不同含水率下的稻米物理特性分析

含水率對(duì)模擬結(jié)果的影響谷物的機(jī)械特性不僅與物理結(jié)構(gòu)和成分含量有關(guān)，而且還受其品種和原產(chǎn)地的影響。因此，在不同產(chǎn)地、不同品種的糧食加工設(shè)備的設(shè)計(jì)和加工過(guò)程計(jì)算機(jī)的模擬計(jì)算中，應(yīng)采用相應(yīng)的功能參數(shù)，以提高設(shè)備的性能，提高加工過(guò)程計(jì)算機(jī)的精度。有關(guān)的研究表明,在影響稻谷機(jī)械特性的諸多因素中,含水率是重要的影響因素,稻谷的大多數(shù)機(jī)械特性參數(shù)會(huì)隨著含水率的改變而發(fā)生比較明顯的變化。以江蘇省主要稻谷種植品種武育粳3號(hào)為研究對(duì)象,測(cè)定其在各種含水率下的三軸尺寸(長(zhǎng)、寬、高)、千粒質(zhì)量、自然休止角以及與鐵板、中密度板、PVC板的摩擦因數(shù),對(duì)稻谷機(jī)械特性參數(shù)隨含水率的變化關(guān)系進(jìn)行研究,并得到相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。1試驗(yàn)材料和方法1.1制備nmf樣本試驗(yàn)材料為江蘇省新洋農(nóng)場(chǎng)提供的晚熟品種武育粳3號(hào),初始含水率為9.3%(干基,下同),經(jīng)過(guò)調(diào)濕處理,制成不同含水率的樣本備用。稻谷含水率采用標(biāo)準(zhǔn)烘干法測(cè)定。1.2測(cè)量和測(cè)量?jī)x器1.2.1粒谷粒表面形態(tài)測(cè)定在不同含水率的樣本材料中,分別隨機(jī)抽取100粒稻谷,采用精度為0.01mm的千分尺,測(cè)定各含水率樣本谷粒的三正交軸長(zhǎng)度,即長(zhǎng)、寬和高。研究含水率對(duì)稻谷三軸尺寸的影響。1.2.2含水率稻米的千粒質(zhì)量在不同含水率的樣本材料中,分別隨機(jī)抽取1000粒稻谷,在精度為0.01g的數(shù)字電子天平上稱取其質(zhì)量,每個(gè)樣本重復(fù)3次,然后取它們的算術(shù)平均值為該含水率稻谷的千粒質(zhì)量值。1.2.3獨(dú)立滑移式的谷炭系統(tǒng)的測(cè)定谷物在水平面堆放時(shí),由于谷物自身的松散性而形成錐狀谷堆,錐面與水平面的夾角稱為該谷物的自然休止角。本測(cè)定采用自制的谷物自然休止角測(cè)試儀,由一個(gè)容量為1kg的料斗、梯形支架、刻度尺以及標(biāo)有刻度的底板組成。測(cè)定時(shí),首先將稻谷樣本裝入料斗中,然后打開抽拉門,使物料自由下落至底板上,由嵌在底板上的刻度尺測(cè)出稻谷堆直徑D;與此同時(shí),將一平行鋼絲沿著豎梁滑移至稻谷堆頂,由嵌在豎梁邊的刻度尺讀出稻谷堆的高度H,最后通過(guò)公式θ=arctan2HD2ΗD計(jì)算出稻谷樣本的自然休止角。上述過(guò)程重復(fù)3次,取其算術(shù)平均值為該含水率稻谷的自然休止角。1.2.4初支支架的安裝稻谷與各種材料的摩擦因數(shù),可以通過(guò)測(cè)量其在不同材料表面開始下滑時(shí)傾角的正切值來(lái)確定。自制的摩擦因數(shù)測(cè)定儀如圖1所示。將一鐵板通過(guò)鉸鏈與底部工作臺(tái)板相連,構(gòu)成一個(gè)可繞鉸鏈自由轉(zhuǎn)動(dòng)的斜面,在距鉸鏈20cm處安裝一豎直支架,架上嵌有刻度尺。