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.

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.

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.

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).