CC BY
2Абидуев А.А., канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой «ЭМТП» БГСХА Научное направление: Послеуборочная обработка зерна
УДК 631.56
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ ОТ ТРУДНООТДЕЛИМЫХ ПРИМЕСЕЙ
В статье рассмотрено моделирование процесса очистки семян пшеницы от трудноотделимой примеси (ржи). Разработанная математическая модель позволяет обосновать схему очистки семян с рациональными параметрами рабочих органов
Ключевые слова: очистка семян, трудноотделимые примеси, коэффициент корреляции, полнота выделения, размеры частиц, засоренность, засоритель.
A. Abiduev, Cand. Sci. Tech. Ass. Prof. Buryat State Academy of Agriculture
named after V. Philippov
MODELLING WHEAT SEEDS CLEANING FROM DIFFICULT IMPURITIES
The paper presents modelling of wheat seeds cleaning from difficult impurities (rye). The developed mathematical model substantiates the scheme of seeds cleaning using rational parameters of operating devices.
Key words: seeds cleaning; difficult impurities; correlation factor; separation degree; particles size, content of impurities, contaminator.
Семена пшеницы в хозяйствах Республики Бурятия имеют низкое качество в основном по засоренности. В семенном материале содержатся выше нормы семена сорных (татарская гречиха, овсюг) и других культурных растений (ячмень, рожь и овес). Из указанных примесей к трудноотделимым относятся татарская гречиха, ячмень и рожь. В данной статье рассматривается процесс очистки семян пшеницы от ржи.
Вариационные кривые семян пшеницы и ржи по длине имеют меньшее перекрытие, чем по другим признакам. Мелкие семена ржи, перекрывающиеся с семенами основной культуры по длине, необходимо выделить из обрабатываемого материала перед триерованием, используя другие признаки. Н.Н. Ульрих [1] показал, что для решения в каждом конкретном случае вопроса о возможности эффективной очистки семян от трудноотделимых примесей недостаточно изучать вариации каждого признака в отдельности, а необходимо изучить корреляцию признаков.
Коэффициент корреляции между толщиной и шириной, толщиной и длиной, длиной и массой семян превышает 0,5 [2]. Исходя из этого, мелкие семена ржи, перекрывающиеся с семенами основной культуры по длине, могут быть выделены из обрабатываемого материала по поперечному размеру (проходом через решета с продолговатыми или круглыми отверстиями). То есть эффективная очистка семян от данной примеси возможна по совокупности признаков - поперечному размеру и длине.
Обоснование схемы очистки семян от трудноотделимых примесей и рациональных параметров рабочих органов может быть осуществлено на основе математического моделирования процесса разделения компонентов зерна по совокупности признаков. Для определения поперечных размеров частиц отбирается из партии зерна 100 г семян основной культуры и 500 семян засорителя, длины - 500 г семян и 500 семян засорителя. Толщина и ширина семян определяются просеиванием навесок на наборе лабораторных решёт соответственно с продолговатыми и круглыми отверстиями.
Нами установлено, что размер (диаметр) ячеек триерного цилиндра должен выбираться 1,1...1,2 - кратным максимальной длине коротких зерен [3]. Поэтому при классификации семян по длине в лабораторном триере к коротким зернам условно отнесены частицы длиной до 0,9 диаметра его ячеек.
Результаты классификации семян основной культуры (в % по массе) и засорителя (в % поштучно) по толщине, ширине и длине обрабатываются на ПК по стандартной программе, где определяются средние значения (математические ожидания) и средние квадратические отклонения нормального распределения указанных размеров. Нормальные распределения поперечного размера (толщины или ширины) и длины семян пшеницы Бурятская остистая и ржи представлены на рисунке 1.
Рис. 1. Нормальные распределения поперечного размера и длины семян пшеницы (1) и ржи (2)
При разделении зерна по длине 11 в семенном материале остается определенная часть семян засорителя. Значение ее (в долях единицы) может быть определено значимостью площади фигуры АВСБ в поле рассеивания поперечного размера и длины семян засорителя, ограниченного фигурой ББСВ. Количество остающегося в семенном материале засорителя при разделении зерна по поперечному размеру Ь1 и длине 11 может быть определено значимостью площади фигуры Л1БСВ1, что значительно меньше площади фигуры АВСБ (см.рис. 1). То есть качество очистки семян от данной примеси по совокупности признаков - поперечному размеру Ь1 и длине ¡1 - выше, чем по длине ¡1.
