品种及含水率对谷子籽粒力学性质的影响

谷子籽粒群是具有黏弹性性质的生物材料,谷子加工储藏和机械收获等作业环节需考虑其黏弹性,该文研究了不同品种、不同含水率对谷子籽粒群黏弹性力学指标的影响。该试验以不同品种、不同含水率为试验因素,以谷子籽粒群的瞬时弹性模量、迟滞弹性模量、松弛时间和黏度系数为试验指标进行蠕变试验,并对试验结果进行方差分析。结果表明:谷子籽粒群的蠕变特性可由四元件Burgers模型描述,不同含水率、不同品种谷子籽粒群的蠕变参数各异。品种对谷子籽粒群的迟滞弹性模量影响显著,晋谷21号谷子籽粒群的迟滞弹性模量均值为0.609 3 MPa,显著高于张杂10号的0.522 2 MPa。含水率对谷子籽粒群的瞬时弹性模量、迟滞弹性模量和黏度系数影响均显著,均呈随含水率升高而降低的趋势,含水率为12.10%的谷子籽粒群的瞬时弹性模量0.752 6 MPa显著高于含水率为16.05%的0.613 6 MPa和20.00%的0.569 7 MPa,含水率为12.10%、16.05%、20.00%的谷子籽粒群的迟滞弹性模量分别为0.706 4、0.583 5、0.407 5 MPa,含水率为12.10%的谷子籽粒群的黏度系数1 234.7 MPa·s显著高于20.00%的796.8 MPa·s,含水率对谷子籽粒群的松弛时间影响不显著。该文通过试验研究了不同品种和不同含水率的谷子籽粒群的蠕变特性,为谷子低损收获、加工储藏及参数优化提供了理论支持。     

不同含水率对谷子籽粒压缩力学性质与摩擦特性的影响

为了探明不同含水率谷子籽粒的物理机械性质,减少谷子籽粒在播种、碾米加工及储运等过程中受到压缩载荷及摩擦而产生的机械损伤,该文针对不同含水率的谷子籽粒进行压缩力学性质与摩擦特性试验。研究了谷子籽粒的挤压破碎过程,获得不同含水率谷子籽粒的力-位移（变形）曲线,破坏力、变形量及破坏能。随着含水率升高,破坏力减小,变形量和破坏能呈现先降低后升高的变化规律。同时采用赫兹接触理论,得到谷子籽粒单向表观弹性模量和许用挤压应力,结果表明二者都随含水率升高线性降低。分别测定了谷子籽粒与钢板和铝板间的滑动摩擦系数,随含水率升高,谷子与该2种材料的摩擦系数均增大,且与铝板的摩擦系数要高于钢板。根据试验结果,分别拟合得到了压缩和摩擦力学性能指标与谷子含水率的关系方程,为谷子播种、仓储、加工等装备设计及参数优化提供了基础依据。     

冬小麦籽粒受挤压特性的有限元分析及试验验证

为降低小麦籽粒在收获、贮藏、运输过程中的机械损伤,掌握小麦籽粒粉碎机理,运用有限元法建立小麦籽粒的力学模型,研究小麦籽粒在压缩载荷作用下的应力分布规律。在材料力学万能试验机上进行压缩试验,测得不同含水率9.1%～21.6%的小麦籽粒在3种压缩型式下的弹性模量为98.86～206.59 MPa,屈服强度为0.8～1.95 MPa,破碎负载为63.44～154.77 N,最大应变为0.71%～1.02%。结果表明：在3种压缩型式下,破碎负载、弹性模量、屈服强度随着含水率的增加均有明显下降;在同一含水率下,B型压缩时破碎负载最大,L型压缩时次之,H型压缩时最小;屈服强度和最大变形在采用B型和L型压缩时较大,在H型压缩时较小;其主要破碎形式为在腹沟位置产生裂纹。比较3种压缩型式下的试验值的和仿真值,二者最大差异是12%,验证了仿真数值解可行性。     

