Совершенствование подготовки семян при возделывании зерновых культур в Республике Бурятия

УДК 631.362.34:631.53.01 А.А. Абидуев, Ю.А. Сергеев

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПОДГОТОВКИ СЕМЯН ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В РЕСПУБЛИКЕ БУРЯТИЯ

Разработаны схемы очистки семян пшеницы и ячменя от трудноотделимых примесей по совокупности признаков и обоснованы рациональные параметры рабочих органов машин. Разработан метод определения угла выпадения зерен из ячеек триерных цилиндров опрокидыванием вокруг своей нижней точки опоры и на основе анализа траекторий свободного полета длинных и коротких зерен обосновано положение передних кромок их лотков.

Семена зерновых культур в Республике Бурятия имеют низкое качество в основном по засоренности. Часто для повышения качества семян многократно обрабатывают семенное зерно на поточных линиях или в отдельных самопередвижных семяочистительных машинах СМ-4, однако, в большинстве случаев без достижения желаемого результата. При этом увеличиваются затраты на обработку зерна, снижается выход семенного материала. Наряду с этим повышается травмирование семян, которое ведет к снижению их всхожести. Одним из путей повышения качества семенного материала и увеличения сбора зерна является совершенствование процесса очистки семян.

Из зерновых колосовых культур в Республике Бурятия получили широкое распространение пшеница и ячмень. Эффективность очистки семян указанных культур от распространенных в зоне сорняков - овсюга и татарской гречихи - низкая. С целью выявления возможности повышения качества очистки семенного зерна, нами были изучены геометрические и аэродинамические характеристики семян районированных сортов пшеницы и ячменя и сопутствующих им сорных растений. Ранее было установлено, что вариационные кривые семян пшеницы и татарской гречихи по поперечным размерам и скорости витания перекрываются, а наибольшее различие они имеют по длине [1].

Эффективная очистка семян пшеницы от данной трудноотделимой примеси может быть осуществлена по совокупности признаков - толщине и длине. При этом часть крупных семян татарской гречихи, перекрывающихся с семенами основной культуры по длине, необходимо выделить из обрабатываемого материала на решете с продолговатыми отверстиями шириной 3,0-3,25 мм как крупные примеси. После этого семенное зерно пропускают через триерный цилиндр, где из него выносятся ячейками в лоток оставшиеся семена данного сорняка как короткие примеси.

Кукольные цилиндры с диаметром ячеек 5 мм, предназначенные для очистки семян пшеницы от коротких примесей, не обеспечивают эффективную очистку семенного зерна от татарской гречихи. Такое положение объясняется тем, что часть крупных семян данного сорного растения превышает длиной указанный размер ячеек и поэтому занимает в ячейках неустойчивое положение и не выделяется из обрабатываемого материала в лоток цилиндра как короткие примеси.

В семенах пшеницы овсюг является длинной примесью. Однако при обработке семян в овсюжных цилиндрах с ячейками диаметром 9,5 мм не обеспечивается эффективная очистка их от овсюга из-за несоответствия размера ячеек к длине разделяемых компонентов. Так, длина семян пшеницы изменяется в пределах 4,0-7,6 мм, овсюга - 8,0-16,0. Мелкие семена овсюга устойчиво западают в ячейки овсюжного цилиндра и выносятся ими наравне с семенами основной культуры в лоток.

Проведенные нами исследования показали, что для эффективной очистки семян по длине необходимо выбрать триерный цилиндр с таким размером ячеек, чтобы короткие зерна занимали бы в них более устойчивое положение, чем длинные, и установить переднюю кромку его лотка в соответствующее по назначению положение. Для этого диаметр ячеек должен превышать максимальную длину коротких зерен. В условиях Забайкалья для очистки семян пшеницы от коротких (татарская гречиха) и длинных примесей необходимо обработать их в триерных цилиндрах с диаметром ячеек 5,6 и 8,5 мм [1].

В семенах ячменя татарская гречиха является короткой примесью. Для выделения данной примеси необходимо обработать семена в триерных цилиндрах с диаметром ячеек 6,3 мм. Овсюг в семенах ячменя является трудноотделимой примесью. Эффективная очистка семян от данной примеси может быть осуществлена по совокупности признаков - толщине и длине. Сначала необходимо выделить из обрабатываемого материала мелкие семена овсюга, перекрывающиеся с семенами основной культуры по длине, проходом через решето с продолговатыми отверстиями шириной 2,4-2,6 мм как мелкие примеси. Сход с решета обрабатывают в триерном цилиндре с диаметром ячеек 11,2 мм, где из обрабатываемого материала сходом с цилиндра

выделяются оставшиеся семена овсюга как длинные примеси. Таким образом, триерные блоки агрегатов и комплексов, а также самопередвижные семяочистительные машины СМ-4, в рассматриваемой зоне должны быть укомплектованы сменными триерными цилиндрами с диаметром ячеек 5,6; 6,3; 8,5; 11,2 мм.

