Experimental Data of the Ear Threshing Process in a Pneumatic Device

Full Text

Введение

В настоящее время насущной проблемой является высокий уровень травмирования семян зерновых культур, в том числе озимой пшеницы, в процессе обмолота [1], что в дальнейшем отрицательно влияет на качество получаемого семенного материала [2; 3]. Значительные механические повреждения зерна получают при взаимодействии с рабочими органами молотильных устройств ударного действия [4; 5]. Это имеет особенно большое значение в ходе селекционных работ по созданию новых сортов зерновых культур, так как при небольшом количестве зерен в каждом исследуемом образце их травмирование отрицательно влияет на результаты и продолжительность таких работ [6].

Результаты исследований [3; 4; 7] доказывают, что совершенствование рабочих органов молотильных устройств, осуществляющих непосредственное ударное воздействие на колос и содержащиеся в нем зерна, не позволяет добиться значительного снижения травмирования зерна и полностью исключить его [8; 9]. Поэтому появилась необходимость разработать новые щадящие способы выделения зерна из колоса, сводящие к минимуму или исключающие непосредственное ударное воздействие подвижных рабочих органов молотильных устройств на зерновки [9–11].

В настоящее время широкое распространение получают зерноуборочные комбайны с аксиально-роторными молотильно-сепарирующими устройствами, в которых зерна практически не подвергаются непосредственному ударному воздействию рабочих органов, а выделяются в результате вытирания колосьев при их перемещении между рабочими поверхностями, образующими молотильный зазор [9; 12; 13]. При этом вследствие интенсивного контакта с рабочими поверхностями зерна подвергаются травмированию, хотя и в меньшей степени, чем в традиционном молотильном аппарате [4; 9].

В последнее время широкое распространение получила комбайновая уборка зерновых методом очеса, при котором в молотильное устройство комбайна поступают лишь колосья без стеблей [4; 9; 14]. В результате молотильный аппарат комбайна оказывается недостаточно загружен, что приводит к повышению травмирования зерна [4; 15]. Это также требует разработки нового способа малотравматичного обмолота колосьев зерновых культур.

Предпосылкой для разработки нового способа обмолота является свойство колосьев растений зерновых культур, заключающееся в том, что чешуи, охватывающие каждое зерно, препятствуют эффективному ударному воздействию на него в процессе обмолота [16; 17]. Поэтому следует разработать способ обмолота, заключающийся в разрушении чешуй колоса или ослаблении их связи с зерновкой. Чтобы при этом снизить травмирование зерна, в ходе его реализации рационально применять не ударное, а контактное воздействие, заключающееся в перекатывании колоса по поверхности деки молотильного устройства, приводящего к частичному истиранию колоса, в результате чего и происходит выделение зерен. Для того чтобы обеспечить движение колоса в нужном направлении и контактное воздействие на него деки, авторами предложено использовать поток воздуха, создаваемый лопастями ротора в молотильной камере. При этом контактное воздействие ротора на колосья заменяется малотравматичным действием воздушной струи.

В данном исследовании эффективность способов обмолота и молотильных устройств оценивалась с точки зрения снижения травмирования зерна, вопросы производительности не рассматривались.

Цель исследования – изучить процесс обмолота колоса пшеницы в пневматическом молотильном устройстве и оценить влияние режимных характеристик устройства на выделение и травмирование зерна.

Обзор литературы

Опыт эксплуатации зерноуборочных комбайнов с традиционным молотильным аппаратом барабанного типа с ударным действием показал, что обмолот зерна в них сопровождается значительным его травмированием [4; 8]. В рамках этого традиционного способа обмолота предлагались различные технические решения для снижения травмирования зерна [9; 11], которые дали лишь небольшой положительный эффект [4; 7; 8]. В результате изучения процесса ударного обмолота исследователи, в частности Ф. Шахбази [7; 18; 19] и М. Лашгари [20], пришли к выводу, что этот метод обмолота исчерпал возможности к совершенствованию, так как при его применении невозможно избежать травмирующего ударного воздействия на зерно [1; 3; 7; 21]. Поэтому стала очевидной необходимость разработки нового малотравматичного способа обмолота колосьев зерновых культур [9; 10; 22].

