УДК 631.365
Повышение эффективности выделения сорных семян овсюга на пневматических сортировальных столах
Дринча В. М.1, доктор технических наук
Мударисов С. Г.2, доктор технических наук
Филатов А. С.1, кандидат сельскохозяйственных наук
1ФГБОУ ВО «Якутская государственная сельскохозяйственная академия»
677007, Россия, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, Сергеляхское ш. 3-й км, д. 3
E-mail: vdrincha@list.ru
2ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет»
450001, Россия, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, д. 34
E-mail: salavam@gmail.com
Семена зерновых культур в Республике Саха имеют низкое качество по засорённости, в первую очередь — из-за большого содержания трудноотделимых семян овсюга в зерновом материале. Из зерновых колосовых культур здесь получили распространение пшеница, овёс и ячмень. Эффективность их очистки на существующем оборудовании от распространённого сорняка овсюга низкая. Сорные растения снижают урожайность посевов, затрудняют уборку и послеуборочную обработку зерна. Цель исследования — повышение эффективности выделения сорных семян овсюга из семенных смесей зерновых колосовых культур на пневматических сортировальных столах. В статье представлены результаты предварительных исследований возможности выделения сорных семян овсюга из семян зерновых колосовых культур путём совершенствования процесса рециркуляции промежуточной фракции на пневматических сортировальных столах (ПСС). Рассмотрены технологические варианты использования ПСС с использованием воздушно-решётных машин и камнеотборников, а также самостоятельно — с применением накопительных бункеров для промежуточной фракции. Вкратце обобщены результаты отечественных и зарубежных исследований применения ПСС в зерно-семенной индустрии. Разработанная технология очистки семян, включающая сепарацию семян на ПСС с последующей обработкой промежуточной фракции на воздушно-решетной машине и дополнительном ПСС, по сравнению с существующими технологиями позволяет повысить качество сепарации семян и обеспечивает выделение трудноотделимой примеси семян овсюга из семенных смесей зерновых колосовых культур. Материалы статьи могут служить основой рекомендаций по применению ПСС в условиях семенной индустрии и зернопроизводящих хозяйств, а также на элеваторах и в других организациях, связанных с обработкой и хранением зерна.
Ключевые слова: семена, зерно, семена сорняков, трудновыделимая примесь, пневматический сортировальный стол, камнеотборник, воздушно-решётная машина, фракции семян, рециркуляция зернового материала, послеуборочная обработка семян.
Семена зерновых культур в Республике Саха имеют низкое качество по засорённости, в первую очередь — из-за большого содержания трудноотделимых семян овсюга в зерновом материале (Павлов, 2012; Саввинов, Шерстова, 1964). Из зерновых колосовых культур здесь получили распространение пшеница, овёс и ячмень. Эффективность их очистки на существующем оборудовании от распространённого сорняка овсюга низкая. Сорные растения снижают урожайность посевов, затрудняют уборку и послеуборочную обработку зерна (Абидуев, 2007; Зюлин и др., 1999; Иванов и др., 2013).
В Республике Саха подавляющее большинство посевов зерновых засорено овсюгом. В результате убираемый зерновой материал содержит большое количество сорной примеси овсюга, которое превышает допустимые значения в сотни раз (табл.).
Засорённость семян сорными семенами овсюга в Амгинском районе (2017–2019 гг.)