荞麦籽粒生物力学性质及内芯黏弹性试验研究

针对可供相关作业机械设计参考的荞麦籽粒生物力学性质指标可用参数缺乏的现状,该文研究了优种荞麦籽粒的常规力学性质及芯粉黏弹性力学性质,并对相关影响因素进行了分析。试验测定了不同品种荞麦籽粒在不同含水率下的三轴尺寸、千粒质量、容重等基本物性参数,采用斜面仪、休止角测定装置测定了荞麦籽粒的滑动摩擦系数及休止角,应用DMA(Q800)动态力学性能分析仪测定了荞麦(粉状)的动态黏弹性,运用物性分析仪测定了荞麦籽粒的破坏力、破坏能等力学性质,利用摆锤式动载试验机测定了荞麦籽粒所能承受的最大撞击载荷。结果表明:同一品种荞麦籽粒的长、宽、高、千粒质量、几何平均径均随含水率的降低而减小,容重随着含水率的降低而增大;摩擦系数随含水率的降低而减小,籽粒与Q235钢板的摩擦系数最大,与7075铝合金板的次之,与304不锈钢板的最小;休止角随含水率的降低而减小;随着含水率的降低,破坏力、表观弹性模量和最大接触应力逐渐增大,变形量逐渐减小,破坏能呈上升趋势。而在相同含水率下,不同品种荞麦籽粒的物性参数及上述力学特性参数均呈现极显著差异(P0.0001)。荞麦粉末的储能模量随含水率的降低而增大,弹性性能提高,损耗模量和损耗正切随含水率的降低而减小,黏性性能降低。同一品种荞麦在相同含水率下,撞击载荷越大,破碎率越高;同一撞击载荷下,随着含水率的降低,籽粒的破碎率先减小后增大。研究结果可为荞麦收获及加工装备研制、参数优化提供基础依据。     

不同温度及含水率稻米籽粒加工过程破裂载荷分析

稻米籽粒在收获后干燥、仓储和碾米加工过程中受到不同程度压缩载荷,过大压缩载荷将造成籽粒发生破裂(爆腰),从而降低稻米整米率和经济价值。籽粒压缩破裂载荷是稻谷加工1个重要物性参数,该文从统计学角度对稻米籽粒压缩破裂载荷进行试验研究。通过机械压缩测量试验及大样本分析,得到稻米籽粒在同一温度、含水率下,其压缩破裂载荷存在统计分布特性。定义并采用稻米籽粒中值F50和大端破裂载荷F90表征稻米压缩破裂载荷;在低温低含水率(16℃,14%)时,稻米籽粒的中值F50为63 N,F90为80 N。研究了稻米加工过程两大重要工艺参数-温度和含水率对籽粒破裂载荷的影响,发现破裂载荷随温度升高而下降,随含水率下降而增大;相比温度,含水率对破裂载荷影响更大。当稻米从高温高含水率(60℃,21%)到低温低含水率(16℃,14%)时,其由橡胶态转变为玻璃态,相应地破裂载荷从35增加到80 N。统计学意义下稻米压缩破裂载荷数值接近生产实际,更能精确指导稻米加工过程优化和产品品质提高。     

