Основные способы очистки и сортирования зерна
Очистка семян воздушным потоком широко применяется в зерноочистительных машинах. Этот способ разделения основан на различии аэродинамических свойств семян и примесей.
При относительном движении тела в воздушном потоке возникает сила сопротивления этому движению, которая зависит от формы, состояния поверхности, расположения в воздушной среде и массы тела.
Совокупность факторов, определяющих способность частиц перемещаться под действием воздушного потока, называют аэродинамическими свойствами.
На частицу, помещенную в вертикальный канал с восходящим потоком, действует сила тяжести G, а также сила сопротивления R, создаваемая воздушным потоком и зависящая от ее аэродинамических свойств. Сила R сопротивления стремиться увлечь частицу в направлении движения воздушного потока, а ее величина зависит от значения скорости относительно частицы.
Если G > R, то частица будет двигаться навстречу воздушному потоку, т.е. будет падать, а если G < R, то частица будет двигаться вместе с воздушным потоком. Так как сила сопротивления R зависит от скорости воздушного потока и возрастает с ее увеличением, то между этими двумя крайними случаями есть такой момент, когда силы G и R будут равны. В этом случае частица будет находиться во взвешенном состоянии, т.е. она будет неподвижна относительно стенок канала.
Скорость вертикально восходящего воздушного потока, при которой частица находится во взвешенном состоянии, называют скоростью витания или критической скоростью для данного вида частиц.
Таким образом, о различии аэродинамических свойств зерна основной культуры и примесей можно судить по значению их критических скоростей. Например, критическая скорость для зерна пшеницы находится в пределах 8,9...11,5 м/с, для соломистых частиц длиной менее 100 мм - 5...6 м/с, колоса без зерна - 3,5...5 м/с, щуплого зерна пшеницы- 5,5...7,6 м/с.
Чем больше разность критических скоростей, тем полнее разделение зерна и примесей.
Зерновую смесь в зерноочистительных машинах разделяют в воздушных каналах, которые бывают вертикальными и наклонными, цилиндрического и прямоугольного сечения. Применяют каналы нагнетательного действия, в котором зона обработки зерна воздушным потоком расположена на выходной части канала вентилятора; и всасывающего действия, когда рабочая зона расположена на входной части канала вентилятора.
Воздушным потоком из вороха выделяют легкие соломистые примеси (полову, измельченную солому, колоски), некоторые семена сорняков, щуплое зерно и др. Примеси. Увлекаемые воздушным потоком примеси поднимаются по каналу и попадают в осадочную камеру, в которой скорость воздуха резко уменьшается до 0,5-1 м/с за счет увеличенной в 2,5-3 раза площади поперечного сечения по сравнению с каналом, и примеси осаждаются на дно камеры и выводятся из нее специальными устройствами.
При разделении вороха наклонным воздушным потоком происходит изменение траекторий движения компонентов смеси: тяжелые зерна и примеси сохраняют практически неизмененными свои траектории и сходят в ближайший приемник зерна, а легкие примеси отклоняются от направления ввода и уносятся воздушным потоком в приемники, расположенные дальше от приемника зерна.
Вертикальные воздушные каналы дают лучшие результаты разделения вороха, поэтому они чаще всего применяются в конструкциях зерноочистительных машин.
Разделение семян по размерам. Семена растений в подавляющем большинстве имеют неправильную форму, которая определяется тремя размерами: длиной l, шириной b и толщиной q, т.е. наибольшим, средним и минимальным соответственно.
По толщине и ширине разделяют на решетах, на них же отделяют от зерна крупные и мелкие примеси. Решето представляет собой металлический лист с отверстиями одинакового размера и формы. Для разделения семян по толщине применяют решета с продолговатыми отверстиями или струнные, а для разделения по ширине – с круглыми.
Разделение семян по толщине. Сквозь продолговатое отверстие может пройти только такое зерно, толщина которого меньше ширины продолговатого отверстия. Ширина зерна всегда больше толщины. Разделение семян по толщине возможно только на решетах с продолговатыми отверстиями.
Разделение семян по ширине. Сквозь круглое отверстие продолговатые зерна проходят, встав длинной осью перпендикулярно к поверхности решета. При этом проходят те зерна, ширина которых меньше диаметра отверстий.
Массу частиц вороха, которая проходит сквозь решето, называют проходом, а которая перемещается по нему – сходом.
Разделение семян по длине. Для отделения коротких или длинных примесей (в сравнении с длиной семян основной культуры) от семян основной культуры применяют триеры. Наибольшее применение получили цилиндрические триеры, рабочим органом которых является вращающийся относительно продольной оси ячеистый цилиндр. На внутренней поверхности цилиндра штамповкой или фрезерованием образованы ячейки, диаметр которых больше или меньше длины семян.
Триерный цилиндр, у которого диаметр ячеек меньше длины зерна основной культуры, служит для отделения коротких примесей. Его называют кукольным. Цилиндры для выделения длинных примесей имеют ячейки диаметром больше длины зерна основной культуры. Такие цилиндры называют овсюжными.
В кукольном триере в ячейки западают короткие примеси, а в ячейки овсюжного – зерно основной культуры.
Внутри цилиндра, воль его оси, установлен лоток с возможностью поворота его относительно продольной оси. В полости лотка смонтирован шнек для вывода компонентов смеси, попадающих в лоток при работе триера.
Принцип разделения зерновой смеси по длине состоит в том, что короткие фракции западают в ячейки триерного цилиндра полностью, а длинные – частично. При повороте цилиндра на угол менее 900 длинные фракции выпадают из ячеек, а короткие выпадают после дальнейшего поворота цилиндра.
При работе кукольного цилиндра исходный материал, попадая во вращающийся цилиндр, с одного его конца перемещается к другому выходному концу слоем, проходящим по ячеистой поверхности. Короткие зерна и примеси длиной меньше диаметра ячеек захватываются ими и поднимаются вверх. Над лотком они под действием силы тяжести выпадают из ячеек в лоток и транспортируются шнеком из цилиндра. Эти компоненты называются проходом. Семена основной культуры и длинные примеси, частично попадая в ячейки, не удерживаются в них и выпадают, не доходя до кромки лотка. Они перемещаются по цилиндру к выходу. Эти компоненты называют сходом.
В овсюжном цилиндре проходом является зерно основной культуры, оно захватывается ячейками, выносится в лоток и транспортируется шнеком к выходу. Длинные примеси идут сходом по ячеистой поверхности цилиндра.
Для обеспечения четкого разделения зерновой смеси, лоток в триерных цилиндрах можно поворачивать и этим регулировать положение верхней кромки лотка относительно места выпадения продуктов прохода. На этот показатель оказывает влияние также частота вращения цилиндров. Частица выпадает из ячейки, если ее сила тяжести будет больше действующей на нее центробежной силы, т.е.:
m*g > m*w2*R.
Зависимость для определения частоты вращения цилиндра:
где n – частота вращения цилиндра, об/мин; w – угловая скорость, рад/с; R – радиус цилиндра, м; g – ускорение свободного падения, м/c2.
На практике частота вращения триерных цилиндров выбирается в пределах 35-50 об/мин.
Обычно завод-изготовитель комплектует машины двумя триерными цилиндрами с ячейками диаметром 5 и 8,5 мм. Комплекты триерных цилиндров выпускаются в виде дополнительного оборудования с ячейками диаметром 1,8; 2,8 и 3,5 мм для выделения коротких семян и примесей.