4.6.3. Устройство для разделения семян по форме и состоянию

поверхности и аэродинамическим свойствам

Необходимость применения электромагнитной очистки семян вызывается тем, что семена некоторых сорняков (повилики, василька, горчака и др.) не могут быть выделены на воздушных, решетных и триерных очистках, так как по размерам и по аэродинамическим свойствам они почти одинаковы с семенами культурных ратенений. Электромагнитный способ дает возможность полностью очистить клевер и люцерну от повилики, горчака, плевела и других шероховатых семян сорняков [2]. Способ основан на использовании свойства семян сорняков, имеющих шероховатую поверхность, обволакиваться специальным магнитным порошком, после чего они обладают ферромагнитными свойствами и притягиваются электромагнитом. Для притяжения семян сорняков, покрытых порошком, требуемая величина магнитной индукции В_м [Тл] должна быть:

, (4.132)

где k_м – коэффициент кинематического режима работы барабана (k_м = 0,40…0,47); l_с – расстояние от центра семян сорняков до поверхности магнитного сектора, м; ε_м – коэффициент магнитной проницаемости порошка, (величину силы притяжения определяют по формуле:, гдеχ – объемная магнитная восприимчивость порошка: ;μ – магнитная проницаемость; V – объем порошка, удерживаемого семенем; Н – напряженность магнитного поля; - градиент магнитного поля; для упрощения расчетов в учебниках [3,9] введено понятие размерного коэффициентаε_м магнитной проницаемости порошка); k_вн – коэффициент внедряемости, представляющий собой отношение массы m_п приставшего к семенам порошка к массе m_з взятой навески семян (таблица 4.10).

Разделяющая способность полотенных горок зависит от сопротивления частиц трению по поверхности наклонного полотна

(4.133)

где f₁ – коэффициент трения для гладких семян; f₂ – коэффициент трения для шероховатых семян. Коэффициенты трения по полотну горки приведены в таблице 4.11.

Таблица 4.10 – Коэффициент внедряемости порошков

для различных культур [2,7,9 ]

Порошок	Значение kвн для
	клевера	льна	повилики	плевела	подорожника
ДХЗ-80	0,0137	0,0103	0,0395…0,1154	0,0567	0,16
ВХК-60	0,010	0,002	0,150…0,171	0,116	0,086
Трифолин 808	0,009	0	0,0530	0,0136	0
Гомпера	0	0	0,003	0,002	0

Таблица 4.11 – Значения критических скоростей υ_кр,

коэффициентов парусности К_п и трения по полотну [2,7,9 ]

Наименование семян	Критическая скорость υкр, м/с	Коэффициент парусности Кп, м-1	Коэффициент трения по полотну
Пшеница Рожь Овес Ячмень Горох Вика Чечевица Кукуруза Просо Вьюнок Овсюг Гречишка Пырей Василек Куколь Легкие сорняки	8,90...11,50 8,36...9,89 8,08...9,11 8,41...10,77 15,50...17,50 13,23...17,00 8,34...9,75 12,48...14,03 9,83...11,80 5,92...8,03 5,51...8,33 3,59...7,88 4,79...7,19 4,23...5,92 6,87...9,80 4,66...5,66	0,076...0,121 0,100...0,140 0,118...0,150 0,084...0,138 0,031...0,040 0,034...0,056 0,103...0,141 0,049...0,063 0,070...0,101 0,152...0,279 0,141...0,323 0,158...0,761 0,189...0,428 0,279...0,548 0,102...0,208 0,306...0,452	– – 0,47...1,23 – 0,05...0,34 0,19...0,55 0,44...1,11 – – 0,21...0,44 – – – 0,42...0,75 0,19...0,38 –

Скорость с движения семян относительно полотна определяется по формуле

, (4.134)

где υ – скорость полотна, м/с; α – угол наклона полотна к горизонту, град.; φ – угол трения семян о полотно, град.

Скорость вертикального воздушного потока, при которой тело находится во взвешенном состоянии, называют скоростью витания или критической скоростью данного тела. Смесь зерна можно разделить воздушным потоком только в том случае, если критические скорости семян и примесей различны. Значение критической скорости можно определить по формуле:

(4.135)

где g – ускорение свободного падения, м/с²; К_п – коэффициент парусности, м^-1.

Критические скорости и коэффициенты парусности семян наиболее распространенных культур и сорняков приведены ниже в таблице 4.11.

