862

12

Рис. 1.3 Результаты очистки семян сахарной свеклы только воздушным потоком со скоростью 4 м/с

Рис. 1.4 Результаты расчетов, связанных с выделением фракции семян свеклы

3,5 …4,5 мм

13

Рис. 1.5 Результаты расчетов, связанных с выделением фракции семян свеклы 4,5…5,5 мм

Существенным недостатком рассмотренного метода определения возможных результатов очистки является использование предположения о независимости вероятности попадания в конечный продукт при использовании различных признаков разделения семян (1.10). Соотношения между размерами семян не могут быть чисто случайными.

Крупные семена, как правило, имеют не только большую длину, но и более высокие значения ширины и толщины.

Известно, что зависимость между случайными величинами, во всяком случае ее линейная составляющая, может быть охарактеризована коэффициентами корреляции:

где Кxy - корреляционный момент (момент связи) случайных величин Х и У;x, y - средние квадратические отклонения величин Х и У.

Корреляционный момент представляет собой математическое ожидание произведения центрированных значений случайных величин Х и У:

Совместное распределение двух случайных величин может быть описано двумерным законом распределения.

Если каждая из случайных величин Х и Y имеет нормальное распределение, то закон распределения системы этих величин представляет собой так называемый нормальный закон на плоскости или двумерное нормальное распределение.

14

В общем случае плотность нормального распределения двух случайных величин выражается формулой:

где mx, x, my, y - числовые характеристики распределений случайных величин Х и У;

r – коэффициент корреляции между Х и Y.

Поверхность f(x,y) двумерного нормального распределения представляет собой холмообразную поверхность, называемую иногда палаткой Гаусса (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Изображение двумерного нормального распределения

Сечение этой поверхностной плоскости х = mх (перпендикулярно оси Ох) и у = mх (перпендикулярно оси Оу) имеют формулу кривых обычных нормальных распределений с центрами, лежащими на линии регрессии Y по Х и Х по Y, и средними квадратическими отклонениями, равными

х 1 r2 и y 1 r2 .

Сечение поверхности двумерного нормального распределения плоскостью Z = C (где 0 < С < ƒ(x,y)), параллельной плоскости Оху, представляет собой эллипс, называемый эллипсом рассеяния (рис.1.7)

Рис.1.7. Эллипс рассеяния двумерного нормального распределения

16

При независимых Х и Y линии регрессии параллельны координатном

осям.

Если задачу о распределении физических свойств семян обобщить на n параметров (например, учесть взаимную зависимость толщины, ширины, длины семян, аэродинамических свойств, плотности и др.), то необходимо исполь-

где mi – математическое ожидание одномерной составляющей Хi(i=1,2….n) |Кij| - определитель ковариационной матрицы (Кij) случайной величины

(Х1, Х2,…Хn)

Кij – элементы матрицы, обратной по отношению к ковариационной матрице (Кij).

При n = 2 совместная плотность (1.28) имеет вид (1.19) совместной плотности двумерного нормального распределения, а свойства n-мерного нормального распределения аналогичны свойствам двумерного.

Использование n-мерного нормального распределения вместо одномерного может существенно повысить точность вероятностных расчетов по проектируемой схеме очистки семян. Наличие современных компьютерных программ двумерного и n-мерного распределений в значительной мере снижает вычислительные трудности.

Основным препятствием освоения этой методики является неизученность корреляционной зависимости между параметрами физикомеханических свойств как у семян культурных растений, так и у сорняков.

Работа по исследованию этих зависимостей практически только начата и потребует значительного времени.

Для реализации предварительно составленной с помощью ЭВМ схемы очистки и сортирования семян необходим набор машин с соответствующими рабочими органами.

Затруднения в выборе состоят в том, что для адаптивных технологий возделывания овощных культур и кормовых корнеплодов (где в первую очередь и предполагается внедрение пунктирного посева) нужны сравнительно небольшие партии семян, районированных например для Урала, Се- веро-Востока и Западной Сибири (для южных и центральных регионов возможны заводские технологии).

