第三章 种子清选原理

第三章种子清选原理

种子和其夹杂物有各种不同的特性。种子清选就是根据它们彼此的不同特性来区分的，如碎茎叶、颖壳、泥沙等和种子的差异很大，很容易将它们从种子中清除掉。但夹杂的其它作物种子或草籽有时在外形上或某些特征上与种子相似，这就难于分离，可是种子与其它夹杂物之间所有的特性决不会完全相同，找出它们的不同点，就可以分离。目前常用的特性有：（一）种子的尺寸特性（二）种子的空气动力学特性（三）种子的比重特性（四）种子的表面特性、弹性特性等上述特性中，（一）、（二）、（三）应用最广，其它仅用于个别场合。第一节种子的尺寸特性和分离方法一、种子的尺寸特性种子的形状和大小通常以长度、宽度和厚度三个尺寸来表示。最大者为长，其次为宽，最小者为厚。由于种子的种类和品种不同，各尺寸也有所不同。小麦种子形状

按照这个特性，两种或两种以上种子混杂物是否能分离，可根据种子的最大和最小尺寸，尺寸分布曲线和复合图来判定。表3-1列出了几种作物种子最大与最小尺寸，混杂的种子能否分离，一目了然，但表中没有各尺寸上所占有的种子数，减少了它的实用价值。小麦厚度分布曲线

二、筛子的选择根据种子的尺寸特性，即种子的长、宽、厚三个尺寸的任何一个或两个，确定了分离的可能性后，就可选用相应的筛子进行筛选。（一）筛子的种类与特点筛子可做成平面形和圆筒形，其中以平面筛应用最广。筛子的分离性能与筛孔形状和尺寸大小有关，也与被筛物的状态、种类有关。常用的筛子从构造上来分有以下几种：1、冲孔筛冲孔筛用0.5~1毫米的镀锌铁板冲压制成。孔的形状有圆孔、长孔、三角孔和鱼鳞孔。三角形孔筛用来筛三角形种子。冲孔筛的特点是尺寸精确（由制造方法、孔型和互相间的位置决定的），适用于清选和分级。但这种筛子的有效面积小，生产率低，所以不适用于作负荷较大的分离筛，尤其是长方形筛孔，不宜与气流配合工作。在使用这些筛子时，应使筛面紧度适宜，保持筛面平整，否则易引起被筛物堆积而造成分离不清。2、编织筛2、编织筛用铅丝编或织成，多为方孔或近方形的菱形孔。编织筛的特点是筛孔尺寸不精确。因种子有可能沿筛子对角线通过，而对角线又较孔的边长大40%左右，因此分离不精确。另一方面，铅丝易变形和移动，难于保持方孔的形状。但编织筛的有效面积大，生产率高，所以这种筛子多用于负荷较大的分离筛（如预清机的筛子），并可与气流配合使用，使气流支持被筛物的重量。编织筛3、可调鱼鳞筛可调鱼鳞筛用薄镀锌铁板制成。这种筛子在清选机上用得较少，多用于联合收割机的清粮室上筛。鱼鳞筛筛孔可调，使用方便，但精确度不高。（二）筛子的选择根据两种或两种以上的种子混杂物分布曲线，按其长、宽、厚三个尺寸的任何一个或两个，确定分离后，需选择相应的筛子。现以麦类种子为例加以说明。1、按种子的宽度分离时，选择圆孔筛圆孔筛的筛孔只有一个量度，就是直径，它应小于种子的长度，大于种子的厚度。因为筛面上的种子层有一定的厚度，当筛子运动时有垂直方向的分向量，种子可以竖起来通过筛孔，这说明筛孔对种子的长度不起限制作用。对于麦类作物种子，它的厚度小于宽度，筛孔对种子厚度也不起作用，所以对圆孔筛来说，它只能限制种子的宽度。种子宽度大于筛孔直径的，全部留在筛面上，小于筛孔直径时，竖立的情况下通过筛孔落下。2、按种子的厚度分离，选用长孔筛长孔筛的筛孔有长和宽两个量度，由于筛孔的长度大于种子的长度（大两倍左右），所以只有筛孔宽度起限制作用。麦类作物种子的宽度大于厚度。种子可以侧立起来以厚度方向从筛孔落下，所以种子的长度和宽度不起作用，只能按厚度分离，种子厚度大于筛孔宽度的全部留在筛面上，小于筛孔宽度的当最大的面垂直于筛面且与种子运动方向平行时落于筛下。