莲仁力学特性参数测定及挤压破碎特性试验

为探讨莲仁在挤压载荷作用下的破碎机理,该文用压缩试验方法对莲仁相关力学参数进行了试验研究。首先,用万能试验机对莲仁试样进行了弹性模量和抗压强度测试,测得5种不同含水率莲仁在纵向、横向2个方向上的弹性模量、抗压强度及应力-应变曲线;测试结果表明,莲仁弹性模量、抗压强度的纵向值均大于横向值,且弹性模量、抗压强度均随莲仁含水率增大而显著减小;用回归分析方法建立了莲仁弹性模量、抗压强度与含水率关系的回归方程,得到了合格莲仁(含水率小于11%)的最小弹性模量为37.12 MPa,最低抗压强度为5.12 MPa。其次,研究了莲仁整体挤压时裂纹的产生规律,测得了5种不同含水率莲仁在平压与侧压2种受载方式下的挤压极限载荷;测试结果表明,莲仁的挤压极限载荷随含水率的增大而减小,对于相同含水率莲仁,侧压比平压更容易引起莲仁破碎;用回归分析方法建立了挤压极限载荷与含水率的回归方程,得到了合格莲仁(含水率小于11%)的最大挤压载荷应小于53.6 N。最后,用有限元法建立了莲仁的压缩力学模型,分析了莲仁整体受压时的应力分布,仿真结果与莲仁压缩试验结果基本吻合,验证了所测莲仁力学参数的正确性。研究结果可为莲仁加工和输送设备的设计提供参考。     

全喂入谷子联合收获机脱出物含水率对其悬浮特性的影响

谷子脱出物的悬浮特性是研究谷子收获清选参数优化及装备改进设计的基础特性。该文采用气吹式粮油作物脱出物悬浮速度测量装置,根据悬浮速度测定方法国家标准要求,设计分段悬浮试验测量了谷子经联合收获时的待清选脱出物各组分的悬浮速度及其在不同含水率下的悬浮速度,探究了谷子脱出物悬浮速度与其含水率的关系,预估了适宜的清选风速范围,并通过清选试验进行了验证。试验结果表明:收获的谷子脱出物籽粒、穗瓣、茎秆和叶子的悬浮速度分别是4.29～8.88、1.03～5.48、1.71～5.33、1.03～3.09 m/s,籽粒的悬浮速度大于叶子的悬浮速度,但与穗瓣、茎秆的悬浮速度数值区间有极小部分重叠。随着谷子作物含水率的降低,谷子籽粒悬浮速度与穗瓣、茎秆、叶子悬浮速度的差距在增大。含水率均显著影响谷子脱出物各组分的悬浮速度(P≤0.05),谷子籽粒、穗瓣、茎秆和叶子的悬浮速度均随其含水率的增高而增大,且均与其含水率呈二次函数关系(R2≥0.95)。清选试验结果证明预估是合理的,谷子脱出物的适宜清选风速范围为4.29～5.48m/s,最佳清选风速为4.47m/s,此时籽粒损失率为4.68%,籽粒清洁度为98.83%。该研究可为谷子适时收获时期和最优清选工作参数的确定提供参考。     

糙米机械破碎力学特性试验与分析

为了研究糙米机械破碎力学特性及其与籽粒结构特性的关系。采用物性测试仪对糙米的锥刺、三点弯曲、剪切、挤压4种机械破碎力学特性进行测试与分析,并对糙米和精米的破碎力学特性(三点弯曲)进行了比较。结果表明:糙米的断裂是由于内部胚乳组织不均匀,在外力作用下首先形成内部裂纹,裂纹尖端处的应力集中又进一步促进裂纹扩展,最终导致籽粒断裂;厚度为(1.0±0.5)mm的不同样品锥刺破碎力在10N左右,各样品籽粒内部的结合力相差较小,籽粒的断裂主要与厚度及胚乳特性有关,其中三点弯曲力更能反映籽粒的破碎特性,糙米的糠层对籽粒有一定的保护作用,糙米力学特性比精米好。该文为糙米储藏加工技术参数的确定提供依据。     

