Зерно пшеницы физико механические свойства. Влияние структурно-механических характеристик зерна пшеницы на ее технологические свойства. Сопротивление циклическим нагрузкам

К физическим свойствам зерна и семян относятся: форма зерна, линейные размеры и крупность, объём, выполненность и щуплость, выравненность, масса 1000 зёрен, стекловидность, плотность, плёнчатость и лузжистость, натура, механические повреждения зерна, трещиноватость, механические свойства, аэродинамические свойства, заражённость вредителями, засорённость.

Форма зерна и семян весьма разнообразна. Зерно и семена разных культур и их сортов отличаются по форме. В пределах каждой культуры и отдельной партии зерна по форме также наблюдаются различия вследствие неодинаковой степени физиологической зрелости и других причин.

Существуют следующие формы зерна: шарообразная, чечевицеобразная, эллипсоид вращения; форма с различными размерами в трёх направлениях.

Форма зерна и семян имеет существенное значение при очистке от примесей и сортировании. Зерно, более приближающееся по форме к шару, даёт больший выход муки, поскольку при такой форме на оболочечные частицы приходится относительно меньшая доля, чем при любой другой форме. Зерно шарообразной формы имеет более высокую натуру, так как плотнее укладывается в мерке.

Под линейными размерами понимается длина, ширина и толщина зерна и семени. Длиной считается расстояние между основанием и верхушкой зерна, шириной - наибольшее расстояние между боковыми сторонами и толщиной - между спинной и брюшной стороной (спинкой и брюшком). Совокупность линейных размеров называется также крупностью.

Крупное зерно даёт больший выход готовой продукции, так как в таком зерне больше эндосперма и меньше оболочек.

Из трёх размеров (длины, ширины и толщины) толщина в наибольшей степени характеризует мукомольные свойства зерна.

Объём зерна имеет значение для величины и расчёта скважистости зерновой массы, величины объёмной массы, определения режима очистки и переработки зерна, величины выхода готовой продукции.

Выполненными называют зёрна, достигшие при полном созревании формы с максимальной выравненностью всех структур, характерных для сорта, линии, гибрида.

Выполненным может быть также не крупное, а мелкое, нормально развитое зерно. Такое зерно хотя и уступает несколько по качеству крупному зерну, но способно дать доброкачественные продукты переработки, хоть и в значительно меньшем объёме.

Щуплым называется зерно недостаточно выполненное, неестественно сморщенное вследствие неблагоприятных условий его развития. Щуплое зерно мелкое, с ограниченным запасом питательных веществ, иногда состоящее почти из одной оболочечной ткани.

Между выполненными и щуплыми зёрнами находятся промежуточные формы зерна различных размеров с неодинаковой выполненностью.

Степень щуплости зависит от стадии налива зерна, в которую стали проявляться неблагоприятные условия созревания.

Выравненностью называется степень однородности отдельных зёрен, составляющих зерновую массу, по влажности, размерам, химическому составу, цвету и другим показателям. Наибольшее значение имеет выравненность по влажности вследствие особой роли влаги при хранении и переработке и по крупности.

В практической работе обычно имеют дело с выравненностью по размерам. Выравненность нельзя путать с крупностью. Это разные понятия. Зерно может быть выравненным и одновременно мелким, крупным и вместе с тем невыравненным. Выравненность имеет особенно большое значение при переработке зерна в крупу.

Выравненные по размерам семена дают дружные всходы, растения развиваются равномерно, и, следовательно, зерно созревает одновременно, что облегчает уборку урожая, а также повышает качество зерна нового урожая.

Масса 1000 зёрен показывает количество вещества, содержащегося в зерне, его крупность. Естественно, что более крупное зерно имеет и более высокую массу 1000 зёрен. В крупном зерне количество оболочек и масса зародыша по отношению к ядру наименьшие. Масса 1000 зёрен является также хорошим показателем качества семенного материала. Крупные семена дают более мощные и более продуктивные растения.

Для определения массы 1000 зёрен навеску после удаления сорной и зерновой примесей смешивают и распределяют ровным слоем в виде квадрата, который делят по диагонали на четыре треугольника и из каждых двух противоположных треугольников отсчитывают пробы по 500 целых зёрен (по 250 зёрен от каждого треугольника). Массу обеих проб складывают и получают массу 1000 зёрен. Разница между массами двух проб не должна превышать 5% их среднего значения.

Масса отдельных зёрен одной и той же культуры колеблется в больших пределах в зависимости от сорта, года урожая, района произрастания, степени выполненности и т. д.

Стекловидность зерна.

Зерно имеет разную структуру, т. е. определённую взаимосвязь, взаиморасположение тканей, придающее определённое строение её тканям. Структура зерна может быть стекловидной и мучнистой.

Мучнистым называется зерно, имеющее непрозрачную консистенцию с рыхломучнистой структурой. Мучнистое зерно на поперечном разрезе имеет белый цвет и вид мела.

Стекловидным - зерно, имеющее почти прозрачную консистенцию с роговидной структурой в разломе. Поперечный разрез стекловидного зерна сходен с поверхностью осколка стекла и создаёт впечатление прозрачной поверхности монолитного плотного вещества.

Различают также частично стекловидное зерно. К нему относят зёрна с частично просвечиваемым или частично непросвечиваемым эндоспермом. В частично стекловидном зерне стекловидная структура может быть несплошной, или занимать часть поверхности поперечного среза, или в виде мелких пятен, в беспорядке разбросанных по поверхности среза. В этом случае срез становится пёстрым.

