Исследование влияния влажности и температуры на прочностные свойства перги

Введение. Перга – это запрессованная и законсервированная в ячейки пчелиного сота пыльца растений. Благодаря своему богатому биохимическому составу, перга широко используется в апитерапевтической практике при лечении целого ряда заболеваний. Отсутствие высокоэффективной механизированной технологии извлечения перги из сотов не позволяет получать этот продукт в требуемом количестве. Традиционно во время формирования пчелиного гнезда на зиму пчеловод выбраковывает из пчелиной семьи 2–3 перговые соторамки, которые подлежат перетопке в качестве воскового сырья. Наличие в соторамках перги приводит к потерям значительной части воска, а также существенно ухудшает его качество [2, 3]. Для обоснования возможных технологических операций, позволяющих извлекать пергу из пчелиных сотов, необходимо иметь точные числовые характеристики прочностных свойств перговых гранул.

Цель исследования: определение числовых характеристик прочностных свойств перго-вых гранул и их зависимости от влажности и температуры для обоснования возможных технологических операций, позволяющих извлекать пергу из пчелиных сотов, а также режимов, наиболее благоприятных для их осуществления.

Объект и метод исследования. В процессе поисковых опытов было установлено, что при извлечении из сотов гранулы перги могут подвергаться некоторой деформации без их разрушения [3]. Поэтому цель эксперимента заключалась в исследовании влияния влажности и температуры продукта на его прочностные свойства.

Для опытов была изготовлена установка (рис. 1), позволяющая регистрировать величину деформации материала и создаваемое при этом давление.

Установка выполнена на базе образцового динамометра ДОСМ-3-0,1. В качестве индикаторов использовались микрометрические головки с самофиксирующимися штоками.

Работает установка следующим образом. Перговая гранула помещается на площадку 4 и нагружается насадкой 6 . Усилие от исследуемого материала передается на пружину 3 . Прогибаясь, пружина перемещает шток индикатора 1 до тех пор, пока индикатор не покажет заданный уровень деформации. Одновременно по показаниям динамометрического индикатора 2 измеряется величина усилия, прилагаемого к грануле для достижения заданного уровня деформации. После сжатия перги пружина возвращается в исходное положение, а отклонение штоков фиксируется индикаторами.

Рис. 1. Лабораторная установка, предназначенная для определения прочности перговых гранул: 1 – микрометрическая головка, предназначенная для измерения глубины внедрения бойка в исследуемый продукт; 2 – динамометрическая головка, предназначенная для измерения усилия; 3 – пружина образцового динамометра; 4 – площадка; 5 – исследуемый продукт;

6 – насадка

Перед началом работы производилась та- рировка динамометра.

Показатель прочности (σ, кПа) гранул на сжатие в радиальном направлении определялся по формуле

F ⋅10-6 σ= C      , d⋅

где F C – усилие, прилагаемое к грануле для достижения заданного уровня деформации, Н; d г – диаметр гранулы, м; I – длина гранулы, м.

При проведении эксперимента гранулы перги подвергались 5 % деформации. Опыт проводился с пятикратной повторностью. При этом осуществлялся контроль влажности и температуры исследуемого материала по стандартной методике (ГОСТ 31776-2012).

Для проведения эксперимента был выбран двухфакторный трехуровневый план проведения опытов, близкий к D-оптимальному. Факторы, уровни и интервалы их варьирования представлены в таблице.

Факторы и уровни их варьирования

Уровень варьирования факторов	Температура Т, °С	Влажность W, %
1	+18	21
0	+10	17
-1	+2	13
Интервал варьирования	8	4

В результате проведенных исследований было выявлено влияние основных технологических факторов, изменяющихся в процессе получения перги, – влажности и температуры – на прочностные свойства перговых гранул.

Перга относится к вязкопластичным материалам и не имеет четкой границы предела проч- ности, так как способна деформироваться под действием нагрузки. Поэтому для эксперимента был взят уровень деформации гранул, которому они подвергаются в процессе измельчения на предложенном нами измельчителе [1].

В результате статистической обработки экспериментальных данных была получена математическая модель зависимости прочности перговых гранул ( σ, кПа) на сжатие (при 5 % деформации) от основных технологических факторов – влажности ( W, %) и температуры ( Т, °С):

O' ( T , W )=7747-222,8∙ т -645,9∙ w +

+8,66 ∙ т ∙ и/+2,15∙г²+13,72∙и/²․    (2)

По критерию Фишера модель адекватна на уровне значимости α = 0,01.

На рисунке 2 представлена графическая зависимость прочности перговых гранул от влажности и температуры.

Рис. 2. Зависимость прочностного показателя σ, кПа, гранул перги на сжатие в радиальном направлении от температуры T, °C, и влажности W, %, перги

Выводы . Статистический анализ уравнения, описывающего зависимость прочности перговых гранул от основных технологических факторов, который включает проверку воспроизводимости эксперимента, определение значимости коэффициентов регрессии и оценку адекватности полученной модели по критерию Фишера, показал, что она достаточно точно описывает исследуемую зависимость. По мере снижения влажности менее 17 % и температуры ниже +10 °С происходит резкое возрастание сопротивления деформированию исследуемого материала. Оба фактора оказывают значимое влияние на прочность перги.

Полученная математическая модель позволяет рассчитать необходимое усилие для 5 % деформации перги при любом сочетании уровней варьирования факторов в пределах исследуемого факторного пространства.