Послеуборочная обработка семенного, продовольственного и фуражного зерна

3.2 Основные принципы  и технологический процесс очистки  зерновых масс

      Очистку, сортирование и калибрование зерна выполняют на зерноочистительных машинах с сепарирующими (разделяющими) органами, принцип работы которых основан на различии физико-механических свойств семян и частиц примесей.

     Семена культурных и сорных растений чрезвычайно разнообразны по размерам, форме и состоянию поверхности. Кроме того, семена и примеси различаются аэродинамическими свойствами, плотностью, упругостью и даже электрофизическими свойствами. Полнота очистки, сортирования и калибрования зерна зависит от того, насколько велики различия в физико-механических свойствах между семенами основной культуры, семенами сорняков и частицами примисей.

  В практике получили распространение следующие основные способы очистки, сортирования и калибрования зерна: разделение по аэродинамическим свойствам; разделение на решетах по толщине, ширине и форме; разделение на триерах по длине; разделение на горках, змейках и электромагнитных машинах по свойствам поверхности и форме; разделение на пневматических сортировальных столах по плотности; разделение в электростатическом поле по электрофизическим свойствам; разделение по цвету, упругости и др.

    Очистка семян воздушным потоком происходит следующим образом. Воздушным потоком из зерновой смеси выделяют легкие примеси: полову, частицы соломы некоторые семена сорняков и щуплое зерно. Этот способ разделения основан на различии аэродинамических свойств семян и примесей.

    Если частицу поместить в вертикальный канал с восходящим воздушным потоком, то под действием воздуха она будет увлекаться им вверх , одновременно под действием собственной силы тяжести она будет стремиться вниз.

     Сила, с которой частица увлекается вверх, зависит от скорости движения воздушного потока относительно помещенной в него частицы. При достаточно малой скорости эта сила меньше силы тяжести частицы, и частица в этом случае опускается. С увеличением скорости сила действия воздушного потока на частицу возрастает, и при некоторой скорости воздуха, называемой критической, частица в канале начинает витать (взвешенное состояние), не опускаясь и не поднимаясь. При этом давление воздуха на частицу и ее сила тяжести уравновешиваются. При дальнейшем увеличении скорости воздушного потока (до значения, большего критической скорости) частица будет подниматься. Таким образом, поведение частицы в воздушном потоке зависит от соотношения ее силы тяжести и силы, с которой она увлекается воздушным потоком. О различии аэродинамических свойств семян и примесей можно судить по их критической скорости (м/с):

     Качество разделения зерновой смеси воздушным потоком зависит от разности критических скоростей семян основной культуры и примесей. Чем больше разница критических скоростей, тем лучше разделяется зерновая смесь.

     Вертикальный воздушный поток настраивают так, чтобы скорость воздуха была больше критической скорости примесей и меньше критической скорости очищаемых семян основной культуры.

    В зерноочистительных машинах в большинстве случаев используют воздушные очистки с вертикальным  и наклонным воздушными потоками.

      При очистке зерна вертикальным воздушным потоком зерновой ворох подается из бункера и разделяется в канале на две фракции. Легкие частицы увлекаются воздухом вверх и попадают в осадочную камеру . Так как поперечное сечение осадочной камеры в несколько раз больше поперечного сечения вертикального канала, то скорость воздуха в осадочной камере резко снижается. Частицы при этом опускаются на дно осадочной камеры и выводятся из нее специальными устройствами. Тяжелые частицы , т. е. зерна основной культуры, очищенные от легких примесей, опускаются по каналу и по направляющему щитку скатываются на решето для дальнейшей очистки.

      Вертикальный воздушный поток дает лучшие результаты разделения, чем наклонный. Его применяют в сложных зерноочистительных машинах.

     При втором способе очистки подаваемое из бункера зерно, двигаясь тонким слоем, продувается потоком воздуха, создаваемым вентилятором . Под действием воздушного потока происходит разделение зерновой массы: тяжелые зерна и тяжелые примеси падают ближе, а щуплые зерна и легкие примеси относятся воздухом дальше.

