Де найбільше пошкоджується зерно

Через механічне пошкодження зерна машинами зменшується валовий збір зерна, погіршуються хлібопекарські, посівні й продуктивні якості насіння. Тому запобігання механічним пошкодженням зерна машинами — дуже актуальне завдання сьогодення. Велика кількість операцій під час збирання зернових культур та післязбиральної його обробки створює різного ступеня причини механічного пошкодження зерна.

Незнання причин, що призводять до погіршення поживних властивостей зерна через його травмування спонукає до створення машин із робочими органами (навіть комплексних потокових ліній), налаштування регулювань яких (а відповідно, й режими сушіння) спричиняють технологічно неприпустиме значне пошкодження зерна. Абсолютно на всіх стадіях виробництва зерна (збирання, транспортування, зберігання і реалізація) виникають його втрати: кількісні (прямі) і якісні (побічні).

До прямих (невідновних) втрат відносять зерно, яке втрачене повністю — його неможливо зібрати повторно (недомолот комбайном, наявність відірваних колосків і в соломі й на полі, розсипання зерна з транспорту на полі й під час транспортування тощо). Прямі втрати зібраного зерна відбуваються через халатне транспортування, погано організоване збереження збіжжя.

До попередніх втрат відносять зерно, що втратило посівні, поживні, товарні, технологічні та хлібопекарські якості з різних на те причин. Усі чинники працюють у комплексі. Наприклад, суттєвий вміст у хлібній масі підвищеної вологості механічно травмованого зерна спричиняє самозігрівання через інтенсивність дихання, бурхливий розвиток мікроорганізмів. Якщо своєчасно не застосувати відповідних заходів із ліквідації цих явищ, зерно не лише матиме низькі посівні та хлібопекарські якості, а й навіть не відповідатиме вимогам зерна на фуражні цілі.

Класифікація механічних пошкоджень

Загальноприйнято, що механічні пошкодження зерна поділяють на дві великі групи: макро- (видимі без додаткових оптично-технічних засобів) й мікро- (визначеними за допомогою додаткових оптично-технічних засобів — збільшувального скла чи мікроскопа) пошкодження. Макропошкодження — це вибитий зародок насінини або вибита 1/4 частина насіння; насіння бите або вздовж, або впоперек; насіння, яке поїли кузьки; вм’ятини в насінні.

До мікропошкоджень відносять: насіння, пошкоджене в місці прикріплення ніжки; надрив оболонки зародка; зовнішні та внутрішні тріщини; «синці». Внутрішні тріщини з’являються не лише від механічних пошкоджень, а й від різкої зміни температур під час дозрівання або сушіння. «Синці» з’являються від лопання внутрішніх клітин під час завдання удару недозрілій або з великою вологістю зернині.

Перш ніж потрапити до елеватора не зберігання, зерно, що доспіває на полі, піддається цілій низці механічних операцій: обмолоту, сушінню, транспортуванню до елеватора. Технологічний процес обмолоту барабанними молотильними пристроями розрахований на повне видалення всього зерна з колосків за один прийом. З цією метою молотильному барабану надають високої колової швидкості (30–36 м/с, що відповідає 1000, 1200 об./хв), а молотильний зазор становить 16 мм на вході і 4 мм — на виході. Ідеальним може бути такий процес обмолоту, коли немає втрат від недомолоту, механічних пошкоджень зерна, а солома не перебивається на дрібні частинки. Саме до такого процесу прагне винахідницька й конструкторська думка під час створення молотильних пристроїв, на це спрямовані старання механізаторів зернозбиральних комбайнів. Молотильні пристрої барабанного типу мають ряд недоліків, головним із яких є пошкодження зерна. Хоча процес обмолоту барабаном відомий уже більш як 150 років, але теоретичні його ідеї досі не мають повного рішення, адже, в основному, детально розроблені лише окремі питання процесу, такі як енергоємність, швидкісний режим та інші. Теорія обмолоту наразі охоплює питання агробіологічних і агротехнічних основ процесу молотильного устаткування, його енергетики, швидкісного режиму, автоматики керування й регулювання, наукових основ експлуатації.

