Тема 8.1 Способи очищення і сортування зерна. Класифікація машин.
План:
1. Очищення та сортування зерна. Агротехнічні вимоги.
2. Способи очищення і сортування зерна.
3. Класифікація машин.
Література:
Войтюк д.Г., Дубровін в.С., Іщенко т.Д. Та ін. Сільськогосподарські та меліоративні машини. - к.: Вища освіта, 2004. - 542 с.
Головчук А.Ф. Марченко В.І., Орлов В.Ф. Комбайни зернозбиральні. - К.: Грамота, 2005. -318 с.
1. Очищення та сортування зерна. Агротехнічні вимоги
Зерновий ворох, який надходить з бункерів комбайнів чи молотарок, складається із зерна основної культури, насіння бур’янів, соломи, полови або інших культурних рослин. Якщо зерен основної культури менше ніж 85 %, то це суміш. Відношення маси домішок до загальної маси наважки називається засміченістю і виражається у відсотках.
Післязбиральна обробка зерна за рахунок таких операцій, як очищення, сортування і калібрування, спрямована на отримання фуражного, продовольчого зерна та насіннєвого матеріалу. Кожна з цих операцій передбачає розв’язання певних завдань.
Очищення — це виділення із вороху домішок, а також щуплого, битого і пошкодженого зерна основної культури. Очищення зазнає все зібране зерно.
Сортування — це розподіл зерна на сорти (фракції) за його властивостями: розмірами (товщина, ширина і довжина), масою або вагою, аеродинамічними та іншими характеристиками. Мета сортування — отримання високоякісного насіннєвого матеріалу, підвищення якості продовольчого зерна і отримання фуражного зерна. В багатьох машинах очищення і сортування зерна виконуються одночасно. Калібрування — це складова сортування. Його виконують при розподілі очищеного зерна нафракції. Калібрують насіння кукурудзи, буряків, соняшнику тощо з метою
більш рівномірного розподілу насіння в рядках.
Основними показниками, що визначають якість очищення та сортування, є чистота зернового матеріалу, схожість насіння, абсолютна або питома вага і вирівняність за розмірами. Раціональні вагові і розмірні межі матеріалу встановлюються агротехнічними вимогами, державними стандартами і базисними кондиціями.
Агротехнічні вимоги. В результаті післязбиральної обробки зерно доводять до кондицій, установлених на продовольчий, фуражний і насіннєвий матеріал. Продовольче зерно поділяють на дві групи кондицій — базисну і небазисну. Базисні кондиції встановлені для кожної культури. Наприклад, для ярої пшениці базисної кондиції встановлені такі показники якості: чистота не нижче ніж 97 %, домішок не більш як 1 % і зернових (у тому числі дроблених зерен) не більше ніж 2 %, вологість зерна — 14...16 %. Для зерна небазисної кондиції також встановлене обмеження за кількістю домішок — бур’янів (не більше ніж 5 %) і зернових (не більш як 10 %). Вартість такого зерна нижча.
Насіння зернових та зернобобових культур має відповідати трьом класам: І клас — містить 99 % насіння основної культури при схожості 90 % і не більше ніж 10 шт./кг насіння інших культур, у тому числі 5 шт./кг насіння бур’янів; ІІ клас — 98,5 % основної культури при схожості 90...95 % і не більш як 100 шт./кг насіння інших культур, у тому числі бур’янів 75 шт./кг; ІІІ клас — відповідно 98 і 85...90 % і насіння інших культур відповідно — 300 і 200 шт/кг.
2. Способи очищення і сортування зерна.
Застосовують певні способи очищення і сортування зерна, зокрема розподіл насіння:
повітряним потоком;
за розмірами на решетах;
за розмірами на трієрах;
за щільністю і питомою вагою;
за властивостями його поверхні;
за електричними властивостями.
Розподіл насіння повітряним потоком ґрунтується на відмінностях аеродинамічних властивостей насіння і домішок (парусності, маси, розмірів, стану і форми тощо). Основним показником аеродинамічних властивостей є критична швидкість, при якій частинка перебуває у зваженому стані, тобто витає. Важливим показником аеродинамічних властивостей є коефіцієнт парусності, який характеризує властивість частинки здійснювати опір повітряному потоку. При відносному русі тіла в повітрі виникає опір, який залежить від форми, стану поверхні, маси тіла і його розміщення в повітряному середовищі. Чим більший цей опір, тим раніше воно впаде. Повітряний потік створюється в аспіраторах нагнітальними або всмоктувальними вентиляторами відцентрового або діаметрального типу і за напрямком може бути горизонтальний, похилий та вертикальний. У похилому або горизонтальному повітряному потоці (рис. 8.1, а) ворох 3, що висипається із бункера, підхоплюється повітряним потоком і зерно потрапляє у відділення важкої фракції 2, а легкі домішки — у відділення легкої фракції 1.
