■楊文婕 李佳麗 陸玉潔 周 蓉 程秀花

（揚(yáng)州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225009）

燕麥、羊草和苜蓿含有豐富的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和硅酸鹽，將其粉碎后以一定比例添加到精料中，制成適口性較高的顆粒飼料，將逐漸成為擴(kuò)大其飼料化形式的新途徑。而且牧草經(jīng)粉碎后得到的顆粒制品，更利于運(yùn)輸與儲(chǔ)藏。但是，燕麥、羊草和苜蓿草粉散粒體相互之間黏結(jié)性和嚙合性較強(qiáng)，這對(duì)加工過程粉料的倉儲(chǔ)提出了高的要求。

目前，關(guān)于燕麥、羊草和苜蓿的研究多集中在其營養(yǎng)特性，而在加工工藝對(duì)燕麥、羊草和苜蓿理化特性方面的研究較少。因此，本試驗(yàn)以燕麥、羊草和苜蓿為研究對(duì)象，經(jīng)粉碎獲得3種粒徑的草粉，通過測(cè)定其休止角、堆積密度和滑角3個(gè)摩擦特性指標(biāo)，進(jìn)一步研究了貯藏草粉的料倉結(jié)構(gòu)參數(shù)，研究結(jié)果對(duì)草粉貯藏和飼草高效利用有一定的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)選用揚(yáng)州大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)牧場(chǎng)所用的燕麥、羊草和苜蓿，自然干燥至（13±2）℃后去除葉片，選取完整的莖稈，將其剪碎成長(zhǎng)約1 cm的草段，裝入帶密封條的塑料袋送實(shí)驗(yàn)室，用四分法取樣后，采用微型植物粉碎機(jī)進(jìn)行一次粉碎，粉碎機(jī)篩網(wǎng)孔徑為0.5、1.0、1.5 mm三個(gè)粒度。

1.1.2 試驗(yàn)儀器

微型植物粉碎機(jī)、剪刀、玻璃漏斗、玻璃平板、直尺。

1.2 測(cè)定方法

測(cè)定不同孔徑篩孔粉碎后燕麥、羊草、苜蓿的休止角、堆積密度和滑角。具體測(cè)定方法參見文獻(xiàn)[1]。試驗(yàn)重復(fù)5次，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)平均后作為所測(cè)物料的各指標(biāo)的值。

2 數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，運(yùn)用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因子方差分析，結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差“表示，以P＜0.05及P＜0.01作為差異顯著性判斷的依據(jù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 粉碎粒度對(duì)燕麥、羊草、苜蓿草粉摩擦特性的影響

3.1.1 粉碎粒度對(duì)休止角的影響

圖1所示為3種不同牧草的3種粉碎粒度的休止角?？梢钥闯觯帑?、羊草和苜蓿在篩網(wǎng)孔徑為0.5 mm時(shí)對(duì)應(yīng)的休止角為43.1°、43.8°、43.3°；篩網(wǎng)孔徑為1 mm時(shí)對(duì)應(yīng)的休止角為40.4°、40.5°、40.3°；篩網(wǎng)孔徑為1.5 mm時(shí)對(duì)應(yīng)的休止角為38.7°、37.9°、38.5°?？梢?，3種牧草的休止角與粉碎粒度之間均有一定的關(guān)系，即粉碎粒徑越大，其休止角越小。但是，不同品種牧草在粉碎粒度相同時(shí)，休止角基本相同。由方差分析可知：燕麥各組之間差異均極顯著（P＜0.01），羊草和苜蓿亦然（見表1）。表明燕麥、羊草和苜蓿的草粉碎越細(xì)，其休止角顯著增大。因?yàn)椴莘哿６茸兗?xì)時(shí)，粒子表面積增大，導(dǎo)致顆粒間團(tuán)聚摩擦作用增強(qiáng)，顆粒間的摩擦作用增大，流動(dòng)性降低，堆積高度增高，所以休止角增大。并且由于顆粒細(xì)小時(shí)，粒子間的相互粘附性較大，使得流動(dòng)性降低，休止角增大。

圖1 粉碎粒度對(duì)休止角的影響

表1 粉碎粒度對(duì)休止角的影響（°）

3.1.2 粉碎粒度對(duì)堆積密度的影響

3種粉碎粒度對(duì)應(yīng)的草粉堆積密度如圖2所示。燕麥、羊草、苜蓿在篩網(wǎng)孔徑為0.5 mm時(shí)，對(duì)應(yīng)的堆積密度為0.30、0.36 g/ml和0.34 g/ml；篩網(wǎng)孔徑為1 mm時(shí)對(duì)應(yīng)的堆積密度為0.25、0.24 g/ml和0.30 g/ml；篩網(wǎng)孔徑為1.5 mm時(shí)對(duì)應(yīng)的堆積密度分別為0.23、0.19 g/ml和0.19 g/ml。3種牧草總體變化趨勢(shì)均是隨著粉碎粒徑的減小，堆積密度顯著增大（P＜0.01）（見表2）。這是因?yàn)椴莘哿綔p小，顆粒形狀趨于規(guī)則且越來越接近球形，其中存在大量的粉末狀顆粒，細(xì)粉能夠很好的對(duì)堆積空隙進(jìn)行填充，草粉堆內(nèi)部孔隙率降低，從而使其堆積密度增大。

圖2 粉碎粒度對(duì)堆積密度的影響

表2 粉碎粒度對(duì)堆積密度的影響(g/ml)

