Теоретичні положення електросепарування насіння зернових культур

Вдосконалення технології сепарування насіннєвих сумішей в первинному насінництві нині є однією із головних передумов підвищення продуктивності ведучої галузі агропромислового виробництва – рослинництва. Перешкодами на цьому шляху є недосконалість технологій обробки насіннєвих сумішей. Отримана в процесі збирання врожаю насіння сільськогосподарської культури насіннєва суміш (НС) є сукупністю важкорозділюваних компонентів. Вирішення питань обробки таких сумішей можливе тільки шляхом застосування електротехнологій. Основні компоненти насіннєвих сумішей та можливості їх розділення представлені в таблиці 2.2:

Таблиця 2.2

Компоненти насіннєвих сумішей та можливості їх розділення

№ п/п	Назва компо-ненту	Умов-не познач.	Технологіч- ні характе-ристики	Властивості	Перспективні заходи розділення	Застосування електротехно-логій
	Якісне насіння сорту	К1	Достатній потенціал генотипу сорту	Біологічний склад і стан відповідають характеристикам генотипу	Сортування від К2, очи-щення від К3, збережен-ня і донесення до нового врожаю технологічних якостей генотипу	Поповнення за рахунок стиму-лювання К2, Ресурсо-ощадне сепарування
Продовження таблиці 2.2
	Неякісне насіння сорту	К2	Недостатній потенціал генотипу сорту	Біологічний стан відмінний від К1, недостатній запас енергії і речовин	Видалення насінин із низьким запасом речовин, поповнення енергії життєздатних насінин	Розпізнавання і видалення нежиттєздат-них насінин
	Насіння засміт-нювачів	К3	Насіння диких, шкідливих рослин	Відмінна від К1 біологічна будова, пристосованість фізичних ознак	Повне видалення всіх насінин компоненту шляхом застосування нових ознак подільності	Прояв біологічних відмінностей в електричних якостях

Головним питанням сепарування є видалення із НС К2 і К3 з тим, щоби висівати в ґрунт технологічно якісні насінини, які представляють сукупність К1. Для цього треба здійснювати сепарування за біологічним станом насінин (видалення К2) та за їх біологічною будовою (видалення К3). Це означає, що треба перемістити в просторі усі насінини К2 і К3 відносно К1. Щоби це здійснити, необхідно виявити такі фізичні ознаки частинок НС, які би, з одного боку, в сукупності відображали належність кожної насінини конкретно до К1, К2 чи К3, і, з іншого, при підведенні до всіх частинок НС зовнішньої дії, вони відгукувались би відповідними параметрами руху в робочій зоні сепарування.

Якщо при сепаруванні використовуються тільки фізико-механічні параметри насінин (фізико-механічні ознаки подільності), які мають опосередкований або випадковий зв’язок із їх біологічним станом та властивостями, то сепаруючі фізико-механічні дії на насінини запам’ятовуються ними як перешкода для збереження сформованого рослинного ареалу ландшафту, на якому вирощено насіння. При цьому понижений рівень потенціалу генотипу насінин компоненту К2 запам’ятовується і сприймається як засіб виживання біологічного виду при несприятливих грунтово-кліматичних умовах, а рослина-засмітнювач (компоненту К3), як і вирощуваний сорт, є складовою частиною єдиної із культурною рослиною біологічної спільноти, тобто створює з нею стійкий агроценоз, для збереження якого.відбувається природна еволюція, природна селекція на пониження рівня потенціалу генотипу сорту та пристосування до нього засмітнювача за фізико-механічними опаками подільності. Вирішення проблеми можливе тільки шляхом застосування електросепарування для розпізнавання та видалення із НС насінин компонентів К2 і К3.

При електросепаруванні на насінини, окрім сили тяжіння , діє сила електрична _e. Результуючою діючою на будь яку частинку НС силою у випадку, коли можна прийняти незмінними q і , є

(2.1)

де _p – результуюча сила, яка діє на насінину у процесі сепарування, Н; – сила тяжіння насінини, Н; – маса насінини, кг.; – прискорення вільного падіння, м/с²; _e – сила дії електричного поля, Н; – напруженість електричного поля в місці знаходження насінини в процесі її переміщення, В/м; q – заряд насінини, Кл.

Процес електросепарування полягає у створення таких умов заряджання насінин, при яких

q₁ q₂ q₃, (2.2)

де: q₁, q₂ і q₃ – заряди довільно взятих насінин, відповідно, компонентів К1, К2 і К3, Кл; – об’єднання множин.

Сила F _e є сукупністю складових

, (2.3)

де: i – загальна кількість складових електричної сили, які можуть діяти на насінину НС; n 1, n 2 і n 3 – кількості (множини) складових електричної сили, які діють на насінини компонентів, відповідно, К1, К2 і К3; f_e1, f _e2 і f_e3 – змінні в часі і просторі складові електричних сил, які діють на насінини, відповідно, компонентів К1, К2 і К3, Н.

Для формування загальних положень технології електросепарування НС праву частину (2.3) представимо у вигляді одної сукупності (домішки), тобто

= ,(2.4)

де n – загальна кількість сил, які діють на довільно взяту насінину сукупності компонентів К2 і К3; f_d – складова електричної сили, яка діє на довільно взяту насінину домішки, Н.

Крім загального випадку (2.4) у технології обробки насіннєвих сумішей застосовуються також варіанти:

= , або = (2.5)

Функції f_e1, f_e2, f _e3 і f_d вимагають окремого вивчення. Попередньо можна зазначити, що ними є діючі на насінини такі основні складові електричної сили: кулона, дзеркального відображення, пондеромоторна та інші. Попередньо приймемо, що всі величини в (2.1) відомі та роглянемо картину руху окремо взятої насінини як фізичного тіла під дією сил _e, і реакцій в’язей, якіможна представляти однією силою _в.

