Зерновой массойназывают сложную биосистему, образующуюся в результате обмолота растений и состоящую из зерен (семян) определенной культуры и различных примесей.

Любая зерновая масса состоит из пяти компонентов:

• Зерно (семена) основной культуры. Зерно — главнейшая составная часть зерновой массы. Оно неоднородно по размерам, влажности, плотности. Неоднородность при уборке урожая увеличивается из-за появления травмирован­ных, треснувших, расколотых зерен.
• Примеси. Одновременно при уборке в зерновую массу попадают примеси: семена других культурных растений, сорняков, части стеблей, колоса или метелки, листья и соцве­тия сорных растений. Эти примеси называют органическими, а пыль, песок, земля относятся к минеральным.
• Микроорганизмы. Выращивание растений происходит в среде, чрезвычайно насыщенной микроорганизмами. В процессе уборки, транспортирования и хранения они в большом количестве поселяются и живут на зерне и других компонентах зерновой массы.
• Вредители хлебных запасов (насекомые, клещи). Зерно и примеси, имея разнообразную конфигурацию, укладываются с промежутками, заполненными воздухом. Состав воздуха межзерновых пространств зависит от процессов, происходящих в зерновой массе, и влияет на их интенсивность.
• Воздух межзерновых пространств. В зерновой массе также могут быть насекомые и клещи, которые при благоприятных для них условиях существенно ухудшают состояние и качество зерна.

Зерновая масса рассматривается как комплекс живых организмов, интенсивность жизнедеятельности которых оп­ределяет ее сохранность.

Сложный состав зерновой массы и входящих в нее компонентов учитывают при организации хранения и переработки, что позволяет эффективно использовать машины и оборудование и снизить до приемлемых пределов потери зерна

Присутствие в зерновой массе примесей значительно ухудшает качество хранящегося зерна, так как они обладают повышенной влажностью и обсеменены патогенными микроорганизмами.

Цели очистки зерновых масс:

- повышение семенных свойств;

- улучшение условий хранения;

- снижение транспортных расходов на перевозку;

- снижение зараженности вредителями хлебных запасов;

- создание благоприятных условий для сушки.

Очистка зерна считается эффективной, если содержимое сорной примеси после нее составляет не более 2%, зерновой – не более 5% и вредной – не более 0,2%.

Очистка и сортирование зерновой массы основаны на различии физико-механических свойств зерна и примесей. Использую их зерно очищают по следующим признакам:

- по аэродинамическим свойствам;

- по ширине и толщине зерна;

- по длине зерна;

- по плотности зерна;

- по форме и состоянию поверхности зерна;

- по металломагнитным свойствам.

Если физико-механические свойства зерна и примесей различны, то их можно легко разделить на зерноочистительных машинах.

Если примеси по физико-механическим свойствам сходны с зерном основной культуры, то их называют трудноотделимыми. Полностью очистить зерновую массу от трудноотделимых примесей сложно.

К физическим свойствам относятся:

1.Сыпучесть. Зерновая масса представляет собой совокупность большого количества частиц различной формы и размеров. Она обладает высокой подвижностью, способна скользить и скатываться по наклонной поверхности, заполнять хранилища и емкости различной конфигурации. Это свойство зерновых масс называют сыпучестью. Сыпучесть характеризуется углом трения зерна о поверхность какого-либо материала.

С увеличением влажности сыпучесть зерновой массы уменьшается. При влажности выше 34—38 % зерновая масса быстро слеживается, т. е. утрачивает сыпучесть.

Находящиеся в зерновой массе примеси в большинстве случаев также снижают сыпучесть. Поэтому влажность и засоренность учитывают при определении фактической производительности зерноочистительных машин, так как они уменьшают их пропускную способность.

