Прочность зерна

14.07.2015

Прочность представляет собой способность материала противостоять разрушению под воздействием приложенных усилий. Этот показатель количественно определяется расходом энергии на единицу вновь образованной поверхности. Прочность можно также оценить величиной разрушающего усилия или напряжения. При этом необходимо учитывать вид деформации, так как сопротивляемость срезу, сжатию и т. п. для большинства материалов, в том числе и для зерна, различна.
В литературе этот показатель структурно-механических свойств зерна рассмотрен наиболее подробно. Первая работа в этой области принадлежит П.М. Афанасьеву. Исследуя в 1935 г. влияние влажности при деформации сжатия, Пэнс нашел, что различие в прочности зерна разных сортов может достигать 50%. Однако на этот результат определенное влияние оказал размерный эффект, в соответствии с которым прочность зерна с уменьшением его размеров возрастает.
Подробно исследовал прочность отдельных зерен Н.В. Врасский, который для разрушения зерна использовал пружинный динамометр. Особенно тщательно были изучены два сорта твердой пшеницы и четыре сорта мягкой; всего было испытано 20 сортов пшеницы.
Н.В. Врасский установил, что с увеличением влажности сопротивляемость зерна разрушению снижается (табл. 11). Прочность зерна зависит также от стекловидности (с ее увеличением прочность повышается), сортовых особенностей и геометрической характеристики зерна.

Прочность зерна

И.А. Наумов также установил, что прочность зерна снижается при повышении его влажности. При этом были обнаружены значительные колебания значений разрушающих усилий в зависимости от сорта зерна, района вегетации и других факторов. В некоторых случаях для разрушения зерна мягкой пшеницы требовалось большее усилие, чем для твердой.
В этой работе была изучена прочность эндосперма зерна на срез. Для этого оболочки удаляли (сошлифовывали) с зерна мелкозернистой наждачной бумагой. В таблице 12 приведены средние величины разрушающего усилия для пшеницы Лютесценс 62 со стекловидностью 70%. Для опыта зерна брали подряд без выбора.
Видна резкая разница в механических свойствах эндосперма пшеницы I и II типов; хорошо заметно также влияние влажности.
Изучив прочность оболочек двух сортов мягкой и одного сорта твердой пшеницы, можно сказать следующее. При естественной влажности (14,3—16,0%) условный предел прочности семенных оболочек, соединенных с алейроновым слоем, находится в пределах 88,6— 133,2 кГ/см2; плодовых оболочек — 110,3—178,8 кГ/см2; плодовых и семенных оболочек вместе и в соединении их с алейроновым слоем — 203,3—250,0 кГ/см2.
Прочность зерна

По данным Гиршсона, прочность оболочек еще выше: 268—325 кГ/см2.
П.П. Тарутин, изучая влияние облучения УКВ зерна на его прочность, установил, что как при повышении влажности, так и при повышении температуры она снижается.
Исследование влияния гидротермической обработки на прочность зерна при различных деформациях под руководством Я.Н. Куприца провела З.Д. Гончарова. Она пришла к выводу, что при повышении влажности и температуры разрушающее усилие сжатия снижается, причем основное влияние оказывает влажность (табл. 13 и 14). При ее возрастании зерно до разрушения деформируется сильнее, что указывает на постепенное увеличение пластичности зерна и уменьшение его хрупкости.
Прочность зерна

Однако одновременно повышается абсолютная деформация, которую зерно претерпевает до разрушения. В результате сопротивляемость зерна измельчению возрастает. Так, по данным Наумова, при увеличении влажности пшеницы Цезиум 31 с 10,5 до 18,0% этот показатель повысился: для мучнистого зерна с 3,8 до 6,0 кГ*см/см2, а для стекловидного — с 4,6 до 6,1 кГ*см/см2.
Таким образом, разрушение влажного зерна происходит иначе, чем сухого. Об этом же свидетельствуют и кривые, построенные в осях усилие — деформация. На рисунке 55 изображена серия таких кривых для зерна различной влажности. Первый участок графика представляет собой наклонную прямую. Деформация зерна на этом участке полностью обратима, а зерно разрушается как хрупкое тело. На втором участке графика при незначительном увеличении усилия деформации сильно возрастают, а существовавшая на первом участке пропорциональность между ними нарушается. Зерно все более приобретает пластические свойства, деформации обратимы не полностью.
Прочность зерна

