花生靜摩擦系數剛度系數測量

顧炳龍+楊亞洲+張玉虎

摘 要：為了深入探討花生脫殼機脫殼過程中花生的運動情況，通過離散元軟件Edem的顆粒仿真效果，測花生參數：百粒重、靜摩擦系數、剛度系數，建立顆粒模型加以仿真，導出其工作過程圖像，以期為花生脫殼機的運動情況提供借鑒。選取品種為花育23的花生做參數測量試驗。

關鍵詞：花生；靜摩擦系數；剛度系數

中圖分類號：S-3 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170431013

引言

花生的種植歷史悠久，地域廣闊，在世界上種植面積僅次于油菜，而在世界油料生產和國際貿易中也是僅次于大豆，同樣居于第2位。花生是我國重要的油料作物和優質蛋白資源。

花生是我國重要的油料作物和優質蛋白資源。 脫殼是花生種植及油用、食用加工前的必經工序，是影響花生果仁及其制品品質和商品性的關鍵。傳統的花生脫殼是手工剝殼，雖然效率低但不存在花生米損傷問題，但在大面積種植時，無法解決剝殼問題。花生脫殼機脫殼效率高，一般高出人工一倍。然而機械脫殼無法像人手一樣不出現花生米損傷，破碎率較高，且破碎的花生多數是飽滿籽粒[1-3]。 本文決定用Edem仿真花生運動過程，為花生機械的改進做出貢獻。所測的靜摩擦系數、剛度系數都是Edem仿真時所需要的，為更加真實準確的模仿花生脫殼提供基礎。

1 靜摩擦系數的測量

1.1 試驗設備

自制試驗臺、鐵板、尼龍板。

1.2 試驗方法

首先用卡尺測出斜支架的長度。然后在斜支架上放試驗材料，讓樣本在材料上由水平向下傾斜，直到樣本滑出材料，測出斜支架兩端的高度，根據三角形公式即可求出支架傾斜的角度。花生分為3組，整顆花生、花生殼、花生仁分別與尼龍板、鋼板、花生殼板進行靜摩擦試驗，每組10次，總共90次。

對花生進行受力分析，畫出了動力學分析圖（如圖5）。

所以，靜摩擦系數μ=f/N=mgsinα/mgcosα=tanα[4]

根據此原理，設計出測量靜摩擦力的簡易裝置利用裝置測量出H1、H2和h1的高度，間接得到h2的高度，并且利用公式進行計算得到靜摩擦系數。

結論：可以看出對于同一種材料而言，仁與材料的靜摩擦系數最低，花生殼與材料的靜摩擦系數最高。鐵板相對于尼龍而言，花生在鐵板上的靜摩擦系數大于花生在尼龍板上的靜摩擦系數。

2 剛度系數的測量

剛度是表示受外力作用的材料、構件或結構抵抗變形的能力。材料的剛度由使其產生單位變形所需的外力值來量度。各向同性材料的剛度取決于它的拉壓彈性模量 E和剪切彈性模量 G。結構的剛度除取決于組成材料的彈性模量外，還同其幾何形狀、邊界條件等因素以及外力的作用形式有關。農作物種子屬于多相、非均勻、各向異性的材料，研究它的剛度完全用理論分析和計算的方法是比較困難的，一般均采用試驗的方法來進行[5]。

2.1 試驗設備

型號為RTC-3020D物性分析儀、 動態信號分析系統軟件。

2.2 試驗方法

將物性分析儀與電腦連接，打開電腦上動態信號分析軟件。在物性分析儀開始工作的時候按下動態信號分析軟件的開始鍵，物性分析儀上對于花生的壓縮力隨時間的關系將在動態信號分析系統上以圖表的形式呈現。

結論：無論正放和側放仁的剛度系數都大于殼的剛度系數； 放置方式不一樣，剛度系數不同， 側放的剛度系數大于正放的剛度系數。

3 總結

對于同一種材料而言，花生仁和花生殼與材料的靜摩擦系數是不同的。花生殼與材料的靜摩擦系數高于花生仁與材料的靜摩擦系數。

對于同一種花生而言：側放的剛度系數大于正放的剛度系數。仁的剛度系數大于殼的剛度系數。

參考文獻

[1]呂小蓮，胡志超，于向濤，劉敏基，于昭洋.花生種子擠壓破碎機理的試驗研究[J].華南農業大學學報，2013（4）.

[2]尚書旗，劉曙光，王方艷，等.花生生產機械的研究現狀與進展分析[J].農業機械學報，2005（03）：143-147.

[3] 程獻麗，高連興，劉明國，王瑞麗，那雪姣.花生沖擊脫殼的力學特性試驗[J].沈陽農業大學學報，2009，40（1）：111-113.

[4]李政權.基于離散元法的小麥排種器的數字化設計方法研究[D].長春：吉林大學，2009（6）.

[5]劉紅力.花生脫殼特性與損傷機理研究[D].沈陽：沈陽農業大學，2007.