Эффективность применения осциллирующих режимов при сушке элитных семян зерновых культур 

Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. - 2023. - N 3. -С. 46-55. - ISSN 2308-8583.

Proceedings of the State Agricultural Academy of Velikie Luki. 2023;(3):46-55. ISSN 2308-8583.

Научная статья УДК 631.365.22 EDN: LFVZNK

Эффективность применения осциллирующих режимов при сушке элитных семян зерновых культур

1 2 Игорь Борисович Зимин , Вадим Юрьевич Сооляттэ ,

Даниил Алексеевич Смирнов3, Егор Викторович Чигулита4

1 2 3 4 Великолукская государственная сельскохозяйственная академия, Псковская область, Великие Луки, Россия 1 igzimin@yandex.ru

л

vsoolatte@gmail.com

"5

denya.smirnow@yandex.ru 4 chigulitaegor@gmail .ru

Аннотация. По предварительным данным, в текущем году планируется собрать около 135 млн т урожая зерновых. На современном этапе поддержки сельскохозяйственного производства и создания конкурентоспособной среды на внутреннем и внешнем рынках весьма важно производить семена высших категорий (оригинальные и элитные), сокращая зависимость от импортных семян. И в этом отношении весьма важным этапом производства семян является их послеуборочная доработка, призванная обеспечить доведение семенного материала до необходимых показателей качества в соответствии с требованиями стандартов.

Для решения поставленных задач в уборочный сезон 2023 года на базе учебно-опытного хозяйства ФГБОУ ВО Великолукская ГСХА (п. Майкино) была смонтирована технологическая линия по послеуборочной доработке семян зерновых культур.

Авторами продумана возможность организации сушки элитных семян зерновых культур в мобильной зерносушилке при использовании осциллирующих режимов, что особенно важно при повышенной влажности семян, когда в процессе сушки температура семян достигает предельно допустимых значений, а влажность зерна остается еще недопустимо высокой для закладки на длительное хранение.

При работе мобильной сушилки АТМ-10 на осциллирующих режимах процесса сушки было реализовано 2 цикла нагрева и сушки зерна и 2 цикла охлаждения, что позволило обеспечить снижение влажности зерна с 23% до 14,3% при полном сохранении качественных показателей семенного материала.

Внедрение осциллирующих режимов сушки зерна в мобильной зерносушилке позволило в конечном итоге получить семенной материал требуемого качества за счет исключения перегрева зерновок в процессе сушки и максимального использования внутреннего потенциала влагопереноса в зерновках при их охлаждении.

Ключевые слова: зерно, элитные семена, послеуборочная доработка, сушка, осциллирующий режим, охлаждение

© Зимин И. Б., Сооляттэ В. Ю., Смирнов Д. А., Чигулита Е. В., 2023

46

Для цитирования: Эффективность применения осциллирующих режимов при сушке элитных семян зерновых культур / И. Б. Зимин, В. Ю. Сооляттэ, Д. А. Смирнов и др. // Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. - 2023. - N 3. -С. 46-55. - https://elibrary.ru/lfvznk.

Original article

The Practical Effectiveness of Oscillating Modes in Drying Grain Crop Elite Seeds

Igor B. Zimin1, Vadim Y. Soolatte2, Daniil A. Smirnov 3, Egor V. Chigulita4

1 2' 3' 4 State Agricultural Academy of Velikie Luki, Pskov region, Velikie Luki, Russia

1 igzimin@yandex.ru

л

vsoolatte@gmail.com

"5

denya.smirnow@yandex.ru 4 chigulitaegor@gmail .ru

Abstract. Preliminary data say that this year it is planned to collect about 135 million tons of grain crops. At the present stage of agricultural production support and creating a competitive environment in the domestic and foreign markets, it is very important to produce seeds of the highest categories (original and pedigree), thus reducing dependence on imported seeds. With this in view, a very important stage in seed production is their post-harvest processing aimed at ensuring the seed material reaching the quality indicators required by the standards.

