Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

DETERMINATION METHOD DEVELOPMENT OF MECHANICAL GRAIN MICRODAMAGE

Ziganshin B.G. 1 Lukmanov R.R. 1 Dmitriev A.V. 1 Khaliullin D.T. 1
1 Kazan State Agrarian University
Multieffect on grain by farm machinery tools leads to its damage reducing quality and further its yelds. Grain damage can also worsen its storage. There is a classification of mechanical corn damage by farm machinery tools in this article. We divide it in two large groups – macrodamage and microdamage. The major problem is to give definition of microdamage especially subvisible one. On basis of most applied methods for grain damage determination analysis there is provided a new method which consists in metallic nanopowder usage with the size of 5…15nanometers. By means of special device experimental grain is enveloped by nanomaterial which fills out microfissures and it gives opportunities to determine grain damage joint degree. We provide a device scheme for grain handling by nanopowder and also a device scheme of testing sample scanning in our paper. By means of developed method and given structure diagram we can not only determine grain damage degree but also carry out integrated assessment of some farm machineries in order to grain damage by their tools.
grain
damage
assessment
method
1.Manoilina C.V. Covershenstvovanie metodiki opredeleniya mikrotravmirovaniya zerna pri posleuborochnoi obrabotke (Improving methods for determining micro injury grain during postharvest handling): Author. Dis. cand. agricultural Sciences. Voronezh, 2010. – 22 p.
2.Lovchikov A.P. Sposob opredeleniya mekhanicheskikh mikropovrezhdeniy v partiyakh zerna pri uborke urozhaya kombainami (The method for determining the mechanical microdamages in shipments of grain during harvesting combines)// Russian Patent nо.2257703. 2004. Bull. nо.22.
3.Lukmanov R.R., Dmitriev A.V., Ziganshin B.G., Va liev A.R., Safin R.I. and Minikaev R.V. Sposob opredeleniya mekhanicheskikh mikropovrezhdeniy zerna (The method for determining the mechanical grain microdamages)// Russian Patent nо.2536061. 2014. Bull. nо.35.
4.Pugachev A.N. Povrezhdenie zerna mashinami (Damage to corn machines) Moscow: Kolos, 1976, pр. 320.
5.Tarasenko A.P. Snizhenie travmirovaniya semyan pri uborke i posleuborochnoi obrabotke (Reduced injury seeds at harvesting and postharvest processing) Voronezh, 2003, рp. 331.

Во время уборки и дальнейшей обработки зерно сильно травмируется. Многократное воздействие на него рабочих органов различных сельскохозяйственных машин и механизмов (удар, сжатие и пр.) ведет к его травмированию, снижая при этом кондиционность зерна. Например, 10 % травмированных семян вызывают снижение урожайности в среднем на 1ц/га, а 20…25 % – на 2…3ц/га [1, 5].

Существующие механические повреждения зерна рабочими органами сельскохозяйственных машин можно классифицировать следующим образом (рис.1).

Травмирование зерна не только снижает урожайность, но и ухудшает возможность его хранения. Объясняется это тем, что развитие бактерий и плесеней происходит прежде всего на битых, колотых и поврежденных зернах.

Цель работы – разработка способа и технического средства для определения микроповреждений зерен культур.

Определение травмирования зерна заключается в исследовании его поверхности на наличие сколов и микротрещин. Особое затруднение, как в условиях сельского хозяйства, так и влабораторных условиях, вызывает поиск и определение степени микроповреждений, так как это имеет субъективный характер и зависит от квалификации исследователя.

Разработанный способ [2], которым сегодня определяют степень микроповреждений зерна, заключается в следующем. Зерно, подготавливаемое к исследованию, окрашивают анилиновыми или другими красителями, что облегчает обнаружение микроповреждений. Однако при этом затрудняется выделение поверхностных и глубоких микроповреждений, что устраняют применением двойного окрашивания зерна в 0,5 %-ном растворе йода. Затем зерна промывают водой и для осветления поверхности зерна в течение полминуты обрабатывают 0,1 %-ным раствором едкого калия и вновь промывают водой. После двойного окрашивания все зерна просматривают под лупой.

pic_25.tif

Рис. 1. Классификация механических повреждений зерна рабочими органами сельскохозяйственных машин

Наряду с окрашиванием используют способ обесцвечивания в кипящих растворах некоторых химических соединений (2 %-ный раствор гипохлорита натрия или 2–3 %-ный раствор едкого калия) [4]. После кипячения зерно промывают водой и просматривают через лупу.

