Nghiên cứu nâng cao chất lượng phân loại hạt giống rau bằng điện trường

bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học nông nghiệp I
----------------------------------


nguyễn nam phong

Nghiên cứu nâng cao chất lợng phân loại
hạt giống rau bằng điện trờng

luận văn thạc sĩ kỹ thuật


Chuyên ngành: Điện khí hoá sản xuất nông nghiệp và nông thôn
Mã số: 60.52.54

Ngời hớng dẫn khoa học: ts. nguyễn đình lục


Hà Nội - 2006

2
Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn
này là trung thực và cha hề sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này
đ đợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đợc chỉ rõ
nguồn gốc.

Tác giả luận văn


Nguyễn Nam Phong


3
Lời cảm ơn

Trong quá trình thực hiện luận văn thạc sỹ khoa học: "Nghiên cứu
nâng cao chất lợng phân loại hạt giống rau bằng điện trờng" tôi đ
nhận đợc rất nhiều sự giúp đỡ của các tập thể, các cá nhân và những ngời
thân.
Tôi xin chân thành cảm ơn Phòng Thí nghiệm cơ điện VILAS 019-
Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, phòng thí nghiệm
LAS 29- Trờng Cao đẳng Công nghiệp và Xây dựng đ tạo điều kiện tốt nhất
để tôi thử nghiệm, thí nghiệm xác định các thông số cần thiết cho đề tài. Đặc
biệt xin chân thành cảm ơn Tiến sỹ Nguyễn Đình Lục đ trực tiếp hớng dẫn
các tài liệu và phơng pháp nghiên cứu giúp tôi hoàn thành công trình nghiên
cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Bộ môn Cung cấp và
sử dụng điện - Khoa Cơ điện - Trờng Đại học Nông nghiệp I - Hà Nội đ
đóng góp những ý kiến quý báu để tôi hoàn thiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, những ngời thân đ giúp đỡ
Tôi tận tình trong quá trình thực hiện luận văn.
Tác giả luận văn


Nguyễn Nam Phong

4
Mục lục

Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục các bảng v
Danh mục các hình vi
1. Mở đầu 1
1.1 Tính thực tiễn của đề tài 10
1.2. Mục tiêu của đề tài 11
1.3. ý nghĩa khoa học và thực tiên của đề tài 11
1.3.1. ý nghĩa khoa học 11
1.3.2. ý nghĩa thực tiễn của đề tài 12
2. Tổng quan tình hình nghiên cứu và ứng dụng điện trờng trong
phân loại hạt 13
2.1. Khái quát chung 13
2.2. ứng dụng điện trờng trong phân loại hạt ở nớc ngoài 15
2.3. Tình hình làm sạch và phân loại hạt giống ở nớc ta 35
2.4. ảnh hởng của điện trờng đến chất lợng gieo trồng và tính di
truyền của hạt 41
2.5. Kết luận và những vấn đề nghiên cứu 42
3. Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn quá trình phân loại hạt
bằng điện trờng 44
3.1. Điều kiện cần thiết để thực hiện quá trình phân ly hạt trong trờng
tĩnh điện 45
3.2. Trạng thái hạt giống trong trờng tĩnh điện 46
3.3. Sự tích điện của hạt trong trờng tĩnh điện 51

5
3.4. Lực tác động lên hạt trong trờng tĩnh điện 53
3.5. Sơ đồ nguyên lý phân loại của máy 56
3.5.1. Sơ đồ nguyên lý máy phân loại hạt bằng trờng tĩnh điện 56
3.5.2. Vùng phân loại của tĩnh điện trờng 57
3.5.3. Sơ đồ mạch điện của máy phân loại 59
4. Nghiên cứu thực nghiệm quá trình phân loại hạt 60
4.1. Mục đích nghiên cứu 60
4.2. Phơng pháp nghiên cứu thực nghiệm 60
4.2.1. Mô hình nghiên cứu 60
4.2.2. Phơng pháp nghiên cứu thực nghiệm 61
4.2.3. Điều kiện thí nghiệm 62
4.2.4. Phơng pháp lấy mẫu 63
4.2.5. Phơng pháp xử lý số liệu 63
4.3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 63
4.3.1. Xác định quy luật phân bố trọng lợng ban đầu của hạt 63
4.3.2. Xác định điện tích của hạt 64
4.3.3. Phân bố trọng lợng của hạt sau khi phân loại 71
4.3.4. ảnh hởng của cờng độ điện trờng tới sự phân ly hạt 72
4.3.5. Sự ảnh hởng của định lợng cấp liệu ban đầu tới chất lợng phân
ly của hạt 74
4.3.6. Sự ảnh hởng của góc nghiêng điện cực tới chất lợng phân ly của
hạt 76
4.4. Mẫu máy phân loại bằng tĩnh điện trờng 78
Kết luận và kiến nghị 79
Tài liệu tham khảo 82



