CC BY
24
УДК 636.621.472,638.24
исследование физико-механических свойств грены тутового шелкопряда
В.С. БУРЛАКОВ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор (e-mail: [email protected])
Ю.Н. ЛИТВИНОВ, кандидат биологических наук, доцент
Белгородский государственный аграрный университет имени В.Я. Горина, ул. Вавилова,1, пос. Майский, Белгородский р-н, Белгородская обл., 308504, Российская Федерация
Резюме. Низкая эффективность некоторых технологических процессов шелководства объясняется отсутствием средств механизации и автоматизации операций с греной (яйцами шелкопряда), поскольку недостаточно изучен ряд её физико-механическиххарак-теристик. Важно, чтобы обрабатывающий механизм сохранял грену здоровой ижизнеспособной и работал при оптимальных режимах. Цель исследования - определить некоторые физико-механические характеристики грены, связать их с оптимальными параметрами обрабатывающих механизмов. Для разработки средств механизации необходимо изучение важнейшей характеристики грены -сыпучести - способности при известных условиях образовывать струю, текущую под действием силы тяжести. Целесообразно для материалов, с примерно одинаковым гранулометрическим составом и, в частности, для грены, выражать степень сыпучести численной безразмерной величиной, выведенной из величины угла естественного откоса или объёмной массы. При свободном истечении сыпучего материала на горизонтальную плоскость образуется конус с углом естественного откоса р при основании. Обозначив показатель сыпучести через Кс и исследуя углы треугольника конуса, мы вывели формулу показателя сыпучести: Кс = 90/в-1.
Исследования угла р, Кс и объёмной массы у грены показали, что между этими величинами имеется эмпирическая связь:
у =70,5$> + 311,2 кг/м3;
у = 0,07^ + 0,3 г/см3;
I 90
y = 0,07. -+ 0,3 г/см3.
ЧКс +1
Эти величины найдены нами для грены промышленных пород и гибридов, используемых в СНГ((Б-1 хС-8) х (Б-2хС-9), Б-1, Б-1х Б-2, С-22, (С-8хБ-1) х 9(С-9хБ-2), Б-2хБ-1). Объёмная масса грены исследованных пород находилась в пределах632,0-705,0кг/м3, угол естественного откоса -23-310, показатель сыпучести - 1,95-2,75, масса одного яйца (грены) - 0,46-0,70мг, удельный вес - 10595н/ м3 (1,08 г/см3), коэффициенты трения покоя грены для различных конструкционных материалов - 0,36-0,90. Знание величин объёмной массы мы использовали для определения размеров бункеров, дозаторов и другого оборудования.
Ключевые слова: качество, обработка, грена, раствор, операция, объемная масса, угол естественного откоса, коэффициент трения, сыпучесть, микроклимат.
Для цитирования: Бурлаков В.С., Литвинов Ю.Н. Исследование физико-механических свойств грены тутового шелкопряда //Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. № 12. С. 98-100.
Грена (яйца) шелкопряда на гренажных предприятиях проходит ряд таких технологических операций, как зимнее хранение, отбраковка дефектной грены в воде и растворе поваренной соли, удаление посторонних примесей, высохшей и неоплодотворённой грены, расфасовка и др. От качества грены зависит её оживляемость и, в конечном счете, эффективность шелководства.
Низкая эффективность этих технологических операций объясняется слабой изученностью специфических процессов, происходящих с греной, как живым биологическим продуктом [1], отсутствием достаточных сведений о таких ее физико-механических свойствах, как объемная масса, угол естественного откоса, пока-
затель сыпучести, коэффициенты трения о различные поверхности. Такая информация необходима для проведения качественных технологических процессов [2, 3] и создания новых технических средств обработки [4].
Разработка средств механизации для очистки (отбраковки), классификации, разделения по полу, подсчёта и расфасовки грены требует изучения важнейшего свойства - сыпучести. Это один из основных показателей, от которого зависит конструкция и технические параметры машин, обрабатывающих сыпучий продукт. Некоторые материалы имеют хорошую сыпучесть (подвижность), благодаря чему упрощается конструкция механизмов. Другие склонны к слеживанию и сводообразованию, поэтому для прохождения через каналы механизмов требуются специальные вспомогательные устройства. Сыпучесть материала - это способность его при известных условиях образовывать струю, текущую под действием силы тяжести. Эту характеристику в известных литературных источниках [5] принято выражать следующими терминами: «сыпучесть достаточная», «...хорошая...», «затруднённая...», «весьма затруднённая» и др. Подобная неопредёленная оценка этого важного фактора при расчетах неприемлема.