Стекловидность наблюдается в зерне пшеницы, ржи, ячменя, кукурузы, риса. Она является важным технологическим показателем зерна. Стекловидное зерно оказывает большое сопротивление раздавливанию и скалыванию, в связи с чем, при размоле требуется больше энергии, чем для мучнистого зерна. Стекловидное зерно даёт более высокий выход муки, чем мучнистое. Из мучнистого зерна мука получается, как правило, мягкая, мажущаяся (при растирании между пальцами). Мука из стекловидного зерна более крупитчатая, что очень ценится в хлебопечении.

Общая стекловидность выражается в процентах и равняется числу процентов полностью стекловидных зёрен плюс половина числа процентов частично стекловидных зёрен.

Всхожесть семян

Это способность семян образовывать нормально развитые проростки, то есть стебли растения в самом начале его развития из семени (ростки) вместе с развившимися зародышевыми корешками. Всхожесть определяют проращиванием семян в течение семи-десяти дней при оптимальных условиях, установленных для каждой культуры.

Энергия прорастания

Это способность семян быстро и дружно прорастать. Энергию прорастания определяют в тех же условиях и одновременно со всхожестью (в первые 3–4 дня). Энергия прорастания считается важным показателем посевных качеств семян, она характеризует одновременность роста и развития растений, а также созревания и налива зерна, что улучшает его качество и облегчает уборку. Количество нормально развитых проростков подсчитывают в сутках (первая цифра - энергия прорастания, вторая - всхожесть).

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛОДОВ, ВИНОГРАДНИКОВ И КОРМОВЫХ КУЛЬТУР

1. Физико-механические свойства яблок, груш и приборы для их изучения.

1.1. Размерно-массовые показатели.

1.2. Сопротивление яблок статическому сжатию.

1.3. Сопротивление яблок динамическому воздействию, допустимая ударная нагрузка.

1.4. Сопротивление плодов циклическим нагрузкам.

1.5. Коэффициент трения скольжения и качения.

1.6. Прочность связи плода с веткой и плодоножкой.

2. Физико-механические свойства сливы.

3. Физико-механические свойства вишни и черешни.

4. Физико-механические свойства кормовых культур, сена, силоса, соломы.

5. Зеленые гидропонные корма (ЗКГ).

6. Приборы, применяемые для изучения физико-механических свойств.

1. Физико-механические свойства плодов

1.1.Размерно-массовые показатели

По форме плоды классифицируют на:

· плоские;

· округлые;

· удлиненные.

В зависимости от отношения

Где Д – максимальный диаметр;

Н – высота;

Плоские К›1

Округлые К1

Удлиненные К‹1

Разница между max и min диаметром повышается с увеличением размера плода (П).

Связь между средней массой и его максимальным диаметром

Где А и П – коэффициенты для каждого сорта

Ренет Симиренко А =0,00026 П =3,13

Ренет шампанский А =0,00026 П =3,07

Антоновка А =0,00037 П =3

Плотность: Симиренко – 0,816 г/см3

Антоновка – 0,792 г/см3

Насыпной вес 617…650 кг/м3.

Удельный вес яблок – 0,74…0,98 г/см3

Груш – 1,17…0,96 г/см3

Вишни – 0,78…1,43 г/см3

1.2. Сопротивление плодов статическому сжатию (плунжер размером 8 мм)

Усилие прокола кожицы: на боку – 0,086 кг/мм2

У основания – 0,1 кг/мм2

У вершины – 0,094 кг/мм2

Ударные нагрузки – маятниковым копром или сбрасыванием:

Энергия – … Дж.

Связь между площадью ушиба и величиной кинетической энергии соударения

Где Т – кинетическая энергия соударения, Дж

S – площадь ушиба на плоде, см2

Т 0 – кинетическая энергия, без следов ушиба.

Где К =4,5…4,6;

Т 0 = 4,0…5,4

Допустимая высота падения на жесткую поверхность 3…3,5 см, при которой не остается следов ушиба – Антоновка – 7…9.

На резину – 20…40 см

На яблоки – 5…7 см.

Коэффициент восстановления – К 0

При ударе о неподвижную поверхность

Где Vо – скорость в начале удара;

Vконеч – скорость в конце удара.

К 0 – для яблока: деревянная поверхность – 0,20…0,27;

яблоко – яблоко – 0,32;

яблоко – слой стружки в 1 см - 0,27…0,34.

1.4. Сопротивление циклическим нагрузкам

После 10 тыс. циклов воздействия ударяющим телом упругие свойства плодов утрачиваются, глубина проникновения в мякоть почти равна эксцентриситету шатуна (А-1,2 мм, частота υ=35 Гц). Площадь нажима 1 см2 достигается у Антоновки при 2500 циклов.

1.5. Коэффициент трения качения Fk Определяется в плоскости наибольшего поперечного диаметра

Где Rn – радиус качения плода;

– угол наклона плоскости, при которой начинается качение.

С помощью линейки Желиговского определяют угол качения и коэффициент трения скольжения

1.6. Прочность связи с плодухой при влажности 86…89%, диаметр плода 52…69 мм, диаметр плодоножки 1,1…2,7 мм; усилие отрыва от 8 до 36Н (0,8…3,6 кг) – размер кроны – 5 м, схема посадки 5х5 м.

Для машинного сбора высоту штамба лучше делать не менее 100 см.

Обрезанные деревья имеют компактную шаровидную форму, под механизированный сбор. У деревьев без обрезки ярусов нет, ветви сгибаются под урожаем, требуют подпора, это затрудняет уборку с помощью комбайнов.

