Испытание зерном: обзор погрузочной техники и оборудования для хранения и транспортирования сырья

Текст: А. Н. Головков, зав. лабораторией, ФГБУ «Центрально-Черноземная государственная зональная МИС»; Н. И. Новиков, ген. директор; А. И. Новиков, директор по развитию; А. И. Новиков, гл. конструктор, ООО «Воронежский завод сельхозмашин»

Зерновое производство в нашей стране традиционно является основной и наиболее значимой отраслью сельского хозяйства. при этом важную роль в обеспечении стабильного функционирования предприятий данного аграрного сектора играют погрузочная техника и оборудование для хранения и транспортирования сырья.

Как известно, от развития зернового сегмента в значительной мере зависят обеспеченность населения продуктами питания и его жизненный уровень в целом. По этой причине в принятой Государственной программе развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013–2020 годы предусмотрен дальнейший рост сбора зерна к 2020 году до минимальных 115 млн т. Более того, Россия уже фактически стала одной из крупнейших зернопроизводящих стран мира, а объемы получения данной продукции в отдельные годы превышают 100 млн т. В то же время потери сырья на этапе послеуборочной подработки и хранения занимают от 10 до 15% валового сбора, а недобор по причине высева некондиционными семенами — 10–15 млн т.

ВЛАЖНОСТЬ И ЗАСОРЕННОСТЬ

Собранный зерноуборочными комбайнами урожай представляет собой массу, состоящую из полноценных, щуплых и битых зерен, семян сорняков, растительных остатков и других примесей. Кроме того, данное сырье имеет повышенную влажность и при хранении самосогревается, теряя продовольственные и семенные качества. Поэтому основными свойствами, определяющими выбор технологии и технических средств подработки убранного зернового вороха, являются его влажность и засоренность. По первому показателю зернопроизводящие регионы страны условно могут быть разделены на три группы: сухие — с уборочной влажностью зерна до 15%, средней влажности — до 20%, повышенной — более 20%. Как показывает практика, с учетом неблагоприятных погодных условий и набора возделываемых культур возможность выполнения операций временного хранения, активного вентилирования и сушки сырья необходимо предусмотреть во всех зонах его производства. Наглядным примером может служить Республика Беларусь, где практически каждое зерновыпускающее хозяйство имеет в наличии требуемый набор машин для этих целей, особенно для сушки зернового вороха.

Наибольшую трудность подработка зерна и семян представляет в зонах повышенного увлажнения — в Сибирском, Уральском, Центрально-Черноземном, Северо-Западном и Волго-Вятском регионах. Так, в Восточной Сибири на подработку поступает около 35% влажного зерна, а в Западной Сибири — более 70%. Кроме того, на этих территориях обычно собирается достаточно засоренное сырье: количество бункерного вороха в пределах трех процентов в Сибири отмечается у 40–50% полученной продукции, 3–5% — у 28–33%, более 5% — у 22–26%. Расчетная уборочная влажность зернового вороха в Северо-Западном регионе составляет 27–29% при данном параметре у соломы — до 60%, сорной примеси — до 80%. Влажность материала при уборке может доходить до 40%. При таких условиях пропускная способность, а следовательно, и производительность комбайнов уменьшаются на 30–40%. Отношение рабочего периода к количеству календарных дней в уборочном сезоне составляет в этом случае 0,3–0,45 единицы, что приводит к растягиванию сбора зерновых культур как минимум до одного месяца, а также к увеличению потерь зерна от самоосыпания и прорастания на корню. Кроме того, между влажностью и засоренностью наблюдается положительная корреляционная связь, достигающая 0,7–0,8 единицы. Наличие зерна с такими недостатками обусловливает необходимость применения повышенных требований к технологическим операциям его предварительной очистки, транспортирования, временного содержания и сушки.

ТЕХНОЛОГИИ ХРАНЕНИЯ

За рубежом, а в последнее время и в России, для сохранения зерна все чаще используются металлические зернохранилища силосного типа. Их основные достоинства заключаются в снижении капитальных затрат, сокращении сроков монтажа и трудоемкости, возможности применения на всех объектах с увязкой в один послеуборочный технологический комплекс. Кроме того, они обеспечивают полную механизацию погрузочно-разгрузочных работ, активное вентилирование и реализацию других технологических приемов в период временного содержания материала, а после его сушки — длительное складирование с минимальными потерями.

