Разработка способа очистки семян расторопши пятнистой от трудноотделимых примесей

Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В. Р. Филиппова с 2022 г. входит в дальневосточный трек программы стратегического академического лидерства «Приоритет - 2030» с проектом «БайкалБиоФарм - 2030. Агробиотехнологии будущего».

Академия станет опорным центром формирующего в республике лекарственного растениеводства.

Очистка семян расторопши пятнистой ( Silybum marianum (L.) Gaertn .) изучена недостаточно. Для этого рекомендуют использовать семяочистительные машины разных марок и зерноочистительные агрегаты типа ЗАВ [1, 2], которые в условиях нашего региона не обеспечивают получение высококачественного семенного материала. К трудноотделимым примесям семян данной травы относятся гречишка вьюнковая и овсюг, причем последняя является наиболее трудноотделимой.

В связи с этим обоснование способа очистки семян расторопши пятнистой от трудноотделимых примесей путем изучения физико-механических свойств компонентов смеси и исследования технологических процессов выделения примесей из семенного материала представляет актуальную научно-техническую проблему.

Цель исследования - разработка способа очистки семян расторопши пятнистой от трудноотделимых примесей.

Материалы и методы исследований

Свежеубранные семена данной травы, возделываемые сотрудниками академии в 2025 г., были засорены семенами ширицы, мари белой, горца шероховатого, гречишки вьюнковой и овсюга. Общая засоренность семенного материала составляла 7,2 %, в том числе сорной примесью - 6,1. Значительную часть сорной примеси составляли семена ширицы и мари белой. Такие мелкосемянные сорняки, как ширица, марь белая, горец шероховатый, легко отделяются от семян травы на ситах с разными отверстиями. Трудноотделимыми примесями семян данной травы являются гречишка вьюнковая и овсюг.

Для разработки способа очистки семян от примесей и выбора рабочих органов сепараторов используется статистический метод исследования их физических свойств [3, 4]. На основе анализа полученных кривых распределения семян основной культуры и примесей по тем или иным признакам устанавливают признаки их различия, которые используются при разработке схемы очистки семенного материала. Для посева рекомендуется использовать вырав- ненные по размеру семена с высоким удельным весом, имеющим прямую зависимость с урожайными свойствами [5-8]. Сортирование семян по размеру осуществляется на воздушно-ситовых сепараторах, по удельному весу - в вибропневмоожиженном слое на пневмосортиро-вальных столах [9-11].

Толщину и скорость витания компонентов семенного материала устанавливали путем обработки порции смеси на лабораторных решетном и пневматическом классификаторах. Длину частиц определяли путем непосредственного измерения микрометром.

Параметры цилиндрического рабочего органа для выделения из семян травы длинных примесей (овсюга) могут быть установлены путем теоретического исследования процесса их выпадения из ячеек цилиндров сепаратора. Данный процесс с использованием законов теоретической механики [12] рассмотрен в работах [13, 14] и описывается дифференциальным уравнением:

^у = -^g [ sin(a + у) + Kcos у - М],

где y - угол наклона зерновки к касательной окружности цилиндра, проходящей через нижнюю точку опоры частицы, град.; g - ускорение свободного падения тела, м/с²; a - расположение центра тяжести зерновки относительно горизонтального диаметра рабочего органа, град.; 1 ц - радиус цилиндра, м; К - кинематический режим цилиндрического рабочего органа; М - момент сопротивления движению зерновки в ячейке цилиндра, юм.

Дифференциальное уравнение (1) было решено известным методом [15]. В результате решения данного уравнения были установлены углы выпадения из ячеек цилиндров семян травы и овсюга, анализ которых позволит обосновать рациональные размеры ячеек, а также построить траектории свободного полета длинных и коротких зерен с целью определения положения передней кромки желоба цилиндра для улавливания последних. Изменение зон выпадения длинных (овсюга) и коротких зерен (семян травы) из ячеек цилиндра диаметром 0,6 м и частотой вращения 45 об/мин в зависимости от размера ячейки представлено на рисунке 1.

Рисунок 1 – Изменение зон выпадения семян овсюга (1) и основной культуры (2) из ячеек цилиндров в зависимости от размера ячейки

Зоны выпадения из ячеек цилиндров семян основной культуры и длинных примесей (овсюга) имеют различие в рабочих органах с ячейками 9,0 и 9,5 мм (см. рис. 1), что указывает на возможность эффективной очистки семян от указанных примесей в цилиндрических сепараторах с указанными размерами ячеек.

