Кукурузу делят на следующие типы: I и II – зубовидная; III и IV – кремнистая; V и VI – полузубовидная; VII – лопающаяся. Кукурузу с зерном бледно-розового цвета относят к белозерной, а с зерном оранжевого и бледно-желтого оттенков – к желтозерной.
По влажности зерна партии початков разделяют на следующие категории: сухое – с влажностью до 16%; средней сухости – 16…16%; влажное – 18…20%; сырое – свыше 20%.
По содержанию сорной и зерновой примесей, а также неполноценных початков различают следующие категории кукурузы по чистоте: чистая – с содержанием початков, относимых к сорной примеси, – до 1%; неполноценных – до 2%; средней чистоты – 1…3% и неполноценных 2…5%; сорная – с содержанием початков, относимых к сорной примеси, свыше 3% и неполноценных – свыше 5%.
По форме и размерам различают два основных вида зерен кукурузы: плоские и круглые. Крупные круглые зерна расположены преимущественно у основания початка, а мелкие круглые – в верхней части [1, 2].
Размеры зерен в различных частях початка разные по длине (6…14 мм), ширине (5,5…12 мм) и толщине (3…8 мм). Колебания в размерах составляют 2…6 мм, при этом наибольшая часть зерен отличается по этим размерам друг от друга лишь на 0,8…2,5 мм.
В зависимости от типа и сорта кукурузы длина, диаметр и вес початков различны. Средние данные по размерным и весовым характеристикам початков культивируемых в настоящее время сортов кукурузы приведены в табл. 1 [3].
Таблица 1 – Размерная и весовая характеристика початков
|
Длина, мм |
% |
Диаметр, мм |
% |
Вес, кг |
% |
До 100 |
9 |
До 35 |
10 |
0,05…0,15 |
28 |
150…200 |
51 |
35…40 |
26 |
0,15…0,2 |
50 |
200…250 |
40 |
40…45 |
38 |
0,2…0,3 |
22 |
Соотношение веса зерна и стержня колеблется: зерна 74,1…80,5% и стержня 19,5…25,9% [4].
Гигроскопические свойства зерна и стержня различны: если влажность початка до 16,7%, то влажность зерна в основном больше влажности стержня. При влажности початка более 16,7% влажность зерна кукурузы меньше влажности стержня.
Объемный вес початков, зерна и стержневой массы различен в зависимости от сорта, крупности, влажности и плотности укладки. Объемный вес початков кукурузы колеблется от 350 до 450 кг/м3, зерна 600…800 кг/м3, стержней 200…250 кг/м3.
Скважистость - заполненные воздухом промежутки между зернами в насыпи. Обычно скважистость выражают в процентах к общему объему данной насыпи. Скважистость початков колеблется в пределах: крупные початки – 54,5%, средние – 53,1…52,3% и мелкие – 51,2…50,8%, т.е. чем крупнее початки кукурузы, тем больше их скважистость, и наоборот. С повышением влажность скважистость увеличивается.
Скважистость зерна кукурузы находится в пределах 40,4…41,3% (от объема, занимаемого всей зерновой массой).
Скорость витания зерна кукурузы колеблется в пределах 12,5…14 м/с, стержневой массы с влажностью 11% – 10…17 м/с. Расчетную скорость транспортирования стержней кукурузы следует принять равной 30 м/с.
Угол естественного откоса насыпи зерна зависит от влажности, плотности укладки, температуры зерна, слеживаемости и других факторов. При изменении влажности зерна от 11,5 до 19% (на 7,5%) угол естественного откоса повышается всего лишь на 2,50, при повышении влажности от 19 до 26,5% – на 19,5…20,20, т.е. примерно в 8 раз больше, чем в первом случае. Следовательно, угол откоса зерна следует принимать с учетом ее влажности.