这种筛子工作时，只需使种子侧立，不需坚起，筛子作平移运动即可。3、按种子的长度分离，可用窝眼筒、窝眼盘和角筛。以上是按种子的长、宽、厚进行分离时选择筛子的方法。值得提出的是，种子尺寸越接近筛孔尺寸，其通过的机会越少，两者尺寸相等时，实际上不能通过。因此确定筛孔尺寸时，应比被筛物分界尺寸稍大些才可以。筛子的任务主要是使种子与夹杂物在筛面上均匀地移动，其中小于筛孔的部分通过筛孔，而大于筛孔的部分则阻留在筛面上，使其沿筛面流面，或借风力将其中轻者吹起，以完成分离。分离的方式可以使所要的种子由筛孔漏下，而将大夹杂物留在筛面上，也可以使小于种子的细小夹杂物，如草子、泥沙等由筛孔漏下，将所要的种子留在筛面上，这两种分离方式的选择，依工作要求而定，清选机上这两种方式均采用。不管采用任何方式筛选，必须保证被筛物在筛面上移动，使被筛物有更多的机会从筛孔通过，被阻留在筛面上夹杂物（或种子）沿筛面流出。三、圆筒筛圆筒筛是一个封闭的圆筒，圆筒上有筛孔。工作时，需要清选的种子从旋转的圆筒筛的进口端喂入，使其一方面在圆筒筛面上滑动，一方面沿其轴向缓慢地向出口端移动，进行筛选，其中大于筛孔尺寸的种子，通不过筛孔，留在圆筒筛内，沿轴向逐渐从出口端排出，而小于筛孔尺寸的种子由筛孔漏出。用作分级的圆筒筛，可以根据种子分级标准沿轴向做成两段或三段，每段筛孔尺寸不同，当种子通过圆筒筛时，即可将种子分成两级或三级。圆筒筛有长孔和圆孔两种。其中圆孔筛筛选长粒种子时，种子需直立或者有60°以上的倾角才能使其漏出。另一方面圆孔筛不宜筛选圆粒种子，所以圆孔筛就筛选质量和生产率两方面都不如长孔筛。为克服上述缺点，采用如图示的结构形式，它能使种子很快地直立起来，较顺利地通过圆孔筛，质量好，效率高。

圆筒筛工作过程中，种子与筛孔接触的机会越多，分离效果越好。这就要求种子在筛内不能堆积，铺成簿层，使其尽可能多地利用筛面，同时种子与筛面要有相对滑动，绝不能静止。种子与筛面产生相对滑动，是借助于摩擦，和把它带起到一定高度，再靠其自重而产主相对滑动的。种子在圆筒筛内的每一个运动周期中，可能发生四种情况：1）相对静止：这时种子靠摩擦力随筛面上升。2）相对滑动：种子靠自重克服摩擦力的作用沿筛面向下滑动。3）自由运动：种子离开筛面自由下落。4）分离：小于筛孔的种子通过筛孔落下。圆筒筛的转速有一定的限制，如果转速过高，种子在离心力的作用下，将紧紧地压在圆筒筛的内壁上，总不下落，形成长久的相对静止，这就失去了圆筒筛的分离作用。因此当种子随圆筒筛转到极限位置时，其重力必须大于它的离心力。圆筒筛半径r一般为200~400mm，转速在30~50转/分。由于圆筒筛的转速受到限制，生产率不高，所以在使用中受到影响。但它与平面筛相比，有以下几方面优点，1）种子一次通过圆筒筛可以分成几级；2）圆筒筛旋转，种子除受到本身的重力作用外，还受到离心力的作用，有利于种子通过筛孔，分离效果较好，尤其对小粒种子更为显著；3）圆简筛作旋转运动，传动简单，易于平衡，筛子便于清理；4）圆简筛占用面积小。四、筛子清洁器筛子在工作中，筛孔经常会被种子或夹杂物堵死，使筛子工作面积减少，降低分离质量，为此在筛子上装有清洁器，防止筛孔堵塞。筛子清洁器按结构型式可分以下五种。（一）架刷式清洁器（二）链刷式清洁器由链条和刷子构成。刷子贴着筛底的运动方向与筛上种子的运动方向相同。（三）打杆式清洁器由筛架的摆动带动打杆摆动，以其杆端打击筛子，借以清理筛面。以上三种清洁器多用于冲孔筛。（四）橡皮球清洁器橡皮球清洁器的橡皮球装在筛子与辅助筛之间，以橡皮球与筛子的撞击进行筛子清理，这种形式多用于编织筛，也用于冲孔筛。（五）圆简筛清洁器常见的清洁器为一固定毛刷、毛刷辊或木制压辊。