Сыпучесть зерновых масс широко используют при их обработке и переработке. Зерновые массы легко перемещаются при помощи транспортеров, пневмотранспортных устройств и других механизмов. Современные сооружения, в том числе в хозяйствах, проектируют в несколько этажей (например, ЗАВ, КЗС, мукомольные и крупяные заводы, элеваторы). Поднятая на верхний этаж зерновая масса самотеком спускается вниз, проходит через различные машины, обрабатывается на них, приобретает необходимые свойства или измельчается. Самотек также позволяет существенно упростить загрузку и выгрузку хранилищ и транспортных средств.

Однако вследствие сыпучести зерновая масса оказывает значительное давление на стены хранилищ, закромов, это давление тем больше, чем меньше угол естественного откоса ее. Это повышает требования к механической прочности применяемых сооружений.

2.Самосортирование. Хорошая сыпучесть, а также сложный и неоднородный состав зерновой массы приводят к тому, что при перемешивании и пересыпании в ней образуются слои и участки, состоящие из компонентов с близкими характеристиками. Так, при загрузке транспортных средств, хранилищ тяжелые зерна и минеральная примесь падают быстрее и находятся в месте ссыпания, а легковесные компоненты (щуплое, колотое зерно, семена сорняков, органическая примесь) опускаются медленнее и отбрасываются вихревыми движениями воздуха к периферии насыпи (к бортам кузова, стенам закрома) или скатываются по поверхности конуса к его основанию.

По этой причине периферийные участки насыпи зерна содержат больше щуплых зерен, семян сорных растений и органического сора. Именно эти слои определяют сохранность всей зерновой массы, так как они обладают повышенной биологической активностью. Это обстоятельство учитывают при оценке качества зерна и семян: минимум 80 % точечных проб отбирают с периферийной части насыпи.

С точки зрения хранения самосортирование — это негативное свойство зерновых масс. Исключить его нельзя, но свести к минимуму можно тщательным выполнением технологии выращивания сельскохозяйственных культур на почвах, чистых от сорняков, уборкой в оптимальные сроки, многократными пропусками через различные зерноочистительные машины, что требует значительных затрат.

Самосортирование используют для направленного разделения зерновой массы на фракции разного качества. На этом свойстве основана работа пневмосортировальных и отражательных машин, применяемых в хозяйствах, а также камнеотделительных — на мукомольных заводах.

3.Скважистость. Между видимыми компонентами зерновой массы всегда имеются промежутки (межзерновые или межсемен­ные пространства), заполненные воздухом. Суммарный объем этих межзерновых пространств называют скважистостью. Чаще всего она выражается в процентах от общего объема зерновой массы, реже — в долях единицы. Обратная величина скважистости называется плотностью укладки, она показывает, какая часть зерновой массы занята твердыми частицами (компонентами). В совокупности межзерновые пространства образуют в зерновой массе густую сеть различных по форме и размерам каналов, по которым перемещается воздух.

Скважистость зерновой (семенной) массы зависит прежде всего от формы, величины и состояния поверхности зерна.

Примечание. В скобках указана скважистость, применяемая в расчетах по планированию послеуборочной обработки и хранения зерна и семян.

Крупные примеси увеличивают скважистость, а мелкие — уменьшают ее, так как размещаются между зернами основной культуры. С увеличением влажности зерна и семян скважистость их возрастает, хотя и незначительно.

Скважистость имеет большое физиологическое значение, так как запас воздуха в межзерновых пространствах обеспечивает нормальную жизнедеятельность, в частности, семенного материала.

Благодаря сети каналов воздух циркулирует в зерновой массе, переносит выделяющееся тепло и пары воды. Это обстоятельство используют при вентилировании, сушке, а также газации зерновых масс.

Однако при организации послеуборочной обработки и хранения зерна следует учитывать не только величину скважистости, но и ее структуру. Чем мельче семена, тем меньше размеры межзерновых пространств и каналов, соединяющих их. Следовательно, при активном вентилировании или сушке увеличивается аэродинамическое сопротивление зерновых насыпей воздушному потоку. Например, у пшеницы, проса и гороха скважистость практически одинакова — около 40 %. Поэтому при вентилировании мелкосемянных культур уменьшают высоту насыпи (уменьшают тару) или используют более высоконапорные вентиляторы.

