Комплексные условия разрушения зерна

09.05.2015

Детальную работу по изучению прочности отдельных зёрен в зависимости от комплекса различных факторов (размер зерна, его форма, консистенция, влажность и взаиморасположение с другими зёрнами) провёл Врасский, исследовавший 20 сортов пшеницы яровых и озимых как мягких, так и твёрдых, причём особенно тщательно подверглись испытанию два сорта твёрдой пшеницы (Мелянопус 069, Гордеиформе 0189) и четыре сорта мягкой (Цезиум 0111, Лютесцеис 002, Украинка 246 и Гостианум 237). Испытания проводились па пружинном динамометре Демидова с автоматической записью результатов в виде диаграммы сжатия. Опыты эти показали, что величина сопротивления раздавливанию колеблется в широких пределах и что сортам твёрдой пшеницы свойственна более высокая сопротивляемость разрушению, а мягкие и гибриды отличаются меньшей сопротивляемостью, причём постоянства прочности в пределах сорта не наблюдается.
В табл. 6 приведены цифры прочности на раздавливание по разным сортам в зависимости от процента влажности.

Комплексные условия разрушения зерна

Из данных таблицы следует, что интенсивность снижения сопротивляемости сжатию находится в зависимости от степени увлажнения.
Кроме влияния влажности, Врасский рассмотрел также влияние размера зерна, степени его стекловидности и формы. Более крупные зёрна в пределах сорта, по данным Врасского, обладают большей, доходящей до четырёхкратной, сопротивляемостью раздавливанию, причём кроме размеров имеет значение и форма.
Полученные результаты подтвердили выводы, сделанные раньше Афанасьевым, Пэнсом и Тарутиным о снижении сопротивляемости раздавливанию при увеличении влажности, причём величина этого снижения тем больше, чем выше степень увлажнения. Кроме того, у твёрдых сортов пшеницы коэффициент снижения сопротивляемости во всех случаях больший, чем у мягких, что совпадает с наблюдениями Пэнса.
Вместе с тем Тарутин в своих работах обращает внимание на то, что при повышении влажности зерна требуется для размола на вальцевых станках большая затрата энергии, в то время как при раздавливании того же влажного зерна на прессах усилия уменьшаются.
Объяснение этого явления Тарутин видит в том, что при размоле влажного зерна между валками станка часть энергии тратится па «вредное сжатие» частиц зерна. Образующиеся при этом сжатии плотные лепёшки требуют дополнительной затраты энергии на дополнительное измельчение.
Из других исследований нужно указать на работы Демидова, который на специальном приборе провёл исследование трёх сортов украинской пшеницы —Украинки, Кооператорки и Арнаутки Одесской области, с учётом тех же факторов. Результаты исследований Демидова подтвердили и для этих сортов пшеницы выводы других авторов.
Кроме изучения прочности зерна в целом, заслуживают внимания упомянутые выше опыты Гиршсона, исследовавшего прочность чистого эндосперм а зерна на сжатие и скалывание в зависимости от консистенции зерна. Удельную величину разрушающего усилия (кГ/см2) Гиршсон определил на кубиках чистого эндосперма. При этом, как уже указывалось, было установлено, что для стекловидных сортов пшеницы усилие на сжатие требуется в2 раза больше, чем для мучнистых (33,1 и 17 кГ/см2). Это усилие на сжатие для стекловидных сортов в 3,5 раза, а для мучнистых в 5% раз больше, чем усилие на скалывание — лишнее доказательство правильности применения относительных скоростей при работе вальцевых станков, чтобы использовать усилие на скалывание, а не на сжатие.
К сожалению, автор не приводит характеристики деформации кубиков и описания аппарата, но полученные результаты во всяком случае определённо говорят о резкой разнице в усилиях, необходимых для разрушения стекловидной и мучнистой пшеницы. У всех видов пшеницы (твёрдой, мягкой стекловидной и мягкой мучнистой) наибольшее сопротивление эндосперм оказал усилиям сжатия, доходившим у Дурум до 58 кГ/см2, а затем растяжению, скалыванию и, наконец, срезыванию.
Опыты с чистым эндоспермом проводил также Демидов на своём специальном приборе, получив диаграмму сжатия эндосперма пшеницы Арнаутка. При первоначальной влажности зерна