6

Danh mục các bảng

Bảng 2.1. So sánh phơng pháp phân loại bằng cơ khí và điện trờng 39

Bảng 2.2. Phân loại hạt giống bằng điện trờng tăng năng suất cây trồng 40



7
Danh mục các sơ đồ

Hình 2.1. Hình ảnh định hớng hạt lúa mì ở các cờng độ điện trờng 18
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý máy phân loại hạt dạng sàng rung kết hợp
điện trờng. 19
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý của máy phân loại hạt bằng trờng tĩnh điện
dạng trống quay 20
Hình 2.4. Lực tác động lên hạt trong trờng tĩnh điện. 22
Hình 2.5. Máy phân loại điện môi trống quay 24
Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý máy phân loại hạt bằng trờng phóng điện coron 27
Hình 2.7. Sơ đồ hệ thống máy làm sạch và phân loại hạt 37
Hình 3.1 Sự phụ thuộc K
h
= f() vào hệ số hình cầu (K) khác nhau và độ
thẩm điện môi tơng đối
h

[13] 50
Hình 3.2 Đồ thị
2

phụ thuộc vào độ thẩm điện môi hạt
h

và hệ số hình
cầu K. 51
Hình 3.3. Lực tác động lên hạt trong trờng tĩnh điện 54
Hình 3.4. Biểu diễn ánh xạ gơng của hạt điện tích q trên bề mặt tiếp
điện cực. 55
Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý máy phân loại hạt bằng trờng tĩnh điện. 57
Hình 3.6. Mạch điện máy phân loại. 59
Hình 4.1. Mô hình nghiên cứu thực nghiệm hạt rau giống. 61
Hình 4.2. Phân bố trọng lợng ban đầu của hạt. 64
Hình 4.3. Sơ đồ thiết bị xác định góc ma sát của hạt. 66
Hình 4.4. Quan hệ giữa góc ma sát , hệ số ma sát f
ms
và độ ẩm W
h
của hạt. 67
Hình 4.5. Sơ đồ thiết bị nghiên cứu tính chất điện của hạt. 69
Hình 4.6. Đặc tính (phụ thuộc) đại lợng điện tích riêng của hạt vào
cờng độ điện trờng. 70

8
Hình 4.7. Phân bố trọng lợng hạt. 71
Hình 4.8. sự phụ thuộc phân ly hạt vào cờng độ điện trờng tĩnh điện. 73
Hình 4.9. Sự phụ thuộc cờng độ cấp liệu trên bề mặt điện cực. 75
Hình 4.10. Mối quan hệ giữa góc nghiêng điện cực và khả năng phân
loại của hạt. 77

9

H×nh 4.11. MÉu m¸y ph©n lo¹i h¹t b»ng tÜnh ®iÖn tr−êng 77





















69

10
1. Mở đầu

1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, ma nhiều là điều kiện rất
thuận tiện cho cây trồng phát triển. Sau nhiều năm đổi mới với sự phát triển đa

ngành, đa nghề đ đa nền kinh tế đất nớc tiến một bớc dài trên con đờng
hội nhập kinh tế thế giới. Đến nay nghề trồng rau, quả đ và đang đợc tập
trung hoá nhằm nâng cao hơn nữa chất lợng, có hiệu quả kinh tế cao, đáp
ứng tốt nhu cầu trong nớc và xuất khẩu rau quả ra thị trờng thế giới.
Định hớng phát triển nông nghiệp của nớc ta trong giai đoạn 2001 -
2010 đ đợc thông qua tại Đại hội Đảng X chỉ rõ Tăng cờng sự chỉ đạo và
huy động các nguồn lực cần thiết để đẩy nhanh công nghiệp hoá, hiện đại hoá
nông nghiệp và nông thôn. Tiếp tục phát triển và đa nông nghiệp, lâm
nghiệp, ng nghiệp lên một trình độ mới bằng ứng dụng khoa học và công
nghệnhanh chóng đa vào sản xuất các loại hạt giống có chất lợng cao,
không ngừng nâng cao chất lợng hạt giống. Để giải quyết nhiệm vụ này
ngành nông nghiệp đ có nhiều biện pháp nhằm tăng năng suất, sản lợng cây
trồng: Thuỷ lợi, phân bón, quy trình chăm sóc, lai và tạo ra các giống mới,
trong đó giống có vị trí quan trọng. Hạt giống tốt, là hạt giống không những
đồng đều về kích thớc, tỷ trọng và trọng lợng mà còn đồng đều về thành
phần sinh hoá của hạt. hạt giống tốt sẽ cho tỷ lệ nảy mầm cao, cây trồng sẽ
phát triển đồng đều, có khả năng chống chịu sâu bệnh cao Chỉ trong những
điều kiện đó mới có thể đa ra những công nghệ mang tính chất công nghiệp
trong sản xuất nông nghiệp: Cơ giới hoá, cơ khí hoá các khâu chăm sóc, gieo
trồng thu hoạch và chế biến các sản phẩm nông nghiệp.
Hiện nay ở nớc ta hạt giống nông sản nói chung và hạt rau nói riêng
đem gieo chủ yếu đợc tuyển chọn bằng thủ công cùng với thiết bị phân loại

