Определение физико-механических свойств пантов и рогов оленей северных домашних эвенкийской породы

За последние годы в пищевой, медицинской и косметической промышленности находит широкое применение продукция из пантов и рогов оленей северных домашних эвенкийской породы. Для получения порошка тонкого помола из пантов и рогов оленей северных домашних эвенкийской породы по месту заготовки была разработана новая ресурсосберегающая технология и машина для их резки и измельчения, на которую получен патент РФ № 2366190.

Разработка конструкторской документации оборудования для мини-цехов по переработке пантов и рогов оленей северных домашних эвенкийской породы потребовала проведения научных исследований по определению физико-механических свойств пантов и рогов с целью нахождения усилия (мощности), действующего на механизм измельчающей машины, и степени измельчения пантов и рогов на данной стадии технологического процесса.

Раздавливание – один из основных способов разрушения кусков материала из пантов и рогов в разработанной измельчающей машине. Нагрузка прилагается к поверхности, приблизительно равной нагружаемой поверхности куска. Степень измельчения материала раздавливанием определяется формулой [2]

i = еж I + 1 6v 2 L

где σ сж – предел прочности материала на одноосное сжатие; D – размер куска материала; σ р – предел прочности материала на растяжение; η – КПД преобразования энергии деформации в работу; L – размер дробящего тела.

Усилие сжатия F сж , действующее на механизм измельчающей машины, равно [5]

n

^Fеж ^ еж ^ j ^Аежi ,

i = 1

где А сжi – площадь раздавливания кусков материала i -й поверхностью; n – число поверхностей сжатия.

Для проведения экспериментальных исследований по определению величины нормальных напряжений сжатия σ сж при измельчении рогов оленей северных способом раздавливания были взяты заготовки толщиной 2 и 4 мм из консервированных и сброшенных рогов площадью А = 4; 16; 36; 64 мм² (рис. 1). Определение напряжения сжатия выполняли на лабораторной установке типа «VEB Thüringtr lndustriwerk Rauen-stein» (рис. 2) [1].

Толщина – 4 мм Площадь – 64 мм2

Толщина – 4 мм Площадь – 16 мм2

Толщина – 4 мм Площадь – 36 мм2

Толщина – 4 мм Площадь – 4 мм2

Рис. 2. Лабораторная установка типа «VEB Thüringtr lndustriwerk Rauenstein»: 1 – верхняя траверса;

2 – нижняя траверса; 3 – заготовка из рогов оленей северных

Подготовленные образцы помещались на нижнюю траверсу лабораторной установки (рис. 2).

При включении лабораторной установки движущаяся верхняя траверса давит на заготовку. На шкале лабораторной установки фиксируется величина усилия, при которой наступает разрушение заготовки из рогов оленей северных.

Результаты испытаний по определению усилия сжатия заготовок из рогов оленей северных эвенкийской породы представлены в виде графиков на рисунке 3.

Рис. 3. Сила сжатия рогов оленей северных эвенкийской породы: 1 – консервированные рога, толщина образца 2 мм; 2 – консервированные рога, толщина образца 4 мм; 3 – сброшенные рога, толщина образца 2 мм; 4 – сброшенные рога, толщина образца 4 мм

Напряжение сжатия определяли по формуле [5]

ст сж

Fсж

А сж

,

где F сж – сила сжатия, кг; А сж – площадь сжатия, мм².

Величина напряжений сжатия σ сж в зависимости от вида рогов и толщины испытуемых образцов представлена в таблице.

Как показал эксперимент, напряжения сжатия σ сж неодинаковы по диаметральному сечению рога, различны по величине для консервированных и сброшенных рогов, а также меняются в зависимости от тол-

Рис. 4. Влияние неравномерности распределения прочностных свойств по диаметральному сечению диска рога на величину напряжений сжатия σ сж : 1 – консервированные рога, толщина образца 2 мм;

2 – консервированные рога, толщина образца 4 мм; 3 – сброшенные рога, толщина образца 2 мм;

4 – сброшенные рога, толщина образца 4 мм

Изменение напряжений сжатия σ сж в зависимости от вида рогов и площади испытуемых образцов

Показатель	Площадь сжатия, мм2	Сила сжатия F сж , кг при толщине образца		Напряжение сжатия σ сж , кг/мм2 при толщине образца
		2 мм	4 мм	2 мм	4 мм
Консервированные рога	4	8	11	2	2,75
	16	23	61	1,43	3,81
	36	65	81,5	1,8	2,26
	64	82	90	1,28	1,4
Сброшенные рога	4	312	700	78	175
	16	387	760	24,18	47,5
	36	495	885	13,75	24,58
	64	602	1150	9,4	17,96

Учет неравномерности прочностных свойств при определении усилия, действующего на механизм измельчающей машины, целесообразно выполнить, вычисляя среднее напряжение сжатия σ сж^ср

n

∑ σ

σ ср сж

сж

i

n а также коэффициент неравномерности Кнер распределения напряжений

Lr _ ^сж max

^К неР ~~ ----- (5)

сж min как для сброшенных, так и консервированных рогов.

Среднее напряжение и коэффициент неравномерности составили:

образец толщиной 2 мм

• -    консервированные рога - О сжср-кон = 1,62 кг/мм², К кон = 1,56;

• -    сброшенные рога - О сжср-сб = 31,33 кг/мм², К Нб_р = 8^,29;

образец толщиной 4 мм

• -    консервированные рога - О сжср-кон = 2,55 кг/мм², К кон = 1,96;

• -    сброшенные рога - О сжср-^сб = 66,26 кг/мм², К ср = 9,74.

Анализ полученных результатов по определению нормальных напряжений сжатия (раздавливания) позволил сделать выводы:

• -    неравномерность механических свойств проявляется как для сброшенных, так и для консервированных рогов. Причем большей степенью неравномерности обладают сброшенные рога;

• -    на величину напряжений сжатия оказывает некоторое влияние и толщина раздавливаемого слоя (диска). Особенно это влияние заметно для сброшенных рогов. Очевидно, процесс консервирования рогов способствует выравниванию структуры рога и, как следствие, его прочностных характеристик.

Результаты экспериментальных исследований по определению физико-механических свойств пантов и рогов оленей северных домашних эвенкийской породы позволяют оптимизировать как силовые, так и кинематические параметры запатентованной машины для резки и измельчения рогов домашнего северного оленя эвенкийской породы.