谷子摩擦特性试验及其影响因素分析

为了给谷子机械化播种、收获、加工、储运等作业装备设计及相关技术应用提供摩擦特性参数,该文运用自制的小籽粒休止角测定装置、摩擦系数仪、直剪仪等试验设备,测定了含水率分别为10.7%、13.7%、16.0%、19.8%的谷子的形态尺寸和休止角、滑动摩擦系数、内摩擦系数等摩擦特性参数。分别分析了含水率对谷子各摩擦力学特性参数的影响规律,不同接触材料对谷子滑动摩擦系数的影响,以及剪切速度和垂直应力对谷子内摩擦系数的影响规律。试验结果表明：含水率的变化对谷子形态尺寸的影响不显著（P>0.05）;谷子休止角随含水率增加而线性增大（R2=0.9875）;谷子与钢板、铁板、亚克力板间的动、静滑动摩擦系数均随含水率的增加而线性增大（R2≥0.9795）,与钢板间的滑动摩擦系数最小,亚克力板次之,铁板最高;谷子内摩擦系数受剪切速度的影响并不显著（P>0.05）,随着含水率的增加而线性增大（R2≥0.908）,随着垂直应力的增大而减小。研究结果可为谷子机械化装备的研发与设计提供参考。     

低湿玉米籽粒的射频加热模拟与试验

为了准确预测射频加热过程低湿(含水率13.0%～20.0%)玉米籽粒的温度分布变化,该研究结合玉米籽粒的多组分结构特征、热物理特性及介电特性的异质性,建立了玉米籽粒的三维二组分物理几何模型和射频加热数学模型,并利用验证后的模型研究不同姿态和含水率玉米籽粒的射频选择性加热。结果表明:射频加热过程中平放玉米籽粒温度的模拟值与试验值最大相对误差仅为3.47%,玉米籽粒中胚的温度高于胚乳,该模型能很好地预测籽粒内部的选择性加热现象。射频加热过程直立玉米籽粒的几何效应最强,显著提高了胚的电场强度和功率密度,导致其优先加热程度最大,其次是斜放和侧立玉米籽粒的,平放玉米籽粒中胚的优先加热程度最小。射频加热过程含水率为13.0%的玉米籽粒中胚与胚乳的温差逐渐增大,而含水率为16.5%和20.0%的玉米籽粒中胚与胚乳的温差先增大后减小;当玉米籽粒被加热至55℃时,含水率为16.5%的玉米籽粒中胚的优先加热程度最大,其次是含水率为13.0%玉米籽粒的,含水率为20.0%的玉米籽粒中胚的优先加热程度最小。研究结果揭示了玉米籽粒的姿态和含水率对其射频选择性加热的影响规律,可为射频加热技术应用于低湿玉米籽粒的热处理过程提供有益借鉴。     

Mechanical Behaviour of Hazelnut under Compression Loading

Aci Findik, Cakildak, Tombul, and Güney Karasi varieties of hazelnut were loaded between two parallel plates to determine the specific deformation, rupture force, and rupture energy required to initiate shell and kernel rupture. The tests were carried out at two deformation rates of 0·52, and 0·91 mm s⁻¹, four moisture contents of 6, 11, 15, and 18% w.b., and three axes (X,Y,Z). The X-axis is the longitudinal axis through the hilum, while the Y-axis is the transverse axis containing the major dimension at right angles to the longitudinal axis, and the Z-axis is the transverse axis containing the minimum dimension. Physical characteristics of nut and kernel such as mass, dimensions, geometric mean diameter and sphericity were determined. Specific deformation and rupture energy of the shell generally increased in magnitude with an increase in moisture content while rupture force decreased for compression along the X- and Y-axis. The highest nut shell specific deformation, rupture force and rupture energy among the four varieties were obtained for Aci Findik nuts loaded along the Z-axis at a deformation rate of 0·52 mm s⁻¹. The Tombul and Güney Karasi varieties had the highest kernel rupture force and rupture energy, respectively.     

