Kukurūzai žmonių mityboje užima svarbią vietą

Kukurūzai žmonių mityboje užima svarbią vietą jau nuo 4500 metų pr. m. e. Tai vienas iš sparčiausiai kaupiančių energiją, kurią vėliau galima panaudoti įvairioms reikmėms, auginamų žemės ūkyje augalų (Tarighi, J., 2011). Kukurūzų derliaus nuėmimo ir popjūtinio apdorojimo procesų mechanizavimas užtikrina auginamų kukurūzų plotų didėjimą. Tačiau susiduriama su nuimamų, transportuojamų ir sandėliuojamų kukurūzų kokybės išsaugojimu. Pavyzdžiui, derliaus nuėmimo metu, esant dideliam nuimamų kukurūzų drėgniui ir nepalankioms meteorologinėms sąlygoms, grūdai yra žalojami ir patiriami dideli nuostoliai. Šių nuostolių priežastimi dažniausiai yra žemės ūkio mašinų darbinės dalys sąveikaujančios su grūdais. Grūdų nuostoliai ir jų sužalojimo lygis labiausiai priklauso nuo mašinų konstrukcinių ir technologinių parametrų bei mašinų priežiūros, o taip pat nuo pasėlių lauko ir meteorologinių sąlygų bei derliaus morfologinių, fizikinių ir mechaninių savybių (Anazodo, U. G. N., 1981).

Kukurūzų grūdų dydis, forma ir jų fizikinės-mechaninės savybės yra svarbios projektuojant derliaus nuėmimo, grūdų valymo ir rūšiavimo bei traiškymo mašinas (Seifi M. R., 2010; Mohamed A. F., 2009; Heidarbeigi K., 2008). Teigiama, kad žinant burbuolių fizikines-mechanines ir grūdų aerodinamines savybes, galima tiksliau nustatyti kūlimo aparato technologinius parametrus ir jo konstrukcijos tobulinimo kryptis (Špokas L., 2007) Kukurūzų grūdų ir burbuolių fizikinės-mechaninės savybės priklauso nuo veislės (Szymanek M. 2006; Szymanek, M., 2006), derliaus nuėmimo laiko ir drėgnio (Anazodo, U. G. N., 1981; Petkevičius S., 2012; Dorsey-Redding C. D., 1991). Nustatyta, kad sausai burbuolei perlaužti reikia apie 20% didesnės jėgos nei drėgnai. Drėgnos burbuolės yra tampresnės, todėl jos lūžta esant beveik dvigubai didesniam įlinkiui nei sausos burbuolės (Čenys, M., 2010). Bręstant grūdams mažėja jų drėgnis, tuo pačiu metu kinta ir jų savybės. Pavyzdžiui, sausi (9,3%) grūdai pasižymi labiau tampriomis savybėmis nei drėgni (22,5%), kurių savybės labiau plastiškos (Ponce-Garcia N.,

2008).

Darbo tikslas: Nustatyti drėgnio, brandos ir gniuždymo jėgos krypties įtaką kukurūzų burbuolių ir grūdų suirimo atsparumui.

1.   INFORMACIJOS ŠALTINIŲ ANALIZE

1.1. Grudų sandara ir savybės

Tiriant grūdų fizikines-mechanines savybes, labai svarbu pažinti grūdo struktūrą ir jo cheminę sudėtį. Kukurūzo grūdo branduolį sudaro keturios pagrindinės dalys: perikarpis, gemalas (embrionas), endosperma ir žiedkotis (1.1 pav.) (Corona L., 2006).

1.1 pav. Kukurūzo branduolio sandara (Säo Paulo., 2009).

Didžioji dalis kukurūzų branduolio sudaryta iš endospermos, net 82%, 12% sudaro gemalas, 5% perikarpis ir 1% žiedkotis. Nuo endospermos struktūros labai priklauso grūdo mechaninis stiprumas. Kukurūzo endospermą sudaro dvi dalys: miltinė ir suragėjusi endospermos dalis (1.2 pav.). Šių dviejų dalių santykis, labai priklauso nuo grūdo branduolio genetinių savybių (Corona L., 2006; Szasz J., 2006).

Suragėjusios endospermos struktūra yra kieta ir sudaryta iš tankiai sudėliotų krakmolo rutuliukų, kuriuos tarpusavyje jungia rišamoji medžiaga proteinas. Suragėjusioje endospermoje oro tarpai tarp krakmolo rutuliukų yra labai maži arba jų visai nėra. Todėl juos sunku suardyti. Miltinė endospermos dalis yra minkštos struktūros ir proteinas, priešingai nei suragėjusioje dalyje, dėl esančių oro tarpų tarp krakmolo rutuliukų, bręstant grūdui, nesujungia jų tvirtai tarpusavyje (Corona L., 2006).

