成熟期白芸豆压缩特性试验

分类：论文范文 发表时间：2020-04-23 09:36

　　摘要:白芸豆的炸荚损失与籽粒破碎是收获损失的主要部分，为了进一步减少损失，为白芸豆收获机和脱粒机研制提供参考，以寒地白芸豆为研究对象，测定了不同含水率对白芸豆的物料特性的影响，以及在不同含水率下和不同放置方式下白芸豆籽粒破碎所需要的最大静压力和豆荚炸荚所需要的最大静压力。结果表明:在一定含水率范围内，白芸豆的三轴尺寸、百粒质量、滑动摩擦角、自然休止角均随着含水率的增加而增加;当籽粒的含水率在12．3%时侧放和立放所需的最大静压力达到最大值，当豆荚(含籽粒)含水率低于21%时发生炸荚且立放炸荚所需的最大静压力最小。

　　关键词:白芸豆;物料特性;压缩特性;最大静压力

　　0引言

　　白芸豆生物学名菜豆，别名四季豆、白腰豆等，我国云南、贵州、甘肃、内蒙古、黑龙江、吉林等省份均有种植。大白芸豆的荚壳数量相当大，如每公顷产干豆3000kg，则荚壳就有900kg［1］。白芸豆籽粒不仅可以带来经济效益，其豆荚还可以促进畜牧业的发展。由于白芸豆下部豆荚先成熟、上部豆荚后成熟，导致白芸豆的收获较困难，且因为生长特点不适合直接收获，所以只能采用分段式收获［2］。目前，收获的主要方式是采用人工收割后场院晾晒再脱粒。又由于白芸豆籽粒淀粉含量较高，收获时很容易引起籽粒破碎，成熟期的白芸豆的豆荚极易开裂，联合收获将引起大量炸荚，会加重损失［3］。为了进一步减少损失，为白芸豆收获机和脱粒机研制提供参考，对白芸豆进行基本物料特性的测定和压缩特性试验。初步试验表明:白芸豆在含水率低于21%时易发生炸荚，大豆发生炸荚时的含水率为25%［4］。所以，白芸豆发生炸荚时的含水率比大豆低。

　　1试验材料与仪器

　　1．1试验材料

　　白芸豆由农户种植、提供，为黑龙江地区的小粒白芸豆。试验时，测量3种不同含水率的白芸豆备用。

　　1．2试验仪器

　　水分测定仪为上海佳实电子科技有限公司生产的MS－100型测定仪，该仪器采用热烘干原理，自动显示被测物的水分数值，操作简单，数据稳定、准确;万能材料试验机为协强仪器制造(上海)有限公司的型号为CTM2050的微机控制电子万能材料试验机，其最大载荷为50kg，功率为0．4kW;另外，还有精度为0．1mg的电子分析天平、精度为0．01mm的电子数显游标卡尺及角度仪等。

　　2白芸豆基本物料特性

　　试验开始前选取成熟期的白芸豆豆荚，按成色的不同分为3组，取出里面的籽粒，测量每组籽粒的平均含水率。

　　2．1三轴尺寸将已经测好含水率籽粒按不同含水率分成3组，每组50粒，用游标卡尺分别测量每组籽粒的长、宽、厚，计算平均值，得到不同含水率下白芸豆的三轴尺寸，如图1所示。由图1可以看出:在一定的含水率范围内，白芸豆籽粒的三轴尺寸随含水率的增加而增大，但变化范围不大，这与含水率的范围有关。由于测量的主要是收获时期的白芸豆籽粒，籽粒已经成熟，所以大小差异不大。

　　2．2百粒质量

　　将籽粒按3种不同平均含水率分成5组，每组100粒，用天平测量其每组的质量，计算平均值，得到不同含水率下白芸豆的百粒质量，如图2所示。

　　3白芸豆籽粒压缩特性试验

　　3．1试验方法

　　试验前对白芸豆进行挑选，采用人工筛选的方式将含水率基本相同的白芸豆放在一起，筛选时可以通过观察豆荚的成熟情况选取白芸豆，豆荚越干籽粒的含水率也就越低;然后，将筛选过的白芸豆籽粒随机选取若干、剪碎，放到水分测定仪的载物盘上，记录初始质量，进行含水率的测量。试验在准静态状态下进行，通过万能材料试验机，可实现计算机自动控制和数据自动采集。试验时，通过电脑输入指令，万能试验机接受指令，从而进行上下移动;当上压头接触到被测物体时，受力载荷信号通过试验机上的测力传感器传入到电脑，在电脑上就可以清晰的看到被测物体的受力状态，可测定白芸豆籽粒破损时的最大静压力。

　　3．2试验结果分析

　　3．2．1籽粒最大静压力与含水率关系籽粒受压缩载荷试验结果如表1所示。用Excel对表中的最大静压力平均值进行统计，绘制折线图，如图5所示。

　　3．2．2籽粒静压力与变形量关系图6为含水率为20．5%白芸豆籽粒正放时在压缩过程中力随变形量的变化曲线。由图6可以看出:随着载荷不断增加，白芸豆变形量越来越大，但直到载荷达到最大值时曲线仍没有下降，此时白芸豆早已经破碎。这是由于白芸豆的生物特性导致的，此时的白芸豆韧性极强，导致曲线不断上升，直至达到万能材料试验机的最大量程，迫使万能材料试验机停止运动。

　　4结论

　　1)试验表明:在3种含水率下，白芸豆基本的物料特性三轴尺寸、百粒质量、滑动摩擦角、自然休止角均随含水率的增加而增加，且增加的幅度逐渐减小。

　　2)籽粒试验表明:当籽粒含水率为12．3%以上时，最大静压力随着含水率的增加而降低;当含水率为12．3%以下时，最大静压力随着含水率的降低而降低，含水率越低越容易破碎;白芸豆籽粒所能承受的最大静压力依次是正放﹥侧放﹥立放。

　　3)豆荚试验表明:当含水率低于20．2%时，豆荚发生炸荚;随着含水率的降低，炸荚所需的最大静压力降低;白芸豆豆荚在所能承受的最大静压力依次是正放﹥侧放﹥立放。

　　参考文献:

　　［1］蔡克华．大白芸豆的经济价值［J］．农业经济问题，1981(8):64．

　　［2］柏玉霞，付宝松，柳洪德．1042联合收割机收获白芸豆的改装及调整［J］．农村科技，2007(1):58．

　　［3］曲剑波，李庆章，肖伟群．改装联合收割机用于收获白芸豆［J］．农业机械，2004(1):88．

　　［4］杨德旭，刘德军，高连兴．完熟期大豆炸荚力学特性试验［J］．沈阳农业大学学报，2012，43(5):576－580．

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