Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состоянрїе вопроса механизации плющения зерна и задачи научных исследований 7
1.1. Зоотехнические требования к качеству плющения концентрированных кормов 7
1.2. Физико-механические свойства зерна фуражных культур 11
1.3. Современное состояние технологий приготовления концентрированных кормов с применением плющения зерна 16
1.4. Обзор конструкций плющилок зерна и рабочих поверхностей вальцов 32
1.5. Анализ научных работ по исследованию процесса плющения зерна 44
1.6. Задачи научного исследования 64
2. Теоретические предпосылки к разработке конструктивно-технологической схемы и обоснованию параметров и режимов работы двухступенчатой плющилки зерна различной влажности 66
2.1. Экспериментально-теоретические исследования деформации зерновки в процессе плющения 66
2.2. Разработка и усовершенствование плющилки зерна 85
3. Программа и методика экспериментальных исследований 89
3.1. Программа экспериментальных исследований 89
3.2. Лабораторная установка и методика определения физико-механических (прочностных) свойств зерна при различной влажности путем испытания зерновок на сжатие 90
3.3. Приборы, аппаратура и устройства для экспериментальных исследований 94
3.4. Методика проведения экспериментов 96
3.4.1. Общая методика исследований 96
3.4.2. Методика определения влажности зерна и гранулометрического состава плющеного продукта 97
3.5. Выбор критериев оптимизации и основных факторов процесса плющения 99
3.6. Методика проведения многофакторного эксперимента 100
4. Результаты экспериментальных исследований рабочего процесса плющилки зерна 103
4.1. Исследование физико-механических (прочностных) свойств
зерен ячменя различной влажности при плющении 103
4.2. Исследование влияния влажности материала и межвальцового
зазора на рабочий процесс плющилки зерна при одноступенчатом
плющении 107
4.3. Обоснование преимущества применения двухступенчатого
плющения перед одноступенчатым 110
4.4. Влияние установки вальцов на показатели рабочего
процесса 114
4.5. Исследование влияния диаметра и окружной скорости вальцов на рабочий процесс двухступенчатой плющилки 120
4.6. Влияние окружной скорости вальцов и влажности материала на показатели рабочего процесса двухступенчатой плющилки зерна 125
5. Эффективность работы двухступенчатой плющилки зерна 132
5.1. Технико-экономическое обоснование применения технологии плющения и консервирования зерна 132
5.2. Расчет энергетической эффективности двухступенчатой плющилки зерна 143
Общие выводы 152
Список использованной литературы 154
Приложения 169
- Зоотехнические требования к качеству плющения концентрированных кормов
- Обзор конструкций плющилок зерна и рабочих поверхностей вальцов
- Экспериментально-теоретические исследования деформации зерновки в процессе плющения
- Лабораторная установка и методика определения физико-механических (прочностных) свойств зерна при различной влажности путем испытания зерновок на сжатие
Введение к работе
Одно из важнейших условий высокоэффективного производства животноводческой продукции - обеспечение животных полноценными кормами, сбалансированными по питательным веществам в соответствии с зоотехническими требованиями.
Корма в структуре себестоимости производства мяса, молока и других продуктов животноводства составляют более 60%. От качества и подготовки их к скармливанию во многом зависит эффективность работы животноводческих ферм и комплексов.
Большое значение приобретает организация приготовления полнорационных кормов и более рациональное использование фуражного зерна в виде сбалансированных по основным питательным элементам комбикормов.
Из общего количества расходуемого фуражного зерна только половина перерабатывается в полноценные комбикорма и кормосмеси, а остальная часть скармливается в измельченном виде [1, 2, 3].
Многочисленными опытами установлено, что 20...25% энергии корма животные превращают в продукцию и 30...40% выделяют с отходами. Снизить потери корма возможно за счет улучшения их качества с помощью современных способов и приемов подготовки. При сушке зерна с влагой теряется часть питательных веществ и, чем интенсивнее высушивается зерно, тем меньше их в нем остается.
Один из способов сохранения питательности и увеличения переваримости зерна - использование технологии плющения и консервирования зерна, хранение его в герметичных башнях и траншеях, охлаждение зерна, а также хранение в открытых хранилищах после обработки химическими консервантами при высокой влажности. Применение этого способа обеспечивает снижение затрат на хранение на 20.. .30% и повышение привесов животных на 5.. .10%.
