Очистка семян пшеницы от овсюга является важной задачей послеуборочной обработки зерна. Присутствие овсюга в продовольственном зерне снижает качество муки, а высев семян недостаточно очищенных от овсюга приводит к быстрому его размножению и снижению урожая пшеницы.
Характерным признаком зерен овсюга, отличающим их от зерен пшеницы, является длина. Исследованиями, проведенными Г. Д. Терсковым, была обоснована возможность разделения по длине на плоских решетах с круглыми отверстиями [1].
В предлагаемом цилиндрическом решете с круглыми отверстиями и внутренним пластинчатым барабаном [2] процесс прохождения коротких частиц (пшеницы) происходит также как и на плоских решетах с круглыми отверстиями, только значительно интенсивнее, так как силы инерции, обуславливающие западание частицы в отверстие, значительно больше силы веса, которая является основным фактором западания и просеивания частиц на плоских решетах.
Возможность поворота частиц вокруг кромки отверстия решета и их просеивание связано с величиной отношения диаметра отверстий к длине семян.
Цель работы- обосновать основные параметры процесса разделения зерна по длине на цилиндрическом решете с круглыми отверстиями.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
– дать теоретическое обоснование размеров отверстий цилиндрического решета;
– рассмотреть условия ориентации длинных частиц и возможность их прохождения через отверстия;
– разработать и изготовить лабораторную установку для подтверждения теоретических предпосылок.
Основная часть
В качестве зерновых решет применяются решета со средними отверстиями. Поэтому поворот семян около края отверстия будет почти всегда происходить при работе зерновых решет. Отсюда вытекает, что на решетах с круглыми отверстиями возможно полное разделение такой смеси, составные части которой существенно (в 2 раза и более) различаются по длине. Пример такой очистки есть разделение пшеницы и овсюга.
В разработанном цилиндрическом решете с внутренним пластинчатым барабаном вышележащий слой смеси кольцом прилегает к элементарному слою (за счет действия центробежных сил) и препятствует повороту длинных частиц относительно кромки отверстия решета. Это способствует интенсивному подходу семян к решету на место просеявшихся, обеспечивает полную загрузку поверхности решета (см. рисунок 1) [3].
Рис. 1. Процесс прохода зерен пшеницы через отверстия решета
hа — толщина активного слоя;
Vб — линейная скорость пластинчатого барабана;
Vр — линейная скорость цилиндрического решета.
Из сказанного следует, что для выделения овсюга из пшеницы необходимо использовать решето с диаметром отверстий
, (1)
где l — длина частицы.
В этом случае просеивание будет сопровождаться поворотом зерен, что при благоприятной ориентации длинных частиц относительно решета (благоприятной ориентацией будет считаться такое направление длинной частицы, когда ее большая ось лежит по направлению скорости ее движения относительно решета) предотвратит просеивание их в отверстия.
Однако, проведенные исследования показали, что вероятность прохождения семян овсюга не исключается. Это происходит в результате «неправильной» ориентации отдельных зерен овсюга, то есть зерна в момент контакта с решетом расположены под определенным углом к поверхности решета, а не «плашмя».
Возможное неблагоприятное расположение зерновки овсюга на рисунке 1 отмечено звездочкой (*).
Очевидно, что угол 
может принимать значения 
. Поэтому при дальнейшем движении эти зерна входят в отверстия острием и проходят через решето.
Для предотвращения этого необходимо исключить возможность такой ориентации в момент подхода к решету длинных примесей. Эту роль выполняют пластины барабана, которые обеспечивают послойное скольжение частиц относительно друг друга и их ориентацию.
Пластины барабана должны обеспечить благоприятную ориентацию в процессе подхода частиц к активному слою (см. рисунок 2).
Рис. 2. Процесс разворота длинной частицы в активном слое
Необходимо, чтобы в момент подхода частиц к активному слою ha угол был в пределах 
, тогда при таком расположении и при дальнейшем движении частица разворачивается потоком активного слоя и в момент подхода к решету успевает благоприятно ориентироваться.