3.1.3 粉碎粒度對(duì)滑角的影響

圖3所示為3種不同牧草的3種粉碎粒度的休止角?？梢钥闯觯帑?、羊草、苜蓿在篩網(wǎng)孔徑為0.5 mm時(shí)，對(duì)應(yīng)的滑角為 46.1°、45.2°和 50.3°；篩網(wǎng)孔徑為1 mm時(shí)對(duì)應(yīng)的滑角為43.1°、39.8°和44.9°；篩網(wǎng)孔徑為1.5 mm時(shí)對(duì)應(yīng)的滑角為40.9°、36.7°和41.8°。3種牧草的滑角均隨粉碎粒度的增大而極顯著減?。≒＜0.01）（見表3）。這可能是因?yàn)槲⒘＞哂形胶湍厶匦?，?dǎo)致表面聚合力增大，吸附能力增強(qiáng)。此外，從圖3還可以看出：3種粉碎粒度的各草粉的滑角大小是：苜蓿粉＞燕麥粉＞羊草粉。

圖3 粉碎粒度對(duì)滑角的影響

表3 粉碎粒度對(duì)滑角的影響（°）

3.2 料倉結(jié)構(gòu)尺寸的確定

3.2.1 料倉卸料口尺寸

料倉的卸料口尺寸是料倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，對(duì)料流形式有重要影響，設(shè)計(jì)不當(dāng)則易造成料倉結(jié)拱或搭橋，因此，選取合適的料倉卸料口尺寸，有利于生產(chǎn)的有序進(jìn)行。

圓錐形料倉臨界卸料口尺寸B等于卸料口直徑，可由下式來表示[1]：

對(duì)于圓錐形料倉，保持整體流所需的最大半頂角為θ[2]：max

其中，H(θ)按公式（3）計(jì)算[2]：

式中：B——料倉臨界卸料口尺寸(m)；

θ——料倉錐底的半頂角(°)；

σ1——粉料的臨界開放屈服強(qiáng)度，取2 100 Pa[2]；

γ——草粉的容重(kg/m3)，此處用實(shí)測(cè)堆積密度代替；

g——重力加速度(m/s2)；

φ——各草粉的有效內(nèi)摩擦角，參照面粉的內(nèi)摩擦角，取58°[3]；

δ——草粉的壁面摩擦角，取其滑角(°)；

I——料倉形狀系數(shù)，對(duì)于軸線對(duì)稱的圓錐形料倉，i=1；對(duì)于平面對(duì)稱的楔形料倉，i=0。

根據(jù)公式（1）～（3）可計(jì)算得到燕麥、羊草、苜蓿在篩網(wǎng)孔徑0.5 mm時(shí)粉料倉卸料口尺寸B分別為：0.50、0.42、0.44 m；篩網(wǎng)孔徑1 mm時(shí)粉料倉卸料口尺寸B分別為：0.60、0.63、0.50 m；篩網(wǎng)孔徑1.5 mm時(shí)粉料倉卸料口尺寸B分別為0.66、0.63、0.80 m。

3.2.2 料倉最小下料傾角

為了使物料在倉斗傾斜面上保證有足夠的流動(dòng)性，必須使料斗的倉壁傾角、倉斗交界角均大于被儲(chǔ)存物料和倉壁之間的摩擦角。根據(jù)Jenike理論可知正方形料倉的最小下料傾角β為：

式中：α——各草粉休止角（°）。

由（4）式可計(jì)算得燕麥、羊草、苜蓿在篩網(wǎng)孔徑0.5 mm時(shí)對(duì)應(yīng)的料倉的最小下料傾角分別為61.9°、62.4°、62.1°；在篩網(wǎng)孔徑1 mm時(shí)對(duì)應(yīng)的料倉的最小下料角分別為59.5°、59.7°、59.5°；在篩網(wǎng)孔徑1.5 mm時(shí)對(duì)應(yīng)的料倉最小下料角分別為58.1°、57.3°、57.8°，如圖4所示。3種牧草的粉碎粒度對(duì)料倉最小下料傾角有極顯著影響（P＜0.01），即粉碎粒度越大，料倉最小下料傾角越?。ㄒ姳?）。

圖4 粉碎粒度對(duì)料倉最小下料傾角的影響

表4 粉碎粒度對(duì)料倉最小下料傾角的影響（°）

4 結(jié)論

①就3種牧草的摩擦力學(xué)特性而言，休止角、滑角和堆積密度均隨其粉碎粒度的減小而呈逐漸增大的趨勢(shì)，粉碎粒度對(duì)三者有極顯著影響（P＜0.01）。

②當(dāng)草粉料倉的卸料口采用圓錐卸料斗時(shí)，為防止形成粘附結(jié)團(tuán)拱，料倉卸料口尺寸和最小下料傾角應(yīng)該根據(jù)草粉粒度進(jìn)行設(shè)計(jì)。粉碎粒度為0.5 mm時(shí)，燕麥、羊草和苜蓿草粉料倉的卸料口大小分別為0.50、0.42、0.44 m；粉碎粒度為1 mm時(shí)，料倉卸料口尺寸分別為：0.60、0.63、0.50 m；粉碎粒度為1.5 mm時(shí)，料倉卸料口尺寸分別為0.66、0.63、0.80 m。對(duì)于料倉最小下料傾角，粉碎粒度為0.5 mm時(shí)，燕麥、羊草和苜蓿草粉對(duì)應(yīng)最小下料傾角為61.9°、62.4°、62.1°；粉碎粒度為1 mm時(shí)，對(duì)應(yīng)的料倉的最小下料角分別為59.5°、59.7°、59.5°；粉碎粒度為1.5 mm時(shí)，對(duì)應(yīng)最小下料角分別為58.1°、57.3°、57.8。隨著粉碎粒度增大，苜蓿對(duì)應(yīng)卸料口尺寸顯著增大，而燕麥和羊草對(duì)應(yīng)下料口尺寸增長(zhǎng)緩慢。