第三章 種子清選原理

第三章種子清選原理

種子和其夾雜物有各種不同的特性。種子清選就是根據(jù)它們彼此的不同特性來區(qū)分的，如碎莖葉、穎殼、泥沙等和種子的差異很大，很容易將它們從種子中清除掉。但夾雜的其它作物種子或草籽有時在外形上或某些特征上與種子相似，這就難于分離，可是種子與其它夾雜物之間所有的特性決不會完全相同，找出它們的不同點，就可以分離。目前常用的特性有：（一）種子的尺寸特性（二）種子的空氣動力學特性（三）種子的比重特性（四）種子的表面特性、彈性特性等上述特性中，（一）、（二）、（三）應(yīng)用最廣，其它僅用于個別場合。第一節(jié)種子的尺寸特性和分離方法一、種子的尺寸特性種子的形狀和大小通常以長度、寬度和厚度三個尺寸來表示。最大者為長，其次為寬，最小者為厚。由于種子的種類和品種不同，各尺寸也有所不同。小麥種子形狀

按照這個特性，兩種或兩種以上種子混雜物是否能分離，可根據(jù)種子的最大和最小尺寸，尺寸分布曲線和復(fù)合圖來判定。表3-1列出了幾種作物種子最大與最小尺寸，混雜的種子能否分離，一目了然，但表中沒有各尺寸上所占有的種子數(shù)，減少了它的實用價值。小麥厚度分布曲線

二、篩子的選擇根據(jù)種子的尺寸特性，即種子的長、寬、厚三個尺寸的任何一個或兩個，確定了分離的可能性后，就可選用相應(yīng)的篩子進行篩選。（一）篩子的種類與特點篩子可做成平面形和圓筒形，其中以平面篩應(yīng)用最廣。篩子的分離性能與篩孔形狀和尺寸大小有關(guān)，也與被篩物的狀態(tài)、種類有關(guān)。常用的篩子從構(gòu)造上來分有以下幾種：1、沖孔篩沖孔篩用0.5~1毫米的鍍鋅鐵板沖壓制成?？椎男螤钣袌A孔、長孔、三角孔和魚鱗孔。三角形孔篩用來篩三角形種子。沖孔篩的特點是尺寸精確（由制造方法、孔型和互相間的位置決定的），適用于清選和分級。但這種篩子的有效面積小，生產(chǎn)率低，所以不適用于作負荷較大的分離篩，尤其是長方形篩孔，不宜與氣流配合工作。在使用這些篩子時，應(yīng)使篩面緊度適宜，保持篩面平整，否則易引起被篩物堆積而造成分離不清。2、編織篩2、編織篩用鉛絲編或織成，多為方孔或近方形的菱形孔。編織篩的特點是篩孔尺寸不精確。因種子有可能沿篩子對角線通過，而對角線又較孔的邊長大40%左右，因此分離不精確。另一方面，鉛絲易變形和移動，難于保持方孔的形狀。但編織篩的有效面積大，生產(chǎn)率高，所以這種篩子多用于負荷較大的分離篩（如預(yù)清機的篩子），并可與氣流配合使用，使氣流支持被篩物的重量。編織篩3、可調(diào)魚鱗篩可調(diào)魚鱗篩用薄鍍鋅鐵板制成。這種篩子在清選機上用得較少，多用于聯(lián)合收割機的清糧室上篩。魚鱗篩篩孔可調(diào)，使用方便，但精確度不高。（二）篩子的選擇根據(jù)兩種或兩種以上的種子混雜物分布曲線，按其長、寬、厚三個尺寸的任何一個或兩個，確定分離后，需選擇相應(yīng)的篩子?，F(xiàn)以麥類種子為例加以說明。1、按種子的寬度分離時，選擇圓孔篩圓孔篩的篩孔只有一個量度，就是直徑，它應(yīng)小于種子的長度，大于種子的厚度。