ชุดนวดแบบไหลตามแกน - ศูนย์นวัตกรรมเทคโนโลยีหลังการเก็บเกี่ยว

รศ.ดร.สมชาย ชวนอุดม
กลุ่มวิจัยวิศวกรรมประยุกต์เพื่อพืชเศรษฐกิจที่สำคัญของภาคตะวันออกเฉียงเหนือ มหาวิทยาลัยขอนแก่น

ชุดนวด เป็นอุปกรณ์ที่สำคัญที่ส่งผลต่อสมรรถนะในการทำงาน ทั้งทางด้านความสูญเสีย ประสิทธิภาพและความสามารถในการทำงานโดยเฉพาะกับเครื่องนวดและเครื่องเกี่ยวนวด และเปรียบเสมือนหัวใจของการทำงานของเครื่องทั้งสอง ซึ่งชุดนวดนี้เป็นส่วนที่ทำให้เมล็ดพืชหลุดออกจากรวง ฉะนั้นการนวดจึงมีความสำคัญทั้งต่อคุณภาพและปริมาณของผลผลิต การนวดที่รุนแรงเกินไปจะทำให้เมล็ดแตกหักเสียหายมาก การนวดที่เบาเกินไปก็จะทำให้มีเมล็ดบางส่วนไม่ถูกนวดมากขึ้นและถูกขับทิ้งกลายเป็นความสูญเสียผลผลิตสูงจากการทำงานของชุดนวด สำหรับเครื่องนวดและเครื่องเกี่ยวนวดในประเทศไทยส่วนใหญ่นิยมใช้ชุดนวดข้าวแบบไหลตามแกน

1.หลักการนวด

หลักการนวดเมล็ดพืชของชุดนวดทั้งในเครื่องนวดและเครื่องเกี่ยวนวดมีหลักการนวดใหญ่ๆ อยู่ 3 หลักการ คือการนวดแบบรัศมี แบบไหลตามแนวรัศมี และแบบไหลตามแกน ดังแสดงในภาพที่ 1ก โดยมีรายละเอียดดังนี้

1.1 หลักการนวดแบบไหลตามแนวรัศมี

เป็นหลักการนวดที่พืชจะถูกป้อนเข้าไปในชุดนวดและถูกนวดบริเวณตามแนวรัศมีที่สัมผัสในช่วงสั้นๆ ด้วยเวลาอันรวดเร็ว (ภาพที่ 1ข) ดังนั้นจึงต้องใช้ความเร็วในการนวดที่สูงกว่าการนวดแบบไหลตามแกนมาก ซึ่งหลักการนวดแบบนี้ต้องใช้ตะแกรงเขย่าฟางช่วยในการแยกเมล็ดออกจากฟาง ซึ่งส่งผลให้ในการออกแบบชุดนวดทั้งสำหรับเครื่องนวดและเครื่องเกี่ยวนวดมีขนาดใหญ่ น้ำหนักมาก อาจเหมาะกับการใช้งานในประเทศที่มีพื้นที่เพาะปลูกแบบแปลงขนาดใหญ่ เช่นในประเทศแถบอเมริกาเหนือ หรือออสเตรเลียเป็นต้น

