缓冲材料弹性模量对鸡蛋冲击特性的影响研究

王育桥

（广东环境保护工程职业学院，佛山 528216）

缓冲材料弹性模量对鸡蛋冲击特性的影响研究

王育桥

（广东环境保护工程职业学院，佛山 528216）

就缓冲材料的弹性模量对鸡蛋跌落冲击特性的影响进行了试验研究，对试验数据的分析发现，缓冲材料的弹性模量对冲击力峰值和碰撞时间影响极显著；建立了回归方程，并对回归方程进行了曲线拟合，得出缓冲材料弹性模量与碰撞参数之间的变化规律，可以为鸡蛋的加工、包装和运输提供一定的参考。

弹性模量 冲击力峰值 冲击时间 冲击特性

0 引言

鸡蛋属于易损食品，在运输、包装和加工过程中容易发生破损，而这些破损很多是由于冲击造成的，本文就缓冲材料弹性模量对鸡蛋冲击影响进行了试验研究，对减少蛋品在运输、包装过程中的破损具有一定的参考价值。

1 试验方案

1.1 试验材料

1）试验所用的鸡蛋购于某养鸡场，蛋产自同一天。

2）试验用缓冲材料为聚乙烯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料和瓦楞纸4种常用的包装材料，材料厚度均为10 mm，尺寸均为60 mm×60 mm。

1.2 试验装置

试验用的冲击台如图1所示，由实验架、真空吸盘、挡板、缓冲材料、压电传感器、薄钢片和支撑台组成。做冲击实验时，真空吸盘将将吸附的鸡蛋释放，落在缓冲材料上，对传感器产生冲击并产生信号，信号经与传感器相连的一系列装置处理之后转换成数字信号保存到电脑硬盘，再根据需要对数据进行分析和处理[1]。

图1 冲击试验台示意图Fig.1 The schematic drawing of impact test-bed

1.3 试验方法

取鸡蛋大头作为冲击部位，缓冲材料为预先准备好的聚乙烯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料和瓦楞纸，将鸡蛋在距缓冲材料100 mm高度进行跌落冲击试验，每种材料各试验10次，记录每次试验的实验数据和蛋品的破损情况，绘出冲击力-时间曲线图，分析不同缓冲材料对冲击力和碰撞时间的影响[2]。

2 不同缓冲材料的碰撞试验及初步分析

由试验得到4种缓冲材料的典型冲击力-时间曲线图，如图2所示，是鸡蛋同一部位（大头）在同一高度（100 mm）跌落、与不同材料发生碰撞时的典型冲击力-时间曲线图。

图2 不同缓冲材料冲击力-时间曲线图Fig.2 Different curves of force-time from different cushion materials

表1 不同缓冲材料时的冲击力均峰值和平均碰撞时间Table 1 Average peak force and average impact time from different cushion materials

4种缓冲材料的弹性模量各不相同，分别对各组试验数据的冲击力峰值和碰撞时间取平均值，得到的结果如表1所示。

3 冲击力峰值与缓冲材料弹性模量关系

对试验数据进行处理，得到了碰撞过程中的冲击力峰值与材料弹性模量关系散点图，如图3所示。

对表1和图3分析可知，4种缓冲材料的弹性模量依次增大，冲击力峰值也随之增大。为了找出弹性模量与冲击力峰值之间的相互关系，用SAS软件进行数据分析，可知冲击力峰值和材料弹性模量之间函数关系式为[3]：

式中 Y为冲击力峰值，N；X为材料弹性模量，kPa。

用方差分析对方程进行检验，结果如表2所示。

表2 冲击力峰值与弹性模量方差分析表Tab1e2 Variance analysis of peak force to material modulus of elasticity

图3 冲击力峰值与材料弹性模量关系Fig.3 Peak force vs material modulus of elasticity

经查表，F0.01（3，36） =4.38，F值为 247.16≥F0.01（3，36）=4.38，说明缓冲材料的弹性模量对冲击力的峰值的影响极显著[3]。用Matlab对曲线进行拟和[4]发现冲击力峰值随缓冲材料的弹性模量增大而增大，如图4所示，该曲线与散点图（图3）变化趋势很相似，说明该方程与试验数据相吻合。

4 碰撞时间与缓冲材料弹性模量关系

对试验数据进行处理，得到了碰撞时的碰撞时间与材料弹性模量关系散点图，如图5所示。

由图5可知，随着缓冲材料弹性模量增大，碰撞时间随之减少。为找出弹性模量与碰撞时间之间的关系，用SAS软件分析得，可知碰撞时间和材料弹性模量之间函数关系式为[2]：

式中 T为碰撞时间，ms；X为材料弹性模量，kPa。

图4 冲击力峰值与弹性模量关系曲线Fig.4 Curves fitting of peak force from material modulus of elasticity

图5 碰撞时间与材料弹性模量关系Fig.5 Impact time vs material modulus of elasticity

用方差分析对方程进行检验，结果如表3所示。

经查表，F0.01（3，36）=4.38，F值为211.36≥F0.01（3，36）=4.38，故知缓冲材料的弹性模量对碰撞时间的影响极显著。用Matlab对曲线进行拟合，发现碰撞时间随缓冲材料的弹性模量增大而减小[2]，如图6所示。该曲线与散点图（图5）的变化趋势很相似，说明该方程与试验数据相吻合。

表3 碰撞时间与弹性模量方差分析表Tab1e3 Variance analysis of impact time to material modulus of elasticity

图6 碰撞时间与弹性模量关系曲线Fig.6 Curves fitting of impact time from material modulus of elasticity

5 结论

通过试验及数据分析，可以得出如下结论：

1）缓冲材料弹性模量对冲击力峰值的影响极显著，冲击力峰值随缓冲材料弹性模量增加而增大；

2）缓冲材料弹性模量对碰撞时间的影响极显著，碰撞时间随缓冲材料弹性模量增加而减小；

3）在条件许可的情况下尽量选取弹性模量较小的包装材料，并选取合适的包装方法，减小碰撞强度和碰撞发生概率，减少蛋品的破损率。

[1]王育桥.鸡蛋跌落冲击台设计[J].农业科技与装备，2007（5）：30—33.

[2]王育桥.鸡蛋跌落冲击特性研究[D].武汉：华中农业大学，2007：30—33.

[3]余家林.农业多元试验统计[M].北京：北京农业大学出版社，1993：81—94.

[4]郑阿奇，曹弋，赵阳.MATLAB实用教程[M].北京：电子工业出版社，2004：115—128.

The Study of the Influence of the Elastic Modulus of the Cushion Materials on the Dropping Impact Characteristic of the Egg

Wang Yuqiao
(Guangdong Vocational College of Environmental Protection Engineering，Foshan 528216,China)

The influence of the elastic modulus of cushion materials on peak force and impact time was studied.Of test data analysis,the elastic modulus of materials evidently influence the impact parameters,such as contact time and peak force.The regression equations have been established.The curves fitting have been made for the regression equations.The relationship between every factor and impact parameters were found.It may provide certain reference for processing,packaging and transporting eggs.

elastic modulus of cushion materials;peak force;impact time；impact characteristic

王育桥（1981-）,男，湖北汉川人，硕士，讲师。研究方向为机电一体化技术。佛山 广东环境保护工程职业学院，528216。E-mail:jewelwangyq@sina.com