Таким образом, дальнейшее совершенствование рабочего процесса существующих конструкций плющилок зерна и разработка новых по-прежнему остается актуальной задачей.
Целью работы является обоснование параметров и режимов работы двухступенчатой плющилки зерна различной влажности.
Научную новизну работы составляют:
- результаты экспериментально-теоретических исследований распределения напряжений и деформаций внутри зерновки при плющении;
— теоретическое обоснование параметров и режимов работы плющилки зерна;
— конструктивно-технологическая схема двухступенчатой плющилки зерна (патент РФ № 2222380, положительное решение о выдаче свидетельства на полезную модель № 2002134550/20(037759));
— экспериментальное обоснование процесса двухступенчатого плющения;
- оптимальные конструктивно-технологические параметры и режимы работы двухступенчатой плющилки зерна.
Практическая ценность работы заключается в возможности использования разработанной двухступенчатой плющилки зерна с гладкой рабочей поверхностью в сельскохозяйственном производстве, позволяющей повысить качество плющения при меньших энергозатратах.
Проведены испытания двухступенчатой плющилки в производственных условиях ОНО Кировская лугоболотная опытная станция Всероссийского института кормов им. В.Р. Вильямса Оричевского района Кировской области.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ГУ ЗНИИСХ Северо-Востока им. Н. В. Рудницкого (тема 02.04.02 с Рос-сельхозакадемией, номер государственной регистрации 01970007280).
На защиту выносятся следующие основные положения:
- результаты экспериментально-теоретических исследований распределения напряжений и деформаций внутри зерновки при плющении;
- теоретическое обоснование параметров и режимов работы плющилки зерна;
- конструктивно-технологическая схема двухступенчатой плющилки зерна;
- экспериментальное обоснование процесса двухступенчатого плющения;
- оптимальные конструктивно-технологические параметры и режимы работы двухступенчатой плющилки зерна;
- экономическая и энергетическая эффективность двухступенчатой плющилки зерна.
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях: Вятской ГСХА (2001...2005 г.г.); ВНИИМЖ (Москва-Подольск, 2003 и 2004 г.г.).
Основное содержание диссертационной работы изложено в 11 научных публикациях, в том числе патенте РФ и положительном решении о выдаче свидетельства на полезную модель.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы из 151 наименования и приложений. Работа содержит 187 страниц, 50 рисунков, 26 таблиц, 6 приложений.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю академику Россельхозакадемии, доктору технических наук, профессору В.А. Сысуеву, доктору технических наук, профессору П.А. Савиных и доктору технических наук, доценту А.В. Алешкину, а также сотрудникам НИИСХ Северо-Востока: кандидату технических наук Н.А. Чернятьеву, инженеру Н.Н. Соболевой, аспиранту И.Ю. Заболотских, принимавшим участие в работе на различных ее этапах.
Зоотехнические требования к качеству плющения концентрированных кормов
Подготовленный для скармливания сельскохозяйственным животным корм должен отвечать зоотехническим требованиям соответствующих стандартов или технических условий на корма [4, 5, 6, 7, 8]. Эффективность корма будет тем выше, чем больше он соответствует по своим физико-механическим свойствам и содержанию питательных веществ потребностям животных [9, 10].
Концентрированные корма, содержащие большое количество питательных веществ (зернофуражных злаков, бобовых культур, жмыха и др.), перед скармливанием подвергают механической обработке — измельчению. Благодаря измельчению сырья существенно повышается общая поверхность частиц корма, что способствует лучшему пищеварительному процессу в организме сельскохозяйственных животных. Кроме этого, у зерновых и зернобобовых культур разрушается оболочка, которая препятствует воздействию пищеварительных ферментов на остальные части зерна.
Мартынов СВ. [11] утверждает, что переваримость плющеного ячменя на 25...33% больше, чем целого, а привесы при кормлении бычков хлопьями толщиной 0,7 мм были на 5% больше, чем при скармливании хлопьев толщиной 2 мм [12]. Максимальная переваримость достигается при кормлении животных измельченным зерном с абсорбционным числом (степенью измельчения) 0,9...1,0 [13]. Последнее определяется как отношение количества воды, абсорбированного 100 г зерна, помещенного в 200 г воды и перемешанного в течение 10 мин, к количеству сухого вещества, содержащегося в зерне.