To solve the task assigned, a technological line for post-harvest processing of grain seeds was installed on the basis of the educational and experimental farm of the Velikie Luki State Agricultural Academy (Maikino village) in the harvest season of 2023.

The designers have considered it necessary to organize the elite grain seed drying in a mobile grain dryer, using oscillating modes which are especially important with high seed moisture and when during the drying process the seed temperature reaches the maximum permissible values, but the grain moisture remains unacceptably to put seeds for long-term storage.

When the ATM-10 mobile dryer operates in oscillating modes of the drying process,

2 cycles of heating and drying grain and 2 cycles of cooling were implemented, which made it possible to reduce grain moisture from 23% to 14.3% while fully maintaining the quality of the seed material.

The introduction of oscillating modes of grain drying in a mobile grain dryer ultimately made it possible to obtain seed material of the required quality while eliminating overheating of the grains during the process and maximizing the use of the internal potential of moisture transfer in the caryopsis during their cooling.

Keywords: grain, elite seeds, post-harvest refinement, drying, oscillating mode, cooling For citation: Zimin I. B., Soolatte V. Y., Smirnov D. A., Chigulita E. V. The Practical Effectiveness of Oscillating Modes in Drying Grain Crop Elite Seeds. Proceedings of the State Agricultural Academy of Velikie Luki. 2023;(3):46-55. (In Russ.). https://elibrary.ru/lfvznk.

Для отечественного сельского хозяйства 2023 год станет знаковым. По предварительным данным, в текущем году планируется собрать около

135 млн т урожая зерновых. Этого объема хватит для внутреннего рынка и для выполнения обязательств перед партнерами.

Впервые в современной истории Россия получила статус мировой житницы, обогнав ряд мировых лидеров. В условиях нестабильной геополитической ситуации в мире зерно - это наш базовый экспортный товар, на который традиционно приходится 2/3 экспорта сельхозпродукции. Для улучшения данного показателя одним из ключевых факторов является повышение урожайности и качества семян зерновых культур. В этом отношении решающая роль отводится отечественному семеноводству, что отражено в Государственной программе развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия (Постановление Правительства РФ от 14 июля 2012 г. № 717), Доктрине продовольственной безопасности [1-4]. На современном этапе поддержки сельскохозяйственного производства и создания конкурентоспособной среды на внутреннем и внешнем рынках весьма важно производить семена высших категорий (оригинальные и элитные), сокращая зависимость от импортных семян. И в этом отношении весьма важным этапом производства семян является их послеуборочная доработка, призванная обеспечить доведение семенного материала до необходимых показателей качества в соответствии с требованиями стандартов [5-8].

Для решения поставленных задач в уборочный сезон 2023 года на базе учебно-опытного хозяйства ФГБОУ ВО Великолукская ГСХА (п. Майкино) была смонтирована технологическая линия по послеуборочной доработке семян зерновых культур, включающая в себя приемный бункер, зерносушилку АТМ-10 и зерноочистительное отделение. Все агрегаты смонтированы на нулевой отметке (согласно условиям компоновки расположения оборудования и исходя из простоты технологического обслуживания оборудования, реализована одноэтажная схема компоновки технологической линии). Работа осуществлялась с семенным материалом, выращенным на основе оригинальных семян с ячменя (сорт «Владимир») (производитель ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр «Немчиновка»).

Как известно, к послеуборочной доработке элитных семян зерновых культур предъявляются особые требования, направленные на сохранение качественных показателей семенного материала - всхожести и энергии прорастания. В этом отношении наиболее ответственным этапом является сушка семян, в ходе которой влагосьем за один цикл сушки зерна (пропуск зерна через сушилку) не может превышать 3-4%. Помимо этого, для сохранения качества элитных семян зерновых культур температура агента сушки не должна превышать 60 оС, а температура зерна - 43 оС [9].

В реальных производственных условиях удовлетворить указанным требованиям, особенно при работе с высоковлажным зерном, бывает чрезвычайно сложно. Для этой цели применяют специальные приемы, известные из теории и практики сушки зерна - предварительный нагрев семян перед сушкой, двух- и трехкратный пропуск семян через зерносушилку и т.д. Данные приемы требуют

грамотной организации технологии сушки, обеспечивающей сведение к минимуму числа транспортирующих механизмов, способствующих повышенному травмированию семенного материала.