Пример 125. Определить величину магнитной индукции В_м магнитно-щеточной семяочистительной машины, если коэффициент внедряемости для семня подорожника составляет k_вн = 0,16, коэффициент кинематического режима работы барабана k_м = 0,4, расстояние от центра семян подорожника до поверхности магнитного сектора 0,6 мм, а коэффициент ε_м = 710^-5 .

Решение: Требуемая величина магнитной индукции В_м может быть вычислена по формуле (4.132)

Тл.

Ответ В_м = 0,441 Тл.

Пример 126. Определить кинематический режим работы электромагнитного барабана семяочистительной машины при очистке семян трав от клеверной повилики со средним размером d = 1 мм, если коэффициент ε_м = 6,510^-5 , а величина магнитной индукцииВ_м = 0,4 Тл.

Решение: Коэффициент k_вн внедряемости порошка ДХЗ-80 для семян повилики изменяется в пределах 0,0395…0,1154 (см. таблицу 4.10). Расстояние l_с = d/2 = 0,5 мм. Величину коэффициента (гдеr – радиус барабана, м; ω – угловая скорость барабана, рад/с) можно определить из формулы (4.132)

.

Отсюда

.

Ответ: k_м = 4,3.

Пример 127. Семена двух различных культур отличаются свойством трения по поверхности полотна, причем коэффициент трения семян одной культуры f₁ = 0,6, а семян другой культуры – f₂ = 0,8. С каким наклоном надо поставить полотенную горку, чтобы разделить на ней смесь указанных семян?

Решение: Угол наклона полотенной горки определяем по выражению (4.133):

Отсюда α = 35.

Ответ: α = 35.

Пример 128. Полотно наклонной горки, установленное под углом α = 38, перемещает вверх со скольжением семена, имеющие коэффициент трения f = 0,9. Определить величину относительного ускорения семени, положенного на полотно без начальной скорости. Решение сопроводить расчетной схемой.

Решение: Приведем расчетную схему (рисунок 4.35).

Рисунок 4.35 – Движение частицы по полотну наклонной горки

На частицу, поступающую на полотно в точке О, действуют силы: тяжести mg, нормальная N и трения F.

Движение частицы вдоль полотна выражается следующим дифференциальным уравнением

(1)

где α – угол наклона полотна к горизонту, град; с – скорость движения частицы относительно полотна, м/с.

Величину F_max можно определить по выражению

, (2)

где φ – угол трения частицы по полотну, град.

Подставив (2) в дифференциальное уравнение (1), после преобразования получим:

. (3)

Полученное выражение (3) характеризует величину относительного ускорение семени, положенного на полотно в точке О без начальной скорости.

Следовательно:

м/с²,

где φ = arctg f = arctg 0,9 = 42.

Ответ: м/с².

Пример 129. Полотно наклонной горки, установленное под углом 38, перемещает вверх со скольжением семена, имеющие коэффициент трения f = 0,9. Определить путь семени до момента прекращения скольжения семени по полотну, если скорость полотна υ= 0,45 м/с.

Решение: Скорость с движения семян относительно полотна определяется по формуле (4.134)

. (1)

Поскольку через некоторое время t₁ скольжение прекратилось, т.е. с = 0, то уравнение (1) примет вид

. (2)

Отсюда

с,

где φ = arctg f = arctg 0,9 = 42.

Следовательно, путь семени до момента t₁ прекращения скольжения по полотну определится по формуле

м.

Ответ: х_с = 0,11 м.

Пример 130. При какой скорости вертикального воздушного потока можно произвести отделение от семян ржи засоряющих ее семян василька, если коэффициент парусности семян ржи изменяется в пределах 0,1...0,14 м^-1, а семян василька – 0,279...0,548 м^-1.

Решение: Критические скорости семян ржи и василька находим по формуле (4.135):

Для семян ржи: ,

для семян василька:

При скорости воздушного потока 8,4...9,9 м/с семена ржи будут находиться в воздушном потоке во взвешенном состоянии, а семена василька будут увлекаться воздушным потоком. Поэтому для отделения от семян ржи засоряющих ее семян василька необходимо, чтобы скорость воздушного потока была 6...8 м/с.

Ответ: υ_кр = 6...8 м/с.

Упражения

6.33. Определить величину магнитной индукции В_м магнитно-щеточной семяочистительной машины, если коэффициент внедряемости семян k_вн, коэффициент кинематического режима работы барабана k_м, расстояние от центра семян до поверхности магнитного сектора l_c, а коэффициент ε_м = 710^-5 .