因為篩面上的種子層有一定的厚度，當篩子運動時有垂直方向的分向量，種子可以豎起來通過篩孔，這說明篩孔對種子的長度不起限制作用。對于麥類作物種子，它的厚度小于寬度，篩孔對種子厚度也不起作用，所以對圓孔篩來說，它只能限制種子的寬度。種子寬度大于篩孔直徑的，全部留在篩面上，小于篩孔直徑時，豎立的情況下通過篩孔落下。2、按種子的厚度分離，選用長孔篩長孔篩的篩孔有長和寬兩個量度，由于篩孔的長度大于種子的長度（大兩倍左右），所以只有篩孔寬度起限制作用。麥類作物種子的寬度大于厚度。種子可以側(cè)立起來以厚度方向從篩孔落下，所以種子的長度和寬度不起作用，只能按厚度分離，種子厚度大于篩孔寬度的全部留在篩面上，小于篩孔寬度的當最大的面垂直于篩面且與種子運動方向平行時落于篩下。這種篩子工作時，只需使種子側(cè)立，不需堅起，篩子作平移運動即可。3、按種子的長度分離，可用窩眼筒、窩眼盤和角篩。以上是按種子的長、寬、厚進行分離時選擇篩子的方法。值得提出的是，種子尺寸越接近篩孔尺寸，其通過的機會越少，兩者尺寸相等時，實際上不能通過。因此確定篩孔尺寸時，應(yīng)比被篩物分界尺寸稍大些才可以。篩子的任務(wù)主要是使種子與夾雜物在篩面上均勻地移動，其中小于篩孔的部分通過篩孔，而大于篩孔的部分則阻留在篩面上，使其沿篩面流面，或借風力將其中輕者吹起，以完成分離。分離的方式可以使所要的種子由篩孔漏下，而將大夾雜物留在篩面上，也可以使小于種子的細小夾雜物，如草子、泥沙等由篩孔漏下，將所要的種子留在篩面上，這兩種分離方式的選擇，依工作要求而定，清選機上這兩種方式均采用。不管采用任何方式篩選，必須保證被篩物在篩面上移動，使被篩物有更多的機會從篩孔通過，被阻留在篩面上夾雜物（或種子）沿篩面流出。三、圓筒篩圓筒篩是一個封閉的圓筒，圓筒上有篩孔。工作時，需要清選的種子從旋轉(zhuǎn)的圓筒篩的進口端喂入，使其一方面在圓筒篩面上滑動，一方面沿其軸向緩慢地向出口端移動，進行篩選，其中大于篩孔尺寸的種子，通不過篩孔，留在圓筒篩內(nèi)，沿軸向逐漸從出口端排出，而小于篩孔尺寸的種子由篩孔漏出。用作分級的圓筒篩，可以根據(jù)種子分級標準沿軸向做成兩段或三段，每段篩孔尺寸不同，當種子通過圓筒篩時，即可將種子分成兩級或三級。圓筒篩有長孔和圓孔兩種。其中圓孔篩篩選長粒種子時，種子需直立或者有60°以上的傾角才能使其漏出。另一方面圓孔篩不宜篩選圓粒種子，所以圓孔篩就篩選質(zhì)量和生產(chǎn)率兩方面都不如長孔篩。為克服上述缺點，采用如圖示的結(jié)構(gòu)形式，它能使種子很快地直立起來，較順利地通過圓孔篩，質(zhì)量好，效率高。

圓筒篩工作過程中，種子與篩孔接觸的機會越多，分離效果越好。這就要求種子在篩內(nèi)不能堆積，鋪成簿層，使其盡可能多地利用篩面，同時種子與篩面要有相對滑動，絕不能靜止。種子與篩面產(chǎn)生相對滑動，是借助于摩擦，和把它帶起到一定高度，再靠其自重而產(chǎn)主相對滑動的。種子在圓筒篩內(nèi)的每一個運動周期中，可能發(fā)生四種情況：1）相對靜止：這時種子靠摩擦力隨篩面上升。2）相對滑動：種子靠自重克服摩擦力的作用沿篩面向下滑動。3）自由運動：種子離開篩面自由下落。