Физико-механические характеристики зерна и початков кукурузы

№44-3,

технические науки

В работе приведена классификация кукурузы по различным критериям, проанализирована зависимость физико-механических характеристик зерна и початков от различных факторов. Полученные результаты позволили сделать вывод о том, что физико-механических характеристик зерна и початков кукурузы сильно варьируют как по сортам, так и в пределах одного сорта по годам.

Похожие материалы

Кукурузу делят на следующие типы: I и II – зубовидная; III и IV – кремнистая; V и VI – полузубовидная; VII – лопающаяся. Кукурузу с зерном бледно-розового цвета относят к белозерной, а с зерном оранжевого и бледно-желтого оттенков – к желтозерной.

По влажности зерна партии початков разделяют на следующие категории: сухое – с влажностью до 16%; средней сухости – 16…16%; влажное – 18…20%; сырое – свыше 20%.

По содержанию сорной и зерновой примесей, а также неполноценных початков различают следующие категории кукурузы по чистоте: чистая – с содержанием початков, относимых к сорной примеси, – до 1%; неполноценных – до 2%; средней чистоты – 1…3% и неполноценных 2…5%; сорная – с содержанием початков, относимых к сорной примеси, свыше 3% и неполноценных – свыше 5%.

По форме и размерам различают два основных вида зерен кукурузы: плоские и круглые. Крупные круглые зерна расположены преимущественно у основания початка, а мелкие круглые – в верхней части [1, 2].

Размеры зерен в различных частях початка разные по длине (6…14 мм), ширине (5,5…12 мм) и толщине (3…8 мм). Колебания в размерах составляют 2…6 мм, при этом наибольшая часть зерен отличается по этим размерам друг от друга лишь на 0,8…2,5 мм.

В зависимости от типа и сорта кукурузы длина, диаметр и вес початков различны. Средние данные по размерным и весовым характеристикам початков культивируемых в настоящее время сортов кукурузы приведены в табл. 1 [3].

Таблица 1 – Размерная и весовая характеристика початков

Длина,

мм

%

Диаметр,

мм

%

Вес,

кг

%

До 100

9

До 35

10

0,05…0,15

28

150…200

51

35…40

26

0,15…0,2

50

200…250

40

40…45

38

0,2…0,3

22

Соотношение веса зерна и стержня колеблется: зерна 74,1…80,5% и стержня 19,5…25,9% [4].

Гигроскопические свойства зерна и стержня различны: если влажность початка до 16,7%, то влажность зерна в основном больше влажности стержня. При влажности початка более 16,7% влажность зерна кукурузы меньше влажности стержня.

Объемный вес початков, зерна и стержневой массы различен в зависимости от сорта, крупности, влажности и плотности укладки. Объемный вес початков кукурузы колеблется от 350 до 450 кг/м3, зерна 600…800 кг/м3, стержней 200…250 кг/м3.

Скважистость - заполненные воздухом промежутки между зернами в насыпи. Обычно скважистость выражают в процентах к общему объему данной насыпи. Скважистость початков колеблется в пределах: крупные початки – 54,5%, средние – 53,1…52,3% и мелкие – 51,2…50,8%, т.е. чем крупнее початки кукурузы, тем больше их скважистость, и наоборот. С повышением влажность скважистость увеличивается.

Скважистость зерна кукурузы находится в пределах 40,4…41,3% (от объема, занимаемого всей зерновой массой).

Скорость витания зерна кукурузы колеблется в пределах 12,5…14 м/с, стержневой массы с влажностью 11% – 10…17 м/с. Расчетную скорость транспортирования стержней кукурузы следует принять равной 30 м/с.

Угол естественного откоса насыпи зерна зависит от влажности, плотности укладки, температуры зерна, слеживаемости и других факторов. При изменении влажности зерна от 11,5 до 19% (на 7,5%) угол естественного откоса повышается всего лишь на 2,50, при повышении влажности от 19 до 26,5% – на 19,5…20,20, т.е. примерно в 8 раз больше, чем в первом случае. Следовательно, угол откоса зерна следует принимать с учетом ее влажности.

Коэффициент трения насыпи зерна кукурузы по различным поверхностям, при объемном весе насыпи 0,7…0,75 т/м3 и при начальной скорости движения, равной нулю (после бункера), составляет по дереву 0,7, а при начальной скорости движения более нуля (после транспортера) – 0,53; по листовой стали, соответственно, 0,58 и 0,36.

Початки кукурузы имеют особенности, связанные со сравнительно большими размерами и разным положением при движении, плотностью укладки, температурой, состоянием поверхности и т.п. [5-14].

Початки на движущейся поверхности (транспортирующая лента и др.) находятся несколько в ином положении, чем на неподвижной. Отдельно расположенные початки (не поддерживаемые другими) начинают перекатываться на движущейся ленте уже при наклоне ее в 4…70.

В отличие от других зерновых культур зерна кукурузы очень плотно сидят в початке, никогда не осыпаются и требуют для своего отделения от початка значительных усилий. Как указывается в [15], среднее усилие, затрачиваемое на отрывание от стержня одиночного зерна с влажностью 22…23% при приложении силы в радиальном направлении, составляет 2,1 кгс, по касательной к окружности початка 0,6 кгс , вдоль образующей початка – 1,3 кгс.

Также существенное влияние на обруш и травмирование зерна оказывает фаза спелости или сроки уборки различных гибридов и сортов кукурузы, т.к. по данным ВИСХОМа [15] фаза спелости оказывает значительное влияние на прочность связи зерна кукурузы со стержнем (табл. 2).