Широко используемые в хозяйствах машины с производительностью 5..10…20 т/ч для обработки малых партий вообще не пригодны из-за отно-

17

сительно значительных потерь, низкой степени загрузки и недостаточного уровня универсальности.

Лабораторные машины, выпускаемые опытными партиями для работ по селекции и семеноводству, как правило, имеют очень низкую производительность (0,05…0,15 т/ч). Они не приспособлены для установки в технологическую линию, требуют индивидуального обслуживания и, как следствие, обработка семян на них связана с очень высокой трудоемкостью.

Расчеты, проведенные на кафедре сельскохозяйственных машин Пермской ГСХА, по технико-экономической оценке технологических операций послеуборочной обработки семян [1.5] показали, что для снижения себестоимости очистки малых партий семян объемом до 300 т за сезон целесообразно иметь комплексы производительностью 0,5…1 т/ч, реализующих как прямоточные, так и фракционные схемы разделения смесей. В этом случае себестоимость очистки снижается на 37…44% за счет меньших затрат на приобретение и эксплуатацию технических средств [1.6].

В связи с этим в Пермской ГСХА разработан целый ряд машин с такой производительностью. Так многолетние исследования д-ров техн. наук В.Д. Галкина и А.Д. Галкина по очистке семян в увлажненных зонах России и, частности, Уральском регионе показали высокую эффективность зерноочистительной машины с цилиндрическими решетами [1.7].

Для условий малотоннажной переработки семян создана малогабаритная машина. На машине установлены два цилиндрических решета. Диаметр наружного 500 мм, а внутреннего – 310 мм.

Длина решет 900 мм, частота вращения 95 мин-1. Для удаления легких примесей на машине установлена воздушная система с каналом дорешетной аспирации. Производительность машины в зависимости от вида обрабатываемых семян и исходной засоренности составляет от 0,5 до 1т/ч. На машине можно производить как очистку, так и сортирование (в том числе калибровку) как обычных, так и дражированных семян. Для сушки небольших партий семян (в том числе и дражированных) разработана малогабаритная сушилка [1.8].

Для нагрева воздуха используется электрокалорифер мощностью 8 кВт, позволяющий изменить температуру теплоносителя от 28,5 до 62 С.

Количество подавляемого воздуха можно регулировать в пределах от

0,054 до 0,302 м3/с.

Сушилка, оснащенная системой датчиков, позволяет проводить измерения статистического и динамического напора воздуха, температуры нагрева зерна и теплоносителя, их влажности на всех этапах технологического процесса. Производительность сушилки – до 100 кг/ч.

В сотрудничестве с предпринимателями Пермского края изготовлены разработанные в ПГСХА опытные образцы малогабаритной воздушнорешетной машины с трехъярусным решетным станом [1.10] и триера. На воздушно-решетной машине установлены решета размером 990 350 мм. Испытания показали, что производительность машины в режиме фракционной очистки составляет 1 т/ч, а в режиме вторичной очистки 0,5 т/ч.

18

Вмалогабаритном триере установлены два цилиндра диаметром D=230 мм и длиной L = 600 мм.

При параллельной работе цилиндров производительность триера составляет 0,5 т/ч.

Кинематический режим работы триера может быть ориентирован в пределах 0,3…0,5.

Для обработки очень малых партий семян, подбора решет, выбора режима работы машин успешно используется модернизированная лабораторная машина К-294 фирмы «Petkus» и решетный классификатор.

Вмодернизированной машине установлен электродвигатель постоянного тока, кривошип с изменяемой величиной эксцентриситета, шатун регулируемой длины, дозатор семян. В результате этого амплитуда колебаний может быть установлена в пределах 0…14 мм, частота колебаний

0…470 мин-1, угол направленности колебаний 0…-30 , угол наклона решет от 0 до 10 , подача семян от 0 до 100 кг/ч.

Для выделения фракций семян с высокими посевными свойствами разработан лабораторный пневмосортировальный стол (рис.1.8).

