不同含水率下的稻米物理特性分析

不同含水率下的稻米物理特性分析

含水率对模拟结果的影响谷物的机械特性不仅与物理结构和成分含量有关，而且还受其品种和原产地的影响。因此，在不同产地、不同品种的粮食加工设备的设计和加工过程计算机的模拟计算中，应采用相应的功能参数，以提高设备的性能，提高加工过程计算机的精度。有关的研究表明,在影响稻谷机械特性的诸多因素中,含水率是重要的影响因素,稻谷的大多数机械特性参数会随着含水率的改变而发生比较明显的变化。以江苏省主要稻谷种植品种武育粳3号为研究对象,测定其在各种含水率下的三轴尺寸(长、宽、高)、千粒质量、自然休止角以及与铁板、中密度板、PVC板的摩擦因数,对稻谷机械特性参数随含水率的变化关系进行研究,并得到相应的数学模型。1试验材料和方法1.1制备nmf样本试验材料为江苏省新洋农场提供的晚熟品种武育粳3号,初始含水率为9.3%(干基,下同),经过调湿处理,制成不同含水率的样本备用。稻谷含水率采用标准烘干法测定。1.2测量和测量仪器1.2.1粒谷粒表面形态测定在不同含水率的样本材料中,分别随机抽取100粒稻谷,采用精度为0.01mm的千分尺,测定各含水率样本谷粒的三正交轴长度,即长、宽和高。研究含水率对稻谷三轴尺寸的影响。1.2.2含水率稻米的千粒质量在不同含水率的样本材料中,分别随机抽取1000粒稻谷,在精度为0.01g的数字电子天平上称取其质量,每个样本重复3次,然后取它们的算术平均值为该含水率稻谷的千粒质量值。1.2.3独立滑移式的谷炭系统的测定谷物在水平面堆放时,由于谷物自身的松散性而形成锥状谷堆,锥面与水平面的夹角称为该谷物的自然休止角。本测定采用自制的谷物自然休止角测试仪,由一个容量为1kg的料斗、梯形支架、刻度尺以及标有刻度的底板组成。测定时,首先将稻谷样本装入料斗中,然后打开抽拉门,使物料自由下落至底板上,由嵌在底板上的刻度尺测出稻谷堆直径D;与此同时,将一平行钢丝沿着竖梁滑移至稻谷堆顶,由嵌在竖梁边的刻度尺读出稻谷堆的高度H,最后通过公式θ=arctan2HD2ΗD计算出稻谷样本的自然休止角。上述过程重复3次,取其算术平均值为该含水率稻谷的自然休止角。1.2.4初支支架的安装稻谷与各种材料的摩擦因数,可以通过测量其在不同材料表面开始下滑时倾角的正切值来确定。自制的摩擦因数测定仪如图1所示。将一铁板通过铰链与底部工作台板相连,构成一个可绕铰链自由转动的斜面,在距铰链20cm处安装一竖直支架,架上嵌有刻度尺。测定时,首先将某含水率的稻谷样本平铺在水平放置的铁板上,轻轻拉动绳索,慢慢增大铁板的倾斜角度,当稻谷刚开始在铁板上产生滑移时,记下铁板升起的高度h(cm),则该稻谷样本与铁板的摩擦因数即为f=tanh20h20分别用PVC板和中密度板代替铁板,用同样的方法可以测得稻谷与PVC板和中密度板之间的摩擦因数。每个样本测量3次,取其算术平均值为最终测定结果。2结果和分析稻谷在不同含水率条件下的机械特性参数数据如表1。2.1含水率对稻米长度、宽度和高度的影响由表1可知,含水率对稻谷的三轴尺寸有比较明显的影响。当稻谷的含水率由11.91%增加到31.58%时,稻谷的长度将增加2.63%、宽度增加1.49%、高度增加2.54%,均随含水率的增加而增大。其中稻谷的宽度和高度与含水率之间呈线性关系。2.2独立水率原粒质量增加由表1可知,含水率对稻谷千粒质量有着较大的影响。随着含水率的增加,稻谷的千粒质量明显增加。当稻谷的含水率由11.91%增加到31.58%时,千粒质量增加16.04%。回归分析表明,稻谷的千粒质量与其含水率之间存在线性关系,可以表示为M=23.513+0.2178W式中M——千粒质量,gW——干基含水率,%2.3影响稻米休止角的因素表1显示,随着含水率的增加,稻谷的休止角呈线性增加。含水率由11.91%增加到31.58%,稻谷的休止角增加了30.60%。表明含水率是影响稻谷休止角的重要因素。稻谷在不同含水率时休止角的回归方程可以表示为β=22.977+0.3979W式中β——休止角,(°)2.4稻中密度板及pvc板间因数的变化从表1可知,稻谷与各种板材之间的摩擦因数均受含水率的显著影响。稻谷与铁板间的摩擦因数,随着含水率的增大基本上呈线性增加,当稻谷的含水率由11.91%增加到31.58%时,其与铁板的摩擦因数由0.328增大到0.427,增大30.18%。而稻谷与中密度板及与PVC板间的摩擦因数,随着含水率的增大呈现先下降,然后又迅速增大的趋势。其中,稻谷与PVC塑料板间摩擦因数的最大值相对于最小值增大了约35%;与中密度板的摩擦因数最大值相对于最小值则增大了近55%。稻谷与中密度板及PVC板间摩擦因数的这种先降后升的变化趋势,可能是由于在稻谷含水率比较低时,稻谷毛糙的表面与中密度板及PVC板间存在较大的阻力,使稻谷不易下滑,因此摩擦因数较大;当稻谷的含水率增加时,少量的水分起到一定的润滑作用,所以此时摩擦因数有所下降;而当稻谷的含水率增大到一定的程度时,由于过多的水分产生浸润作用,使稻谷与中密度板及PVC板间产生黏结,因此导致摩擦因数迅速增大。3含水率对粮食千粒质量的影响(1)稻谷的含水率对其机械特性有较大的影响。各种机械特性参数都随着含水率的增加而增大,其中三轴尺寸的变化最小,摩擦因数的变化最大。(2)稻谷的千粒质量随着含水率