Россия
Красноярск, Россия
Красноярск, Красноярский край, Россия
Объективность оценки качества хранимого зерна зависит от эффективности используемых пробоотборников зерна и технологий их использования. Анализ серийно выпускаемых пробоотборников и новых технических решений при разработке технологического оборудования для взятия проб зерна показал необходимость создания малогабаритного переносного зернового пробоотборника для взятия проб в труднодоступных местах и при небольших объемах хранения. Цель исследования – разработка технологического оборудования для отбора проб хранящегося после сушки зерна. Задачи исследования: разработка конструкторско-технической документации, изготовление и апробация опытно-экспериментального образца проотборника. В ходе исследований разработана конструкция технологического оборудования для отбора проб и подана заявка на патент, был получен патент на изобретение № 209612 «Пробоотборник для зерна». Материалы статьи включают кинематическую схему, описание конструкции и принцип работы пробоотборника. По представленной кинематической схеме был изготовлен опытный образец пробоотборника и проведены экспериментальные исследования по его испытанию на зерноперерабатывающем предприятии. Определены рабочие параметры опытно-экспериментального образца пробоотборника. Выполнены отборы проб с использованием нового оборудования, которые показали, что емкость приемного бункера пробоотборника составила 200 г, и для поверхности партии зерна 100 м2 массой 20 тонн необходимо взять пробы зерна в 5 точках общей поверхности партии: по центру и в четырех точках с отступом в 1 метр от края границ поверхности партии, при этом зерно первых проб бралось на глубине 15 см, вторые пробы брались на середине поверхности, забор третьих образцов проб зерна производился со дна бункера, Масса общей (объединенной) пробы составила около 3 кг и состояла из 15 образцов (проб) зерна. Установлено, что использование пробоотборника зерна новой конструкции позволяет отбирать образцы зерна с погрешностью (в соответствии с нормативными документами) до ±5 % по массе.
пробоотборник, зерно, зерносушилки, масса зерна, хранение зерна, отбор проб
Введение. Семена зерновых культур в период заготовки подвергаются различным методам механического воздействия при различных температурах и влажности зерна. Завершает технологическую обработку зерна его сушка, выполняемая на различных по конструкции и режимам работы зерносушилках, но с одним выходным параметром сушки – это доведение зерновой массы до максимально возможной кондиционной влажности 14 % [1, 2].
Для каждой зерновой сельскохозяйственной культуры предусматривается свой тепловой режим в зависимости от размера зерна и особенности внутреннего строения. Так, пшеница должна иметь сухое состояние до 14 % влажности; если оно имеет 14–15,5 % влажности, то оно относится к средней сухости, от 15,5 до 17 % – к влажному, а к сырому относится зерно с влажностью свыше 17 % [3, 4].
При производстве сушки зерна для последующего его отправления на длительное хранение необходимо регулировать контроль качества зерна по влажности. Отбор проб зерна из партии, подготовленной для длительного хранения, осуществляется при помощи пробоотборников различных типов [5].
Используемые серийно выпускаемые пробоотборники имеют ряд недостатков, главными из которых являются неполное заполнение заборной емкости (при этом взятая проба по массе колеблется от 10–15 %), а также отсутствие возможности взятия пробы зерна со дна емкости хранения.
Выявленные недостатки приводят к искажению результатов анализа средних проб, что сказывается отрицательно на длительности хранения зерна и его качестве.
Учитывая повсеместное применение пробоотборников в виде щупов для отбора проб зерна из зерносушилок во время сушки, были выполнены научно-исследовательские работы по совершенствованию технологического оборудования для взятия проб зерна при контроле качества процессов сушки на зерносушилках.
Цель исследования – разработка технологического оборудования для отбора проб зерна, подготовленного к длительному хранению, после выполнения технологических процессов снижения влажности зерна выполненных на зерносушилках.
Задачи: разработать конструкторско-техническую документацию и изготовить опытно-экспериментальный образец; провести экспериментальные исследования по отбору проб с поверхности партии зерна 100 м2 и массой зерна 20 т; выполнить обработку полученных экспериментальных данных и определить рабочие параметры опытно-экспериментального образца пробоотборника.
Объекты и методы. Объектом исследования является зерно пшеницы, прошедшее технологическую операцию по удалению влаги и доведению зерна до нормативного состояния по сушке, которое определяется влажностью зерна до 14 %. Данный норматив влажности зерна – основополагающий для закладки урожая на длительное хранение.