南方稻区杂交中籼稻高产品种的库源结构及其优化调控规律研究进展

探明水稻高产品种的库源结构,对指导育种实践具有普遍意义。在大面积水稻生产中,利用品种自身的库源特征及种植地的生态和土壤肥力关键指标及其与高产栽培技术的相关性,确定品种高产优质高效栽培模式,不仅可节省因种栽培所需的人力、财力,还可加快新品种示范、推广进程。本文根据已报道资料,结合笔者20余年的研究结果,综合分析了杂交水稻高产品种的库源特征及其因种优化调控规律的研究进展。主要内容包括:(1)水稻高产品种的穗粒数以160~220粒为佳,这类品种在协调了"库"与"源"矛盾的同时,还较好地利用了基部绿叶的光合生产能力;大穗型品则应通过适当增施粒肥,充分发挥下部叶片的光合功能以提高结实率和千粒重。(2)采用扩"库"增"源"的高产栽培策略,增施氮肥以补充光合源,从而保证在高粒叶比情况下有较好的籽粒充实度。旱育秧比当地湿润育秧的增产量与海拔高度呈极显著正相关,与当地湿润育秧的产量水平呈极显著负相关;水稻高产高效氮肥施用量与地理位置和土壤肥力呈极显著线性关系。氮后移的增产效果与稻田地力呈显著负相关关系,并通过提高穗粒数和千粒重而增产。建立了以齐穗期剑叶SPAD值(X)预测粒肥高效施用量(Y)的简便适用新方法,Y=-30.798X+1 340.9,r=0.954 7**。形成了水稻高产与蓄水相结合的水分管理技术。(3)水稻高产栽插密度分别与施氮量和不同品种之间的穗粒数呈极显著负相关关系;每穗粒数偏少的品种更适宜强化栽培,生产上以选择传统栽培条件下的穗粒数不超过170粒的中小穗型品种为宜。前氮后移增产量(Y)与杂交组合穗粒数(X)的关系可表述为:Y=2 607.9-11.02X(R2=0.630 8),穗粒数≤237粒可作为采用前氮后移施肥法的杂交品种的选择指标。有待进一步补充和完善的研究内容主要有:适应机插、机收的杂交水稻品种"库""源"结构,杂交水稻前期苗情诊断与高产高效施肥技术,杂交水稻倒伏的早期监测与预防技术,和杂交水稻减氮增产高效技术。     

Evaluation of Degree of Elasticity and Other Mechanical Properties of Wheat Kernels

Three samples were selected representing bread, soft, and durum wheat. Uniaxial compression and stress relaxation tests were performed on wheat kernels. Force‐deformation curves from intact wheat grain typically exhibited at least two points of inflection (PI) at ≈0.1 and 0.2 mm displacement. The first PI is related to the mechanical properties of all the bran layers. The second PI (0.2 mm) seems to be the endosperm boundary near the aleurone layer. These structures had higher degree of elasticity (DE) compared to the inner endosperm (0.5–0.6 mm). Besides wheat class and specific structures of the caryopsis, moisture content is a prominent factor affecting the mechanical strength of kernels. Stress relaxation tests show that bread wheat kernels with 69.2% DE at 13% moisture decreased to 31.6% DE with additional 6% moisture content. Soft wheat kernels DE of 61.0% at 13% moisture decreased to 22.7% at 19.7% moisture. Stress relaxation revealed pronounced time‐dependence. However, the differences of stress values at 120–180 sec were not significant in all wheat classes and moisture contents evaluated. The stress values after 120 sec might be attributed to the elastic deformation of the kernels.     

不同基因型冬小麦籽粒灌浆特征及其与千粒重的关系

基于2017/2018年度黄淮冬麦区田间试验观测数据,采用Logistic方程,对2个弱春性和6个半冬性冬小麦品种的籽粒灌浆过程进行拟合分析,研究千粒重与籽粒灌浆特性的关系。结果表明,半冬性品种的灌浆速率普遍高于弱春性品种,其灌浆中后期的高灌浆速率,显著提高了其千粒重;弱春性品种返青后生长较快,开花早,灌浆时间显著长于半冬性品种,但其平均灌浆速率和最大灌浆速率均显著低于半冬性品种。不同基因型品种的籽粒灌浆速率显著影响千粒重,而且灌浆中后期的灌浆速率与千粒重呈显著性正相关。虽然不同品种的灌浆持续时间有一定差异,但是灌浆持续时间对千粒重增加的影响不大。根据灌浆特征参数与千粒重的相关性分析,快增期和缓增期的灌浆速率对千粒重具有决定性作用,而与各阶段灌浆持续时间并无显著相关关系。综合可知,试验区域更适合种植推广商355、豫教5号和存麦1号等半冬性品种。     