Рис. 8.1. Розподіл насіння повітряним потоком за аеродинамічними властивостями:
а — напірний похилий потік: 1 — відділення легкої фракції; 2 — відділення важкої фракції (зерна); 3 — ворох; б — аспіратор з відцентровим вентилятором: 1 — відокремлення легких домішок; 2 — решето; в — аспіратор з діаметральним вентилятором; 1 — повітряний потік; 2 — решето; 3 — легкі домішки
У вертикальному повітряному потоці (рис. 8.1, б, в) легкі домішки вороху, який переміщується по решету 2, засмоктуються (рис. 8.1, б) або підхоплюються (рис. 8.1, в) і виносяться в осаджувальну камеру, а зерно (важка фракція) переміщується по поверхні решета. Розподіл вороху може відбуватися лише тоді, коли критичні швидкості зерна і домішок, що перебувають у зваженому стані, різні.
Розподіл насіння за розмірами на решетах. Будь-яке об’ємне тіло має три розміри: товщину, ширину (поперечний переріз) і довжину (рис. 8.2, а). За товщиною і шириною ворох розділяють на плоских і циліндричних решетах. Плоскі решета можуть мати прямокутні (рис. 8.2, б), круглі (рис. 8.2, в) і трикутні (рис. 8.2, г) твори. Решета бувають з отворами, пробитими в металевому листі, а також сітчасті — плетені (рис. 8.2, д) і ткані (рис. 8.2, е).
Рис. 8.2. Розподіл насіння на решетах за поперечним перерізом:
а — основні розміри зернини; б і в — розподіл зерна за товщиною і шириною на решетах з прямокутними і круглими отворами: 1, 2 і 3 — зернина проходить крізь отвір; 4 — зернина не проходить крізь отвір; г — розподіл зерна за товщиною і шириною на решетах з трикутними отворами: 1 і 3 — зернина проходить крізь отвір; 2 — зернина не проходить крізь отвір; д і е — плетені і ткані решета
За шириною зерно розділяють на решетах з круглими отворами, а за товщиною — з прямокутними. Решета з прямокутними отворами мають більшу пропускну здатність, а з круглими — краще відокремлюють довгі та короткі домішки. Решета стандартизовані й мають номери. Для очищення насіння гречки і такого, що має тригранну форму, застосовують решета з трикутними отворами (див. рис. 8.2, г), а для насіння льону — сочевицеподібними. При цьому відбувається розподіл за формою, одночасно за товщиною і шириною. Для калібрування насіння кукурудзи застосовують решета з круглими лункоподібними отворами і гофрованими решетами з продовгуватими отворами. Під час коливального руху решета зернина на його поверхні займає різні положення. Якщо її розміри (ширина чи товщина) менші за розміри отворів решета, то така зернина пройде крізь отвір у решеті. Цю фракцію називають проходом. Найефективніша сепарація крупного і середнього насіння на решетах з прямокутними отворами відбувається з прискоренням 18...22 м/c2, дрібного — 12...14 м/c2. Зерна, які не пройшли крізь отвори, залишаються на поверхні решета, переміщуються по ньому і зсипаються з його поверхні. Цюфракцію називають сходом. Залежно від призначення решета поділяють на колосові, сортувальні та підсівні.
К о л о с о в і р е ш е т а відокремлюють зерна крупних домішок (частини стебел, крупне сміття тощо). Їх підбирають за умови, що все зерно і дрібні домішки пройшли проходом, а крупні — сходом.
С о р т у в а л ь н і р е ш е т а розділяють насіння основної культури. При цьому крупне насіння іде сходом, а дрібне — проходом. Для зернових культур застосовують решета з прямокутними отворами.
П і д с і в н і р е ш е т а виділяють дрібні домішки (мінеральні домішки, насіння бур’янів). Використовують решета з круглими отворами діаметром 2...5 мм і прямокутними — 2...2,6 мм завширшки.
У зерноочисних машинах решета розміщують у решітних станах. Решітних станів може бути один, два і більше.
Розподіл насіння за довжиною здійснюють у трієрних циліндрах (рис. 8.3, а). Їх внутрішня поверхня має карманоподібні комірки (рис. 8.3, б), виготовлені штампуванням або фрезеруванням, діаметри яких більші або менші від довжини очищуваного насіння. Передбачено 22 розміри комірок діаметром 1,6...12,5 мм, що дає змогу очищати насіння зернових і зернобобових культур, льону, трав, а також калібрувати насіння кукурудзи.
Рис. 8.3. Розподіл насіння на трієрах за довжиною: а — схема трієра: 1 — шнек; 2 — лотік; 3 — трієрний циліндр; б — розгортка трієрного циліндра
Трієрні циліндри поділяють на кукільні та вівсюжні. Вони, як правило, працюють у парі.