1.2 pav. Grūdo endospermos dalys (Sao Paulo., 2009)

Viską apibendrinus, galime teigti, kad grūdų fizikinės mechaninės-savybės labai priklauso nuo grūdų baltymo struktūros, krakmolo granulių tūrio ir tankio. Esant didesniam procentui suragėjusios endospermos, grūdo struktūra kietesnė ir sunkiau pažeidžiama, todėl veikiant grūdą mechaniškai, reikia didesnės jėgos jį suardyti (Szasz J., 2006).

1.2. Grūdų atsparumas pusiau statinių apkrovų poveikiui

Apkrovos pagal pridėjimo pobūdį yra skirstomos į statines ir dinamines. Statinės apkrovos dar skirstomos į pusiau statinės (kvazistatines) apkrovos, o dinaminės apkrovos skirstomos į smūgines. Statine vadinama tokia apkrova, kurios didumas, kryptis ir pridėties vieta nekinta. Kai apkrova artima statinei (nedidelė inercija lydi apkrovą), tokia apkrova vadinama kvazistatine (t.y. „beveik statine"). Kvazistatinėje apkrovoje, jėgos didumas, kryptis ir pridėties vieta kinta tiek mažai, kad galima tarti, jog apkrova nepriklauso nuo laiko ir galima nepaisyti tokios apkrovos sukeliamų pagreičių bei inercijos jėgų.

Apkrova, kurios didumas, kryptis arba pridėties vieta greitai kinta, kuri dėl to sukelia konstrukcijos elementų pastebimą pagreitį, vadinama dinamine. Smūginės apkrovos, tai tokios apkrovos, kurios elementą veikia labai trumpai (t.y. su dideliu pagreičiu) (Pagrindinės sąvokos...).

Grūdų atsparumo bandymai atliekami tempimo-gniuždymo mašinomis, kuriose grūdai yra veikiami apkraunant juos kvazistatine apkrova. Grūdų fizikines-mechanines savybes svarbu žinoti projektuojant derliaus nuėmimo, grūdų valymo ir rūšiavimo mašinas, bei grūdų traiškymo mašinas.

Paveiksle 1.3 pavaizduota grūdo deformavimo kreivė. Spaudžiant grūdą, iki grūdo endospermoje įvyksta pradinis grūdo ląstelių plyšimas (jėga F\), brėžiama kreivė yra artima

tiesei. Toliau gniuždant grūdą, kreivė tampa netiesinė, šiame etape, grūdas yra gniuždomas iki visiško ląstelių struktūros suardymo, iki pasiekiama jėga F_max (maksimali jėga reikalinga sutraiškyti grūdą (Singh S. S., 1991).

1.3 pav. Grūdo deformavimo kreivė (Singh S. S., 1991)

2010 m. M. Čenys atliko tyrimus su tempimo-gniuždymo mašina ekstenzometru (1.4 pav.). Mašina sudaryta iš dviejų stovų 1 ir 2, pagrindo 3, rankenos 4, skaitiklio 5, griebtuvų 6 ir 7, skalės 8, judamo laikiklio 9 ir nejudamo laikiklio 10, krumplinių pavarų ir spyruoklių. Mašina dažniausiai naudojama augalo stiebų pasipriešinimo tempimui arba gniuždymui tirti. Pagrindiniai nustatomi parametrai yra plastiškumo ir takumo riba (Čenys M., 2010).

1.4 pav. Tempimo-gniuždymo mašina (ekstenzometras): 1 ir 2 - stovai; 3 - pagrindas; 4 - rankena; 5 - skaitiklis; 6 ir 7 - griebtuvai; 8 - skalė; 9 - judamas laikiklis; 10 - nejudamas laikiklis (Čenys M., 2010)

Atlikus bandymus buvo pastebėta, kad didelio drėgnio (w = 37,6%) grūdo sutraiškymo jėga yra net iki 11-17 kartų mažesnė nei mažo drėgnio (w = 8,9%).

500

z

m  400

O) ■O)

(0 O)

£ 300

2?

200

100

'd E

£E +^

(/) O T3

386,6±72,4N

□  drėgnis w=8,9%

□  drėgnis w=37,6%

21,0±3,6N

R 0,05(A) =67,29 N R 0,05(B) =21,06 N

2,3±1,2N

0

A                    A                   B                     B

1.5 pav. Grūdo sutraiškymo jėgos kitimas priklausomai nuo drėgnio ir spaudžiamo grūdo padėties (Čenys M., 2010)

Taip pat pastebėta, kad didžiausios jėgos reikia grūdui sutraiškyti jį spaudžiant storio kryptimi (mažiausio matmens kryptimi), sausų grūdų apie 2,5-3 kartus daugiau nei spaudžiant pločio kryptimi, o drėgnų apie 15-20 kartų daugiau nei pločio kryptimi (1.5 pav.) (Čenys M.,

2010).

Gupta R. K ir kiti mokslininkai, atliko tyrimus su saulėgrąžomis (su lukštu ir be lukšto). Šio tyrimo tikslas buvo nustatyti maksimalią saulėgrąžų su lukštu ir be lukšto spaudimo jėgą ir deformaciją, prieš trūkimą (Gupta R. K., 2011.).

