1. Физические свойства зерновой массы

Хорошее знание физических свойств зерновой массы - непременное условие творческого, нешаблонного подхода к выполнению основных технологических операций послеуборочной обработки зерна, включая активное вентилирование, очистку, сушку и хранение. К таким физическим свойствам относят: сыпучесть, самосортирование и скважистость.

Сыпучесть. Зерну большинства культур свойственна сравнительно высокая подвижность - сыпучесть. Благодаря этому зерновая масса способна заполнять хранилища различной конфигурации и при наличии выхода истекать из него, что эффективно используется для самотечной выгрузки зерна. С учетом нормативов сыпучести зерновой массы сконструированы все самотечные трубы агрегатов и комплексов (ЗАВ, КЗС), многие элементы зерноочистительных машин, триерные цилиндры, короба шахтных зерносушилок.

Большинство современных сооружений для обработки и переработки зерна проектируют в несколько этажей с тем, чтобы в более полной мере использовать самотек зерновой массы. Однако с сыпучестью связано высокое избыточное давление зерна на стены хранилищ, что повышает требования к механической прочности таких сооружений.

Сыпучесть зерна характеризуется углом естественного откоса и углом трения. При свободном ссыпании зерна на горизонтальную поверхность образуется конус, крутизна которого неодинакова для разных культур. Она и является критерием сыпучести. Угол между образующей конуса насыпи зерна и ее основанием называют углом естественного откоса, или углом ската зерна по зерну. Чем он меньше, тем больше сыпучесть зерна. Для практических целей имеет значение и такой показатель сыпучести, как угол трения, т.е. минимальный угол, при котором зерно начинает перемещаться по какой-либо поверхности.

Наименьшим углом трения и углом естественного откоса, т.е. наибольшей сыпучестью, обладают зерновые массы, состоящие из округлых зерен с гладкой поверхностью (просо, горох, вика). Величина угла естественного откоса у этих культур находится в пределах 20... 30°, а угол ската 2... 14° (горох). Зерна продолговатой формы менее сыпучи. Угол естественного откоса зерновой массы приведен в таблице 1. Большинство примесей снижает сыпучесть зерновой массы.

На сыпучесть большое влияние оказывает влажность зерновой массы. У большинства культур с повышением влажности сыпучесть зерна понижается. Зерновая масса с высокой влажностью склонна к быстрому слеживанию, т.е. К утрате сыпучести. Поэтому не рекомендуется загружать в вентилируемые бункера зерно влажностью выше 22...24 %, а в зерносушилки шахтного типа - влажностью выше 30%.

Угол естественного откоса и угол трения зерновой массы

Ухудшение, сыпучести высоковлажного зерна вызывает соответствующее ухудшение сепарационной способности и значительное снижение производительности зерноочистительных машин. Разработаны специальные нормативы, учитывающие изменение пропускной способности зерноочистительных машин при, обработке зерна разной влажности и засоренности.

В процессе хранения зерновых масс их сыпучесть может заметно понижаться, а при самосогревании или слеживании может быть утрачена совсем. Следовательно, существенное ухудшение сыпучести указывает на неблагоприятные условия хранения зерна.

Самосортирование. Сложный состав зерновой массы, различные физические свойства компонентов (сыпучесть, аэродинамические свойства, плотность) приводят к тому, что при транспортировании, и особенно при пересыпании со значительным перепадом, высоты,, в образующейся зерновой насыпи неравномерно распределяются .отдельные компоненты, нарушается ее. однородность, в некоторых участках насыпи концентрируются фракции с близкими физическими свойствами. Такое самосортирование происходит не только между фракциями зерна и примесей, но и в пределах каждой из них, в том числе по влажности, крупности и другим признакам.