Отбор проб для проведения лабораторных исследований по качеству хранящегося материала регламентировалось государственным стандартом ГОСТ ISO 24333-2017 «Зерно и продукты его переработки. Отбор проб». Проведение патентных исследований производилось в соответствии с требованиями ГОСТ Р 15.011-96 «Система разработки и постановки продукции на производство». Влажность определялась по ГОСТ 13586.5-2015 «Зерно. Метод определения влажности зерна».
Результаты и их обсуждение. Технология отбора проб из партии сушеного зерна предусматривает определенные качества зерна, выявленные путем анализа средней пробы, которой называется небольшое количество исходного материала, выделенного для исследования и определенного таким образом, чтобы оно соответствовало составу и свойствам всего подлежащего исследованию материала [6].
Определение средней пробы отдельной выемки из различных мест в партии зерна и совокупность всех выемок называется объединенной пробой зерна, причем из объединенной пробы зерна отбирают средний образец (пробу), если ее масса превышает 2,0 кг [7].
Ранее авторами был проведен анализ технического уровня выпускаемых пробоотборников, а также новых направлений и технических предложений по разработке оборудования для отбора проб зерновых культур [8]. Изучение технологий и нормативных документов по отбору проб зерна позволило определить технические требования, предъявляемые к данному виду оборудования, и разработать структурно-логическую схему формирования основных конструктивных признаков пробоотборника [8].
Разработка нового технологического оборудования для отбора проб производилась по результатам патентных исследований согласно ГОСТ Р 15.011-96 [9]. По выполненным патентным исследованиям были найдены прототипы разрабатываемой конструкции нового пробоотборника и сформирована нормативно-правовая документация для подачи заявки на изобретение в Роспатент РФ. По результатам экспертной оценки в Роспатенте РФ было принято решение о признании поданной заявки изобретением с постановлением о выдаче свидетельства на полезную модель № 209612 [10].
Кинематическая схема пробоотборника по патенту на полезную модель № 209612 приведена на рисунке.
Кинематическая схема пробоотборника
Пробоотборник для зерна состоит из корпуса 1, в котором прорезаны окна 2, открывающиеся и закрывающиеся задвижками 3, установленными внутри корпуса 1 в П-образных пазах 4, закрепленных по окнам 2 на внутренней поверхности корпуса 1. Внутри корпуса 1 по всей его длине размещен вал 5, который установлен в подшипниках 6, установленных на опоре 7 наконечника 8. В верхней части корпуса 1 вал 5 установлен в подшипнике 9, закрепленном в перегородке 10, имеющей наружные рукоятки 11. Вал 5 установлен в наружной крышке корпуса 1, и на нем снаружи установлено штурвальное колесо 12. В нижней части вал 5 имеет наружную резьбу 13 до ограничителя 14, на которую устанавливается гайка 15 с внутренней резьбой 16, жестко соединенная тягами 17 с задвижками 3.
Пробоотборник для зерна работает следующим образом.
В исходном положении окна 2 закрыты задвижками 3. Пробоотборник рукоятками 11 с помощью наконечника 8, раздвигающего зерновую массу, устанавливается на требуемую глубину для взятия проб зерна. После установки пробоотборника начинают вращать штурвальное колесо 12, которое передает крутящий момент на вал 5, который начинается вращаться, опираясь на подшипник 6, установленный на опоре 7, в подшипнике 9, установленном в перегородке 10. При вращении вала 5 гайка 15 взаимодействует своей внутренней резьбой 16 с наружной резьбой вала 13 и начинает подниматься вверх по валу 5, вместе с гайкой 15 с помощью тяг 17 начинают подниматься задвижки 3, движущиеся в П-образных пазах 4, и при этом открывается окно 2, зерно начинает просыпаться вовнутрь корпуса 1. Движение гайки 15 прекращается при достижении ограничителя 14, при этом окна 2 полностью открыты для поступления зерна. По завершении отбора проб, при вращении штурвального колеса 12 в обратную сторону, вместе с гайкой 15 с помощью тяг 17 перемещается задвижка 3 по П-образным пазам 4 вниз и закрывает окна 2 [10].
Экспериментальные работы по отбору проб проводились с партией сухого зерна массой 20 т и общей поверхностью 100 м2. В разработанной конструкции емкость загрузочного приемного устройства составила 200 г. Так как общая масса выемки должна составить 3 кг на каждую исследовательскую партию зерна, то в общей поверхности зерна определялись 5 точек для взятия проб: в 4 углах и посередине, причем взятие проб осуществлялось до 1 м от границы края поверхности зерновой массы и в каждой из этих точек выемки отбора из верхнего слоя 10–15 см от поверхности насыпи, из среднего слоя и из нижнего слоя с опусканием щупа до самого дна [10].