Гокоев А.И. [16] установил, среднее усилие, которое затрачивается на отрывание от стержня одиночного зерна с влажностью 22…23% при приложении силы в радиальном направлении, равно 20,6 Н, по касательной к окружности початка – 5,9 Н, вдоль образующей початка – 12,2 Н.

Таблица 2 – Прочность связи зерна кукурузы со стержнем

Показатели

3-я фаза

4-я фаза

5-я фаза

21/VIII

5…25/IX

1/X

Усилие выдергивания зерна, Н

14,5

15.7…20.3

23,6

Усилие корчевания, Н, на одно зерно

10,01

6,86…7,85

5,9

Влажность зерна, %

40…42

18…35

15

Определенное влияние на процесс обмолота початков кукурузы оказывают фрикционные свойства зерна и листьев обертки, характеризующиеся коэффициентами трения fд движения и покоя fc.

При взаимном трении некоторых продуктов урожая средние значения fc составляют: зерно по зерну – 0,36; обертка по обертке – 0,35; зерно по обертке – 0,29. Значения fс зерна по зерну убывают с уменьшением влажности.

Обоснованный учет приведенных физико-механических и технологических свойств початков кукурузы разной фазы спелости при выборе комплекса машин для их обработки, а также режимов работы органов машин позволит снизить потери в виде обруша и поврежденных зерен.

Таким образом, семена кукурузы обладают специфическими физико-механическими свойствами, что необходимо учитывать при выборе рабочих органов для их уборки, транспортирования и обработки.

На основании проведенного анализа можно сделать следующие выводы:

  • размерно-весовая характеристика, прочностные свойства, коэффициенты трения, аэродинамические свойства семян кукурузы сильно варьируют как по сортам, так и в пределах одного сорта по годам;
  • прочность этих семян при статической нагрузке значительно ниже семян зерновых культур и резко меняется при изменении направления действующей силы: по длине, ширине или толщине. Среднее разрушающее усилие при статическом сжатии меньше, когда усилие направлено по ширине и при влажности 18,2% составляет для семян кукурузы 10,8 кг;
  • коэффициенты трения семян зависят от материала и состояния рабочей поверхности, вида трения, состояния семян;
  • с увеличением влажности семян кукурузы до определенного значения (22…28% в зависимости от сорта) усилие, необходимое для разрушения зерна, возрастает, а при дальнейшем увеличении влажности оно резко падает.

Список литературы

  1. Шекихачева Л.З. Пути повышения урожайности кукурузы в Кабардино-Балкарской республике / NovaInfo.Ru. – 2016. – Т. 3. – № 42. – С. 86–88.
  2. Шекихачева Л.З. Математическое моделирование процесса обмолота початков кукурузы / Материалы Международной заочной научно-практической конференции «Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика». – 2015. – Т. 3. – № 7–3 (18–3). – С. 212–215.
  3. Кравченко, В.С. Параметры и режимы обмолота початков кукурузы / Автореф. дис...д-ра техн. наук.- Зерноград: ВНИПТИМЭХ, 1997.- 37 с.
  4. Голик М.Г., Феста Н.Я., Шибаев П.Н. Влияние механических повреж-дений зерна на его семенные качества / Кукуруза.- 1959.- №12.
  5. Шекихачева Л.З. Морфобиологическая характеристика формирования продуктивности перспективных гибридов кукурузы и их родительских форм в условиях предгорной зоны кабардино-балкарской республики / диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук. – Нальчик, 2000.– 170 с.
  6. Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М., Хажметова З.Л. Математическая модель процесса обмолота початков кукурузы в обертке / Инновационная наука. –2015. – № 9 (9). – С. 120–123.
  7. Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М., Хажметова З.Л. Разработка технического средства для обмолота початков кукурузы в обертке / Символ науки. – 2015. – № 7–1 (7). – С. 59–61.
  8. Габачиев Д.Т., Хажметов Л.М., Шекихачев Ю.А. Разработка инновационной технологии и технического средства для производства комбинированных кормов / Международный научный журнал. – 2014. – Т. 1. – С. 59.
  9. Габачиев Д.Т., Хажметов Л.М., Шекихачев Ю.А. Разработка инновационной технологии и технического средства для производства комбинированных кормов / Наука и Мир. – 2014. – Т. 1. – № 6 (10). – С. 59–60.
  10. Цримов А.З., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М. Повреждаемость початков кукурузы рабочим органом малогабаритной молотилки / Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2007. – № 4. – С. 5–6.
  11. Цримов А.З., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М. Повреждаемость початков рабочим органом малогабаритной кукурузной молотилки / Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2007. – № 4. – С. 9.
  12. Цримов А.З., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М. Исследование влияния основных параметров и режимов работы кукурузной молотилки на эффективность обмолота початков / Международный технико-экономический журнал. – 2007. – № 1. – С. 86.
  13. Кильчукова О.Х., Фиапшев А.Г. Определение необходимой мощности измельчителя фуражного зерна / Материалы всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы в энергетике и средствах механизации АПК». – Благовещенск. –2014. – С.120–124.
  14. Юров А.И., Фиапшев А.Г., Кильчукова О.Х. Ресурсосбережение и экология – стимул экономического роста и основа безопасности жизнедеятельности региона / Научно-практический журнал «Вестник АПК Ставрополья». – Ставрополь. – 2014. – №3(15). – С. 81–86.
  15. Виндижев Н.Л., Липатов В.А. Оптимизация параметров транспортирую¬щих устройств с точки зрения травмирования зерна / Материалы науч.-прак¬тич. конф. КБГСХА. – Нальчик, 1996.
  16. Гокоев, А.И. Обзор и анализ отечественных и зарубежных моло-тильных устройств / Труды ВИСХОМ, вып.47.- М., 1966.