Ромалийским B.C. [14] для оценки степени плющения была принята абсорбционная характеристика хлопьев, то есть абсорбционное число, которое потом было использовано при разработке исходных требований на плющилки и внесено в РД (руководящий документ) на испытание таких машин. Максимальная переваримость достигается при кормлении животных плющеным зерном с абсорбционным числом 0,8... 1,0 (минимальное значение - 0,5).
Мерко А., Мельников Е., Сергеева Е., Ушакова А. [15] исследовали влияние подготовки зерна на качество хлопьев. При плющении зерна в хлопья по 8 следние должны быть одинаковой толщины, содержать минимальное количество крошки и мучки, быть достаточно прочными, чтобы не крошиться при хранении, перевозках, перезатаривании в мелкую тару.
Получение хлопьев нужной толщины определяется величиной рабочего зазора между вальцами, но эти величины неоднозначны. Толщина хлопьев, вышедших из вальцов, постепенно увеличивается в результате релаксации напряжений, вызванных прессованием. Опытным путем могут быть определены коэффициенты восстановления толщины хлопьев Кв, представляющие собой отношение толщины хлопьев после ее восстановления Н и величины межвальцового зазора h. Коэффициент восстановления зависит не только от свойств исходного продукта и способов подготовки, но и величины межвальцового зазора. С уменьшением зазора коэффициент восстановления повышается.
При различных способах подготовки возможна неравномерная обработка отдельных зерен, вызванная не только их разным качеством, но и неравномерным увлажнением, которое выравнивается в процессе отволаживания, неравномерным пропариванием и т. д.
В представленных экспериментальных исследованиях определялись некоторые показатели, характеризующие изменение структурно-механических свойств шелушеного зерна ячменя, пшеницы и ржи, подготовленного разными способами и подвергавшегося плющению. Были исследованы следующие способы подготовки: 1) зерно увлажняли до 25 %, отволаживали в течении 16 ч, пропаривали при давлении пара 0,1 МПа в течение 3 мин, подсушивали, снимая 2...3 % влаги, шелушили до выхода 80 % у ячменя и 90 % у пшеницы и ржи; 2) зерно пропаривали при таких же параметрах, слегка подсушивали, шелушили до такого же выхода; 3) зерно увлажняли и отволаживали как в первом способе, но не пропаривали, подсушивали, снимая также 2...3% влаги, шелушили до такого же выхода. При производстве хлопьев из зерна ржи последнюю в вариантах подготовки 2 и 3 увлажняли до 20 %. Зерно плющили при разных зазорах между вальцами плющильного станка. Хлопья подсушивали до влажности 13...14%. Определяли размерный состав хлопьев, их крошимость и толщину (табл. 1.1 и 1.2). Таблица 1.1 Размерный состав и крошимость хлопьев, полученных при межвальцовом зазоре 0,2 мм Культура Вариант гидротермической обработки Сход с сита, % Проход сита,%; отверстия0 2,5 мм Крошимость, %(проход сита сотверстиями0 2,5 мм) Результаты исследований показали весьма существенное влияние на структурно-механические свойства зерна и крупы пропаривания и увлажнения, особенно при высоких значениях (25 % и выше) последней операции. Так, пропаривание сухого зерна не приводит к изменениям, положительно сказывающимся при последующем плющении крупы в хлопья. Структура ядра остается хрупкой, что приводит к разрушению значительного количества ядер при плющении, о чем свидетельствует большое количество крошки и мучки. Неразрушенные ядра образуют непрочные хлопья, крошимость которых велика.
Обзор конструкций плющилок зерна и рабочих поверхностей вальцов
Многочисленными исследованиями [54,55] установлено, что лишь 20...25 % энергии получаемой животным с кормом превращается в животноводческую продукцию и 30...40 % выделяется с отходами. Поэтому повысить эффективность использования кормов возможно за счет улучшения их качества с помощью современных способов и приемов подготовки.
Один из способов сохранения питательности зерна - консервирование и хранение его в герметичных башнях и траншеях, а также хранение в открытых хранилищах после обработки химическими консервантами при высокой влажности. Применение этого способа обеспечивает снижение затрат при хранении на 20...30 % и повышение привесов животных на 5... 10 % [56, 57 и др.]. Большое распространение в зарубежной практике получили хранение законсервированного зерна и метод герметичного хранения зерна (Англия, США и др.). Наиболее целесообразный способ подготовки влажного зерна к скармливанию — его плющение. В настоящее время эта проблема становится наиболее актуальной ввиду того, что плющение влажного зерна - единственно целесообразный способ его подготовки к скармливанию, позволяющий значительно повысить эффективность переработки и продуктивность животных. В США до 40 % зерна обрабатывается плющением [58].
