Вікторія Опалко, ст. викладач, Руслан Шатров, канд. техн. наук, доцент, Анатолій Шиш, канд. екон. наук, доцент, НУБіП, Віктор Марченко, канд. техн. наук, Agroexpert (Україна)
Травмування зерна – це насамперед погіршення його якості та характеристик зберігання, а також зниження продовольчих, технологічних і посівних властивостей.
Безпосередньою причиною травмування зерна є збиральні, очисні й сортувальні машини, транспортери всіх видів та сушарки. Згідно з спостереженнями, в середньому 70% зерна травмується комбайном, до 25% – навантажувально-розвантажувальними й очисними машинами і 5% – у природних умовах.
Пошкоджується зерно здебільшого під час післязбиральної обробки, тобто під час очищення й сортування, але найбільше якість зерна знижується під час транспортування в зерносховищах. За даними досліджень, понад 50% від загальної кількості травмованих зернин пошкоджується під час навантажувально-розвантажувальних та транспортних операцій. На частку самопливних труб припадає понад 30% пошкоджень зерна, а ще 20% травмується технологічним обладнанням.
Механічні пошкодження зерна небезпечні не лише тим, що травмуються зародки насіння або зменшуються запаси поживних речовин у ендоспермі, а передусім тим, що вони є так званими лазівками, через які хвороботворні мікроорганізми легко проникають усередину зерна й ушкоджують тканини.
Травмування зерна небезпечне тим, що його наслідки виявляють не відразу. Оскільки здебільшого воно має прихований характер, часто припускають інші причини зниження врожаю. Слід запобігати механічному травмуванню зерна, позаяк воно інтенсивніше дихає, ніж ціле, що створює умови для самозігрівання й активної діяльності мікроорганізмів.
У сухого зерна головним ушкодженням вважають тріщини, а у вологого – вм’ятини. Глибина пошкодження зернин має більше значення, ніж його місцезнаходження. Також пошкоджуються мікроканали зерна, після чого вони стають сплюснені. Погіршується якість зберігання такого зерна, а також зменшується сам термін надійного зберігання. До того ж ускладнюється процес його сушіння та активного вентилювання – як наслідок, воно пріє.
Додаткове механічне травмування зерна у вигляді тріщин і зморшок відбувається під час його сушіння внаслідок контакту з робочими органами сушарки та впливу теплоносія через зміну вологості. Особливо легко травмується під час сушіння зерно кукурудзи, соняшнику й зернобобових.
Завантаження зерна в різні місткості для зберігання напряму пов’язане з його ушкодженням за динамічного контакту зі стінками або днищем. Зокрема, збільшення висоти падіння на бетонну поверхню з 12 до 30 м призводить до підвищення кількості травмованого зерна більше ніж удесятеро. Відтак, аби зменшити кількість пошкодженого зерна, доцільно залишити в силосі певну кількість збіжжя, що пом’якшить падіння наступних партій зерна.
Травмування насіннєвого зерна
За агротехнічними вимогами, механічне пошкодження насіннєвого зерна не має перевищувати 1%. Утім, здебільшого воно становить 2–10%. Якщо рахувати, що кожен відсоток травм у посівному матеріалі знижує врожайність на 4–6 і до 10 кг/га, то стає очевидним, до якого значного недобору врожаю призводить травмування насіння. Загальні втрати з кожного гектара посіву зернових унаслідок сівби травмованим насінням становлять 2–3 ц, а в цілому по Україні – щонайменше 2 млн. т зерна щорічно.
Негативний вплив робочих органів транспортного обладнання на зерно полягає не лише в тому, що вибраковується значна маса збіжжя. Якщо в посівному матеріалі травмованого зерна буде 50%, то схожість посівів знижується до рівня менше 90%, і дорогий посівний матеріал доводиться використовувати для продовольчих або кормових цілей.
Травмоване насіння дає ослаблені паростки, що знижує польову схожість і в подальшому пригнічує ріст та розвиток рослин. Пошкодження зародка негативно впливає на паросток – він втрачає орієнтацію й закручується. У місці пошкодження розвиваються збудники хвороб, що часто призводить до загибелі насіння взагалі. Сильно травмоване насіння дає врожай у 2–3 рази менший, ніж здорове. Приблизно половина ушкодженого насіння, яке було висіяне, попросту гине, а з решти – розвиваються ослаблені рослини, продуктивність яких значно нижча.
Завдання післязбиральної обробки – відібрати найбільш життєздатні зерна й знайти спосіб поліпшення їхньої якості. Щоб довести насіння до високих посівних кондицій, досить часто господарства декілька разів пропускають зернову масу через сортувальні машини. При цьому встановлено, що один пропуск через навантажувач травмує від 2 до 9% зерна. Після таких обробок загальне травмування насіння може досягати 100%, а польова схожість може знизитися до 40%.
