Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 9
2. Основные сведения о физико-механических свойствах семян сосны, ели и лиственницы 17
2.1. Сосна обыкновенная 17
2.2. Ель обыкновенная 19
2.3. Лиственница сибирская 20
2.4. Методика и результаты исследований основных физико-механических свойств семян 22
2.5. Влияние размеров и веса семян на качество посевного материала 50
2.6. Выводы 52
3. Экспериментальные исследования 53
3.1. Основные задачи экспериментальных работ 53
3.2. Описание конструкции лабораторной установки 55
3.3. Измерительные приборы 59
3.4. Способы очистки исходного семенного материала в вертикальном канале 69
3.5. Исследование характера движения воздушного потока в осадочной камере 74
3.6. Выводы 79
4. Сортирование семян сосны, ели и лиственницы по размерам 81
4.1. Область применения цилиндрических решет 81
4.2. Обзор научно-исследовательских работ по изучению цилиндрических поверхностей для сепарации или обработки материалов 82
4.3. Теоретические основы движения семенного слоя по поверхности цилиндрического решета 91
4.4. Скорости движения первого ряда семян нижнего семенного слоя на поверхности решет и семян, расположенных на свободной поверхности верхнего слоя 103
4.5. Экспериментальное исследование цилиндрического решета 107
4.6. Определение мощностей приводов вентилятора вертикального воздушного канала и цилиндрического решета 123
4.7. Выводы 128
5. Расчет прямых издержек на единицу продукции при очистке и сортировании семян хвойных 130
5.1. Выводы 134
Основные выводы и рекомендации 135
Библиографический список 137
Приложение 163
- Сосна обыкновенная
- Влияние размеров и веса семян на качество посевного материала
- Теоретические основы движения семенного слоя по поверхности цилиндрического решета
- Определение мощностей приводов вентилятора вертикального воздушного канала и цилиндрического решета
Сосна обыкновенная
Сосна обыкновенная (лат. Pnus sylvstris) — растение, широко распространённый вид рода Сосна семейства Сосновые (Pinaceae). Одна из главных лесообразующих пород широко распространенная в лесах Росси.
Цветет («пылит») сосна, центральной части лесостепи, между 10 и 31 мая, в Московской области в последней декаде мая, Ленинградской области и Вологодской областях в начале июня, в Амурской области в начале июня. В горных районах цветение происходит позже, чем в равнинных. Продолжительность цветения 10 дней.
Оплодотворение происходит только весной на следующий год после опыления, в это время начинается рост годовалых шишек. Окончательное формирование шишки заканчивается через 16-17 месяцев после цветения.
Вполне сформировавшиеся, созревшие шишки, сидячие или почти сидячие, отстоящие или повислые, одиночные или по 2-3 на загнутых внизу коротких ножках. Усилие отрыва зрелой шишки от побега свыше 5 кг [86].
Форма шишек эллиптическая конусовидная, удлиненно-яйцевидная. Длина 2-7 см и толщина 1,5-3,0 см (рисунок 2.1).
Чешуи шишек расположены спирально вокруг стержня.
Когда шишка раскрывается для разлета семян, то семенные чешуи отгибаются и шишка приобретает неправильно округлую или несколько сплюснутую форму: объем шишки при этом увеличивается в два раза.
Вес шишки колеблется от 1,5 до 9 г. В крупных шишках содержатся и более крупные, а, следовательно, и более тяжелые семена.
В 1 гектометре (0,1м3) помещается 50кг шишек с влажностью около 30%. Форма семени у сосны варьируется от шаровидно-эллипсоидальной и продолговато-яйцевидной с заостренным кончиком. Семя снабжено тонким пленчатым, впоследствии опадающим, крылом. Крыло легко отделяется от семени после кратковременного (пятиминутного) намачивания в воде и последующей обсушки.
Длина семени от 3 до 5мм, средняя ширина 2мм и толщина 1,5мм. Количество семян зависит от длины шишки. В шишках длиной 4-5см в среднем 25-30 семян.
Вес 1000 семян варьируется от 3 до 10 г и зависит, прежде всего, от их величины. Чем выше над уровнем моря и чем севернее произрастает сосна, тем вес семян ее меньше [58].
Семена в шишках могут хорошо сохраняться в течение нескольких лет.
Семеношение у отдельно стоящих деревьев сосны начинается в 10-15 лет, в сомкнутых насаждениях позже. Размер семеношения постепенно увеличивается с возрастом дерева и объема его корня. По некоторым данным репродуктивная способность сосны хорошо сохраняется до 200-250 лет [33].
