不同含水量、雜質含量的稻谷力學特性研究

不同含水量、雜質含量的稻谷力學特性研究

分散是糧食的重要物理性質之一，也是糧食儲備、運輸和裝卸機械裝置設計中的一個重要因素。糧油儲藏期間散落性的變化,可在一定程度上反映糧油儲藏的穩(wěn)定性。張存信、馮正用等研究了種子的散落性及其在儲藏中的應用,研究表明,種子的散落性受種粒形狀、表面狀態(tài)、水分、雜質等因素影響,在儲種時,可應用種子的散落性,測定其對倉壁的側壓、儲種狀態(tài)的變化及確定自流設備角度等,以增加儲種的穩(wěn)定性。田曉紅、李光濤等人分析了國內外多種測量顆粒狀物料休止角的方法,并對他們的優(yōu)缺點進行比較分析。周英、張國琴等人研究了凹槽中顆粒堆積高度對靜止角的影響,發(fā)現(xiàn)在一定角度內靜止角隨堆積高度的增加呈指數衰減趨勢。另外周英和張國琴還通過實驗研究顆粒在通道中的崩塌現(xiàn)象,考察固定通道寬度條件下,顆粒直徑大小對通道內所堆積顆粒的靜止角θr的影響。研究發(fā)現(xiàn)靜止角θr隨顆粒直徑d的倒數λ=1/d的增大呈指數衰減趨勢。李強在談糧食的輸送中指出,在研究糧食的輸送時,首先應考慮糧食的散落性和懸浮速度的不同。因此,在設計、制造和選用輸送設備時必須先了解糧食的相關物理特性,才能保證生產并降低成本。於海明、龔紅菊等設計了一種實用的圓盤式谷物休止角快速測試儀,對傳統(tǒng)的休止角測試方法進行了改進,減小了試驗誤差,降低了測試工作量,提高了測試的精度與觀測速度,實現(xiàn)了谷物休止角的無沖擊快速測試,并試驗證明了該儀器技術的可行性。孫驪、王佺對種子的休止角在濕度、跌落高度(或流動速度)和漏孔大小(或流量)變化時所呈現(xiàn)的規(guī)律進行了研究,提出了描述這些參數關系的休止角數學模型。張洪霞、馬小愚等對近年來國內外廣泛開展了固體農業(yè)物料力學流變學特性的研究,概述了國內外谷物及種子的力學流變學特性方面的研究及進展情況,同時介紹了這一特性在農業(yè)工程中的應用。因此,為了獲得較好的儲糧穩(wěn)定性,就要保證糧食具有良好的散落性,從而確保儲糧的安全性。采用固定漏斗法測定不同條件下大豆、稻谷和油菜籽的自流角和靜止角,具體分析影響糧食散落性的因素,為研究散落性在糧食儲藏、裝卸輸送機械以及儲藏設施的設計中應用提供理論基礎。1材料和方法1.1不同糧食來源大豆(南京,2010年產),原始水分7.45%,含雜率0.1%;稻谷(南京鐵心橋國家糧食儲備庫,2010年產),原始水分12.1%,含雜率0.1%;油菜籽(南京溧水,2010年產),黑色,原始水分6.8%;黃色,原始水分6.9%,含雜率均為0.2%。1.2實驗設備量筒、恒溫干燥箱(寧波產)、JFSD粉碎機(上海產)、鐵架臺、直尺、木板、紙板、塑料板、鋼板、玻璃板、漏斗、棉線。1.3實驗方法1.3.1對0.5%糧食進行調節(jié),調到3.稱取4份1000g大豆,分別將水分從7.45%調到8.5%、9.5%、10.5%、11.5%;稱取4份500g稻谷,將水分從12.1%調到13.5%、14.5%、15.5%、16.5%;分別稱取4份500g油菜籽(黃)和油菜籽(黑),將水分從6.9%、6.8%調到8%、9%、10%、11%。1.3.2雜質的重量g含雜率(%)=[x/(x+M)]×100%x——雜質的重量(g);M——實驗樣品重量(g)。按含雜率計算公式將實驗樣品的含雜率分別調到0.5%、1.0%、1.5%、2.0%。1.3.3單因素試驗設計采用直尺法測定糧堆開始下滑時的高度。選取固定長度a作為測量的底邊,搭好實驗裝置(如圖1所示),稱取20g樣品(大豆稱取50g),將配置好的樣品均勻的平鋪在介質上,抬高介質直至樣品開始滑動記下下滑時的高度h,反復測量取平均值。根據公式自流角α=tan-1(h/a)計算結果。1.3.4高度采用傳統(tǒng)的固定漏斗法測定靜止角。將漏斗固定于水平臺上方一定高度(實驗裝置如圖2所示),從漏斗加入定量物料使得形成的堆積圓錐頂部與漏斗底部剛好接觸,測定圓錐的斜邊長a和高度h,根據公式靜止角θ=sin-1(h/a)計算結果。