2.Слива

Плоды сливы имеют форму:

У ренклодов – круглые (индекс длины – 0,92…1,01)

У венгерок – продолговатые (индекс – 1,05…1,28)

Вес отдельных плодов – 7,6 …43 г

Удельный вес – 1,003-1,150 кг/м3

Насыпной вес – 670…719 кг/м3

Диаметр плодоножки-1,1…1,6;

Длина – 48…59 мм.

Прочность связи – усилие отрыва, кг (Н ):

Плода от плодоножки – 0,22 (2,2…11,4Н) …1,14 кг;

Плодоножки от ветки 0,54…1,14 кг (5,4…11,4Н)

Твердость прокола кожицы – 0,087…0,101 кг/мм2

– 0,87…1,01 Н/мм2

Сжатие плодов по толщине – 2,24…4,42 кг – ренклоды;

5,08…11,0 кг – венгерки.

При погрузке больше 0,59 кг начинает вытекать сок у плодов без плодоножки, а при 2,24 кг – появляется трещина.

Допускаемая высота свободного падения – 20…40 см – на алюминий и фанеру; 70…80 см – на почву; 100 см – по дереву.

Таблица-Твердости плодов сливы

Из таблицы следует, что требуется вывести сорта созревающие одинаково.

3. Вишня и черешня

Средний вес черешни в зависимости от сорта – 2,02…7,65 г

Вишни – 2,2 …5,5 г

Прочность связи плода с плодоножкой

Твердость плодов, кг/мм2 – 0,024…0,066 – черешня

0,012…0,022 – вишня

Высота деревьев – 6 м – черешня, вишни – 6,4 м

Размер штамба – 15…18 см

Диаметр кроны – вдоль ряда 4,2…7,1 м, поперек – 5,2…6,8 м

4.Физико-механические свойства кормовых культур (силос, сено)

Объемные и массовые показатели силоса

Валки люцерны (Вл – 54%), расстояние между валками 20 м, вес валка – 8,4 кг/м, объемный вес 71,5 кг/м3.

Коэффициент трения разнотравья свежескошенное

Влажность – 58…83% – по стали 0,64…1,47

Бобовые (влажность – 64…71%) – по стали 0,83…1,29

Злаковые (влажность – 54…62%) – по стали 0,56-0,65.

Объемный вес прессованного сена, кг/м3, при влажности 22…26% – 377 кг/м3.

5. Зеленые гидропонные корма (ЗКГ)

ЗГК – 10-дневные проростки культур (ячмень, овес, пшеницы, горох, и др. злаковых и бобовых культур). Их скашивают и всю массу вместе в корнями скармливают в качестве зеленой витаминной подкормки – зимой и ранней весной.

3…4 суток семена проращивают, а затем всходы на стеллажах в течение 7 суток освещают люминесцентными лампами при t-18°…20°С.

Плотность высева – 75…120 тыс. семян на 1 м2 (3…7 кг/м2 всхожих зерен), через 10 суток зеленного корма получают 30 кг/м2 (т. е. в 4…10 раз больше, чем в высеяно).

Полив строго дозирован.

Высота – кукурузы – 30…35 см

Пшеницы, овса, ячменя – 18…20 см

Влажность: 90…95% – в корнях

86…95% – в верхнем слое

Зеленый корм при скармливании имеет мало сухой массы (5…10%)

Коэффициент трения покоя – ячмень – по стали – 0,85…0,92

Коэффициент трения движения – 0,56…0,93.

6. Приборы, применяемые для изучения физико-механических свойств

Экстензометр – ЭТ-5

ДиНамограф-работомер ДР-100

Предназначен для измерения сопротивления растений резанию и изгибу.

Работа, затрачиваемая на деформацию образца и возникающие усилия устанавливаются из диаграмм. – запись прибора "путь – сила".

Максимальная сила сопротивления – 120 кг. Сменные пружины позволяют измерить силы 10, 30, 60, 100 и 120 кг.

Принцип, как и твердомер Ревякина, только бумага для записи вращается с барабана пропорционально перемещению (поступательному) рабочего органа.

Динамограф малых усилий Д-10.

Прибор для замера усилий сжатия-растяжения до 10 кг – 3 диапазона измерения:

I – 0,1-1,0 кг

II – 0,3-3 кг

III – 1-10 кг.

Дисковый прибор трения ДПТ – позволяет измерить силы трения от 50 до 1000 г

Прибор ПТСМ – для определения коэффициента трения сыпучих материалов.

Ротаметрический порционный пневмоклассификатор РПП-30 . Предназначен для изучения аэродинамических свойств семян и разделения семенной смеси на компоненты, а также для оценки качества работы воздушных каналов зерноочистных машин. Вакуум создается вентилятором.

Литература

1. Четвертаков А. В., Брутер И. М., С. Б. Бранд. Машины для товарной обработки плодов. – М.: Машиностроение, 1977.

2. Методика изучения физико-механических свойств с.-х. растений. – М.: ВИСХОМ, 1960.

3. Справочник конструктора с.-х. машин. Том 1. – М.: Машиностроение, 1967.

4. Научные труды ученых университета.

Ключевые слова

РАБОЧИЕ ОРГАНЫ / СЕМЕНА / СЕЯЛКА / СВОЙСТВА / ЗЕРНОВЫЕ КУЛЬТУРЫ / СОШНИК / СЕМЯПРОВОД / WORKING ORGANS / SEEDS / SEED / DRILL / PROPERTIES / GRAIN CROPS / OPENER / SEED STEM

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы - Евченко А.В.