Такой способ обмолота осуществляют посредством роторных молотильно-сепарирующих устройств с аксиальным и тангенциальным расположением ротора, которые находят все более широкое применение в конструкции зерноуборочных комбайнов [9; 23–26]. В основу этого способа обмолота положено использование эффекта истирания колосьев при перемещении между образующими молотильный зазор рабочими поверхностями и ударами выступающих элементов ротора по колосьям [4; 9; 13; 27]. Теоретические и экспериментальные исследования обмолота зерна в роторных молотильно-сепарирующих устройствах проводили П. И. Миу [27], К. О. Осуэке [28], Л. Сюй и И. Ли, [29; 30], С. Хуань-Удом. В частности, П. И. Миу была разработана математическая модель движения зерна в аксиальном роторном молотильном устройстве [28]. К. О. Осуэке приведена модель воздействия трения и ударов на зерно в роторном молотильном устройстве [27]. С. Хуань-Удом исследовал влияние параметров аксиального роторного молотильном устройства на дробление зерна [31]. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований было установлено, что роторные молотильные устройства обеспечивают снижение травмирования зерна [4; 8; 9; 31]. Однако такое снижение является недостаточным, в частности, оно не обеспечивает получение качественного семенного материала при создании новых сортов зерновых культур [32; 33]. Многочисленные технические решения по усовершенствованию роторных молотильных устройств не привели к значительному уменьшению травмирования зерна [13; 34–36].

Таким образом, анализ литературных источников подтвердил необходимость разработки нового малотравматичного способа выделения зерна из колоса и устройства для его осуществления.

Материалы и методы

Оригинальная экспериментальная установка (рис. 1) представляет собой пневматическое молотильное устройство [37].

 

 

 

 

Рис. 1. Экспериментальное пневматическое молотильное устройство (общий вид):
1 – привод ротора; 2 – загрузочный бункер; 3 – цилиндрический корпус;
4 – емкость для сбора зерна; 5 – отвод камеры пониженного давления; 6 – осадительная камера;
7 – емкость для сбора легкой фракции; 8 – центробежный вентилятор

 

Fig. 1. Experimental pneumatic threshing device (general view): 1 – rotor drive; 2 – load bunker;
3 – cylindrical case; 4 – capacity for grain collection; 5 – branch of the reduced pressure chamber;
6 – settling chamber; 7 – capacity for light-load fraction collection; 8 – centrifugal fan

 

 

Молотильное устройство включает цилиндрический корпус, содержащий молотильную камеру и ротор с четырьмя лопастями. В верхней части корпуса размещен загрузочный бункер. В нижней части цилиндрического корпуса под молотильной камерой и ротором установлено решето, под которым находится разгрузочная камера, соединенная с емкостью для сбора обмолоченного зерна. Зазор между краем деки и решетом составляет 25 мм.

Ротор состоит из вертикального вала, на котором перпендикулярно его оси неподвижно закреплены верхний и нижний диски (рис. 2). Диски соединены стойками, к которым прикреплены держатели, на концах которых на равном расстоянии друг от друга установлены четыре лопасти. Лопасти установлены таким образом, что они не закрыты дисками ротора. Лопасти представляют собой изогнутые в направлении вращения ротора гладкие пластины с покрытием из полимерного материала.

 

 

 

 

Рис. 2. Продольный разрез экспериментального пневматического молотильного устройства:
1 – камера для сбора зерна; 2 – решето; 3 – отвод камеры пониженного давления;
4 – камера пониженного давления (вакуумная рубашка); 5 – цилиндрический корпус; 6 – дека;
7 – загрузочный бункер; 8 – ротор; 9 – лопасть; 10 – диск ротора

Fig. 2. Longitudinal section of experimental pneumatic threshing device: 1 – chamber for grain collection;
2 – sieve; 3 – branch of the reduced pressure chamber; 4 – reduced pressure chamber (vacuum jacket);
5 – cylindrical case; 6 – concave; 7 – load bunker; 8 – rotor; 9 – blade; 10 – rotor’s disc

 

 

Внутри цилиндрического корпуса молотильного устройства размещена дека, профиль поверхности которой представляет собой периодическое чередование выступов и впадин (рис. 2; 3). Дека выполнена из полимерного материала. Зазор между декой и внутренней поверхностью корпуса составляет 45 мм. Между внутренней поверхностью корпуса и декой размещена камера пониженного давления (вакуумная рубашка).