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
kвн	0,150	0,151	0,152	0,155	0,160	0,162	0,163	0,164	0,170	0,171
kм	0,40	0,41	0,42	0,43	0,44	0,45	0,46	0,47	0,41	0,42
lc, мм	0,4	0,5	0,6	0,4	0,5	0,6	0,4	0,5	0,6	0,6

6.34. Определить кинематический режим работы электромагнитного барабана семяочистительной машины при очистке семян трав от клеверной повилики со средним размером семян 0,8…1,2 мм, если коэффициент ε_м = 6,510^-5 , а величина магнитной индукцииВ_м.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Вм, Тл	0,4	0,41	0,42	0,43	0,44	0,45	0,46	0,47	0,48	0,49

6.35. Определить частоту вращения электромагнитного барабана при очистке семян трав от клеверной повилики со средним размером семян 0,8…1,2 мм, если коэффициент ε_м = 710^-5 , величина магнитной индукцииВ_м., а диаметр электромагнитного барабана D.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Вм, Тл	0,4	0,41	0,42	0,43	0,44	0,45	0,46	0,47	0,48	0,49
D, м	0,5	0,51	0,52	0,53	0,55	0,5	0,51	0,52	0,53	0,54

6.36. Семена клевера засорены семенами повилики и плевела. Определить рекомендуемый магнитный порошок, воспользовавшись таблицей 4.10.

6.37. Определить расход порошка ДХЗ-80 для очистки 200 кг семян клевера от семян подорожника, если содержание последних составляет 10%.

6.38. Семена характеризуются коэффициентом трения f. Положенные без начальной скорости на полотно наклонной горки, двигающееся со скоростью υ, эти семена увлекаются кверху. С каким наклоном установлена горка, если скольжение семян по полотну закончится в течение времени t.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
f	0,8	0,82	0,84	0,86	0,88	0,9	0,8	0,82	0,84	0,88
υ, м/с	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,7	1,6	1,5	1,4
t, с	1,0	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0

6.39. Смесь семян двух различных культур разделяются на полотне наклонной горки. Определить угол α наклона рабочей поверхности полотна, если семена одной культуры имеют коэффициент трения f₁, а другой культуры f₂.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
f1	0,3	0,4	0,5	0,32	0,31	0,42	0,52	0,44	0,52	0,33
f2	0,7	0,75	0,8	0,82	0,84	0,85	0,78	0,88	0,90	0,83

6.40. При каком угле наклона полотенной горки можно разделить викоовсяную зерновую смесь, если коэффициент трения семян вики по полотну f₁ = 0,2…0,3, а семян овса f₂ = 0,5…0,6.

6.41. Полотно наклонной горки, установленное под углом α, перемещает вверх со скольжением семена, имеющие коэффициент трения f. Определить величину относительного ускорения семени, положенного на полотно без начальной скорости. Решение сопроводить расчетнуой схемой.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
α, град	35	37	39	41	43	45	47	49	50	51
f	0,6	0,7	0,8	0,9	0,6	0,7	0,8	0,9	0,9	0,9

6.42. Полотно наклонной горки, установленное под углом α, перемещает вверх со скольжением семена, имеющие коэффициент трения f. Определить путь семени до момента прекращения скольжения семени по полотну, если скорость полотна υ.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
α, град	35	37	39	41	43	45	47	49	50	51
F	0,6	0,7	0,8	0,9	0,6	0,7	0,8	0,9	0,9	0,9
υ, м/с	0,4	0,5	0,6	0,5	0,6	0,5	0,5	0,6	0,6	0,4

6.43. Наклонная полотенная горка установлена под углом α₁, коэффициент трения семян f. Как изменится длина пути затаскивания семян вверх по поверхности полотна со скольжением, если наклон горки увеличить до α₂.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
α1, град	35	37	39	35	37	38	33	34	35	36
f
α2, град	40	43	44	40	43	44	40	45	50	51

6.44. При некоторой скорости полотна наклонной горки семя, положенное на поверхность полотна, увлекается со скольжением в течении времени t₁. Как изменится это время, если скорость полотна увеличить вдвое?

6.45. Полотенная горка при разделении семян сахарной свеклы установлена под углом 27. Коэффициент трения семян сахарной свеклы по полотну равен 0,2. Определить коэффициент трения семян, засоряющих семена сахарной свеклы.