Рис. 1.8. Лабораторный пневмосортировальный стол

Пневмосортировальный стол может быть использован как самостоятельно работающая машина, так и включенный в состав семяочистительной приставки (рис. 1.9) [1.10].

Отличительной особенностью приставки является наличие решета 21 с неперфорированной частью поверхности 22 на начальном участке и направление схода решета на пневмосортировальный стол.

Фракционирование вороха на начальном участке 22 решета 21 позволяет направить на пневмостол только часть всего потока семян, тем самым повысить полноту разделения смеси и производительность линии.

При разработке комплекса машин для очистки малых партий [1.5] использовано значительное количество оригинальных предложений, защищенных патентам РФ на изобретение и полезные модели [1.11], [1.12], [1.13], [1.14], [1.15].

19

Рис. 1.9. Схема технологического процесса работы семяочистительной приставки

1 – малогабаритный пневмосортировальный стол; 2 – ветрорешетная зерноочистительная машина; 3 – устройство ввода семян; 4 – питающий валик; 5, 6, 7 – аспирационные каналы; 8, 9 – осадочные камеры; 10, 11, 12 – решета; 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 – поддоны с поперечным лотками; 21 – дополнительное решето с неперфорированной поверхностью 22; 23 – поперечный лоток

1.2. Шлифование семян

Одним из способов предпосевной обработки семян является шлифование их поверхности.

Шлифование обеспечивает снижение шероховатости семян, придание им округлой формы, что, в конечном итоге, улучшает работу сеялок и снижает процент многоростковости (например, у многоплодных сортов свеклы).

Для шлифования может быть использовано большое количество разнообразных технических средств. Это всевозможные шасталки (например ШСС-0,5), модернизированные варианты дисковых, вальцедековых, конусных шелушильных или шлифовальных машин.

Ряд таких устройств был испытан в Пермской ГСХА при разработке индустриальной технологии выращивания кормовой свеклы в Пермском крае, выполненной совместно с Пермским НИИСХ и НПО «Предуралье». Большой вклад в проведение этой работы внесли сотрудники ПГСХА Б.С. Гордеев и А.И. Федорович [1.5], [1.16].

При обработке семян свеклы на шасталке ШСС-0,5 несколько снижается коэффициент трения, повышается процент одноростковости, но округлую форму семена не приобретают.

В 1988 г. была испытана машина барабанного типа (рис.1.10) Машина состоит из рамы 1, на которой шарнирно смонтирован ци-

линдрический корпус 2. Внутри него установлен цилиндр 3, покрытый с

20

внутренней поверхности абразивным материалом, и вал 4, на котором с помощью втулок 5 жестко закреплены шлифовальные круги 7. С одной из торцевых поверхностей корпуса 2 размещен бункер 8 для семян с заслонкой 9, а с другой – патрубок 10 для удаления запыленного воздуха из внутренней полости цилиндра 3 и лоток 11 для выгрузки готовых семян. Угол наклона цилиндра можно регулировать винтом 12. Шлифование семян происходит за счет их взаимодействия с абразивными поверхностями цилиндра 3 и шлифовальных кругов 6. Запыленный воздух отсасывается из шлифовальной камеры с помощью вентиляционной установки.

Рис.1.10. Схема установки для шлифования семян

Испытания машины показали, что она вполне работоспособна, обеспечивает более качественное шлифование семян по сравнению с шасталкой и не выбивает плоды из клубочков. Семена, прошедшие обработку на ней имеют более округлую форму, чем после шасталки.

Наиболее высокое качество шлифования семян в наших опытах обеспечило устройство, представленное на рис. 1.11.

Рис.1.11. Схема рабочего процесса наклонной двухдисковой машины: 1 – корпус; 2 – обечайка; 3 – неподвижный наждачный круг; 4 – подвижный наждачный круг; 5 – подшипник; 6 – эксцентрик; 7 – вал; 8 – бункер; 9 – выгрузной патрубок