1.2 หลักการนวดแบบไหลตามแกน

เป็นหลักการนวดที่พืชจะถูกป้อนเข้าไปในชุดนวดและถูกตีหมุนซ้ำไปรอบตะแกรงนวดพร้อมทั้งไหลไปตามแนวแกนเพลาลูกนวดดังแสดงในภาพที่ 1ค ส่วนเมล็ดและฟางถูกแยกโดยการกรองผ่านตะแกรงนวดและฟางจะถูกขับออกที่ช่องขับฟางโดยการบังคับของครีบวงเดือนที่ติดอยู่ด้านบนของชุดนวด ดังนั้นจำนวนครั้งในการนวดจึงขึ้นอยู่กับจำนวนของครีบวงเดือน ทำให้พืชจะถูกนวดหลายครั้งด้วยความเร็วการไหลออกจากชุดนวดที่ไม่สูงนัก ดังนั้นทั้งเครื่องนวดและเครื่องเกี่ยวนวดที่ใช้หลักการนี้ในการออกแบบชุดนวดสามารถออกแบบให้ชุดนวดมีขนาดเล็กกะทัดรัด น้ำหนักเบา ราคาถูกและซ่อมแซมได้ง่าย จึงเหมาะกับการใช้งานในประเทศที่มีแปลงเพาะปลูกขนาดเล็ก เช่นประเทศในแถบทวีปเอเชีย โดยเฉพาะกับประเทศในแถบเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ เป็นต้น สำหรับประเทศไทยได้นำเครื่องนวดข้าวแบบไหลตามแกนจากสถาบันวิจัยข้าวนานาชาติ (IRRI) เข้ามาและปรับปรุงแก้ไขจนเหมาะสมกับการใช้งาน รวมทั้งการประยุกต์ใช้งานกับเครื่องเกี่ยวนวดและเป็นที่ยอมรับของเกษตรกรในประเทศอย่างกว้างขวาง

1.3 หลักการนวดแบบรัศมี

เป็นหลักการนวดที่คล้ายกับโม่หินบดที่พืชจะถูกป้อนเข้าไปในชุดนวดที่ตรงกลางของแกน ส่วนลูกนวดจะหมุนเฉือนเมล็ดให้ออกจากฟาง ดังแสดงในภาพที่ 1ง ในหลักการนวดแบบนี้มีข้อจำกัดมาก เช่น ความสามารถในการทำงานค่อนข้างน้อยและต้องใช้ความเร็วในการนวดค่อนสูงมากเมื่อเทียบกับหลักการนวดอีกสองแบบ และเมล็ดแตกหักจากการนวดแบบนี้มีค่อนข้างสูง ดังนั้นในปัจจุบันจึงไม่ค่อยมีการใช้งานชุดนวดในหลักการนวดแบบนี้

2.ประเภทของลูกนวด

ลูกนวดที่ใช้ในการนวดเมล็ดพืชมีหลายแบบ แต่สามารถแบ่งเป็นกลุ่มใหญ่ๆ ได้ 4 แบบ ดังนี้

2.1 ลูกนวดแบบแถบนวด (Rasp-Bar Rotor) ลูกนวดประกอบด้วยเหล็กยาวแบนมีลอน ดังแสดงในภาพที่ 2 ซึ่งจะทำหน้าที่ในการนวดพืชที่เข้ามาในห้องนวด โดยจะขนานไปกับแกนลูกนวด ลูกนวดจะถูกขับด้วยความเร็วประมาณ 150 ถึง 1,500 รอบต่อนาที ส่วนตะแกรงนวดอยู่ด้านล่างของลูกนวดและมีส่วนโค้งขนานไปกับลูกนวด

2.2 ลูกนวดแบบซี่นวด (Spike-Tooth Rotor) ลูกนวดแบบนี้จะมีซี่นวดติดกับโครงลูกนวด จำนวนแถวและระยะห่างขึ้นกับการออกแบบสำหรับพืชแต่ละชนิด (ภาพที่ 3) ซึ่งขณะที่ลูกนวดหมุนซี่ของลูกนวดจะเข้าไปฟาดตีกับพืชทำให้เกิดการนวดพืชขึ้น แต่จะทำให้เกิดเศษฟางมากขึ้น ลูกนวดแบบนี้เกือบทั้งหมดใช้กับเครื่องนวดและเครื่องเกี่ยวนวดในประเทศไทย

2.3 ลูกนวดแบบเหล็กฉาก (Angle-Bar Rotor) ลูกนวดจะมีเหล็กฉากติดกับดุมลูกนวด ซึ่งวางเฉียงทำมุมกับแกนของลูกนวด เป็นเกลียวไปตามความโค้งของลูกนวด โดยมีแผ่นยางประกบไว้ด้านหน้าเพื่อลดแรงกระแทก เหล็กฉากนี้จะมีติดอยู่ที่ตะแกรงนวดด้วย (ภาพที่ 4)