Діючі на насінину будь якого компоненту НС сили показані на рис. 1 а. При цьому в якості узагальнюючої моделі форми насінини взято двохосьовий еліпсоїд обертання. Лінії дії сил _e і в загальному випадку не перетинаються. Це обумовлює наявність центрального моменту сил. Загальна картина переміщення насінини представлена на рис 8 b. Проекція переміщення насінини на горизонтальну площину показана на рис 8 с. Насінина може рухатися в напрямі трьох осей довільної системи координат та обертатися навколо них. Довільний, не упорядкований за приналежністю до компонентів НС, рух насінин не може дати ефекту сепарування. Його можна досягти шляхом забезпечення умови (2.2) та формування таких параметрів Е, які би відповідали (2.3) та (2.5). При цьому концентрація частинок насіннєвої суміші при сепаруванні має бути такою, щоби взаємодія між ними не впливала на їх переміщення. Припустимо, що це можливо при відсутності механічного зіткнення насінин.

Умови механічного незіткнення насінин та обмеження негативного впливу вирівнювання їх електричного потенціалу процесі сепарування в проекції на горизонтальну площину показані на рис.9. При цьому, як і на рис. 8, слід форми насінини на цю площину представлено в якості кругів, радіус яких є функцією реакцій в’язей, параметрів взаємодії електричного поля із насіниною та півосей еліпсоїда, тобто

(2.6)

де R _e – еквівалентний радіус проекції насінини на горизонтальну площину, м; a і b – велика та мала півосі еліпсоїда, м; – коефіцієнт середовища, в більшості випадків можна приймати .= 1.

Рис 9 а визначає проекцію на горизонтальну площину простору S_н який має займати одна насінина.

S_н= 36 R_e (2.7)

Згідно рис 9 а і (2.6) можна визначити середню відносну концентрація частинок НС

(2.8)

Для моделі руху насінин під час сепарування, яка представлена на рис. 9 а, можна прийняти k_c = 0,1.

Продуктивність електросепарування при забезпеченні умови (2.8) по висхідній суміші з одиниці довжини лінії поступлення насіння в робочу зону сепарування при відомих параметрах R_e, F_e, m, l_н можна визначити із рівняння елементарного переміщення l_н насінини (див
рис. 9), яке можна представити у вигляді

, (2.9)

де t_н – час, за який відбувається елементарне переміщення на відстань l_н = 6 R_e, с.

Звідси

,, (2.10)

де Q_н – продуктивність сепарування по поступленню висхідної суміші, .

Якщо попередньо визначити і виміряти фізичні властивості (ознаки подільності) для часткових сукупностей (вибірок) насінин для кожного із компонентів, то можна побудувати модель прогнозу сепарування у вигляді статистичних функцій розподілу за критерієм сепарування. За їх допомогою цих функцій можна оцінювати можливості очищення К1 від К2 і К3.

При розгляді руху насінини під дією електричного поля слід враховувати, що вектор напруженості електричне поля орієнтує насінини. Внаслідок цього, як видно із рис 8 b, на насінину діє центральний момент, який приймає значення: M₀, M₁, M₂ і т.д. Цей момент, з одного боку, повертає велику вісь насінини (еліпсоїда) в напрямі вектора , а з іншого – впливає на електричну силу, яка в процесі руху приймає значення F₀ , F₁, F₂, F₃… (рис.1 с). Зміна електричної сили впливає відповідно на швидкість насінини v ₁, v ₂, v ₃ і т.д. (рис 8 с і
9 b).

Для визначення критерію сепарування розглянемо вільне падіння зарядженої насінини масою m у вигляді матеріальної точки із заданої висоти h в стаціонарному електричному полі, напруженість якого направлена горизонтально і дорівнює Е. Очевидно траєкторія руху насінини матиме відхилення від вертикалі на деякий кут , який назвемоелектричним кутом траєкторії (ЕКТ). Нехай при досягненні нульової відмітки падіння насінина відхилилася на відстань l_e, яку можна виміряти. Приймемо в якості ознаки подільності функцію

tg = , (2.11)

При падінні без початкової швидкості

h= ; (2.12)

де h – висота падіння м; l_e – горизонтальне відхилення траєкторії, м.

На підставі (2.11) і (2.12) введемо нову фізичну величину – показник заряджання маси (ПЗМ), яку можна розглядати як універсальну ознаку сепарування

(2.13)

де – показник заряджання маси, ; q(t) – функція зміни електричного заряду в часі, Кл/с; і – струм через насінину, А;
t – продовженість сепарування, с.

Рис. 8 Сили і моменти, які діють на насінину під час її переміщення в робочій зоні електронасіннєобробної машини у процесі електросепарування

а – модель насінини, її геометричні характеристики та діючі сили; b – рух насінини при її переміщенні в робочій зоні електросепарування; с – проекція форми насінини та її переміщення на горизонтальну площину; M N і K L – велика та мала осі еліпсоїда обертання; DRQLD – центральний поперечний перетин еліпсоїда; Р_н – сила тяжіння, яка діє на насінину; F_e – сила дії електричного поля; Р_в – сила реакцій в’язей; 0_q – центр електричного заряду насінини; 0_m – центр інерції насінини; 0 – геометричний центр еліпсоїда обертання; MDNQM – площина, в якій розташовані центри прикладених діючих сил Р і F_e; M₀ і M₁ – початкове і поточне значення центрального моменту діючих сил; v₀, v_{1 і} v – початкове і поточні значення лінійної швидкості насінини; F₀, F₁ і F – початкове і поточне значення результуючої діючої сили на насінину у процесі сепарування; m – маса насінини.

Дата добавления: 2015-06-25