Разработка рабочих органов селекционных машин возможна лишь при достаточном изу-чении физико-механических свойств семян конкретных сортов. Форма и размеры семян изменчивы и зависят как от почвенных, так и от погодных условий в период вегетации. Изу-чение размеров семян, их геометрической формы и структуры их поверхности позволит определить характер взаимодействия едино-го зерна с поверхностями семенного ящика, семяпровода , отражателя семян и ограничи-вающими поверхностями сошника и уточнить параметры конструкции селекционной зерно-вой сеялки . Цель исследования: изучить физи-ко-механические свойства семян районирован-ных и перспективных сортов зерновых куль-тур Тарского района Омской области. Задачи исследования: определить корреляционную за-висимость между признаками (линейными раз-мерами) семян, углы естественного откоса, коэффициенты статистического трения се-мян по различным материалам (сталь, поли-этилен, органическое стекло, техническая ре-зина). Исследованы следующие сорта зерно-вых культур: пшеницы Росинка и Светланка; ячменя Тарский-3; овса Тарский-2. Линей-ные размеры семян определены при помощи микрометра с точностью до 0,01 мм. Влаж-ность определена по ГОСТ Р 50189-92 «Зер-но». Установлены корреляционная зависи-мость между признаками (линейными разме-рами) семян; углы естественного откоса се-мян зерновых культур , находящиеся в преде-лах от 29025/ до 39012/; коэффициенты внут-реннего трения и коэффициенты статиче-ского трения, равные соответственно 0,564-0,815 и 0,234-0,410.

Текст научной работы на тему «Анализ физико-механических свойств семян зерновых культур»

АНАЛИЗ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЕМЯН ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

ANALYSIS OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF GRAIN CROPS SEEDS

Евченко А.В. - канд. техн. наук, доц. каф. агрономии и агроинженерии Тарского филиала Омского государственного аграрного университета, г. Тара. E-mail: [email protected]

Разработка рабочих органов селекционных машин возможна лишь при достаточном изучении физико-механических свойств семян конкретных сортов. Форма и размеры семян изменчивы и зависят как от почвенных, так и от погодных условий в период вегетации. Изучение размеров семян, их геометрической формы и структуры их поверхности позволит определить характер взаимодействия единого зерна с поверхностями семенного ящика, семяпровода, отражателя семян и ограничивающими поверхностями сошника и уточнить параметры конструкции селекционной зерновой сеялки. Цель исследования: изучить физико-механические свойства семян районированных и перспективных сортов зерновых культур Тарского района Омской области. Задачи исследования: определить корреляционную зависимость между признаками (линейными размерами) семян, углы естественного откоса, коэффициенты статистического трения семян по различным материалам (сталь, полиэтилен, органическое стекло, техническая резина). Исследованы следующие сорта зерновых культур: пшеницы - Росинка и Светланка; ячменя - Тарский-3; овса - Тарский-2. Линейные размеры семян определены при помощи микрометра с точностью до 0,01 мм. Влажность определена по ГОСТ Р 50189-92 «Зерно». Установлены корреляционная зависимость между признаками (линейными размерами) семян; углы естественного откоса семян зерновых культур, находящиеся в пределах от 29025 до 39012/; коэффициенты внутреннего трения и коэффициенты статического трения, равные соответственно 0,5640,815 и 0,234-0,410.

Ключевые слова: рабочие органы, семена,

Evchenko A.V. - Cand. Tech. Sci., Assoc. Prof., Chair of Agronomy and Agroengineering, Tarsky Branch, Omsk State Agrarian University. Tara. E-mail: [email protected]

сеялка, свойства, зерновые культуры, сошник, семяпровод.

The development of working bodies of selection machines is possible only under adequate study of physical and mechanical properties of seeds of specific varieties. The shape and size of seeds are variable and depend on the soil and the weather conditions during the growing season. The study of the size of seeds, their geometrical shape and their surface structure allows us to determine the nature of the interaction of single grain surfaces of the seed box, seed stem, the seed coulter reflector and the bounding surfaces and refine design parameters of selection grain drill. The objective of the work was to study physical and mechanical properties of seeds zoned and promising varieties of crops of Tarsky district of Omsk region. The purpose was to determine the correlation between signs (linear dimensions) of seeds; to determine the angles of repose; to find out the coefficients of friction of statistical seeds for various materials (steel, polyethylene, organic glass, and technical rubber). The following varieties of crops were investigated: wheat "Rosinka" and "Svetlana"; barley "Tarsky-3"; oats "Tarsky-2". The linear dimensions of seeds determined using a micrometer with an accuracy of 0.01 mm. Humidity was determined according to the State standard 50189-92 "Grain". Correlation dependence between variables (linear dimensions) seeds, installed angle of repose of cereal seeds were in the range of 29025//39012/; the coefficients of internal friction and static friction coefficients respectively were equal to 0.564-0.815 and 0,2340.410.

Keywords: working organs, seeds, seed, drill, properties, grain crops, opener, seed stem.

Введение. Разработка рабочих органов селекционных машин возможна лишь при доста-

точном изучении физико-механических свойств семян конкретных сортов. Формы и размеры семян изменчивы и зависят как от почвенных, так и от погодных условий в период вегетации. При изучении физико-механических свойств семян важны не только средние размеры, но и все показатели изменчивости отдельных свойств семян зерновых культур .