Весь процес обмолоту складається з чотирьох етапів: удару била по хлібній масі; радіальної пульсації шару збіжжя; хвильового руху шару хлібної маси до виходу молотильного пристрою; її пропускання крізь шпарини між барабаном і підбарабанням. Теорія обмолоту охоплює три складові: агробіологічний стан хлібної маси, обмолочування в молотильному пристрої та відокремлення зерна від соломи. Центральне місце в теорії обмолоту займає вивчення руху хлібної маси між барабаном і підбарабанням, тобто процес вимолочування зерна з колосу (волоті, качана). Застосування сучасних засобів і методів в експериментальних дослідженнях молотильного обладнання (швидкість відеозйомки, тензометрування, застосування обчислювальної техніки зі швидкісним процесором) дають змогу отримати дані про процес обмолоту в режимі онлайн. Це дає можливість розширити теоретичні дослідження процесу обмолоту й розробити нові основи роботи молотильних пристроїв. Аналіз наявних класифікацій молотильних пристроїв, кожен з яких володіє певними і недоліками й перевагами, показав, що найефективніші молотильні пристрої, принцип дії котрих заснований на комбінованій дії на хлібну масу сил інерції та зчеплення. Найліпші показники забезпечують ударно-витиральні та вібраційно-витиральні методи обмолочування.

Фактори, що впливають на якість роботи молотильного пристрою

Особливо багато досліджень процесу обмолоту у всьому світі стали виконувати з широким застосуванням зернозбиральних комбайнів. Найповніше вивчення факторів, що впливають на якісні показники роботи бильного та штифтового молотильних пристроїв, виконав М. О. Пустигін. Саме він установив залежності недомолоту й подрібнення зерна, ступеня перебивання соломи й швидкості вильоту її з барабана, втрати зерна крізь підбарабання, частоти обертів барабана (колова швидкість), величини молотильних зазорів, способу подавання маси, вологості зерна, співвідношення зерна до соломи та інші фізико-механічні властивості хлібної маси. Він довів, що пошкодження (подрібнення) зерна під час обмолоту зменшується з підвищенням продуктивності (швидкості подавання зернової маси за секунду), за зниження обертів (колової швидкості), зі збільшенням молотильних зазорів, із підвищенням вологості зерна, за збільшення засоломлення та крупності зерна. Досліджуючи роботу комбайнів різних марок вітчизняного й закордонного виробництва, відомий науковець Панеш поділив усі фактори на дві групи: фактори, що пов’язані з характеристикою молотильних, сепарувальних органів, та фактори, що пов’язані з характеристикою хлібної маси. Узагальнюючи всі визначені фактори, що впливають на травмування зерна під час обмолоту, можна розподілити їх на п’ять груп. Майстерність комбайнера (стаж його роботи, отриманий досвід, освіта та відношення до роботи) можна віднести до шостої групи. Аналіз усіх факторів показав, що проблема покращення обмолоту (зменшення пошкодження і, відповідно, втрат зерна) може бути вирішена спільною роботою селекціонерів, агротехніків, конструкторів, інженерів-технологів, інженерів-експлуатаційників, агрономів і науковців.

Після обмолочування зерно транспортують на тік, де вирішують питання його післязбиральної обробки. Залежно від вологості свіжозібраного врожаю, його обробляють за трьома технологічними напрямами. Якщо його вологість до 17%, застосовують первинне і вторинне очищення, за якого воно втрачає до 2–3% вологи. За вологості 17–20% потрібно його просушити між двома етапами очищення. А от за вологості понад 20% слід виконати аж подвійне сушіння. Тому, навіть якщо зерно й невологе та не потребує просушування, то як мінімум воно може травмуватись у процесі первинного очищення.

Післязбиральну обробку зерна (очищення, сортування, сушіння) виконують так, щоб вона відповідала вимогам стандарту щодо вологості, кількості бур’янів, домішок, натуральної маси тощо. Зерновий ворох пропускають через машини неодноразово, що погіршує певні якісні показники, а це, в свою чергу, — інші, зокрема збільшує кількість пошкодженого зерна.

Необхідність очищення зерна пов’язана з наявністю у воросі соломи, полови, грудочок землі, насіння бур’янів. Сортують (сепарують) зерно для розподілення його за фракціями (калібром). Очищення, як правило, виконують перед сортуванням. Дуже багато машин для очищення є універсальними, з різним діаметром отвору сит.