Влияние размеров и веса семян на качество посевного материала
В результате многочисленных исследований ученые лесоводы установили, что индивидуальный вес отдельных семян для дальнейшего развития растений имеет огромное значение. Ряд отечественных ученых [39, 40, 42, 44, 50, 53, 60, 61, 70, 71, 72] отмечает, что крупные и тяжеловесные семена ели обыкновенной, сосны обыкновенной и лиственницы сибирской по сравнению с мелкими и легковесными семенами обладают большей всхожестью, более высокой энергией прорастания и при хранении в большей степени сохраняют всхожесть. Из крупных и тяжеловесных семян развиваются более быстро и более мощные сеянцы, отличающиеся лучшими надземной и подземной частями, по сравнению с сеянцами, выращенными из мелких и легковесных семян. Поэтому, прежде чем высеять семена в питомнике или на лесокультурной площадке, их необходимо очистить (отсортировать) от пустых, щуплых и недоразвитых мелких семян.
В сельском хозяйстве применение сортированного посевного материала обычное явление. Очевидно, лесоводам так же необходимо применять сортированный посевной материал.
Российские ученые изучали влияние размера и цвета семян на всхожесть и развитие всходов. Посевы черных и светлых семян сосны показали, что однолетние сеянцы из черных семян оказались мельче, чем из светлых. Особенно значительная разница в размерах сеянцев, достигающая до 40%, наблюдалась при посеве мелких семян.
Результаты наблюдений Тольского А.П. приведены в таблице 2.12.
Приведенная таблица показывает, что крупные семена, а, следовательно, тяжеловесные дали более высокие и крупные сеянцы.
Теоретические основы движения семенного слоя по поверхности цилиндрического решета
Выше было рассмотрено движение одиночного семени на вращающейся цилиндрической поверхности решета. В дальнейшем рассмотрим движение семенного слоя внутри цилиндрического решета и постараемся установить закономерность изменения толщины на рабочей поверхности в зависимости от числа оборотов цилиндра.
Цилиндрическое решето диаметром 300 мм и длиной 100мм с концов закрыто прозрачными диафрагмами из оргстекла, оборудовано координатной сеткой и искусственным освещением. Такая установка позволила производить наблюдения за поведением семенного слоя внутри вращающегося цилиндрического решета.
Семена в цилиндрическом решете располагаются, главным образом, в первом квадранте слоем различной толщины в разных поперечных сечениях (рисунок 4.3а). При отсутствии вращения семена располагаются в виде сегмента (рисунок 4.3б), площадь которого равновелика площади сегмента. При медленном вращении цилиндра, сегмент примет положение а (рисунок 4.3а), поверхность АВ расположится под некоторым углом . Центральный угол сегмента обозначим 2. Угол приближается к углу естественного ската семян.
С увеличением окружной скорости цилиндра под действием центробежной силы, угол ската увеличивается.
Углы ската для точек свободной поверхности АВ различны, так как центробежная сила m2 имеет различное значение для различных точек, как по величине, так и по направлению.
В центральных частях сечения в точке С (рисунок 4.4) направление центробежной силы будет приближаться к перпендикулярному направлению поверхности, а в крайних точках А и В направление центробежной силы пойдет под некоторым углом к перпендикуляру.
Поэтому при различных скоростях цилиндрического решета угол свободной поверхности будет различен для разных точек и пересечет свободную поверхность слоя по некоторой кривой линии. Рисунок 4.4. Силы, действующие на поверхность семенного слоя внутри цилиндра.
Наблюдение за движением семенного слоя внутри вращающегося цилиндрического решета показывает, что оно состоит из двух основных частей, из которых первая находится в круговом движении вместе с цилиндром, а другая осыпающимся движением оторвана от поверхности решета. Ссыпающиеся семена вновь попадают на поверхность решета и снова находятся в круговом движении вместе с цилиндром. Таким образом, создается замкнутый цикл движения семенного слоя. Отдельные семена двигаются на замкнутых кривых постепенно уменьшенной длины. Ось этих кривых совпадает с осью круговорота семенного слоя.
Линия АВ (рисунок 4.5) показывает начальное положение семенного слоя, когда вся семенная масса увлекается цилиндром в круговое движение. Угол соответствует углу ската семян с учетом влияния центробежной силы.
При повороте цилиндрического решета на угол у, слой займет положение A-LB-L.
Проведем через точку B-L линию В- , параллельную АВ, разделим слой АІВІ на две части, таким образом, получим семенной сегмент ниже линии A-LB-L, который будет подвергаться поворотному движению вместе с цилиндром, а в семенном секторе A2B-LA-L выше линии В- , будут находиться семена с углами, превышающими углы скатов. Вследствие превышения угла ската, весь семенной сектор А АІ с семенной массой будет увлекаться цилиндром.
Наблюдение за движением семенного слоя на поверхности цилиндрического решета показывает, что некоторый постоянный слой В автоматически восстанавливается с притоком падающих семян в нижней своей части и подвергается мгновенному поворотному движению. Только этот постоянно восстанавливающийся слой ниже линии А находится в непосредственном контакте с цилиндрическим решетом и он будет характеризовать толщину проходящего слоя вдоль всего цилиндра, загораживающего доступ отверстиям цилиндрической поверхности.
Толщина этого слоя, как показывали опыты, имеет огромное значение в смысле работы цилиндрического решета.