Изучение размеров семян, их геометрической формы и структуры их поверхности позволит определить характер взаимодействия единого зерна с поверхностями семенного ящика, семяпровода, отражателя семян, ограничивающими поверхностями сошника и уточнить параметры конструкции селекционной зерновой сеялки .

Цель исследований. Изучить физико-механические свойства семян районированных и перспективных сортов зерновых культур Тар-ского района Омской области.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) определить корреляционную зависимость между признаками (линейными размерами) семян;

2) углы естественного откоса;

3) коэффициенты статистического трения семян по различным материалам.

Материал и методы исследований. Исследованы следующие сорта зерновых культур: пшеницы - Росинка и Светланка; ячменя - Тар-ский-3; овса - Тарский-2. Образцы семян были взяты из урожая селекционных делянок ФГБНУ «СибНИИСХ» в 2012-2014 гг.

Методика отбора навески аналогична для всех образцов семян. Из трехкилограммового среднего образца методом крестообразного деления выделена навеска, содержащая 200300 шт. семян, которые затем были измерены и взвешены.

Линейные размеры семян определены при помощи микрометра с точностью до 0,01 мм. Влажность определена по ГОСТ Р 50189-92 «Зерно». Соотношение и связь между линей-

ными размерами семян представлены через корреляционно-регрессионный анализ. Между признаками (размерами) проведено п независимых парных наблюдений, по полученным значениям определены выборочные эмпирические коэффициенты корреляции (К), регрессии (Вух), стандартная ошибка коэффициента корреляции (Эг), критерий существенности коэффициента корреляции (Тг) и ошибка коэффициента регрессии (Эв).

Углы естественного откоса определены при помощи прибора, изготовленного в учебной мастерской филиала. Прибор представляет собой прямоугольный ящик, одна из боковых стенок которого выполнена из органического стекла, с размерами: длина - 365 мм; ширина - 200; высота - 230 мм. В днище ящика имеется прорезь (125 ^ 200 мм), перекрываемая задвижкой. Ящик устанавливается горизонтально и заполняется семенами, затем выдвигается задвижка, и материал высыпается через прорезь на горизонтальную поверхность, образуя конус с углом естественного откоса. Величина углов естественного откоса установлена угломером с точностью ±0,50. Повторность опытов принята восьмикратной, среднее значение углов естественного откоса определено как среднее арифметическое .

Коэффициент внутреннего трения между поверхностями отдельных зерен в их совокупности определен как тангенс угла естественного откоса.

Коэффициенты статического трения определены на наклонной плоскости (рис.1) по четырем материалам: стали, полиэтилену, органическому стеклу и технической резине.

Результаты исследований. В результате проведенных исследований физико-механических свойств семян установлено, что геометрические размеры исследуемых сортов зерновых культур варьируют в широких пределах. Средние и экстремальные размеры их приведены в таблице 1.

Рис. 1. Схема сил, действующих на исследуемый материал: а - угол между наклонной (ось Х) и горизонтальной плоскостями; в - вес груза, установленного на исследуемый материал; N - нормальное давление на исследуемый материал со стороны груза; в¡, вп - проекции веса груза на оси координат Х и У; Т - сила трения семени по стали, полиэтилену, органическому стеклу; технической резине

Таблица 1

Линейные размеры семян зерновых культур урожая 2014 года, мм

Культура и сорт Длина L (максимальный) Ширина В (средний) Толщина А (минимальный)

Пшеница - Росинка 6,75 3,22 2,92

Пшеница - Светланка 6,58 3,46 3,09

Ячмень - Тарский-3 10,05 4,05 2,96

Овес - Тарский-2 11,8 3,32 2,61

Анализ таблицы 1 показывает, что длина семян овса Тарский-2 превышает длину семян пшеницы Светланка более чем на 5 мм. По одноименным размерам - ширине и толщине -семена находятся в узком диапазоне, не пре-

вышающем 1 мм.

Корреляционно-регрессионная связь основных размерных характеристик семян при значении критерия Т05 = 2,07; То,1 = 2,81; Т001 = 3,77 представлена в таблицах 2-5.

Таблица 2

Корреляционно-регрессионная связь пшеницы Росинка

X У R Sr Tr Byx Sв Связь

Толщина Ширина 0,547 0,174 3,14 0,755 0,241 **

Толщина Длина 0,43 0,188 2,28 0,845 0,367 *

Ширина Длина 0,503 0,180 2,79 0,71 0,712 **

Корреляционно-регрессионная связь пшеницы Светланка

X У R Sr Tr Byx Sв Связь

Толщина Ширина 0,657 0,157 4,18 0,650 0,155 ***

Толщина Длина 0,613 0,164 3,73 1,157 0,309 **

Ширина Длина 0,344 0,134 2,56 0,651 0,253 *

Таблица 4

Корреляционно-регрессионная связь ячменя Тарский-3

X У R Sr Byx Sв Связь

Толщина Ширина 0,674 0,140 4,79 0,85 0,177 ***

Толщина Длина 0,262 0,201 1,303 1,069 0,819

Ширина Длина 0,466 0,152 3,06 1,553 1,685 **

Таблица 5

Корреляционно-регрессионная связь овса Тарский-2

X У R Sr Byx Sв Связь

Толщина Ширина 0,694 0,150 4,62 0,697 0,150 ***

Толщина Длина 0,274 0,201 1,363 1,512 1,106

Ширина Длина 0,11 0,207 0,531 0,606 1,138

Анализ таблиц 2, 3 показывает, что семена пшеницы имеют среднюю корреляционную зависимость. У пшеницы сорта Росинка около 24 % изменчивости зависимой переменной (результативного признака) связано с изменчивостью независимой переменной (факториального признака), у пшеницы сорта Светланка - 29 %.

