Исследование адгезионных свойств перги, содержащейся в пчелиных сотах

Перга, являясь ценным продуктом пчеловодства, одновременно является основным загрязнителем воскового сырья, ее наличие в сотах, подлежащих перетопке, значительно снижает качество и выход товарного воска. В перговых сотах массовая доля перги может достигать сотен процентов [5, 6]. Обладая преимущественно микропористой структурой, перга в процессе тепловой переработки воскового сырья впитывает часть расплавленного воска, который при этом переходит в связанное состояние, образуя так называемую мерву, – отход, остающийся после отжима воскового сырья в воскопрессах [6].

Одним из перспективных направлений в изучении возможности очистки воскового сырья перед его основной переработкой является вибрационная очистка пчелиных сотов [2, 4].

Очистка суши сотов от загрязнений посредством вибрации предполагает затрату энергии на высвобождение гранулы перги из ячейки сота, поскольку перга, как и другие загрязнения, содержащиеся в соте, имеет некоторую адгезию с воском, благодаря чему и удерживается в восковой ячейке.

Цель исследований . Определение усилия, необходимого для высвобождения гранулы перги из ячейки сота при различных значениях температуры и влажности.

Материалы и методы исследований . Для достижения поставленной цели было проведено экспериментальное исследование с помощью лабораторной установки [1, 3, 5], изображенной на рис. 1. Установка состоит из станины 1 , на которой неподвижно закреплен шток 3 . Вдоль оси штока может свободно перемещаться платформа 6. Верхнее положение платформы поддерживается посредством пружины 2 . Давление платформы создается под действием ручки 4 и шарнира 5 . Рабочим органом платформы, создающим давление на заключенную в навеску 8 гранулу, является цилиндрический боек 7 , диаметр которого соответствует наименьшему диаметру гранулы перги (5 мм). Оказываемое на исследуемый образец давление воспринимает насадка 9 , снабженная калиброванным отверстием, предназначенным для свободного прохода гранулы (рис. 2, в ). Насадка в свою очередь сжимает пружину 10 образцового динамометра ДОСМ-3-0,1, имеющую линейную характеристику жесткости. Прогиб динамометрической пружины фиксирует микрометрическая головка 11 . Величину давления, оказываемого на исследуемый продукт, определяют с помощью графика тарировки пружины.

а

б

Рис. 1. Лабораторная установка для определения усилия, необходимого для извлечения гранулы перги из ячейки сота: а – схема установки; б – общий вид установки: 1 – станина;

2 – пружина; 3 – шток; 4 – ручка; 5 – шарнир; 6 – платформа; 7 – боек; 8 – испытуемый продукт; 9 – насадка; 10 – пружина динамометра; 11 – микрометрическая головка

Для проведения данного эксперимента использовали соты «темных» сортов, заполненные пергой на 15–40 %. Из них формировались экспериментальные образцы площадью 5–35 см³, которые разрезались вдоль вощины таким образом, чтобы образовался один ряд ячеек с пергой без средостения (рис. 2, б ), и разделялись на 9 групп в зависимости от влажности.

а                                   б

Рис. 2. Работа с навесками сотов:

в

а – герметично упакованные навески сотов; б – выдавленная из ячейки сота гранула перги; в – боек и насадка лабораторной установки

Влажность доводили до требуемого значения конвективным подсушиванием или добавлением воды с точностью до ±0,2 % [5].

Потребное количество воды Δ m B (дм³) определялось по формуле:

∆ Шв

=   ∙( W_K-W_H ),

,

где m – масса навески перги до увлажнения, кг;

W к – конечная (задаваемая) влажность, %;

W н – начальная (исходная) относительная влажность, %.

Относительную влажность перги определяли после извлечения ее из ячеек сота в соответствии с требованиями ТУ 10 РФ 505-92 «Перга сушеная». Для этого навески перги массой по 0,002 кг высушивали в сушильном шкафу при температуре 105ºС в течение 5–6 ч. Потерю массы за счет испарения влаги определяли взвешиванием на весах марки ВЛТК-500М с точностью до ±0,01 г.

Относительную влажность W (%) перги определяли по формуле:

W _ m_n-mk ∙ 100,

тп

где   m n – масса навески перги до сушки, кг;

m k – масса навески перги после сушки, кг.

После доведения экспериментальных навесок до необходимой влажности их выдерживали в герметичной полиэтиленовой упаковке не менее трех дней (рис. 2, а ).

Значения влажности для 1–9 групп были соответственно 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23 %. Каждую из этих девяти групп разделяли на 3 группы в зависимости от температуры. Для этого непосредственно перед испытанием срезы выдерживали в течение 1,5–2 ч при значениях температуры –15ºС, +8ºС, +23ºС. Затем образец укладывали на насадку и с помощью цилиндрического бойка выдавливали гранулу перги в калиброванное отверстие насадки. Сила деформации пружины образцового динамометра фиксировалась по показанию микрометра. Эксперимент проводили с 5-кратной повторностью.

Результаты исследований и их обсуждение . Полученные методами математической статистики эмпирические зависимости выглядят следующим образом:

P-А =1,83+1,48∙ W -0,056∙ w^{2 ,}

где F 1 , F 2 , F 3 – усилие, требуемое для извлечения перговой гранулы из ячейки сота (Н) при значениях температуры перги соответственно -15^oC, +8^oC и +23^oC;

W – относительная влажность перги, %.

Значение коэффициента детерминации R² для моделей (3), (4) и (5) составляет соответственно 0,959; 0,954; 0,894.

Влажность перги W, %

ООО - экспериментальные данные (средние значения) ---- - зависимость при температуре перги Т = -15 °C • • • •  - зависимость при температуре перги Т = +8 С

- ■ - ■ - зависимость при температуре перги Т = +23 °C

Рис. 3. Графическая зависимость усилия, приложенного к грануле перги для ее извлечения из ячейки сота, от влажности перги при разных значениях температуры перги

Проведенное исследование показало, что температура и влажность значимо влияют на усилие, необходимое для извлечения гранулы из ячейки сота. Анализ установленных зависимостей, представленных графически на рис. 3, позволяет утверждать, что по мере увеличения влажности перги уменьшается сила, удерживающая гранулы в ячейках сота. В условиях неотрицательной температуры и при влажности перги, превышающей 18–20 %, перга представляет собой очень вязкое, не имеющее выраженных прочностных свойств, вещество. По мере снижения влажности до 12–13 % перга приобретает твердость, при этом гранулы сохраняют занятый в ячейке объем. Поэтому сила, необходимая для извлечения гранулы из ячейки, возрастает. При влажности перги менее 12 % гранулы уменьшаются в объеме, а следовательно, и в диаметре. При влажности 10 % и менее сила, удерживающая гранулу перги в ячейке сота, существенно уменьшается. При понижении температуры повышается прочность восковой основы сота, что также является фактором, сдерживающим пергу в ячейках.

Заключение . Полученные результаты исследований позволяют утверждать, что очистка воскового сырья посредством вибрационного воздействия представляется целесообразной при температуре 20–25ºС и влажности перги в сотах менее 10 %, так как при данных условиях перга представляет собой гранулы, имеющие строгие геометрические размеры, а сила, которую необходимо приложить к грануле для извлечения ее из ячейки сота, составляет 9–11 Н.