Зернотранспортне обладнання
Виробники машин для очищення, сортування й сушіння зерна, а також механізмів для його транспортування насамперед надають перевагу таким технічним характеристикам, як висока продуктивність та надійність роботи обладнання, і зовсім мало приділяють уваги технологічній проблемі травмування зерна. Саме цим пояснюється наявність на ринку техніки для післязбиральної обробки зерна машин, які значною мірою травмують зерно. Йдеться про зерномети, пневматичні, шнекові та скребкові транспортери, норії тощо.
Власне, зерномети значно травмують зерно: залежно від відстані перекидання зернової маси, травмування становить від 11 до 17%. Зерноочисні та сортувальні машини травмують від 3,4 до 8,4% зерна, пневмотранспортери – до 7,2%, норії – до 7,4%, шнекові транспортери – від 4,7 до 8,6%, скребкові транспортери – до 1,5%, самопливні трубопроводи – до 1,6%.
Зерномети. Виходячи з паспортних даних зернометів, вони виконують переміщення зерна на довжину до 25 м та на висоту до 8 м. Шляхом дослідження встановили, що для забезпечення таких параметрів переміщення зернина набирає швидкості польоту близько 35 м/с.
Але й у зернометах, які мають набагато нижчі показники переміщення, ступінь травмованості зерна досить висока. Механічні пошкодження зерен пшениці виникають уже за швидкості польоту 6 м/с. Характерно, що навіть удар насіння з великою швидкістю по гумовій поверхні не зменшує рівня пошкодження. А в найпростіших та менш продуктивних зернометах реальна швидкість польоту зерна становить не менше 9 м/с. Нижчої швидкості польоту зернин досягти не вдається, адже тоді переміщення зернин буде неможливе. Попросту кажучи, зерномет не працюватиме. Напряму це пов’язано зі швидкістю, за якої потік повітря зможе підняти кожну зернину з купи. Для пшениці ця швидкість перебуває в діапазоні 8,5–11,5 м/с.
Тож як би конструктори зернометів не намагалися створювати робочі органи, які б якомога «ніжніше» діяли на зерно та надавали йому необхідного прискорення, досягти цього не вдається. Тому переважна більшість господарств використовують зерномети лише для транспортування товарного зерна. Ці машини вкрай небажано застосовувати для насіннєвого матеріалу, тому що вони сильно травмують зерно.
Норії. Норія, як обладнання для вертикального переміщення зерна, є обов’язковою складовою всіх зерноочисних, сортувальних та сушильних машин. Унаслідок збільшення виробництва зерна виникла потреба підвищення продуктивності всього зернообробного обладнання, в тому числі й норій. Аби підвищити їхню продуктивність, конструктори збільшили швидкість руху стрічки з ковшами від 2,2 до 4,0 – 5,0 м/с. Завдяки проведеним дослідженням встановлено, що кожне переміщення зерна злакових культур (пшениця, ячмінь, овес тощо) через норію збільшує його травмування від 2 до 5%. Ще гірше за транспортування норіями зерна культур, схильних до травмування (горох, соя, кукурудза, соняшник тощо). Зокрема, кількість пошкоджень, завданих норією під час транспортування насіння соняшнику, становить 2,5%, а зерна кукурудзи – до 7%.
Утім, за своїм конструктивним виконанням норія не може не травмувати зерно. Під час завантаження ковші норії б’ють зерно зі швидкістю, яка перевищує швидкість руху стрічки, тож слід брати до уваги збільшену лінійну швидкість ковша внаслідок обертання стрічки на барабані. Швидкість руху стрічки з ковшами зменшити неможливо, оскільки заповнений ківш не викине зерно, а просто зсипле його в канал, яким рухаються ковші вниз. Зерно вивантажується під дією відцентрової сили під час обертання стрічки на верхньому барабані. Завдяки тому, що ківш під час вивантаження має більший радіус повороту, кожна зернина зіштовхується з відбійною плитою головки, маючи лінійну швидкість, яка вища за швидкість руху стрічки. Саме тому норія більше травмує зерно у верхній частині за вивантаження, ніж унизу під час його завантаження.
Крім того, аби підвищити надійність та довговічність роботи агрегату деякі елементи конструкції виконують із матеріалів підвищеної міцності. Зокрема, місце удару зерна об головку норії після вивантаження його ковшем виготовлено з високолегованої сталі. Таким чином, термін роботи норії збільшується, але значно зростає відсоток пошкодженого зерна внаслідок удару об надто тверду поверхню.