Плющение зерна широко используется в зарубежной практике, в нашей стране — крайне редко, так как промышленность выпускает мало плющилок, и поэтому они пока не заняли должного места в технологическом процессе приготовления комбикормов для крупного рогатого скота. Следует отметить, что использование зерноплющилок в комбикормовом производстве привело бы к сокращению расхода энергии на измельчение зерна, повышению поедаемости и усвояемости корма не только для крупного рогатого скота, но и для других животных [59].
По конструктивным схемам расположения вальцов плющилки могут быть с внешним контактом и внутренним контактом рабочих поверхностей [60]. Плющилка с внешним контактом поверхностей вальцов обеспечивает рабочий процесс путем обработки зерна в зазоре между двумя вращающимися навстречу друг другу вальцами. Вальцы могут быть одинакового и разного диаметра, а линейные скорости их рабочих поверхностей, как правило, одинаковые или отличаются друг от друга незначительно. Конструктивная схема плющилки с внутренним контактом рабочих органов, аналогична прессующему узлу гранулятора, где в качестве матрицы используется сплошной (без отверстий) барабан, внутри которого размещен валец малого диаметра. Барабан и валец имеют индивидуальный привод [60].
Для заготовки влажного зерна с плющением и консервированием фирма "Aimo Kortteen Konepaja Оу" разработала оригинальные вальцовые плющилки серии "Murska" (рис. 1.7), шнеки "Murska System" [47], постоянно совершенствуемые в процессе их эксплуатации. Предлагаемые фирмой вальцовые плющилки "Murska 350 S, 700 S, 1000 S, 1400 S, 2000 S 2x2" (рис. 1.7, табл. 1.8) работают как в стационарном положении с приводом от электродвигателя (например, при плющении сухого зерна зимой), так и при установке их на навеску трактора с приводом от карданного вала ВОМ (например, при закладке в сенажные башни во время уборки зерновых).
Конструкция плющилок "Murska" предусматривает бесступенчатое регулирование положения вальцов для плавного изменения зазора между ними. Подпружиненные точечнорифленые вальцы изготовлены из специальных сталей. Плющение осуществляется в тот момент, когда содержание питательных веществ в зерне максимально. В стандартный комплект оборудования для заготовки кормов с плющением и консервированием зерна входят: плющилки серии "Murska"; электрический дозатор для подачи плющеного зерна; дозатор консерванта (например, АИВ-3); оснастка для установки электродвигателя; элеватор и оградительные щиты вальцов; шнеки "Murska System".
Вальцовые плющилки "Murska 220" с низким уровнем шума, малой пыле-проницаемостью и небольшой удельной потребляемой мощностью нашли широкое распространение в хозяйствах разных типов. Например, оптимальной плющилкой для свиноводческих хозяйств является "Murska 220 Н" с рифлеными вальцами.
С 1999 г. в СПК "Красногвардейский" Ленинградской области коровы в виде корма получают 7...8 кг консервированного плющеного зерна в день на голову [47, 61]. Себестоимость консервированного зерна составила 0,63 рубУкг, а покупной комбикорм стоил около 2 руб./кг, что подтверждает экономический эффект от применения технологии плющения и консервирования зерна. Удои возросли до 20 л молока в день от коровы. В 1999 г. хозяйство приобрело более мощную плющилку "Murska 700 S" (10 т/ч), удои молока за год от одной коровы возросли до 7200 л.
Шнеки "Murska System" и вальцовые плющилки "Murska 220" можно соединить с узлами конвейерной системы или со шнеками, оснащенными собственным электродвигателем. Аналогично собираются линии, позволяющие производить все необходимые операции по технологии плющения зерна и приготовления других видов кормов. Системы состоят из унифицированных узлов и деталей, поэтому их можно видоизменять и приспосабливать к запросам отдельных заказчиков.