Полнота выделения ржи при разделении зерна по длине ¡1 может быть определена по выражению:
Е1 = 1 - Р(-¥< I < ¡1), (1)
где Р(-¥ < I < ¡1) - вероятность выделения семян засорителя с длиной в интервале (-¥,¡1);
Так как изменчивость размеров семян подчиняется нормальному закону распределения, то выражение (1) можно выразить через стандартную функцию распределения в виде:
(1 1 I
Е1 = 1 - Ф* [¡^ (2)
I уп 0
где 1 п ,от - соответственно среднее значение (математическое ожидание) и среднее квадра-тическое отклонение нормального распределения длины семян засорителя.
При этом выход семян может быть определен по выражению:
(
В1 = Ф
к - 1с
л
где 1с
V ст1с 0
с ,01с - соответственно среднее значение и среднее квадратическое отклонение нормального распределения длины семян пшеницы.
В выражениях (2, 3) аргументами стандартной функции распределения являются соответственно нормированное отклонение длины 11 засорителя и семян основной культуры. Значения данной функции приведены в [4].
Содержание засорителя в семенном материале (шт/кг) после очистки семян по длине 11 может быть определено по выражению:
а0 (1 - Е1)
а1 =
В
(4)
1
где а0 -содержание засорителя в исходном зерне, шт/кг.
Полнота выделения данной примеси при очистке зерна по поперечному размеру Ь1 и длине 11 в случае, когда нормированное отклонение поперечного размера Ь1 семян засорителя меньше нормированного отклонения их длины 11, может быть определена по выражению:
Е 2 =1-Ф
11 -1П °1П
^ * + Ф
Ь, -Ь
П
°ЬП
(5)
где Ьп,&ьп- соответственно среднее значение и среднее квадратическое отклонение нормального распределения толщины семян засорителя.
В том случае, когда нормированное отклонение поперечного размера Ь1 семян засорителя равно или больше нормированного отклонения их длины 11, полнота выделения засорителя равняется 1, то есть данная примесь должна быть полностью выделена из обрабатываемого материала.
При этом выход семян может быть определен по выражению:
(
В2 =Ф
V
\
л: 1
-Ф
( Ь1 - Ьс ^
0
V
аЬс
(6)
где 1с ,&1с - соответственно среднее значение и среднее квадратическое отклонение нормального распределения длины семян основной культуры;
Ьс ,°ьс - соответственно среднее значение и среднее квадратическое отклонение нормального
распределения поперечного размера семян основной культуры, мм.
Содержание засорителя (шт/кг) в очищенном материале после разделения зерна по поперечному размеру Ь1 и длине 11, от которого зависит его качество (категория), может быть определено по выражению:
а = а0 (1- Е2 ) а2 =
В
(7)
2
Задавая различные значения параметрам разделения Ь1 и 11 при определенном содержании данного засорителя в исходном зерне а0 и известной категории семян с допустимым содержанием семян других культурных растений (шт/кг) можно обосновать способ и схему очистки семян от данной трудноотделимой примеси и рациональные параметры ее рабочих органов.
В качестве критерия выбора способа очистки семян от трудноотделимых примесей и схемы технологического процесса очистки с рациональными параметрами рабочих органов принят доход, получаемый в процессе обработки зерна. Значение его определяется по выражению:
Д = Е &Ц - Ц0 - С ® шах.
I=1
где Д - доход, получаемый при обработке 1 т семенного зерна, руб.;
п
X QiЦг - стоимость очищенных семян и отходов, получаемых при обработке 1 т зерна, руб.;
I=1
Ц0 - стоимость 1 т исходного зерна, руб.; СЭ - эксплуатационные издержки, руб.
Для проведения экспериментальных исследований были выбраны репродукционные семена местных сортов с засоренностью данной примесью а0 = 102 шт/кг. Размерные характеристики семян пшеницы и ржи приведены в таблице 1.