11,4%, последующем увлажнении до 15,5% и отволаживании в течение 48 часов усилия на сжатие эндосперма уменьшились на 30%, а усилия на скалывание —на 63,6%.
Приведёнными выше работами исчерпывается в основном опубликованная по настоящее время и у нас и за границей литература по изучению механической прочности зерна. Подавляющее большинство этих работ выполнено, как мы видели, в течение последних 10 лет, причём все они, за исключением работы Пэнса, осуществлены в России советскими исследователями.
Полученные результаты, имея большое значение как первые шаги в рассматриваемой области, в настоящее время нас уже удовлетворить не могут по следующим соображениям:
1. Во всех перечисленных исследованиях вопрос рассматривается лишь статически. Не затрагивается совершенно кинетика вопроса, тем более его динамика с изучением причинности явлений. Между тем при изучении различных этапов размола зерна на муку мы имеем дело со сравнительно большими скоростями рабочих органов машины. У вальцевого станка, например, окружная скорость в настоящее время составляет 6—7 м/сек, причём делаются попытки довести эту скорость до 10 м/сек. В наждачной машине даётся окружная скорость бичей 14—18 м/сек, в зависимости от прочности зерна, причём здесь мы оперируем усилиями, близкими к грани разрушения зерна. При шелушении овса на тех же наждачных машинах окружная скорость наружных кромок бичей доводится до 25 м/сек. Наконец, у молотковых дробилок, работающих ударным действием, окружная скорость доходит до 40—50 м/сек и в отдельных случаях даже до 75—90 м/сек, в связи с чем весь вопрос нуждается в изучении его кинетики.
2. Зерно рассматривалось как однородное тело с точки зрения механики, что, как мы видели, фактически не имеет места, так как налицо резко выраженное анизотропное тело, нуждающееся для комплексного вывода в предварительном дифференцированном изучении отдельных составных частей.
3. Не учтены особенности подготовки сырья до размола, т. е. зерно изучалось в своём естественном виде, а не приводилось искусственно к определённому физическому состоянию, что имеет превалирующее значение для всех подготовительных операций.
4. Изучались отдельные зёрна, а не зерновая масса в целом, с которой мы имеем дело в производстве. Подбор же специально выбранных 100 и даже более зёрен помогает сообщать результатам большую точность и достоверность, но не отражает истинного положения вещей. Для окончательных же выводов, особенно производственного порядка, нужно подвергнуть изучению зерновую массу в целом. Поведение же зерна в массе осложняется наличием таких привходящих факторов, как трение зёрен между собой, трение зёрен о рабочие органы машины, что является переменной величиной даже в пределах сорта, тем более в смеси разных сортов.
5. Изучались линь разрушающие усилия при деформации зерна, являющиеся только одним из факторов процесса измельчения, но не рассматривался комплексно энергетический фактор как результат приложения этих усилий на расстоянии их активного действия. Энергетический же показатель нас весьма интересует, как один из ответственнейших элементов эксплуатации.
6. Весь вопрос рассматривался обособленно, без увязки, с одной стороны, с явлениями, предшествующими измельчению — подготовительными операциями, а с другой, — без учёта последующих операций, связанных с физической характеристикой конечного продукта. Другими словами, не было увязки механического фактора с технологическим.
7. Полученные результаты не проверялись в производственной обстановке, которая, как известно, вносит значительные коррективы, после чего только получаются выводы, которые можно использовать в технологическом процессе на предприятии.
8. Наконец, все авторы подвергали изучению лишь пшеницу — культуру, имеющую в мукомольном производстве превалирующее значение, но не служащую единственным сырьём. Для мельниц, где имеют дело также с рожью, ячменём и кукурузой, а в отдельных случаях и с овсом, сопоставление этих разных по структуре и но своему составу культур имеет не только практическое, но и методологическое значение, помогая установить определённую закономерность при изучении рассматриваемых явлений.