五、窝眼简种子经过筛选分级后，再按长度分级时，可用窝眼筒、窝眼圆盘或角筛进行。窝眼筒是金属板制成的内壁上有圆形窝眼的圆筒，可水平或稍倾斜放置。工作时，筒作旋转运动。在圆筒中安有铁板制成的V形分离槽，收集从窝眼落下的种子。分离槽内一般装有搅龙，用来排出槽内种子。喂人到筒内的种子，其长度小于窝眼口径的，就落人圆窝内，并随圆筒旋转上升到一定高度后落人分离槽内，随即被搅龙运走。长度大于窝眼口径的种子，不能进入窝眼，沿窝眼筒的轴向从另一端流出。窝眼筒可以将小于种子（小麦）长度的夹杂物（草子等）分离出去，也可以将大于种子长度的夹杂物（大麦等）分离出去。前者窝眼口径小于种子长度，而后者大于种子长度。窝眼筒窝眼有钻的和冲压的两类。钻成的窝眼形状有圆柱形和圆锥形两种。冲压的窝眼可制成不规则的形状，我国目前多制造冲压的窝眼筒。窝眼筒的窝眼形态对其分离质量影响很大。为了使窝眼保持原设计形状，种子在用窝眼筒分离前，需进行预清和基本清选，防止窝眼堵塞。另一方面为了提高窝眼筒的使用寿命，在种于用窝眼筒分离前，应清除石块等坚硬夹杂物，避免窝眼由于磨损而变形。窝眼筒分高槽的安装位置有两种：中心槽和偏心槽。如分离槽内装着螺旋推运器，其转速应和窝眼筒的转速相适应。分离槽边缘的位置可以调整，工作边槽缘的位置越低，小于窝眼口径的种于在窝眼筒中遗留的越少；反之，工作边槽缘的位置越高，小于窝眼口径的种子在窝眼简中遗留的越多。窝眼筒倾斜放置时，一般与水平成1~3°角，种子在窝眼简中，靠其重力在轴线方向上的分力，排出筒外。窝眼筒水平放置时，则需用输送装置将种子排出筒外。图为一水平放置的窝眼简，分离槽中装有螺旋推运器，分离槽下装有均布输送器。均布输送器由螺旋形叶片和轴等组成。工作时，均布输送器一方面起均布作用，使小于窝眼口径的种子有更多机会落人窝眼，提高分离效果；另一方面靠螺旋形叶片，将留于窝眼筒中大于窝眼口径的种子送出筒外。清选机上应用的窝眼筒，按作用可以分为单窝眼筒、双窝眼筒、三窝眼筒三种形式。第二节种子的空气动力学特性和分离方法一、种子的空气动力学特性如将一粒种子放入速度为v的沿垂直管道向上吹的均匀气流中，种子受气流的作用力为P，其方向与速度v相同，种子的重力G=mg铅垂向上。根据P和G的关系，种子在气流中的运动有以下三种情况：l）G＞p时，种子向下运动；2）G＜P时，种子向上运动；3）G=p时，种子悬浮在气流中不动，即v=0。第3种情况下的气流速度v称之为临界速度。临界速度的大小与种子的形状、重量、大小和气流的状态等有关，一般从实验中求得。随着条件不同，所得到的数据也不相同，有时甚至相差很大。所以需要用临界速度这个数据时，最好按当地的条件进行实测。几种不同物料的临界速度（供参考）。并肩石：10~15m/s轻质杂草：4.5~5.6m/s小麦：8.4~10.3m/s麦壳：1.0~1.5m/s麦穗：5.0~7.0m/s小麦瘦秕粒：5.5~7.6m/s麦颖壳及碎茎杆：0.67~3.10m/s玉米：11~12.2m/s绿豆：11~12.2m/s赤豆：11.8~12.5m/s豌豆：12.5~13.8m/s燕麦种子：8.4m/s燕麦颖壳及碎茎杆:0.7~3.9m/s研究临界速度的目的在于它给出了能实现气流分级的气流速度临界值。气流的作用力P与种子的重力G在一条直线上，所以管道中气流速度只有大于种子的临界速度时，才有可能使其与气流一起向上运动。因此种子及夹杂物的临界速度是正确选择清选分级的气流速度的依据。如：大麦种子的临界速度为8.7（米/秒），而颖壳和碎茎的临界速度为0.67~3.10（米/秒），这时如选择的气流速度在3.1~8.7米/秒之间，则气流可将颖壳和碎茎全部吹走，剩下大麦种子，这就是气流清选原理。