Экспериментальные исследования проводились с использованием лабораторного пробоотборника, результаты замера массы взятых проб сушеного зерна приведены в таблице.
Результаты замера массы зерна по отдельно взятым пробам
|
Номер пробы |
Контрольная масса зерна, г |
Масса зерна в пробоотборнике, г |
Отклонение, г |
Процент к контрольной массе, % |
|
1 |
200 |
196 |
4 |
8 |
|
2 |
200 |
195 |
5 |
10 |
|
3 |
200 |
194 |
6 |
12 |
|
4 |
200 |
193 |
7 |
14 |
|
5 |
200 |
195 |
5 |
10 |
|
6 |
200 |
193 |
7 |
14 |
|
7 |
200 |
194 |
6 |
12 |
|
8 |
200 |
196 |
4 |
8 |
|
9 |
200 |
197 |
3 |
6 |
|
10 |
200 |
196 |
4 |
8 |
|
11 |
200 |
195 |
5 |
10 |
|
12 |
200 |
194 |
6 |
12 |
|
13 |
200 |
195 |
5 |
10 |
|
14 |
200 |
196 |
4 |
8 |
|
15 |
200 |
195 |
5 |
10 |
|
Итого |
3000 |
2924 |
76 |
2,54 |
Анализ статистического материала в таблице показывает, что общая масса контрольной пробы из определенной партии зерна должна составлять 3 кг, по результатам взвешивания каждой из 15 отобранных проб общая фактическая масса составила 2,924 кг. Отклонение от контрольной массы составило 2,54 %, что допустимо по нормативам, которые имеют предел ±5 %. Выполненные экспериментальные работы подтвердили работоспособность механизма для открытия и закрытия корпуса в период забора проб зерна, кроме того, низкий процент отклонений массы взятого общего образца от контрольной массы информирует о том, что механизм герметизации корпуса после попадания зерна внутрь срабатывает быстро по времени, при этом отсутствует обратное высыпание зерна.
Заключение
- Разработано новое технологическое оборудование для забора проб зерна после зерносушения, научная и техническая новизна интеллектуальной собственности авторов подтверждается патентом на полезную модель № 209612.
- Для отбора проб используется методика взятия проб в пяти точках, расположенных в центре поверхности партии зерна, и в четырех точках, расстояние которых не должно быть меньше 1 м от края размещения партии зерна.
- Выполненные экспериментальные исследования по отбору проб в различных местах партии зерна показали, что отклонение взятой массы зерна составляет 2,54 % от массы контрольного образца, что допустимо по нормативу ±5 %.
1. Тепляшин В.Н., Ченцова Л.И., Невзоров В.Н. Технологии и оборудование для сушки растительного сырья: учеб. пособие / Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2019. 173 с.
2. Манжесов В.И., Попов И.А., Максимов И.В. Технология послеуборочной обработки, хранения и предреализационной подготовки продукции растениеводства. СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2020. 624 с.
3. ГОСТ 9353-2016. Пшеница. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2017. 12 с.
4. ГОСТ 13586.5-2015. Зерно. Метод определения влажности. М.: Стандартинформ, 2019. 16 с.
5. Гольтяпин В.Я., Федоренко В.Ф. Перспективные технологии послеуборочной обработки и хранения зерна. 2-е изд. М.: Юрайт, 2019. 194 с. (Университеты России).
6. Практикум по общей технологии отрасли (оценка качества сырья): учеб. пособие / Е.И. Пономарева [и др.]. Воронеж: Научная книга, 2017. 300 с.
7. ГОСТ ISO 24333-2017. Зерно и продукты его переработки. Отбор проб. М.: Стандартинформ, 2017. 28 с.
8. Невзоров В.Н., Янова М.А., Чепелев Н.И. Оценка технического уровня и тенденций развития новых направлений по разработке оборудования для отбора проб зерна // Вестник КрасГАУ. 2020. № 12 (165). С. 195–200. DOI:https://doi.org/10.36718/1819-4036-2020-12-195-200.
9. ГОСТ Р 15.011-96. Система разработки и постановки продукции на производство. Патентные исследования. Содержание и порядок проведения. М.: Стандартинформ, 2006. 23 с.
10. Патент на полезную модель № 209612 U1 Российская Федерация, МПК G01N 1/20.1 Пробоотборник для зерна / В.Н. Невзоров, М.А. Янова, Д.С. Безъязыков, И.В. Федорович; патентообладатель Краснояр. гос. аграр. ун-т. № 2020127657; заявл. 18.08.2020; опубл. 17.03.2022.
