Условия, технологии и средства механизации послеуборочной обработки зерна в Забайкалье

В условиях сокращающихся посевных площадей и дальнейшего повышения урожайности зерновых культур необходимо обеспечить совершенствование технологии и средств послеуборочной обработки зерна (ПОЗ) с учетом условий Забайкалья.

Рельеф поверхности территории Забайкалья общей площадью 782 тыс. км2, его богатые водные ресурсы, заключающиеся в наличии множества озер и более 9 тыс. рек и речек, впадающих в основном в оз. Байкал, и резкоконтинентальный климат создают природноклиматические особенности производства зерна и проведения ПОЗ.

Валовый сбор зерна в Забайкалье, по данным 1971 - 1984 гг., колебался в пределах 1192 - 1713 тыс. т, а в Республике Бурятия составил в среднем 500 тыс. т.

Относительно короткий безморозный вегетационный период роста растений и выпадение большого количества осадков во время проведения уборки и ПОЗ оказывают влияние на особенности свойств зерна местных сортов и качества свежеубранного зерна. Для повышения эффективности ПОЗ важно внедрить результаты исследования свойств и технологии очистки зерна и условий ПОЗ в Забайкалье.

Материалы и результаты исследования, их обсуждение

Условия производства и формирования качества зерна на территории Забайкалья зависят от влаго- и теплообеспеченности в период (май, июнь, июль) развития растений. Для определения этих условий использован гидротермический коэффициент (ГТК) Г.Т. Селянина – К с , который определяется как отношение суммы осадков ∑Р со средней температурой воздуха выше 10⁰ к сумме температуры ∑t⁰ за этот период, уменьшенный в 10 раз [1]:

К с = z Р :( Е t ⁰ - 10 - ¹)

По формуле (1) определены коэффициенты К с . В зависимости от величины этого коэффициента в сельскохозяйственных зонах Забайкалья районированы местные сорта пшеницы и других зерновых культур. По показателю К с Забайкалье разделено на две подзоны: влажная, где К с = 1,5 ... 2,0 и выход зерна крупной фракции составляет 57 - 79 %, и засушливая, где К с = 1,0 ... 1,5 и выход зерна крупной фракции - 37 - 53 %.

Исследование качественных признаков зерна пшеницы с целью установления наиболее общих статистических взаимозависимостей с ГТК показало, что выход крупной фракции зависит от природно-климатических условий разных лет и характеризует физикомеханические и технологические свойства зерна [3]. Больше половины фракционного состава изученных проб приходится на долю наиболее крупного зерна. Его содержание по годам колебалось от 50,3 до 64,7 % и в среднем за 5 лет составило 57 %. При этом общее количество крупного зерна определено с учетом количества зерна средней фракции (остаток на сите 0 2,5 х 20 мм) и составило от 71 до 91 % и в среднем за пятилетие - 81 %. Это показывает, что зерно пшеницы местных сортов Забайкалья по толщине достаточно крупное и пригодно для использования в качестве семенного и продовольственного материала.

Тепло- и влагообеспеченность имеют достаточно устойчивую связь с крупностью зерна и его физико-механическими и технологическими свойствами, оказывающими влияние на технологию обработки и параметры рабочих органов зерновых сепараторов. Зерно пшеницы местных сортов имеет, как показывают результаты исследования, более выпуклую яйцевидную форму и короткую длину (4,0 - 7,2 мм) в сравнении с зерном, произрастающим в Западной Сибири и европейской части страны. При этом оно по толщине достаточно крупное -1,5 - 4,0 мм и имеет неплохую корреляционную связь с массой - 0,7316. Эта связь по ширине зерна составляет - 0,8226. Поэтому для фракционного разделения зернового материала на крупную и среднюю фракции на разделительных решетах сепараторов ОВП-20, ЗВС-20 применяют разделительное решето Б 1 с размерами отверстий диаметром в пределах от 2,8 до 3,4 мм и сортировочное с отверстиями диаметром от 3,6 до 4,2 мм при влажности зерна не более 15 %, а в Забайкалье влажность свежеубранного зерна высокая в зависимости от естественно-климатических условий.

