花生静摩擦系数刚度系数测量

顾炳龙+杨亚洲+张玉虎

摘 要：为了深入探讨花生脱壳机脱壳过程中花生的运动情况，通过离散元软件Edem的颗粒仿真效果，测花生参数：百粒重、静摩擦系数、刚度系数，建立颗粒模型加以仿真，导出其工作过程图像，以期为花生脱壳机的运动情况提供借鉴。选取品种为花育23的花生做参数测量试验。

关键词：花生；静摩擦系数；刚度系数

中图分类号：S-3 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170431013

引言

花生的种植历史悠久，地域广阔，在世界上种植面积仅次于油菜，而在世界油料生产和国际贸易中也是仅次于大豆，同样居于第2位。花生是我国重要的油料作物和优质蛋白资源。

花生是我国重要的油料作物和优质蛋白资源。 脱壳是花生种植及油用、食用加工前的必经工序，是影响花生果仁及其制品品质和商品性的关键。传统的花生脱壳是手工剥壳，虽然效率低但不存在花生米损伤问题，但在大面积种植时，无法解决剥壳问题。花生脱壳机脱壳效率高，一般高出人工一倍。然而机械脱壳无法像人手一样不出现花生米损伤，破碎率较高，且破碎的花生多数是饱满籽粒[1-3]。 本文决定用Edem仿真花生运动过程，为花生机械的改进做出贡献。所测的静摩擦系数、刚度系数都是Edem仿真时所需要的，为更加真实准确的模仿花生脱壳提供基础。

1 静摩擦系数的测量

1.1 试验设备

自制试验台、铁板、尼龙板。

1.2 试验方法

首先用卡尺测出斜支架的长度。然后在斜支架上放试验材料，让样本在材料上由水平向下倾斜，直到样本滑出材料，测出斜支架两端的高度，根据三角形公式即可求出支架倾斜的角度。花生分为3组，整颗花生、花生壳、花生仁分别与尼龙板、钢板、花生壳板进行静摩擦试验，每组10次，总共90次。

对花生进行受力分析，画出了动力学分析图（如图5）。

所以，静摩擦系数μ=f/N=mgsinα/mgcosα=tanα[4]

根据此原理，设计出测量静摩擦力的简易装置利用装置测量出H1、H2和h1的高度，间接得到h2的高度，并且利用公式进行计算得到静摩擦系数。

结论：可以看出对于同一种材料而言，仁与材料的静摩擦系数最低，花生壳与材料的静摩擦系数最高。铁板相对于尼龙而言，花生在铁板上的静摩擦系数大于花生在尼龙板上的静摩擦系数。

2 刚度系数的测量

刚度是表示受外力作用的材料、構件或结构抵抗变形的能力。材料的刚度由使其产生单位变形所需的外力值来量度。各向同性材料的刚度取决于它的拉压弹性模量 E和剪切弹性模量 G。结构的刚度除取决于组成材料的弹性模量外，还同其几何形状、边界条件等因素以及外力的作用形式有关。农作物种子属于多相、非均匀、各向异性的材料，研究它的刚度完全用理论分析和计算的方法是比较困难的，一般均采用试验的方法来进行[5]。

2.1 试验设备

型号为RTC-3020D物性分析仪、 动态信号分析系统软件。

2.2 试验方法

将物性分析仪与电脑连接，打开电脑上动态信号分析软件。在物性分析仪开始工作的时候按下动态信号分析软件的开始键，物性分析仪上对于花生的压缩力随时间的关系将在动态信号分析系统上以图表的形式呈现。

结论：无论正放和侧放仁的刚度系数都大于壳的刚度系数； 放置方式不一样，刚度系数不同， 侧放的刚度系数大于正放的刚度系数。

3 总结

对于同一种材料而言，花生仁和花生壳与材料的静摩擦系数是不同的。花生壳与材料的静摩擦系数高于花生仁与材料的静摩擦系数。

对于同一种花生而言：侧放的刚度系数大于正放的刚度系数。仁的刚度系数大于壳的刚度系数。

参考文献

[1]吕小莲，胡志超，于向涛，刘敏基，于昭洋.花生种子挤压破碎机理的试验研究[J].华南农业大学学报，2013（4）.

[2]尚书旗，刘曙光，王方艳，等.花生生产机械的研究现状与进展分析[J].农业机械学报，2005（03）：143-147.

[3] 程献丽，高连兴，刘明国，王瑞丽，那雪姣.花生冲击脱壳的力学特性试验[J].沈阳农业大学学报，2009，40（1）：111-113.

[4]李政权.基于离散元法的小麦排种器的数字化设计方法研究[D].长春：吉林大学，2009（6）.

[5]刘红力.花生脱壳特性与损伤机理研究[D].沈阳：沈阳农业大学，2007.