2.4 ลูกนวดแบบเส้นลวดโค้ง (Wire Loop Rotor) เป็นลูกนวดทึบที่มีซี่นวดทำจากเส้นลวดดัดโค้งเรียงรอบลูกนวด ดังแสดงในภาพที่ 5 ลูกนวดแบบนี้นิยมใช้ในชุดนวดของเครื่องนวดและเครื่องเกี่ยวนวดแบบนวดคอรวง

3.ส่วนประกอบของชุดนวดแบบไหลตามแกน

จากที่กล่าวมาแล้วข้างต้น ทั้งประเทศไทยและประเทศในแถบเอเชียตะวันออกเฉียงใต้นิยมใช้ชุดนวดแบบไหลตามแกน ดังนั้นในที่นี้จึงกล่าวถึงส่วนประกอบหลักของชุดนวดแบบไหลตามแกน ซึ่งประกอบด้วยลูกนวดและตะแกรงนวด ดังนี้

3.1 ลูกนวด เป็นส่วนที่ทำหน้าที่ฟาด ตี และหมุนเหวี่ยงพืชให้ฟาด ตี หรือครูดกับตะแกรงนวดเพื่อแยกเมล็ดออกจากรวง มีอุปกรณ์ประกอบด้วย เพลาลูกนวด แถบยึดซี่นวด ซี่นวด และใบพัดขับฟาง (ภาพที่ 6) โดยมีรายละเอียดดังนี้

1) เพลาลูกนวด อยู่ตรงกลางของลูกนวดเป็นส่วนที่รับแรงและทำให้หมุนจนเกิดการทำงาน

2) แถบซี่นวด อยู่ขอบของลูกนวดเป็นแถบเหล็กแบนใช้ยึดซี่นวด

3) ซี่นวด ยึดติดอยู่กับแถบซี่นวดเป็นส่วนที่ใช้ฟาดหรือตีต้นพืช

4) ใบพัดขับฟาง อยู่ด้านท้ายของลูกนวดมีลักษณะเป็นแผ่นเหล็กหนา มีหน้าที่ขับส่งฟางที่ผ่านการนวดแล้วให้ออกไปจากชุดนวดที่ช่องขับฟาง ใบพัดขับฟางมีหลายลักษณะทั้งแบบเป็นใบสี่เหลี่ยมผืนผ้าเกือบเต็มช่องออกฟาง แบบแผ่นครึ่งของช่องออกฟาง และแบบผ่าเฉียง

3.2 ตะแกรงนวด ทำหน้าที่รับการฟาดต้นพืชจากลูกนวดทำให้เมล็ดหลุดออกจากรวง และแยกเมล็ดให้ออกจากฟางหลังการนวดโดยให้เมล็ดลอดผ่านตะแกรงนวดลงไปยังชุดทำความสะอาด ประกอบด้วย ตะแกรงนวดบน ตะแกรงนวดล่าง และครีบวงเดือน (ภาพที่ 6) โดยมีรายละเอียดดังนี้

1) ตะแกรงบน มีลักษณะเป็นตะแกรงลวดยาวยึดโดยสันตะแกรงอยู่เหนือลูกนวด มีครีบวงเดือนติดอยู่เป็นระยะๆ เท่ากันประมาณ 4 ถึง 6 ครีบ เรียงไปตามความยาวของลูกนวด

2) ตะแกรงล่าง อยู่ด้านล่างของลูกนวด มีลักษณะเป็นตะแกรงลวดยาวยึดโดยสันตะแกรงเช่นเดียวกับตะแกรงนวดบนและมีความยาวเท่ากับตะแกรงบน ทำหน้าที่รองรับการฟาดตีพืชของลูกนวดเพื่อทำให้เมล็ดหลุดออกจากรวง

