顧炳龍+楊亞洲+張玉虎

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

關(guān)鍵詞：花生；靜摩擦系數(shù)；剛度系數(shù)

中圖分類號：S-3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(chǎn)和國際貿(mào)易中也是僅次于大豆，同樣居于第2位?；ㄉ俏覈匾挠土献魑锖蛢?yōu)質(zhì)蛋白資源。

花生是我國重要的油料作物和優(yōu)質(zhì)蛋白資源。 脫殼是花生種植及油用、食用加工前的必經(jīng)工序，是影響花生果仁及其制品品質(zhì)和商品性的關(guān)鍵。傳統(tǒng)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(shí)，無法解決剝殼問題?；ㄉ摎C(jī)脫殼效率高，一般高出人工一倍。然而機(jī)械脫殼無法像人手一樣不出現(xiàn)花生米損傷，破碎率較高，且破碎的花生多數(shù)是飽滿籽粒[1-3]。 本文決定用Edem仿真花生運(yùn)動(dòng)過程，為花生機(jī)械的改進(jìn)做出貢獻(xiàn)。所測的靜摩擦系數(shù)、剛度系數(shù)都是Edem仿真時(shí)所需要的，為更加真實(shí)準(zhǔn)確的模仿花生脫殼提供基礎(chǔ)。

1 靜摩擦系數(shù)的測量

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

自制試驗(yàn)臺(tái)、鐵板、尼龍板。

1.2 試驗(yàn)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(yàn)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(jù)三角形公式即可求出支架傾斜的角度?；ㄉ譃?組，整顆花生、花生殼、花生仁分別與尼龍板、鋼板、花生殼板進(jìn)行靜摩擦試驗(yàn)，每組10次，總共90次。

對花生進(jìn)行受力分析，畫出了動(dòng)力學(xué)分析圖（如圖5）。

所以，靜摩擦系數(shù)μ=f/N=mgsinα/mgcosα=tanα[4]

根據(jù)此原理，設(shè)計(jì)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(jìn)行計(jì)算得到靜摩擦系數(shù)。

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

2 剛度系數(shù)的測量

剛度是表示受外力作用的材料、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。材料的剛度由使其產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(guān)。農(nóng)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(jì)算的方法是比較困難的，一般均采用試驗(yàn)的方法來進(jìn)行[5]。

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

型號為RTC-3020D物性分析儀、 動(dòng)態(tài)信號分析系統(tǒng)軟件。

2.2 試驗(yàn)方法

將物性分析儀與電腦連接，打開電腦上動(dòng)態(tài)信號分析軟件。在物性分析儀開始工作的時(shí)候按下動(dòng)態(tài)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(shí)間的關(guān)系將在動(dòng)態(tài)信號分析系統(tǒng)上以圖表的形式呈現(xiàn)。

結(jié)論：無論正放和側(cè)放仁的剛度系數(shù)都大于殼的剛度系數(shù)； 放置方式不一樣，剛度系數(shù)不同， 側(cè)放的剛度系數(shù)大于正放的剛度系數(shù)。

3 總結(jié)

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(shù)是不同的?；ㄉ鷼づc材料的靜摩擦系數(shù)高于花生仁與材料的靜摩擦系數(shù)。

對于同一種花生而言：側(cè)放的剛度系數(shù)大于正放的剛度系數(shù)。仁的剛度系數(shù)大于殼的剛度系數(shù)。

參考文獻(xiàn)

[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(jī)理的試驗(yàn)研究[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（4）.

[2]尚書旗，劉曙光，王方艷，等.花生生產(chǎn)機(jī)械的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2005（03）：143-147.

[3] 程獻(xiàn)麗，高連興，劉明國，王瑞麗，那雪姣.花生沖擊脫殼的力學(xué)特性試驗(yàn)[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，40（1）：111-113.

[4]李政權(quán).基于離散元法的小麥排種器的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法研究[D].長春：吉林大學(xué)，2009（6）.

[5]劉紅力.花生脫殼特性與損傷機(jī)理研究[D].沈陽：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.