При увеличении влажности протяженность второго участка графика все более возрастает за счет первого. Это соответствует снижению хрупких, упругих и увеличению пластических свойств зерна. При некоторых значениях влажности зерно может быть или полностью хрупким, или же полностью пластичным. По-видимому, хрупким зерно становится при влажности 7—8%, что соответствует завершению образования мономолекулярного слоя. На рисунке 55 этот случай отражает пунктирная прямая OA. Для зерна, имеющего различные структурно-механические свойства, угол наклона этой прямой к оси абсцисс должен быть различным.
Б. В. Сенаторский для изучения влияния гидротермической обработки на прочность зерна при сжатии брал пшеницу сорта Украинка с исходной влажностью 12,%. Затем ее увлажняли до 15—15,5%, а пшеницу Мелянопус 69 с 12,3 до 16—16,5%. Исходная стекловидность образцов пшеницы была соответственно 50 и 98%.
Прочность зерна
Прочность зерна

После гидротермической обработки зерно разрушается легче, причем разрушающие усилия (в расчете на одно зерно) снижаются в большей степени у стекловидного зерна (табл. 15). Подобные результаты для риса получила О.В. Кузьмина.
В работе Б.В. Сенаторского сделана попытка непосредственно увязать величину усилий, необходимых для разрушения зерна, с величиной удельного расхода энергии на помол. До оптимальной влажности зерна между этими показателями существует определенная пропорциональность (рис. 56). Ho при слишком высокой влажности зерна удельный расход энергии на измельчение зерна быстро увеличивается, в то время как прочность его остается примерно постоянной или даже несколько снижается.
Таким образом, испытание зерна на разрушение в статических условиях позволяет получить зависимости до некоторой степени определяющие выбор режима гидротермической обработки зерна.
Прочность зерна

Для проверки полученных в лабораторных условиях результатов на экспериментальной мельнице ВНИИЗ были проведены помолы. В таблице 16 приведены удельные расходы энергии (квт-ч/т) при измельчении зерна в трехсортную муку с общим выходом 78%.
Расход энергии на измельчение стекловидного зерна при «горячем» кондиционировании по сравнению с «холодным» снизился на 22,3%; Для мучнистого зерна снижение произошло в меньшем размере. Наряду с этим отмечено, что увеличение продолжительности отволаживания свыше 18—24 ч не улучшает показатели при «холодном» кондиционировании.
Значительное влияние на механические свойства зерна оказывает состояние его оболочек, в которых, как в эластичном покрытии, заключен эндосперм. Прочность оболочек в несколько раз выше, чем эндосперма, и с увеличением влажности она значительно возрастает.
Таким образом, расход энергии на разрушение зерна в драном процессе в значительной мере определяется прочностью оболочек. И дальнейшее повышение их прочности является одной из задач гидротермической обработки зерна. Наоборот, прочность эндосперма должна быть понижена. Практически это достигается тем, что в процессе обработки водой и теплом происходит разрыхление эндосперма, что вызывает уменьшение его прочности. Незначительное увлажнение и кратковременное отволаживание зерна перед I драной системой значительно повышают прочность оболочек. Технологический результат состоит в получении крупных, хорошо вымалываемых драных отрубей.
Прочность зерна

При изучении влияния гидротермической обработки на прочность зерна ржи А. Нохотович установил, что «холодное» и «горячее» кондиционирование снижают разрушающее напряжение в одинаковой мере примерно на 10—15%. Одновременно четко был зафиксирован так называемый размерный эффект, т. е. повышение прочности зерна с уменьшением его линейных размеров. Ранее на это обратил внимание Н. В. Врасский.
И.К. Чайка установил, что прочность зерна кукурузы также зависит от влажности: с ее повышением разрушающее напряжение снижается. Например, Кремнистая кукуруза Воронежская 76 при влажности 13,4% разрушается при напряжении 71 кГ/см2, а при 17,4% — уже при 57,6 кГ/см2. В аналогичном размере снизился этот показатель и для полузубовидной и зубовидной кукурузы; интересно, что прочность последнего образца выше, чем двух предыдущих.