплектного комплексу —  понад 100 тис. євро. За сьогоднішнім курсом валюти це дорівнює близько 2 млн 800 тис. грн — і це в 14 разів дорожче вартості однієї із досліджуваних машин (детальніше про яку йтиметься у цій статті), що виконує одночасно всі операції з підготовки посівного насіння.  

Щоб краще зрозуміти та оцінити ці машини і перспективи їхнього широкого використання у зерновиробництві України, нижче наводимо результати їхніх випробувань у Державній системі випробувань сільськогосподарської техніки — УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого.

Сучасні зерноочисні машини

За принципом дії зерноочисні машини поділяють на такі:

• решітні, повітряні і повітряно-решітні сепаратори,
• трієри та машини спеціального призначення для видалення домішок.

Найбільша кількість конструктивних розробок належить решітним сепараторам — 40%. Для порівняння: пневмосепаратори становлять 30%, вібропневмо-сепаратори — 15, трієри — 12, спеціальні машини — 3%. Як правило, кожна група машин має свій типорозмірний ряд різної продуктивності.

Особливості конструкції зерноочисних машин та принцип виконання робочих операцій

Прості решітні сепаратори зерна призначені для видалення домішок, які відрізняються від зерна основної культури лінійними розмірами — шириною та товщиною. Аналіз свідчить, що в основі їхньої конструкції — пласкі пробивні решета (все просто, без впровадження принципово нових техніко-технологічних рішень). Основними складовими такого сепаратора є станина, кузов із решітними рамками, балансирний механізм і привід. Під час роботи сепаратора зерновий ворох — продукт, що підлягає очищенню, -  через приймальний патрубок надходить на верхнє (сортувальне) решето. У результаті коливань кузова продукт рухається решетом і розподіляється на дві фракції: крупні домішки і зерно у сумішці із дрібними та легкими домішками. Крупні домішки рухаються сходом уздовж решета і через лоток виводяться із сепаратора назовні, а зерно із дрібними і легкими домішками надходить на нижнє (підсівне) решето. Дрібні домішки проходом попадають на днище кузова і через лоток виводяться із сепаратора. Очищений матеріал через нижній зернозбірник також виводиться із сепаратора.

Прості решітні сепаратори зерна розподіляють зернову сумішку на дві фракції за однією визначальною ознакою: у результаті решітного просіювання отримують вихідний матеріал, що різниться розмірами часток. Отвори решіт залежно від призначення можуть бути різної форми: округлі, прямокутні, трикутні, лійкоподібні, жолобчасті, ромбоподібні, шестикутні, зірчасті, котушкові.

Недоліки плоскорешітних сепараторів для очистки зерна. Під час сепарації на решетах зерно із незначними механічними пошкодженнями, які фактично у подальшому зумовлюють ослаблення їхнього проростання у грунті або й навіть повну втрату такого, проходить в одну фракцію зі здоровим, оскільки їхній розмір фактично не змінився. Тобто, відібравши посівний матеріал за допомогою решітного обладнання, слід розуміти, що кількість непридатного для використання у посівних цілях насіння у загальній масі може досягати 30%. Вилучити таке насіння можна тільки в результаті калібрування за вагою, знизивши таким чином його кількість до 2–5%.

Складні решітні сепаратори для очистки зерна об’єднують у своїй конструкції декілька простих, які виконують одну-дві функції попереднього очищення зернової сумішки та її розподілення за різними ознаками на три і більше фракцій. Здебільшого складні зерноочисні сепаратори об’єднують три і більше розподільчих робочих органів, які водночас є простими сепараторами. Визначальним представником машин такого призначення є пневмовібростіл Фадєєва ПВСФ.

Пневмовібростіл Фадєєва ПВСФ

Пневмовібростіл Фадєєва ПВСФ є стаціонарною машиною. ЇЇ призначення:

• видалення важковідокремлюваних домішок із маси зерна або насіння культурних рослин;
• сортування насіннєвого матеріалу відповідно до маси насіння;
• відокремлення із насіннєвого матеріалу травмованого, ураженого комахами та інфікованого насіння;
• відокремлення паличок подрібнених стебел від насіння соняшнику;
• відокремлення легких фракцій зерна (без насіннєвої оболонки, неповністю сформованих), рису, проса і вівса від важких зерен (із насіннєвими оболонками, повноцінних);
• відокремлення від зерна колосових культур важких (камінчики, пісок тощо) і легких компонентів (проросле насіння, екскременти гризунів, бур’янові домішки споринії (ріжки жита), дикої редьки), тобто відокремлення із зернового сипкого вороху насіння або зерна більшої щільності та складної форми, які мають однакові розміри, але різну питому вагу — насіння зернових, бобових та олійних культур, а також інших зернових із питомою вагою 250–850 кг/м2, вологістю — не більше 14% і засміченістю — не більше 5%.

