寒地水稻芽种静压力学性能的试验研究

2015年4月农机化研究第4期

寒地水稻芽种静压力学性能的试验研究

111

刘海燕，衣淑娟，陶桂香，毛

11

欣，王睿晗，霍

宏

2

（1．黑龙江八一农垦大学工程学院，黑龙江大庆163314）摘

163319；2．黑龙江省大庆市矿区服务事业部，黑龙江大庆

要：为减少芽种在运输、播种过程中的机械损伤，以寒地水稻品种空育131为试验材料，对其芽种进行静压

力学试验分析。同时，对7种19．07%～37．13%不同含水率的芽种，以一定速率加载，在平放、侧放和竖放形式下压缩，研究含水率对芽种压缩破损力、破损应力、弹性模量与破坏能各物理机械性质分布规律，建立了各种物理机械特性与含水率之间的回归方程。结果表明：同一含水率下，平放压缩破损力最大，侧放压缩时次之，竖放压缩时最小。静压力学性质试验分析结果为机械式精量播种机的播种装置设计提供了依据。关键词：寒地水稻；芽种；静压试验；力学性能；含水率中图分类号：S313

文献标识码：A

文章编号：1003－188X（2015）04－0184－04

DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.04.044

0引言

其主要生产基地水稻作为我国第一大粮食作物，

量播种机的排种装置与工厂化育秧机械式精量播种机的设计与改进提供参考。

黑龙江垦区寒地因低温、返青慢等不利因素影响，使寒地水稻秧盘育秧成为发展主导方向。播种是水稻精量播种钵盘育秧中至关重要的

［1］

1

1．1

材料与方法试验装置、

试验装置

稻种的三轴尺寸由数显游标卡尺测量。芽种水

。从应用基础研

究方面来看，目前水稻机械式钵盘精量播种装置在精量播种过程存在较明显的芽种损伤，包括水稻芽种的脱壳、破碎和内部裂纹，影响了种子的出苗率。

机械式钵盘精量播种装置的工作原理

［1］

分测定由水分测定仪测得，测试误差小于等于±0．5%，重复误差不高于±0．2%。称重用精度是0．05g的电子天平测得。试验在数显式压拉力计上完成（如图1所示），其测量精度为±0．01，最大负荷0．5kN

。

是利用

充种、清种和卸种等环节由机械型孔在种群中取种、

装置和稻种自重来实现。根据黑龙江八一农垦大学陶桂香

［2］

等人对水稻植质钵盘精量播种装置投种过

程中动力学分析得知，带芽稻种是水稻精量播种装置水投种过程中稻种的运动规律的主要影响因素之一，稻芽种的物理力学特性直接决定芽种粒在排种装置翻板与型孔中的充种、排种能力。

张洪霞、于恩忠及田先明等

［3－5］

分别对大米和水

图1

Fig．1

稻芽种做过物料分析，但针对寒地水稻机械式钵盘精量播种育秧过程中芽种损伤的研究成果还很少。本研究用黑龙江省寒地水稻主产品种空育131为试验材料，对其芽种在压缩载荷下进行试验，施加相应载旨在为机械式水稻精荷分别测定其相关的物理特性，

收稿日期：2014－04－16

基金项目：黑龙江教育厅科学技术研究项目（12531439）；黑龙江省自

然基金面上项目（E201331）

（E－mail）作者简介：刘海燕（1987－），女，山东高密人，硕士研究生，

haiyan．liu618@gmail．com。

女，山东栖霞人，教授，博士生导师。通讯作者：衣淑娟（1965－），

数显式拉压力计

Digitaldisplaypressuretensionmeter

1．2试验材料

水稻种子：空育131，无损伤、无虫害，如图2所

示。稻种的三轴尺寸参数：长L为6．94～7．60mm，宽B为2．72～3．55mm，高H为2．25～2．39mm，千粒质量为27．1～27．6g。

芽种制备：对空育131进行浸种，将稻种催芽至露白芽，芽长为1～2mm。本研究中将水稻空育13121．82%、23．15%、芽种的含水率处理为19．07%、

2015年4月

25．52%、28．59%、34．23%、37．13%

。

农机化研究第4期

机械性能之间影响，根据最小二乘法原理，对试验测得数据采用逐步逼近法，将曲线进行拟合，进行多项式回归分析，结果如表1所示。

表1Table1静压性能破损力/N

空育131芽种的平放静压性能破损试验结果BudofKongyu131staticperformancedamagetestresults

回归模型

yp1=－1．493x+61．362

F值

Ｒ2

89．6580．947

图2

Fig．2

稻种三维坐标图

破损应力/MPa弹性模量/MPa破坏能/N·mm

Three－dimensionalcoordinatesystemofrice

yp2=－4．73x+20．678225．8940．978

1．3试验方法

试验在黑龙江八一农垦大学农业机械实验室进

yp3=0．3904x2－29．22x+570．2

64．3980．995

行，室内常温，湿度为21%左右，用平型压头以一定速率加载进行试验。由于芽种粒形状不规则，为保证试验结果的准确性，采用平放、竖放和侧放3种压缩方式进行试验。

yp4=0．0089x2－0．6391x+11．7739．151

0．983

由表1分析数据可以看出：空育131芽种在平放状态下的静压弹性模量、破损力、破损应力与破坏能均受含水率影响较大，取置信区间为95%，破损应力破损力回归拟合的回归拟合的相关系数Ｒ为0．978，