Анализ таблиц 4, 5 показывает различную корреляционную зависимость между признаками (размерами). Так, у ячменя Тарский-3 по признаку «толщина - ширина» и «ширина -длина» средняя корреляционная зависимость, а по признаку «толщина - длина» - слабая. У ов-

са Тарский-2 по признаку «толщина - ширина» средняя корреляционная зависимость, а по остальным признакам - слабая.

На рисунках 2-4 представлены вариационные кривые распределения по длине, ширине и толщине 100 штук семян пшеницы, овса, ячменя. Анализ вариационных кривых распределения семян убеждает, что характер распределения имеет закономерность нормального распределения: случайные величины группируются вокруг центра распределения, при удалении которого вправо или влево частоты их постепенно убывают.

Рис. 2. Вариационные кривые распределения длины семян

Рис. 3. Вариационные кривые распределения ширины семян

Рис. 4. Вариационные кривые распределения толщины семян

Коэффициент внутреннего трения между поверхностями отдельных зерен в их совокупности с некоторыми допущениями определен как тангенс угла естественного откоса.

Теоретическими исследованиями доказано, что при свободном пересыпании шаров одинакового диаметра угол естественного откоса может находиться от 25057/ до 70037/. Отсюда следует, что величина угла естественного откоса не зависит от диаметра шаров. Но, как отмечают исследователи, свойства их поверхности влияют на плотность укладки и через нее на величину угла естественного откоса .

Форма исследуемых семян далека от правильной формы шара, однако плотность их

укладки определяется конкретными коэффициентами трения, вследствие этого углы естественного откоса зерновых культур по каждому сорту не имеют значительных различий и варьируют в незначительных пределах. Результаты экспериментов приведены в таблице 6.

Полученные углы естественного откоса семян для всех сортов зерновых культур находятся в пределах от 29025/ до 39012/ и соответственно коэффициенты внутреннего трения равны 0,564-0,815.

В результате обработки экспериментальных данных получены коэффициенты статического трения по фрикционным поверхностям (табл. 7).

Вестник^КрасТЯУ. 2016. № S

Таблица 6

Значение углов естественного откоса Q и коэффициент внутреннего трения семян ^ изучаемых культур

Культура и сорт Абсолютная масса 1000 семян, г Угол естественного откоса, Q Коэффициент внутреннего трения, ^

макс. средний мин. макс. средний мин.

Овес - Тарский-2 43,4 38018/ 35005/ 32010/ 0,789 0,644 0,628

Ячмень - Тарский-3 41,8 39012/ 34018/ 29025/ 0,815 0,682 0,564

Пшеница - Росинка 35,8 36020/ 33015/ 30022/ 0,735 0,655 0,585

Пшеница - Светланка 38,6 37005/ 33050/ 31008/ 0,775 0,670 0,604

Таблица l

Коэффициенты статического трения семян по фрикционным поверхностям

Культура и сорт Влажность, % Коэффициент статического трения

Сталь Полиэтилен Техническая резина Органическое стекло

Пшеница -Росинка 15,4 0,354 0,321 0,410 0,328

Пшеница -Светланка 16,2 0,344 0,302 0,403 0,303

Ячмень -Тарский-3 15,8 0,311 0,271 0,350 0,274

Овес -Тарский-2 16,4 0,325 0,288 0,383 0,234

Анализ таблицы 7 показывает, что различия в величине коэффициентов статического трения по одноименным материалам между культурами незначительное. С изменением фрикционной поверхности коэффициенты статического трения изменяются от 0,234 до 0,410. Наименьший коэффициент статического трения получен при контакте с полиэтиленом и органическим стеклом, максимальный - при контакте с технической резиной.

1. Установлена корреляционная зависимость между признаками (линейными размерами) семян.

2. Установлены углы естественного откоса семян зерновых культур, находящиеся в пределах от 29025/ до 39012/, коэффициенты внутреннего трения равны 0,564-0,815.

3. Установлено, что с изменением фрикционной поверхности коэффициенты статического

трения изменяются от 0,234 до 0,410.

Литература

1. Евченко A.B., Кобяков И.Д. Посевные машины / М-во сельского хоз-ва Российской Федерации, Тарский фил. ФГОУ ВПО «Омский гос. аграрный ун-т». - Омск, 2006.

2. Евченко A.B. Совершенствование рабочих органов пневматических селекционных сеялок: дис. ... канд. техн. наук. - Омск, 2006.

1. Evchenko A.V., Kobjakov I.D. Posevnye mashiny / M-vo sel"skogo hoz-va Rossijskoj Federacii, Tarskij fil. FGOU VPO «Omskij gos. agrarnyj un-t». - Omsk, 2006.

2. Evchenko A.V. Sovershenstvovanie rabochih organov pnevmaticheskih selekcionnyh se-jalok: dis. ... kand. tehn. nauk. - Omsk, 2006.