 

 

 

 

Рис. 3. Экспериментальное пневматическое молотильное устройство (вид изнутри):
1 – лопасть; 2 – ротор; 3 – дека из пластика; 4 – камера пониженного давления (вакуумная рубашка)

Fig. 3. Experimental pneumatic threshing device (inside view): 1 – blade; 2 – rotor;

3 – plastic concave; 4 – reduced pressure chamber (vacuum jacket)

 

 

В ходе экспериментов зазор между краем лопасти и выступами деки составлял 16 мм.

Камера пониженного давления (вакуумная рубашка) соединена отводом с осадительной камерой, которая в свою очередь соединена с центробежным вентилятором. В осадительной камере размещена емкость для сбора легкой незерновой фракции. Пониженное давление воздуха в вакуумной рубашке и отводе создается центробежным вентилятором.

В ходе экспериментальных исследований срезанные вручную колосья безостой озимой пшеницы сорта «Лучезар» помещали в загрузочный бункер молотильного устройства. Суммарная масса колосьев в каждом опыте составляла 1000 г [38; 39].

Регулировка частоты вращения ротора молотильного устройства осуществлялась частотным преобразователем.

В процессе работы экспериментального молотильного устройства колосья из загрузочного бункера по патрубку поступают в молотильную камеру. Выходное отверстие патрубка размещено таким образом, что зерна поступают в зону между декой и поверхностью верхнего диска ротора. В молотильной камере колосья увлекаются вихревым потоком воздуха, создаваемым лопастями ротора, во вращательное движение вдоль поверхности деки (рис. 4).

 

 

 

Рис. 4. Схема молотильной камеры экспериментальной установки: 1 – корпус; 2 – дека;
3 – камера пониженного давления (вакуумная рубашка); 4 – молотильная камера; 5 – ротор;
6 – лопасть; z – зазор между лопастью и декой

 

Fig. 4. Scheme of the threshing camera of the experimental device: 1 – case; 2 – concave;
3 – reduced pressure chamber (vacuum jacket); 4 – threshing chamber; 5 – rotor;
6 – blade; z – clearance between the blade and a concave

 

 

Обмолот колосьев в молотильном устройстве производится при взаимодействии колоса и деки, осуществляемом под чередующимся действием высокого и низкого давления воздуха, создаваемого лопастями. При вращении ротора перед лопастями создается повышенное давление воздуха, под действием которого колосья прижимаются к деке, одновременно передвигаясь вдоль нее. При этом происходит взаимодействие колоса с ее выступами и впадинами, заключающееся в его истирании, в результате которого происходит разрушение связей зерен с колосом и выделение их из него. При прохождении лопасти мимо прижатого к деке колоса он находится в зазоре между ними и не подвергается ударному воздействию. Позади лопастей создается пониженное давление воздуха, под действием которого колосья отдаляются от деки. Чередование действия повышенного и пониженного давления воздуха на колосья происходит непрерывно вплоть до разрушения колоса и выделения из него всех зерен. Таким образом, непосредственно в процессе обмолота зерна почти не подвергаются прямому ударному воздействию подвижного рабочего органа (лопасти).

Выделенное из колосьев зерно под действием силы тяжести через решето поступает в разгрузочную камеру и далее в емкость для сбора зерна. Частицы легкой незерновой части колосьев под действием создаваемого центробежным вентилятором пониженного давления воздуха перемещаются в вакуумную рубашку, откуда всасываются в отвод и поступают по нему в осадительную камеру, где осаждаются в емкости для сбора легкой фракции. Интенсивность воздушного потока, создаваемого центробежным вентилятором, значительно превышает интенсивность воздушного потока, создаваемого лопастями ротора, благодаря чему обеспечивается устойчивое перемещение легкой незерновой части колосьев в вакуумную рубашку и далее в отвод и осадительную камеру.

Величина зазора z = 16 мм между краем лопасти и вершиной выступа деки в данном исследовании обоснована тем, что она больше, чем толщина колосьев безостой озимой пшеницы (не более 15 мм), благодаря чему колосья не защемляются в зазоре и практически не подвергаются ударам лопастей в процессе обмолота, что снижает травмирование зерна. Для остистой озимой пшеницы и других зерновых культур может быть установлена иная величина зазора.