的相关系数Ｒ为0．947。弹性模量与破坏能随含水

2

率的变化关系，拟合后的相关系数Ｒ都高出0．983，

2

2

2

2．1

试验结果与分析

平放含水率对芽种静压力学性质影响

储运及播种前在种箱等的多数情况下，芽种是处

于平躺形式。针对稻谷芽种处于平放状态下，在一定速率作用载荷、不同含水率下进行试验，含水率变化如图3所示

。

表明衡量估计的模型对各个力学指标的拟合优度程度较高，回归方程拟合较好。在进行回归分析之后进行了残差分析，模型不存在异方差等问题。同时，经SPSS进行的对回归方程的参数显著性与系数的显著F值均很大且sig（P值）都小于0．05，性进行检验，其均显著或极显著。2．2

侧放含水率对芽种静压力学性质影响

芽种侧放时，在一定加载速率下进行试验，结果如图4与表2所示

。

图3Fig．3

平放各力学性能随含水率变化分布图Themechanicalpropertieschangewiththemoisturecontentdistribution

由图3可知：压缩方式一定时，随着稻谷芽种含水率的增加，其各项力学指标—弹性模量、压缩破损力、破损应力及压缩破坏能数据分布基本一致；各个力学指标与含水率存在相关关系，均随含水率增大呈现下降趋势；随着含水率的增高，水稻芽种的抗压强度随之减低，近似按线性规律变化。

为较好研究含水率对空育131芽种的各项力学

图4Fig．4

侧放时各力学性能随含水率变化分布图

contentdistribution

Themechanicalpropertieschangewiththemoisture

由图4可以看出：侧放状态下，压缩方式一定时，随着稻谷芽种含水率的增加，其各项力学指标—弹性

模量、压缩破损力、破损应力及压缩破坏能数据分布基本一致，各个力学指标与含水率存在相关关系。

为了较好地研究含侧放条件下含水率对空育131芽种的各项力学机械性能之间影响，根据最小二乘法原理，对试验测得数据，采用逐步逼近法，进行多项式回归分析回归分析结果如表2所示。

表2

Table2

空育131芽种侧放的静压性能破损试验结果BudofKongyu131lateralstaticperformancedamagetestresults

回归模型

yc1=－1．264x+50．158yc2=－0．422x+18．789yc3=0．3557x－27．09x+532．7

yc4=－6．938x+261．14

2

由图5中可以看出：竖放状态条件下，压缩方式一定时，随着稻谷芽种含水率的增加，其各项力学指标—弹性模量、压缩破损力、破损应力及压缩破坏能数据分布基本一致，各个力学指标与含水率存在相关关系。

为了较好地研究地竖放条件下含水率对空育131芽种的各项力学机械性能之间影响，根据最小二乘法原理，对试验测得数据采用逐步逼近法，进行多项式回归分析，结果如表3所示。

表3

空育131芽种竖放的静压性能破损试验结果

Table3

BudofKongyu131staticperformancedamagetestresults

回归模型

Ｒ2

静压性能破损力/N破损应力/MPa弹性模量/MPa破坏能/N·mm

F值29．458

Ｒ20．855

197．5000．975

静压性能破损力

31．6480．990

/N破损应力/MPa弹性模量/MPa破坏能/N·mm

ys1=0．0206x2－1．518x+33．19

0．959

67．4660．931

ys2=0．0197x2－1．332x+23．04

0．928

由表2可以看出：空育131芽种在侧放状态下的静压弹性模量、破损力、破损应力与破坏能均受含水率影响较大，取置信区间为95%，采用多项式回归拟

2合，破损力的回归拟合相关系数Ｒ为0．855，破损应

ys3=0．3427x2－26．13x+510．4

0．991

力回归拟合的相关系数Ｒ是0．975，弹性模量拟合后

22

破损能拟合相关系数Ｒ是的相关系数Ｒ为0．9896，

2

ys4=0．0066x2－0．4368x+7．481

0．937

0．931，表明衡量估计的模型对各个力学性能指标的拟合优度程度较高，回归方程拟合较好。同时，经SPSS进行的对回归方程的参数显著性与系数的显著F值都很大且sig（P值）都小于0．05，性进行检验，其均显著或极显著。在进行回归分析之后进行了残差分析，模型不存在异方差、自相关等问题。2．3