3) ครีบวงเดือน เป็นอุปกรณ์ที่ยึดอยู่กับตะแกรงนวดบน ทำหน้าที่บังคับให้พืชที่ถูกตีหมุนอยู่ในชุดนวดให้ไหลไปตามความยาวของแกนเพลาลูกนวด ฉะนั้นความเร็วในการไหลของวัสดุจึงขึ้นอยู่กับมุมของครีบวงเดือน

4.ลักษณะการทำงานของชุดนวดแบบไหลตามแกน

จากหลักการนวดที่มีทั้งสามแบบ แต่หลักการนวดแบบไหลตามแกนจะเหมาะกับการใช้งานในประเทศไทยและเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ดังนั้นในบทนี้จึงนำหลักการนวดแบบนี้อธิบายลักษณะการทำงานเพื่อให้เห็นภาพการทำงานที่ชัดเจนมากยิ่งขึ้นโดยมีรายละเอียดลักษณะของการทำงานของชุดนวดแบบไหลตามแกนดังนี้

การทำงานของชุดนวดมีลักษณะการทำงานคือ ลูกนวดทำการฟาดตี และหรือหมุนเหวี่ยงข้าวให้ฟาดตีกับตะแกรงนวดเพื่อแยกเมล็ดออกจากรวง ส่วนเมล็ดที่ถูกนวดแล้วถูกแยกออกจากชุดนวดโดยผ่านตะแกรงนวดล่างเป็นส่วนใหญ่ ดังแสดงในภาพที่ 7 และมีเมล็ดบางส่วนที่ถูกเหวี่ยงแล้วหลุดผ่านตะแกรงนวดบน ตะแกรงนวดทั้งสองนี้ยังทำหน้าที่กรองฟางไม่ให้ไหลปนไปกับเมล็ด เมล็ดที่ผ่านตะแกรงนวดตกลงไปยังชุดทำความสะอาด ส่วนฟางถูกตีหมุนและถูกครีบวงเดือนบังคับให้ไหลตามแกนเพลาลูกนวดไปถูกขับทิ้งที่ช่องขับฟาง ดังแสดงในภาพที่ 8 โดยมุมครีบวงเดือนจากแนวเพลาลูกนวดที่มีความเอียงมากทำให้วัสดุอยู่ในชุดนวดเป็นเวลาอันสั้นเพราะครีบวงเดือนบังคับให้วัสดุถูกขับทิ้งส่งผลต่อการนวดและการคัดแยกเมล็ดออกจากฟางที่ไม่ดีซึ่งมีผลต่อความสูญเสียจากชุดนวดที่เพิ่มขึ้น ส่วนมุมครีบวงเดือนจากแนวเพลาลูกนวดที่มีความเอียงน้อยทำให้วัสดุมีเวลาอยู่ในชุดนวดนานขึ้น ซึ่งทำให้มีการนวดและคัดแยกได้นานขึ้นส่งผลต่อความสูญเสียจากชุดนวดที่ลดลง แต่ก็ทำให้ความสามารถในการทำงานของชุดนวดลดลงเนื่องจากต้องใช้กำลังในการนวดที่เพิ่มขึ้น ส่วนเมล็ดที่ผ่านตะแกรงนวดจะตกลงสู่ชุดทำความสะอาดเพื่อแยกเศษข้าวลีบ ฝุ่น และเศษฟางให้ออกจากเมล็ดข้าวก่อนการส่งไปบรรจุยังถังเก็บเมล็ดหรือกระสอบต่อไป