连续单粒式谷物在线水分测定仪的设计与试验

为了提高谷物干燥设备自动化水平和干燥后谷物品质,提出一种基于电阻法检测原理,测量稻谷、小麦和大麦的连续单粒式谷物在线水分测定仪。其主要由谷物取样机构、谷物采样机构和信号采集电路等部分组成。通过测量谷物单粒外形尺寸统计出谷物等效粒径。运用谷物等效粒径和谷物与金属表面的静滑动摩擦角,计算确定谷物取样机构中不锈钢制异向正弦螺旋杆的中径和螺距分别为16和9 mm。由螺旋杆与分粒拨刀组成的谷物取样机构,在剔除杂物和多余谷物的同时,使谷物以连续单粒的形式进入进料口。选定模数为0.4 mm斜纹表面滚花形式碾压辊作为碾压电极,测量10%~35%含水率范围内稻谷、小麦和大麦单粒电阻值。构建稻谷、小麦和大麦的单粒阻值-含水率对应关系曲线并回归出水分计算函数(稻谷R~2=0.998;小麦R~2=0.999;大麦R2=0.999)。设计多路复用比例检测电路、二阶压控有源低通滤波器和50Hz陷波等信号处理电路。采用基于ARM Cortex TM-M3核的低功耗32位微处理器硬件和软件平台完成谷物水分数据的采样、处理和计算。现场水分在线检测与烘干法对比试验表明,在循环式谷物烘干机烘干过程-5~55℃的谷物温度和10%~35%含水率范围内,单粒式在线水分测定仪的在线水分测量绝对误差≤±0.4%,一次100粒谷物测量平均时间≤55s,水分测量重复误差≤±0.3%,研究结果为实现谷物烘干过程水分在线检测提供参考。     

氮肥对粳性和糯性糜子干物质积累和产量性状及氮肥利用效率的影响

为探讨不同粳糯性糜子干物质积累、产量及氮素利用效率对不同供氮水平的响应,本研究通过两年田间试验,以粳性糜子品种陇糜13号和糯性糜子品种陇糜14号为试验材料,设置45(N1)、90(N2)和135 kg·hm^-2(N3)3个供氮水平,以不施氮为对照(CK),研究不同供氮水平下不同粳糯性糜子在开花期和成熟期的干物质积累与转运、农艺性状及产量的变化,分析氮素积累量、氮肥农学利用效率、氮肥偏生产力、氮素利用率及氮肥表观利用效率对施氮的响应。结果表明,随着施氮量的增加,不同粳糯性糜子的地上部各器官干重呈单峰曲线变化,在N₂下,开花期和成熟期糜子的茎秆干重、叶片干重、茎鞘干重和穗干重均显著高于CK(P<0.05);随着施氮量的增加,不同粳糯性糜子的氮肥偏生产力呈降低趋势,而氮素利用效率呈先降低后升高的趋势;N₂可以显著提高不同粳糯性糜子的株高、茎粗、穗长、单穗粒重、千粒重及产量,也可提升氮肥农学利用效率和氮肥表观利用率。两年数据表明,N2(90 kg·hm^-2)下陇糜13号的农艺性状、产量及氮素利用效率均优于陇糜14号。综上,本研究条件下,甘肃省会宁地区糜子的推荐氮肥施用量为90 kg·hm^-2,这对西北地区种植不同粳糯性糜子具有生产指导意义。