Семена, которые с поворотом цилиндра выносятся выше слоя В- , теряют сцепление со слоем A2B-L и принимают независимое движение от остального слоя. Они некоторое время движутся вверх от В- под действием силы инерции и силы тяжести. Семена, прилегающие к поверхности цилиндрического решета и не проходящие в отверстия, могут затаскиваться некоторое время выше точки At.
Вращающийся семенной слой ниже А2ВІ5 непрерывно и полностью восстанавливается. Проведем через центр тяжести сегмент А2В1; радиус р и будем вращать его вместе с цилиндром на угол у = a)t (рисунок 4.4). Сектор Flt характеризующий количество отрывающихся семян, будем вращать с той же угловой скоростью вокруг точки К, как самый центр. Количество семян, оторвавшихся от слоя за время t, в каждом сечении будет характеризоваться сектором Flt с другой А2А3. При этом угол oot будет соответствовать, как указывает Политаев СВ. углу, который успеет описать за тот же отрезок времени р3. Размер сектора Fl5 определяется через угловую скорость
Определение мощностей приводов вентилятора вертикального воздушного канала и цилиндрического решета
Для регулирования в широких пределах скоростей вращения вентилятора вертикального воздушного канала и цилиндрического решета в качестве их приводных двигателей были выбраны электродвигатели постоянного тока с номинальными данными: 16,6 квт; 220в; 2000 об/мин.
Указанные двигатели при отсоединении последовательной обмотки возбуждения работали в режиме исполнительных двигателей постоянного тока с якорным управлением.
Питание двигателей осуществлялось от двигателя-генератора, состоящего из трехфазного асинхронного двигателя и генератора постоянного тока смешанного возбуждения.
В опытной установке вентилятор вертикального воздушного канала был закреплен непосредственно на свободном конце вала одного двигателя, а привод цилиндрического решета осуществлялся от другого электродвигателя через коробки передач и клиноременную передачу с общим передаточным числом i=10.
Результаты экспериментальных исследований, приведенные в таблицах 4.6, 4.7, 4.8 и 4.9 дали величины полных мощностей при разных скоростях вентилятора и цилиндрического решета.
Принятие обозначения и измерительные приборы:
Vh - напряжение цепи возбуждения в вольтах;
/в ток цепи возбуждения в амперах;
Уя — напряжение цепи якоря в вольтах;
я - ток якоря в амперах;
Е - обратная э.д.с. обмотки якоря в вольтах;
я - сопротивление цепи якоря в омах;
Рэм = Ея я - электромагнитная мощность двигателя в ваттах, мощность электрическая преобразуемая в механическую мощность;
Рраб – электромагнитная мощность двигателя при нагрузке; Рхол - электромагнитная мощность двигателя при холостом ходе;
Р=Рраб - Рхол – потеря мощности привода.
На основании проведенных исследований, технологический процесс очистки и сортирования сосны и ели рационально построить следующим образом (рисунок 4.25): исходный семенной материал засыпается в бункер 1, откуда посредством вибрационного питателя 2 равномерной струей поступает в вертикальный канал 3.
Под действием вертикального воздушного потока мелкие примеси, пустые и недоразвитые семена увлекаются вверх канала и попадают в осадочную камеру 4. Полнозернистые семена, опадая вниз приемного лотка 5, направляются по нему в цилиндрическое решето 6. Скорость воздушного потока регулируется при помощи дросселя воздушной системы 7, в пределах от 0 до 12 м/сек.
Привод машины осуществляется от электродвигателя с двумя выходными концами вала 8. Мощность двигателя 0,6 квт при n=1410 об/мин.
На одном конце вала двигателя установлено колесо 9 вентилятора. Мощность двигателя принята больше расчетной с тем, чтобы иметь возможность обрабатывать семенной материал с более тяжеловесными семенами.
Со второго конца вала двигателя через ременную передачу 10, (с передаточным числом i=1,5) и редуктором 11 (с передаточным числом i=15) движение передается цилиндрическому решету 6. При этом цилиндрическое решето будет вращаться со скоростью n=62 об/мин. Длина цилиндрического решета вместе со ступицей равна 400 мм, диаметр решета – 300мм. Внутри цилиндрического решета устанавливается неподвижный щиток 12 со скатной доской 13 и направляющими ребрами 14.
В конце цилиндрического решета устанавливается подпорная диафрагма 15 с высотой 20мм. Очистка поверхности цилиндра производятся щеткой 16 и роликом 17.
При обработке семенного материала лиственницы порядок технологического процесса будет иным. Семенной материал из бункера 1 посредством вибрационного питателя 2 равномерным потоком поступает на скатной лоток 5 и по нему подается на решето, где сортируется по размерам. Полученные фракции, каждая отдельно, засыпаются снова в бункер и обрабатываются воздушным потоком. Под действием воздушного потока мелкие примеси и пустые семена увлекаются вверх канала и попадают в осадочную камеру 4. Полнозернистые семена, опадая вниз по каналу, попадают в лоток и собираются в тару.