Следует отметить, что на начальном этапе обмолота при попадании в молотильную камеру до начала установившегося движения вдоль деки под действием воздушного потока колосья могут подвергаться единичным ударам лопастей ротора. Также нельзя полностью исключить возможность случайных единичных ударных воздействий лопасти на колос в процессе обмолота. Имеющимися в распоряжении авторов техническими средствами невозможно было точно оценить вклад в травмирование зерна именно ударных воздействий лопастей. Поэтому оценивалось травмирование зерен в целом в результате применения пневматического метода обмолота. Для уменьшения травмирования зерна при возможных ударах лопастей последние имели покрытие из полимерного материала.

Процесс разрушения колосьев в молотильной камере при пневматическом обмолоте фиксировали для последующего изучения с помощью скоростной видеосъемки. Видеосъемку производили высокоскоростной камерой Evercam 1000-4-С с цветным сенсором. Режим видеосъемки: разрешение 1280×800 пикселей, частота кадров 1000 к/с. Видеокамеру и источник света для нее (светодиодная лампа в ударопрочной колбе) размещали в наклонной камере для сбора зерна (рис. 2) таким образом, чтобы видеокамера снизу фиксировала процессы, происходящие в молотильной камере. При этом для удобства видеосъемки временно удаляли решето. Данные с видеокамеры по кабелю передавали на компьютер и записывали на его жесткий диск.

Целью проведения высокоскоростной видеосъемки было последующее визуальное изучение сохраненных видеозаписей фактического процесса пневматического обмолота колосьев и сравнение его с теоретически предсказанным без численного определения параметров. При проведении же опытов по установлению точных значений травмирования зерна при пневматическом обмолоте видеосъемка не производилась.

Было проведено 5 серий опытов, в каждом из которых при помощи частотного преобразователя устанавливали определенное значение частоты вращения ротора и, соответственно, линейной скорости движения лопасти. Частоту вращения ротора варьировали в диапазоне 402…732 об/мин (6,7…12,2 Гц), линейную скорость движения его лопасти соответственно изменяли в диапазоне 13,5…24,6 м/с. Каждый опыт осуществлялся в трех повторностях.

После завершения каждого опыта выделенные зерна подвергали визуальному осмотру при помощи стереомикроскопа Soptop SZX12 для определения наличия травмирования [40], то есть дробления зерна, повреждения его зародыша, а также повреждения эндосперма [41; 42]. Показатели травмирования и дробления зерна определялись по общепринятой в семеноводстве методике В. В. Гриценко и З. М. Калошиной¹.

Основной целью экспериментальных исследований было определение показателей травмирования и дробления зерна при применении разработанного способа пневматического обмолота и молотильного устройства для его осуществления в сравнении с традиционными способами обмолота. Поэтому изучалось лишь выделенное в процессе обмолота и собранное в емкости для его сбора зерно на наличие травмирования и дробления, а также на наличие примеси легкой незерновой части колосьев в выделенном зерне. Определялся сам факт наличия эффективного разделения зерновой и легкой незерновой частей колосьев в экспериментальном молотильном устройстве без численной оценки потерь зерна, выводимого в циклон вместе с легкими частицами.

Результаты исследования

В результате выполненных экспериментальных исследований установлено, что процесс пневматического обмолота колосьев озимой пшеницы протекает успешно и дает удовлетворительные результаты.

Визуальное изучение видеозаписей скоростной видеосъемки процесса работы экспериментального пневматического молотильного устройства (рис. 5) показало, что происходящий в молотильной камере фактический процесс обмолота колоса пшеницы совпадает с теоретически предсказанным и протекает в соответствии с положениями, принятыми при конструировании данного молотильного устройства.

 

 

 

Рис. 5. Процесс обмолота колоса пшеницы в пневматическом молотильном устройстве:
a) действие на колос области высокого давления воздуха; b) разрушение колоса при
взаимодействии с декой; c) действие на колос области низкого давления воздуха

 

Fig. 5. Threshing process of wheat ears in the pneumatic threshing device: a) action on an ear of area
the air high pressure; b) ear destruction in case of interaction with a concave;

c) action on an ear of area the air low pressure

 

 

На рисунке 5a показано действие на колос пшеницы области высокого давления воздуха перед движущейся лопастью ротора, заключающееся в том, что колос под его действием перемещается к деке и прижимается к ней.

На рисунке 5b показано разрушение колоса, наступающее при его перемещении вдоль деки под действием высокого давления и взаимодействия с ее выступами и впадинами, в результате которого происходит выделение из него зерен и разделение его на части.