Условия ПОЗ зависят от количества атмосферных осадков, температуры и относительной влажности воздуха, которые оказывают влияние на влажность и объем влажного зерна. При этом общее количество влажного и сырого зерна определяет объем работы, технологию и средства ПОЗ. Для обоснования зоны Забайкалья по условиям ПОЗ использован гидротермический коэффициент (kwt), предложенный проф. М.Г. Голиком [2]:

( kwt ) = £ Р : T c ,

где VP - сумма осадков в период (август, сентябрь) уборки;

Т_с - средняя температура воздуха за этот период.

Зависимость (2) использована для определения значений коэффициентов (kwt) по данным метеоусловий каждого года за 11 лет - одного цикла изменений природноклиматических условий. При этом математическая обработка данных на ЭВМ показывает, что Забайкалье можно разделить на две подзоны по средним значениям коэффициента (kwt) с учетом того, что влажность и засоренность или объем послеуборочной обработки зерна зависит от гидротермического коэффициента. К первой подзоне относятся 18 районов: Курум-канский, Баргузинский, Хоринский, Кижингинский, Улан-Удэнский, Заиграевский, Селен-гинский, Бичурский, Чернышевский, Сретенский, Читинский, Мергинский, Карымский, Би-лейский, Оловяннинский, Баргузинский, Приаргунский, Шилкинский, со средними значениями коэффициента от 3,06 до 4,97, а второй - 20 районов: Северо-Байкальский, Баунтовский, Еравнинский, Прибайкальский, Кабанский, Мухоршибирский, Закаменский, Джидинский, Кяхтинский, Могочинский, Тункогочинский, Шелопучинский, Улетовский, Петровск-Забайкальский, Кырымский, Агинский, Алек-Заводской, Дульдорчинский, Красночикойский, Окинский, с значениями коэффициента от 5,36 до 8,01. Достоверность такого разделения территории проверена по F-распределению и гипотезе о равенстве дисперсии при значениях α = 0,05 и α=0,01, позволяет считать подзоны существенно различающимися по коэффициенту (kwt) и условиям послеуборочной обработки свежеубранного зерна [3].

В результате обработки материалов исследований по определению связи гидротермического коэффициента (X) c общим объемом (У) сырого и влажного зерна в % от валового сбора получено уравнение связи

У= 49,87 + 22,59 Х^1/3 ( r xy = 0.716). (3)

Уравнение (3) рекомендовано для ориентировочного определения количества У – влажного зерна (в % от общего количества его заготовки) в зависимости от среднего значения коэффициента Х i в каждой подзоне. Так, объем влажного зерна в 1-й подзоне по уравнению составляет У 1 = 85,6 % при среднем значении Х 1 = 4,01, а во второй подзоне – У 2 = 99,87 % при х 2 = 6,681. В первой подзоне 85,6 % зернового вороха имеет влажность от 16 до 20 % при засоренности 10 … 15 % и практически свежеубранный материал полностью подлежит послеуборочной обработке (предварительная очистка, подсушка, сушка). Во 2-ой подзоне из общего количества У 2 = 99,87 % влажного зернового материала часть У с = 38 % составляет сырое зерно влажностью выше 19 % и засоренностью 14 - 16 %, которое требует большего объема послеуборочной обработки с использованием зерносушилок, чем в первой. При этом количество У с сырого материала из всего количества влажного – У 2 во 2-й подзоне определено с учетом того, что в 1-й подзоне количество влажного зерна влажностью до 20 % составляет при среднем значении коэффициента Х 1 = 4,01. Следовательно, У с = [(Х 2 - Х 1 ) : Х 2 ]∙100 =38 %, что приблизительно соответствует фактическому количеству сырого зерна в % из всего количества У 2 убранного вороха. Поэтому во 2-й подзоне потребность в КЗС больше, чем в 1-й ориентировочно на 38 %, т.е. из каждых 10 агрегатов, например, ЗАВ-10, один представляет комплекс КЗС-10 «Ш», а во второй – четыре с учетом, что для увеличения сроков временного хранения в каждой подзоне используются ворохоочистители, зерномета-тели, установки для активного вентилирования и аэродинамической обработки для охлаждения, подсушки и перемещения зерна [3, 5].