測(cè)定時(shí),首先將某含水率的稻谷樣本平鋪在水平放置的鐵板上,輕輕拉動(dòng)繩索,慢慢增大鐵板的傾斜角度,當(dāng)?shù)竟葎傞_始在鐵板上產(chǎn)生滑移時(shí),記下鐵板升起的高度h(cm),則該稻谷樣本與鐵板的摩擦因數(shù)即為f=tanh20h20分別用PVC板和中密度板代替鐵板,用同樣的方法可以測(cè)得稻谷與PVC板和中密度板之間的摩擦因數(shù)。每個(gè)樣本測(cè)量3次,取其算術(shù)平均值為最終測(cè)定結(jié)果。2結(jié)果和分析稻谷在不同含水率條件下的機(jī)械特性參數(shù)數(shù)據(jù)如表1。2.1含水率對(duì)稻米長(zhǎng)度、寬度和高度的影響由表1可知,含水率對(duì)稻谷的三軸尺寸有比較明顯的影響。當(dāng)?shù)竟鹊暮视?1.91%增加到31.58%時(shí),稻谷的長(zhǎng)度將增加2.63%、寬度增加1.49%、高度增加2.54%,均隨含水率的增加而增大。其中稻谷的寬度和高度與含水率之間呈線性關(guān)系。2.2獨(dú)立水率原粒質(zhì)量增加由表1可知,含水率對(duì)稻谷千粒質(zhì)量有著較大的影響。隨著含水率的增加,稻谷的千粒質(zhì)量明顯增加。當(dāng)?shù)竟鹊暮视?1.91%增加到31.58%時(shí),千粒質(zhì)量增加16.04%?；貧w分析表明,稻谷的千粒質(zhì)量與其含水率之間存在線性關(guān)系,可以表示為M=23.513+0.2178W式中M——千粒質(zhì)量,gW——干基含水率,%2.3影響稻米休止角的因素表1顯示,隨著含水率的增加,稻谷的休止角呈線性增加。含水率由11.91%增加到31.58%,稻谷的休止角增加了30.60%。表明含水率是影響稻谷休止角的重要因素。稻谷在不同含水率時(shí)休止角的回歸方程可以表示為β=22.977+0.3979W式中β——休止角,(°)2.4稻中密度板及pvc板間因數(shù)的變化從表1可知,稻谷與各種板材之間的摩擦因數(shù)均受含水率的顯著影響。稻谷與鐵板間的摩擦因數(shù),隨著含水率的增大基本上呈線性增加,當(dāng)?shù)竟鹊暮视?1.91%增加到31.58%時(shí),其與鐵板的摩擦因數(shù)由0.328增大到0.427,增大30.18%。而稻谷與中密度板及與PVC板間的摩擦因數(shù),隨著含水率的增大呈現(xiàn)先下降,然后又迅速增大的趨勢(shì)。其中,稻谷與PVC塑料板間摩擦因數(shù)的最大值相對(duì)于最小值增大了約35%;與中密度板的摩擦因數(shù)最大值相對(duì)于最小值則增大了近55%。稻谷與中密度板及PVC板間摩擦因數(shù)的這種先降后升的變化趨勢(shì),可能是由于在稻谷含水率比較低時(shí),稻谷毛糙的表面與中密度板及PVC板間存在較大的阻力,使稻谷不易下滑,因此摩擦因數(shù)較大;當(dāng)?shù)竟鹊暮试黾訒r(shí),少量的水分起到一定的潤(rùn)滑作用,所以此時(shí)摩擦因數(shù)有所下降;而當(dāng)?shù)竟鹊暮试龃蟮揭欢ǖ某潭葧r(shí),由于過(guò)多的水分產(chǎn)生浸潤(rùn)作用,使稻谷與中密度板及PVC板間產(chǎn)生黏結(jié),因此導(dǎo)致摩擦因數(shù)迅速增大。3含水率對(duì)糧食千粒質(zhì)量的影響(1)稻谷的含水率對(duì)其機(jī)械特性有較大的影響。各種機(jī)械特性參數(shù)都隨著含水率的增加而增大,其中三軸尺寸的變化最小,摩擦因數(shù)的變化最大。(2)稻谷的千粒質(zhì)量隨著含水率