К у к і л ь н и й ц и л і н д р відокремлює короткі домішки, діаметр його комірок менший від довжини основного зерна.
В і в с ю ж н и й ц и л і н д р відокремлює довгі домішки, діаметр його комірок більший, ніж довжина основного зерна. Усередині циліндра є лотік 2 зі шнеком 1, а сам трієр встановлюється з нахилом 1...2,5° до горизонту. Циліндр і шнек обертаються з однаковою частотою. Зерно для сортування подається в циліндр. При обертанні циліндра короткі зерна западають у комірки глибше, ніж довгі, тому спочатку з комірок випадають довгі зерна, які переміщуються вздовж циліндра на вихід, а потім короткі, які потрапляють у лотік і по ньому переміщуються шнеком. Крім циліндричних трієрних поверхонь застосовують також нециліндричні коміркові поверхні, принцип роботи яких подібний.
Розподіл насіння за щільністю і питомою вагою застосовують для отримання найбільш повноцінного насіння. Виконують його сухим і мокрим способами. Сухий спосіб може бути реалізований голчастим барабаном і пневматичним сортувальним столом, а мокрий — у воді або в розчинах різної концентрації (застосовують рідко через його складність і громіздкість).
Г о л ч а с т и й б а р а б а н (рис. 8.4, а) виділяє із насіння гороху пошкоджені зерна, які мають меншу щільність. На внутрішній поверхні барабана 2 у шаховому порядку жорстко закріплені голки. Барабан обертається, наколює на голки пошкодженні зерна і піднімає їх. Зверху розміщена металева щітка 1, яка знімає з голок ці зерна, скидає їх у лотік, звідки вони шнеком виводяться назовні.
Пневматичний сортувальний стіл 5 (рис. 8.4, б) відокремлює насіння з найбільш повною фізіологічною зрілістю за рахунок стану поверхні, розміщення (поздовжнього і поперечного кута нахилу) та коливань сітчастої деки і повітряного потоку, створеного вентилятором 10 і спрямованого під неї. Шар зернового матеріалу, який надійшов на деку, продувається повітряним потоком і перебуває на ній у зваженому «киплячому» стані. Відбувається вертикальне розшарування матеріалу, легка фракція піднімається вище, а важка знаходиться на сітчастій поверхні деки. Зворотно-коливальний рух сітчастої похилої поверхні деки зумовлює розподіл зернового матеріалу по поверхні стола і він сходить з неї за фракціями.
Рис. 8.4. Розподіл насіння за щільністю і питомою вагою:
а — голчастий барабан; б — пневматичний сортувальний стіл; 1 — щітка; 2 — барабан; 3 —
лотік; 4 — шнек; 5 — дека; 6 — рифи деки; 7, 8 і 9 — лотоки для насіння легкої, середньої і ве-
ликої питомої ваги; 10 — вентилятор
Розподіл насіння за властивостями його поверхні (стан і форма) застосовують тоді, коли за іншими властивостями воно мало відрізняється. За станомповерхня насіння може бути гладенькою, шорсткою, пористою, бугристою, ямкуватою, покритою пухом, а за формою — плоскою, довгастою, кулеподібною, тригранною. Здатність розподілу характеризується коефіцієнтами тертя кочення (для кулеподібних) і тертя ковзання (для плоских). Оскільки коефіцієнт тертя кочення менший від коефіцієнта тертя ковзання, розподіл у першому випадку ефективніший за формою, ніж за станом, а в другому — навпаки. Для розподілу зерна застосовують фрикційні сепаратори (рис. 8.5): одно- і багатоярусні гірки з поздовжнім рухом конвеєра (рис. 8.5, а, б), з поперечним рухом (рис. 8.5, в); лопатеві та гвинтові (рис. 8.5, г, ж); фрикційні трієри, електромагнітні та магнітні барабани (рис. 8.5, д, е, є). Гладеньке зерно 1 з округлою формою швидше скочується з конвеєрів, лопатей і гвинтових поверхонь гірок униз і потрапляє в один лотік, а більш плоске шорстке 2 переміщується конвеєром або скочується повільніше і потрапляє в інший. Поверхня фрикційного циліндра 3 при обертанні піднімає вище більш плоскі шорсткі частинки і щіткою скидає в лотік 4, звідки шнеком 5 виносить назовні, а округлі гладенькі — скочуються вниз раніше і йдуть сходом з циліндра.