На рисунке 5c показано действие на колос области низкого давления воздуха позади движущейся лопасти, заключающееся в том, что части колоса отдаляются от деки.

Затем цикл воздействия на колос, показанный на рисунке 5, повторяется и продолжается до полного его разрушения и выведения выделенных зерен и незерновой части колосьев из молотильной камеры в соответствующие емкости молотильного устройства.

При изучении видеозаписей установлено, что зерна в процессе пневматического обмолота практически не подвергаются непосредственному ударному воздействию со стороны лопастей ротора. Единичные ударные воздействия лопастей на колос и содержащиеся в нем зерна происходят в основном на начальном этапе обмолота в момент поступления колосьев в молотильную камеру.

Изучение видеозаписей также показало, что в процессе обмолота не исключена возможность ударного воздействия лопастей на колосья, причем ее вероятность повышается при увеличении скорости движения лопастей.

Установлено, что выделение зерен из колоса в процессе пневматического обмолота в основном происходит при контактном взаимодействии колосьев с негладкой поверхностью деки, а не в результате ударов по ним лопастей.

Результаты экспериментальных исследований процесса пневматического обмолота колосьев озимой пшеницы представлены в таблице 1.

 

Таблица 1 Результаты экспериментальных исследований процесса пневматического обмолота колосьев озимой пшеницы

Table 1 Experimental data of the pneumatic threshing process of winter wheat ears

 

Частота электрической сети, Гц / Electrical network frequency, Hz	Частота вращения ротора, об/мин / Rotor speed, rpm	Линейная скорость лопасти ротора, м/с /Linear rotor blade speed, mps	Доля дробленого зерна, % (по массе) / Fraction of breakage grain, % (on weight)	Доля травмированного зерна, % (количество зерен) / Fraction of damaged grain, % (grains quantity)
				Поврежден   зародыш / Germ damage	Поврежден     эндосперм / Endosperm damage
40	732	24,6	10	10	63
36	660	22,1	4	6	59
32	588	19,7	2	2	44
28	510	17,2	0,5	1	37
22	402	13,5	0,2	0	23

 

 

Анализ результатов экспериментов показывает, что травмирование и разрушение зерна максимальны при наибольшей скорости движения лопастей ротора и, соответственно, скорости движения колосьев в молотильной камере и снижаются при ее уменьшении. Особенно значительно доля травмированного зерна и доля дробленого зерна снижаются при линейной скорости лопасти менее 20 м/с.

На рисунке 6 представлен график зависимости доли зерна с повреждением зародыша и доли дробленого зерна от линейной скорости лопасти при пневматическом обмолоте колосьев озимой пшеницы. Данный график показывает, что максимальные значения показателей повреждения зерна наблюдаются при максимальной линейной скорости движения лопастей ротора 24,6 м/с. При снижении скорости движения лопастей снижается и травмирование зерна. При минимальной скорости движения лопасти 13,5 м/с доля зерна с повреждением зародыша и доля дробленого зерна снижаются практически до нуля.

 

 

 

Рис. 6. Зависимость доли зерна с повреждением зародыша и доли дробленого зерна от линейной
скорости лопасти при пневматическом обмолоте колосьев озимой пшеницы:
V – линейная скорость лопасти ротора; D – доля дробленого зерна;
Tz – доля зерна с повреждением зародыша

 

Fig. 6. Relationship of fraction of grain with germ damage and fraction of breakage grain in case
of the pneumatic threshing of winter wheat ears: V – linear rotor blade speed;
D – fraction of breakage grain; Tz – fraction of grain with germ damage

 

 

Анализируя представленные на графике (рис. 6) результаты экспериментов, можно сделать вывод, что диапазон линейной скорости движения лопасти 13,5…20 м/с является наиболее благоприятным для пневматического обмолота зерна с точки зрения снижения травмирования его зародыша и уменьшения дробления зерна. Меньшие значения скорости движения лопасти принимать нерационально, так как в таком случае не обеспечивается эффективное взаимодействие колоса и деки вследствие недостаточной величины повышенного давления воздуха, создаваемого лопастями ротора.

При пневматическом обмолоте колосьев пшеницы доля зерна с повреждением эндосперма также снижалась при уменьшении линейной скорости лопасти (рис. 7).

