Физико-механические свойства семян
Зерновой ворох после обмолота, как правило, представляет собой смесь семян культурных и сорных растений, минеральных и органических примесей.
В процессе очистки зерновой ворох может быть разделен на семена основной культуры и отходы. Последние содержат отходы основной культуры, живой сор (семена других культур и сорняков, вредные живые примеси) и мертвый сор (минеральные и органические включения).
Зерновой ворох, поступающий на послеуборочную обработку, неоднороден по влажности и зрелости. При комбайновой уборке даже в сухую погоду в нем содержатся зрелые семена с влажностью 15...16 % и не дозревшие зерна, сорняки и растительные остатки с влажностью до 70 %.
Неоднородный по влажности зерновой ворох необходимо немедленно после его поступления на обработку очищать от примесей, а зерно сушить. Во влажном ворохе при сравнительно высокой температуре (около 20°С), характерной для периода уборки в Белоруссии, создаются благоприятные условия для жизнедеятельности (дыхания) зерна и развития микроорганизмов (плесеней и бактерий), что приводит к его самосогреванию и порче.
Для выбора способа очистки зерна от примесей необходимо знать его физико-механические свойства. Физико-механические свойства зерна зависят от культуры, сорта, спелости, влажности и других факторов.
Семена культурных растений и примесей имеют различные размеры по длине, ширине и толщине. По форме различают следующие типы семян: со всеми различными размерами (злаковые, имеющие удлиненную форму, и гречишные, имеющие форму трехгранной пирамиды); с толщиной, равной ширине (большинство бобовых, имеющих форму эллипсоида вращения); с толщиной, равной длине (семена капустных, имеющих шарообразную форму); с шириной, равной длине (семена чечевицы и некоторых сорняков).
Аэродинамические свойства семян и примесей характеризуются скоростью витания (величина относительной скорости воздушного потока, при которой помещенное в него тело находится в равновесии). Скорость витания у семян и примесей бывает, как правило, различной. Она зависит от их массы, плотности, размеров и формы.
Состояние поверхности семян зависит от культуры, спелости, влажности и влияет на характер их движения в различных условиях. Обычно у полновесных спелых семян поверхность гладкая, у неполновесных — сморщенная, шероховатая, что и используют для их разделения.
Плотность семян (γ) у различных культур бывает разной и зависит от химико-биологических особенностей, спелости и влажности семян. С повышением спелости семян она возрастает. Повышение влажности легких семян (γ<1) увеличивает, тяжелых (γ>1) — уменьшает плотность, при γ=1 изменение влажности не влияет на плотность семян. Наличие воздуха в порах семян (6...35 %) значительно уменьшает их плотность. Благодаря этим особенностям по плотности можно разделить тяжелые и легкие, спелые и недозрелые, сухие и влажные семена.
Упругость семян (свойство принимать после деформации первоначальную форму) зависит от их плотности и влажности. Более плотные спелые и сухие семена имеют большую упругость.
Цвет семян различных культур и сортов бывает неодинаков, из-за чего они по-разному отражают световые лучи. Это свойство используют в качестве признака делимости смеси.
Абсолютная масса семян или масса 1000 шт зерен в граммах характеризует заключенный в них запас питательных веществ. Поскольку этот показатель характеризует свойства не отдельных зерновок, а их совокупность, он дает представление о средней массе семян, но не может служить признаком делимости смеси при сепарации. Объемная масса (насыпная масса, натура) — масса семян в единице объема. Она зависит от плотности семян и плотности их укладки, на которые, в свою очередь, влияют влажность, размеры, форма и состояние поверхности зерен. Натурой пользуются при анализе свойств зерновой массы, расчете емкостей и т. д.
Физико-механические свойства семян основных культурных и сорных растений, произрастающих в Белоруссии, представлены в табл. 1.1 и 1.2.
Признаками разделения зерновой смеси по крупности являются размеры зерновок и примесей, определяемые по трем взаимно перпендикулярным направлениям — длина (наибольший продольный размер), ширина (больший поперечный размер), толщина (меньший поперечный размер).
Разделение на фракции по ширине производят на решетах с круглыми отверстиями (рис. 1.1 б). Прохождение зерна через круглое отверстие зависит только от его ширины.