Прочность зерна в зависимости от его консистенции. Изучение элементов рабочего процесса в вальцевом станке показало, что виды деформации и разрушения во многом зависят не только от культуры зерна, но и от типа, сорта и района его произрастания. Это объясняется свойствами, присущими зерну данного типа, сорта и района произрастания.
При измельчении наблюдаются два вида разрушения зерновок - хрупкое и вязкое.
На рис. 28 изображены фаза первичного разрушения зерновки пшеницы Мелянопус 69 Саратовской области со стекловидностью 100% и зерновки пшеницы Мильтурум Омской области со стекловидностью 36%. Зерно пшеницы обоих сортов измельчалось при одинаковых кинематических и геометрических параметрах; влажность его составляла 15% и продолжительность отволаживания - 24 часа. Вследствие различных структурных свойств пшеницы деформирование и разрушение зерновок протекали по-разному.

В первом случае зерновка раскалывалась на несколько частей, имевших форму многогранных тел с гладкими плоскими гранями, ограниченными острыми ребрами. Судя по внешнему виду продуктов измельчения, зерно пшеницы Мелянопус характеризовалось как хрупкое.
Совершенно иначе протекало первичное разрушение зерновки во втором случае. Здесь частицы зерна не имели гладких и плоских граней. Излом был неровный, поверхность частиц матовая, и они легко слипались. Разрушение происходило после относительно больших пластических деформаций.
Судя по внешнему виду продуктов измельчения, эта зерновка характеризовалась как вязкая.
Характеристики «хрупкий» или «пластичный», присваиваемые тому или иному состоянию материала, как показали работы акад. Н. Н. Давиденкова, существенно зависят от условий испытаний и часто даже определяются ими.
В специально созданных условиях даже хрупкий мрамор может вести себя подобно пластичному материалу.
Однако, как указывалось ранее, опыты с зерном проводились в одинаковых условиях; следовательно, такое различие между обоими видами разрушения объясняется другими причинами. Это различие можно объяснить главным образом структурой указанных сортов пшеницы.
Известно, что строение зерна, особенно клеток эндосперма и крахмальных зерен, теснейшим образом связано с его консистенцией. В эндосперме мучнистых зерен преобладают мелкие крахмальные зерна, а в эндосперме стекловидных - крупные, по размерам уступающие крупным крахмальным зернам- пшеницы мучнистой консистенции.
По утверждению акад. П. А. Ребиндера, от размера зерен зависят механические свойства кристаллических агрегатов.
Работы действительного члена Академии наук СССР Н. Н. Давиденкова и Ф, Ф. Витмана, проф. Я. Б. Фридмана и др. показали, что на сопротивление стали хрупкому разрушению большое влияние оказывает размер зерен, входящих в их состав.
Особый интерес представляют опыты Е. М. Шевандина, который изучал влияние величины зерна на хладоломкость стали. Образцы испытывали на ударный изгиб при температурах от +150 до -150°С. Установлено, что при размере зерна d = 0,06 мм критическая температура хрупкости равна -30°С, при d = 0,028 мм равна - 60°Г. и при d = 0,016 мм - 85°С. Чем крупнее зерна, тем больше проявляется «склонность» материала к хрупкому разрушению.
Таким образом можно полагать, что одним из мощных факторов, определяющих способность твердой и высокостекловидной пшеницы к хрупкому разрушению, является крупность со-держащихся в ней крахмальных зерен. Несомненно, что не только крупность этих зерен влияет на механические свойства зерна пшеницы. Огромную роль играет заполнитель между отдельными крахмальными зернами. Крепость связей на границе между отдельными крахмальными зернами и клетками влияет на прочность зерновки и ее поведение при деформировании и разрушении.
Исследования Александровых показали, что у зерновок пшеницы с мучнистой консистенцией прослойки белка, заполняющие промежутки между крахмальными зернами, настолько тонки, что еле различимы; в тоже время у стекловидной пшеницы эти прослойки хорошо выражены.
Как указывалось, у твердой пшеницы и у стекловидных зерен мягкой пшеницы крахмальные зерна погружены в белковое вещество, которое сковывает их в плотную массу, в связи с чем силы сцепления между отдельными крахмальными зернами резко увеличиваются.
Результаты микроскопических исследований продуктов измельчения мучнистой и стекловидной пшениц свидетельствуют, что при измельчении крупок пшеницы с мучнистой консистенцией независимо от характеристики рабочих поверхностей валков и интенсивности процесса их разрушения очень редко встречаются разрушенные крахмальные зерна. Разрушение эндосперма происходит в основном по связывающему веществу.
Совсем иную картину мы наблюдаем при измельчении крупок твердой и мягкой пшеницы со стекловидной консистенцией. В таких случаях даже при минимальном деформировании частиц эндосперм разрушается почти в одинаковой степени по крахмальным зернам и связывающему веществу. Об этом свидетельствует также величина диастатической активности муки, получаемой при измельчении высоко стекловидной и твердой пшениц; вследствие разрушения крахмальных зерен величина сахарообразования в данном случае, как правило, всегда выше, чем при измельчении пшеницы с мучнистой консистенцией.
Сказанное подтверждает, что крепость связей на границе между отдельными крахмальными зернами твердой и стекловидной пшениц значительно выше, чем у пшеницы с мучнистой консистенцией. Следовательно, прочность эндосперма у высокостекловидных и твердых зерновок должна быть выше, чем у зерновок мучнистой консистенции.
Немалое влияние на механические свойства оказывает плотность «упаковки» зерновки.
В. П. Кретович на основе исследований пришел к выводу, что в стекловидных зернах клетки очень плотно заполнены, тогда как в мучнистых содержимое клеток имеет более пористую структуру Благодаря этому зерна обладают разной твердостью, различными оптическими свойствами и разной гигроскопичностью.
Для установления влияния консистенции на механические свойства зерна в течение ряда лет проводили исследования различных сортов пшеницы и других культур.
В табл. 11 приводятся основные результаты исследований.