Таблица 1
Размерные характеристики семян пшеницы Бурятская остистая и ржи, мм
Толщина Ширина Длина
Среднее Среднее ква- Среднее Среднее ква- Среднее Среднее ква-
Семена значе- дратическое значение дратическое значе- дратическое от-
ние отклонение отклонение ние клонение
Пшеница 2,42 0,25 2,90 0,32 5,85 0,43
Рожь 2,15 0,26 2,65 0,34 7,28 0,66
Полнота выделения данной примеси при разделении зерновой смеси по максимальной длине семян пшеницы 11 = 7,2 мм (в овсюжном цилиндре с диаметром ячеек 8 или 8,5 мм) и 11 = 8 мм (в цилиндре с диаметром ячеек 9 или 9,5 мм), полученная расчетным путем, составляет соответственно 0,53 и 0,14. Эффективность очистки семян от данной примеси по толщине и длине выше, чем по ширине и длине.
Зависимость полноты выделения примеси Е2, выхода семян В2 и содержания засорителя в очищенном материале а2 от ширины отверстий подсевных решет при диаметре ячеек ов-сюжного цилиндра й = 8,5 мм приведена на рисунке 2.
Погрешность полноты выделения примеси и выхода семян не превышает допустимых пределов. Расхождение между содержанием засорителя в очищенных семенах, полученных расчетным методом и экспериментом, достигает 6 шт/кг, что составляет 6% от содержания засорителя в исходном материале (см. рис. 2). Такое явление необходимо учитывать при определении ожидаемого содержания засорителя в очищенном материале по результатам моделирования с целью установления его качества (категории).
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
в2< г---ч
д/
1 \ \Л
\\ л л
«Л \\ \ \ \\ ч \\
>■--—Л
0,9 - 50
0,8
0,7 -30
0,6 -
0,5 -
1,8
2,0
2,2
2 4 Ь-|.мм
0,4 _1о
шт/кг
40
20
10
Рис. 2. Зависимость Е2, В2 и а2 от Ь1 при й = 8,5 мм:
- теоретическая; .........экспериментальная
При обработке зерна на подсевном решете с продолговатыми отверстиями шириной 2,2-2,4 мм и в овсюжном цилиндре с диаметром ячеек 8,5 мм обеспечивается получение репродукционных семян (РС) стоимостью 13000 руб/т. При обработке зерна на подсевном ре-
шете с отверстиями шириной 1,7-2,0 мм и в цилиндре с ячейками 8,5 мм обеспечивается получение семян, отвечающих по содержанию данного засорителя категории РСт (репродукционные семена для производства товарной продукции), стоимостью 10000 руб/т. Стоимость исходного зерна составляет 6300 руб/т, отходов - 3500 руб/т, эксплуатационные затраты составляют 25,2 руб/т. Зависимость условного дохода от размера отверстий ЬI подсевного решета при диаметре ячеек овсюжного цилиндра d = 8,5 мм представлена на рисунке 3.
Наибольший доход, полученный расчетным методом и экспериментальным путем, достигается при обработке зерна на подсевном решете с продолговатыми отверстиями шириной 2,2 мм и в овсюжном цилиндре с ячейками 8,5 мм (см. рис. 3).
Таким образом, эффективная очистка семян пшеницы от ржи осуществляется по толщине и длине. Разработанный метод позволяет выбрать схему очистки с рациональными параметрами рабочих органов.
Рис. 3. Зависимость условного дохода от b1 при d = 8,5 мм: --теоретическая; .........экспериментальная
Библиография
1. Ульрих Н.Н. Новое в области очистки и сортирования семян / Н.Н. Ульрих. - М.: Сельхоз-гиз, 1937. - 69 с.
2. Урханов Н.А. Интенсификация послеуборочной обработки и очистки зерна от примесей по длине /Н.А. Урханов. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 1999. - 320 с.
3. Абидуев А.А. Интенсификация процесса сепарации семенного зерна / А.А. Абидуев. - Улан-Удэ: Издательство БГСХА, 2007. - 131 с.
4. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учебник для вузов. - 6-е изд., стереот. / Е.С. Вентцель. - М.: Высшая школа, 1999. - 576 с.
Bibliography
1. Ulrich N. The novelty seeds cleaning and separating. / N. Ulrich.- M.- Selkhozgis, 1937. - 69 p.
2. Urkhanov N. Intensified postharvest grain processing and cleaning from impurities by their length / N.A. Urkhanov. - Ulan-Ude.- Publishing house of the ESSTU, 1999, - 320 p.
3. Abiduev A. Intensified seed separation. / A.A. Abiduev.- Ulan-Ude.- BSAA Publishing house, 2007.- 131 p.
4. Ventsel S. Theory of probabilities. Textbook for universities. - 6th edition. / E.S.Ventsel. - V.-Higher school, 1999. - 676 p.