Використовується також здатність насіння обволікатися металевим порошком (рис. 8.5, е, є). До гладенького насіння порошок не прилипає. Якщо насіння, змішане з металевим порошком, подати на циліндр, що обертається і частина його (рис. 8.5, е) або весь (рис. 8.5, є) перебуває під дією магнітного поля, то насіння, до якого прилип металевий порошок, утримуватиметься на більшій дузі, ніж гладеньке. Насіння, на якому немає металевого порошку, скотиться з циліндра швидше. Насіння з металевим порошком зійде з барабана тоді, коли вийде із зони дії електромагнітного поля (рис. 8.5, е) або будевидалене з магнітного барабана щіткою (рис. 8.5, є). Так очищають насіння
буряків, льону, трав (конюшини, люцерни) та інших культур від насіння
бур’янів (берізки, плевели, подорожника тощо).
Розподіл насіння за електричними властивостями (рис. 8.6) ґрунтується на
різниці електропровідності, діелектричної проникності та інших властивостей.
Застосовують електростатичний, коронний і діелектричний методи розподілу.
Цими методами виділяють домішки, проросле і дефектне насіння, кукіль, ві-
всюг, карантинні та інші бур’яни.
Рис. 8.6. Розподіл насіння за електричними властивостями:
а — решітна: 1 — решето; 2 — металевий щит; б, в і г — в електростатичному полі, в полі коронного розряду і за діелектричною проникністю: 1 — бункер; 2 — барабан; 3 — щітка; 4, 5 і 6 — лотоки; 7 — негативно заряджений електрод; 8 — коронувальний електрод; 9 — перфорований електрод; 10 — біфілярна обмотка; 11 — ізолятор
Р о з п о д і л е л е к т р о с т а т и ч н и м м е т о д о м полягає в тому, що напруга подається (30...70 кВ) на решето 1 (рис. 8.6, а) або барабан 2 (рис. 8.6, б), які приводяться відповідно в коливальний і обертальний рухи. Матеріал, що контактує з їх поверхнею, заряджається залежно від його електропровідності й на нього діє електростатичне поле. Заряджені частинки з більшою електропровідністю потрапляють у лотік 6, а з меншою — в лотік 5. Частинки, що прилипли до барабана, очищаються щіткою 3.
Р о з п о д і л в п о л і к о р о н н о г о р о з р я д у (рис. 8.6, в) відбувається так. На електроди подається висока напруга (30...70 кВ) і між ними виникає електричний розряд, що йонізує повітря. Частинки, що подаються в це йонізоване середовище, отримують різний заряд і відхиляються на різний кут. Частинки з більшою електропровідністю потрапляють у лотік 5, а з меншою — у лотік 6.
Р о з п о д і л д і е л е к т р и ч н и м м е т о д о м (рис. 8.6, г) здійснюють барабаном, що обертається. Він складається з ізолятора 11, на який одним шаром перпендикулярно до осі його обертання намотано два ізольованих провідники з почерговою полярністю. Між ними за напруги в 3 – 7 разів меншої, ніж за попереднього методу, створюється електричне поле. Це поле поляризує частинки, які притягуються до барабана з різною силою залежно від їх діелектричної проникності. Якщо вона менша, то частинка відривається раніше і потрапляє в лотік 6, а більша — відривається пізніше і потрапляє в лотоки 4 і 5.
3. Класифікація машин для очищення та сортування зерна.
Зерноочисні та сортувальні машини поділяють за призначенням, конструкцією, принципом роботи і способом пересування.
З а п р и з н а ч е н н я м машини бувають загального і спеціального призначення. Машини загального призначення — це машини первинної обробки зерна, що надходить від комбайнів і молотарок для одержання продовольчого зерна, і машини вторинної обробки для очищення і сортування продовольчого зерна та насіннєвого матеріалу. Машини спеціального призначення — це машини для очищення від важковідокремлюваних домішок, насіння карантинних бур’янів та сортування зерна (пневматичні сортувальні столи, електромагнітні машини, бурякові гірки, змійки тощо).
З а к о н с т р у к ц і є ю машини поділяють на прості та складні.
З а п р и н ц и п о м р о б о т и розрізняють повітроочисні, повітряно-решітні, повітряно-решітно-трієрні та трієрні машини. Повітроочисні — прості машини, які виконують тільки повітряну обробку зернового вороху, зокрема пневмоколонки, що здійснюють первинне очищення зерна. Повітряно-решітні машини призначені для попереднього очищення і часткового сортування зерна після обмолоту комбайнами і молотарками. Складаються вони з повітряної і решітної систем очищення. Повітряно-решітно-трієрні машини застосовують для вторинної обробки насіння зернових, зернобобових, технічних та інших культур, які використовуються для сівби та на продовольчі цілі. У технологічному процесі поєднані всі три види — повітряна, решітна і трієрна. Ці машини називають складними, або комбінованими. Трієрні машини здійснюють очищення і сортування насіння після вторинної обробки. Використовуються як окремі блоки.
З а с п о с о б о м п е р е с у в а н н я бувають пересувні та стаціонарні машини.
Лекція 21