จากลักษณะการนวดแบบไหลตามแกนนี้ การนวดและการคัดแยกจะเกิดขึ้นตลอดทั้งความยาวของชุดนวด ดังแสดงในภาพที่ 9 ซึ่งเป็นการทดสอบชุดนวดที่มีความยาว 170 เซนติเมตร เส้นผ่าศูนย์กลางลูกนวดขนาด 508 มิลลิเมตร (20 นิ้ว) ระยะช่องว่างระหว่างซี่ตะแกรงนวด 20 มิลลิเมตร อัตราการป้อน 16 ตันต่อชั่วโมง ความเร็วเชิงเส้นปลายซี่นวด 20 เมตรต่อวินาที นวดข้าวพันธุ์ชัยนาท 1 ที่มีความชื้นของเมล็ด 27.4 เปอร์เซ็นต์ฐานเปียก อัตราส่วนเมล็ดต่อฟางโดยน้ำหนักสด 0.71 โดยชุดนวดมีช่วงช่องป้อนยาว 80 เซนติเมตรแรก และช่วงถัดไปเรียกว่าช่วงท้ายจนถึงใบพัดขับฟางยาว 90 เซนติเมตร เห็นได้ว่าในช่วงช่องป้อนมีวัสดุที่ถูกตีเพื่อการแยกเมล็ดให้ลอดผ่านตะแกรงนวดสูงถึงประมาณ 75 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งจะส่งผลต่อการทำความสะอาดหรือสภาวะการเกินภาระของตะแกรงที่รองรับเมล็ดที่ต้องทำความสะอาดในช่วงนี้ ส่วนช่วงท้ายปริมาณเมล็ดที่ลอดผ่านตะแกรงนวดจะค่อยๆ ลดลงไปเรื่อยๆ และส่วนที่เหลือที่ไม่สามารถลอดผ่านตะแกรงนวดจะเป็นความสูญเสียจากชุดนวด

5.สรุป

หลักการนวด มีหลักการ 3 แบบคือ การนวดแบบรัศมี แบบไหลขวางแกน และแบบไหลตามแกน โดยมีประเภทของลูกนวด มี 4 แบบหลักๆ คือ ลูกนวดแบบแถบนวด แบบซี่นวด แบบเหล็กฉาก และแบบเส้นลวดโค้ง สำหรับส่วนประกอบของชุดนวดแบบไหลตามแกน ประกอบไปด้วย ลูกนวดที่มีเพลาลูกนวด แถบยึดซี่นวด ซี่นวด และใบพัดขับฟาง และ ตะแกรงนวดที่มีตะแกรงนวดบน ตะแกรงนวดล่าง และครีบวงเดือน โดยลักษณะการทำงานของชุดนวดแบบไหลตามแกน เป็นการทำงานที่พืชจะถูกป้อนเข้าไปในชุดนวดและถูกตีหมุนซ้ำไปรอบตะแกรงนวดพร้อมทั้งไหลไปตามแนวแกนเพลาลูกนวด ส่วนเมล็ดและฟางถูกแยกโดยการกรองผ่านตะแกรงนวดและฟางจะถูกขับออกที่ช่องขับฟาง

บทความนี้ ตีพิมพ์ลงใน Postharvest Newsletter ปีที่ 17 ฉบับที่ 2 เมษายน – มิถุนายน 2561

เอกสารอ้างอิง

จักร จักกะพาก และ ยาซุมะสะ โคงะ. 2528. เครื่องจักรกลเกษตร. คุรุสภาลาดพร้าว, กรุงเทพฯ. Griffin, G.A. 1981. Combine Harvesting. Ed 2nd, Deere & Company, Moline, Illinois, USA. John Deere. 2011. Rasp Bar Cylinder and Concave. [Online]. Available source: http://salesmanual.deere.com. [25 December 2011].
Khan, A.U. 1986. The Asian Axial-Flow Threshers. Proceeding of the International conference on Small Farm Equipment for Developing Countries. USA: McGraw-Hill.
Quick, G.R. 1978. Development of Rotary and Axial Thresher/Separators. In: Grain and Forage Harvesting. Proceedings of the 1^st International Grain and Forage Conference. 25-29 Sep 1977; Scheman Center, Iowa State University, Ames, Iowa, USA: p. 151-164.