猪颗粒饲料力学性能试验研究

周华龙+李艳聪+华鹏+夏鹏

摘 要：为了让颗粒饲料的摄食性更好，以五种不同的猪颗粒饲料为实验样品，通过CMT6502型精密型微控电子万能试验机对实验样品进行压缩实验。通过分析猪颗粒饲料受压时的力学特性，得出五种颗粒饲料的压缩强度均值为0.89528MPa；然后我们结合颗粒饲料的成分对颗粒饲料进行了综合的分析。本次试验可为猪颗粒饲料的制作和加工提供参考依据。

关键词：猪颗粒饲料；压缩强度；饲料成分；适口性

引言

近年来，家畜养殖业快速发展，颗粒饲料的需求日益增长。在影响动物采食量的因素中饲料适口性逐渐受到重视，已成为饲料营养价值评定中的重要项目之一。猪的不同生长阶段及生理状况，对饲料的适口性的要求也不同。据研究表明，猪对颗粒饲料的喜好度要比对粉末状饲料高[1-2]。然而，颗粒饲料运输过程中饲料含粉率过高[3]，导致已被企业品管部门检测合格的产品仍被养殖户投诉产品含粉率过高的问题。针对这个问题，国内外专家对颗粒饲料的原料，加工工艺（调制，压制，粉碎），颗粒稳定性，散落性，颗粒饲料品质一致性等方面进行了大量研究[4]。研究表明，颗粒饲料的粉化率过高究其核心是由于颗粒的力学强度不够，从而造成了颗粒饲料的浪费。基于此，对猪颗粒饲料的力学特性进行了研究，并具体了适口性，粉化性和力之间的量化关系。为此，用理论力学和材料力学的知识对颗粒饲料的抗压性进行了实验研究。

1 材料和方法

1.1 实验材料

选用5种不同的猪颗粒饲料为实验样本。这五种猪颗粒饲料分别为后期保育料、仔猪料前期、教槽料、仔猪料后期、前期保育料。实验所用的样本猪颗粒饲料是由某公司生产的制粒机压制而成，样本来自天津某企业。为了避免颗粒饲料受潮，对饲料进行了密封保存。在室温条件下进行试验，从袋中取出样品，用细锉刀将其两面修平整后用游标卡尺对其进行长度测量。

1.2 试验方案

1.2.1 试验设备

SANS CMT6502型微机控制的电子万能试验机（设备本体和电脑），仪器精密度等级为0.5级；游标卡尺，精度0.02cm；细锉刀；初始位移施加机构上安装了力传感器（量成为0-500N），用来检测初始载荷P。

1.2.2 试验参数设定

根据颗粒饲料的特性，将量程设置为0-100N，加载力示值相对误差和位移示值误差均在±0.5%以内，位移分辨率为0.015μm。由于速度会对实验结果产生影响，将加载力速度设定为5mm/min。为了保证数据的准确性，在夹具刚接触到样本时，将显示的数据清零，再进行试验。

2 实验过程

从材料属性讲颗粒饲料属于脆性材料，其拉伸和压缩的力学性能不同，考虑颗粒灌装和装袋运输，不会承受拉应力，所以主要测量颗粒的压缩力学性能。

在做压缩试验时，将样品的两面用细锉刀打磨平整后放在下压板的中央位置，手动调节上压板，使上压板与样品的上表面微接触（如图2所示），将计算机上的初始值全部清零。机器开始动作，起初压力变化比较快，当颗粒受力快要断裂时，压力骤减后自动停机。因受力而破坏的颗粒饲料如图3所示。

压缩试验原理：

采用径向压缩方法测试颗粒饲料的断裂强度。颗粒饲料为圆柱形体，可用下面公式（1）求得压缩时的正应力。

式中，σ为正应力，Fy为轴力，r为颗粒半径。

3 压缩试验及结果分析

压缩强度与饲料成分的关系：

对5种颗粒饲料进行轴向压缩试验，结果曲线叠加如图4。图4中力-位移曲线的开始阶段为平滑的线性，作用一段时间后，曲线中出现一个明显的峰，达到强度极限，样品内部有裂纹产生。当外界作用力超过样品的承载能力瞬间，样品突然断裂，即出现曲线的最大峰，此峰值为样品的强度极限。从图4中提取出断裂处最大力和变形进行数据处理，转变成抗压强度结果并取均值（见表1）。

取顆粒饲料主要成分百分比表（如表2）。

综合分析表2、图4，做出仔猪料前期和仔猪料后期的成分比例柱状图，教槽料和后期保育料的成分比例柱状图，可以清楚的看出玉米和豆粕的含量对压缩强度的影响。

由图4和图5综合分析可以看出仔猪料前期中的玉米和豆粕含量的总量比仔猪料后期中的多，仔猪料前期的压缩强度比仔猪料后期大；由图4和图6综合分析可以看出教槽料中的玉米和豆粕含量的总量比保育料中的多，教槽料的压缩强度比保育料大。综上所述，玉米和豆粕之和越多，颗粒压缩强度越大，越易破碎。

将表1中数据用MATLAB对压缩强度和成分含量进行多元化拟合得方程（2）：

式中：

y-压缩强度；MPa

x1-玉米所占饲料的比例；

x2-麸皮所占饲料的比例；

x3-米糠所占饲料的比例；

x5-面粉所占饲料的比例；

x8-豆粕所占饲料的比例。

由式2可以看出玉米和豆粕对饲料的压缩强度影响大。以此来解释：玉米和豆粕之和越多，颗粒压缩强度越大，越易破碎。

4 实验结论

将压缩强度作为颗粒饲料品质重要评价标准，进行了饲料颗粒压缩实验。对饲料进行压缩强度分析可知，玉米和豆粕总含量和压缩强度成正比关系。玉米和豆粕总含量越多，适口性越高，压缩强度越高，抗压强度越低，越易粉碎。研究结论可为仔猪饲料实际生产提供参考依据。

参考文献

[1]李艳聪，杨磊，万志生，等.猪颗粒饲料的力学性能实验研究[J].饲料工业.

[2]于继英.饲料适口性的重要性及其主要影响因子[J].湖南饲料，2004.

[3]周根来，张海俊.影响颗粒饲料含粉率的因素及其控制[J].动物营养与饲料科学.

[4]杨振浩，陈延凯，赖洪邦.浅析影响饲料颗粒的耐久指数和粉化率[J].饲料工业，2001.

作者简介：周华龙（1995-），男，河南洛阳人，研究方向为猪颗粒饲料的力学性能。

*通讯作者：李艳聪（1965-），女，天津人，博士，教授，研究方向为采摘机械手设计。