水稻谷粒的力學性能及基于能量平衡的脫粒損傷機理研究.pdf

1、評價大米的質(zhì)量，除了色澤、雜質(zhì)含量外，主要還是看整精米率，這是國際通用標準，由于我國大米的碎米率偏高，難于達到高等級大米指標，因而很難占領(lǐng)國際市場，特別是歐美國家市場。隨著人民生活水平的不斷提高，人們對大米的整精米率提出了更高要求。水稻谷粒的損傷與破碎除與其所受內(nèi)、外力的作用有關(guān)之外，也與其本身的力學性能有關(guān)。本研究測定了水稻谷粒的物理性能，通過對水稻谷粒的擠壓力學性能試驗，測得了其壓力一位移曲線，分析了水稻谷粒的擠壓破碎過程。破壞力和

2、破壞能是水稻谷粒力學性能的兩個重要指標。本研究給出了破壞力、破壞能的計算方法。試驗研究了稻谷的品種、成熟程度、后熟作用和谷殼對水稻谷粒力學性能的影響。比較了有殼、無殼谷粒的破壞力與破壞能，分析了谷殼對谷粒壓力一位移曲線及剛度的影響。指出了谷殼在降低谷粒收獲、加工、儲運中損傷程度中的重要作用。試驗研究了彎、剪載荷下水稻谷粒的力學性能，并對水稻谷粒的壓、彎、剪力學性能進行了比較。為相關(guān)機械的優(yōu)化、設(shè)計提供了力學參數(shù)。在自制脫粒分離試驗臺上對

3、水稻進行了脫粒試驗，通過試驗研究了稻谷的品種、成熟程度、后熟作用對脫粒破碎率的影響，并對靜載力學性能與脫粒破碎率之間的關(guān)系進行了比較。 分析討論了谷粒內(nèi)部組織與其力學性能的關(guān)系，根據(jù)工程材料損傷的定義，對水稻谷粒損傷進行了定義，分析了水稻谷粒在壓、彎、剪載荷下的機械損傷特點。將能量平衡原理應(yīng)用于水稻谷粒機械損傷的研究中。試驗證明了谷粒損傷形式為產(chǎn)生裂紋時，其機械損傷量(裂紋擴展程度)與其吸收能量成正比的數(shù)學關(guān)系。試驗研究了水稻谷

4、粒的滯回耗能特性，得到了一個加載、卸載過程水稻谷粒吸收的能量。分析綜述了靜載荷下谷粒的機械損傷機理。通過試驗研究了水稻谷粒的成熟程度、后熟作用對其在外載荷作用下?lián)p傷程度的影響，及不同水稻品種在外載荷作用下的不同損傷程度。 谷粒在收獲、加工、儲運過程中的損傷不僅與其所受載荷的大小有關(guān)，也與載荷作用次數(shù)有關(guān)。在變動載荷下對谷粒進行了擠壓試驗，分析了變動載荷下谷粒的機械損傷機理。通過試驗建立了壓力峰值、加載循環(huán)次數(shù)對谷粒損傷率影響規(guī)律

5、的數(shù)學模型，并對模型進行了F檢驗。通過該模型導(dǎo)出了谷粒損傷率為1％時壓力峰值與加載循環(huán)次數(shù)間關(guān)系曲線。嘗試給出了計算脫粒元件對谷粒沖擊次數(shù)的方法。在自制試驗臺上，進行了脫粒試驗，通過試驗研究了半喂入脫粒裝置夾持輸送速度對脫粒破碎率的影響規(guī)律及全喂入、半喂入脫粒裝置脫粒破碎率沿脫粒滾筒軸向分布規(guī)律。 脫粒是水稻聯(lián)合收獲中必不可少又至關(guān)重要的一道工序。盡管脫粒裝置早在兩個多世紀以前已經(jīng)出現(xiàn)，但由于脫粒過程中脫粒元件與被脫谷物之間的作

6、用難以描述，至今為止，國內(nèi)、外在這方面的研究主要集中于從臺架或田間試驗的角度出發(fā)，運用回歸或構(gòu)造函數(shù)的方法找出脫粒裝置各性能指標與脫粒裝置結(jié)構(gòu)、運動參數(shù)之間的關(guān)系，進而通過優(yōu)化脫粒部件的結(jié)構(gòu)、運動參數(shù)來獲得最佳脫粒性能，很少進行理論分析。這種試驗研究方法只找到與某種脫粒結(jié)構(gòu)相關(guān)的外在規(guī)律，沒有找出其中隱含的機理。本研究分析了脫粒元件和水稻谷粒間的相對運動，利用相對運動原理和碰撞理論，推導(dǎo)了水稻谷粒和脫粒元件碰撞過程中的相對動能的變化。基

7、于能量平衡原理，導(dǎo)出了和脫粒元件碰撞中水稻谷粒損傷產(chǎn)生新表面的自由表面能。利用積分原理，計算了脫粒損傷量及圓形、矩形截面脫粒元件在相同條件下對水稻谷粒損傷量的比例關(guān)系。分析了影響谷粒脫粒損傷的因素。在此基礎(chǔ)上，基于碰撞理論和能量平衡原理對單個、多個谷粒和脫粒元件的碰撞過程進行了理論分析。建立了圓形截面脫粒元件線速度和脫粒破碎率之間的數(shù)學模型。并在自制的脫粒分離性能試驗臺上對水稻進行了脫粒性能試驗，通過試驗確定了數(shù)學模型中的待定系數(shù)，驗證