УДК 631.363.21
Исследование процесса разрушения зерна
Смолякова В.Л., Костанайский государственный университет
им. А. Байтурсынова
Одним из важнейших условий успешного развития животноводства является создание прочной кормовой базы. Концентрированные корма, в т.ч. и фуражное зерно, занимают особое место в рационе, обладая высоким содержанием питательных веществ и энергетической ценностью.
Использование в качестве корма для животных зерна кукурузы особенно эффективно, т.к. оно отличается высокой питательностью. В 1 кг зерна кукурузы содержится 1,34 кормовой единицы, или на 0,2 кормовой единицы больше, чем во ржи, ячмене и пшенице, от 2,5 до 5,7 % жира, состоящего в основном из смеси триглицеридов и частично связанного с клейковиной, клетчаткой и крахмалом. Жир кукурузы содержит до 50 % линолевой кислоты. В состав жира входят в небольшом количестве олеиновая, арахидиновая, пальмитиновая, стеариновая и рацинолевая кислоты, придающие зерну хороший вкус и ароматичность. Благодаря высокой энергетической ценности зерно кукурузы является незаменимым компонентом при откорме свиней, выращивании бройлеров, а также при кормлении высокопродуктивных дойных коров и откорме КРС.
Для приготовления кукурузы одним из самых распространенным и сложным процессом является измельчение, так как 90% способов переработки кормового сырья основано на изменении формы и размеров материала. При использовании измельченного зерна продуктивность животных повышается в среднем на 10-15%.
Так как питательные вещества усваиваются организмом животных только в растворенном виде, то интенсивность обработки частиц корма желудочным соком прямо пропорциональна площади их поверхности. В результате измельчения кормов образуется множество частиц с большой общей площадью поверхности, что способствует ускорению биологического процесса пищеварения и повышению усваиваемости питательных веществ, однако есть оптимальные, рекомендованные ГОСТом размеры частиц для вида и половозрастного состояния животных.
Способы измельчения выбираются в зависимости от физико-механических свойств зерна кукурузы, т.е. способности его сопротивляться определенному виду деформации и предъявляемой технологии его использования.
Рис. 1 – Схема для определения работы
разрушения (А):
1–стойка; 2–вал; 3–пластина;
4–шкала; 5–основание; 6 – фиксатор образца
Для обоснования рабочей поверхности молотка дробилки кукурузы изготовлена экспериментальная установка (рис. 1), которая состоит из основания 5 и вертикальной стойки 1, шкала 4 для замера угла вылета пластины 3 после удара, фиксатора образца 6, на верхней части стойки крепится горизонтальный вал 2, служащий осью подвеса пластины 3.
Реализацию обоснования конструктивных параметров рабочего органа дробилки осуществляли используя симметричный квази-D-оптимальный план Песочинского [1], по которому исследовали 3 фактора: Х1 – угол скоса пластины, град; Х2 – масса пластины, г; Х3 – угол подъема пластины, град (см. табл. 1, 2).
Таблица 1 – Кодировка факторов
|
Х1,
град |
Х2,
г |
Х3,
град |
|||
|
Код
|
Значение
|
Код
|
Значение
|
Код
|
Значение
|
|
+ |
60 |
+ |
490 |
+ |
90 |
|
0 |
30 |
0 |
355 |
0 |
70 |
|
- |
0 |
- |
220 |
- |
50 |
Опираясь на свойства факторов, 2 и 3 факторы объединили уравнением работы разрушения (ударная вязкость).
Определение ударной вязкости (работы разрушения) зерна осуществляли по известной зависимости [2 ]:
(1)
где G – масса пластины, г; l0 – длина пластины, м; α0 – угол подъема до разрушения, град; α1 – угол подъема после разрушения, град.
Таблица 2 – Матрица планирования экспериментов по частной методике
|
Номер опыта |
Х0 |
Х1 |
Х2 |
Х1 Х2 |
|
|
А, кг∙м |
|
1 2 3 4 |
+ + + + |
+ – + – |
+ + – – |
+ – – + |
0,33 0,33 0,33 0,33 |
0,33 0,33 0,33 0,33 |
– 0,0661 – 0,0461 – 0,0712 – 0,0213 |
|
5 6 7 |
+ + + |
– + 0 |
0 0 – |
0 0 0 |
0,33 0,33 – 0,67 |
– 0,67 – 0,67 0,33 |
– 0,0261 – 0,0357 – 0,0240 |
|
8 9 |
+ + |
0 0 |
+ 0 |
0 0 |
– 0,67 – 0,67 |
0,33 – 0,67 |
– 0,0165 – 0,0195 |
|
Сумма квадратов |
9 |
6 |
6 |
4 |
2 |
2 |
– 0,3265 |
Значимость коэффициентов определяли по критерию Стьюдента, что позволило получить уравнение регрессии, адекватность которого проверялась по критерию Фишера.
В результате проведенных исследований получено уравнение регрессии адекватно описывающее процесс разрушения зерна кукурузы:
У = – 0,036 –
0,013·Х1 – 0,002·Х2 + 0,0075·Х1·Х2
– 0,024·Х12 – 0,0132·Х22 (2)
Обработка проводилась с использование компьютерной программы MathСad 6,5 и позволила получить оптимальные значения факторов:
Х1 = – 0,27 ≈ 22º (угол скоса пластины).
Х2 = – 
= - 0,076 кг·м (ударная
вязкость).
Обоснованный угол скоса пластины использовали при изготовлении рабочего органа экспериментальной дробилки, что повысило эффективность дробления на 11,2%.
Литература
1.
Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами
планирования экспериментов. // М. Машиностроение. София. Техника. 1980. – 237с.
2. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений. Справочное пособие под ред. Касаткина В.С. Киев. «Научная думка». 181.-с.114.