В пределах одной культуры можно принять следующую схему зависимости скважистости от размеров зерна или семян:

Вследствие самосортирования скважистость в различных участках зерновой массы неодинакова. Это приводит к неравномерному распределению воздуха по профилю насыпи, образованию застойных зон, не продуваемых при активном вентилировании.

Зная скважистость и натуру, можно определить количество воздуха, находящегося в 1 т зерновой массы. Это называется обеспеченностью воздухом. Количество воздуха в хранящейся партии зерна принимают за один объем. Этот показатель используют при активном вентилировании зерновых масс.

Сорбция — поглощение твер­дым телом или жидкостью каких-либо веществ из окружающей сре­ды. Поглощающее тело называется сорбентом. Зерновые массы ин­тенсивно поглощают (сорбируют) из окружающей среды пары раз­личных веществ и газы, поэтому относятся к хорошим сорбентам. Связано это с капиллярно-пористой коллоидной структурой зерна (семени) и скважистостью зерновой массы.

При уборке, послеуборочной обработке и хранении зерновые массы могут приобретать различные запахи. Появление любого за­паха в зерне всегда связано со снижением его качества. Запахи делят на две группы: сорбционные и разложения.

Сорбционные запахи приобретаются зерновой массой вследствие ее сорбционных свойств. Из этой группы наиболее часто встречает­ся дымный запах, связанный с сорбцией зерновой массой продук­тов неполного сгорания топлива в зерносушилках. В Центрально-Черноземной зоне и южных районах России нередко зерно приоб­ретает запахи эфирных масел при контакте в период уборки и хра­нения с семенами или частями эфиромасличных растений (полынь, дикий чеснок, кориандр, укроп).

В Нечерноземной зоне из-за наличия большого количества спор твердой и мокрой головни зерновая масса может приобрести голов­невый запах (запах селедочного рассола). При обитании в зернохра­нилищах грызунов в продукции появляется мышиный запах. Ис­пользование загрязненной тары, транспортных средств и зернохра­нилищ может привести к приобретению зерновой массой запахов нефтепродуктов и пестицидов.

Запахи разложения образуются в самой зерновой массе как следствие протекающих в ней процессов. Это прежде всего амбар­ный запах, часто свидетельствующий о длительном хранении зер­новой массы без проветривания. При прорастании зерна появля­ется солодовый запах, а интенсивное развитие плесневых грибов вызывает плесенный запах. Распад тканей зерна и других компо­нентов зерновой массы приводит к появлению затхлого, а затем и гнилостного запаха. В хранилищах зерновые массы могут приоб­рести клещевой запах из-за развития клещей, переходящий затем в гнилостный.

Вещества, поглощенные зерновой массой, удалить из нее невоз­можно. Поэтому зерно и семена с любым запахом (за исключением амбарного) реализации не подлежат.

Чаще и значительно интенсивнее зерновые массы поглощают (сорбируют) из окружающей среды пары воды, а при известных ус­ловиях наблюдается обратный процесс, называемый десорбцией. Та­ким образом, в процессе сорбции и десорбции зерновая масса взаи­модействует с воздухом атмосферы и межзерновых пространств и при этом может увлажняться или подсыхать.

Если влажность зерна пшеницы, ржи, ячменя, овса при этом будет в пределах 33— 36 %, семян бобовых культур — 34—36, а масличных — на уровне 20%, то для хлебов второй группы (кукуруза, просо, сорго) это количе­ство воды может быть достаточно для набухания зерна и начала прорастания. Дальнейшее увлажнение семян возможно лишь при впи­тывании капельножидкой влаги, т. е. при контактном влагообмене. Это часто наблюдается в свежеубранной зерновой массе, для ко­торой характерна неравномерность по влажности составляющих ее компонентов

При сушке и хранении зерновых масс учитывают теплоемкость, тепло- и температуропро­водность и термовлагопроводность.