В противном случае, когда 
, частицы, соприкасаясь в своем движении с активным слоем будет им увлекаться и разворачиваться, но так как угол велик, то при дальнейшем движении она не успеет полностью развернуться и занять благоприятную ориентацию (см. рисунок 3).
Рис. 3. Процесс разворота длинной частицы в активном слое при неблагоприятной ориентации
Вследствие чего она подходит к решету с углом 
, что и обеспечивает ее проход через отверстие.
Из этого следует, что для предотвращения западаний длинных частиц в отверстия решета необходимо создать жесткие условия в процессе подхода их к активному слою. Этого можно добиться за счет уменьшения шага расстановки пластин барабана, что позволит управлять движением и ориентацией частиц в межпластинном пространстве и к моменту входа частиц в активный слой обеспечит 
.
Экспериментальная часть
Для подтверждения теоретических исследований движения длинных частиц в активном слое и определения минимального расстояния между соседними пластинами (шаг расстановки S) была изготовлена лабораторная установка (см. рисунок 4). Лабораторная установка позволяла наглядно показать рассмотренные условия ориентации длинных частиц.
Моделирование процесса просеивания и ориентации зерновых частиц с использованием плоского решета на данной установке в достаточной степени правомерно. Это упрощение не приводит к искажению физической сущности процесса, так радиус цилиндрического решета R=0,3 м, а рассматриваемый участок между пластинами незначителен.
При определении шага расстановки пластин учитывались геометрические размеры зерна и овсюга исходя из двух возможных случаев воздействия пластины на длинную частицу: когда кромка пластины непосредственно касается длинной частицы и когда поворот осуществляется относительно частицы, находящейся на пластине.
Поэтому рабочим размером S можно считать
, (2)
где l — длина продолговатой частицы;
a — ширина зерновки.
Итак, для разделения зерновой смеси по длине в центробежно-решетном сепараторе необходимо обеспечить разворот длинной частицы в момент подхода ее к поверхности решета.
Результаты исследований иих обсуждение
Аналитическими исследованиями показана возможность разделения зерновой смеси по длине на цилиндрических решетах с круглыми отверстиями, при ориентации длинных частиц в активном слое. Основным признаком, по которому возможно более полное выделение овсюга из зерна пшеницы является длина.
Опытами на лабораторной установке с максимальной достоверностью подтверждены теоретические предпосылки по эффективности очистки зерна от длинных примесей.
Анализ проведенных исследований позволил сделать следующие выводы:
- Для интенсификации работы решет необходимо применение центробежных сил.
- Центробежные силы способствуют повышению удельной производительности цилиндрических решет в сравнении с плоскими.
- Экспериментальные исследования на лабораторной установке подтвердили основные положения по определению конструктивных параметров сепарирующего устройства.
Литература:
- Терсков, Г. Д. Расчёт зерноуборочных машин [Текст]: учеб. пособие для ин-тов и факультетов механизации сел. хоз-ва / Г. Д. Терсков; под ред. К. Г. Колганова. — Изд. 2-е, перераб. — М. — Свердловск: Машгиз (Урало-Сиб. отд-ние), 1961. — 215 с.
- Тарасов Б. Т. Исследование процесса сепарации зерна по длине вертикальными цилиндрическими решетами при ориентации зерен в активном слое [Текст]: дисс. … канд. техн. наук.- Барнаул, 1970.- 164 с.
- Тарасов Б. Т. Обоснование технологической схемы центробежно-решетного сепаратора [Текст] / Б. Т. Тарасов, Н. И. Стрикунов // Совершенствование технологических процессов и машин при уборке зерновых культур в Западной Сибири: сб. науч. тр. / Алт. с.-х. ин-т. — Барнаул, 1987. — С. 34–48.