Внедряемая технология хранения зерна в гибких полиэтиленовых рукавах также имеет преимущества, состоящие в отсутствии необходимости инвестирования в дорогостоящее строительство и транспортирование продукции на элеватор, в возможности раздельного хранения отсортированного сырья на любом поле или подготовленной площадке. Более того, данная методика позволяет избежать вынужденной остановки уборочной кампании из-за отсутствия свободной территории на крытых токах. Однако у всех систем существуют свои недостатки. К примеру, для загрузки продукции в пластиковый рукав необходим трактор с зерноупаковочным оборудованием, а для извлечения — зерноразгрузочный агрегат типа МЗР-250. В то же время металлические зерно­хранилища силосного типа в основном подходят для крупных предприятий и агрохолдингов.

ТИПЫ МАШИН

Для малого и среднего бизнеса отечественной промышленностью выпускаются зернопогрузчики и зернометатели, которые по принципу работы подразделяются на вакуумные, или пневматические, ковшовые, шнековые и скребковые. Техника первого типа используется в основном для загрузки элеваторов — для перемещения зерна воздушным потоком от турбины в трубе к месту выгрузки. Сырье при таком способе транспортирования не повреждается, но сама конструкция отличается высокой отпускной ценой и значительными энергозатратами. Ковшовые агрегаты навешиваются на тракторы тягового класса 1,4 и 2. Емкость ковша при этом может превышать две тонны. Данные машины производительные и маневренные, но после их работы на площадке всегда остается много зерна, которое необходимо убирать вручную. Более того, цена дизельного топлива по современным меркам высокая, не говоря уже о стоимости трактора или его аренды. В связи с этим сельхозпроизводители отдают предпочтение скребковым и шнековым зернопогрузчикам и зернометателям. Однако второй тип сильнее дробит транспортируемый материал, поэтому большей популярностью пользуются агрегаты первой разновидности.

Такие погрузчики-зернометатели снабжены механизмом передвижения, обеспечивающим их перемещение при выполнении технологического процесса в пределах зернотока или зерносклада. Основными узлами являются рама, два скребковых питателя в зависимости от заданной производительности с разной конструкционной шириной захвата и загрузочный транспортер. Шасси, или опорные пневматические колеса, обладает механизмом регулирования положения питателей по отношению к ровной горизонтальной бетонной или асфальтированной площадке. Кроме того, предусмотрены триммер, его выгрузная труба с носком, устройство перемещения, щит управления, механизм подъема питателей и электропривод рабочих органов. В электрической схеме имеются два частотных преобразователя — для триммера и привода перемещения. Характерной особенностью этих машин является возможность формирования буртов зернового материала с помощью зерноочистительного устройства метателя, поставляемого по отдельному заказу потребителя. Высота механизма составляет девять метров с дальностью метания зерна или семян до 30 м.

УСЛОВИЯ ПРОВЕРКИ

Специалистами ФГБУ «Центрально-Черноземная МИС» в уборочный сезон 2016–2018 годов были реализованы периодические испытания практически всех основных отечественных моделей скребковых погрузчиков-зернометателей. Для удобства результаты опытов были представлены в форме таблиц, в которых отражались условия и показатели назначения — качества выполнения технологического процесса при эксплуатационно-технологической оценке. Одними из тестируемых машин стали агрегаты ПЗС-60, ПЗС-100, ПЗС-160 и ПЗС-200.

Испытания данной техники в хозяйствах Курской области проводились как на погрузке вороха колосовых культур в автотранспортные средства с небольшой грузоподъемностью 5–6 т для дальнейшей очистки на зерноочистительном оборудовании — ПЗС-60, ПЗС-100 и ПЗС-200, так и на перелопачивании озимой пшеницы в целях предотвращения повышения влажности в зерновом бурте — ПЗС-160. В связи с этим производительность агрегатов типа ЗАВ-20 и ЗАВ-25, на подработку которыми доставлялся исходный материал, несколько сдерживала результативность погрузчиков. При оценке надежности их необходимо было эксплуатировать с эффективностью, значительно меньше указанной в паспорте. Контрольные тестирования осуществлялись согласно ТУ на ровной горизонтальной бетонной площадке зерноочистительных токов и помещений ангарного типа. Габаритные размеры бурта и выравненность участка не препятствовали стабильному протеканию процесса как при хозяйственных испытаниях на надежность, так и при эксплуатационно-технологическом анализе. Погода в период уборки была благоприятной, а редко выпадающие атмосферные осадки не препятствовали работе. Однако условия вегетации растений характеризовались повышенной температурой окружающего воздуха и недостаточным количеством дождей в отдельных хозяйствах Курской области, что привело к снижению урожайности и натуры зерна. Таким образом, условия проведения испытаний скребковых погрузчиков-зернометателей были в основном типичными для зоны деятельности МИС и данного вида работ, а также соответствовали предъявленным требованиям ТУ.