Положение передней кромки лотка цилиндра может быть обосновано путем исследования процесса выпадения длинных и коротких зерен из его ячеек. Экспериментальными исследованиями установлено, что длинные и короткие зерна западают в ячейки цилиндрического триера и выпадают из них опрокидыванием вокруг своей нижней точки опоры [2-3], на что затрачивается некоторое время, за которое цилиндр поворачивается на определенный угол. При этом значение угла выпадения зерновки из ячейки может быть определено по выражению:

а = а

-но + а\,

где ав - угол выпадения зерновки из ячейки цилиндра, измеряемый от горизонтального диаметра цилиндра, град;

ано - угол начала выпадения зерновки из ячейки опрокидыванием вокруг своей нижней точки опоры (условие равновесия зерновки в ячейке), град;

ах - угол поворота цилиндра за время I опрокидывания зерновки из ячейки, град.

Условие равновесия зерновки в ячейке определяется по выражению [3]:

ано = агс8т( ксо$> у0) -у,

где

k - показатель кинематического режима цилиндрического триера;

у0 - угол наклона продольной оси зерновки к дну ячейки в период покоя, град.

Значение показателя кинематического режима рабочего органа цилиндрического триера определяет-

О2 Я

ся по выражению

где

к

£

ш - угловая скорость цилиндра, с-1;

R - радиус цилиндра, м; д - ускорение силы тяжести, м/с2.

Угол у0 зависит в основном от соотношения диаметра ячейки и длины зерновки, а значения данного

угла может быть определено по номограмме, приведенной в работе [3].

Для определения условия равновесия зерновки в ячейке триерного цилиндра нами разработана для общего случая номограмма (рис.1).

Рис. 1. Номограмма для определения условия равновесия зерна в ячейке триерного цилиндра

В I квадранте номограммы определяется показатель кинематического режима цилиндра к, значение которого зависит от диаметра D рабочего органа и частоты его вращения п. Во II квадранте определяется условие равновесия зерновки в ячейке, значение которого зависит от показателя кинематического режима цилиндра к и угла у0 наклона продольной оси частицы к дну ячейки в период покоя. На номограмме показано стрелками определение условия равновесия зерновки длиной 9 мм, расположенной под углом у0 =20° к дну ячейки размером 9 мм при диаметре триерного цилиндра D=0,6 м и частоте его вращения п=45 мин-1. Из номограммы получено значение угла ано =18° (рис.1).

Для определения второго слагаемого выражения (1) - угла а 1 поворота цилиндра за время I опрокидывания зерновки из его ячейки - необходимо определить значение указанного времени. Для этого нами рассмотрен процесс выпадения зерна из ячейки триерного цилиндра опрокидыванием вокруг своей нижней точки опоры. Схема сил, действующих на зерновку при выпадении из ячейки триерного цилиндра, представлена на рис. 2.

Опрокидывание зерновки из ячейки триерного цилиндра описывается дифференциальным уравнением [1]:

где J - момент инерции зерновки относительно нижней точки Т опоры, кг м2;

у - угол наклона продольной оси зерновки к дну ячейки, град;

I - время опрокидывания зерновки, с;

т - масса зерновки, кг;

а - угол наклона радиуса цилиндра, проведенного через центр массы зерновки, к горизонтальному диаметру цилиндра, град;

1цт - расстояние от нижнего края зерновки до центра ее массы, м.

Положение центра массы зерновки 1цт относительно нижней точки опоры не совпадает с ее геометрическим центром, удаленным от края частицы на 1/2 длины. Отклонение центра массы семян пшеницы от геометрического центра составляет 7-9%, овсюга - 10-14%, татарской гречихи - 28-33%.

Момент инерции зерновки 3 относительно нижней точки опоры определяется выражением [4]:

тсо^яіп

Рис. 2. Схема сил, действующих на зерновку при выпадении из ячейки триерного цилиндра опрокидыванием вокруг своей нижней точки опоры

4тіЦт

3

Подставив в уравнение (3) значение 3 и преобразовав его, получим:

й 2у 3^

йг2 41

[8т(а + у) - к 008 у]

цт

Дифференциальное уравнение (5) для решения численным методом можно записать в виде системы дифференциальных уравнений первого порядка:

йу _ в

йют

в

ОП’

4^- [8т(а + у) - к 008 у]

>

«,ДТ

где

угловая скорость опрокидывания зерновки из ячейки, с-1

Зерновка выпадает из ячейки (теряет контакт с несущей поверхностью) при условии, когда реакция ячейки становится равной нулю (см. рис. 2):

Р=т^вту - тдсов(а + - Fк =0 (где Fк - кориолисова сила инерции зерновки, н). Значение ко-

риолисова силы инерции зерновки определяется по выражению Fк = 2тшУОТ (где УОТ - относительная

скорость центра массы зерновки, м/с).