Хозяйство | Культура, сорт | Категория | тн | № пробы | Овсюг, шт. на 1 кг |
2017 г. | |||||
АО «Амгинский» | Пшеница Приленская 19 | РС2 | 70 | 329–334 | 1340 |
Овёс Талисман | РС2 | 20 | 431–436 | 22 | |
ООО «Абага» | Овёс Талисман | РС2 | 22 | 569–574 | 60 |
ООО «Амгинское зерно» | Пшеница Туймаада | РС2 | 11 | 593–598 | 20 |
2018 г. | |||||
АО «Амгинский» | Пшеница Новосибирская 31 | РС2 | 25 | 301–306 | 240 |
Ячмень Тамми | РС3 | 25 | 313–318 | 280 | |
Ячмень Ача | РС2 | 25 | 343–348 | 180 | |
Овёс Талисман | РС2 | 25 | 373–378 | 220 | |
СХПК «Бетюнь» | Овёс Талисман | РС2 | 25 | 452–457 | 400 |
Овёс Талисман | РС2 | 25 | 458–463 | 200 | |
Овёс Талисман | РС2 | 25 | 464–469 | 260 | |
Овёс Талисман | РС2 | 25 | 644–649 | 480 | |
2019 г. | |||||
АО «Амгинский» | Ячмень Тамми | РС4 | 25 | 636–640 | 460 |
Пшеница Приленская 19 | РС2 | 25 | 646–650 | 2360 | |
Пшеница Приленская 19 | РС2 | 25 | 651–655 | 480 | |
Ячмень Тамми | РС4 | 20 | 656–660 | 580 | |
Ячмень Тамми | РС4 | 20 | 661–665 | 420 | |
Овёс Талисман | РС2 | 30 | 671–675 | 300 | |
СХПК «Соморсун» | Овёс Талисман | РС2 | 25 | 461–465 | 20 |
СХПК «Бетюнь» | Пшеница Новосибирская 31 | РС1 | 25 | 536–540 | 2160 |
Пшеница Новосибирская 31 | РС1 | 25 | 541–545 | 2240 | |
Ячмень Биом | РС2 | 25 | 556–560 | 240 |
Анализ табл. показывает, что семена овса в сравнении с семенами ячменя и пшеницы менее засорены овсюгом, что, видимо, объясняется межвидовой конкуренцией растений основной зерновой культуры и засорителя овсюга.
Отделение трудновыделимых примесей, в т.ч. семян овсюга, из зерновых материалов на традиционно применяемых воздушно-решётных машинах, триерах и ПСС, как правило, сопровождается большими потерями ценного посевного зерна в фуражные отходы (Дринча и др., 2003; ГОСТ Р 52325-2005).
Очистка семян от трудноотделимых примесей всегда является одной из наиболее сложных задач в области семеноводства, так как выделение трудноотделимой примеси практически невозможно путём применения традиционно используемых технологий, а также существующих машин для их реализации.
На традиционно применяемых в отечественном сельскохозяйственном производстве семенных линиях семена овсюга выделяются только при больших потерях семян основной культуры, или их вовсе нельзя выделить, и в таких случаях выбраковывается вся партия. Семена овсюга частично можно выделить на пневматических сепараторах, воздушно-решётных машинах, однако наибольшее количество можно выделить на овсюжном триере и ПСС. В последнее время для выделения семян овсюга также начинают применять фотосепараторы.
Наличие большого количества технологически взаимосвязанных параметров в ПСС (более 7), а также тот факт, что незначительное изменение одного из них может расстроить работу машины, приводит к тому, что в процессе эксплуатации во многих случаях эти машины применяются неэффективно, а то и вовсе их исключают из технологической линии.
Цель исследования — повышение эффективности выделения сорных семян овсюга из семенных смесей зерновых колосовых культур на пневматических сортировальных столах.
Задачи исследований включали:
– анализ основных способов повышения эффективности сепарации семян на ПСС;
– обоснование способов рециркуляции семян промежуточной фракции на ПСС;
– обоснование технологического процесса обработки промежуточной фракции с применением сепараторов с вибропсевдоожиженным слоем и воздушно-решётных сепарирующих рабочих органов.
Методика исследований. Анализ способов повышения эффективности выделения трудноотделимых примесей на ПСС проводился путём тщательного изучения процессов сепарации семенных смесей на ПСС в отечественной и зарубежной литературе (Дринча, Суконкин, 1997; Дринча и др., 2003; Дринча, 2006; Федоренко, Ревякин, 2006; Bill, Billups, 2010).
Точное содержание семян овсюга в семенах колосовых зерновых культур определяли путём взятия проб из исходных материалов и ручного подсчёта количества семян, находившихся в основном семенном материале, в соответствии с ГОСТ Р 52325-2005.