На основе рассмотрения данных, приведенных в табл. 11, можно придти к следующим заключениям:
1. Прочность зерна при измельчении зависит от его консистенции. При одинаковой влажности наиболее высокой прочностью отличаются твердые сорта пшеницы (235-276 кГм/м2), а наиболее низкой - пшеницы мягкие с мучнистой консистенцией: Мильтурум 553 Омской области со стекловидностью 36% (112 кГм/м2) и Лютесценс 62 Курской области со стекловидностью 14,7% (120 кГм/м2).
2. Прочность пшеницы одинаковых сортов в близлежащих районах произрастания также зависит от консистенции зерна. Так, сорт Одесская 3 Харьковской области со стекловидностью 91 % имеет более высокую прочность (209 кГм/м2), чем Одесская 3 Запорожской области со стекловидностью 52% (163 кГм/м2). Тоже установлено при сравнении показателя прочности пшеницы Гостианум,237 Молдавии и Николаевской области Украины, а также Мильтурум 553 Алтайского края и Омской области и т. п.
3. Прочность зерна зависит и от района произрастания. Так, при одинаковой влажности пшеницы Лютесценс 62 различных районов произрастания - Красноярского края со стекловидностью 75%, Саратовской области со стекловидностью 59% и Курской области со стекловидностью 14,7% - имеют примерно одинаковую прочность (131, 122 и 120 кГм/м2).
Прочность зерна в зависимости от его влажности. Величина влажности измельчаемого продукта - важнейший фактор технологии мукомольного производства. От выбора этой величины зависят основные показатели работы мельниц. Механические свойства зерна в значительной мере определяются его влажностью.
Исследованием влияния влажности на механические свойства различных материалов занимались многие отечественные ученые.
Акад. А. Ф. Иоффе доказал, что сухие кристаллы каменной соли при комнатной температуре разрушаются как хрупкие тела вследствие поверхностных трещин. При погружении соли в воду прочность ее возрастает с 0,5 до 160 кГм/м2, т. е. до величины, близкой к теоретической прочности. А. Ф. Иоффе объяснил этот результат растворением в воде поверхностного слоя кристаллов и ликвидацией дефектов указанного слоя.
Н. Н. Давиденков к М. В. Классен-Неклюдова установили, что трещины действительно уменьшают прочность кристаллов и что вода влияет на их поверхность, а не на объем.
Авторы сравнивали прочность на разрыв каменной соли в сухом состоянии, в воде при всестороннем растворении и в воде при частичном предохранении поверхности от растворения; на образец при помощи вазелина или трансформаторного масла с двух противоположных сторон наклеивали две тонкие полоски покровного стекла.
В результате исследования было выявлено, что прочность каменной соли в воде при растворении увеличилась в 8-9 раз, а при частичном предохранении поверхности оказалась равной прочности сухой соли.
П. А. Ребиндер еще в 1928 г. открыл весьма интересное явление понижения сопротивления твердых тел упругим и пластическим деформациям, а также механическому разрушению под влиянием адсорбции поверхностно-активных веществ из окружающей среды. Для объяснения этого явления член-корреспондент Академии наук России Б. В. Дерягин выдвинул гипотезу о расклинивающем действии указанных веществ и подтвердил ее экспериментально. В его лаборатории были разработаны также методы измерения расклинивающего действия.
Работами П. А. Ребиндера и его сотрудников установлено, что понизители твердости (адсорбирующиеся вещества) способствуют внешним силам, значительно уменьшая усилия, необходимые для разрушения твердого тела. Под влиянием адсорбции эффективность диспергирования повышается, так как число микрощелей, раскрывающихся в единице объема диспергируемого твердого тела, значительно возрастает. Это приводит к образованию высокодисперсного продукта, что имеет большое значение, Особенно при тонком измельчении.
Таким образом можно сформулировать две точки зрения:
- А. Ф. Иоффе, Н. Н. Давиденкова и Классен-Неклюдова, установивших, что при проникновении влаги в поверхностные слои твердого тела (каменная соль), в результате растворения в воде поверхностного слоя кристаллов и ликвидации дефектов этого слоя прочность тела увеличивается;
- П. А. Ребиндера и его сотрудников, доказавших, что поверхностно-активные вещества, способные сильно адсорбироваться, расширяют зародышевые трещины, проникают в глубь тела и резко уменьшают его прочность.
Перейдем к рассмотрению результатов проведенных нами исследований прочности зерна при измельчении его в зависимости от влажности (табл. 12).
Анализируя экспериментальные данные, мы устанавливаем, что с увеличением влажности независимо от структуры, сорта и района произрастания зерна величина прочности его при измельчении возрастает, однако степень возрастания обусловливается сортом и районом выращивания. Так, при одинаковых начальной и конечно влажностях прочность при измельчении пшеницы Гордеиформе 27 Краснодарского края и Лютесценс 1729 Красноярского края повысилась в 1,7-1,75 раза, а прочность пшеницы Гостианум 237 Молдавии и Лютесценс 62 Курской области - в 1,45-1,5 раза.
Для получения более полного представления о влиянии влажности зерна на механические свойства рассмотрим также результаты исследования основных частей зерна (оболочек и эндосперма) микромеханическими методами.

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы - Евченко А.В.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы - Евченко А.В.

Текст научной работы на тему «Анализ физико-механических свойств семян зерновых культур»