4）分離：小于篩孔的種子通過篩孔落下。圓筒篩的轉(zhuǎn)速有一定的限制，如果轉(zhuǎn)速過高，種子在離心力的作用下，將緊緊地壓在圓筒篩的內(nèi)壁上，總不下落，形成長久的相對靜止，這就失去了圓筒篩的分離作用。因此當種子隨圓筒篩轉(zhuǎn)到極限位置時，其重力必須大于它的離心力。圓筒篩半徑r一般為200~400mm，轉(zhuǎn)速在30~50轉(zhuǎn)/分。由于圓筒篩的轉(zhuǎn)速受到限制，生產(chǎn)率不高，所以在使用中受到影響。但它與平面篩相比，有以下幾方面優(yōu)點，1）種子一次通過圓筒篩可以分成幾級；2）圓筒篩旋轉(zhuǎn)，種子除受到本身的重力作用外，還受到離心力的作用，有利于種子通過篩孔，分離效果較好，尤其對小粒種子更為顯著；3）圓簡篩作旋轉(zhuǎn)運動，傳動簡單，易于平衡，篩子便于清理；4）圓簡篩占用面積小。四、篩子清潔器篩子在工作中，篩孔經(jīng)常會被種子或夾雜物堵死，使篩子工作面積減少，降低分離質(zhì)量，為此在篩子上裝有清潔器，防止篩孔堵塞。篩子清潔器按結(jié)構(gòu)型式可分以下五種。（一）架刷式清潔器（二）鏈刷式清潔器由鏈條和刷子構(gòu)成。刷子貼著篩底的運動方向與篩上種子的運動方向相同。（三）打桿式清潔器由篩架的擺動帶動打桿擺動，以其桿端打擊篩子，借以清理篩面。以上三種清潔器多用于沖孔篩。（四）橡皮球清潔器橡皮球清潔器的橡皮球裝在篩子與輔助篩之間，以橡皮球與篩子的撞擊進行篩子清理，這種形式多用于編織篩，也用于沖孔篩。（五）圓簡篩清潔器常見的清潔器為一固定毛刷、毛刷輥或木制壓輥。五、窩眼簡種子經(jīng)過篩選分級后，再按長度分級時，可用窩眼筒、窩眼圓盤或角篩進行。窩眼筒是金屬板制成的內(nèi)壁上有圓形窩眼的圓筒，可水平或稍傾斜放置。工作時，筒作旋轉(zhuǎn)運動。在圓筒中安有鐵板制成的V形分離槽，收集從窩眼落下的種子。分離槽內(nèi)一般裝有攪龍，用來排出槽內(nèi)種子。喂人到筒內(nèi)的種子，其長度小于窩眼口徑的，就落人圓窩內(nèi)，并隨圓筒旋轉(zhuǎn)上升到一定高度后落人分離槽內(nèi)，隨即被攪龍運走。長度大于窩眼口徑的種子，不能進入窩眼，沿窩眼筒的軸向從另一端流出。窩眼筒可以將小于種子（小麥）長度的夾雜物（草子等）分離出去，也可以將大于種子長度的夾雜物（大麥等）分離出去。前者窩眼口徑小于種子長度，而后者大于種子長度。窩眼筒窩眼有鉆的和沖壓的兩類。鉆成的窩眼形狀有圓柱形和圓錐形兩種。沖壓的窩眼可制成不規(guī)則的形狀，我國目前多制造沖壓的窩眼筒。窩眼筒的窩眼形態(tài)對其分離質(zhì)量影響很大。為了使窩眼保持原設(shè)計形狀，種子在用窩眼筒分離前，需進行預(yù)清和基本清選，防止窩眼堵塞。另一方面為了提高窩眼筒的使用壽命，在種于用窩眼筒分離前，應(yīng)清除石塊等堅硬夾雜物，避免窩眼由于磨損而變形。窩眼筒分高槽的安裝位置有兩種：中心槽和偏心槽。如分離槽內(nèi)裝著螺旋推運器，其轉(zhuǎn)速應(yīng)和窩眼筒的轉(zhuǎn)速相適應(yīng)。