Механіко-технологічні основи процесів та агрегатного устаткування для виробництва круп

Враховуючи положення про найбільший об'єм кулі по відношенню до об'ємів тіл іншої форми при рівних площах їх зовнішньої поверхні, введено показник виповненості зерна, який характеризує ступінь його наближення до форми кулі і є кількісною оцінкою досконалості його форми за об’ємом Вv=V/Vк=6V/DF3=1, 313 (bc) 1/4/l1/2. Зростання його значення обумовлює збільшення питомого об’єму Пv=V/F і зниження вмісту оболонок, що, поряд із свідченням підвищеної якості зерна пшениці, дає можливість прогнозувати скорочення енерговитрат на реалізацію процесу його лущення.

Обмеженість існуючих даних по механічним властивостям зерна не дозволили врахувати їх результати при розробці агрегатного устаткування і обумовили необхідність створення оригінальних приладів та проведення додаткових досліджень деформативних характеристик оболонок та ядра і зв’язків між ними та вивчення коефіцієнтів тертя і опору зсуву шарів зерна, які впливають на конструктивно-функціональні рішення та режими лущильно-шліфувальних машин.

Значний вплив на процес лущення зерна зумовлює характер зв’язків між оболонками та ядром. При випробуваннях виконували відшарування попередньо надірваної полоси плодових та сукупності плодових і насінєвих оболонок від зерна пшениці, яке відрізнялося скловидністю ядра та умовами підготовки зразків. Прикладене до відігнутої на 180о полоси зусилля відшарування Ро спрямовувалось по дотичній до поверхні зерна, забезпечувало її відділення від ядра і замірялося з точністю18, 6% для плодових та 16, 1% для сукупності усіх оболонок.

Підвищення скловидності від 40 до 98% зволоженого на 3% та відволоженого протягом 3 та 12 хвилин зерна пшениці обумовлює зростання питомого зусилля відшарування плодових оболонок від ядра від 99 до 135 Н/м та від 92 до 122 Н/м. Міцність зв’язків насінєвої оболонки з ядром при зазначених вище умовах зростає від 173 до 185 Н/м та від 205 до 210 Н/м. Зволожування зерна пшениці скловидністю 40 та 98% від 2 до 3, 4 і 5%, обумовлює послаблення зв’язків між плодовими оболонками та ядром від 99 до 93, 89 і 86 Н/м та від 136 до 126, 115 і 104 Н/м. На відміну від цього міцність зв’язків насінєвих оболонок та ядра при згаданих вище умовах зростала від 176 до 188, 195 і 205 Н/м та від 189 до 195, 203 і 121 Н/м. Одержані результати свідчать про недоцільність застосування технології мокрого лущення зерна в агрегатних установках і підтверджують раціональність принципового вибору сухої обробки поверхні зерна та створення устаткування, придатного для сумісної реалізації операцій лущення та шліфування.

Визначення механічних властивостей оболонок обмежувалось можливостями одержання зразків, проводилось окремо для плодових оболонок без поперечних волокон, сукупності плодових і насінєвих оболонок та сукупності плодових і насінєвих оболонок з алейроновим шаром шляхом їх подовжнього та поперечного розтягу і вимірювалося з точністю 5, 6%.

При підвищенні скловидності ядра (від 40 до 98%) вологістю 10%, межа міцності плодових оболонок при подовжньому та поперечному розтягу зростає відповідно в 1, 24 та 1, 69 разів. Для сукупності плодових та насінєвих оболонок ці значення досягають 1, 16 та 1, 25 разів. Підвищення вологості плодових та сукупності плодових і насінєвих оболонок від 10 до 50% супроводжується зниженням межі їх міцності відповідно від 19, 1 та 21, 0 МН/м2 до 11, 8 та 12, 9 МН/м2 при подовжньому розтягу і від 9, 0 та 19, 0 МН/м2 до 5, 0 та 13, 0 МН/м2 при поперечному розтягу. Найбільшою міцністю при подовжньому розтягу характеризуються насінєві оболонки 47, 9 МН/м2, а найменшою 14, 3 МН/м2 – сукупності плодових і насінєвих оболонок та алейронового шару. При поперечному навантаженні найменше значення межі міцності 9, 2 МН/м2 характерне для плодових оболонок, а найбільше 28, 3 МН/м2 -для шару насінєвих оболонок. Гарантоване руйнування покривних тканин та відділення їх від ядра у процесі лущення вимагає створення теоретично необхідної величини напружень на поверхні зерна при поперечному – 11, 0 МН/м2, і при подовжньому – 22, 4 МН/м2 його навантаженні.

Для відділення оболонок товщиною  від ядра при лущенні зерна пшениці необхідне навантаження його відповідними зусиллями зсуву Тр, здатними викликати появу напружень р, які досягають межі міцності покривних тканин і забезпечують їх руйнування розтягом

рТр/bп або Тр/lпр.

Підставляючи залежність сили тертя від нормального навантаження одиночного зерна Р та величину міжзернового тиску, як відношення його до середньої площі проекції Sср=1, 0816 (lbc) 2/3 зерна (розмірами l=6, 02, b=2, 98 та c=2, 85 мм) на опірну поверхню Тр=Р та р=Р/Sср, в попередній вираз, одержимо формули для розрахунків мінімальної величини міжзернового тиску, необхідного для початку руйнування та відділення оболонок від ядра при напруженні рв у подовжньому рв=рв bп/Sср та рп – у поперечному напрямках рп=рп lп/Sср, де bп та lп – ширина та довжина п’ятна дотику зерна з опірною поверхнею.

Так, наприклад, для зерна пшениці при визначеному співвідношенні lп/l=0, 009691 та bп/b=0, 00848, величина мінімально необхідного міжзернового тиску розраховується за виразами

рв=0, 00784рв b1/3/ (lc) 2/3 та рп=0, 00896рп l1/3/