Теплоемкость характеризуется количеством теплоты, необхо­димой для нагревания 1 кг зерна или семян на 1 °С.

Теплоемкость сухого вещества зерна составляет 0,3 ккал.

Таким образом, чем выше влажность зерна, тем выше его теплоемкость. Высокая теплоемкость влажного зерна может привести к перегрузу его при сушке, поэтому температура зерна при первом пропуске через сушилку строго контролируется и при влажности его около 26—30 % составляет 36—38 °С. Продолжи­тельность сушки при этом увеличивается.

Теплопроводность зерновой массы очень низкая и составляет 0,13—0,20 Вт/(м • К), что обусловлено ее органическим составом и наличием большого количества воздуха. При повышении влажнос­ти зерновой массы увеличивается и теплопроводность ее, но в це­лом она остается невысокой.

Температуропроводность характеризует скорость изменения температуры в зерновой массе, т. е. ее теплоинерционные свойства. Она в тысячи раз ниже, чем у хороших проводников.

Зерновые массы обладают большой тепловой инерцией.

Низкая тепло- и температуропроводность при хранении зерно­вых масс имеет как положительное, так и отрицательное значение. Своевременно проведенное охлаждение позволяет сохранять зер­новые массы при низкой температуре даже в теплое время года. Это существенно тормозит биологические процессы в них, и потери не превышают естественной убыли. Если же по каким-либо причинам в зерновой массе образуются участки с повышенной биологической активностью, то выделяемое при этом тепло крайне медленно пере­мещается по профилю продукции и приводит к повышению ее тем­пературы.

Термовлагопроводность — это перемещение влаги в зерновой массе вместе с потоком тепла, обусловленное градиентом темпера­туры. Плохая тепло- и температуропроводность приводит к перепа­дам температур различных участков зерновой массы. По направле­нию потоков тепла мигрирует влага в виде пара и конденсируется на поверхности зерна. Количество капельно - жидкой влаги может быть значительным и достаточным для активизации процессов жизнедеятельности компонентов зерновой массы, а также для на­бухания и прорастания зерна и семян. Установлено, что перемеще­ние влаги по направлению потока тепла происходит в насыпи зерна или семян любой влажности (в том числе и ниже критической) и в любом направлении.

Зерно основной культуры между собой имеют некоторые различия по всем показателям, потому зерно сортируют на фракции на специальных сортировочных машинах.

Все зерноочистительные машины делятся

- на стационарные, которые агрегатируются с другими машинами, погрузочно-разгрузочными и транспортными средствами;

- на передвижные, предназначенные для раздельного использования на открытых площадках и под навесами.

По назначению зерноочистительные машины делятся на:

- машины для предварительной очистки зерна (ворохоочистители);

- машины для первичной и вторичной очистки и сортировки зерна;

- специальные машины для дополнительной обработки семян.

Стационарные машины позволяют быстро очистить зерновые массы. Они представляют собой поточную линию, обеспечивающую приемку, очистку, временное хранение и отгрузку зерна. Наиболее распространенными являются ЗАВ-20 и ЗАВ-40. Производительность их соответственно 20 и 40 т/ч. ЗАВ-20 устанавливают на токах с поступлением до 6 тыс т. зерна в сутки. Одновременно он может обрабатывать зерновой ворох только одной культуры.

ЗАВ-20 (рис.1)

ЗАВ -40 (рис.2) оборудован двумя машинами ЗАВ-20, сепараторами и триерными блоками. Он более производителен. На нем одновременно можно очищать ворох двух различных культур.

Передвижные зерноочистительные машины предназначены для предварительной очистки зерновой массы (ОВП-20, ЗВС-10).

ОВП-20 (рис. 1)

ОВС-25 (рис. 2)

Для вторичной очистки и сортирования семян используют ОС-4,5А, СМ-4.

СМ-4 (рис. 3)

Зерно и семена на зерноочистительных машинах разделяются по толщине на ситах с продолговатыми отверстиями.