Цель исследования - определить некоторые физико-механические характеристики грены, связать их с оптимальными параметрами обрабатывающих механизмов.
Условия, материалы и методы. Опыты по изучению основных физико-механических характеристик грены как продукта обработки проводили следующим образом: коэффициенты трения покоя определяли у грены некоторых промышленных пород, гибридов и тетрагибридов -(Б-1хС-8) х(Б-2хС-9), Б-1, Б-1 х Б-2, С-22, (С-8хБ-1) х9(С-9хБ-2), Б-2хБ-1 -на поверхностях следующих материалов: никель, дюралюминий, стекло, плексиглас, полиэтилен, резина, ткани, картон, эмалированная, шлифованная и лужёная сталь. Для этого грену насыпали на плоскую поверхность испытываемого материала и фиксировали угол а0 между плоскостью материала и горизонтом в момент начала сползания грены. Коэффициент трения (1 определяли по общеизвестной формуле:
1 = Яо,. (5)
Коэффициенты трения покоя, объёмную массу и углы естественного откоса для различных пород и гибридов грены определяли по общепринятой методике [5]. Опыты проводили за 1-2 дня до расфасовки, после мойки и сушки грены, которая находилась в гренохра-нилище при температуре 12-15 0С и влажности 65-70 %. Результаты графически обрабатывали и выводили эмпирические формулы зависимости объёмной массы от угла естественного откоса и показателя сыпучести -новой безразмерной величины, предложенной и обоснованной нами для сыпучих продуктов.
Определяли производительность и время истечения определенного количества грены через опытные отверстия питателя. Диаметр последних меняли от 5 до 11 мм с помощью специально изготовленных втулок с калиброванными отверстиями. По результатам измерений исследовали зависимости производительности питателя от диаметра проходного сечения дозирующего узла для различных сечений отверстий питателя и производительности дозатора при разных диаметрах отверстий питателя.
На наш взгляд, для материалов с примерно одинаковым гранулометрическим составом и, в частности,
рис. 1. Сечение конуса с углами естественного откоса. для грены, степень сыпучести целесообразно выражать численной безразмерной величиной, выведенной из величины угла естественного откоса или объёмной массы как наиболее точно отражающих эту характеристику. Угол естественного откоса образуется при свободном истечении сыпучего материала на горизонтальную плоскость. На плоскости формируется конус с углом естественного откоса р при основании (рис. 1).
Формула показателя сыпучести (Кс) выведена по результатам измерения углов треугольника, образующегося в сечении конуса:
к -90
"•-Г
1.
(6)
ный вес - 10595 Н/м3, или 1,08 г/см3 [6].
При выборе величины отверстия питателя считаем целесообразным связывать его оптимальный размер с показателем сыпучести грены Кс, поскольку динамика прохождения грены через каналы находится в определенной зависимости от диаметра отверстия питателя и показателя сыпучести.
Зная оптимальный диаметр отверстия питателя для одной породы и показатели сыпучести для всех других исследуемых пород шелкопряда, по следующему равенству можно определить оптимальный диаметр отверстия питателя для любой грены:
ДАгДА2=ДКа, 9
где Д1; Д2; Д - величины оптимальных диаметров отверстий питателей;
Кс1; Кс2; Ка - показатели сыпучести различных пород грены.
При создании устройств для работы с греной важно, чтобы обрабатывающий механизм сохранял её здоровой и жизнеспособной, а также поддерживал оптимальный режим [4]. Для большинства веществ и продуктов физико-механические характеристики (коэффициенты трения, объёмная масса и углы естественного откоса) известны (кроме показателя сыпучести) и широко используются при исследовании и конструировании обрабатывающих механизмов. Мы определили эти характеристики для семи промышленных пород и гибридов, использующихся в гренопроизводстве стран СНГ (табл. 1 и 2).
При нахождении Кс из опытных величин р эта формула примет вид:
Таблица 1. коэффициент трения покоя грены
К =
90л
П
ер
-1.
(7)
где п - количество повтор-ностей опыта.