     При наклонном воздушном потоке зерно веерообразно распределяется при своем падении по ходу движения воздуха. Поэтому разделяемый (сепарируемый) зерновой материал может быть распределен на любое число фракций в зависимости от ширины веера и числа установленных сборников. Соотношение между фракциями регулируют положением делителя 9.

      Очистка зерна на решетах представляет собой следующий процесс. Решета в современных зерноочистительных машинах – основной рабочий орган. При разделении зерновой материал распределяется равномерно по поверхности решета и перемещается по нему. Зерна или частицы примесей, размеры которых меньше размеров отверстий решета, при движении попадают в отверстия и, проваливаясь сквозь них, падают под решето. Более крупные зерна или частицы примесей, не прошедшие сквозь отверстия, сходят с решета. Все, что проходит сквозь отверстия решет, называют проходом, а что идет к концу решета по его поверхности, – сходом.

     Плоские штампованные решета для зерноочистительных машин изготовляют с прямоугольными (продолговатыми), круглыми и треугольными отверстиями .

     Решета с прямоугольными отверстиями разделяют зерновую смесь по толщине, поэтому ширина прямоугольного отверстия и есть его рабочий размер. Например, требуется выделить из озимой пшеницы с зернами толщиной от 1,6 до 3,6 мм семена синего василька толщиной от 0,8 до 1,2 мм. Выделить семена можно на решетах с шириной отверстий 1,3... 1,5 мм. Если смесь пшеницы с васильком поместить на колеблющееся решето, то семена василька пройдут сквозь отверстия решета и провалятся под него, а зерна пшеницы останутся на решете и сойдут сходом.

     Решета с прямоугольными отверстиями не могут разделять зерна по длине, так как длину отверстий делают в несколько раз больше длины разделяемых зерен и семена любой длины могут пройти сквозь отверстия. На решетах с прямоугольными отверстиями нельзя делить зерно и по ширине. Зерна, которые не могут пройти по ширине, повернувшись, пройдут сквозь отверстия решета по толщине, если она меньше ширины отверстий.

     Решета с круглыми отверстиями разделяют зерна по ширине, причем продолговатые зерна проходят сквозь отверстия торчком, т. е. встав длинной осью перпендикулярно к поверхности решета. Сквозь круглые отверстия могут пройти лишь те зерна, ширина которых меньше диаметра отверстий. Хотя толщина и длина зерен при разделении на решетах с круглыми отверстиями не играют решающей роли, однако следует иметь в виду, что при разделении по ширине зерновой смеси с длинными примесями, у которых длина превышает ширину более чем в 2 раза (овес, рожь, пырей и др.), затруднен поворот их осью перпендикулярно решету.

     Решета с отверстиями треугольной формы используют при очистке семенного материала по форме частиц. Таким способом выделяют из пшеницы татарскую гречишку (кырлык), из гречихи стручки дикой редьки, из тимофеевки щавель малый и т. п.

      Для непрерывного процесса работы решета и обеспечения возможности многократного "примеривания" отдельных зерен и частиц примесей к его отверстиям нужно создать условия для непрерывного движения зерновой смеси по решету в различных положениях. Для этого решета устанавливают с некоторым наклоном к горизонту – до 10°.

     Специальные решета с круглыми лункообразными отверстиями и гофрированные с продолговатыми отверстиями для повышения сориентированности зерен относительно отверстий применяют при калибровании кукурузы. На поверхности этих решет сделаны углубления. В гофрированных решетах выполнены канавки по всей их длине, а в решетах с круглыми отверстиями – углубления в каждом отверстии. Сквозь отверстия таких решет зерна или частицы примесей проходят быстрее, так как канавки и лунки ориентируют их относительно отверстий.

     Роликовые решета  используют на машинах первичной очистки. Такое решето состоит из параллельно установленных валиков, на которые в шахматном порядке надеты гладкие или фигурные ролики. Ролики каждого ряда расположены посредине между роликами соседних рядов. Между роликами образуются отверстия (просветы) прямоугольной формы для прохода зернового материала. Такие решета в зерноочистительных машинах используют для отделения крупных примесей (частиц соломы, колосков, стеблей сорняков и др.). При вращении валиков длинные примеси, опираясь одновременно на два и более ряда роликов, транспортируются в одном направлении сходом с решета, а зерновая масса просыпается в отверстия между роликами.