Траектории свободного полета выпавших из ячеек диаметром 9,5 мм вращающегося цилиндра длинных (овсюга) и коротких зерен (семян травы) представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Зоны траекторий свободного полета длинных примесей (1 - 2) и семян расторопши пятнистой (3 - 4) в цилиндре с ячейками 9,5 мм

Переднюю кромку желоба цилиндра рекомендуется установить под углом αк = 50° < αл < αд = 53° (см. рис. 2). Аналогичным образом были построены траектории полета длинных и коротких зерен в цилиндре с ячейками 9,0 мм. При анализе траекторий полета длинных и коротких зерен в цилиндре установлено положение передней кромки желоба цилиндра под углом αк = 47° < αл < αд = 50°. Таким образом, для выделения из семян расторопши пятнистой длинных примесей (овсюга) рекомендуется обработать их в цилиндрическом сепараторе с рабочим органом с ячейками 9,0 или 9,5 мм при положении передней кромки желоба к горизонтальному диаметру рабочего органа, соответственно, под углом 47–50 и 50–53°.

Экспериментальные исследования процесса очистки семян данной травы от трудноотделимых примесей (овсюга и гречишки вьюнковой) проводились на малогабаритной семяочи-стительной машине СМ-0,15 в режимах первичной и вторичной очистки и в экспериментальном цилиндрическом сепараторе с рабочими органами с ячейками 5,0 и 9,5 мм с диаметром цилиндра 0,6 м и частотой его вращения 45 об/мин.

Результаты исследований и их обсуждение

Кривые распределения семян травы и их трудноотделимых примесей по поперечному и максимальному размерам (толщине и длине) и аэродинамическим свойствам (скорости витания) приведены на рисунках 3 - 5.

Рисунок 3 – Кривые распределения семян расторопши пятнистой (1), гречишки вьюнковой (2) и овсюга (3) по поперечному размеру

Длина, мм

Рисунок 4 – Кривые распределения семян расторопши пятнистой (1), гречишки вьюнковой (2) и овсюга (3) по максимальному размеру

Рисунок 5 – Кривые распределение семян расторопши пятнистой (1), гречишки вьюнковой (2) и овсюга (3) по аэродинамическим свойствам

Кривые распределения толщины семян и примесей перекрывались, однако при сортировании семян данной травы на решете с продолговатыми отверстиями шириной 1,7 мм могут быть выделены из обрабатываемого материала проходом через его отверстия мелкие зерновки гречишки вьюнковой и овсюга (см. рис. 3). Частицы гречишки вьюнковой являются короткими примесями семян травы (см. рис. 4), и они могут быть отделены от семян травы в сепараторе с цилиндрическим рабочим органом с ячейками 4,5 или 5,0 мм и расположением рабочей кромки желоба под определенным углом.

Кривые распределения длины семян расторопши пятнистой и овсюга имели некоторое перекрытие (см. рис.4). Мелкие зерновки данной примеси могут быть выделены из семенного материала проходом через отверстия сортировального сита. Остальная часть указанной примеси может быть выделена из семян травы как длинные примеси в цилиндрическом сепараторе с определенным размером ячеек. Эффективная очистка семян травы от длинных примесей осуществляется в цилиндрическом сепараторе с ячейками 9,0 и 9,5 мм (рис. 6), что подтверждает результаты теоретических исследований.

Рисунок 6 – Изменение полноты выделения длинных примесей из семян в ячеистом цилиндре в зависимости от размера ячеек

Рекомендуемая скорость воздушного потока в аспирационных каналах воздушно-ситового сепаратора первичной очистки составляет 4,0–4,5 м/с, вторичной очистки – 4,5–5,0 (см. рис. 5).

Экспериментальные исследования процесса очистки семян расторопши пятнистой от трудноотделимых примесей предлагаемым способом, проведенные на малогабаритной се-мяочистительной машине СМ-0,15 в режимах первичной и вторичной очистки и в экспериментальном цилиндрическом сепараторе с ячейками диаметром 5,0 и 9,5 мм, показали его высокую эффективность. При обработке семенного материала в экспериментальном цилиндрическом сепараторе с ячейками 9,0 и 9,5 мм и расположении передней кромки желоба, соответственно, под углом 47–50 и 50–53° обеспечивалось высокое качество очистки семян от длинных примесей, что подтверждает результаты теоретических исследований.

Заключение

Теоретическими и экспериментальными исследованиями разработан способ очистки семян расторопши пятнистой от трудноотделимых примесей, включающий обработку семенного материала в аспирационных каналах воздушно-ситовых сепараторов со скоростью воздушного потока 4–5 м/с, на сортировальном сите, на сепараторе с цилиндрическими рабочими органами с ячейками 4,5–5,0 и 9,0–9,5 мм при соответствующем расположении их желобов. Очищенные семена рекомендуется обработать на пневмосортировальном столе, где осуществляется сортирования семян по удельному весу. При использовании предлагаемого способа очистки семян данной травы обеспечивается получение высококачественного посевного материала.