不同含水量、杂质含量的稻谷力学特性研究

不同含水量、杂质含量的稻谷力学特性研究

分散是粮食的重要物理性质之一，也是粮食储备、运输和装卸机械装置设计中的一个重要因素。粮油储藏期间散落性的变化,可在一定程度上反映粮油储藏的稳定性。张存信、冯正用等研究了种子的散落性及其在储藏中的应用,研究表明,种子的散落性受种粒形状、表面状态、水分、杂质等因素影响,在储种时,可应用种子的散落性,测定其对仓壁的侧压、储种状态的变化及确定自流设备角度等,以增加储种的稳定性。田晓红、李光涛等人分析了国内外多种测量颗粒状物料休止角的方法,并对他们的优缺点进行比较分析。周英、张国琴等人研究了凹槽中颗粒堆积高度对静止角的影响,发现在一定角度内静止角随堆积高度的增加呈指数衰减趋势。另外周英和张国琴还通过实验研究颗粒在通道中的崩塌现象,考察固定通道宽度条件下,颗粒直径大小对通道内所堆积颗粒的静止角θr的影响。研究发现静止角θr随颗粒直径d的倒数λ=1/d的增大呈指数衰减趋势。李强在谈粮食的输送中指出,在研究粮食的输送时,首先应考虑粮食的散落性和悬浮速度的不同。因此,在设计、制造和选用输送设备时必须先了解粮食的相关物理特性,才能保证生产并降低成本。於海明、龚红菊等设计了一种实用的圆盘式谷物休止角快速测试仪,对传统的休止角测试方法进行了改进,减小了试验误差,降低了测试工作量,提高了测试的精度与观测速度,实现了谷物休止角的无冲击快速测试,并试验证明了该仪器技术的可行性。孙骊、王佺对种子的休止角在湿度、跌落高度(或流动速度)和漏孔大小(或流量)变化时所呈现的规律进行了研究,提出了描述这些参数关系的休止角数学模型。张洪霞、马小愚等对近年来国内外广泛开展了固体农业物料力学流变学特性的研究,概述了国内外谷物及种子的力学流变学特性方面的研究及进展情况,同时介绍了这一特性在农业工程中的应用。因此,为了获得较好的储粮稳定性,就要保证粮食具有良好的散落性,从而确保储粮的安全性。采用固定漏斗法测定不同条件下大豆、稻谷和油菜籽的自流角和静止角,具体分析影响粮食散落性的因素,为研究散落性在粮食储藏、装卸输送机械以及储藏设施的设计中应用提供理论基础。1材料和方法1.1不同粮食来源大豆(南京,2010年产),原始水分7.45%,含杂率0.1%;稻谷(南京铁心桥国家粮食储备库,2010年产),原始水分12.1%,含杂率0.1%;油菜籽(南京溧水,2010年产),黑色,原始水分6.8%;黄色,原始水分6.9%,含杂率均为0.2%。1.2实验设备量筒、恒温干燥箱(宁波产)、JFSD粉碎机(上海产)、铁架台、直尺、木板、纸板、塑料板、钢板、玻璃板、漏斗、棉线。1.3实验方法1.3.1对0.5%粮食进行调节,调到3.称取4份1000g大豆,分别将水分从7.45%调到8.5%、9.5%、10.5%、11.5%;称取4份500g稻谷,将水分从12.1%调到13.5%、14.5%、15.5%、16.5%;分别称取4份500g油菜籽(黄)和油菜籽(黑),将水分从6.9%、6.8%调到8%、9%、10%、11%。1.3.2杂质的重量g含杂率(%)=[x/(x+M)]×100%x——杂质的重量(g);M——实验样品重量(g)。按含杂率计算公式将实验样品的含杂率分别调到0.5%、1.0%、1.5%、2.0%。1.3.3单因素试验设计采用直尺法测定粮堆开始下滑时的高度。选取固定长度a作为测量的底边,搭好实验装置(如图1所示),称取20g样品(大豆称取50g),将配置好的样品均匀的平铺在介质上,抬高介质直至样品开始滑动记下下滑时的高度h,反复测量取平均值。根据公式自流角α=tan-1(h/a)计算结果。1.3.4高度采用传统的固定漏斗法测定静止角。将漏斗固定于水平台上方一定高度(实验装置如图2所示),从漏斗加入定量物料使得形成的堆积圆锥顶部与漏斗底部刚好接触,测定圆锥的斜边长a和高度h,根据公式静止角θ=sin-1(h/a)计算结果。2结果与分析2.1合理选择仓储内温度粮食油料的自流角与粮种密切相关,在选择储备的粮仓或是运输车辆时要充分考虑仓储设备的内摩擦力,根据不同的粮食油料选择不同材质的仓储内壁。