1.1. Физико-механические свойства семян культурных растений | |||||||
Наименование семян | Критическая скорость, м/с | Длина,мм | Ширина, мм |
Толщина, мм | Плотность, г/см3 |
Абсолютная масса (масса 1000 шт. семян), г | Насыпная масса, т/м3 |
Пшеница Рожь Ячмень Овес Гречиха Горох Люпин Лен Клевер Люцерна Тимофеевка Ежа сборная Овсяница луговая |
8,5...11,5 8,3...10,0 8,4...10,8 8,0...9,0 2,5...9,5 7,0...16,0 12,0...20,0 3,5...8,5 3,0...8,0 2,5...8,0 1,8...6,0 0,8...6,0 0,5...3,7 |
4,0...8,6 5,0... 10,0 7,0...14,6 8,0...18,6 4,4...8,0 4,0...8,8 5,5...9,5 3,2...6,0 0,8...2,7 1,1...2,5 1,2...2,3 4,5...7,5 2,7...5,0 |
1,6..4,0 1,4.. ,3,6 2,0...5,0 1,4...4,0 3,0...5,2 3,7...8,0 4,0...8,5 1,7...3,2 0,8...2,0 0,8...2,0 0,6...1,3 0,9...2,5 1,2...2,5 |
1,5..3,8 1,2..3,5 1,4..4,5 1,2..3,6 2,0… 4,2 3,5..8,0 2,75..5,75 0,5..1,5 0,4..1,4 0,5..1,3 0,4..1,0 0,5..1,5 0,5..1,5 |
1,2..1,5 1,2..1,5 1,3..1,4 1,2.. 1,4 1,2..1,3 1,15..1,5 0,9..1,65 1,0..1,3 0,9..1,5 0,9..1,3 0,8..1,1 0,6..0,9 0,8..1,0 |
22...42 13...32 31...51 20...42 23,5 155 119...213 4...8 0,6...1,8 1,5...1,9 0,5 1,2 1,5 |
0,65...0,81 0,66...0,79 0,43...0,75 0,39...0,50 0,51...0,70 0,75...0,80 0,51...0,77 0,63...0,73 0,82...0,84 0,82 0,81 0,28 0,35 |
» » 1.1. Принципы очистки и сортирования зерна:
а — по аэродинамическим свойствам:
1 — аспирационный канал;
2— пневматическая очистительная колонка;
б — по размерам:
3 — решето с продолговатыми отверстиями;
4 — решето с круглыми отверстиями;
5 — триер;
в — по состоянию поверхности зерна:
6 — фрикционный сепаратор (полотняная горка);
7 — электромагнитная машина;
г — по форме поверхности:
8 — сепаратор винтовой (змейка);
9 — решето с треугольными отверстиями;
д — по плотности: 10-пневмосортировальный стол.
Разделение по толщине осуществляют на решетах с продолговатыми (прямоугольными) отверстиями 3. Через них может пройти только то зерно, толщина которого меньше ширины отверстия, а ширина и длина не влияют на его прохождение.
Разделение по длине выполняется триерными (ячеистыми) поверхностями 5. Рабочие органы триеров делают либо в виде вращающихся ячеистых цилиндров с ячейками на внутренней поверхности (цилиндрические триеры), либо в виде дисков с ячейками на боковых поверхностях (дисковые триеры).
Разделение зерновой смеси по аэродинамическим свойствам составляющих ее компонентов является, так же как и разделение по размерам наиболее распространенным приемом очистки и сортирования зерна. Оно основано на различии в сопротивлении воздуха движению частиц в зависимости от их размеров и других факторов. Не одинаковые по своим физико-механическим свойствам частицы движутся в воздухе с различными скоростями и по разным траекториям.
Движение частиц зерновой смеси и воздуха осуществляют в сепараторах за счет создания вентилятором движения воздушного потока с определенной скоростью и введения в него зерновой смеси. С помощью зернопульта можно и, наоборот, в неподвижном воздухе задать движение зерновой смеси.
Аэродинамические свойства семян определяются коэффициентом парусности. Однако в качестве признака разделения зерновой смеси по аэродинамическим свойствам используют другой показатель — критическую скорость, которая имеет более простой физический смысл и может определяться непосредственными замерами.
Если тело поместить в вертикальный воздушный поток, движущийся с некоторой скоростью снизу вверх, то оно будет находиться под действием силы давления воздушного потока, направленной вертикально вверх, и гравитационной силы (силы земного притяжения), направленной вниз.
В зависимости от соотношения величин этих сил тело будет двигаться вверх, если сила давления воздуха больше гравитационной, или вниз, если меньше. При равенстве указанных сил тело в воздушном потоке будет находиться во взвешенном состоянии. В этом случае скорость тела относительно потока равна скорости потока, но имеет противоположное направление. Такая скорость воздушного потока называется критической.