Особливості технології обробки окремих культур і партій полягають у відокремленні важковідокремлюваних домішок. Зокрема, рекомендується відокремлювати:

• гречку татарську від маси пшениці — на ситах із продовгуватими вічками завширшки 2 мм із наступним пропусканням на кукільних трієрах із діаметром вічок 5,5 мм. Робочі кромки лотків перебувають у нижньому положенні;

• амброзію трироздільну від зернової маси пшениці та ячменю — на ситах із продовгуватими (завширшки 3,5–4,5 мм) або круглими (діаметром 4–6 мм) вічками та на вівсюжних трієрах (діаметр вічок у циліндрах — 8,5 мм). Швидкість повітряного потоку — 8,5–9 м/с;

• насіння редьки дикої від зерна жита — на решетах із продовгувастими вічками завширшки 2,2 мм і трієрах із діаметром вічок у циліндрах 8,5 мм;

• насіння вівсюга від зерна вівса — на фрикційних сепараторах із робочою поверхнею з байки або на полотняних гірках.

Під час проходження через очисну машину зерно пошкоджується на шнеках, транспортерах і в трієрах. Машини, робота яких базується на принципі повітряного розподілу на фракції, не завдає пошкоджень зерну та, завдяки видаленню мілкішого й легшого, зменшує кількість пошкодженого зерна. Також ступінь пошкодження під час очищення залежить від виду та сорту зерна. Так, пшениця пошкоджується значно більше, ніж ячмінь, адже не має захисних квіткових плівок, котрі захищають ячмінь від механічного травмування. За використання спеціальних машин та вторинної обробки дотримують низки правил.

1. Для високоякісної роботи трієри регулюють починаючи з крайнього верхнього чи нижнього положення лотка, контролюють також чистоту виходу насіння та відходів. Залежно від розмірів зерна основної культури та домішок, добирають відповідні циліндри за розмірами вічок (частота обертів трієрних циліндрів для пшениці жита, ячменю і вівса становить 40–45 об./хв) 

2. Перед початком роботи сортувальних столів перевіряють цілісність робочої сітки, налагоджують кут поздовжнього (5–6°) та поперечного (2–3°) нахилів деки; встановлюють параметри частоти коливання деки та подавання повітря, довівши зернову масу до стану легкого «кипіння» Ž

3. Під час роботи гірок шляхом установлення кута нахилу (2–6,5°) полотен досягають потрібної якості фракцій зерна.

4. За допомогою електромагнітних машин, які відокремлюють шорстке насіння бур’янів від гладенького (конюшина, люцерна), регулюють масу доданого (1–25%) магнітного порошку.

Слід зазначити, що сухе зерно пошкоджується більше, ніж вологе. Також на ступінь травмування впливає і продуктивність машин. Така залежність обернена: що нижча продуктивність, то вища кількість пошкодженого зерна. Це пояснюється тим, що під час переміщення зерна нещільним потоком більша кількість зернин б’ється об робочі органи машин. Тому в процесі очищення й сортування потрібно уважно слідкувати за правильним добором і встановленням решіт, оптимальним режимом роботи й технологічним регулюванням машин, щоб не допускати зайвих пропусків зерна.

Після очищення і сепарації зерно слід висушити. Під час сушіння воно пошкоджується через те, що:

• переміщується в сушарці й дотикається до робочих органів (решіток, шнеків, стінок тощо);

• в процесі видалення вологи (контакту зерна з агентом сушіння) через різкий перепад температур поверхня зерна може тріскатись. Тобто в такому зерні з’являється тріщинуватість або поверхня вкривається тріщинами.

Щоб уникнути цих небажаних чинників травмування зерна і його втрат унаслідок цього, до зерносушарок висувають певні агротехнічні вимоги (зокрема, й до режиму сушіння), що дають змогу зберегти якість зерна. Тому в сушильній камері має бути забезпечена однакова швидкість сушіння (1%) за кінцевої вологості 15%; допустима нерівномірність нагріву зерна — в межах 3–4°С. Відносна вологість відпрацьованого агента має становити 65–75%, зняття вологи за один прохід — максимум 6–8% (злакові) та 4–5% — бобові, кукурудза, рис (у товарному виробництві зерна є технічні рішення, які дають змогу сушити зерно до базових показників навіть за вологості понад 25%); різниця температур зерна на виході із сушарки та навколишнього середовища має становити не більше ніж 10–15°С. Недотримання цих правил призводить до незворотних процесів, таких як денатурація білка в зародку та розтріскування поверхні зерна.