Sėklos su lukštu ir be lukšto buvo spaudžiamos per jų plotį ir ilgį tarp dviejų lygiagrečių plokščių, kol įtrūksta. (1.6 pav.).

a)                                           b)

1.6 pav. Saulėgrąžų sėklų gniuždymo schema: a) horizontalus gniuždymas, b) vertikalus gniuždymas (Gupta R. K., 2011)

Tyrimais buvo nustatyta, kad abiejose spaudimo pozicijose (horizontalioje ir vertikalioje padėtyje), didėjant grūdų drėgniui, jėga reikalinga sutraiškyti saulėgrąžos sėklos kevalą, mažėjo (1.7 pav.).

1.7 pav. Grūdo sutraiškymo jėgos ir deformacijos kitimas priklausomai nuo drėgnio, spaudžiant horizontaliai (—) ir vertikaliai (—)(Gupta R. K., Das, S. K., 2011.)

Tiek horizontaliai, tiek vertikaliai spaudžiant sėklą, drėgmei padidėjus nuo 3,81% iki 19,91%, gniuždymo deformacija sumažėjo nuo 1,15 mm iki 2,32 mm. Deformacijos grafike, matyti, kad spaudžiant grūdus vertikaliai, didėjant grūdų drėgmei, grūdų deformacija staigiai padidėjo. Toks staigus deformacijos padidėjimas, įvykęs prieš grūdo branduolio įtrūkimą, įvyko todėl, kad didesnės drėgmės grūdai veikiami spaudimo jėgos iš dalies atsiskiria nuo sėklaskiltės (1.7 pav.) (Gupta R. K., 2011.).

2011 m. R. Rimavičius ir A. Žunda tyrimus atliko su dažniausiai Lietuvos ūkininkų auginamomis grūdinėmis kultūromis, kviečiais ir miežiais. Jie tyrė grūdų stiprumą (iki luobelės trūkimo) įrenginiu TRM 500, kurio minimali apkrova 5 N. Tyrimams atskirų kultūrų grūdai buvo atrenkami tam tikro dydžio: kviečiai - B=3,9±0,03 mm, H=2,8±0,03 mm; miežiai -B=3,3±0,01 mm, H=2,7±0,03 mm. Grūdų drėgnis buvo 14 % (Rimavičius R., 2011).

Buvo atlikta po 20 kiekvienos grūdų rūšies matavimų. Kaip rezultatas buvo paimtos vidutinės aritmetinio vidurkio reikšmės. Pradžioje grūdo stiprumas buvo matuojamas spaudžiant grūdą iki maksimalios pasirinktos apkrovos 300 N. Nustačius pirminį grafiko lūžį, tai atitinka grūdo trūkimo ribą, bandymai buvo atliekami apkraunant 80% grūdo luobelės trūkimo ribos (Rimavičius R., 2011).

Atlikus tyrimus buvo nustatyta, kad kviečių vidutinė apkrova, kuriai esant grūdas suyra, yra 100±20 N, o miežių 150±20 N (Rimavičius R., 2011).

Antrame bandymų etape, spaudžiant 80% kviečio grūdo vidutinės irimo ribos, 90% grūdo suirdavo, todėl bandymas atliktas spaudžiant apkrova 80% nuo apatinės gautos stiprumo ribos (80 N). Tyrimais buvo nustatyta, kad kviečių liekamoji deformacija buvo 90 um, o miežių 450 um (Rimavičius R., 2011).

2010 m. Vokietijoje buvo atlikti tyrimai su Jatrofos sėklomis ir grūdais (kultūra su lukštu). Tyrimams atrinktos sėklos ir grūdai buvo suskirstyti į keturias frakcijas, atsižvelgiant į svorį. Pirma sėklų ir grūdų frakcija buvo sėklos ir grūdai, kurių svoris mažesnis kaip 0,35 g, antra frakcija tai sėklos, kurių svoris nuo 0,35 g iki 0,52 g, trečia frakcija nuo 0,52 g iki 0,69 g, ketvirta frakcijai priskirtos sėklos ir grūdai, kurių svoris apie 0,69 g. Sėklos ir grūdai, buvo spaudžiamos per ilgį, plotį ir skersai (1.8 pav.) (Shkelim K., 2010).

1.8 pav. Jatrofos sėklų su lukštu ir be lukšto sutraiškymo jėga: x - spaudžiant grūdą išilgai, y - spaudžiant skersai, z - spaudžiant vertikaliai (Shkelim K., 2010)

Tyrimais buvo nustatyta, kad didžiausia sutraiškymui jėga, spaudžiant tiek sėklas, tiek grūdus, reikalinga spaudžiant per jų plotį (1.8 pav.). Mažiausia sutraiškymo jėga, buvo nustatyta sėklas spaudžiant skersai, o grūdus per jų išilgai (per ilgį) (Shkelim K., 2010).