При вертикальном ссыпании крупные тяжелые зерна падают отвесно вниз и быстрее других достигают поверхности насыпи, а легкие примеси и щуплые зерна потоками воздуха относятся в стороны, вследствие чего в пределах образованной насыпи качество зерна в различных ее участках неодинаково. В периферийных участках насыпи зерно, как правило, имеет пониженное качество. В пристенной зоне силоса элеватора по сравнению с центральной его частью зерно содержит больше семян сорных растений, органического сора и щуплых зерен. Это создает предпосылки к ухудшению сохранности зерна и семян даже при хорошем их качестве. Самосортирование можно использовать для направленного разделения зерновой массы на фракции разного качества. Это свойство лежит в основе работы отражательных и пневмосортировальных машин.

Самосортирование создает трудности при оценке качества зерна. Необходимую для этого среднюю пробу зерна составляют из точечных проб, полученных из разных участков зерновой насыпи.

Скважистость. В зерновой массе между отдельными зернами всегда остаются свободные пространства, заполненные воздухом. Их объем, выраженный в процентах по отношению к общему объему зерновой массы, характеризует величину скважистости. Межзерновые пространства образуют в зерновой массе густую сеть каналов, различных по размерам и форме. По этим каналам перемещается воздух как естественным путем в результате конвекции, так и принудительно под воздействием вентилятора. Благодаря скважистости возможны сушка, активное вентилирование, газация зерновых насыпей большой высоты.

Скважистость имеет не только технологическое, но и физиологическое значение, так как запас воздуха в межзерновых пространствах, нужен для поддержания нормальной жизнедеятельности особенно зерна семенного назначения. Скважистость зерновой массы зависит от формы, размеров, состояния поверхности зерен, от количества и состава примесей и других факторов. Наиболее высокая скважистость у насыпи семян подсолнечника (60...80%), зерна овса (50...70 %), риса и гречихи (50... 65%). Более плотно укладывается зерновая масса пшеницы, ржи, проса, льна. Их скважистость 35...45%, а у гороха и люпина 40...45 % (табл. 2).

Однако для практики послеуборочной обработки и хранения зерна имеет значение не только общая величина скважистости, но и ее структура. Последняя характеризуется формой и размерами как самих межзерновых промежутков, так и более мелких каналов, соединяющих их.

Скважистость и натура зерна и семян

Структура скважистости определяет главным образом величину аэродинамического сопротивления зерновых насыпей воздушному потоку при сушке и вентилировании. Только с учетом этого можно подобрать необходимый вентилятор и обеспечить высокий эффект обработки. Так, например, насыпь пшеницы, гороха, проса и льна имеет примерно одинаковую скважистость. Очевидно, что структура скважистости зерновой насыпи этих культур различна. У гороха большие межзерновые промежутки, соединяющиеся друг с другом достаточно крупными каналами, и воздух легко проникает через такую зерновую насыпь. Иная структура скважистости у насыпи семян проса или льна. Небольшие по размерам межзерновые пространства, а главное, плотно прилегающие друг к другу семена образуют небольшие по сечению каналы, соединяющие соседние межзерновые пространства, которые затрудняют перемещение воздуха. При вентилировании таких зерновых насыпей положительный результат получить трудно. Если принять величину аэродинамического сопротивления насыпи гороха за единицу, то сопротивление проходу воздуха такой же насыпи зерна пшеницы будет примерно в 2 раза выше, а насыпи семян льна и проса в 3...5 раз. Поэтому при вентилировании мелкосемянных культур применяют насыпь меньшей высоты или подключают более высоконапорные вентиляторы.

Следует учитывать, что скважистость зерновой массы любой культуры изменяется в зависимости от количества и состава примесей, а также влажности. Крупные примеси обычно увеличивают скважистость, мелкием легко размещаются между зернами основной культуры и уменьшают скважистость. Поэтому активное вентилирование свежеубранного зерна следует проводить сразу после его очистки. Сырое и неочищенное зерно склонно к значительному уплотнению и резкому уменьшению скважистости, образованию застойных участков, непродуваемых при активном вентилировании. Поэтому при загрузке и выравнивании насыпи сырого зерна в камерных зерносушилках или вентиляционных установках необходимо стремиться избегать механического уплотнения зерновой насыпи.