Основне завдання очистки зернового матеріалу полягає у відділенні від потоку вороху всіх домішок та щуплого, битого і пошкодженого зерна основної культури. За умови якісного очищення підвищуються поживні і смакові властивості продовольчого і фуражного зерна. Очищене насіннєве зерно сортують і калібрують для одержання насінного матеріалу, однакового за розмірами (товщиною, шириною і товщиною), вагою або іншими ознаками.
Технологічні схеми очищення зерна складають із попередньої, первинної і вторинної сепарації зернового матеріалу.
Для первинної очистки зерна фірма Kongskilde пропонує барабанні сепаратори зернових культур KDC4000 і KDC8000 (рис. 1).
Рисунок 1. Загальний вигляд (а) та схема технологічного процесу
(б) барабанного сепаратора зернових культур
Зерноочисні машини серії KDC обладнані обертовими барабанами, внаслідок чого не виникає вібрація, властива механізмам зі зворотно-поступальним рухом решіт. Перфоровані барабани виготовлені з листової сталі на обладнанні з комп’ютерним керуванням, що забезпечує високу точність і однорідність отворів. Використання індивідуальних перфорованих металевих решіт для різних зернових культур дозволяє очищати максимально вологе зерном без відчутної втрати потужності сепаратора.
Під час роботи потік зерна через завантажувальну воронку подається у внутрішній обертовий конусний барабан. На решетах внутрішнього барабана затримуються великі домішки, а продукт очищення, проходячи через перфоровані отвори, потрапляє на робочу решітчасту поверхню зовнішнього барабана. На решетах зовнішнього барабана затримується зерно, а дрібні домішки просіюються і випадають у колектор, розташований у нижній частині сепаратора. На виході з нього зерно надходить в аспіраційну камеру, в якій методом вакууму видаляються легкі домішки.
Подібні за конструкцією сепаратори зерна серії ОЗМ представляє підприємство «Ростсільмаш». Барабанні сепаратори зернових культур виготовляються у стаціонарному та мобільному варіантах.
Віброгрохоти коливального типу серії ПРОГРЕС (рис. 2 а) випускає підприємство «СтройМеханика», які призначені для контрольного просіювання, розділення на фракції, видалення пилу із зернових продуктів.
Під час роботи зерновий ворох безперервно завантажується у центр верхнього сита і рівномірно розподіляється по всій поверхні сита від центра до периферії (рис. 2 б). Дрібні частинки прокидаються крізь сито ближче до центру, більші — на периферії сита. Матеріал переміщується по спіралі з прискоренням, яке збільшується з тим, як віддаляються частинки від центру сита, внаслідок цього просіваються частки, розмір яких співпадає із розмірами отворів сита. Насіння певної фракції виводиться через бічні виходи коливаючого грохоту. Просіювання повторюється на кожному ситі.
За допомогою спеціального графічного реєстратора траєкторія руху коливного грохоту відображається на папері у вигляді еліпса і потім піддається вимірюванню. Отримані результати в будь-який момент можуть бути передані для подальшого контролю та корегування параметрів роботи віброгрохота.
На світовому ринку також представлені сепаратори коливального типу серії XZS китайського виробника Henan, China (Mainland).
Вітчизняне підприємство «Вібросепаратор» виготовляє сепаратори вібровідцентрові зернові типу БЦСМ і модифікації продуктивністю 25, 50 і 100 т/год (рис. 3).
Конструкція сепаратора БЦС-50 являє собою уніфіковані циліндричні блоки, встановлені на платформи. Вона дозволяє за необхідності використовувати кожен із блоків сепаратора автономно, наприклад для роботи на різних культурах або різних режимах одночасно. Продуктивність одного циліндричного блока становить 25 т/год.
Під час очищення зерновий матеріал подається у віялку, де відокремлюються і виводяться у циклон пил, легкі і дрібні домішки. Далі зерно рухається через ситовий барабан, що здійснює обертальний і вертикально-коливальний рухи. За рахунок відцентрових сил обертального руху ситового барабана складові частини зернового матеріалу притискаються до внутрішньої поверхні решета і завдяки вазі, силі інерції коливального руху переміщаються зверху вниз. Проходячи через отвори трьох сит, зерно розділяється на фракції: дрібні домішки, подрібнене (дрібне), очищене, великі домішки.