 

 

 

 

Рис. 7. Зависимость доли зерна с повреждением эндосперма от линейной скорости лопасти
при пневматическом обмолоте колосьев озимой пшеницы: E – доля зерна с повреждением
эндосперма; V – линейная скорость лопасти ротора

 

Fig. 7. Relationship of a fraction of grain with endosperm damage from the line speed of the blade
in case of the pneumatic threshing of winter wheat ears: E – fraction of grain with endosperm damage;
V – linear rotor blade speed

 

 

Минимальное значение доли зерна с повреждением эндосперма при минимальной скорости лопасти 13,5 м/с составило 23 %. В диапазоне скоростей движения лопасти 13,5…20 м/с значения доли зерна с повреждением эндосперма составили 23…45 %. Значения доли зерен с повреждением эндосперма более 30 % являются достаточно высокими, поэтому рациональный диапазон линейной скорости движения лопасти следует сузить до 13,5…15 м/с.

Сравнение доли травмированного и дробленного зерна при пневматическом обмолоте с долей такого зерна при традиционном комбайновом обмолоте показало, что исследуемый способ обмолота обеспечивает снижение травмирования зерна. В частности, доля зерна с повреждением эндосперма при исследуемом способе обмолота в среднем на 10…12 % меньше, чем при обмолоте современным зерноуборочным комбайном. Доля дробленого зерна при пневматическом обмолоте соответствует его доле после обмолота современными комбайнами. Доля зерна с повреждением зародыша в среднем на 5 % меньше, чем при обмолоте существующими молотильными устройствами комбайнов. Особенно важно то, что при минимальной скорости движения лопастей 13,5 м/с травмирования зародыша и дробления зерна практически не наблюдается. Это позволяет значительно повысить эффективность селекционного процесса за счет увеличения сохранности и всхожести ценного семенного материала. 

Также установлено, что в результате пневматического обмолота на экспериментальной установке происходит эффективное разделение зерновой и легкой незерновой частей колосьев, которые накапливаются в соответствующих емкостях экспериментальной молотильной установки (рис. 8).

 

 

 

 

 

Рис. 8. Разделение зерновой и незерновой частей колосьев в результате пневматического обмолота

 

Fig. 8. Partition of a grain and not grain fraction of ears as a result of the pneumatic threshing

 

 

Исследование зерна, выделенного из колосьев и собранного в соответствующую емкость экспериментальной молотильной установки, показало, что способ пневматического обмолота обеспечивает эффективное отделение легкой незерновой фракции от зерен (рис. 9).

 

 

Рис. 9. Зависимость доли легкой незерновой фракции в общей массе выделенного зерна от линейной скорости

лопасти при пневматическом обмолоте колосьев озимой пшеницы:

S – доля легкой незерновой фракции в общей массе выделенного зерна;  V – линейная скорость лопасти ротора

Fig. 9. Relationship of a light-load not grain fraction in lump of the selected grain on the line speed
of the blade in case of the pneumatic threshing of winter wheat ears:

S – light-load not grain fraction in lump of the selected grain; V – linear rotor blade speed

 

Установлено, что при уменьшении линейной скорости лопасти ротора доля неотделенных легких незерновых частиц в общей массе выделенного зерна увеличивается, достигая максимума при минимальном значении скорости 13,5 м/с. Однако достигнутые значения этого показателя в пределах 2…5,5 % являются приемлемыми для селекционных работ. Увеличение этого показателя до 5,5 % при снижении скорости лопастей компенсируется происходящим при этом значительным снижением травмирования и дробления зерна.

Обсуждение и заключение

В результате экспериментальных исследований установлено, что процесс пневматического обмолота колосьев пшеницы протекает успешно и дает удовлетворительные результаты, обеспечивая снижение травмирования эндосперма зерна на 10…12 %. Травмирование же зародыша зерна снижается на 5 %, практически исключая его. Дробление зерна при минимальной скорости лопастей ротора составило не более 0,5 %.

Сопоставление доли травмированного и дробленного зерна в общем его количестве при пневматическом обмолоте с долей поврежденного зерна при традиционном комбайновом обмолоте показало, что предлагаемый способ обмолота обеспечивает снижение травмирования.