В случае, когда не требуется большой точности при
нахождении показателя сыпучести из опытных данных, удобнее пользоваться следующим выражением:
Коэффициент Коэффициент
Материал трения покоя Материал трения покоя
грены грены
Никель 0,36-0,70 Ткань капроновая 0,55-0,90
Стекло 0,40-0,70 Картон 0,65-0,90
Плексиглас 0,44-0,68 Ткань драповая 0,99-71
(заряж.0,71)
Дюралюминий 0,48-0,67 Эмалированная сталь 0,40-0,60
Полиэтилен 0,48-0,93 Шлифованная сталь, 0,38-0,67
6-8 класса чистоты
Резина 0,48-1,03 Луженая сталь 0,40-0,80
К =
180
Ртах + Ргг
— 1.
Наши исследования объёмной массы у и угла естественного откоса грены показали, что между этими величинами имеется определенная эмпирическая связь. Практически показатель сыпучести использовали при определении оптимальных величин бункеров и отверстий питателей в машинах, обрабатывающих грену.
результаты и обсуждение. Грена имеет сравнительно небольшую величину (примерно 1,3 мм в длину и 1,0 мм в ширину), овальную форму и слегка сплюснута с боков. При сравнении кладок различных бабочек, можно заметить, что грена одной кладки несколько крупнее другой. В одном грамме может быть от 1500 до 2000 гренинок. Грена может иметь различный цвет -тёмно-серый, пепельный с зеленоватым или фиолетовым оттенком. В пределах одной кладки грена обычно окрашена в один тон. Она имеет твёрдую скорлупу. Масса одного яйца (гренинки) составляет в среднем 0,46-0,70 мг, удель-
Знание объёмной массы при свободной насыпке необходимо для определения основных размеров технологических резервуаров, весовых бункеров, дозирующих (8) механизмов. Объемная масса грены не имеет постоянной величины. Её колебания зависят от размера гренинок, температуры и влажности среды хранения и др. Даже грена одной породы, взятая для опыта в одно и то же время, несколько различается по объёмной массе (табл. 2). Кроме того, даже при самом строгом соблюдении правил проведения опыта, всегда имеет место погрешность.
Угол естественного откоса - один из основных показателей, характеризующих сыпучесть. Опытным путём мы установили его ориентировочные величины. Как и объёмная масса, они непостоянны. Повышение влажности и, соответственно, объёмной массы грены ведет к увеличению угла естественного откоса, что снижает её сыпучесть
Таблица 2. основные физико-механические характеристики грены
Порода, гибрид шелкопряда Объемная масса, кг/м3 Угол естественного откоса, град. Показатель сыпучести грены
(Б-1*С-8) х(Б-2*С-9) 632,0-664,0 23-25 2,75
Б-1 651,1-669,0 23-26 2,68
Б-1*Б-2 654,0-671,0 24-27 2,53
Б-2 679,3-687,3 25-27 2,46
С-22 693,0-701,0 25-28 2,40
(С-8*Б-1) *9(С-9*Б-2) 691,2-694,8 27-29 2,12
Б-2*Б-1 698,0-705,0 29-31 1,95
Y =70,^р + 311,2 кг/м3 (10)
Y = 0,07 VP+ 0,3 г/см3 (11)
Y = 0,07
90
Кс + 1
+ 0,3 г/см3 (12)
рис. 2. Изменение объёмной массы грены при изменении её угла естественного откоса. Породы и гибриды тутового шелкопряда: О - Б-1 х С-8х Б-2х С—9; - Б-1; Д-Б-2; 0-0-8 х Б-1 х С-9 х Б-2; о - Б-22; □ - Б-1 х Б-2;ф - Б-2 х Б-1.
и затрудняет прохождение через механизмы. Следовательно, здесь имеет место определённая закономерность. По формуле (3) мы рассчитали показатели сыпучести для грены разных пород шелкопряда (см. табл. 2).
В результате исследований построен график (рис. 2) изменения объёмной массы грены при изменении угла естественного откоса и выведены эмпирические формулы, связывающие величины объёмной массы (у), угла естественного откоса (Р) и показателя сыпучести (Кс).
выводы. Сведения о физико-механических свойствах грены - живого биологического продукта - необходимы при научных исследованиях, выполнении технологических процессов в гренопроизводстве и конструировании механизмов, обрабатывающих грену. Найдены её основные физико-механические характеристики: коэффициенты трения о различные поверхности, объёмная масса и угол естественного откоса. Предложен новый коэффициент - показатель сыпучести, который связан с оптимальными конструктивными параметрами питателей для сыпучих продуктов.
Опыты проведены на семи промышленных породах, гибридах и тетрагибридах тутового шелкопряда, используемых в гренопроизводстве стран СНГ. В результате построен график зависимости величины объёмной массы от угла естественного откоса и выведены эмпирические формулы, связывающие эти величины с показателем сыпучести.