Разрабатываемая плющилка [40] предназначена для плющения влажного зерна, ввода консерванта и смешивания его с плющеным зерном, выгрузки массы в транспортное средство. Плющилка представлена на рисунке 1.8. Пропускная способность плющилки на зерне ячменя, влажностью 25.. .30 % при зазоре между вальцами 0,8 мм - 20 т/ч, масса 650 кг. В настоящее время отдельные предприятия в республике Беларусь: это ООО «Амкадор-Можа» и «Эпос» г. Логойск, организовали единичное производство плющилок пропускной способностью 2...5т/ч, но необходимо провести приемочные испытания и получить достоверные рекомендации по применению. В Республику Беларусь поставляются плющилки импортного изготовления: финские типа «Murska» и канадские «RENN», которые имеют паспортную производительность от 2,2 до 26 т/ч, но не прошедшие сертификацию в РБ [40, 53]. - приемный бункер; 2 - дозатор подачи зерна; 3 - вальцы плющильные с устройством для регулирования зазора между вальцами; 4 — смеситель; 5 — выгрузной транспортер; Плющилки фирмы «RENN» (Канада) отличаются от плющилок «Murska» диаметром вальцов и наличием дифференциала.
В 2001 году "Лужская сельхозтехника" представила несколько плющилок собственного производства. Плющилки представляют собой аналог финской плющилки Murska 700 S, но качество изготовления низкое, отсутствует надежное предохранительное устройство, малая упругость рессоры. Болтовые крепления не надежны, быстро откручиваются от вибраций [45]. Дальнейшее совершенствование конструкции плющилки, увеличение ресурса и устранение мелких недостатков приведет к оптимальному параметру соотношения цены и качества изготовления.
С 2001 года в ряде районов Республики Татарстан начала применяться технология заготовки консервированного плющеного зерна. Для этих целей применяются вальцовые мельницы зарубежного (финская фирма " Aimo Kortteen Konepaja Оу") и отечественного производства. Появление на рынке широкого спектра вальцовых мельниц-плющилок отечественного производства позволяет потребителям выбрать как по цене, так и по качеству и производительности.
В Республике Татарстан освоено производство этих машин тремя предприятиями: ЗАО "Кулонэнергомаш" (г. Казань), ООО "Роста", фирма "Каскад". Научно-производственное предприятие "ЗЕРНОМАШ" г. Пермь выпускает установку плющения зерна УПЗ (вальцовую мельницу). Вальцовая мельница предназначена для плющения свежеобмолоченного кормового зерна для силосования, а также сухого подкисленного зерна в кормопроизводстве.
Экспериментально-теоретические исследования деформации зерновки в процессе плющения
Среди множества перспективных методов обработки зерновых материалов для кормоприготовления в последнее время исследованию процесса плющения зерна уделяется особое внимание. Этот прием позволяет сохранять полезные свойства исходного продукта при улучшении его перевариваемости животными, а также не требует предварительной сушки зерна и более приемлем с точки зрения шумности и запыленности помещения кормоцеха. Научный анализ процесса плющения посвящен в основном описанию условий захвата зерновки вальцами и силовому взаимодействию между ними [92, 103, 104, 105, 106, 107, 83 и др.]. Однако, вопрос о распределении напряжений и деформаций внутри каждой зерновки в процессе плющения не изучен в силу сложности постановки задачи об объемной деформации при наличии физической и геометрической нелинейности. Рассмотрим задачу о деформации зернового материала [108, 109], применяя метод конечных элементов. Будем полагать, что диаметр вальцов (рис. 2.1) достаточно велик для обеспечения захвата отдельной зерновки и, что ее центр масс после захвата перемещается с постоянной скоростью, равной окружной скорости вальцов. В силу симметричности нагружения и достаточно симметричной формы зерновки рассмотрим деформацию ее четвертой части (рис. 2.2,2.3). Наиболее простым объемным конечным элементом является тетраэдр с четырьмя узловыми точками, которые являются его вершинами [110] (рис. 2.4). Перемещения четырех вершин тетраэдра в направлениях трех координатных осей являются обобщенными координатами Рис. 2.1. Схема взаимодействия зерновки с вальцами Рис. 2.2. Схема разбиения четверти зерновки на слои: 1 - первый ряд элементов; 2 - второй; 3 - третий Для узловых сил {/? ]= (Л1д. Rly Rlz...R4x R4y RAzJ, которые являются обобщенными силами и узловых перемещений при равновесии элемента выполняется уравнение где [Ке\ — матрица жесткости элемента (ее формирование проводилось в соответствии с соотношениями линейной теории упругости [110]). где [Ае J содержит текущие координаты x,y,z в соответствии с соотношением (2.4), а для каждого элемента компоненты матрицы [Ве\ являются постоянными и соответствуют координатам узловых точек данного элемента.