2結果與分析2.1合理選擇倉儲內溫度糧食油料的自流角與糧種密切相關,在選擇儲備的糧倉或是運輸車輛時要充分考慮倉儲設備的內摩擦力,根據不同的糧食油料選擇不同材質的倉儲內壁。盡可能的使糧食的摩擦力減小從而減小谷物的自流角,使糧食的滑動性能穩(wěn)定,便于糧食的運輸與儲藏。2.1.1含雜率對大豆自流角的影響不同條件對大豆自流角的影響從表1可以看出:在相同介質、含雜量條件下,大豆自流角隨著水分含量增大而增大。以木板、含雜率為0.5%為例,7.45%水分含量的大豆自流角是3.65°;8.4%大豆的自流角為5.03°;9.3%的自流角為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%的大豆在以木板為介質的情況下,隨著含水量的增大,自流角逐漸增大。在相同介質、水分條件下,大豆自流角隨著含雜量增大而增大。以鋼板為介質、水分為7.45%為例,含雜率0.5%的大豆自流角為4.18°;含雜率1.0%的大豆自流角為4.67°;含雜率1.5%的大豆自流角為4.78°;含雜率2.0%的大豆自流角是4.84°。由此可見,含雜率0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的大豆隨著含雜率的增大,自流角也逐漸增大。由表1還可以看出:水分含量為7.45%、雜質含量為0.5%的大豆,在木板上的自流角為3.65°;在紙板上的自流角為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°;在鋼板上的自流角是4.18°。摩擦力:紙板>木板>鋼板>玻璃板>塑料板。由此可知隨著介質摩擦力的增大,大豆的自流角增大。2.1.2稻米自流角隨水資源量的變化。依一個放不同條件對稻谷自流角的影響從表2可以看出:在以鋼板為介質、含雜率為0.5%的條件下,含水量12.1%稻谷的自流角為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%的稻谷隨著水分的增大,自流角逐漸增大。含有0.5%雜質的稻谷在塑料板上的自流角是14.70°,含有1.0%雜質的稻谷在塑料板上的自流角是15.70°,含有1.5%雜質的稻谷在塑料板上的自流角是16.40°,含有2.0%雜質的稻谷在塑料板上的自流角是16.80°,由此可見0.5%、1.0%、1.5%、2.0%不同雜質含量的稻谷,隨著稻谷雜質含量的增加,稻谷的自流角也在增大。從表2中我們還可以看出:水分含量12.1%,雜質含量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°,在鋼板上的自流角是18.80°,由此可見隨著材質摩擦力的增加,自流角在逐漸的增大。這是由于玻璃板、塑料板、木板、鋼板的表面變得越來越粗糙,摩擦力變得越來越大,稻谷的自流角也在變得越來越大。2.1.3含雜率對油菜籽自流角的影響由表3和表4可以看出:隨著油菜籽水分的增大,自流角呈現(xiàn)出增大的趨勢。相同水分的油菜籽(黑)和油菜籽(黃),油菜籽(黑)的自流角小于油菜籽(黃)的自流角。在玻璃板上、水分6.8%的油菜籽(黑),含雜率0.5%時自流角為10.07°;含雜率1.0%時自流角是10.34°;含雜率1.5%時自流角為10.92°;含雜率2.0%時自流角為12.44°,由此可見,在其它條件相同時,隨著含雜率的升高,油菜籽的自流角增大。從整體上看,在玻璃板上的自流角最小,木板次之,塑料板最大。測量自流角時所用材質不同,自流角也不同。