Суть роботи пневмовібростола доволі проста. У конструкції вібростола використано механічні вібратори, амплітуда, частота і напрям коливань яких передається на деку стола та водночас може змінюватись. Спрямована поперечна вібрація деки зміщує зерно у напрямку імпульсу коливання (навіть у тому разі, коли стіл має поперечний кут нахилу). Важке насіння у процесі вібрації займає положення нижнього шару і лежить на деці, а легше — зверху. Якщо тепер через деку (вона  проникна для повітря), направити знизу вгору вирівняний потік повітря такої інтенсивності, щоб він підняв легкі зернини, а важкі лежали на деці, то легкі почнуть ковзати вниз, тобто у протилежний бік від руху важких. За певного нахилу деки (без зміни поперечного кута) у поздовжньому напрямку легке насіння просто «з’їжджає» вниз, у напрямку, протилежному руху важкого насіння. Поперечні рифи деки  активують рух зернової маси у поздовжньому напрямку, а поздовжні рифи — у поперечному. 

Зерновий ворох (табл. 1) перед подаванням на решето пневмовібростола проходить через систему аспірації для видалення пилу і легковідокремлюваних домішок рослинного та біологічного походження.

Аспіратор (на вході), пристрій для відбору найлегшого насіння і зонд для відокремлення пилу приєднані до автономної аспіраційної установки. Наявність у складі пневмовібростола Фадєєва системи аспірації дає змогу перед подаванням та розподіленням зерна на фракції піддати його попередньому очищенню. Зазначена система призначена відокремити із допомогою повітряного потоку із зернового вороху дуже дрібне зерно, незернові домішки, технологічний пил (грунт + дуже дрібні частки рослинного походження) і тим самим поліпшити якісний склад зернопродукту, що надходить на пневмовібростіл. Її використання у складі машини спрямоване на створення оптимальних умов роботи, підвищення якості отримуваних насіннєвих фракцій та продуктивності їхнього формування. Технологічний пил, не відокремлений на вхідному аспіраторі, видаляється загальним зондом.

Для повного розкриття позитивних сторін та функціональних можливостей пневмовібростола Фадєєва дослідження його роботи проведено на вкрай важкому для обробки технологічному матеріалі — зерновому воросі озимої пшениці (фактично — на зерновідходах), у складі якого ціле зерно становило тільки 58,9% (!), а дроблене — 1/3 (29,4%). Решту складових можна віднести до зерна дуже й дуже умовно, оскільки дроблене (бите) зерно становило 29,4%. Маса 1000 зерен становила всього 24,92 г (за вимогами НТД — не менше 40 г). Можна впевнено констатувати, що такий вихідний матеріал абсолютно непридатний для висіву і годиться з великими допусками для переробки на комбікорм.

Після первинного очищення такого складного зернового вороху аспіраційною системою отримано зерно (табл. 2) зі значно поліпшеним складом: повноцінне (ціле) зерно пшениці становить уже 87,1%, дроблене — 10,5, плюскле — 1,2, недостатньо сформоване — 0,1 та органічні домішки — 0,2%. Використання такого зерна як насіннєвого матеріалу призведе до неефективних витрат: у грунт буде висіяно кілька складових такого вороху, зокрема фракцій, які фактично не здатні виконувати покладену на них функцію створення високопродуктивних посівів.

Випробування засвідчили, що пневмовібростіл упевнено розподіляє складові технологічного вороху, поданого на сортування, за трьома фракціями: важке, середнє та легке зерно. Для кожної отриманої фракції встановлено її склад і агрономічні характеристики (табл. 3). Їхній аналіз дає підстави для висновку, що пневмовібростіл під час сортування надзвичайно складного за складом зернового вороху відмінно справляється із завданням: якісно і водночас ефективно відокремлює (відділяє) так звану важку насіннєву фракцію — повноцінне та повністю сформоване зерно із відповідними характеристиками чистоти зерна, маси 1000 зерен — від дробленого відповідно до вимог щодо насіннєвого матеріалу певної культури. Цьому значною мірою сприяє конструкція деки стола: поздовжні рифи активізують і спрямовують рух важкого, повноцінного, зерна робочою поверхнею деки.