Кількість зерна з тріщинами збільшується з підвищенням температури сушіння та подовженням експозиції сушіння. Також можливе розтріскування (травмування) зернової маси в процесі охолодження після сушіння, що зумовлене різким перепадом температур теплоносіїв. Доведено, що більший вплив на ступінь травмування має навіть не різкий перепад температур під час охолодження зернової маси, а малий час витримки після сушіння. Бо навіть примусове активне вентилювання повітрям із температурою 12°С щойно висушеного зерна може завдати куди більшої шкоди, ніж просто спосіб видалення зайвої вологості із зерна методом його відлежування. Тому рекомендують сушіння чергувати з проміжним відлежуванням нагрітого в процесі сушіння зерна, а не піддавання його охолодженню. Такий метод зменшує тріщинуватість зерна вдвічі-втричі порівняно із сушінням без відлежування.

В системі післязбиральної обробки зерна величезне значення має його транспортування. В машинах для післязбиральної обробки зерна є різні транспортувальні механізми, такі як норії (елеватори) ковшові, скребкові елеватори, шнеки, стрічкові транспортери тощо. Всі ці пристрої можуть пошкодити зерновий матеріал під час транспортування. Так, у ковшових норіях травмування зерна можливе внаслідок динамічного стискання зернової маси в нижній голівці норії і вільне ударяння зернин зі сковзанням у верхній її голівці. Величина цього навантаження залежить від багатьох факторів, зокрема від неоднакової продуктивності норії (що вона більша, то менше подрібненого зерна в результаті — швидкість норії має бути в межах 2,2–2,6 м/с. Водночас нижня кромка ковшів під час проходження через башмак норії має бути на відстані 5–6 см від дна, а вологість зерна — в межах 12–16%). Також має значення і стан стрічки самої норії (старий чи новий матеріал). Стрічкові транспортери займають друге місце за травмуванням зерна після норій. Технологія таких транспортерів проста: зернова маса подається на верхню площину стрічки, натягнутої на валиках валах, переноситься на довжину транспортера з одного місця в інше без механічного впливу на зерно. Такий спосіб ніби й безпечний, але дослідження показали, що механічні пошкодження зерна відбуваються в насипному лотку, на самій транспортувальній стрічці (під час її руху роликами) та в момент скидання зерна зі стрічки. Аналіз роботи транспортера дав змогу зробити такі висновки: щоб зменшити травмування зерна, доцільно конструювати транспортери з регульованою швидкістю подавання матеріалу. Також на пошкодження зерна впливає кратність пропусків через транспортер і вологість самого зернового матеріалу.

Успішне вирішення проблеми — зведення до мінімуму, якщо не до нуля, втрат зерна з будь-яких причин, у тому числі й через механічні пошкодження, — має величезне значення для АПК і є одним із головних завдань загальнодержавної Програми збереження сільськогосподарської продукції. І ця проблема має місце не лише в Україні, а абсолютно в усіх країнах, котрі спеціалізуються на вирощуванні зернових, бобових і олійних. Проблематика уникнення втрат продукції рослинництва, в тому числі механічного пошкодження зерна, на така вже й проста та легка. Вона складається з величезної кількості факторів і складних взаємозв’язків між ними й потребує комплексного вирішення в різних сферах виробництва і споживання продукції. Тому хто, як не держава, повинна бути най- більше зацікавлена у впровадженні новітніх досягнень агроінженерії, механізації, автоматизації та провадити моніторинг передового досвіду інших аграрних країн світу, не боятися вкладати капітал у свої ж галузі виробництва, підтримувати малі та середні фермерські господарства, давати у лізинг техніку, гарантувати малий відсоток кредитів.

М. Федотова, Д. Трушаков, кафедра «Автоматизації виробничих процесів», Центральноукраїнський Національний технічний університет

Журнал «Пропозиція», №7-8, 2020 р.