     Разделение зерна на триерах происходит так. Триер предназначен для разделения зернового материала по длине зерен и частиц примесей. В зерноочистительных машинах наибольшее применение получили цилиндрические триеры. Рабочим органом такого триера служит цилиндр, на внутренней поверхности которого выштампованы ячейки в виде углублений .

     Принцип разделения на ячеистой поверхности цилиндра заключается в следующем. Если в триер поместить несколько частиц различной длины, то при вращении цилиндра частицы, длина которых меньше ячейки, полностью укладываются в ячейку. Частицы длиной больше диаметра ячейки не помещаются в ней. По мере поворота цилиндра частицы под действием собственной силы тяжести выпадают из ячеек. В первую очередь выпадают длинные частицы, а затем короткие. Длинные частицы, соскальзывая по внутренней поверхности вниз, возвращаются в черновой слой, а короткие частицы выпадают из ячеек и выбрасываются в лоток, расположенный внутри триерного цилиндра.

      В стационарных машинах цилиндр триера устанавливают с небольшим наклоном к горизонту. В результате этого очищенный материал, подаваемый с одного конца цилиндра, перемещается в сторону его наклона к другому концу.

      В передвижных машинах очищаемый материал перемещается вдоль триерного цилиндра принудительно при помощи косоустановленных под лотком плужков. В процессе движения материала короткие частицы, попадающие в лоток, выводятся из него наружу при помощи шнека. Длинные частицы, перемещаясь по цилиндру, идут сходом и выбрасываются наружу через выходной конец триера. Рабочим размером цилиндрического триера, по которому ведется разделение зерновой смеси, служит диаметр ячейки. Он должен быть таким, чтобы в ячейку укладывались полностью короткие частицы. Качество разделения регулируют наклоном лотка. При попадании длинных частиц в лоток его поворачивают в направлении вращения цилиндра. В случае попадания коротких частиц в сходе лоток поворачивают в обратном направлении.

     Разделение зерна по свойствам поверхности заключается в следующем. Если поверхность частиц примесей или семян сорняков очень шероховатая, обладающая высоким коэффициентом трения, то для их выделения применяют фрикционные сепараторы различных конструкций.

     Наклонная фрикционная поверхность – горка – наиболее распространенный фрикционный сепаратор. Ее рабочим органом служит бесконечное полотно из ворсистой ткани, установленное под углом к горизонту . Если на полотно , движущееся снизу вверх, направить зерновую смесь, то частицы с гладкой поверхностью, характеризующиеся малым коэффициентом трения, будут скатываться с полотна вниз, а шероховатые частицы , удерживаемые силой трения, будут увлекаться полотном вверх.

     Электромагнитный разделитель используют в следующих случаях. Поверхность некоторых семян обладает способностью удерживать порошок тонкого помола. Для разделения зерновой смеси по этому свойству ее предварительно тщательно перемешивают с порошком, содержащим мелкие железные частицы. К зерну с плотной и гладкой оболочкой порошок пристает плохо или совсем не пристает, а частицы с шероховатой и пористой поверхностью хорошо обволакиваются порошком и могут притягиваться магнитом. Для этого обработанный зерновой материал направляют на электромагнитный разделитель.

     Разделитель представляет собой вращающийся электромагнит 5. Электромагнит создает мощное магнитное поле на некоторой части окружности барабана. Гладкие зерна, к которым не пристали железные частицы порошка, при попадании на барабан не притягиваются к нему и сразу же скатываются. Семена с приставшим порошком притягиваются к поверхности барабана и поворачиваются вместе с ним в зоне действия магнита. Там, где прекращается действие магнитного поля, семена отрываются от барабана.

      Магнитный способ очистки зерна применяют главным образом для выделения из семян льна, клевера и люцерны с гладкой поверхностью карантинных сорняков – повилики, горчака, плевела и подорожника, которые другими способами не выделяются.