豬顆粒飼料力學(xué)性能試驗(yàn)研究

周華龍+李艷聰+華鵬+夏鵬

摘 要：為了讓顆粒飼料的攝食性更好，以五種不同的豬顆粒飼料為實(shí)驗(yàn)樣品，通過CMT6502型精密型微控電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)。通過分析豬顆粒飼料受壓時(shí)的力學(xué)特性，得出五種顆粒飼料的壓縮強(qiáng)度均值為0.89528MPa；然后我們結(jié)合顆粒飼料的成分對(duì)顆粒飼料進(jìn)行了綜合的分析。本次試驗(yàn)可為豬顆粒飼料的制作和加工提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：豬顆粒飼料；壓縮強(qiáng)度；飼料成分；適口性

引言

近年來(lái)，家畜養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，顆粒飼料的需求日益增長(zhǎng)。在影響動(dòng)物采食量的因素中飼料適口性逐漸受到重視，已成為飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)定中的重要項(xiàng)目之一。豬的不同生長(zhǎng)階段及生理狀況，對(duì)飼料的適口性的要求也不同。據(jù)研究表明，豬對(duì)顆粒飼料的喜好度要比對(duì)粉末狀飼料高[1-2]。然而，顆粒飼料運(yùn)輸過程中飼料含粉率過高[3]，導(dǎo)致已被企業(yè)品管部門檢測(cè)合格的產(chǎn)品仍被養(yǎng)殖戶投訴產(chǎn)品含粉率過高的問題。針對(duì)這個(gè)問題，國(guó)內(nèi)外專家對(duì)顆粒飼料的原料，加工工藝（調(diào)制，壓制，粉碎），顆粒穩(wěn)定性，散落性，顆粒飼料品質(zhì)一致性等方面進(jìn)行了大量研究[4]。研究表明，顆粒飼料的粉化率過高究其核心是由于顆粒的力學(xué)強(qiáng)度不夠，從而造成了顆粒飼料的浪費(fèi)?；诖?，對(duì)豬顆粒飼料的力學(xué)特性進(jìn)行了研究，并具體了適口性，粉化性和力之間的量化關(guān)系。為此，用理論力學(xué)和材料力學(xué)的知識(shí)對(duì)顆粒飼料的抗壓性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

選用5種不同的豬顆粒飼料為實(shí)驗(yàn)樣本。這五種豬顆粒飼料分別為后期保育料、仔豬料前期、教槽料、仔豬料后期、前期保育料。實(shí)驗(yàn)所用的樣本豬顆粒飼料是由某公司生產(chǎn)的制粒機(jī)壓制而成，樣本來(lái)自天津某企業(yè)。為了避免顆粒飼料受潮，對(duì)飼料進(jìn)行了密封保存。在室溫條件下進(jìn)行試驗(yàn)，從袋中取出樣品，用細(xì)銼刀將其兩面修平整后用游標(biāo)卡尺對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量。

1.2 試驗(yàn)方案

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)備

SANS CMT6502型微機(jī)控制的電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（設(shè)備本體和電腦），儀器精密度等級(jí)為0.5級(jí)；游標(biāo)卡尺，精度0.02cm；細(xì)銼刀；初始位移施加機(jī)構(gòu)上安裝了力傳感器（量成為0-500N），用來(lái)檢測(cè)初始載荷P。

1.2.2 試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定

根據(jù)顆粒飼料的特性，將量程設(shè)置為0-100N，加載力示值相對(duì)誤差和位移示值誤差均在±0.5%以內(nèi)，位移分辨率為0.015μm。由于速度會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，將加載力速度設(shè)定為5mm/min。為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在夾具剛接觸到樣本時(shí)，將顯示的數(shù)據(jù)清零，再進(jìn)行試驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)過程

從材料屬性講顆粒飼料屬于脆性材料，其拉伸和壓縮的力學(xué)性能不同，考慮顆粒灌裝和裝袋運(yùn)輸，不會(huì)承受拉應(yīng)力，所以主要測(cè)量顆粒的壓縮力學(xué)性能。