11
hạt dạng cơ khí, một số hạt rau thì đợc mua của nớc ngoài. Sau khi phân
loại hạt thờng bị tổn thơng 7 - 9% do va đập trên sàng và khí động học, có
17 - 20% hạt kém chất lợng tạo ra các cây có khả năng sinh trởng kém, làm
tăng chi phí lợng hạt giống, mặt khác hạt giống kém còn gây bệnh và làm h
hao các hạt giống tốt trong công tác bảo quản. Ngoài ra khi mua hạt giống của
nớc ngoài chúng ta sẽ không chủ động đợc về nguồn giống cây trồng tốt vì

hạt thu đợc ở thế hệ sau không thể để làm giống. Vì vậy hạt giống trớc khi
gieo trồng phải cần đợc lựa chọn thật kỹ lỡng. Việc nghiên cứu, chế tạo
thiết bị phân loại hạt nông sản nói chung và hạt rau giống nói riêng bằng
phơng pháp điện trờng áp dụng vào thực tiễn sản xuất ở nớc ta là một
hớng đi mới rất cần thiết có ý nghĩa khoa học, kinh tế và x hội.
Từ yêu cầu thực tế trên, chúng tôi chọn đề tài Nghiên cứu nâng cao
chất lợng phân loại hạt giống rau bằng điện trờng với mong muốn đa
ra những kết quả và kết luận góp phần vào việc chủ động nguồn giống và nâng
cao phẩm cấp hạt giống rau cho ngành nông nghiệp nớc nhà.
1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của của đề tài
Triển khai công nghệ và thiết bị phân loại bằng điện trờng để nâng cao
chất lợng hạt giống rau:
- Phân tích quá trình phân ly của hạt trong điện trờng.
- Chọn, thiết kế và chế tạo mẫu máy phân loại hạt giống rau bằng trờng
tĩnh điện.
- Thực nghiệm quá trình phân loại hạt giống rau (cải củ) và đánh giá chất
lợng phân loại của máy.
1.3. ý nghĩa khoa học và thực tiên của đề tài
1.3.1. ý nghĩa khoa học
- Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm quá trình phân loại hạt cải củ
giống trong điện trờng có độ dốc lớn.

- Xác định đợc phơng trình lực tác dụng lên hạt nằm trong tĩnh điện

12
trờng có tấm điện cực cách ly gy khúc.

- Xác lập đợc giới hạn góc nghiêng của hệ điện cực.
- Xác định đợc giá trị điện tích của hạt phụ thuộc vào độ ẩm hạt.
1.3.2. ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Chế tạo đợc mẫu máy phân loại hạt rau bằng trờng tĩnh điện, xác định
bằng thực nghiệm đợc các miền thông số và chế độ làm việc của máy.
- Góp phần hoàn thiện công nghệ và thiết bị phân loại hạt bằng trờng tĩnh
điện để áp dụng vào thực tiễn sản xuất ở nớc ta nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế.


















13
2. tổng quan tình hình nghiên cứu và ứng dụng
điện trờng trong phân loại hạt

2.1. Khái quát chung
Cùng với các khâu canh tác đợc chú trọng nh làm đất, thuỷ lợi, phân
bón... Giống đóng một vai trò quan trọng, quyết định tiềm năng tăng năng
suất và ổn định mùa màng. Trong cùng một điều kiện gieo trồng, chăm sóc

nh nhau, những hạt giống có chất lợng nông sinh cao sẽ cho năng suất cao
và ổn định. Để có giống tốt, hạt làm giống cần đợc lựa chọn kỹ lỡng theo
đúng các yêu cầu kỹ thuật. Ngoài các chỉ tiêu cơ lý (kích thớc, hình dáng,
trọng lợng...) hạt cần đợc phân loại trên cơ sở các chỉ tiêu hoá sinh nh hàm
lợng tinh bột, đạm, chất béo...Những hạt giống đợc lạ chọn theo phơng
thức cơ lý và hoá sinh này có năng lợng sinh trởng cao, có khả năng chống
chịu sâu bệnh tốt và khi điều kiện ngoại cảnh có biến động xấu.
Phân loại hạt chiếm vị trí quan trọng trong dây chuyền gia công hạt và
đặc biệt là trong công tác chuẩn bị giống. Làm tốt khâu này có thể chọn ra
những hạt giống có chất lợng nông sinh cao, tạo điều kiện khai thác tiềm
năng di truyền của giống, giảm đáng kể khối lợng hạt giống đem gieo, nâng
cao hiệu quả sử dụng cơ khí trong các khâu chăm sóc, thu hoạch [7].
Để nâng cao giá trị của sản phẩm nông nghiệp một trong những yêu cầu
quan trọng là nâng cao hiệu quả kinh tế và giảm chi phí lao động trên một đơn
vi sản phẩm thông qua việc tăng cờng hơn nữa cơ khí hoá các khâu trong sản
xuất nông nghiệp nh chọn giống, gieo trồng, làm đất, thuỷ lợi, thu hoạch...
Phơng pháp gieo hạt và thu hoạch sản phẩm bằng máy sẽ góp phần đáng kể
làm giảm chi phí lao động, nhng đòi hỏi khắt khe về chất lợng đối với các
khâu trong quá trình sản xuất đặc biệt với chất lợng hạt giống đem gieo. Một
trong những yêu cầu cơ bản đó là sự đồng đều theo kích thớc của hạt giống