6.46. Изучив приведенные в таблице 4.11 коэффициенты трения семян по полотну, определить, какие зерновые смеси могут быть разделены на составные части полотенной горкой.

6.47. При какой скорости вертикального воздушного потока можно произвести отделение от семян пшеницы, засоряющих ее семян пырея, если коэффициент парусности семян пшеницы варьирует в пределах 0,076...0,121 м^-1, а семян пырея – 0,189...0,428 м^-1.

6.48. Семена ячменя засорены семенами василька. Определить скорость воздушного потока для разделения зерновой смеси на составные части, воспользовавшись таблицей 4.11.

6.49. Изучив данные таблицы 4.11, определить, какие зерновые смеси могут быть разделены на составные части вертикальным воздушным потоком.

6.50. Семена пшеницы засорены куколем, васильком и гречишкой. Физико-механические свойства семян характеризуются следующими показателями:

Наименование семян	Длина, мм	Ширина, мм	Толщина, мм	Критическая скорость, м/с	Углы трения, град.
Пшеница	Мср=6,4 σ =±0,5	Мср=2,9 σ =±0,27	Мср=2,6 σ =±0,3	8,9...11,5	20...40
Куколь	Мср=3,6 σ =±0,3	Мср=2,4 σ =±0,15	Мср=2,18 σ =±0,2	6,9...9,8	11...21
Гречишка	Мср=2,7 σ =±0,25	Мср=2,25 σ =±0,15	Мср=2,23 σ =±0,18	3,6...7,8	–
Василек	Мср=3,69 σ =±0,53	Мср=1,62 σ =±0,14	Мср=1,2 σ =±0,12	4,2...6,0	23...37

Изучив приведенные данные, определить способы очистки и разделения этой смеси, целесообразные размеры и параметры разделяющих устройств.

6.51. Наметить технологическую схему очистки пшеницы от засоряющих ее семян сорняков, используя данные задачи 6.50.

4.6.4. Зерносушилки и установки для активного вентилирования

В процессе сушки часть влаги из материала испаряется

G_в = G₁ – G₂, (4.136)

где G_в – масса испаренной влаги; G₁ – масса материала до сушки; G₂ – масса материала после сушки или после активного вентилирования.

Так как масса абсолютно сухового вещества G в процессе сушки остается неизменной, то

Отсюда масса высушенного материала

(4.137)

где W₁, W₂ – соответственно содержание влаги до и после сушки, %.

Пропускную свособность сушилок принимают равной массе (в тоннах) зерна, влажность которого изменяется от W₁ до W₂ за 1 ч и определяют из выражения

, (4.138)

где q_н – пропускная способность, указанная в марке зерносушилки, т/ч; k_i – коэффициент, зависящий от вида культуры; k_w – коэффициент, учитывающий исходную и конечную влажность высушиваемой культуры (таблица 4.12). При сушке семенного зерна пропускную способность принимают равной 0,6 q_н.

Пример 131. Определить массу высушенного зерна, если общая масса влажного зерна G₁ = 500 кг, содержание влаги до и после сушки соответственно W₁ = 16% и W₂ = 14%.

Решение: Массу высушенного зерна определяем по формуле (4.137):

кг.

Ответ: G₂ = 488,4 кг.

Таблица 4.12 – Значения исходной влажности и

коэффициента k_w для продовольственного зерна

(сушка до равновесной влажности зерна W_р = 14%)

Материал	Исходная влажность W1, %	Диапазон съема влаги, %	Коэффициент kw
Продовольственное зерно пшеницы (ki=1) (при сушке различных культур значения коэффициента ki принмают: рожь – 1,1; гречиха – 1,25; просо и сорго – 0,8; кукуруза – 0,6; горох и рис – 0,3…0,5; фасоль и люпин – 0,1…0,2)	16	До 14	0.54
	18	До 14	0,79
	20	До 14	1,00
	22	22…18	0,68
		18..14	0,79
	24	24…18	0,80
		19…14	0,90
	26	26…20	0,88
		20…14	1,00
	28	28…23	0,75
		23…19	0,66
		19…14	0,90
	30	30…24	0,85
		24…19	0,80
		19…14	0,90

Пример 132. Определить относительную усушку массы зерна (%), если содержание влаги до и после сушки соответственно W₁ = 16% и W₂ = 14%.