Вычисляя частные производные от уравнения (2.8) по координатам, получим компоненты относительной деформации где матрица [ ] имеет размеры 6x12. Если обращение матрицы [Ве\ выполняется с числовыми значениями для каждого элемента по отдельной подпрограмме, то для нахождения строк матрицы [)] удобно воспользоваться следующей процедурой. последняя матрица содержит нулевые элементы, кроме элемента первой строки, на месте координаты д: в матрице \Ае\ . Вместо х стоит единица, что соответствует вычислению частной производной по Л; первой строки матрицы Матрица \А,Л имеет размеры 3x12 и все ее элементы равны нулю, кроме элемента второй строки, стоящего на месте переменной у в матрице [Ае\ . Этот элемент равен единице. Аналогично (2.15) После получения матриц жесткости для всех элементов четвертой части зерновки они объединяются в глобальную матрицу жесткости для всей механической системы. С целью объединения матриц жесткости элементов формируется топологическая матрица, которая содержит в каждой строке номера узлов упорядоченных в порядке обхода основания тетраэдра против часовой стрелки для наблюдателя, находящегося на вершине. В первом столбце указывается номер вершины, а в трех последующих - номера узлов основания, например, для тетраэдра на рисунке 2.3. Строка топологической матрицы имеет вид: (2;1;4;3), либо(1; 2; 3; 4) и т.п. Номер строки соответствует номеру конечного элемента в глобальной нумерации. Кроме топологической требуется координатная матрица, в которой в каждой строке содержаться координаты x,y,z узлов механической системы, причем номер строки равен номеру узла в глобальной нумерации. Поскольку свойства материала принимались одинаковыми по всем направлениям, то все координаты узлов заносились в координатную матрицу глобальной системы координат. Для фрагмента зерновки из тридцати элементов т = 30 при двадцати четырех узлах п = 24 число обобщенных координат будет равно Ъп = 72. Топологическая матрица имеет размеры 30 х 4, а координатная 24 х 3. Следующим этапом формирования глобальной матрицы жесткости является составление матрицы индексов. Матрица индексов содержит двенадцать столбцов, по три на каждый столбец топологической матрицы и тридцать строк. Приведем фрагмент программы на алгоритмическом языке "Фортран" для формирования матрицы индексов ( IW (I,J) - двумерный целочисленный массив размером п х 3; TOP (I,J) — массив размером тх4, содержащий топологическую матрицу; IM (I,L) - массив, содержащий матрицу индексов: т х 12; I, J, К - целые переменные; DO - оператор цикла с метками 2,3,4. С помощью матрицы индексов формируется глобальная матрица жесткости механической системы. Для этого организуется цикл по элементам, в котором формируются матрицы жесткости каждого элемента \Ке\ , размером 12x12. Их элементы добавляются в ячейки глобальной матрицы жесткости \К\ , которая имеет размеры Ъп х Ъп. В нашем случае 72 х 72. Фрагмент алгоритмической программы (приложение 1) выглядит так и затем, во внутреннем цикле внесение ее элементов в ячейки в матрицы [К\ . Многоточие после первой строки фрагмента соответствует формированию матрицы [Ке\ по изложенному выше алгоритму.
Лабораторная установка и методика определения физико-механических (прочностных) свойств зерна при различной влажности путем испытания зерновок на сжатие
Изучение вопроса о распределении напряжений и деформаций внутри каждой зерновки в процессе плющения в межвальцовом зазоре плющилки зерна невозможно без исследования прочностных свойств зерновки. Исследования физико-механических свойств кормовых материалов и соответствующие методики приведены в работах [116, 117, 26,27, 18].
Нами совместно с кандидатом технических наук Микрюковым К.Ю. [118] для исследования прочностных свойств зерна были подвергнуты испытанию на сжатие зерновки ячменя, поскольку при исследованиях плющилки также используется ячмень как основная и наиболее прочная кормовая культура. Для этого из зерновки вырезался образец в форме прямоугольного параллелепипеда и при помощи микрометра МК 0 — 25 мм определялись его размеры. Испытания проводились на специально созданной установке (рис. 3.1 а), которая состоит из кронштейна 9, закрепленного на основании 4, штока 10, удерживаемого во втулке кронштейна за счет винтового механизма, ручки 11 привода винтового механизма, сменного стержня 8 с закрепленным на нем индикатором 1 (ИЧ 0 — 10 мм), предметного столика 2, представляющего собой металлический диск с тремя ножками 7, опирающимися на упругий тонкий металлический диск 6 с наклеенными на него четырьмя тензорезисторами 3. Диск 6 свободно установлен на основании 4 через втулку 5, что позволяет ему свободно изгибаться.