14
và tỷ lệ hạt nảy mầm trên đồng ruộng cao.
Để đảm bảo sự đồng đều của hạt giống đem gieo, sau khi thu hoạch hạt
để làm giống đợc tiến hành phân loại, loại bỏ những hạt cỏ dại và diệt hoặc
kiểm dịch đợc những côn trùng gây bệnh cũng nh các ấu trùng mà chúng
làm tốn hại chất lợng hạt giống. Những nguyên nhân làm hạt giống có tỷ lệ
nảy mầm thấp gồm nhiều yếu tố, ngoài những đặc điểm sinh học và các yếu tố
thổ nhỡng, nguyên nhân làm hạt giống có tỷ lệ nảy mầm thấp có liên quan
tới mức độ tổn thơng hạt trong quá trình thu hoạch, phân loại và làm sạch hạt

giống.
Những kết quả nghiên cứu đ khẳng định rằng những hạt giống càng
nhỏ bé so với hạt trung bình bao nhiêu thì trọng lợng tuyệt đối, năng lợng
làm nảy mầm và tỷ lệ nảy mầm của chúng càng thấp bấy nhiêu [10], [21].
Viện sĩ H.A Maixurian đ cho thấy: Đối với một loại hạt xác định, việc
chọn hạt giống có tỷ trọng tuyệt đối và tỷ trọng riêng cao thì quá trình sinh
trởng của cây trồng nhanh và thời kỳ chín sinh học đồng đều cao [16]. Tỷ
trọng riêng ảnh hởng tới tỷ lệ nảy mầm của hạt, ảnh hởng tới chất lợng và
số lợng cây trồng. Vì vậy để tăng năng suất mùa màng cần phải sử dụng
những hạt giống to, nặng và đợc lựa chọn kỹ lỡng. Kết quả thực nghiệm
trong nhiều năm đ cho thấy nếu tăng mỗi một gam trọng lợng tuyệt đối
(trọng lợng 1000 hạt) của hạt giống sẽ cho năng suất mùa màng của cây
trồng tăng thêm 2-5 % [10, [11], [22].
Từ những công trình nghiên cứu trên rút ra kết luận: phơng pháp phân
loại hạt giống theo tỷ trọng và trọng lợng tuyệt đối là một trong những biện
pháp làm tăng sản lợng cây trồng. Tuy nhiên việc phân loại hạt giống rau,
quả (với những hạt có kích thớc và trọng lợng nhỏ) theo tỷ trọng tuyệt đối
khó thực hiện đợc vì thiếu thiết bị phân ly đảm bảo độ chính xác cao.
Sau khi thu hoạch hỗn hợp hạt giống chiếm tới 35- 40 % các tạp chất (lá

15
cây, cọng cỏ, hạt cỏ dại, bụi...). Để đáp ứng yêu cầu, hạt giống cần đợc làm
sạch và phân loại để loại bỏ các tạp chất và những hạt kém chất lợng.
2.2. ứng dụng điện trờng trong phân loại hạt ở nớc ngoài
Phơng pháp phân loại vật liệu dạng hạt rời sử dụng điện trờng đ
đợc nghiên cứu và áp dụng thành công trong công tác tuyển chọn và tách tạp
chất trong ngành khai khoáng mỏ, đá quý. Hiện nay phơng pháp này đợc sử
dụng rộng ri trong nông nghiệp để phân loại và tuyển chọn hạt giống nông
sản. Phơng pháp phân loại bằng điện trờng tuyển chọn hạt dựa trên cả tính
chất cơ- lý và tính chất điện của hạt liên quan mật thiết với chất lợng bên

