平貝母鱗莖力學特性試驗

摘要：針對平貝母（Fritillaria ussuriensis）鱗莖機械化篩分中存在破碎損傷問題，利用物料分析儀對平貝母鱗莖進行了壓縮試驗和表面硬度試驗，測得平貝母地下鱗莖的力—位移曲線以及最大破壞力，分析了平貝母地下鱗莖的破裂損傷規律。結果表明，平貝母鱗莖沿半月形扁圓鱗瓣方向擠壓后破壞形式是破瓣，沿垂直半月形扁圓鱗瓣方向擠壓后破壞形式是裂紋，破裂力差別明顯，屈服力差別不明顯， 最大破裂力為52.25 N；自然干燥過程中平貝母鱗莖表面變硬，抗摩擦能力增強，果肉變柔，出現裂紋機率減小。

關鍵詞：平貝母（Fritillaria ussuriensis）；鱗莖；力學特性

中圖分類號：S567.23+1；S225.7 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）13-3072-03

平貝母鱗莖機械篩分過程中容易產生破碎損傷[1，2]，破碎損傷的平貝母鱗莖不得入藥，留作種子也容易發生爛種[3]，因此平貝母鱗莖機械篩分過程中導致的破碎損傷不容忽視。

國內外學者對農作物篩分破碎損傷機理進行了大量研究，取得了許多成果[4-7]。然而，對平貝母鱗莖機械篩分損傷的研究尚未見報道。平貝母鱗莖篩分的破碎損傷主要表現為表面刮傷、裂紋和破瓣，造成平貝母鱗莖篩分破碎損傷的主要原因是平貝母鱗莖與等級篩分機之間的摩擦、碰撞和擠壓。試驗通過對平貝母鱗莖破損強度、表面硬度等物理機械特性的研究來探究造成平貝母鱗莖表面刮傷、裂紋和破瓣的內在機理，為減少篩分機械損傷探索新的控制方法，同時也為提高篩分質量、設計篩分機械提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料及設備

選用收獲期試驗田的平貝母鱗莖作為試驗材料。主要試驗設備有物料分析儀、尼康數碼相機、微型計算機和游標卡尺等。

1.2 方法

1.2.1 平貝母鱗莖破損強度試驗 平貝母鱗莖呈扁圓盤狀，由3～4個半月形扁圓鱗瓣抱合而成[8，9]（圖1）。試驗以最小破損力為試驗指標，對平貝母鱗莖沿x、y、z軸方向進行單因素破損強度試驗。試驗時將平貝母鱗莖置于壓板中心并固定[10]，模擬實際工作環境，設定試驗參數：最大載荷500 N、加載速度30 mm/min、觸發力0.3 N、最大變形量85%。

1.2.2 平貝母鱗莖表面硬度試驗 試驗使用美國生產的TMS-Touch型物料分析儀，采用 P/2n 針狀探頭（直徑 2 mm），測前速度60 mm/s，貫入速度1 mm/s[14]，最小感知力 0.3 N。

剛起收的平貝母鱗莖于壟溝攤開自然干燥，每隔1 h做一次平貝母鱗莖表面硬度試驗，共做4次，每次取平貝母鱗莖最外層3個部位測定（取平均值），共隨機取12個平貝母鱗莖進行測定[11，12]。

2 結果與分析

2.1 平貝母鱗莖破損強度

在設定的最小破損力下，12個平貝母鱗莖破損強度試驗結果見表1。從表1可以看出，x、y、z軸的破裂力差別明顯，但x、y、z軸的屈服力差別不明顯。以z軸方向平板擠壓為例，得到擠壓力-位移曲線如圖2，a位置表示平貝母鱗莖的屈服力，b位置表示平貝母鱗莖的破裂力，縱坐標第一峰值對應的橫坐標s點是平貝母鱗莖的破裂深度（mm）。試驗表明沿z軸方向擠壓后破壞形式是破瓣，其破瓣承受力主要來自平貝母鱗莖扁圓鱗瓣結合在一起的根部；沿x軸和y軸擠壓后破壞形式是裂紋，其裂紋承受力主要來自平貝母鱗莖半月形扁圓鱗瓣自身。

2.2 平貝母鱗莖表面硬度

對每隔1 h做一次平貝母鱗莖表面硬度試驗的曲線疊加，得到平貝母鱗莖的表面硬度曲線（圖3）。圖3中a、b、c、d分別表示從剛起收到自然干燥3 h平貝母鱗莖表面硬度曲線。從圖3可以看到物料分析儀針狀探頭經過平貝母鱗莖時受力的全過程。探頭在經過平貝母鱗莖，穿刺力增加到第一個峰值時，平貝母鱗莖表面破碎，之后穿刺力發生突變，隨著探頭繼續伸入，探頭進入平貝母鱗莖內部肉部分，其穿刺力逐漸增大。從圖3疊加曲線看，第一個峰值變化明顯，且隨著時間變化其值增大，峰值范圍在0.52～1.06 N，表明平貝母鱗莖在自然干燥過程中表面變硬，增大了平貝母鱗莖的抗摩擦能力；最高點峰值沒有明顯變化，但最高點對應橫坐標的最大位移是變化的，隨著時間變化其最大位移減小，表明平貝母鱗莖在自然干燥過程中，隨著水分的蒸發果肉變柔，減小了平貝母鱗莖出現裂紋的機會。

3 小結

平貝母鱗莖沿扁圓鱗瓣方向擠壓后破壞形式是破瓣，沿垂直半月形扁圓鱗瓣方向擠壓后破壞形式是裂紋，破裂力差別明顯，屈服力差別不明顯， 最大破裂力為52.25 N。平貝母鱗莖從起收到自然干燥3 h，平貝母鱗莖表面變硬，抗摩擦能力增強，表面強度從0.52 N到1.06 N；平貝母鱗莖果肉變柔，出現裂紋機率減小，最高點對應橫坐標的最大位移從1.92 mm減少到1.22 mm。

試驗僅對采自不同地點的平貝母鱗莖進行了擠壓強度和表面強度分析，而針對不同品種的平貝母鱗莖擠壓強度和表面強度尚未分析。通過平貝母鱗莖擠壓強度和表面強度定性分析造成平貝母機械損傷的結論，今后將進一步研究造成平貝母機械損傷的內在原因。

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