СООТВЕТСТВИЕ НОРМАТИВАМ

В ходе исследования было установлено, что параметры безопасности конструкции скребковых погрузчиков удовлетворяли всем предъявляемым требованиям нормативной документации. При этом надежность работающих органов обеспечивалась при монтаже и эксплуатации. Уровень шума и концентрация пыли на рабочем месте оператора соответствовали требованиям ГОСТа 12.1.003-83 и ГОСТа 12.1.005-88. Исполнение и изоляция электрических кабелей были выполнены по IP-54, щит управления — по IP-55. Кроме того, имелось защитное зануление, которое отвечало ГОСТу 12.2.007.0-75 и ГОСТу 12.1.030-81. Надписи по технике безо­пасности были нанесены в виде таблицы.

При оценке электропривода зернометателей ПЗС-60, ПЗ-100, ПЗС-160 и ПЗС-200 было определено, что их питание осуществлялось от сети переменного тока напряжением 380  В и частотой 50 Гц. Виды климатических исполнений и степени защиты оболочек составляющих электропривода соответствовали условиям внешней среды эксплуатации. Данная система у погрузчиков отвечала правилам технического использования, техники безо­пасности и устройства электроустановок. Электродвигатели агрегатов были изготовлены согласно IР 54, аппараты управления — IР 44 и ГОСТу 14254-96 «Степени защиты, обеспечиваемые оболочками». Качество монтажа моторов, щитов и приборов управления было удовлетворительным. Силовые кабели и электропровода были проложены в гофрорукавах, а пускозащитные устройства размещались в герметизированных щитах. Они соответствовали установленным электродвигателям и обеспечивали их защиту от токов перегрузок, а силовые кабели и электроприводы — от короткого замыкания. Сопротивление изоляции обмоток всех основных частей составляло более 100 МОм, что отвечало требованиям ГОСТа Р 53055-2008 «Машины сельскохозяйственные и лесохозяйственные с электроприводом. Общие требования безопасности» — не менее одного мегаома.

УСТАНОВИТЬ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Каждый зернометатель во время испытаний обслуживался одним оператором. Удельный расход электроэнергии на транспортирование озимой пшеницы составил 0,1, 0,08, 0,08 и 0,07 кВт•ч/т для машин ПЗС-60, ПЗС-100, ПЗС-160 и ПЗС-200 соответственно, что удовлетворяло предъявляемому требованию ТУ — не более 0,1 кВт•ч/т. Производительность за час основного времени по маркам погрузчиков равнялась 61,3, 102,3, 160,2 и 201,1 т, что также отвечало нормативам ТУ — не менее 60, 100, 160 и 200 т соответственно. Сменная эффективность у ПЗС-60, ПЗС-100 и ПЗС-200 снизилась по отношению к основному параметру, что было обусловлено значительными затратами времени на перемену транспорта — подъезд и отъезд машины с одновременным включением и выключением погрузчика, а также на переезды на другой бурт и нормативный отдых обслуживающего персонала. В связи с тем, что ПЗС-160 в период проведения оценки на контрольных сменах эксплуатировался на перелопачивании зерна озимой пшеницы, уменьшение сменной производительности по отношению к основной было незначительным — 149 т против 160,2 т. Данный коэффициент по остальным трем погрузчикам, работавшим на перевозке сырья в автотранспорт, составлял 0,75 единицы, что отвечало требованиям ТУ — не менее 0,75 единицы. Значение показателя эксплуатационного времени также было получено на уровне нормативов ТУ — не менее 0,73 единицы. Величины данных параметров у ПЗС-160 равнялись 0,93 и 0,91 единицы соответственно. В связи с этим производительность данной модели за час сменного и эксплуатационного времени составила 149 и 145,8 т. Более мощный ПЗС-200, занятый на погрузке зерна в автомобильные средства малой грузоподъемностью, показал цифры, близкие к достигнутым ПЗС-160, — 150,8 и 146,8 т соответственно.