trong hạt giống.
Năm 1880, Tomax Axborn ở bang Newchevec (Mỹ) đ thiết kế chế tạo
ra máy phân loại bằng tĩnh điện để loại bỏ trấu và các tạp chất nhẹ khác làm
giảm chất lợng bột [4]. Máy phân loại này gồm một trống quay êbônít và bộ
phận cọ sát làm trống nhiễm điện. Hỗn hợp vật liệu đợc rải đều trên mặt
trống, những tạp chất bị hút vào trống quay bởi lực ma sát do nhiễm điện và bị
tách ra khỏi bột. Loại máy này có công suất nhỏ, năng suất thấp ít đợc dùng.
Đến năm 1901, nhờ sự phát triển của ngành điện tử các bộ nguồn cao áp
có công suất lớn dễ chế tạo hơn và giá thành rẻ hơn. máy phân loại hạt dùng
tĩnh điện có công suất lớn, điện áp cao dùng để tách vật liệu thể hạt đợc áp
dụng rộng ri chủ yếu dùng trong công nghiệp mỏ để tuyển sa khoáng, vì các
hạt khoáng chất có tính dẫn điện khác biệt rất lớn so với các hạt đất đá và tạp
chất. ở các nớc: Mỹ, Đức Nga, Nhật bản...công nghệ này đợc ứng dụng
mạnh mẽ trong ngành công nghiệp sản xuất kẽm.
Từ những năm 1915 - 1920 riêng ngành công nghiệp kẽm ở các nớc
này đ sử dụng 150 máy phân loại bằng trờng tĩnh điện. Ngoài ra ở Mỹ nhà
máy Feccovill tuyển mỏ sa khoáng dùng máy phân loại Carpco kết hợp tĩnh
điện với dòng phóng điện coron gồm 36 trống, còn nhà máy Treul Ref sử
dụng 100 máy phân loại Carpco. Nhiều nớc khác nh Nigieria (nhà máy

16
JocPlato) tuyển Titan- colymot sử dụng máy carpco 4 trống, tại các Tiểu
vơng quốc ả rập thống nhất (nhà máy Umgabana - Carpco) và tại Anh (nhà
máy Rapid) cũng sử dụng máy Carpco để tuyển khoáng cát, thiếc, wonfram.
Hng Kali Und Zal AG (của Đức) chế tạo và ứng dụng máy phân loại bằng
tĩnh điện năng suất 10-30 T/h và nhà máy Vinterskhal công suất 2,1 triệu
tấn/năm. Hng Xamex (của Pháp) đ thiết kế chế tạo máy phân loại dùng tĩnh
điện năng suất 6 tấn/h dùng để tuyến Photphorat. ở Liên Xô (cũ) máy phân
loại coron tĩnh điện, điện môi đợc sử dụng đại trà trong các ngành tuyển sa
khoáng và làm sạch sản phẩm trong nông nghiệp: phân loại hạt ngũ cốc, hạt

rau quả... Tại nhà máy Vobus Kvebec (Canada) là nhà máy lớn nhất thế giới
sử dụng phơng pháp phân loại bằng điện trờng với công suất 6 triệu
tấn/năm.
Đến năm 1930 công nghệ phân loại bằng trờng tĩnh điện đợc áp dụng
thành công trong công nghiệp thực phẩm để làm sạch và phân loại các sản
phẩm nông nghiệp dạng hạt nh hạt cà phê, hạt rau [4], [19].
Từ đó đến nay, công nghệ phân loại làm sạch bằng trờng tĩnh điện và
coron đ bắt đầu áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau kể cả trong nông
nghiệp. Nghiên cứu sử dụng điện trờng mạnh với mục đích để phân ly, làm
sạch và chọn lựa hạt nông sản đ dợc đa vào áp dụng và đợc phát triển
theo ba hớng [4], [19].
+Trờng tĩnh điện
+Trờng phóng điện Corona
+Tổng hợp các trờng và các tác động khác (điện môi)
Quá trình phân ly hạt giống thành các nhóm riêng biệt trong máy phân
loại điện tĩnh điện dựa vào sự tác động tơng hỗ của điện trờng điện thế cao
với các hạt giống bị nhiễm điện. Các hạt này nhận đợc giá trị điện tích khác
nhau, do đó lực điện trờng tác động lên hạt không giống nhau. Sự khác nhau
về độ lớn điện tích của các hạt khi bị nhiễm điện xuất phát từ tính chất vật lý

17
(thể tích, hình dáng, tỷ trọng....) và các tính chất điện của hạt (độ dẫn điện, hệ
số từ thẩm) khác nhau. Tính chất điện liên quan mật thiết với thành phần hoá
sinh của hạt: hàm lợng tinh bột, chất đạm, chất béo, các Vitamin, độ ẩm...
Điều đó đảm bảo điều kiện để phân ly khối lợng chung của hạt gồm: hạt tốt,
hạt trung bình, hạt không tốt và các tạp chất thành các lô, nhóm hạt biệt lập có
chất lợng khác nhau [8], [17].
Hạt nông sản nói chung có dạng elíp tròn xoay và có tính chất điện môi
nh phân tử chung tính gồm hai điện tích đối xứng. Dới tác động của điện
trờng hạt bị phân cực, mất tính đối xứng và bị xoay theo chiều tác động của

mômen điện trờng làm cho trục dài của nó nằm dọc theo chiều điện trờng
[21]. Mômen quay tác dụng lên hạt đợc xác định theo biểu thức:

2h
2
0
.V.
8
42,0.E.
M


=
(2.1)
Trong đó: V
h
-Thể tích của hạt

2
- Hệ số đặc trng cho sự biến thiên của điện trờng phụ
thuộc vào hình dạng và độ thẩm điện môi.
- Góc nghiêng trục dài của hạt (elíp quay) so với mặt
phẳng điện cực.