Для попереднього і точного очищення зерна всіх типів злакових, олійних культур, кукурудзи, а також стручкових фірма RIELA пропонує очищувач PROF-SEED (рис. 4 а), який складається із пневматичного і механічних сепараторів — барабанних сит.
Схема технологічного процесу очищувача показана на рисунку 4 б.
Рисунок 4. Загальний вигляд (а) та схема технологічного процесу
(б) очищувача зерна PROF-SEED
Зерновий ворох 1 через роздільник 2 подається на барабанні сита, які складаються із внутрішнього та зовнішнього сит 3. Вони працюють за принципом планетного руху, тобто обертаються навколо своєї осі й одночасно навколо осі машини. Під дією відцентрової сили зерно відкидається на зовнішні сита. Великі домішки затримуються на внутрішніх ситах 4. У подальшому зерно відсортовуються від дрібніших домішок на зовнішньому ситі 5. Очищений матеріал по каналах 6 потрапляє до вивідних отворів 7. Звідти очищений матеріал проходить через повітряний сепаратор AIR SEED8, де легкі частинки і пил відсмоктуються вентилятором 9 у циклон або в ємність для забруднень, a чистий матеріал залишає очищувач через вихід 10.
Для сепарації зерна за довжиною, відділення від нього довгих і коротких домішок фірми пропонують трієрні блоки, які складаються із трієрів з круглими комірками певних розмірів, жолоба та механізму регулювання положення жолоба. Поставляються різні за габаритами і класами потужності установки з одним, двома, трьома (а), чотирма (б) трієрами (рис. 5).
Рисунок 5. Установки з трьома (а) і чотирма (б) трієрами та робочі органи трієра (в)
У трієрах з відбором коротких домішок розміри комірок менші за розміри зерна. Під час обертання трієрного барабана короткі домішки із зернового матеріалу попадають у комірки, де затримуються в них та подаються наверх, випадаючи у жолоб, і виводяться з очисного пристрою.
У трієрному блоці для відбору довгих домішок розміри комірок співпадають із розмірами зерна. Під час обертання циліндра зерно попадає у комірки, подається наверх, випадає у жолоб і виводиться в тару, а довгі домішки залишаються у циліндрі трієра.
Компанія PETKUS пропонує зернові сепаратори серії К, які оснащені повітряно-решітними і трієрними робочими органами.
Застосування різних типів механічних, пневматичних та комбінованих зерносортувальних машин дозволяє добротно розділити зерно за його розмірами, масою, парусністю тощо. Проте такі машини не здатні відібрати від зернового матеріалу зернини, пошкоджені грибком та іншими хворобами. Пошкоджені хворобами зернини зазвичай відрізняються від здорових за кольором. Для відділення хворих зернин зарубіжні фірми пропонують фотосепаратори, також їх називають фотоелектронні сепаратори, або оптичні сортувальники.
Фотосепаратор зерна здатний провести розділення зернової суміші за кольором, структурою, формою і розмірами. Вони можуть відділяти від зерна чужорідні і подрібнені частини та недостиглі, підгнилі, зіпсовані зерна, домішки насіння бур’янів тощо. За інформацією виробників техніки, фотосепаратор здійснює ідеальне очищення зерна від дрібного сміття, видаляє зерна з грибком, комах та інші домішки з ефективністю 99,9–100%.
На сьогодні фотосепаратори представлені різними моделями під торговими марками багатьох компаній світу. Попри те, що в конструкції фотоелектронних сепараторів застосовуються сучасні інноваційні технології у галузі фотоелектроніки, пневмомеханіки, оптики тощо, в цілому ж фотосепаратор є досить простий в експлуатації, компактний та універсальний, що дозволяє сортувати великий спектр різноманітних продуктів (рис, соняшник, пшениця, овес та ін.).