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА

Перед проведением исследования специалисты определили основные параметры используемого вороха озимой пшеницы. Влажность зерна составляла от 14,1 до 14,8%, что удовлетворяло нормам ТУ — до 18%. Натура по испытываемым погрузчикам-зернометателям равнялась 736, 744, 756 и 750 г/л соответственно при нормативном значении не менее 745 г/л, то есть по ПЗС-60 и ПЗС-100 показатель не отвечал предъявляемому требованию. Содержание дробленого зерна находилось в диапазоне от 1,8 до 1,95%. Минимальная величина сорной примеси составляла 0,69% для ПЗС-60, максимальная — 1,18% для ПЗС-200, что соответствовало допустимому уровню по ТУ — не более трех процентов. Количество соломистых включений не превышало 0,4–0,47% при нормативе не выше 0,5%. Более того, при работе с ПЗС-200 подобная примесь в исходном материале отсутствовала.

Показатели качества работы всех испытываемых машин в данных условиях эксплуатации находились на уровне значений, приведенных в ТУ. В частности, при высоте погрузки зерна, равной 4,1–4,2 м, полнота подбора составила 99,8% при норме не менее 99,5%. Подсор отсутствовал, а дробление зерна транспортирующими рабочими органами находилось в диапазоне от 0,08 до 0,09%, что удовлетворяло допустимой величине — не более 0,1%. Дальность зернометания от места загрузки, регулируемая частотным преобразователем, определялась дополнительно в целях проверки на соответствие нормативам. Значения были получены также в пределах, установленных по ТУ, — от 15 до 30 м. Также в рамках опытных испытаний было установлено, что технологический процесс погрузчики выполняли устойчиво — соответствующий коэффициент равнялся единице при требовании ТУ не менее 0,99.

НАДЕЖНОСТЬ И ОБСЛУЖИВАНИЕ

Общая наработка агрегатов за период испытаний соответственно по маркам равнялась 152, 160, 170 и 151 ч при плановой норме в 170 ч. Коэффициенты готовности по оперативному времени находились в диапазоне от 0,995 до 0,999 единицы, а с учетом организационного времени — от 0,989 до 0,993 единицы. При этом установки ТУ по данным показателям составляли не менее 0,99 и 0,98 соответственно. В ходе тестирований по каждому зернометателю было отмечено по одному отказу I группы сложности. Их причина носила производственный характер — некачественное изготовление комплектующих изделий, а именно ремней привода загрузочного транспортера, триммера и кнопки пуска питателей. В этом случае наработка на отказ составила 152, 160, 170 и 151 ч соответственно, в отношении II группы сложности — более выполненной общей наработки, что удовлетворяло требованиям ТУ — не менее 150 ч. В процессе испытаний погрузчиков-зернометателей согласно ГОСТу 20793-2009 проводилось несколько видов технического обслуживания: при эксплуатационной обкатке, в каждую смену через 8–10 ч и периодически через 60 ч. Оперативная трудоемкость ежесменного контроля по всем испытываемым агрегатам составила 0,13 чел.-ч, что соответствовало ТУ — не более 0,15 чел.-ч. Удельная суммарная трудоемкость всех процедур была получена в диапазоне 0,019–0,021 чел.- ч/ч, что также удовлетворяло нормативам — не более 0,03 чел.-ч/ч.

В итоге показатели наработки на отказ I и II групп сложности, коэффициент готовности, оперативная трудоемкость ежесменного контроля и другие параметры свидетельствовали о надежности и удобстве эксплуатации исследуемых машин. Более того, их конструкция оказалась простой в технологическом обслуживании. Таким образом, проведенные специалистами ФГБУ «Центрально-Черноземная МИС» испытания показали, что погрузчики-зернометатели ПЗС-60, ПЗС-100, ПЗС-160 и ПЗС-200 по эксплуатационно-технологическим показателям, параметрам качества выполнения работы и прочим характеристикам удовлетворяли установленным нормативам. По этой причине данная техника может быть рекомендована для применения на сельскохозяйственных предприятиях.