Степень микроповреждения поверхности зерен определяют при помощи измерительного микроскопа. Каждое зерно со всех сторон рассматривают под микроскопом, устанавливают тип микроповреждений и измеряют величину нарушенной поверхности зерна, площадь которой выражают в квадратных микрометрах. Степень микроповреждения выражают в процентах поврежденной площади к суммарной площади зерна средней исходной пробы. Определение степени травмирования зерна таким способом является относительно точным, однако требуются тщательные и трудоемкие замеры, а также дополнительные расчеты.

Также имеет место применение биологического способа [4], суть которого заключается в том, что о степени микроповреждений судят по лабораторной или полевой всхожести зерна. Недостатками этого способа является то, что он дает только относительное значение степени микроповрежденного зерна в образце или партии, так как снижение всхожести чаще всего может быть вызвано другими причинами (наличие беззародышевых, недоразвитых, поврежденных вредителями или болезнями зерен, условия проращивания и т.д.), а не только механическими повреждениями. Ктому же этот способ не дает возможности установить типы микроповреждений отдельных зерен, а определения всхожести требуют времени и специального оборудования.

В Казанском ГАУ предлагается новый способ более точного определения степени механических микроповреждений в зерне [3]. Данный способ предлагается реализовать с помощью цифрового аппаратного комплекса, предназначенного для точного определения степени микроповреждений зерна. Цифровой аппаратный комплекс состоит из аппарата обработки зерна металлическими нанопорошками с размером частиц 5…15нм, модуля очистки поверхности зерна, аппарата для сканирования пробы и центрального процессорного устройства.

На рис.2 представлена схема аппарата для обработки зерна нанопорошком с модулем очистки, принцип работы которого заключается в следующем. Зерно засыпают в бункер12, где оно заряжается положительным потенциалом.

pic_26.tif

Рис. 2. Схема аппарата для обработки зерна нанопорошком с модулем очистки:1 – дозатор; 2 – приводной электродвигатель дозатора; 3 – вентилятор; 4 – каскад высокого напряжения; 5 – очистительный барабан; 6 – заряженное зерно; 7 – нанопорошок; 8 – источник напряжения постоянного тока 12 В; 9 – зерно, очищенноеот наноматериала; 10 – верхнее сопло; 11 – емкость для сбора очищенного зерна; 12 – бункер для зерна; 13 – бункер для нанопорошка; 14 – нижнее сопло

Далее зерно дозатором1 подается в участок обработки, где продувается потоком воздуха, содержащим частицы нанопорошка. Отметим, что с помощью каскада высокого напряжения 4воздух, а с ним и частицы нанопорошка предварительно заряжаются отрицательным потенциалом. Вучастке обработки заряженные частицы нанопорошка движутся к зерну по силовым линиям электростатического поля, тем самым покрывают поверхность зерна и заполняют все микротрещины.

pic_27.tif

Рис.3. Схема аппарата сканирования пробы с центральным процессорным устройством:1 – стакан специальный; 2 – защитная крышка; 3 – аппарат сканирования; 4 – излучатель; 5 – сканер

Далее зерно попадает на очистительные барабаны, вращающиеся с разной скоростью. Поверхность зерна очищается, и металлический нанопорошок остается только в микротрещинах, причем его объем будет зависеть от степени микроповреждения зерна. После прохождения через очистительные барабаны зерно под своим весом поступает в участок обработки воздухом, выходящим из сопла14. Оставшийся нанопорошок сдувается и транспортируется в бункер для нанопорошка.

Объем металлического нанопорошка, оставшегося в микротрещинах зерна, определяется с помощью аппарата сканирования (рис.3).

Полученные данные о степени микроповреждений обрабатываются в центральном процессорном устройстве, записываются в память и выводятся на экран в виде показателя степени микроповреждения.

Заключение

Разработанный способ определения степени микроповреждений можно использовать на предприятиях, занимающихся производством и переработкой продукции растениеводства, в машинно-испытательных станциях и научно-исследовательских институтах аграрного профиля.