На ринку представлені три види фотосепараторів: монохромні — оптичні сортувальники; біхромні оптичні сортувальники сортують сільськогосподарські культури за кольором і формою; лазерні оптичні сортувальники відбирають зерно не тільки за кольором і формою, а й за внутрішньою структурою, що запобігає потраплянню зіпсованих зсередини зерна в кінцеву масу сільськогосподарських культур.
Фотосепаратори, як правило, однотипні за конструкцією і складаються із приймального бункера 4, вібраторів 3, жолоба подачі зернового матеріалу 2, переднього 1 і заднього 6 оптико-електронних відсіків сортувальної камери, патрубків виведення чистого зерна 7 і відходів 8, сенсорного екрану 5 та пневмосистеми, процесора управління 11 (рис. 6).
Рисунок 6. Фотосепаратор зернового матеріалу
У відсіках сортувальної камери встановленні освітлювальні лампи 9, відеокамери 10 та пневматичний ежектор 12.
Під час виконання технологічного процесу зерновий матеріал подається у приймальний бункер 4. Звідти за допомого вібраторів 3 насіння тонким рівномірним потоком подаються у жолоби машини 2. Жолоб — мініатюрний канал, по якому рухається зерно. По них воно потрапляє в активну зону освітлення лампами 9, яких приблизно до 4 шт. на канал. У цій зоні проходить обстеження, що дозволяє отримувати реальне зображення зернини на сенсорній відеокамері 10. Відеокамери, скануючи насіння, отримують відповідне відображення світла, і реагуючи на нестандартний відтінок кольору зернини, утворюють електричний сигнал, який йде на процесор 11. Отримавши електричний сигнал від відеокамери, процесор передає сигнал вмикання у роботу ежектора, яке призводить до відкриття його заслінки і, відповідно, потоку повітря, що здуває розпізнаний нестандартний елемент зернового потоку в патрубок відходів 8. Відсепароване чисте зерно через патрубок 7 подається у сховище або відповідну тару.
Оптичні сортувальні машини оснащуються 2048-піксельною CCD камерою, яка забезпечує поліпшену якість і високу деталізацію зображення продукту, що гарантує якісний аналіз і підвищує точність сортування. На деяких моделях оптичних сортувальників встановлені лінійні відеокамери з вмонтованим швидкодіючим модулем обробки зображення на базі двоядерного процесора, які забезпечують формування цифрового зображення з високою роздільною здатністю рівня яскравості, що дозволяє відрізняти ледь помітні відхилення дефекту від еталону. Розмір дефекту, який може виявити високошвидкісна лінійна камера, — 0,5 х 0,2 мм. Кожне зерно в потоці сканується до 15 разів.
Компанією PETKUS розроблено оптичний сортувальним моделі OptoSelector OS900, який оснащений системою викиду домішок із подвійним соплом на кожному жолобі.
Японська корпорація Satake пропонує декілька моделей оптичних зерносортувальників моделей Pikasen Alpha, AlphaScan II, ScanMaster II, Evolution RGB + Shape, RGBS
Pikasen Alpha — повноколірна оптична сортувальна машина для сортування невеликих і середніх партій зерна сої, гороху, зернових культур, кукурудзи. Продуктивність — до 2 т/год.
Фотосепаратор AlphaScan II здатний визначати світлі і темні плями одночасно, має високу продуктивність (до 32 т/год.). Призначений для сортування пшениці, ячменю, жита, гірчичного насіння, вівса тощо.
Фотосепаратор Evolution RGB + Shape використовується для сортування насіння зернобобових і бобових культур. Повноколірний фотосепаратор RGBS має високу продуктивність і може проводити сортування зернових, насіння та інших культур. Він здатний виявляти такі дефекти, як невеликі відмінності кольору, сторонні матеріали і насіння бур’янів тощо.
На світовому ринку також представленні оптичні сепаратори SORTEX S UltraVision™ фірми Buhler AG, NANTA ACE і PUBU KING фірми Daewon, UNIQUE6SXG фірми UNIQUE, а також ряд машин китайських виробників та інші.