比較原始水分的大豆、稻谷、油菜籽含雜量與自流角的關系,原始水分(7.45%)的大豆在木板上測定自流角,含雜率0.50%時自流角是3.65°;含雜率1.0%時自流角是4.18°;含雜率1.5%時自流角為4.67°;含雜率2.0%時自流角是4.84°;原始水分的稻谷在含雜率為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%情況下,自流角分別是16.30°、16.90°、18.10°、19.10°;原始水分的油菜籽(黑)在含雜率0.5%、1.0%、1.5%、2.0%時,自流角分別為12.46°、12.55°、13.81°、14.01°;原始水分的油菜籽(黃)在含雜率0.5%、1.0%、1.5%、2.0%時,自流角分別為12.03°、13.07°、13.47°、13.76°。由此可見,在相同條件下,稻谷的自流角最大,油菜籽(黑)和油菜籽(黃)相差不大,大豆由于粒大、飽滿、表面光滑,自流角最小。2.2不同條件對靜態(tài)角的影響2.2.1大豆采用不同的靜脈角不同條件對大豆靜止角的影響從表5可以看出:含雜率為0.5%時,水分7.45%的大豆靜止角是9.65°;水分8.4%的大豆靜止角是11.27°;水分9.3%的大豆靜止角為12.68°;水分10.4%的大豆靜止角是13.00°;水分11.7%的大豆靜止角是13.54°。由以上數據可見,大豆的靜止角隨著水分增大逐漸增大(在其它含雜率情況下有同樣的規(guī)律)。原始水分的大豆在含雜率為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%時,靜止角分別為9.65°、10.15°、12.70°、12.79°,由此組數據可以看出,大豆的靜止角隨著含雜率的增大而增大(在其它水分情況下有同樣的規(guī)律)。2.2.2獨立向原變化的谷胱靜電角不同水分、含雜率對稻谷靜止角的影響可以通過觀察表6得出:含雜率為0.5%時,水分在12.1%稻谷的靜止角是14.60°,13.5%的水分的稻谷的靜止角是15.70°,水分在14.5%稻谷的靜止角是16.20°,水分在15.5%稻谷的靜止角是16.60°,水分在16.5%稻谷的靜止角是16.80°;由此可見12.1%、13.5%、14.5%、15.5%、16.5%不同含水量的稻谷,隨著稻谷含水量的增加,其靜止角在增大。雜質含量在0.5%的稻谷的靜止角是14.60°,雜質含量在1.0%的稻谷的靜止角是14.90°,雜質含量在1.5%的稻谷的靜止角是15.00°,雜質含量在2.0%的稻谷的靜止角是15.20°;由此可見0.5%、1.0%、1.5%、2.0%不同雜質含量的稻谷,隨著稻谷雜質含量的增加,其靜止角也在增大。2.2.3含雜率對大豆、谷油菜籽勞力學活性的影響不同條件對油菜籽的影響從表7和表8可以看出:在初始水分條件下,含雜率0.5%的油菜籽(黑)靜止角是14.68°;含雜率1.0%的油菜籽(黑)靜止角是14.82°;含雜率1.5%油菜籽(黑)靜止角是15.06°;含雜率2.0%油菜籽(黑)靜止角是15.21°。含雜率0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的黃油菜籽的靜止角分別為14.20°、14.45°、14.70°、14.93°,由以上數據可以看出隨著黑油菜籽和黃油菜籽中含雜率的升高,油菜籽的靜止角增大。比較原始水分的大豆、稻谷、油菜籽的靜止角,在含雜率0.5%、1.0%、1.5%、2.0%時,大豆靜止角分別是9.65°、10.15°、12.70°、12.79°;稻谷靜止角分別是14.6°、14.9°、15.0°、15.2°;油菜籽(黑)靜止角分別是14.68°、14.82°、15.06°、15.21°;油菜籽(黃)的靜止角分別是14.20°、14.45°、14.70°、14.93°。由以上數據可見,大豆的靜止角最小,稻谷和油菜籽的靜止角相當,稻谷的靜止角稍高。這是由于大豆粒大、飽滿、表面光滑,糧粒之間粘滯性小,摩擦力小,稻谷呈橢圓形、表面不光滑,導致糧粒之間摩擦力大,而油菜籽相對其它兩種谷物粒小,相同重量的大豆、稻谷、油菜籽,油菜籽的顆粒數多,在滑動的過程中阻力大。因此,大豆的靜止角最小,稻谷和油菜籽的靜止角相當,油菜籽(黑)和油菜籽(黃)相比,油菜籽(黃)稍高。3糧食在含雜率對自流角、抗雜角的影響糧食的散落性是影響糧食儲藏的重要因素。儲藏期間