0
- Độ thẩm điện môi của không khí.
E - Cờng độ điện trờng.
Mômen quay tác dụng lên hạt càng lớn khi hệ số hình cầu (tỷ số giữa
chiều rộng với chiều dài của hạt) nhỏ và quay hạt sao cho trục dài của nó dọc
theo chiều của điện trờng (Hình 1.1). Những hạt có tỷ trọng nhỏ, độ ẩm lớn

đợc định hớng ở cờng độ điện trờng nhỏ ( hạt số 1,2,4). Các hạt to, chắc,
tỷ trọng lớn và độ ẩm nhỏ định hớng ở cờng độ điện trờng lớn hơn (hạt số
3, 5) [22]. Có thể xác định cờng độ điện trờng và kích thớc lỗ sàng để
phân loại hạt giống theo yêu cầu sản xuất.


18


Hình 2.1. Hình ảnh định hớng hạt lúa mì ở các cờng độ điện trờng
a, E = 0 V/m ; b, E =
5
10.5,6
V/m ; c, E =
5
10.7
V/m;
d, E =
5
10.5,8
V/m

Những công trình nghiên cứu thiết bị phân loại hạt dạng sàng rung kết
hợp điện trờng cao áp (Hình 1.2) để phân tách hạt đ đợc chế tạo và sử dụng
trên các nông trờng của Liên xô (cũ) vào những năm 1954- 1965 [23]. Hạt
đa vào phân loại chuyển động theo chiều rung lắc của sàng đi qua điện

19
trờng có cờng độ cao, đờng sức vuông góc với mặt phẳng sàng. Dới tác
động của điện trờng hạt bị phân cực và định hớng có trục dài theo phơng

của đờng sức điện trờng làm tăng khả năng vợt qua lỗ sàng của hạt, giảm
sự kẹt lỗ sàng, nâng cao năng suất máy.

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý máy phân loại hạt dạng sàng rung
kết hợp điện trờng.
I - Điện cực phẳng.
II - Điện cực nối đất có lỗ sàng.
1- Hạt đợc định hớng trong điện trờng.
2- Hạt không đợc định hớng trong điện trờng.
3- Hạt đ đợc định hớng và lọt qua lỗ sàng với đờng kính gần với
chiều dầy hạt.
Ưu điểm của máy phân loai dạng sàng rung kết hợp điện trờng là cho
năng suất cao hơn so với máy cơ khí cùng loại không két hợp điện trờng,
nâng cao độ sạch đến 98%, tăng trọng lợng 1000 hạt lúa mì từ 31- 34 gam và
năng suất của lúa mì tăng 5-10% [8]. Nhng máy còn tồn tại một vài nhợc
điểm: sử dụng điện áp một chiều cao, khả năng phân ly hạt theo độ ẩm thấp,
khi hạt có độ ẩm 17- 25% thì năng suất của máy giảm 40- 60%, những hạt có
dạng gần hình cầu máy khó phân loại, cần có thêm thiết bị phụ làm sạch sàng

20
khỏi những hạt bị kẹt nhng thiết bị này chế tạo khá phức tạp và làm độ bền
của máy giảm.

Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý của máy phân loại hạt
bằng trờng tĩnh điện dạng trống quay
Máy phân loại dạng tĩnh điện đơn giản nhất chỉ có một trống quay
(Hình 2.3 a). Hạt từ phễu 1 đợc đa vào trống quay đ đợc tích điện, do
nhiễm điện tiếp xúc nên hạt nhận đợc điện tích cùng dấu với trống. Độ lớn
điện tích hạt nhận đợc phụ thuộc vào các tính chất của hạt. Các hạt có độ dẫn
điện lớn (các hạt ẩm, hạt lép) nhanh chóng đợc nạp điện và bị đẩy ra khỏi

trống quay, còn các hạt chắc nặng, độ ẩm thấp có độ dẫn điện kém hơn nhận
đợc điện tích nhỏ rơi ở máng hứng gần hơn. Các hạt bụi nhỏ bị giữ lại trên
trống và sau đó đợc làm sạch bằng bàn trải. Máy phân loại dạng tĩnh điện sử
dụng lực Cu-lông tác động lên các điện tích cùng dấu, độ lớn của những lực
này không phải lúc nào cùng đủ lớn để phân ly những hạt cần chọn lựa đặc
biệt hạt có trọng lợng và kích thớc lớn. Loại máy này thờng dùng để phân
loại các hạt có kích thớc và tỷ trọng nhỏ [19].
Để làm sạch và phân loại những hạt có kích thớc lớn hơn ngời ta lăp
đặt điện cực thứ hai có điện tích trái dấu, làm suất hiện điện trờng với cờng