В уборочный период 2023 года нами был реализован еще один технологический прием, обеспечивающий бережную сушку семян и позволяющий эффективно работать даже с зерном повышенной влажности. Сушка семенного материала в осциллирующих режимах особенно важна при повышенной влажности семян, когда в процессе сушки температура семян достигает предельно допустимых значений, а влажность зерна остается еще недопустимо высокой для закладки на длительное хранение [10]. Данный прием был отработан нами на примере сушки элитных семян зерновых культур в мобильной зерносушилке АТМ-10 (рисунок 1).

1 - мобильная зерносушилка АТМ-10; 2 - приемный бункер; 3 - рама;

4 - регулировочная заслонка Рисунок 1 - Общий вид оборудования для приема и сушки элитных семян зерновых культур

На предварительном этапе, для оперативного приема сырого зерна с поля и согласованной работы транспортного средства и зерносушильного агрегата, нами был разработан и смонтирован из листового железа приемный бункер. Рама (3) бункера сварена из уголков и пластин. К нижней торцевой стенке бункера закреплен кожух первого загрузочного шнека сушилки. Для дозированной подачи зерновой массы из приемного бункера в систему загрузки в сушилку

сырого зерна величина отверстия в торцевой стенке бункера регулируется с помощью регулировочной заслонки (4) шиберного типа.

Работа приемного бункера и сушилки в режиме загрузки сырого зерна организуется следующим образом (рисунок 2).

Изначально включался вертикальный шнек (3) сушилки, большой и малый (система аспирации (5)) вентиляторы сушилки, а затем система загрузочных шнеков (2, 8). Сырой зерновой ворох изначальной влажности 23% выгружался из транспортного средства в приемный бункер (1) и далее через отверстие в бункере поступал в систему загрузки зерна в сушилку.

1 - приемный бункер; 2, 8 - первичный и вторичный шнек системы загрузки; 3 - вертикальный шнек; 4 - выгрузной трубопровод; 5 - система аспирации; 6 - сушильная камера; 7 - топочное устройство Рисунок 2 - Конструктивно-технологическая схема мобильной зерносушилки АТМ-10 с бункером для приема сырого зерна

Для подачи требуемого количества зерна на шнек и исключения завала над кожухом шнека располагалась регулировочная заслонка. При поступлении зерна от первого загрузочного шнека (2) в приемной горловине второго загру-

зочного шнека (8) предусмотрена металлическая сетка, на поверхности которой остаются крупные примеси, содержащиеся в зерновом ворохе. Разравнивание по поверхности сетки зерновой массы и удаление крупных примесей осуществлялось вручную. При поступлении зерна через отверстия металлической сетки на этапе транспортирования зерна во втором загрузочном шнеке зерновая масса предварительно аэрировалась и подсушивалась (эффект «вспушивания») с помощью независимого воздушного потока, подводимого от вентилятора сушилки через гибкий рукав к кожуху второго шнека. Таким образом, при подаче зерна от второго загрузочного шнека (8) на вертикальный шнек (3) несколько повышалась сыпучесть зерновой массы, что особенно важно при работе с зерном повышенной влажности и засоренности.

По окончании наполнения зерном сушильной камеры выключалась система загрузки зерна и сушилка переводилась в режим сушки зерна. Для этой цели включалась горелка сушилки, работающая на дизельном топливе. С целью качественной настройки теплового режима сушки на щите управления зерносушилкой была отрегулирована система автоматики:

- установлена температура агента сушки (нижний предел температуры агента сушки составлял 45 оС, верхний предел - 59 оС);

- установлена температура нагрева зерна в процессе сушки (нижний предел температуры нагрева зерна составлял 37 оС, верхний предел - 40 оС).