Підприємство «Воронежсельмаш» (Росія) продукує оптоволоконні сепаратори зерна і насіння моделей СВ1-СВ4 (рис. 7), принцип роботи яких базується на застосуванні оптоволоконних лазерних технологій сепарації зерна і насіння з метою виявлення зернівок як із зовнішніми, так і з прихованими дефектами, а також можливості проводити спектральний точковий аналіз, який дозволяє визначити склад зерна з метою сортування його на підставі хімічного складу. Він дозволяє сепарувати насіння і зерно не тільки за зовнішніми параметрами, такими як колір, текстура, елементи форми, але й за прихованими внутрішніми ознаками.
Рисунок 7. Загальний вигляд (а) та конструкційно-технологічна схема
лазерного оптоволоконного сепаратора моделі СВ
Принцип лазерного оптоволоконного сепарування зерна та насіння полягає у наступному. Випромінювачі лазерні 1 і 2 створюють світлові промені різної довжини хвиль, які за допомогою оптоволоконної та оптичної систем розгортки 3 перетворюються у плоский світловий потік 4.
З бункерів віброживильника 5 насіння тонким шаром подаються на скатні лотки 6 і 7. Під час сходження з лотків зернівки потрапляють у зону світлового потоку 4. Частина світлового потоку, що пройшов крізь зернівки, фіксується швидкодіючою камерою 8. Пошкоджені хворобами насінини пропускають менше світла, ніж якісне насіння, тому камера 8 фіксує їх як більш темні об’єкти, і за допомогою системи обробки зображення подає сигнал на блок пневмоежекторов 9. Після подачі цього сигналу, через розташовані навпроти не якісних зернівок пневмоежектори, подається повітряний потік, за допомогою якого домішки і частина зернівок направляються у приймач 10 проміжної фракції, а якісне насіння під дією сили тяжіння потрапляє у приймач 11 чистого продукту.
Проміжна фракція в процесі роботи сепаратора направляється у бункери віброживильника 12. Відділення домішок із проміжної фракції здійснюється наступним чином. Лазерні випромінювачі: 13 і 14 за допомогою розгортки 15 створюють плоский світловий потік 16. Із бункерів віброживильника 12 проміжна фракція подається на скатні лотки 17 і 18. Під час сходження із лотків зернівки потрапляють у зону світлового потоку 16. За допомогою камери 19 і блоку 20 пневмоежекторів вибраковуються сильно пошкоджені хворобами насінини і направляються у приймач 21 відходів, а якісне насіння і частина малопошкодженого зерна під дією сили тяжіння спрямовується у приймач 22 умовно-чистого продукту. Фракція умовно-чистого продукту потім направляється у бункер віброживильника 5.
Для сортування насіння зернобобових культур фірма Satake представляє транспортерний оптичний сортувальник моделі RGB CS-Belt (рис. 8), який складається із транспортерної стрічки, приймального бункера, заслінки подачі матеріалу на транспортерну стрічку, розрізнювального ролика, оптичної системи сортування, сенсорного монітора управління, бункерів для очищеного зерна та пошкодженого зерна і домішок.
Рисунок 8. а) загальний вигляд; б) схема технологічного процесу
Оптична система сортування складається із верхньої 5 і нижньої 1 повнокольорових та додаткової 6 камер, верхніх і нижніх флуоресцентних ламп 3, додаткового джерела світла 2 та пневматичного ежектора 3.
Під час виконання технологічного процесу зерно через вхідний отвір подається у бункер-живильник. Звідти воно попадає на стрічковий транспортер. Подача зерна на транспортер регулюється заслінкою, а розрівнювальний ролик розподіляє зерно на всю ширину стрічки. Після сходження зі стрічки під час польоту зерна до місткості для готового продукту відеокамери сканують його з усіх боків і за умови виявлення дефектів подають сигнал до процесора, який керує ежектором. Одержавши сигнал, він спрацьовує і видаляє зерно в бункер для відходів.
На ринку техніки також присутні фотосепаратори стрічкові моделей UNIQUE6SXL-600 та CBA-3600 (рис. 9).
Рисунок 9. Фотосепаратори стрічкові моделей UNIQUE6SXL-600 (а) та CBA-3600 (б)
Василь ДУМИЧ, старший науковий співробітник
Тарас РОЛЬКО, молодший науковий співробітник
Львівська філія УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого
