1.3.2. Электрические способы очистки
Электрические способы предусматривают применение для очистки семенных смесей электрических полей и зарядов в сочетании с различными колеблющимися и поступательно движущимися, вращающимися поверхностями. При этом процесс разделения смеси на составляющие возможен при различии совокупностей электрических и других физических свойств семян очищаемой культуры и засорителей.
Очистка семян овса от овсюга на вращающейся барабанной поверхности в поле коронного разряда положительного результата не дала [5]. Качество очистки на барабанных сепараторах в значительной степени подвержено влиянию влажности окружающей среды. При большой влажности воздуха засоренность овса даже после очистки на трехбарабанном сепараторе может быть несколько выше кондиционной [84]. В этой области были проведены исследования, улучшающие процесс сепарации [59,41].
Очистка семян овса Золотой дождь от овсюга при свободном падении в межэлектродном пространстве камерного электросепаратора также не дала значительного эффекта [5]. В камерном сепараторе наблюдается естественный разброс зерна и вызванный им конус рассеивания, захват мелких частиц крупными и другие явления, которые затрудняют очистку семян [84] и делают необходимой повторную очистку.
Удовлетворительные результаты по очистке смеси овса от овсюга дало использование решетной поверхности с наложенным электростатическим полем. Этим вопросом занимались многие исследователи [93, 11, 12, 13,96, 97, 98, 1, 52, 53].
Исследования Басова А.М. и Шмигеля В.Н. [12,13] показали, что наложение электростатического поля на решета, колеблющиеся в направлении, близком к вертикали, позволило повысить просеивание сорных семян через круглые отверстия, поднять качество очистки. Способ разделывания основан на принципе ориентировки вращающим моментом электрического поля [96] частиц вытянутой формы длинной осью перпендикулярно плоскости решета, что способствует проходу сориентированных семян в отверстия. Исследования, проведенные Басовым А.М. и Шмигелем В.Н. на электрозерноочистительной машине решетного типа показали [11], что таким способом выделяется около 70% овсюга с выходом овса 70-75%. В отход вместе с овсюгом уходили мелкие, щуплые и голые зерна овса. Опыты были проведены с овсом Победа засоренностью 1400 шт/кг.
Исследования Колмаковой М.И. [52,53] показывают, что наложение электростатического поля на решето с круглыми отверстиями при сниженных межэлектродных промежутках существенно улучшает процесс очистки. Просеиваемость частиц возрастает в 2-2,5 раза, а степень выделения овсюга из овса в 5 раз. Опыты были проведены с овсом Золотой дождь с содержанием мелкой фракции 76% и засоренностью овсюгом 80-100 шт/кг. В результате очистки был получен овес, соответствующий 1 классу посевного стандарта (засоренность овсюгом 3-4 шт/кг).
Исследования Шмигеля В.Н. [98] показывают, что при колебаниях решетной системы близких к вертикали усложняется кинематика устройства. Некоторый хаотизм наблюдается при этом и в движении частиц. Автор приходит к выводу, что для осуществления очистки трудносепарируемых смесей (например, овес-овсюг) желательна избирательная ориентировка частиц при перемещении их по решету без подброса. При этом необходимо иметь в межэлектродном пространстве значительно большие напряженности поля, чем при работе системы с подбросом зернового слоя. Исследования, проведенные на плоском наклонном решете с круглыми отверстиями при продольно направленных колебаниях с наложенным перераспределенным электростатическим полем без подброса зернового слоя показали, что овес с засоренностью до 300 шт/кг был доведен до 3 класса посевного стандарта (80 шт/кг) с выходом овса 90%. [97,98]. На рисунке 1.4. (а, б, в) показаны силы и моменты, действующие на частицу на наклонной колеблющейся решетной поверхности с круглыми отверстиями при наложенном электростатическом поле с подбросом зернового слоя (а и б) и без подброса (в).
Рис. 1.4. Эллипсоидальная частица в электростатическом поле на наклонной колеблющейся решетной поверхности с круглыми отверстиями (а, б - с подбросом зернового слоя; в - без подброса зернового слоя)
Как видно на частицу действуют сила тяжести FТ, сила трения FТР, сила инерции FИ, электрическая сила FЭ и вращающий момент электрического поля МЭ. Электрическая сила FЭ представляет собой алгебраическую сумму силы F1 взаимодействия поля и заряженной частицы и силы F2 взаимодействия заряженной частицы с плоскостью (силы зеркального отображения) [94].
Процесс очистки будет протекать эффективно, если моменты сил, содействующие ориентировке частиц для семян овсюга при прочих равных условиях будут больше, чем для семян овса. Этим будет обеспечиваться выборочность ориентации семян овсюга.
Очистку овса от овсюга можно проводить на фрикционной поверхности с наложенным полем коронного разряда [50,42,21,22]. Этот способ разделения смеси предусматривает использование не только фрикционных, но и электрических свойств зерна. Способ разделения основан на принципе большего прижимания зерен к фрикционной поверхности за счет действия электрической силы поля коронного разряда. Это улучшает четкость разделения смеси, так как у шероховатых частиц сила трения о поверхность увеличивается в большей степени, чем у гладких.
Исследования, проведенные Козловым Н.С. [42] на электрофрикционной семяочистительной машине показали, что при очистке овса Золотой дождь от овсюга при засоренности 60-70 шт/кг количество овсюга уменьшилось до 5-6 шт/кг при выходе овса 65%. На рисунке 1.5 показаны силы, действующие на зерно, находящееся в поле коронного разряда на внутренней поверхности цилиндра. Здесь действуют сила тяжести FТ, сила трения FТР, центробежная сила FЦ и электрическая сила FЭ. Наличие электрической силы, величина которой для семян овсюга больше, чем для семян овса, интенсифицирует процесс очистки семян.
Исследования, которые провел Буинов П.П. [22] на электрокоронной семяочистительной горке с продольным движением полотна показали, что при очистке овса от овсюга при первоначальной засоренности 520 шт/кг было выделено 75% овсюга с выходом овса 64%. С уменьшением производительности горки обеспечивалось получение семян овса, соответствующих 2 классу посевного стандарта.
Рисунок 1.5 – Эллипсоидальная частица в поле коронного разряда на внутренней поверхности цилиндра
На рисунке 1.6 показаны силы, действующие на зерно, находящееся в поле коронного разряда на поверхности полотна горки. В указанном случае на зерно действуют сила тяжести FТ, сила трения FТР и электрическая сила FЭ. Позднее, анализируя физические свойства семян овса и овсюга, Басов А.М. и Паранюк В.А. показали, что из семян овса сорта Нарымский при засоренности 5 шт/кг (1 класс) можно получить 45-50% чистого овса [14].
Рисунок 1.6 – Эллипсоидальная частица в поле коронного разряда на горке
Изаковым Ф.Я., Шмигелем В.Н. и Ашмариным М.Я. была предложена машина для удаления сориентированных в электростатическом поле частиц овсюга на бесконечной металлизированной транспортной ленте [43]. Сущность ее в следующем. Зерновая смесь транспортером вносится в электростатическое поле. Под действием поля частицы вытянутой формы, имеющие меньшие противодействующие моменты, ориентируются своей длинной осью вдоль силовых линий поля. В результате взаимодействия сориентированных частиц с движущейся поперек транспортера дополнительной фрикционной лентой, плоскость которой установлена перпендикулярно плоскости основной транспортерной ленты, сориентированные частицы выносятся поперечной лентой за пределы продольного транспортера.
При очистке на этом устройстве наблюдалось, что при подходе к поперечной ленте некоторые сориентированные частицы овсюга теряют ориентацию и падают, что снижает эффект выделения.
Исследования, проведенные Изаковым Ф.Я. и Ашмариным М.Я. [44] показали, что таким способом обеспечивается удаление 70% овсюга при выходе овса 93%.
Завяцкасом В.К., Изаковым Ф.Я. и Вегисом В.Ю. была предложена машина [39], отличающаяся от предыдущей [43] тем, что с целью повышения качества очистки она снабжена всасывающим соплом, установленным между электродом и падающим конвейером. Всасывающее сопло через осадительную камеру соединено с вакуум-насосом. На рисунке 1.7 показаны силы, действующие на зерно, находящееся на поверхности транспортерной ленты. Как видно, на зерно, находящееся в зоне электрического поля, действуют сила тяжести FТ, электрическая сила FЭ, момент электрического поля МЭ и сила трения при схватывании сориентированной частицы овсюга с поперечно движущейся лентой.
Рисунок 1.7 – Эллипсоидальная частица в электростатическом поле на горизонтальном транспортере
Исследования Шмигеля В.В. [106] на очистке овса сорта Орел от овсюга на горизонтальной продольно колеблющейся решетной поверхности с круглыми отверстиями при наложенном электростатическом поле показали возможность полной очистки овса от овсюга. Причем, показано, что длительность процесса очистки зависит от степени засоренности исходного материала овсюгом (шт/кг). В этой конструкции, как и в предыдущей, в качестве признака делимости использовалась напряженность ориентировки.