Приблизительное содержание семян овсюга в семенном материале определялось путём применения приспособлений с ворсистой поверхностью или специально разработанного анализатора.
Анализатор содержит бункер-дозатор, под которым расположена бесконечная лента. В верхней части ленты установлен приёмник семян овсюга, в нижней части — приёмник исследуемых семян. Угол наклона ленты выполнен регулируемым (фото).
Фото. Анализатор семян овсюга в семенах зерновых культур
Исследуемый семенной материал из бункера подают на верхнюю ветвь ленты. Семена овсюга выносятся лентой и попадают в верхний приёмник, а семена основной культуры попадают в нижний приёмник чистых семян. В верхний приёмник обычно попадает менее 5% исходного семенного материала. Эта фракция на более чем 90% состоит из семян овсюга.
Исследуемые образцы могут содержать от 2 до 20 кг семян. Образец массой 10 кг может быть исследован в течение 10 мин. Это означает, что по сравнению с традиционными аналитическими методами применение анализатора позволяет сократить время на анализ образцов в 20 раз.
Анализатор может быть применён в селекционно-семеноводческих хозяйствах, опытных станциях, учреждениях защиты растений, занимающихся исследованиями защиты растений от овсюга химическими способами, коммерческих зерновых компаниях, университетах и институтах.
Результаты исследований. В настоящее время повышение эффективности сепарации на ПСС может решаться следующими путями:
– совершенствованием конструкции ПСС;
– выравниванием подаваемого материала на ПСС, в первую очередь — по размерным характеристикам;
– рециркуляции промежуточной фракции.
В ряде случаев требуемой эффективности сепарации можно достичь только при повторной обработке промежуточной фракции (не являющейся отходом или чистым материалом), которая по составу близка к исходному материалу, однако семена в ней более выравнены и коэффициенты вариации их плотности и индивидуальных масс значительно меньше, чем в исходном материале. Этот процесс называется рециркуляцией промежуточной фракции (РПФ).
Способ РПФ реализован в конструкциях некоторых ПСС, например Forsberg (рис. 1).
Рис. 1. Схема процесса рециркуляции на пневмосортировальном столе (Forsberg, США)
В общем, без существенного усложнения технологического процесса РПФ может быть осуществлена по двум вариантам:
1-й — подача промежуточной фракции при помощи специального загрузочного устройства в загрузочный бункер того же ПСС (рис. 1);
2-й — установка последовательно двух ПСС, при этом на второй ПСС подают промежуточную фракцию с первого. Процесс сепарации семян по второй схеме является более устойчивым, однако при этом требуется приобретение ещё одного ПСС, сравнительно дорогостоящей семяочистительной машины.
Необходимо заметить, что при рециркуляции, в случае применения двух ПСС, параметры ПСС, разделяющего промежуточную фракцию, отличаются от параметров первого ПСС.
Сохранение промежуточной фракции путём выделения из неё семян овсюга или других трудновыделимых примесей в процессе сепарации на ПСС является принципиально важным, так как определяет возможность получения значимых прибылей. Промежуточная фракция содержит множество частиц, отличающихся по основным свойствам. Она включает частицы:
– большие и легковесные;
– меньшие и тяжеловесные;
– частицы средних размеров и среднего веса.
На большинстве семенных, оптимально работающих линий крупные и мелкие фракции зернового материала выделяются решётами. В результате чего из основного материала выделяют большинство крупной легковесной фракции и мелкой тяжеловесной фракции. После сепарации такого материала на ПСС промежуточная фракция имеет свойства, близкие к среднему качеству исходного материала. При повторной подаче промежуточной фракции на тот же ПСС, на котором она получена, т.е. работающий при одном и том же режиме, эффект от рециркуляции будет незначительным. Непрерывная подача промежуточной фракции приводит к снижению качества её сепарации. Можно перегрузить деку ПСС материалом средней фракции до такой степени, что требуемое качество сепарации нельзя будет получить ни при какой производительности.