Решение: Масса высушенного материала определяется по формуле (4.137):

. (1)

Подставим значение G₂ в уравнение (4.136). Получим

. (2)

Относительная усушка массы зерна, %

. (3)

Заменив G_в из уравнения (2), находим

.

Ответ: D= 2,08 %.

Пример 133. Относительная усушка массы зерна D= 3 %. Определить исходную влажность зерна, если влажность зерна после сушки равна 14%.

Решение: Поскольку относительная усушка массы зерна определяется по формуле (3) (см. задачу 132):

,

то .

Ответ: W₁ = 16,88 %.

Пример 134. Определить производительность шахтной сушилки СЗШ-16А при сушке ржи с исходной влажностью W₁ =20%.

Решение: Примем по таблице 4.12 значение коэффициента k_w = 1,0, а коэффициента k_i = 1,1. Пропускная способность, указанная в марке зерносушилки СЗШ-16А, равна q_н = 20 т/ч. Тогда по формуле (4.138) найдем:

т/ч.

Ответ: q₀ = 22 т/ч.

Упражнения

6.52. Зерновая шахтная сушилка СЗШ-16А производит сушку продовольственного зерна пшеницы влажностью 20%. Производительность сушки – 20 т/ч. Определить количество сухого зерна, выдаваемого сушилкой в час, если конечная влажность зерна после сушки равна 14%.

6.53. Шахтная сушилка СЗШ-16А производит сушку семян пшеницы влажностью 24% при последовательной работе шахт. Пропускная способность одной шахты – 20 т/ч. Определить количество сухого зерна, выдаваемого сушилкой в час, если конечная влажность зерна после сушки равна 14%.

6.54. Масса зерна при выходе из сушильной камеры равна за 1 час 7 т. Конечная влажность зерна после сушки – 14%. Определить влажность зерна до сушки, если производительность сушилки по сырому зерну 8 т/ч.

6.55. Жалюзийная сушилка СЗЖ-8 для сушки зерна повышенной влажности с пропускной способностью 8 т/ч обеспечивает снижение влажности до 6%. Определить ее производительность при сушке ржи.

6.56. Определить производительность циркуляционной сушилки РУС-5 (q_н = 5 т/ч) при сушке гороха с исходной влажностью 24%.

6.57. Установка МТТ-10 (q_н = 10 т/ч) позволяет сушить пшеницу влажностью 26% в кипящем слое непрерывном потоке. Определить ее производительность.

6.58. Конвейерная сушилка (q_н = 2 т/ч) позволяет сушить гречиху влажностью 24%. Определить ее прозводительность.

6.59. Определить массу высушенного зерна, если общая масса влажного зерна G₁, содержание влаги до и после сушик соответственно W₁ и W₂.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
G1, т	10	20	30	400	500	600	700	80	900	1000
W1, %	17	18	16	19	20	17	22	25	19	21
W2, %	14	14	14	15	15	14	14	16	15	14

6.60. Определить относительную усушку массы зерна (%), если содержание влаги до и после сушик соответственно W₁ и W₂.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
W1, %	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
W2, %	14	14	14	14	14	15	15	15	15	15

6.61. Относительная усушка массы зерна D. Определить исходную влажность зерна, если влажность зерна после сушки равна W₂.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
D, %	1	2	3	4	1	2	3	4	5	6
W2, %	14	14	14	14	15	15	15	15	15	15

6.62. Относительная усушка массы зерна D. Определить влажность зерна после сушки, если исходная влажность зерна до сушки W₁.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
D, %	1	2	3	4	5	6	1	2	3	4
W1, %	16	18	15	20	21	22	23	24	25	26

6.63. Определить производительность сушилок (q_н [т/ч]: СЗШ-16А – 20 т/ч; СЗСБ-0,8А – 8 т/ч; СЗЖ-8 – 8 т/ч; ромбическая – 2 т/ч; конвейерная – 2 т/ч; С-40 – 40 т/ч; С-30 – 30 т/ч; С-20 – 20 т/ч; С-10 – 10 т/ч; С-5 – 5 т/ч; энергосберегающая 1000 – 9 т/ч; малогабаритная «АИСТ-3» - 1,5 т/ч), для сушки зерна с исходной влажностью W₁.

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Зерно	пшеница	рожь	гречиха	просо	сорго	кукуруза	горох	рис	фасоль	люпин
W1, %	16	18	20	22	24	28	24	30	20	24