Технология и средства механизации ПОЗ должны соответствовать прогнозированному объему влажного и сырого зерна, обеспечивать своевременную обработку свежеубранного зернового вороха с учетом ожидаемой интенсивности и неравномерности его поступления на пункт. При этом учитывается, что с ростом влажности зернового материала увеличивается его засоренность и создаются трудности при очистке зерна на воздушно-решетных ворохо-очистителях и подсушке активным вентилированием в складах. Длительность безопасного хранения влажного зернового вороха уменьшается, а производительность и качество работы существующих зерноочистительных машин резко снижаются. Известно, что один процент увеличения засоренности сверх базисной кондиции снижает производительность зерноочистительной машины на 2 %, а каждый процент влажности – на 5 %. Была разработана технология приема и послеуборочной обработки зернового вороха на двух линиях: первая для зерна влажностью w ≥ 17 % выше базисной кондиции и вторая – w ≤ 17 %. Первая обеспечивает предварительную очистку и подсушки зерна на 2-3 % воздухом на ЗМ-60 и лопастном порционном метателе или на аэрофонтанном устройстве в процессе перемещения материала. Далее материал направляется в бункеры БАВ-200 и на технологическую линию КЗС-20 Ш, проходит предварительную очистку на воздушно-решетной машине ЗД-10.000 А и после сушки на зерносушилке ЗСШ-16 – первичную и вторичную очистки на машине ЗАВ-10.30000 и триерном блоке ЗАВ-10.90000А, которые могут быть заменены аналогичными машинами одинаковой производительности, выпускаемыми промышленностью в настоящее время. При наличии склада для временного хранения с устройством вентилирования в линии используется ворохоочиститель МПО-50. После окончательной обработки на этой линии зерно поступает в склад готовой продукции. Вторая линия приема производит аэродинамическую обработку и фракционное разделение зерна на крупную и среднюю фракции, его очистку от легких, мелких и крупных, коротких и частично длинных примесей на зерномета-теле ЗМ-60 или на лопастном порционном метателе, используя при этом пневматическое устройство для импульсной обработки и перемещения зернового слоя воздухом после завальной ямы в режиме аэрофонтирования или подвешенного состояния [5]. В результате интенсивной обработки на этой линии обеспечивается доведение влажности зерна до 14-15 % и после фракционного разделения и вторичной очистки зерно направляется в склад готовой продукции. При этом на открытых площадках используются ворохоочистители ОВП-20, ЗМ-60 и порционные метатели. Еще более значительно влияние влажного зернового вороха на производительность и качество работы зерносушилок. Серийно выпускаемые сушилки шахтного типа не могут обрабатывать зерновой материал с содержанием соломистых примесей более 5 % с влажностью выше 26 %. Повышение среднесезонной влажности зерна на 1% вызывает уменьшение производительности сушилок на 11 %. Поэтому в условиях второй подзоны Забайкалья, где количество влажного и сырого зерна доходит до 99 % от его валового сбора в хозяйствах, нашли широкое применение ворохоочистители и зернометатели для предварительной обработки зернового вороха на открытых площадках и зерноочистительносушильные комплексы, обеспечивающие обработку зерна в поточных линиях, ощущается нехватка в зерносушилках. С целью сохранения свежеубранного зерна в период уборки склады и площадки оборудуют устройствами для активного вентилирования. Вентилирование зерна с целью охлаждения проводят в ночное время, когда температура воздуха опускается до 20, а с целью подсушки - в дневное время при температуре 12-200 или подогретым воздухом [3]. Применение лопастного порционного зернометателя и пневматических устройств обеспечивают интенсификацию процессов охлаждения и подсушки зерна в импульсном режиме обработки воздухом при скорости обдува 8-18 м/с, совмещая обработку с транспортированием материала. При этом данные устройства обеспечивают повышение эффективности обработки зерна и менее материало- и энергоемкие в сравнении с существующими установками [3].