В результате проведённых исследований установлено, что доля промежуточной фракции, которая рециркулируется, в общем случае не должна превышать 10–20% (рис. 2), а при сепарации трудноразделимых семенных смесей она должна составлять 10–15% от потока подачи материала на ПСС.
Рис. 2. Сепарация семян на деке с рециркуляцией промежуточной фракции
Увеличение объёмов подачи (в долевом отношении к исходному потоку материала) промежуточной фракции на ПСС уменьшает общую производительность и снижает качество сепарации на ПСС.
Для поддержания оптимальной эффективности сепарации на ПСС рекомендуется периодически брать пробы на анализ из каждой из трёх фракций: тяжёлой, промежуточной и лёгкой. Эксплуатация ПСС в ряде хозяйств показала, что путём проведения периодических анализов материалов из разделяемых фракций можно практически полностью исключить или свести к минимуму промежуточную фракцию.
Наиболее простым способом уменьшения промежуточной фракции является снижение производительности ПСС. Производительность и качество сепарации характеризуются обратно пропорциональной зависимостью. В общем, качество сепарации повышается при уменьшении производительности. При работе ПСС в линии производительность его обусловлена производительностью всей линии и не может быть уменьшена. В данном случае рекомендуется установить накопительный бункер для промежуточной фракции и в свободное время произвести обработку на том же ПСС самостоятельно, без смешивания с материалом, поступающим на стол в основное рабочее время. Часто при использовании данного метода было замечено, что качество сепарации промежуточной фракции не может дать такой выход, как при сепарации исходного материала.
Альтернативным решением, исключающим накопление промежуточной фракции и применение накопительного бункера, является подача её обратно в линию подготовки семян на машины перед ПСС. В данном случае промежуточная фракция может быть повторно направлена в питающий бункер ПСС. Однако лучшим решением в сравнении с подачей промежуточной фракции в питательный бункер ПСС является подача её в накопительный бункер воздушно-решётной машины (рис. 3).
Разделение промежуточной фракции на воздушно-решётном сепараторе обеспечивает кондиционность промежуточной фракции путём выделения из неё относительно крупных Ф2 и лёгких частиц Ф1, а также мелких тяжёлых частиц Ф3. При этом материал промежуточной фракции выравнивается по размерным характеристикам, что важно для повышения эффективности признака плотности при сепарации на ПСС. В большинстве случаев фракции Ф1, Ф2 и Ф3 объединяются и могут использоваться как продовольственное или фуражное зерно. Однако в случае обработки дорогостоящих семян некоторые из этих фракций могут накапливаться в промежуточном бункере и подвергаться дополнительной раздельной обработке на ПСС.
Важным преимуществом данной технологической схемы (рис. 3) является то, что материал обрабатывается в потоке без использования дополнительного бункера и снижения производительности линии, а качество сепарации существенно выше, чем при рециркуляции промежуточной фракции непосредственно в приёмный бункер основного ПСС. Недостаток состоит в необходимости приобретения дополнительной воздушно-решётной машины и ПСС. Однако повышение качества сепарации семян и увеличение за счёт этого выхода семян при реализации данной схемы является экономически целесообразным решением, особенно при применении в крупных семеноводческих хозяйствах или на семенных заводах и элеваторах.
Рис. 3. Технологическая схема сепарации семян на ПСС с обработкой промежуточной фракции на воздушно-решётной машине:
П — промежуточная фракция; Т — тяжёлая фракция; Л — лёгкая фракция; 1 — основной ПСС; 2 — пневмосепаратор; 3 — дополнительный ПСС; 4 — решётный стан; I — тяжёлая фракция; II — средняя фракция; III — лёгкая фракция (полученные на втором ПСС)
Заключение. В практике отечественных хозяйств ПСС применяются крайне редко и недостаточно эффективно, особенно при выделении трудноотделимых примесей.
Одним из важных ресурсов повышения эффективности применения ПСС в процессе подготовки семян является рециркуляция промежуточной фракции, т.е. повторная её подача на деку ПСС.