竖放含水率对芽种静压力学性质影响

芽种侧放条件下，在一定加载速率进行试验，结果如图5所示

。

由表3可以看出：空育131芽种在竖放状态下的静压破损力、破损应力、静压弹性模量与破坏能均受含水率影响较大，取置信区间为95%：采用多项式回破损应力回归拟归拟合，破损力拟合的Ｒ为0．959，

22

合的Ｒ是0．928，弹性模量随含水率拟合Ｒ为0．991，表明衡量估计破坏能的拟合相关系数为0．937，的方程模型对各力学指标的拟合优度程度较高，回归方程拟合较好。在进行回归分析之后进行了残差分析，模型不存在异方差、自相关等问题。同时，经SPSS进行的对回归方程的参数显著性与系数的显著性进行检验，其均显著或极显著。

2

3结论

1）由于稻种经过浸种催芽，芽体部分与芽种基体

部分连接处较脆弱，易发生断裂掉芽，所以不管是平放、侧放、竖放的状态试验时，压破损位置往往是芽部分的稻谷壳破裂，随压力增大芽种破损，反映出芽种体的脆性特点。试验中发现：大部分的芽种受到静压载荷时，稻谷壳出现裂纹，随后是芽种体出现破裂，高

图5Fig．5

竖放各力学性能随含水率变化分布图Themechanicalpropertieschangewiththemoisturecontentdistribution

含水率的芽种压成粘结状，低含水率的芽种则出现粉末状。

2）在一定加载速率下，得出芽种粒压缩破损力为

4．85～35．13N，破损应力为0．51～12．04MPa，弹性模量为8．78～158．23MPa，破坏能为0．19～2．84N·mm。

3）在不同含水率下的破坏载荷，随着含水率的增高，芽种的抗压强度随之减低；稻谷芽种在平放时的抗压能力最强，侧放时较小，竖放时最弱。平放、侧放与竖放时的受压面积依次减小，反映在芽种抗压能力上是依次减弱的，芽种粒基本满足各向同性材料的压缩性能。参考文献：

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2008（5）：9－11．

ColdＲegionＲiceBudofStaticMechanicsPerformanceTestＲesearch

LiuHaiyan1，YiShujuan1，TaoGuixiang1，MaoXin1，WangＲuihan1，HuoHong2

（1．CollageofEngineering，HeilongjiangBayiAgriculturalUniversity，Daqing163319，China；2．DaqingCityofHei-longjiangProvinceMiningServicesDivision，Daqing163314，China）

Abstract：Inordertoreducethericebudinmechanicaldamageduringtransportation，sowing，experimentalstudyofthericebudsofstaticmechanicstestanalysiswasconductedwithcoldregionricevarietiesinKongyu131asmaterial．Determinationricebudofmoisturecontent，atacertainrateloading，testaboutricebud19．07%～37．13%atsevendifferentmoisturecontent，putinplace，lateralandverticalformthreetypescompression，themoisturecontentofbudcompres-sionbreakageforce，brokenstress，elasticmodulusanddamagetothephysicalandmechanicalpropertydistribution，theregressionequationhadbeenestablishedbetweenthevariousphysicalandmechanicalpropertiesandmoisturecontent．Theresultsshowedthatinplacecompressionbreakageforcemost，lateraltimeswhencompressed，verticaltypecompres-sionatleast，underthesamemoisturecontent．Staticmechanicalpropertiestestanalysisresultsprovidethebasisforme-chanicalpreciseseederofseedingdevicedesign．

Keywords：coldregionrice；bud；hydrostatictest；mechanicsperformance；moisturecontent（上接第183页）

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AbstractID：1003－188X（2015）04－0180－EA

ExperimentalStudyofAccelerationunderDynamicLoadingfor

ProcessingTamatoFruitandStemSeparated

QinJinwei，KanZa，LiChengsong，ZhuXingliang

（CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，ShiheziUniversity，Shihezi832003，China）

Abstract：TheforcesizeoftheprocessingtomatodetachedfromethevinevineswasmeasuredthrouhthedigitalforcegaugeThedatarecordedwereanalyezedbydateprocessingandanalysissystem．Thetestbenchwasbuiltinthelaboratorytoanalyzedtheprocessoffruitandstemseparationunderdynamicloadingconditionswiththespeedcameratechnology．Comparedtheanalyticalresultsbybothmethodtheresultshowedthat：accelerationdistributionrangeoftomatofruitshed-dingwas80～190m/s2．

Keywords：processingtomaoto；fruitstemsseparated；acceleration；dynamicloading