В процессе сушки система автоматики четко регулировала температурные режимы, обеспечивая плавное, ступенчатое тепловое воздействие на высушиваемый материал. Горелочное устройство зерносушилки обеспечивало прогрев наружного воздуха с 45 оС до 59 оС в течение одной минуты, а затем автоматически отключалось при работающем вентиляторе горелки. При этом происходило снижение температуры теплового воздуха, подаваемого в сушилку, с 59 оС до 45 оС. Таким образом, обеспечивалась бережная сушка семян, исключающая постоянное воздействие максимально допустимой температуры агента сушки на семенной материал.

Для повышения равномерности сушки семена в процессе сушки постоянно перемешивались в сушильной камере с помощью вертикального шнека и мешалки, расположенной внутри сушильной камеры.

Еще одним положительным качеством мобильной сушилки является возможность очистки зернового вороха в процессе сушки от легковесных примесей (пылевидных частиц, перебитой соломки, частей колосков и т.д.). Данную проблему эффективно решала система аспирации сушилки, вентилятор которой создавал разряжение в верхней части вертикального шнека и удаляемые из зернового вороха легковесные примеси направлял с помощью воздушного потока по отводному воздуховоду за пределы здания зернотока.

Сушка семян при имеющейся исходной влажности длилась несколько часов, а затем отключалось горелочное устройство и основной (большой) вентилятор сушилки обеспечивал охлаждение семян после сушки. Ввиду того, что во время работы сушилки стояла относительно «сухая» погода (температура воз-

духа - 24,5 оС, относительная влажность - 60%), охлаждение семян было решено производить в ночное время, максимально используя потенциал наружного воздуха по температуре в ночные часы.

Одновременно с этим решалась еще одна проблема. Ввиду повышенной засоренности зернового вороха обязательно требовалась предварительная очистка зерна. Решить поставленную задачу удалось за счет эффективной работы системы аспирации зерносушилки, работающей на всасывание и обеспечивающей удаление легковесных примесей из зерна на этапе транспортирования его в верхнюю часть вертикального шнека. Таким образом, при включенной системе аспирации зерновой ворох подвергался длительной предварительной очистке (в ночные часы) до полного исчезновения легковесных примесей на выходе из системы аспирации. Результат предварительной очистки зернового материала, по окончании процесса сушки семян, представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 - Элитные семена ячменя после предварительной очистки и сушки

в мобильной зерносушилке АТМ-10

Во время сушки осуществлялся постоянный контроль за влажностью семян с помощью электронного влагомера '^1е-55.

По результатам замеров влажности зерна построена кривая сушки зерна в осциллирующих режимах (рисунок 4).

Согласно рисунку 4, процесс сушки зерна протекал в 4 этапа:

- нагрев и сушка зерна (продолжительность этапа составляла 4,5 ч, снижение влажности составило с 23% до 18,6%);

- охлаждение зерна в ночные часы (продолжительность этапа составляла 7,0 ч, снижение влажности - с 18,6% до 17,9%);

- нагрев и сушка зерна (продолжительность этапа составляла 2,5 ч, снижение влажности - с 17,9% до 15,4%);

- охлаждение зерна в ночные часы (продолжительность этапа составляла 1,0 ч, снижение влажности - с 15,4% до 14,3%).

Время сушки, ч.

Рисунок 4 - Кривая сушки семян ячменя при работе зерносушилки АТМ-10

в осциллирующих режимах

Таким образом, в процессе работы зерносушилки на осциллирующих режимах было реализовано 2 цикла нагрева и сушки зерна и 2 цикла охлаждения (один продолжительный для достижения дополнительного эффекта очистки зерна с помощью системы аспирации сушилки, а второй короткий, для доведения температуры зерна до значений, определяемых агротехническими требованиями на сушку).

Окончательная влажность семян была зафиксирована на уровне 14,3%, после чего сушилка была переведена в режим выгрузки зерна (путем поворота заслонки на выходном патрубке). Выгрузка семян производилась по выгрузному трубопроводу. Далее семенной материал поступал в зерноочистительное отделение на дальнейшую обработку.