Пневмотранспортери. Транспортування зерна пневмотранспортерами відбувається завдяки перепаду тиску на вході та на виході з каналу, яким переміщується зерно. Зазвичай це труби, поперечний перетин яких утворює концентричне коло. У пневмотранспортерах на зерно діють сила динамічної дії повітряного потоку, тяжіння та сили інерції. Для того, аби зерно в каналі переміщувалося, необхідно, щоб швидкість потоку, як мінімум, удвічі перевищувала швидкість, за якої зерно «парить». Для зерна різних культур ця швидкість неоднакова. Наприклад, для пшениці вона становить приблизно 11,5 м/с, сої – 15,5, кукурудзи – 17,0 м/с. Сумарний опір стінок каналів та поверхні кожної зернини потребує вентиляторів високого тиску для роботи пневмосистем, які транспортують зерно.
Травмування зерна пневмотранспортерами відбувається під час його тертя об стінки каналів, коли швидкість його переміщення становить приблизно 25 м/с і вище. Значною мірою на механічне пошкодження зерна впливає довжина пневмоканалу та його конфігурація, тобто кількість місць, де зерно змінює напрямок руху. Вкрай небажаними є згини на 90°, де зерно під дією центробіжних сил б’ється та треться об стінки коліна, а також одне об одне.
Шнекові транспортери. Завдяки відносно простій конструкції та зручності у використанні шнекові транспортери набули широкого поширення як для горизонтального переміщення зерна, так і під певним кутом. Основне травмування зерна шнековими транспортерами відбувається внаслідок потрапляння його в зазор між зовнішньою крайкою гвинтової лінії та кожухом, а також тертя зерен об витки шнека та об кожух.
Травмування зерна шнеками суттєво залежить від частоти його обертів, зазору між крайкою поверхні витків та кожухом, а також від наявності вм’ятин, які інколи можуть бути на кожусі через недбалу експлуатацію машини.
Компанії-виробники обладнання для післязбиральної обробки зерна, які використовують шнекові транспортери, намагаються мінімізувати пошкодження зерна під час його переміщення. Зокрема, з цією метою до зовнішньої крайки гвинтової лінії витків навіть прикріплювали полімерні щітки. Втім, дослідження довели протилежне – насіння такими шнеками травмується сильніше, ніж стальними, тому що щітка захоплює зернину і вона треться об кожух на всьому шляху транспортування.
Скребкові транспортери. Ланцюгові скребкові транспортери – найпоширеніші пристрої для переміщення зерна горизонтальною площиною. Найбільше травмування зерна такими транспортерами відбувається внаслідок його пересування металевими жолобами, а також бетонною чи асфальтовою поверхнею, тому що коефіцієнт тертя зерна цими поверхнями приблизно вдвічі вищий, ніж стальною. Нерівності поверхні такого покриття мають приблизно такий самий розмір, як і зерно.
Шляхи зниження травмування зерна
Травмування зерна під час навантажувально-розвантажувальних та транспортних робіт можна значно знизити. Зокрема, за транспортування збіжжя самопливом потрібно слідкувати за тим, аби заповнюваність зерном проводів була не менше 60%, бо за вільного падіння зерно небезпечніше, частіше та сильніше вдаряється. Технологічна схема переміщення насіння та розташування обладнання мають забезпечувати якомога меншу висоту і кількість підйомів та падінь зерна, а також число перепадів у технологічній лінії. Місця вигинів і поворотів мають бути покриті матеріалами з пружними властивостями, наприклад м’якими полімерами або гумою.
Для зменшення механічних втрат і травмування зерна кількість його переміщень зводять до мінімуму, регулюють роботу зерноочисних машин і транспортних механізмів так, аби травмування було мінімальним, що сприятиме скороченню втрат унаслідок зменшення розпилення.
Виконувати всі зерноочисні та сортувальні роботи потрібно лише за позитивної температури навколишнього повітря. Встановлено, що міцність зернівки зі зниженням температури зменшується, і вона стає більш крихкою. За температури нижче 0°С зерно стає ламким. Обробка зерна взимку призводить до значного травмування насіння і погіршення його посівних властивостей. Сортування пшениці за мінусової температури збільшує травмування на 50%, жита – на 40%, а схожість знижується в середньому на 20%.
Під час очищення і сортування насіння потрібно суворо дотримуватися технологічних режимів:
- не допускати перевищення швидкості руху робочих органів (що часто практикують у гонитві за продуктивністю);
- максимально скоротити кількість транспортних операцій із зерном;
- не допускати падіння зерна з великої висоти;
- не варто збільшувати кількість пропусків зерна через зерноочисні машини, правильно добирати потрібні решета тощо.