Обычно промежуточная фракция семян, отобранная отдельно на участке, близком к средней части разгрузочной кромки деки ПСС, и повторно обработанная на нём, разделяется по эффективности, близкой к исходному материалу, однако при перегрузке деки промежуточной фракцией эффективность сепарации на ПСС может существенно снизиться.
Доля промежуточной фракции, которая рециркулируется, в общем случае не должна превышать 10–20%, а при сепарации трудноразделимых семенных смесей, содержащих сорные семена овсюга, она должна составлять не более 10–15% от потока подачи материала на ПСС.
Разработанная технология очистки семян, включающая сепарацию семян на ПСС с последующей обработкой промежуточной фракции на воздушно-решётной машине и дополнительном ПСС, по сравнению с существующими технологиями позволяет повысить качество сепарации семян и обеспечивает выделение трудноотделимой примеси семян овсюга из семенных смесей зерновых колосовых культур.
Литература
1. Абидуев А. А. Интенсификация процесса сепарации семенного зерна / А. А. Абидуев. — Улан-Уде: Издательство БГСХА, 2007. — 128 с.
2. ГОСТ Р 52325-2005. Национальный стандарт Российской Федерации. Семена сельскохозяйственных растений. Сортовые и посевные качества. Общие технические условия (с поправкой 2008 г.). — М., 2006. — 53 с.
3. Дринча В. М. Исследование параметров вибропневмосепараторов с прямоточной декой / В. М. Дринча, Л. М. Суконкин // Техника в сельском хозяйстве. — 1997. — № 5. — С.13–15.
4. Дринча В. М. Исследование сепарации семян и разработка машинных технологий их подготовки / В. М. Дринча. — Воронеж: НПО «Модэк», 2006. — 384 с.
5. Технологические основы применения пневматических сортировальных столов в сельском хозяйстве / В. М. Дринча, С. А. Павлов, В. Д. Бабченко и др. — М.: Россельхозакадемия, 2003. — 100 с.
6. Иванов Н. М. Мобильная техника и технологии для послеуборочной обработки зерна и семян / Н. М. Иванов, Н. И. Стрикунов, С. В. Леканов // Мобильные зерноочистительные машины. — Новосибирск: ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии, 2013 — 325 с.
7. Зюлин А. Н. Исследование процесса рециркуляции зернового материала / А. Н. Зюлин, В. М. Дринча, С. С. Ямпилов // Техника в сельском хозяйстве. — 1999. — № 2. — С.21–25.
8. Павлов Н. Е. Семеноводство и сортоведение многолетних трав в Якутии / Н. Е. Павлов. — Якутск: Издательство «Туймаада», 2012. — 100 с.
9. Саввинов Х. С. Семеноводство зерновых культур в Якутии / Х. С. Саввинов, К. Н. Шерстова. — Якутск: Якутское книжное издательство, 1964. — 49 с.
10. Исследование параметров движения зерна в жидкости устройства для удаления спорыньи / В. А. Сысуев, В. Е. Саитов, В. Г. Фарафонов, А. В. Саитов // Инженерные технологии и системы. — 2019. — Т. 29. — № 2. — С.248–264.
11. Федоренко В. Ф. Зерноочистка: состояние и перспективы / В. Ф. Федоренко, Е. Л. Ревякин. — М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2006. — 204 с.
12. Bill G. Seed conditioning. Vol. 2. / G. Bill, G. Billups // Technology. Part B. — Science Publishers, 2010. — 976 p.
Improving efficiency of wild oat removal from grain mass on gravity table separators
Drincha V. M.1, Dr. Techn. Sc.
Mudarisov S. G.2, Dr. Techn. Sc.
Filatov A. S.1, PhD Agr. Sc.