分離槽邊緣的位置可以調(diào)整，工作邊槽緣的位置越低，小于窩眼口徑的種于在窩眼筒中遺留的越少；反之，工作邊槽緣的位置越高，小于窩眼口徑的種子在窩眼簡中遺留的越多。窩眼筒傾斜放置時，一般與水平成1~3°角，種子在窩眼簡中，靠其重力在軸線方向上的分力，排出筒外。窩眼筒水平放置時，則需用輸送裝置將種子排出筒外。圖為一水平放置的窩眼簡，分離槽中裝有螺旋推運器，分離槽下裝有均布輸送器。均布輸送器由螺旋形葉片和軸等組成。工作時，均布輸送器一方面起均布作用，使小于窩眼口徑的種子有更多機會落人窩眼，提高分離效果；另一方面靠螺旋形葉片，將留于窩眼筒中大于窩眼口徑的種子送出筒外。清選機上應(yīng)用的窩眼筒，按作用可以分為單窩眼筒、雙窩眼筒、三窩眼筒三種形式。第二節(jié)種子的空氣動力學特性和分離方法一、種子的空氣動力學特性如將一粒種子放入速度為v的沿垂直管道向上吹的均勻氣流中，種子受氣流的作用力為P，其方向與速度v相同，種子的重力G=mg鉛垂向上。根據(jù)P和G的關(guān)系，種子在氣流中的運動有以下三種情況：l）G＞p時，種子向下運動；2）G＜P時，種子向上運動；3）G=p時，種子懸浮在氣流中不動，即v=0。第3種情況下的氣流速度v稱之為臨界速度。臨界速度的大小與種子的形狀、重量、大小和氣流的狀態(tài)等有關(guān)，一般從實驗中求得。隨著條件不同，所得到的數(shù)據(jù)也不相同，有時甚至相差很大。所以需要用臨界速度這個數(shù)據(jù)時，最好按當?shù)氐臈l件進行實測。幾種不同物料的臨界速度（供參考）。并肩石：10~15m/s輕質(zhì)雜草：4.5~5.6m/s小麥：8.4~10.3m/s麥殼：1.0~1.5m/s麥穗：5.0~7.0m/s小麥瘦秕粒：5.5~7.6m/s麥穎殼及碎莖桿：0.67~3.10m/s玉米：11~12.2m/s綠豆：11~12.2m/s赤豆：11.8~12.5m/s豌豆：12.5~13.8m/s燕麥種子：8.4m/s燕麥穎殼及碎莖桿:0.7~3.9m/s研究臨界速度的目的在于它給出了能實現(xiàn)氣流分級的氣流速度臨界值。氣流的作用力P與種子的重力G在一條直線上，所以管道中氣流速度只有大于種子的臨界速度時，才有可能使其與氣流一起向上運動。因此種子及夾雜物的臨界速度是正確選擇清選分級的氣流速度的依據(jù)。如：大麥種子的臨界速度為8.7（米/秒），而穎殼和碎莖的臨界速度為0.67~3.10（米/秒），這時如選擇的氣流速度在3.1~8.7米/秒之間，則氣流可將穎殼和碎莖全部吹走，剩下大麥種子，這就是氣流清選原理。二、分離方法（一）垂直氣流從圖中看出，兩者結(jié)構(gòu)均由料斗1、風機2、斜篩3和沉降室4等組成。但前者的氣流用吸氣的方式達到，后者是用壓氣的方式達到，二者工作原理相同。工作時，種子從料斗落于斜篩上，在其移動過程中，受由下向上吸或吹的氣流作用，瘦秕種子及夾雜物（臨界速度小于氣流速度）隨氣流通過管道進入沉降室中。沉降室中的斷面擴大，氣流速度降低到小于瘦秕種子及夾雜物的臨界速度，而使其降落。符合要求的種子，則由斜篩的尾端流出。各種類型的氣流清選機以壓氣式的分離效果較好。從更好的滿足清選要求看，利用前后排列的兩個垂直管道比較合理。