Внедрение осциллирующих режимов сушки зерна в мобильной зерносушилке позволило в конечном итоге получить семенной материал требуемого качества за счет исключения перегрева зерновок в процессе сушки и максимального использования внутреннего потенциала влагопереноса в зерновках при их охлаждении. На дальнейшем этапе возможно повысить эффект применения осциллирующих режимов сушки за счет организации отлежки зерна в процессе сушки [11].

Список источников

1. Долгосрочная стратегия развития зернового комплекса Российской Федерации до 2035 года: Распоряжение Правительства Российской Федерации N 1796-р от 10 августа 2019 года // СПС КонсультантПлюс. - Режим доступа : локальный, по договору. - Обновление еженедельно.

2. Об утверждении Федеральной научно-технической программы развития сельского хозяйства на 2017-2025 годы : Постановление Правительства Российской Федерации N 996 от 25 августа 2017 года. - Текст : электронный // СПС КонсультантПлюс. - Режим доступа : локальный, по договору. - Обновление еженедельно.

3. Об утверждении Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации : Указ Президента России N 20 от 21 января 2020 года. - Текст : электронный // СПС КонсультантПлюс. - Режим доступа : локальный; по договору. - Обновление еженедельно.

4. Стимулирование развития селекции и семеноводства сельскохозяйственных культур: отечественный и зарубежный опыт: аналитический обзор / А. П. Королькова, В. Н. Кузьмин, Т. Е. Маринченко и др. - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2020. - 124 с.

5. Волхонов М. С., Зимин И. Б. Повышение эффективности сушки и охлаждения зерна на базе установок активного вентилирования: монография. - Караваево: Костромская ГСХА. -2014. -164 с.

6. Галкин В. Д., Галкин А. Д. Технологии, машины и агрегаты послеуборочной обработки зерна и подготовки семян: монография. - Пермь: ФГБОУ ВО Пермский аграрно-технологический университет им. академика Д.Н. Прянишникова. - 2021. - 234 с.

7. Сычугов Н. П., Сычугов Ю. В., Исупов В. И. Машины, агрегаты и комплексы послеуборочной обработки зерна и семян трав. - Киров : ООО «ВЕСИ», 2015. - 404 с.

8. Щепилов Н. Я. Проектирование поточных линий и зерноочистительно-сушильных комплексов. - Великие Луки: Издательский центр ВГСХА, 1999. - 180 с.

9. Совершенствование технологии послеуборочной обработки элитных семян зерновых культур / М. С. Волхонов, И. Б. Зимин, А. В. Шишкин и др. // Традиции и инновации в развитии АПК : материалы международной научно-практической конференции (17-19 апреля 2019 года, Великие Луки). - Великие Луки: Великолукская ГСХА, 2019. - С. 454-462.

10. Шевцов А. А., Шамшин А. С., Евдокимов А. В. Управление осциллирующими режимами сушки зерна в прямоточной зерносушилке с тепловым насосом // Известия вузов. Пищевая технология. - 2002. - № 4. - URL: https://cyberleninka.ru/article/n/upravlenie-ostsilliruyuschimi-rezhimami-sushki-zerna-v-pryamotochnoy-zernosushilke-s-teplovym-nasosom-1 (дата обращения: 09.09.2023).

11. Расчет параметров осциллирующей сушки зерна в мобильной зерносушилке / А. В. Голубкович и др. // Тракторы и сельхозмашины. - 2013. - № 5. - С. 31-32. - URL: https://rucont.ru/efd/346916 (дата обращения: 09.09.2023).

References

1. Dolgosrochnaya strategiya razvitiya zernovogo kompleksa Rossijskoj Federacii do 2035 goda: Rasporyazhenie Pravitel'stva Rossijskoj Federacii N 1796-r ot 10 avgusta 2019 goda // SPS Konsul'tantPlyus. - Rezhim dostupa : lokal'ny'j, po dogovoru. - Obnovlenie ezhenedel'no.