Установленные показатели сыпучести, коэффициента покоя, объёмной массы, угла естественного откоса грены были использованы при определении оптимальных величин бункеров, диаметров отверстий питателей, выборе конструктивных материалов в машинах, обрабатывающих грену.
Литература.
1. СвиридовА.Ф. Физико-механические свойства грены//Шелк. 1989. № 4. С. 21-22.
2. Злотин А.З., Кораблева Е.С., Бондаренко Е.Ф. Инкубация грены, техника выкормки гусениц тутового шелкопряда: Справочник по шелководству. Киев: Изд. «Урожай», 1984. С. 78-86.
3. Злотин А.З., Кириченко И.А., Кораблева Е.С. Способ приготовления грены тутового шелкопряда // Сб. «С.-х. информация МСХУССР». 1986. Вып. 7. С. 47-49.
6. Бурлаков В.С. Некоторые теоретические и экспериментальные исследования с целью повышения эффективности процесса расфасовки промышленной грены тутового шелкопряда // Сб. научных трудов ХГЗВА. Харьков: ХГЗВА, 2004. Вып. 12. Ч. 1. С. 262-266.
4. Карпин Е.Б., Огеевич Н.С., Щедровицкий В.С. Автоматические весы и весовые дозаторы. М.: ВИНИТИ, 1985. С. 41-43.
5. Мирзаходжаев А., Арипов С. Аппарат для мойки и центрифугирования грены//Шелк. 1988. № 3. С. 13.
INVESTIGATION OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF SILKWORM EGGS
V.S. Burlakov, Y.N. Litvinov
Belgorod State Agricultural University named after V. Gorin, ul. Vavilova, 1, pos. Maiskii, Belgorodskii r-n, Belgorodskaya obl., 308504, Russian Federation
Summary. The low efficiency of some technological processes of silkworm breeding is accounted for the absence of the means of mechanization and automation of operations with grains (silkworm eggs), since a number of its physical and mechanical characteristics is insufficiently studied. It is important that processing mechanism would preserve the grain healthy and viable and would work with the optimum regimes. The purpose of the study was to determine some physical and mechanical characteristics of grains and to connect them with the optimum parameters of processing mechanisms. The development of the means of mechanization requires the investigation of the most important characteristics of grain - the flowability, which is the ability to form the stream under certain conditions, flowing under the action of gravitational force. It is expedient for the materials with the approximately identical granulometric composition, in particular for grains, to evaluate the degree of flowability by the numerical dimensionless quantity, deduced from the value of the angle of friction or bulk density. The cone with the angle of friction beta at the base is formed with the free efflux of bulk material from the capacity to the horizontal plane. We designated the index of flowability as Cf and studied the angles of the triangle of the cone. We determined the formula of flowability index: Cf = 90/beta-1.
The investigations of the angle beta, Cf and bulk density gamma of grains revealed, that there is an empirical connection between these values:
Y =70.5 .M + 311.2 kg/m3 ;
Y = 0.07# + 0.3 g/cm3 ;
I 90
Y = 0.07. -—-+ 0.3 g/cm3 .
V/fc + 1
These values were found for grains of commercial breeds and hybrids, used in the CIS ((B-1 x S-8) x (B-2 x S-9), B-1, B-1 x B-2, S-22, (S-8 x B-1) x 9(S-9 x B-2), B-2 x B-1). The bulk density of the studied breeds was within 632.0-705.0 kg/m3, the angle of friction - 23-31 degrees, flowability index - 1.95-2.75, the weight of one egg (grain) - 0.46-0.70 mg, specific weight - 10595 n/m3 (1.08 g.cm3), the coefficients of static friction of grains for different construction materials - 0.36-0.90. We used knowledge about bulk density values for determination of the dimensions of bunkers, feeders, and other machines.
Keywords: quality, processing, silkworm eggs, solution, operation, bulk density, angle of friction, frictional coefficient, flowability, microclimate.
Author Details: V.S. Burlakov, D. Sc. (Agr.), prof. (e-mail: Burlakov1309@ mail.ru); YN. Litvinov, Cand. Sc. (Biol.), assoc. prof. For citation: Burlakov V.S., Litvinov YN. Investigation of Physical and Mechanical Properties of Silkworm Eggs. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2016. V.30. No. 12. Pp. 98-100 (in Russ.).