Решение системы уравнений (6) осуществлено численным методом Рунге-Кутта IV порядка точности, при этом были определены значения времени опрокидывания зерен из ячеек триерных цилиндров. Значение данного времени зависит от длины зерновки и диаметра триерного цилиндра. С увеличением длины зерновки и диаметра триерного цилиндра повышается время опрокидывания частицы из ячейки. Время опрокидывания зерновок длиной 4-18 мм из ячеек триерных цилиндров диаметром 0,4-0,8 м составляет 0,07-

0,11 с, а угол поворота цилиндра за этот период достигает 15-300.

Для определения угла поворота цилиндра за время t опрокидывания зерновки из ячейки нами для общего случая разработана номограмма (рис. 3).

Рис. 3. Номограмма для определения угла а 1 поворота цилиндра за время t опрокидывания зерновки из ячейки

В I квадранте номограммы определяется время t опрокидывания зерновки из ячейки триерного цилиндра в зависимости от длины частицы I и диаметра рабочего органа D. Во II квадранте номограммы определяется угол а (поворота цилиндра за время t опрокидывания зерновки из его ячейки при различных зна-

чениях частоты вращения рабочего органа. На номограмме показано стрелками определение угла а (поворота цилиндра за время опрокидывания зерновки длиной 9 мм из ячейки триерного цилиндра диаметром D=0,6 м при частоте его вращения п=45 мин-1. Значение угла а (=240 (см. рис. 3). Отсюда угол выпадения

зерновки из ячейки триерного цилиндра, согласно выражению (1), составляет 420(18+24). Значения угла выпадения зерновок из ячеек лабораторного триера, определенные расчетным путем и скоростной съемкой, имеют незначительное расхождение.

Анализ траекторий полета длинных и коротких зерен после выпадения из ячеек показал, что переднюю кромку лотка овсюжного цилиндра с диаметром ячеек 8,5 мм триерного блока ЗАВ-10 90000А и БТЦ-700 при частоте его вращения 45 мин-1 необходимо установить к горизонтальному диаметру рабочего органа в зависимости от засоренности зерна под углом 55-600, кукольного цилиндра с диаметром ячеек 5,6 мм -50-550. При обработке семян ячменя переднюю кромку лотка цилиндра с диаметром ячеек 11,2 мм необходимо установить под углом 60-650, цилиндра с диаметром ячеек 6,3 мм - 52-570.

При использовании разработанных схем вторичной очистки семян пшеницы и ячменя обеспечивается повышение эффективности их очистки на 20-30% и получение высококачественного семенного материала.

Выводы

1. Семена пшеницы при вторичной очистке необходимо обработать на сортировальном решете с продолговатыми отверстиями шириной 2,2-2,4 мм, на решете с продолговатыми отверстиями шириной 3,0-3,25 мм с выделением сходом с решета наиболее крупных семян татарской гречихи, перекрывающихся с семенами основной культуры по длине, и в триерных цилиндрах с диаметром ячеек 8,5 и 5,6 мм при положении передних кромок их лотков соответственно под углом 55-600 и 50-550.

2. Семена ячменя необходимо обработать на сортировальном решете с продолговатыми отверстиями шириной 2,4-2,6 мм с выделением проходом через решето мелких семян овсюга, перекрывающихся с семенами основной культуры по длине, и в триерных цилиндрах с диаметром ячеек 11,2 и 6,3 мм при положении передних кромок их лотков соответственно под углом 60-650 и 52-570.

3. Время выпадения зерен длиной 4-18 мм из ячеек триерных цилиндров диаметром 0,4-0,8 м опрокидыванием вокруг своей нижней точки опоры в зависимости от значений указанных параметров составляет

0.07.0,11 с, а угол поворота цилиндра за это время достигает 15-300.

4. Угол выпадения зерен из ячеек триерных цилиндров зависит от длины зерновки, размера ячеек, диаметра и частоты вращения рабочего органа.

Литература

1. Абидуев, А.А. Интенсификация процесса сепарации семенного зерна: моногр. / А.А. Абидуев. - Улан-Удэ: Изд-во БГСХА, 2007. - 131 с.

2. Евдокимов, В.Ф. Повышение производительности цилиндрического триера / В.Ф. Евдокимов // Тр. РИСХМ. - 1962. - Вып.15. - С. 62-68.

3. Абидуев, А.А. Исследование процесса выпадения зерна из ячеек триерных цилиндров / А.А. Абидуев // Сиб. вестн. с.-х. науки. - 1989. - С. 107-108.

4. Яблонский, А.А. Курс теоретической механики. Ч II. Динамика / А.А. Яблонский. - Изд. 5-е, испр. - М.: Высш. шк., 1977. - 352 с.