清選小麥時，第一管道中的氣流速度選用6~6.5米/秒，而第二管道中的氣流速度選用8.0米/秒。這樣在工作過程中，40%的夾雜物隨氣流通過第一管道落于沉降室D1中，而60%的夾雜物（包括瘦秕種子）隨氣流通過第二管道落于沉降室D2中。符合要求的種子由篩子尾端B流出，而灰塵、穎殼等則通過出口O1和O2吹出機外。（二）傾斜氣流圖為一傾斜氣流清選機工作簡圖，從喂入斗落下的種子及夾雜物，在氣流的作用下，吹送的距離不同，依此來進行清選分級。用傾斜氣流進行清選時，氣流的適當工作速度為v=（0.4~0.8）。種子向氣流中喂入的速度愈小愈好，這樣可以保證種子分配均勻，所以喂人斗滑板的傾斜角應(yīng)近似等于種子對滑板的摩擦角。實驗指出，空氣流量W（米3/秒）和生產(chǎn)率Q（公斤/秒）的比值γ=W/Q，當氣流速度適當時，隨種子的種類而異，燕麥：γ=1.3，小麥γ=1.8。關(guān)于氣流方向與水平方向的夾角，根據(jù)實驗一般等于30°時比較合適。（三）拋扔分離圖為一帶式揚場機工作簡圖。工作時，以一定速度將種子及夾雜物拋人空中，因空氣對各部分的阻力不同，故拋扔的距離也不一樣。迎風面大、重量輕的種子及夾雜物，受到空氣的阻力大，靠慣性力沿水平方向拋扔得近。而迎風面小、重量大的種子，由于慣性力大，受到空氣的阻力小，拋扔的距離較遠，從而得到分離。由于種子及夾雜物迎風面有變化，拋扔的距離不十分準確，所以不能用它進行嚴格的分離。通常用作粗清選，同時也起了干燥種子的作用。第三節(jié)種子的比重特性和分離原理種子由于種類、濕度、成熟度和受病蟲害程度等不同，其比重也不同。所以利用種子在水中或空氣中沉降的速度不等，進行分離。如將種子放人一定重度的靜止液體中，比重小于液體的種子浮起，而大于液體的種子下沉。常用的液體有水、鹽水等。清選裸麥時用20%的鹽水，其中大部分夾雜物均能浮起。除了利用靜止的液體分離外，也可以用流動的液體來分離。設(shè)流動液體的平均速度為C，種子投入后，比重大的種子C1、比重小的種子G2的速度在液體中下降。V1和V2分別分二者的絕對速度，α1和α2和V1和V2與鉛垂線間的夾角。這時可以看出，比重大的種子α1小，下沉得快，向下游動的距離小，比重小的種子α2大，向下游動的距離大，借以分離。利用液體分離的種子必須用清水將種子洗凈并使之干噪，因之費時間和人力較多，不適合大量生產(chǎn)。利用比重分級機有壓氣式或吸氣式兩種。其工作原理基本相同。比重清選機是個非常靈敏的機器，如果操作正確，可以獲得非常精確的分離。一、分層過程分層過程中，空氣被作為分離的標準物質(zhì)。強制氣流通過混合物料，物質(zhì)根據(jù)自身對空氣的相對重量升起或沉降，這樣就發(fā)生了分層。圖左表示了一個正好位于風機上方的比重清選機的縱向截面，混合物料被置于臺面的隔離篩上，風扇是關(guān)閉的。在圖中，風扇打開并進行了調(diào)整，因此最重的物料停滯在臺面，最輕的物料則完全脫離了臺面，此時對氣流量的調(diào)整處于臨界狀態(tài)，否則結(jié)果就會是圖右所示的情況，所有的物料均被過多的氣流吹離了臺面。二、理論的應(yīng)用圖表示比重清選機在運轉(zhuǎn)中的一個理想狀態(tài)的頂視圖。混合物料，與