二、分离方法（一）垂直气流从图中看出，两者结构均由料斗1、风机2、斜筛3和沉降室4等组成。但前者的气流用吸气的方式达到，后者是用压气的方式达到，二者工作原理相同。工作时，种子从料斗落于斜筛上，在其移动过程中，受由下向上吸或吹的气流作用，瘦秕种子及夹杂物（临界速度小于气流速度）随气流通过管道进入沉降室中。沉降室中的断面扩大，气流速度降低到小于瘦秕种子及夹杂物的临界速度，而使其降落。符合要求的种子，则由斜筛的尾端流出。各种类型的气流清选机以压气式的分离效果较好。从更好的满足清选要求看，利用前后排列的两个垂直管道比较合理。清选小麦时，第一管道中的气流速度选用6~6.5米/秒，而第二管道中的气流速度选用8.0米/秒。这样在工作过程中，40%的夹杂物随气流通过第一管道落于沉降室D1中，而60%的夹杂物（包括瘦秕种子）随气流通过第二管道落于沉降室D2中。符合要求的种子由筛子尾端B流出，而灰尘、颖壳等则通过出口O1和O2吹出机外。（二）倾斜气流图为一倾斜气流清选机工作简图，从喂入斗落下的种子及夹杂物，在气流的作用下，吹送的距离不同，依此来进行清选分级。用倾斜气流进行清选时，气流的适当工作速度为v=（0.4~0.8）。种子向气流中喂入的速度愈小愈好，这样可以保证种子分配均匀，所以喂人斗滑板的倾斜角应近似等于种子对滑板的摩擦角。实验指出，空气流量W（米3/秒）和生产率Q（公斤/秒）的比值γ=W/Q，当气流速度适当时，随种子的种类而异，燕麦：γ=1.3，小麦γ=1.8。关于气流方向与水平方向的夹角，根据实验一般等于30°时比较合适。（三）抛扔分离图为一带式扬场机工作简图。工作时，以一定速度将种子及夹杂物抛人空中，因空气对各部分的阻力不同，故抛扔的距离也不一样。迎风面大、重量轻的种子及夹杂物，受到空气的阻力大，靠惯性力沿水平方向抛扔得近。而迎风面小、重量大的种子，由于惯性力大，受到空气的阻力小，抛扔的距离较远，从而得到分离。由于种子及夹杂物迎风面有变化，抛扔的距离不十分准确，所以不能用它进行严格的分离。通常用作粗清选，同时也起了干燥种子的作用。第三节种子的比重特性和分离原理种子由于种类、湿度、成熟度和受病虫害程度等不同，其比重也不同。所以利用种子在水中或空气中沉降的速度不等，进行分离。如将种子放人一定重度的静止液体中，比重小于液体的种子浮起，而大于液体的种子下沉。常用的液体有水、盐水等。清选裸麦时用20%的盐水，其中大部分夹杂物均能浮起。除了利用静止的液体分离外，也可以用流动的液体来分离。设流动液体的平均速度为C，种子投入后，比重大的种子C1、比重小的种子G2的速度在液体中下降。V1和V2分别分二者的绝对速度，α1和α2和V1和V2与铅垂线间的夹角。这时可以看出，比重大的种子α1小，下沉得快，向下游动的距离小，比重小的种子α2大，向下游动的距离大，借以分离。利用液体分离的种子必须用清水将种子洗净并使之干噪，因之费时间和人力较多，不适合大量生产。利用比重分级机有压气式或吸气式两种。其工作原理基本相同。比重清选机是个非常灵敏的机器，如果操作正确，可以获得非常精确的分离。一、分层过程分层过程中，空气被作为分离的标准物质。强制气流通过混合物料，物质根据自身对空气的相对重量升起或沉降，这样就发生了分层。图左表示了一个正好位于风机上方的比重清选机的纵向截面，混合物料被置于台面的隔离筛上，风扇是关闭的。在图中，风扇打开并进行了调整，因此最重的物料停滞在台面，最轻的物料则完全脱离了台面，此时对气流量的调整处于临界状态，否则结果就会是图右所示的情况，所有的物料均被过多的气流吹离了台面。二、理论的应用图表示比重清选机在运转中的一个理想状态的顶视图。混合物料，与