尽可能的使粮食的摩擦力减小从而减小谷物的自流角,使粮食的滑动性能稳定,便于粮食的运输与储藏。2.1.1含杂率对大豆自流角的影响不同条件对大豆自流角的影响从表1可以看出:在相同介质、含杂量条件下,大豆自流角随着水分含量增大而增大。以木板、含杂率为0.5%为例,7.45%水分含量的大豆自流角是3.65°;8.4%大豆的自流角为5.03°;9.3%的自流角为5.35°;10.4%的自流角是5.44°;11.7%的自流角是5.65°。由此可以看出7.45%、8.4%、9.3%、10.4%、11.7%的大豆在以木板为介质的情况下,随着含水量的增大,自流角逐渐增大。在相同介质、水分条件下,大豆自流角随着含杂量增大而增大。以钢板为介质、水分为7.45%为例,含杂率0.5%的大豆自流角为4.18°;含杂率1.0%的大豆自流角为4.67°;含杂率1.5%的大豆自流角为4.78°;含杂率2.0%的大豆自流角是4.84°。由此可见,含杂率0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的大豆随着含杂率的增大,自流角也逐渐增大。由表1还可以看出:水分含量为7.45%、杂质含量为0.5%的大豆,在木板上的自流角为3.65°;在纸板上的自流角为4.62°;在塑料板上的自流角是1.49°;在玻璃板上的自流角是2.82°;在钢板上的自流角是4.18°。摩擦力:纸板>木板>钢板>玻璃板>塑料板。由此可知随着介质摩擦力的增大,大豆的自流角增大。2.1.2稻米自流角随水资源量的变化。依一个放不同条件对稻谷自流角的影响从表2可以看出:在以钢板为介质、含杂率为0.5%的条件下,含水量12.1%稻谷的自流角为18.8°;含水量13.5%的稻谷的自流角是20.1°;含水量14.5%稻谷的自流角是21.9°;含水量15.5%稻谷的自流角是22.3°;含水量16.5%稻谷的自流角是22.6°,因此,含水量12.1%、13.5%、14.5%、15.5%、16.5%的稻谷随着水分的增大,自流角逐渐增大。含有0.5%杂质的稻谷在塑料板上的自流角是14.70°,含有1.0%杂质的稻谷在塑料板上的自流角是15.70°,含有1.5%杂质的稻谷在塑料板上的自流角是16.40°,含有2.0%杂质的稻谷在塑料板上的自流角是16.80°,由此可见0.5%、1.0%、1.5%、2.0%不同杂质含量的稻谷,随着稻谷杂质含量的增加,稻谷的自流角也在增大。从表2中我们还可以看出:水分含量12.1%,杂质含量0.5%的稻谷,在玻璃板上的自流角是13.30°,在塑料板上的自流角是14.70°,在木板上的自流角是16.30°,在钢板上的自流角是18.80°,由此可见随着材质摩擦力的增加,自流角在逐渐的增大。这是由于玻璃板、塑料板、木板、钢板的表面变得越来越粗糙,摩擦力变得越来越大,稻谷的自流角也在变得越来越大。2.1.3含杂率对油菜籽自流角的影响由表3和表4可以看出:随着油菜籽水分的增大,自流角呈现出增大的趋势。相同水分的油菜籽(黑)和油菜籽(黄),油菜籽(黑)的自流角小于油菜籽(黄)的自流角。在玻璃板上、水分6.8%的油菜籽(黑),含杂率0.5%时自流角为10.07°;含杂率1.0%时自流角是10.34°;含杂率1.5%时自流角为10.92°;含杂率2.0%时自流角为12.44°,由此可见,在其它条件相同时,随着含杂率的升高,油菜籽的自流角增大。从整体上看,在玻璃板上的自流角最小,木板次之,塑料板最大。测量自流角时所用材质不同,自流角也不同。