Электрическая схема включения прибора приведена на рисунке 3.16; Тен-зорезисторы Rl - R4 включены по мостовой схеме. В одну диагональ моста включен источник постоянного напряжения ИП. Другая диагональ подключена к усилителю У, с выхода которого усиленный сигнал поступает на мультиметр V, включенный в режиме цифрового вольтметра. Показания напряжения отображались на экране в виде четырехразрядного числа. Верхний предел измерений был установлен равным 2 В. На рисунке 3.2 приведен общий вид установки. Испытания проводились следующим образом. Испытуемый образец помещался на предметный столик 2 под стержень 8 с плоским торцом. Стержень 8 при помощи ручки 11 подводился вплотную к образцу. В этом положении перемещением кронштейна крепления индикатора 1 по стержню 8 и регулировкой шкалы устанавливали стрелку индикатора на нулевую отметку. Также фиксировались показания напряжения на экране мультиметра (смещение нуля).
Схема прибора для испытания зерна на сжатие {а) и электрическая схема измерительного устройства {б): 1 - индикатор ИЧ 0-10 мм; 2 - предметный столик; 3 - тензорезисторы; 4 - основание; 5 - втулка; 6 - упругий металлический диск; 7 - ножки предметного столика; 8 - сменный стержень; 9 - кронштейн; 10 - шток; 11 - ручка привода винтового механизма; R1-R4 - измерительный тензомост; ИП - источник питания; У - усилитель; V - мультиметр M890D
При вращении ручки 11 стержень 8 опускался, сжимая тем самым образец. Усилие через ножки 7 столика 2 передавалось диску 6, изгибая его. Величина деформации регистрировалась тензорезисторами и на индикаторе мультиметра отображалось число (напряжение), пропорциональное усилию сжатия. Показания напряжения записывались через каждые 0,02 мм деформации образ 92 ца до 0,50 мм и через каждые 0,05 до конца его сжатия, отображаемой стрелочным индикатором 1. Сжатие производилось до момента разрушения образца, соответствующего максимальному пределу чувствительности тензорезисторов. Рис. 3.2. Общий вид установки Полученные значения усилий принимались с учетом смещения нуля. Для пересчета показаний мультиметра в прилагаемые усилия предварительно была проведена тарировка прибора. Для этого центр предметного столика последовательно нагружался грузами, и фиксировались показания мультиметра U, В, для каждой массы т, кг, после чего был построен тарировочный график (рис. 3.3), при помощи которого рассчитывались значения усилий сжатия. где / - высота образца, мм; А/ - показания индикатора, мм. Коэффициент поперечной деформации (или коэффициент Пуассона) рассчитывали по выражению где є - относительная поперечная деформация. Относительная поперечная деформация определялась по формуле г = АЬ/Ь , (3.4) где ЛЬ - абсолютная поперечная деформация образца, мм; Ъ — поперечный размер образца до приложения к нему сжимающей силы Р, мм. Модуль упругости Е — это физическая постоянная материала, характеризующая его жесткость. Чем больше значение Е, тем меньше при прочих равных условиях продольная деформация. Модуль упругости вычислялся по формуле где От — предел текучести, МПа; Єт - относительная продольная деформация материала, соответствующая пределу текучести. Коэффициент Пуассона ju наряду с модулем упругости Е характеризует упругие свойства материала. Коэффициент Пуассона определяется экспериментально. Для различных материалов он имеет значение от нуля (для пробки) до величины, близкой к 0,50 (для резины и парафина). Для стали коэффициент Пуассона равен 0,25...0,30; для ряда других металлов (чугуна, цинка, бронзы, меди) он имеет значение от 0,23 до 0,36 [111, 119]. Приборы, аппаратура и устройства для экспериментальных исследований Для измерения и регистрации контролируемых параметров при исследовании плющилки зерна были изготовлены и использовались различные приборы, аппаратура и устройства. Перечень измерительной и регистрирующей аппаратуры, используемой при экспериментальных исследованиях, приведен в таблице.