21
độ điện trờng lớn hơn (Hình 2.3 b). Quỹ đạo chuyển động của các hạt đ
nhận đợc điện tích phụ thuộc không những vào độ lớn điện tích của chúng
mà còn phụ thuộc vào cờng độ điện trờng giữa các điện cực [17]. Điện tích
hạt nhận đợc khi trục dài của nó nằm dọc theo điện trờng đợc xác định bởi
biếu thức:

4
b
)k()1(1
E
Q
2
1h
h0
+

=
(2.2)

Trong đó:
h

- là độ thẩm điện môi của hạt
b - Độ dài trục ngắn của hạt

)(
1
k

- Hệ số làm giảm sự phân cực của hạt
Hạt nằm trên mặt trống phân ly chịu tác dụng bởi 4 lực (Hình2.4): trọng
lực, lực ly tâm, lực điện trờng, lực xạ ánh gơng và đợc mô tả bằng biểu
thức.

fFFFPF
axdtltms
).(
1
=
(2.3)
Trong đó:
P là Trọng lực của hạt và đợcphân tích thành hai lực thành phần
P
1
- Theo phơng pháp tuyến: P
1
= m.g.cos (2.4)
P
2

- Theo phơng tiếp tuyến: P
2
= m.g.sin (2.5)

ở
đó: - Góc giữa lực thành phần pháp tuyến và trọng lực hợp.
m- Khối lợng của hạt, kg.
g - Gia tốc trọng trờng, m/
2
s

F
lt
- Lực ly tâm vì hạt tham gia vào chuyển động quay cùng với trống
phân ly với vận tốc (v), kích thớc của hạt nhỏ so với đờng kính (D) của
trống nên lực ly tâm đợc xác định theo công thức:

D
v.m.2
F
2
lt
=
(2.6)

22
x
y
F
ax

F
dt

F
lt

P
1
P
2
P
F
ms
+









Hình 2.4. Lực tác động lên hạt trong trờng tĩnh điện trống quay
F
dt
- Lực điện trờng do tiếp xúc trống với điện cực, hạt tích điện với đại
lợng Q cùng dấu với điện tích trống điện cực

Q.EF

)(dt
=
(2.7)

ở
đó: E
(

)
- Cờng độ điện trờng phụ thuộc vào vị trí của hạt trên trống.
F
ax
- Lực ánh xạ gơng- Lực tạo bởi điện tích cảm ứng trên mặt
cực

0
2
2
0
2
0
2
0
2
2
ax
.r.9
Q
.)l2d(
Q

.d
Q
F

=
+
=

=
(2.8)

ở
đó: d - Khoảng cách giữa hai tâm điện của hạt, m.
d
0
- Khoảng cách giữa hai tâm hình học của hạt, m.
r - Bán kính của hạt, m; d
0
=2.r
f - Hệ số ma sát, f = const.
F
ms
- Lực ma sát.

23
Xét các điều kiện để hạt tách ra khỏi trống: Khi lực thành phần P
2
= F
ms

thì hạt bắt đầu trợt theo bề mặt trống do đó vận tốc tuyệt đối của hạt lớn hơn
vận tốc tiếp tuyến của trống. Tiếp tục chuyển động hạt sẽ bứt ra khỏi trống,
điều kiện để hạt bứt ra khỏi trống đợc biểu thị bằng công thức:

axdtlt
FFFP ++=
1
(2.9)
Thay các giá trị (2.4), (2.6), (2.7), (2.8) vào biểu thức (2.9) ta đợc:

0
2
2
)(
2
..9
.
.
cos..



r
Q
QE
R
vm
gm +==
. (2.10)
Vậy góc rơi của hạt sẽ là:

++=
0
2
2
)(
2
..9
.
.
1
.
cos



r
Q
QE
gmRg
v
(2.11)

Từ phơng trình (2.11) cho ta thấy góc rơi của hạt phụ thuộc vào điện
tích của hạt, cờng độ điện trờng và khối lợng của hạt. Cùng một cờng độ
điện trờng những hạt có điện tích, khối lợng và kích thớc khác nhau sẽ rơi
ở những máng hứng khác nhau. Ngời ta đ chứng minh đợc rằng những hạt
bị tổn thơng dễ tách ra khỏi những hạt bình thờng: cụ thể, khi phân loại hạt
lúa mì bằng điện trờng với nguyên liệu đầu vào chứa 43,1% tạp chất, sau khi
phân loại ở máng chính chỉ còn 0,2% và máng phụ là 57,6% tạp chất, trọng
lợng 1.000 hạt là 37,6 g trong khi nguyên liệu đầu vào là 21,9% và khi phân
loại với những lô lúa mì khác cũng có kết quả tơng tự [6], [8].
Trong chiều hớng sử dụng từ trờng tĩnh điện có một chi nhánh riêng
biệt đó là phân loại điện môi: phân ly các hạt trong những từ trờng không
đồng nhất [14], [21]. Phơng pháp phân loại điện môi đ đợc nghiên cứu ứng
dụng để phân ly hạt giống các cây nông nghiệp. Nguyên tắc này dựa trên sự
khác nhau về độ lớn và chiều của lực điện từ tác động lên hạt đ đợc phân
cực trong điện từ trờng không đồng nhất, mà điện trờng này đợc tạo ra bởi
các hệ thống điện cực dây quấn song song cách ly [19]. Đối với mỗi loại hạt