Технология и средства механизации обработки зернового вороха применяются на пунктах, в частности, в Республике Бурятия. При этом технология эффективного разделения зерна на решетах на фракции и его очистки от примесей обоснована определением параметров рабочих органов сепараторов. Для разделения зерна пшеницы местных сортов применяют разделительное (разгрузочное) решето Б 1 №№ 28 - 36, устанавливаемое в зависимости от характеристики зерна по ширине. При этом крупная фракция с крупными примесями сходит с решета Б 1 на решето Б 2 с отверстиями диаметром от 4,0 до 5,4 мм, а средняя фракция проходом через Б 1 поступает на подсевные решета В и Г с отверстиями 0 2,0 х 20 мм или 0 2,2 х 20 мм, применяемые в зависимости от характеристики зернового материала. Результаты исследования показывают, что при закрытии отверстий в начале решета Б 1 на участке длиной 200 мм, для ориентации зерна на рабочей поверхности под слоем, обеспечиваются сход зерна крупной фракции с овсюгом с Б 1 на решето Б 2 и проход средней фракции с мелкими и короткими примесями на подсевные решета В и Г. При этом на решете Б 2 большая часть овсюга (от его исходного примерно 3%-ного содержания) выделяется сходом с крупными примесями, а зерно крупной фракции с оставшейся частью овсюга проходом через него выводится из машины и направляется отдельным потоком на овсюжный триер с ячейками диаметром 8,5 мм, применяемыми в Забайкалье. При этом объем триерной очистки уменьшается в два раза [3, 6]. В условиях Забайкалья куколь мелкий и практически просеивается на подсевных решетах с мелкими примесями, поэтому объем очистки зерна на триерах уменьшается до 4 раз. Рабочие скорости воздуха для пневматических устройств и сепараторов определяются расчетным способом и обеспечивают эффективность воздушной обработки и очистки зерна [5].

Обоснованы исследованием конструкции и параметры продолговатых ячеек, которые обеспечивают увеличение производительности цилиндрических и дисковых триеров до 2,4 раза в сравнении со стандартными ячейками [3]. В результате продолжения исследования за последние 5 лет созданы цилиндрический и дисковый сепараторы, обеспечивающие создание инновационной технологии одновременной очистки зерна от коротких и длинных примесей в одном сепараторе и увеличение производительности до 5 раз и значительное уменьшение материало- и энергоемкости машины.

Производительность ЗАВ и КЗС выбирают в зависимости от годового объема производства зерна: 10 т/ч – до 2500-3000 т, 20 т/ч – до 5000 т, При этом количественное соотношение КЗС в первой и второй подзонах составляет: на один комплекс в 1-й подзоне приходится на четыре - во 2-й из-за большего объема влажного и сырого зерна.

Результаты разработки технологии и средств механизации проверены на пунктах ПОЗ хозяйств Республики Бурятии в период 1977 - 1998 гг. при выполнении хоздоговорных работ с Министерством сельского хозяйства РСФСР и хозяйствами Хоринского, Кижингинского, Селенгинского, Курумканского и Джидинского районов [3].

В настоящее время многие пункты ПОЗ бывших колхозов и совхозов используются примерно на 0,5 своей мощности или практически не работают из-за того, что исчерпан срок службы машин и оборудования, ЗАВ и КЗС, а фермерские хозяйства не могут обеспечить их техническое обслуживание, ремонт и эксплуатацию, качественно провести обработку и подготовку зерна продовольственного и семенного назначений. Поэтому необходимо создание хозрасчетных центральных пунктов ПОЗ или районных ХПП и предприятий сервисного обслуживания.

Заключение

Условия производства в Забайкалье обеспечивают формирование качества зерна и получение достаточного количества крупной фракции - до 81 %. При этом зерно местных сортов достаточно крупное по толщине (1,5 - 4,0 мм) при коэффициенте 0,7316 корреляции с его массой, а по ширине – 0,8226. Эти размеры использованы для обоснования рабочих параметров решет и фракционного разделения и очистки зернового материала на решетах сепараторов. Длина зерна короче в сравнении с зерном других зон и использована для выбора рабочего размера 8,5 мм ячейки триера, применяемого в Забайкалье.

По условиям ПОЗ территория Забайкалья разделена на две подзоны со значениями коэффициентов (kwt) в пределах 3,06 – 4,97 и 5,3 – 8,01 соответственно. Исследованием влияния коэффициентов на качество зернового вороха на ЭВМ получено уравнение связи для ориентировочного расчетного определения количества влажного зерна и объема ПОЗ, подтверждаемого результатами анализа качества заготовленного зерна. Определены технология и средства механизации ПОЗ в каждой подзоне, обеспечивающие своевременную обработку свежеубранного зернового вороха и качество очистки зерна в Забайкалье, которые внедрены при выполнении хоздоговорных работ в Республике Бурятия.