1.2. Физико-механические свойства семян сорных растений | |||||||
Наименование семян | Критическая скорость, м/с | Длина, мм | Ширина, мм |
Толщина, мм | Плотность, г/см3 | Абсолютная масса (масса 1000 шт. семян), г | Насыпанная масса, т/м3 |
Горец вьюнковый в оболочке | 2,9..7,1 | 2,7..4,1 | 1,7..2,9 | 1,6..2,6 | 0,7...1,4 | - |
- |
Куриное просо в оболочке | 2,2. .4,4 |
2,9..4,5 | 1,5..2,3 | 1,0..1,8 | 0,7...1,2 | 0,8...1,5 |
- |
Марь белая (лебеда) в оболочке | 2,1..5,1 | 1,0..2,0 | 1,0..1,8 | 0,4..1,4 | 0,7...1,2 | 0,2...1,0 | - |
Овсюг | - |
15,0..25,0 | 1,4..3,2 |
1,2. .3,0 | - |
- |
- |
Пикульник ладанниковый | 2,5..6,5 | 1,2..2,5 | 1,2..2,0 | 0,7..1,3 | - |
1,2 | - |
Плевел льняной |
4,5..9,5 |
3,7..5,5 | 1,4..2,2 |
0,7. .1,4 | - |
- |
- |
Редька дикая |
3,1..7,3 | 2,2..6,9 | 2,0…4,2 | 1,8. .4,0 | 0,7...1,0 | - |
- |
Торица полевая |
6,0..9,5 | 1,0..2,5 | 1,2..2,4 | 0,9. .1,6 | - |
- |
- |
Подмаренник цепкий |
4.2..6,8 | 1,6..2,8 | 1,4..2,4 | 1,1. .2,3 |
0,9...1,2 | 2,2 |
0,58 |
Горчица полевая | 4,2..7,2 | 1,1..1,9 |
0,9..1,8 | 0,8. .1,6 | 0,8...1,4 | - |
- |
Звездчатка средняя (мокрица) | 2,5..6,0 | 0,5..1,5 | 0,5..1,3 | 0,4..0,9 |
- |
0,4 |
- |
Вика узколистная | 7,0..11,0 | 4,0..8,8 |
3,2..7,0 | 2,0. .4,2 | 1,1. .1,4 |
- |
- |
Василек синий | 2,1. .5,9 | 4,6..8,2 | 1,0.. 2,2 | 0,7..1,7 | 0,7...1,4 | 4,5 | 0,51 |
Костер ржаной |
- | 6,0..8,4 |
1,4..2,4 | 1,2..2,0 | 0,3...0,4 | 5.. .11 | 0,23 |
Куколь обыкновенный | - |
2,8..4,4 | 2,0..3,8 | 1,6. .3,0 | 1,2...1,3 | 7... 10 | 0,79 |
Ромашка непахучая |
0,5..4,5 | 1,2..2,5 | 0,8..1,4 | 0,5..1,0 |
1,65 |
1,6 |
0,34 |
Сурепица обыкновенная |
2,0..5,5 | 0,8..1,2 | 0,7..1,0 | 0,3..0,8 |
- |
0,4 |
- |
Бодяк полевой (осот розовый) |
1,4..5,6 | 1,8..3,8 |
0,7..1,3 | 0,4..1,0 | 0,7...1,4 | 1,2 |
0,54 |
Вьюнок полевой |
5,1..8,9 | 2,4..4,4 | 1,7..3,1 | 1,4..2,6 | 0,9...1,5 | 5,7...9,4 | - |
Осот полевой (головки) | 6,0..10,0 | 4,8..12,0 | 5,5..10,0 | 4,5..10,0 | 0,95...1,0 | - |
- |
Пырей ползучий | 2,0..6,0 | 6,8..12,0 | 1,4..3,5 | 0,8..2,0 | 0,8...1,1 | - |
0,29 |
Щавель кислый | 2,5..6,5 | 0,7. .1,5 | 0,7..1,3 | 0,5..1,1 | 0,95...1,35 | 0,7...0,9 | 0,66 |
Повилика | 2,5..7,0 | 0,9..2,0 | 0,8..1,5 | 0,6. .1,3 | - |
- |
- |
Различие в аэродинамических свойствах, оцениваемое критической скоростью, дает возможность разделить смесь на фракции воздушным потоком в аспирационных каналах 1 (рис. 1.1, а) воздушно-решетных машин или в пневматических семеочистительных колонках 2. Если частицы зерновой смеси поместить в горизонтальный или наклонный воздушный поток, то он, обтекая частицы, будет действовать на них с определенной силой, под влиянием которой частицы приобретут некоторое ускорение. Чем больше будет эта сила и чем легче частицы, тем дальше будут они относиться воздушным потоком. По аэродинамическим свойствам зерно хорошо очищается от пыли, легких примесей, невыполненных щуплых зерен с низкой массой и плотностью.
Разделение зерна по форме производится на решетах с треугольными отверстиями 9 (рис. 1.1, г), винтовых сепараторах (змейках) 8. На треугольных решетах можно отделить семена треугольной формы от семян другой формы, но с такими же размерами поперечного сечения, которые не разделяются решетами ни с круглыми, ни с прямоугольными отверстиями.
Разделение по различию состояния поверхности зерна производится на фрикционных сепараторах — полотняных горках 6 (наклонные поверхности) (рис. 1.1, в) и электромагнитных семеочистительных машинах 7. Показателем для разделения семенной смеси на горках является коэффициент трения по поверхности горки, зависящий от состояния поверхности и формы семян. Разделение в электромагнитной машине основано на различной поверхности семян. Перед разделением семенной материал в этой машине смешивают с железным порошком. Семена, имеющие гладкую поверхность, порошком не обволакиваются, а имеющие шероховатую обволакиваются и, попадая на вращающийся электромагнитный барабан машины, притягиваются к нему и выносятся из основной массы семян.
Для разделения семян по совокупности физико-механических свойств, из которых главным является плотность, применяют пневматические сортировальные столы 10 (рис. 1.1, д).