在做壓縮試驗(yàn)時(shí)，將樣品的兩面用細(xì)銼刀打磨平整后放在下壓板的中央位置，手動(dòng)調(diào)節(jié)上壓板，使上壓板與樣品的上表面微接觸（如圖2所示），將計(jì)算機(jī)上的初始值全部清零。機(jī)器開始動(dòng)作，起初壓力變化比較快，當(dāng)顆粒受力快要斷裂時(shí)，壓力驟減后自動(dòng)停機(jī)。因受力而破壞的顆粒飼料如圖3所示。

壓縮試驗(yàn)原理：

采用徑向壓縮方法測(cè)試顆粒飼料的斷裂強(qiáng)度。顆粒飼料為圓柱形體，可用下面公式（1）求得壓縮時(shí)的正應(yīng)力。

式中，σ為正應(yīng)力，F(xiàn)y為軸力，r為顆粒半徑。

3 壓縮試驗(yàn)及結(jié)果分析

壓縮強(qiáng)度與飼料成分的關(guān)系：

對(duì)5種顆粒飼料進(jìn)行軸向壓縮試驗(yàn)，結(jié)果曲線疊加如圖4。圖4中力-位移曲線的開始階段為平滑的線性，作用一段時(shí)間后，曲線中出現(xiàn)一個(gè)明顯的峰，達(dá)到強(qiáng)度極限，樣品內(nèi)部有裂紋產(chǎn)生。當(dāng)外界作用力超過樣品的承載能力瞬間，樣品突然斷裂，即出現(xiàn)曲線的最大峰，此峰值為樣品的強(qiáng)度極限。從圖4中提取出斷裂處最大力和變形進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，轉(zhuǎn)變成抗壓強(qiáng)度結(jié)果并取均值（見表1）。

取顆粒飼料主要成分百分比表（如表2）。

綜合分析表2、圖4，做出仔豬料前期和仔豬料后期的成分比例柱狀圖，教槽料和后期保育料的成分比例柱狀圖，可以清楚的看出玉米和豆粕的含量對(duì)壓縮強(qiáng)度的影響。

由圖4和圖5綜合分析可以看出仔豬料前期中的玉米和豆粕含量的總量比仔豬料后期中的多，仔豬料前期的壓縮強(qiáng)度比仔豬料后期大；由圖4和圖6綜合分析可以看出教槽料中的玉米和豆粕含量的總量比保育料中的多，教槽料的壓縮強(qiáng)度比保育料大。綜上所述，玉米和豆粕之和越多，顆粒壓縮強(qiáng)度越大，越易破碎。

將表1中數(shù)據(jù)用MATLAB對(duì)壓縮強(qiáng)度和成分含量進(jìn)行多元化擬合得方程（2）：

式中：

y-壓縮強(qiáng)度；MPa

x1-玉米所占飼料的比例；

x2-麩皮所占飼料的比例；

x3-米糠所占飼料的比例；

x5-面粉所占飼料的比例；

x8-豆粕所占飼料的比例。

由式2可以看出玉米和豆粕對(duì)飼料的壓縮強(qiáng)度影響大。以此來(lái)解釋：玉米和豆粕之和越多，顆粒壓縮強(qiáng)度越大，越易破碎。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

將壓縮強(qiáng)度作為顆粒飼料品質(zhì)重要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了飼料顆粒壓縮實(shí)驗(yàn)。對(duì)飼料進(jìn)行壓縮強(qiáng)度分析可知，玉米和豆粕總含量和壓縮強(qiáng)度成正比關(guān)系。玉米和豆粕總含量越多，適口性越高，壓縮強(qiáng)度越高，抗壓強(qiáng)度越低，越易粉碎。研究結(jié)論可為仔豬飼料實(shí)際生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]李艷聰，楊磊，萬(wàn)志生，等.豬顆粒飼料的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究[J].飼料工業(yè).

[2]于繼英.飼料適口性的重要性及其主要影響因子[J].湖南飼料，2004.

[3]周根來(lái)，張海俊.影響顆粒飼料含粉率的因素及其控制[J].動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué).

[4]楊振浩，陳延凱，賴洪邦.淺析影響飼料顆粒的耐久指數(shù)和粉化率[J].飼料工業(yè)，2001.

作者簡(jiǎn)介：周華龍（1995-），男，河南洛陽(yáng)人，研究方向?yàn)樨i顆粒飼料的力學(xué)性能。

*通訊作者：李艷聰（1965-），女，天津人，博士，教授，研究方向?yàn)椴烧獧C(jī)械手設(shè)計(jì)。