Коэффициент трения насыпи зерна кукурузы по различным поверхностям, при объемном весе насыпи 0,7…0,75 т/м3 и при начальной скорости движения, равной нулю (после бункера), составляет по дереву 0,7, а при начальной скорости движения более нуля (после транспортера) – 0,53; по листовой стали, соответственно, 0,58 и 0,36.
Початки кукурузы имеют особенности, связанные со сравнительно большими размерами и разным положением при движении, плотностью укладки, температурой, состоянием поверхности и т.п. [5-14].
Початки на движущейся поверхности (транспортирующая лента и др.) находятся несколько в ином положении, чем на неподвижной. Отдельно расположенные початки (не поддерживаемые другими) начинают перекатываться на движущейся ленте уже при наклоне ее в 4…70.
В отличие от других зерновых культур зерна кукурузы очень плотно сидят в початке, никогда не осыпаются и требуют для своего отделения от початка значительных усилий. Как указывается в [15], среднее усилие, затрачиваемое на отрывание от стержня одиночного зерна с влажностью 22…23% при приложении силы в радиальном направлении, составляет 2,1 кгс, по касательной к окружности початка 0,6 кгс , вдоль образующей початка – 1,3 кгс.
Также существенное влияние на обруш и травмирование зерна оказывает фаза спелости или сроки уборки различных гибридов и сортов кукурузы, т.к. по данным ВИСХОМа [15] фаза спелости оказывает значительное влияние на прочность связи зерна кукурузы со стержнем (табл. 2).
Гокоев А.И. [16] установил, среднее усилие, которое затрачивается на отрывание от стержня одиночного зерна с влажностью 22…23% при приложении силы в радиальном направлении, равно 20,6 Н, по касательной к окружности початка – 5,9 Н, вдоль образующей початка – 12,2 Н.
Таблица 2 – Прочность связи зерна кукурузы со стержнем
Показатели |
3-я фаза |
4-я фаза |
5-я фаза |
21/VIII |
5…25/IX |
1/X |
|
Усилие выдергивания зерна, Н |
14,5 |
15.7…20.3 |
23,6 |
Усилие корчевания, Н, на одно зерно |
10,01 |
6,86…7,85 |
5,9 |
Влажность зерна, % |
40…42 |
18…35 |
15 |
Определенное влияние на процесс обмолота початков кукурузы оказывают фрикционные свойства зерна и листьев обертки, характеризующиеся коэффициентами трения fд движения и покоя fc.
При взаимном трении некоторых продуктов урожая средние значения fc составляют: зерно по зерну – 0,36; обертка по обертке – 0,35; зерно по обертке – 0,29. Значения fс зерна по зерну убывают с уменьшением влажности.
Обоснованный учет приведенных физико-механических и технологических свойств початков кукурузы разной фазы спелости при выборе комплекса машин для их обработки, а также режимов работы органов машин позволит снизить потери в виде обруша и поврежденных зерен.
Таким образом, семена кукурузы обладают специфическими физико-механическими свойствами, что необходимо учитывать при выборе рабочих органов для их уборки, транспортирования и обработки.
На основании проведенного анализа можно сделать следующие выводы:
- размерно-весовая характеристика, прочностные свойства, коэффициенты трения, аэродинамические свойства семян кукурузы сильно варьируют как по сортам, так и в пределах одного сорта по годам;
- прочность этих семян при статической нагрузке значительно ниже семян зерновых культур и резко меняется при изменении направления действующей силы: по длине, ширине или толщине. Среднее разрушающее усилие при статическом сжатии меньше, когда усилие направлено по ширине и при влажности 18,2% составляет для семян кукурузы 10,8 кг;
- коэффициенты трения семян зависят от материала и состояния рабочей поверхности, вида трения, состояния семян;
- с увеличением влажности семян кукурузы до определенного значения (22…28% в зависимости от сорта) усилие, необходимое для разрушения зерна, возрастает, а при дальнейшем увеличении влажности оно резко падает.