- 保圣�(zhì)構儀:稻谷力學性能研究的關鍵助�
- �(fā)布日期:2025-03-20 瀏覽次數(shù)�93
一、研究背�
稻谷作為全球重要的糧食作�,其品質(zhì)直接影響著經(jīng)濟價值和消費者體�。脫殼是稻谷加工的關鍵起始步�,脫殼過程中的脫殼率和稻谷斷裂行為是決定大米品質(zhì)的核心要素,而這些又受到橡膠輥線速度、稻谷含水量、干燥溫度等多種因素的影�。在稻谷脫殼�,若壓力不當,稻谷易出現(xiàn)裂紋或破�,這不僅會提高脫殼破損率,還會對后�(xù)加工�(chǎn)生不利影�。同時,稻谷�(zhì)量還受其含水量和干燥溫度的左�,如在潮濕環(huán)境下品質(zhì)下降,干燥過程中又可能產(chǎn)生裂�,浸泡也會改變其含水量進而影響加工質(zhì)�。然�,目前對于稻谷加工質(zhì)量與浸泡條件、干燥溫度之間的關聯(lián)研究較為匱乏�
在這樣的研究現(xiàn)狀�,要深入了解稻谷的力學性能,優(yōu)化脫殼工�,就需要精準地測試和分析稻谷在不同條件下的力學特性及斷裂行為。紋理分析儀作為一種先進的實驗設備,能夠模擬實際加工過程中的受力情�,為研究提供關鍵的數(shù)�(jù)支持,對推動稻谷加工領域的發(fā)展具有重要意��
��實驗方法
本研究選用了三種常見的稻谷品種,即秈�、粳稻和糯米,這些稻谷均產(chǎn)自江蘇宿遷市。將稻谷樣本密封并在室溫下儲�180天,之后使用�(shù)字游標卡尺測量單粒稻谷的三維尺寸(長�、寬度和厚度�,篩選出尺寸相近的完整谷粒備�。為制備不同特性的樣本,一部分稻谷被置于不同溫度(30��60��90℃�120��150℃)的電鼓風干燥箱中干燥1小時,另一部分則浸泡在去離子水�1小時�3小時�6小時�12小時,以獲得不同含水量的樣本�
在實驗過程中,保圣質(zhì)構儀�TA.XTC - 18)發(fā)揮了核心作用。進行單粒稻谷壓縮試驗�,把單粒稻谷放在探頭和剛性底座之間,保證稻谷放置方向一�,探頭直徑設�6mm 。設定預實驗速度�1mm/s,后實驗速度�2mm/s,觸�(fā)力為0.02N,數(shù)�(jù)采集頻率�200Hz。通過控制中心設置好位移和探頭速度等實驗參�(shù)后,啟動實驗,使探頭中心與稻谷中心先接觸,利用力傳感器收集稻谷在壓縮過程中受到的�,整個過程中稻谷在水平方向保持靜�,避免產(chǎn)生剪切力�
基于橡膠輥脫殼機的工作原�,研究人員在模擬脫殼實驗�,將聚氨酯橡膠膜置于稻谷下方。當探頭向下移動對稻谷施加壓力時,橡膠膜同時對稻谷施加剪切力,模擬實際脫殼時稻谷的受力情況,通過紋理分析儀記錄相關�(shù)�(jù)�
�、實驗結�
通過�(zhì)構儀的測�,研究人員獲得了豐富且關鍵的實驗�(shù)�(jù)。在研究含水量對稻谷力學性能和破損行為的影響�,發(fā)�(xiàn)隨著含水量增�,稻谷的斷裂能和斷裂強度下降。如從圖2�1a� - �1b)可看出,斷裂能�160 - 140 N·mm降至100 - 90 N·mm,斷裂強度從12 - 13 N/mm降至8.5 - 9.5 N/mm。這是因為含水量增加使稻谷變軟,且�(nèi)部會�(chǎn)生吸濕裂�,降低了稻谷品質(zhì)和力學性能。在觀察稻谷外觀時發(fā)�(xiàn),浸泡會使稻殼和糙米變軟,結合力下降,導致在壓縮時出�(xiàn)斷裂,且糙米�(nèi)部存在吸濕裂紋和缺陷,影響品�(zhì)�
在研究稻谷在壓縮和模擬脫殼條件下的斷裂行為和力學性能�,紋理分析儀提供的數(shù)�(jù)顯示,三種稻谷在剛性壓縮試驗中的斷裂能范圍�35 - 45 N·mm,斷裂強度范圍為9.5 - 10.5 N/mm,其中粳稻的斷裂能最�、斷裂強度最大。在模擬脫殼試驗�,通過紋理分析儀繪制的時� - 力曲線可�,秈稻受力最�,斷裂形式復�;粳稻和糯米的應力變化各有特�,且不同稻谷的斷裂形式差異明�,表明剪切力在脫殼過程中對稻谷斷裂起重要作用�
研究速度和干燥溫度對稻谷的影響時,紋理分析儀同樣功不可沒。通過改變試驗速度,發(fā)�(xiàn)稻谷的斷裂強度和斷裂能在0.25mm/s時最低,隨后隨速度增加而逐漸增大。在不同干燥溫度試驗�,觀察到溫度�30℃升高到60℃時,稻谷的斷裂能和斷裂強度下降,這與稻谷�(fā)生玻璃化轉變有關;而繼�(xù)升高溫度,由于稻殼和糙米表面變光滑、硬度增�,斷裂能和斷裂強度又有所增加�
紋理分析儀在本次稻谷研究中至關重要。它幫助研究人員全面深入地了解了不同因素對稻谷斷裂行為和力學性能的影響,為優(yōu)化稻谷脫殼工�、提高大米品�(zhì)提供了堅實的�(shù)�(jù)基礎和有力的技術支�,推動了稻谷加工領域的科學研究和�(chǎn)�(yè)�(fā)��
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