Минимальное травмирование и дробление зерна при пневматическом обмолоте наблюдалось при минимальной линейной скорости движения лопастей ротора 13,5 м/с. Рациональный диапазон линейной скорости движения лопастей ротора составляет 13,5…20 м/с. Меньшие значения скорости движения лопасти принимать нерационально, так как при этом не обеспечивается эффективное взаимодействие колоса и деки по причине недостаточной величины повышенного давления воздуха, создаваемого лопастями ротора.

Снижение травмирования достигается тем, что зерна в процессе обмолота практически не подвергаются непосредственному ударному воздействию со стороны рабочих органов молотильного устройства, в данном случае – лопастей ротора. Единичные ударные воздействия лопастей на колос и содержащиеся в нем зерна происходят в основном при поступлении колосьев в молотильную камеру до начала их установившегося движения в процессе обмолота.

Установлено, что выделение зерен из колоса в основном происходит при контактном взаимодействии колосьев с поверхностью деки, а не в результате ударов лопастей.

Выделение зерен из колоса происходит при контактном взаимодействии колосьев с негладкой поверхностью деки под действием потока воздуха, при этом зерна подвергаются меньшему механическому воздействию, чем в традиционных молотильных устройствах с ударными рабочими органами.

Уменьшение травмирования зерна достигается также тем, что поверхности лопастей и деки изготовлены из полимерного материала, что обеспечивает снижение контактных воздействий на зерно по сравнению со стальными рабочими органами.

Однако доля зерна с повреждением эндосперма, выделенного в результате пневматического обмолота, хотя и ниже, чем при традиционном обмолоте, но все еще достаточно высока – 23 % при минимальной скорости лопасти 13,5 м/с, что требует дальнейшего совершенствования молотильного устройства для осуществления предлагаемого способа обмолота.

Установлено, что в результате пневматического обмолота на экспериментальном молотильном устройстве происходит эффективное разделение зерновой и легкой незерновой частей колосьев. Но при этом уменьшение линейной скорости лопасти, эффективное с точки зрения снижения травмирования зерна, приводит к небольшому увеличению содержания легкой незерновой фракции в общей массе выделенного зерна. В ходе дальнейшего исследования доля легкой незерновой фракции в выделенном зерне может быть минимизирована включением в состав пневматического молотильного устройства узла для дополнительного провеивания выделенного в молотильной камере зерна.

Применение разработанного способа пневматического обмолота и соответствующего молотильного устройства позволит снизить травмирование зерна колосовых культур при обмолоте, что особенно важно при селекционных работах, так как позволит увеличить выход ценного селекционного материала. Принцип пневматического обмолота может быть положен в основу разработки нового малотравматичного молотильного аппарата для комбайнов, убирающих зерновые только методом очеса.

 

 

¹           Гриценко В. В., Калошина З. М. Семеноведение полевых культур. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1984. 272 с.

 

About the authors

Oleg N. Bakhchevnikov

Agricultural Research Center “Donskoy”

Author for correspondence.
Email: oleg-b@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-3362-5627
Scopus Author ID: 57202648620
ResearcherId: S-3312-2016

Researcher of Plant Production Processing Department,Ph.D. (Engineering)

Russian Federation, 3 Nauchnyy Gorodok St., Zernograd 347740

Viktor I. Pakhomov

Agricultural Research Center “Donskoy”

Email: vniptim@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8715-0655
ResearcherId: Y-7085-2019

Vice Director for Science for Mechanization and Electrification, D.Sc. (Engineering)

Russian Federation, 3 Nauchnyy Gorodok St., Zernograd 347740

Sergey V. Braginets

Agricultural Research Center “Donskoy”

Email: sbraginets@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7137-5692
ResearcherId: Y-6307-2019

Leading Researcher of Plant Production Processing Department, Ph.D. (Engineering)

Russian Federation, 3 Nauchnyy Gorodok St., Zernograd 347740

Elena V. Benova

Agricultural Research Center “Donskoy”

Email: ruhlada1990@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7456-3514
ResearcherId: Y-6315-2019

Senior Researcher of Plant Production Processing Department, Ph.D. (Engineering)

Russian Federation, 3 Nauchnyy Gorodok St., Zernograd 347740

Artem I. Rukhlyada

Agricultural Research Center “Donskoy”

Email: ruhlada1990@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2597-0818

Junior Researcher of Plant Production Processing Department

Russian Federation, 3 Nauchnyy Gorodok St., Zernograd 347740

References

Supplementary files