比较原始水分的大豆、稻谷、油菜籽含杂量与自流角的关系,原始水分(7.45%)的大豆在木板上测定自流角,含杂率0.50%时自流角是3.65°;含杂率1.0%时自流角是4.18°;含杂率1.5%时自流角为4.67°;含杂率2.0%时自流角是4.84°;原始水分的稻谷在含杂率为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%情况下,自流角分别是16.30°、16.90°、18.10°、19.10°;原始水分的油菜籽(黑)在含杂率0.5%、1.0%、1.5%、2.0%时,自流角分别为12.46°、12.55°、13.81°、14.01°;原始水分的油菜籽(黄)在含杂率0.5%、1.0%、1.5%、2.0%时,自流角分别为12.03°、13.07°、13.47°、13.76°。由此可见,在相同条件下,稻谷的自流角最大,油菜籽(黑)和油菜籽(黄)相差不大,大豆由于粒大、饱满、表面光滑,自流角最小。2.2不同条件对静态角的影响2.2.1大豆采用不同的静脉角不同条件对大豆静止角的影响从表5可以看出:含杂率为0.5%时,水分7.45%的大豆静止角是9.65°;水分8.4%的大豆静止角是11.27°;水分9.3%的大豆静止角为12.68°;水分10.4%的大豆静止角是13.00°;水分11.7%的大豆静止角是13.54°。由以上数据可见,大豆的静止角随着水分增大逐渐增大(在其它含杂率情况下有同样的规律)。原始水分的大豆在含杂率为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%时,静止角分别为9.65°、10.15°、12.70°、12.79°,由此组数据可以看出,大豆的静止角随着含杂率的增大而增大(在其它水分情况下有同样的规律)。2.2.2独立向原变化的谷胱静电角不同水分、含杂率对稻谷静止角的影响可以通过观察表6得出:含杂率为0.5%时,水分在12.1%稻谷的静止角是14.60°,13.5%的水分的稻谷的静止角是15.70°,水分在14.5%稻谷的静止角是16.20°,水分在15.5%稻谷的静止角是16.60°,水分在16.5%稻谷的静止角是16.80°;由此可见12.1%、13.5%、14.5%、15.5%、16.5%不同含水量的稻谷,随着稻谷含水量的增加,其静止角在增大。杂质含量在0.5%的稻谷的静止角是14.60°,杂质含量在1.0%的稻谷的静止角是14.90°,杂质含量在1.5%的稻谷的静止角是15.00°,杂质含量在2.0%的稻谷的静止角是15.20°;由此可见0.5%、1.0%、1.5%、2.0%不同杂质含量的稻谷,随着稻谷杂质含量的增加,其静止角也在增大。2.2.3含杂率对大豆、谷油菜籽劳力学活性的影响不同条件对油菜籽的影响从表7和表8可以看出:在初始水分条件下,含杂率0.5%的油菜籽(黑)静止角是14.68°;含杂率1.0%的油菜籽(黑)静止角是14.82°;含杂率1.5%油菜籽(黑)静止角是15.06°;含杂率2.0%油菜籽(黑)静止角是15.21°。含杂率0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的黄油菜籽的静止角分别为14.20°、14.45°、14.70°、14.93°,由以上数据可以看出随着黑油菜籽和黄油菜籽中含杂率的升高,油菜籽的静止角增大。比较原始水分的大豆、稻谷、油菜籽的静止角,在含杂率0.5%、1.0%、1.5%、2.0%时,大豆静止角分别是9.65°、10.15°、12.70°、12.79°;稻谷静止角分别是14.6°、14.9°、15.0°、15.2°;油菜籽(黑)静止角分别是14.68°、14.82°、15.06°、15.21°;油菜籽(黄)的静止角分别是14.20°、14.45°、14.70°、14.93°。由以上数据可见,大豆的静止角最小,稻谷和油菜籽的静止角相当,稻谷的静止角稍高。这是由于大豆粒大、饱满、表面光滑,粮粒之间粘滞性小,摩擦力小,稻谷呈椭圆形、表面不光滑,导致粮粒之间摩擦力大,而油菜籽相对其它两种谷物粒小,相同重量的大豆、稻谷、油菜籽,油菜籽的颗粒数多,在滑动的过程中阻力大。因此,大豆的静止角最小,稻谷和油菜籽的静止角相当,油菜籽(黑)和油菜籽(黄)相比,油菜籽(黄)稍高。3粮食在含杂率对自流角、抗杂角的影响粮食的散落性是影响粮食储藏的重要因素。储藏期间