2. Ob utverzhdenii Federal'noj nauchno-texnicheskoj programmy' razvitiya sel'skogo xo-zyajstva na 2017-2025 gody' : Postanovlenie Pravitel'stva Rossijskoj Federacii N 996 ot 25 avgusta

2017 goda. - Tekst : e'lektronny'j // SPS KonsultantPlyus. - Rezhim dostupa : lokal'nyj po dogovoru. - Obnovlenie ezhenedelno.

3. Ob utverzhdenii Doktriny' prodovol stvennoj bezopasnosti Rossijskoj Federacii : Ukaz Prezidenta Rossii N 20 ot 21 yanvarya 2020 goda. - Tekst : e'lektronny'j // SPS KonsultantPlyus. - Rezhim dostupa : lokalnyj; po dogovoru. - Obnovlenie ezhenedelno.

4. Stimulirovanie razvitiya selekcii i semenovodstva sel'skoxozyajstvenny'x kul'tur: otechestvenny'j i zarubezhny'j opy't: analiticheskij obzor / A. P. Korolkova, V. N. Kuzmin, T. E. Marinchenko i dr. - M.: FGBNU «Rosinformagrotex», 2020. - 124 s.

5. Volxonov M. S., Zimin I. B. Povyshenie effektivnosti sushki i oxlazhdeniya zerna na baze ustanovok aktivnogo ventilirovaniya: monografiya. - Karavaevo: Kostromskaya GSXA. - 2014. -164 c.

6. Galkin V. D., Galkin A. D. Texnologii, mashiny' i agregaty' posleuborochnoj obrabotki zerna i podgotovki semyan: monografiya. - Perm' : FGBOU VO Permskij agrarno-texnologicheskij universitet im. akademika D.N. Pryanishnikova. - 2021. - 234 c.

7. Sy'chugov N. P., Sy'chugov Yu. V., Isupov V. I. Mashiny', agregaty' i kompleksy' posleuborochnoj obrabotki zerna i semyan trav. - Kirov : OOO «VESI», 2015. - 404 s.

8. Shhepilov N. Ya. Proektirovanie potochny'x linij i zernoochistitel no-sushil'ny'x kom-pleksov. - Velikie Luki: Izdatel'skij centr VGSXA, 1999. - 180 c.

9. Sovershenstvovanie texnologii posleuborochnoj obrabotki e'litny'x semyan zernovy'x kultur / M. S. Volxonov, I. B. Zimin, A. V. Shishkin i dr. // Tradicii i innovacii v razvitii APK : materialy' mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii (17-19 aprelya 2019 goda, Velikie Luki). - Velikie Luki: Velikolukskaya GSXA, 2019. - S. 454-462.

10. Shevczov A. A., Shamshin A. S., Evdokimov A. V. Upravlenie oscilliruyushhimi rezhi-mami sushki zerna v pryamotochnoj zernosushilke s teplovy'm nasosom // Izvestiya vuzov. Pi-shhevaya texnologiya. - 2002. - № 4. - URL: https://cyberleninka.ru/article/n/upravlenie-ostsilliruyuschimi-rezhimami-sushki-zerna-v-pryamotochnoy-zernosushilke-s-teplovym-nasosom-1 (data obrashheniya: 09.09.2023).

11. Raschet parametrov oscilliruyushhej sushki zerna v mobil'noj zernosushilke /

A. V. Golubkovich i dr. // Traktory i sel'xozmashiny'. - 2013. - № 5. - S. 31-32. - URL: https://rucont.ru/efd/346916 (data obrashheniya: 09.09.2023).

Информация об авторах

И. Б. Зимин - кандидат технических наук, доцент;

B. Ю. Сооляттэ - магистрант; Д. А. Смирнов - магистрант; Е. В. Чигулита - инженер.

Information about the authors

I. B. Zimin - candidate of Technical Sciences, assistant professor; V. Y. Soolatte - master-course student;

D. A. Smirnov - master-course student;

E. V. Chigulita - engineer.

Статья поступила в редакцию 18.09.2023; одобрена после рецензирования 20.09.2023; принята к публикации 25.09.2023.

The article was submitted 18.09.2023; approved after reviewing 20.09.2023; accepted for publication 25.09.2023.