Для посівних цілей найбільшою мірою (за вагою 1000 зернин, вмістом дробленого зерна і відсутністю інших фракцій) придатна І фракція, тобто крупне і важке зерно (маса 1000 насінин — 41,1 г). Її вихід із досліджуваної партії зерна, що піддавалась калібруванню, досягає 81,8%. Дроблене зерно становить 2%, що було зумовлено значним його вмістом у складі «стартового» матеріалу. Фракція середнього за вагою насіння становить 13,6%, основного (цілого) зерна — 65%. Однак таке ціле зерно все одно малопридатне для посівних цілей, оскільки воно недостатньо сильне та повноцінне: вага 1000 зернин становить тільки 24,78 г (проти 40 г — за вимогами), вміст дробленого зерна становить 31%. До того ж до цієї «непосівної» фракції потрапили сміттєві та органічні домішки (відповідно 0,6 і 0,4%), яких не має бути у посівному матеріалі. Третя отримана фракція — легке зерно характеризується наявністю виділеного із «стартової» партії зерна, що містилося у ній, із характеристиками, невластивими насіннєвому матеріалу. Отримані результати дають змогу зробити висновок: кожна фракція відокремлена відповідно до певних агрономічних характеристик, тобто пневмовібростіл фактично забезпечує якісне відокремлення із зернових відходів (табл. 3) важкої насіннєвої фракції — повноцінного та повністю сформованого зерна за притаманними йому характеристиками (чистотою зерна, масою 1000 зерен) та дробленого відповідно до вимог щодо якості насіннєвого матеріалу озимої пшениці.

Отже, пневмовібростіл ПВСФ навіть у разі обробки фактично непридатного до використання у насіннєвих цілях зернового вороху (а «стартовий» зерновий ворох можна було умовно назвати таким) забезпечує диференційоване сортування вихідного матеріалу на три фракції відповідно до продуктивності насіння, у тому числі — посівної. Продуктивність за вхідною сировиною за годину змінного часу становить 1,9 т/год. Затрати праці на очищення і розподілення зерна озимої пшениці на фракції становлять 0,1 люд.-год/т. Прямі експлуатаційні витрати — 11,64 грн/т, а питомі витрати електроенергії — 2,6 кВт⋅год/т.

Очисно-калібрувальна зерноочисна машина Фадєєва ОКМФ (ТОВ «Спецелеватормлинмаш») призначена для:

• очищення зерна від крупного, дрібного і легкого сміття та пилу;
• видалення важковідокремлюваних довгих домішок (вівсюг, паличка подрібнених стебел соняшнику);
• розподілення і калібрування на фракції зернового вороху, до складу якого входить насіння та зерно різних сільськогосподарських культур.

Важливою і разом з тим специфічною технологічною особливістю зерноочисної машини є можливість використання її для одночасного очищення та калібрування отриманого прямо від комбайна бункерного зерна. До того ж допускається у складі оброблюваного насіннєвого матеріалу наявність зерна двох-чотирьох різних видів сільськогосподарських культур.

Зерноочисна машини Фадєєва ОКМФ  складається із рами, на якій установлено два аспіратори АФ-5, шість вібророзсійників КФ-4М зі встановленими на них ситами Фадєєва та рельєфними решетами Фадєєва, шість повітряних сканерів ВС-2, вібратори. Механізм для попереднього очищення являє собою два бункери, із тильної сторони яких встановлено два аспіратори АФ-5 відсмоктувального типу. Знизу, під аспіраторами, розміщено перший із шести вібророзсійників. Кожен вібророзсійник КФ-4М — це рамна конструкція, у якій встановлено сито з відповідними сепарувальними отворами та решето або просто саме решето Фадєєва.

Особливістю сита Фадєєва є застосування у його конструкції сепарувальних отворів шестигранної (гексагональної) форми (тут варто зазначити, що традиційні сита мають круглі сепарувальні отвори). Природно, сита Фадєєва мають більшу площу «живих» отворів для сепарації зерна та вищу ефективність використання своєї робочої поверхні, а отже — і більшу продуктивність, чим сприяють збільшенню загальної продуктивності машини, у складі якої вони використовуються.

Решета Фадєєва виготовлені із круглого дроту, який утворює рельєфну решітку із поперечин та основ. Визначальним розміром для сортування матеріалу є відстань між поперечинами (дротом) робочої поверхні. Таке решето змінює малоефективний імовірний принцип взаємодії зерна із робочою поверхнею (що властиво для плаского пробивного решета) на вимушено орієнтований. Повітряний сканер ВС-2 являє собою систему, що видаляє пил та легкі домішки, які містяться у зерновому вороху. Вібратор — це спеціальний механізм з електроприводом, який приводить вібророзсійники до зворотно-поступального руху.