1Yakut State Agricultural Academy
677007, Russia, the Republic of Sakha Yakutia, Yakutsk, Sergelyakhskoe shaussee, 3rd km, 3
E-mail: vdrincha@list.ru
2Bashkiria State Agrarian University
450001, Russia, Ufa, 50-letiya Oktyabrya str., 34
E-mail: salavam@gmail.com
Grain crop seeds are highly contaminated by wild oat in the Republic of Sakha Yakutia. Wheat, oats, and barley are most common crops there. Effectiveness of grain separation from wild oat is low on existing equipment. Weeds reduce crop productivity and make harvest and post-harvest grain treatment difficult. The aim of the study — to increase the efficiency of wild oat separation from grain mass on gravity table separators. The investigation dealt with the adjustment of grain recirculation process on gravity table separators. Air-and-screen cleaners, rock separators and storage hoppers were tested as means to improve the technology. The report presents the review of foreign and domestic literature on the application of gravity table separators for grain cleaning. The developed technology increased the quality of separation of hard-separable wild oat from grain mixtures. It comprised grain separation on the gravity table separator followed by grain mass treatment on the air-and-screen cleaner and additional gravity table separator. Gravity table separators are recommended for grain cleaning.
Keywords: seed, grain, weed, hard-separable admixture, gravity table separator, rock separator, air-and-screen cleaner, seed fraction, grain recirculation, post-harvest seed treatment.
References
1. Abiduev A. A. Intensifikatsiya protsessa separatsii semennogo zerna / A. A. Abiduev. — Ulan-Ude: Izdatelstvo BGSKhA, 2007. — 128 p.
2. GOST R 52325-2005. Natsionalnyy standart Rossiyskoy Federatsii. Semena selskokhozyaystvennykh rasteniy. Sortovye i posevnye kachestva. Obshchie tekhnicheskie usloviya (s popravkoy 2008 g.). — Moscow, 2006. — 53 p.
3. Drincha V. M. Issledovanie parametrov vibropnevmoseparatorov s pryamotochnoy dekoy / V. M. Drincha, L. M. Sukonkin // Tekhnika v selskom khozyaystve. — 1997. — No. 5. — P.13–15.
4. Drincha V. M. Issledovanie separatsii semyan i razrabotka mashinnykh tekhnologiy ikh podgotovki / V. M. Drincha. — Voronezh: NPO “Modek”, 2006. — 384 p.
5. Tekhnologicheskie osnovy primeneniya pnevmaticheskikh sortirovalnykh stolov v selskom khozyaystve / V. M. Drincha, S. A. Pavlov, V. D. Babchenko et al. — Moscow: Rosselkhozakademiya, 2003. — 100 p.
6. Ivanov N. M. Mobilnaya tekhnika i tekhnologii dlya posleuborochnoy obrabotki zerna i semyan / N. M. Ivanov, N. I. Strikunov, S. V. Lekanov // Mobilnye zernoochistitelnye mashiny. — Novosibirsk: GNU SibIME Rosselkhozakademii, 2013 — 325 p.
7. Zyulin A. N. Issledovanie protsessa retsirkulyatsii zernovogo materiala / A. N. Zyulin, V. M. Drincha, S. S. Yampilov // Tekhnika v selskom khozyaystve. — 1999. — No. 2. — P.21–25.
8. Pavlov N. E. Semenovodstvo i sortovedenie mnogoletnikh trav v Yakutii / N. E. Pavlov. — Yakutsk: Izdatelstvo “Tuymaada”, 2012. — 100 p.
9. Savvinov Kh. S. Semenovodstvo zernovykh kultur v Yakutii / Kh. S. Savvinov, K. N. Sherstova. — Yakutsk: Yakutskoe knizhnoe izdatelstvo, 1964. — 49 p.
10. Issledovanie parametrov dvizheniya zerna v zhidkosti ustroystva dlya udaleniya sporyni / V. A. Sysuev, V. E. Saitov, V. G. Farafonov, A. V. Saitov // Inzhenernye tekhnologii i sistemy. — 2019. — Vol. 29. — No. 2. — P.248–264.
11. Fedorenko V. F. Zernoochistka: sostoyanie i perspektivy / V. F. Fedorenko, E. L. Revyakin. — Moscow: FGNU “Rosinformagrotekh”, 2006. — 204 p.
12. Bill G. Seed conditioning. Vol. 2. / G. Bill, G. Billups // Technology. Part B. — Science Publishers, 2010. — 976 p.