24
hệ thống điện cực có cấu tạo khác nhau. Trong phân ly điện môi các điện tích
tự do của hạt làm giảm quá trình phân tách, để loại trừ hiện tợng này ngời ta
sử dụng điện trờng xoay chiều. Máy phân loại điện môi đợc sáng chế ở Mỹ
năm 1924, còn ở Nga năm 1935 [19].

Hình 2.5. Máy phân loại điện môi trống quay
1- Bộ phận phân phối 6 - Dây cuốn
3- Chổi quét 7, 2 - Trống phân ly cách điện
4- Tấm điều chỉnh 8, 9- Đầu vào và đầu ra máy biến áp
5- Máng hứng 10 - Vành trợt

Dới sự hớng dẫn của viện sỹ I.Ph.Borodin, nhóm nghiên cứu

V.I.Taruskin đ chế tạo và sử dụng thiết bị phân ly điện môi để làm sạch và
phân chia hạt nông sản (Hình 2.5). Máy phân ly điện môi trống quay, sử dụng
trống quay theo chiều nằm ngang có cuộn dây thép cách điện. Trong điện
trờng, các hạt đợc phân cực. Hạt có cấu trúc nhiều lớp và độ thẩm điện môi
của các lớp không giống nhau, các lớp càng vào trong có độ ẩm khác hơn và
độ ẩm điện môi càng lớn. Dới tác dụng của điện trờng trên bề mặt hạt xuất
hiện các điện tích phân cực trái dấu, tạo lực tác động tơng hỗ hút hạt về phía
điện cực, lực điện trờng này phụ thuộc vào hình dạng kích thớc và bản chất

25
bên trong của hạt.
Khi quay, dới tác dụng tổng hợp của bốn lực chính: lực ly tâm, lực
điện trờng ép hạt vào mặt trống, lực ma sát và trọng lực. Hạt bắt đầu tách ra
khỏi bề mặt trống khi tổng các lực tác dụng lên hạt bằng không.
F
dt -F
lt
+Pcos=0 (2.12)
cos=
P
FF
dtlt

(2.13)
ở đó là góc hợp bởi trọng lực P với lực điện trờng F
dt
tại vị trí hạt
bắt đầu tách hạt ra khỏi mặt trống.
Những hạt nặng, to và chắc nhất có lực ly tâm lớn, điện trờng nhỏ sẽ
rơi vào lô I, các hạt chất lợng thấp hơn rơi vào lô II, còn các hạt nhỏ và nhẹ

dính trên bề mặt của trống và đợc quét đi bắng chổi rơi vào lô III [21], [22].
Dạng máy này sử dụng điện áp xoay chiều 50H
z
có trị số thấp hơn
10kV, nâng cao đợc khả năng phân loại theo độ ẩm so với dạng trống quay
kiểu tĩnh điện, làm việc ổn định ở độ ẩm dạng ban đầu đến 40%, độ hạt sạch
đạt đến 99%. Loại bỏ đợc 5-10% hạt giống cha chín sinh học và năng lợng
sinh trởng kém, 7-15% hạt có độ nảy mầm thấp, tăng độ nảy mầm hạt giống
7-15%, cho hạt nảy mầm đều cho phép cơ giới hoá các khâu chăm sóc và thu
hoạch.
Nhợc điểm của máy phân tách hạt loại này là sự định hớng của hạt
trên bề mặt trống quay mang tính chất ngẫu nhiên. Lực điện trờng tác dụng
lên hạt phụ thuộc không những vào tính chất điện trờng của chúng mà còn
phụ thuộc vào kích thớc diện tích tiếp xúc của hạt đợc bố trí trên bề mặt
cuộn dây điện cực. Lực điện trờng lớn nhất khi trục lớn của hạt đợc định
hớng dọc theo điện cực, còn trục nhỏ hớng vuông góc với điện cực.
Để phân ly tốt, hạt cần có sự định hớng giống nhau: trục dài hạt nằm dọc
theo điện cực. Muốn vậy ngời ta chế tạo các thiết bị có hệ thống các điện cực tự
định hớng [16]. Những điện cực này khó chế tạo vì phức tạp, mặt khác năng