Особливості технологічного процесу очистки зерна

Зерновий ворох із місця накопичення (завальної ями) самопливом або за допомогою норії чи іншого транспортувального технічного засобу подається у приймальний бункер аспіратора АФ-4, де за допомогою повітряного сканера ВС-2 відбувається відокремлення пилу та легких домішок. Після цього зерно послідовно потрапляє на шість вібророзсійників КФ-4. На них встановлено відповідні за розмірами сита (конструкції Фадєєва), на яких відбувається остаточне доочищення зерна від домішок та його сортування за розмірами на повноцінне (велике), середньої величини та дрібне насіння. Рух зерна на вібророзсійниках відбувається завдяки їхнім коливанням та куту нахилу. Для остаточного видалення легких домішок на вібророзсійниках розміщено повітряні сканери ВС-2. Очищене і відкаліброване насіння та незернові відходи подаються у відповідні ємності. 

Оцінку якості роботи очисно-калібрувальної зерноочисної машини Фадєєва ОКМФ під час очищення та калібрування зерна пшениці і соняшнику проведено із використанням у її складі сит та решіт Фадєєва. Їхню кількість (три сита і чотири решета) в умовах випробування, площу живого перерізу (відповідно до геометричних розмірів гексагональних отворів) та порядок встановлення на вібророзсійниках (комбінування сито + решето) було дібрано відповідно до характеристик продукту очищення та прийнятої схеми зернообробки.

 Для тестування зерноочисної машини у режимі очищення та калібрування було взято зерно пшениці та насіння соняшнику. Слід зазначити, що для максимального визначення функціонального потенціалу машини було взято технологічний матеріал, величина певних показників якого — вміст дробленого та плюсклого зерна, наявність органічних домішок, середня маса 1000 зернин (насінин) — суттєво відрізнялась від максимально допустимої. Тобто машині заздалегідь було «запропоновано» складні умови роботи. Для успішного вирішення нею поставленого завдання для кожної культури було розроблено та реалізовано за допомогою відповідної технологічної комбінації і схеми взаємного розміщення сит та решіт Фадєєва у складі стола «свою» технологічну лінію. Результати тестувань наведено у табл. 6–8.

Результати випробувань зерноочисної машини Фадєєва

За результатами випробувань установлено, що машина ОКМФ за роботи у комплектації ситами та решетами Фадєєва забезпечує очищення зерна від крупного, дрібного і легкого сміття, пилу та видалення важковідокремлюваних домішок (паличка подрібненого соняшникового стебла). Незернові домішки в отриманих фракціях зерна пшениці — відсутні. Під час очищення насіння соняшнику, яке фактично не піддається якісній обробці на всіх зерноочисних машинах, незернові домішки були незначні і становили від 0,3 до 0,6% (за допустимої норми — не більше 1,0%). Машина Фадєєва ОКМФ не пошкоджує та не формує втрат зерна у відходи. При цьому вона розподіляє і калібрує зерно за потрібними параметрами та разом з тим — за встановленою кількістю відповідних фракцій. Наприклад, зерно пшениці було розподілено на три, а насіння соняшнику — на п’ять фракцій. Причому частка насіння «важкої» фракції, порівняно зі «стартовим» зерновим матеріалом, суттєво збільшується. Природно, що таке насіння — найповноцінніше і найбільшою мірою відповідає вимогам до посівного зерна. 

Машина ОКМФ розподіляє і калібрує зерно відповідно до його питомої ваги за встановленою кількістю фракцій. Працює машина тихо, спокійно, без значних лінійних швидкостей та обертів робочих органів (і, відповідно, насіння, що забезпечує більш щадну його обробку). Продуктивність за вхідною сировиною за годину змінного часу становить 9,7 т. Для малого та навіть середнього господарства — це прекрасний показник! Такий режим роботи є дуже бажаним для насіннєвого матеріалу, оскільки запобігає його механічному пошкодженню, що дуже важливо. Процес — економічний, позаяк затрати праці на переробку однієї тонни зернового вороху становлять усього лише 0,04 люд.-год, а прямі експлуатаційні витрати — 8 грн/т.

Машини для очистки зерна Фадєєва ОКМФ у комплексному технологічному поєднанні із решетами та ситами Фадєєва під час очищення та калібрування зерна (насіння) знаходять підтверджене ефективне використання в Україні у складі технологічних ліній із підготовки насіннєвого матеріалу. Водночас вони забезпечують надійний технологічний процес очищення та сортування на фракції, бережне ставлення до зерна (без ризику його пошкодження) і мають необхідний рівень продуктивності. Аграрії, що отримали реальне підтвердження заявлених виробником робочих характеристик цих зерноочисних машин, цілком задоволені результатами експлуатації їх у себе в господарствах. Тож машини ОКМФ упродовж останніх років набули широкого застосування. 

М. Занько, канд. техн. наук, ст. наук. співробітник, завлабораторії наукових досліджень і випробувань машин для збирання та первинної переробки урожаю, УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого