- 保圣�(zhì)�(gòu)儀:稻谷力�(xué)性能研究的關(guān)鍵助�
- �(fā)布日期:2025-03-20 瀏覽次數(shù)�118
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)�(jì)�(jià)值和消費(fèi)者體�(yàn)。脫殼是稻谷加工的關(guān)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�,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�(shí),若壓力不當(dāng),稻谷易出現(xiàn)裂紋或破碎,這不僅會(huì)提高脫殼破損�,還�(huì)�(duì)后續(xù)加工�(chǎn)生不利影�。同�(shí),稻谷質(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�(huì)改變其含水量�(jìn)而影響加工質(zhì)�。然�,目前對(duì)于稻谷加工質(zhì)量與浸泡條件、干燥溫度之間的�(guān)�(lián)研究較為匱乏�
在這樣的研究現(xiàn)狀下,要深入了解稻谷的力學(xué)性能,優(yōu)化脫殼工�,就需要精�(zhǔn)地測(cè)試和分析稻谷在不同條件下的力�(xué)特性及斷裂行為。紋理分析儀作為一種先�(jìn)的實(shí)�(yàn)�(shè)�,能夠模擬實(shí)際加工過程中的受力情�,為研究提供�(guān)鍵的�(shù)�(jù)支持,對(duì)推動(dòng)稻谷加工�(lǐng)域的�(fā)展具有重要意��
���(shí)�(yàn)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(chǔ)�180天,之后使用�(shù)字游�(biāo)卡尺�(cè)量單粒稻谷的三維尺寸(長(zhǎng)�、寬度和厚度),篩選出尺寸相近的完整谷粒備用。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(fēng)干燥箱中干燥1小時(shí),另一部分則浸泡在去離子水�1小時(shí)�3小時(shí)�6小時(shí)�12小時(shí),以獲得不同含水量的樣本�
在實(shí)�(yàn)過程�,保圣質(zhì)�(gòu)儀�TA.XTC - 18)發(fā)揮了核心作用。�(jìn)行單粒稻谷壓縮試�(yàn)�(shí),把單粒稻谷放在探頭和剛性底座之�,保證稻谷放置方向一�,探頭直徑設(shè)�6mm 。設(shè)定預(yù)�(shí)�(yàn)速度�1mm/s,后�(shí)�(yàn)速度�2mm/s,觸�(fā)力為0.02N,數(shù)�(jù)采集頻率�200Hz。通過控制中心�(shè)置好位移和探頭速度等實(shí)�(yàn)參數(shù)�,啟�(dòng)�(shí)�(yàn),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�(gè)過程中稻谷在水平方向保持靜止,避免產(chǎn)生剪切力�
基于橡膠輥脫殼機(jī)的工作原�,研究人員在模擬脫殼�(shí)�(yàn)中,將聚氨酯橡膠膜置于稻谷下�。當(dāng)探頭向下移動(dòng)�(duì)稻谷施加壓力�(shí),橡膠膜同時(shí)�(duì)稻谷施加剪切力,模擬�(shí)際脫殼時(shí)稻谷的受力情�,通過紋理分析儀記錄相關(guān)�(shù)�(jù)�
�、實(shí)�(yàn)�(jié)�
通過�(zhì)�(gòu)儀的測(cè)�,研究人員獲得了豐富且關(guān)鍵的�(shí)�(yàn)�(shù)�(jù)。在研究含水量對(duì)稻谷力學(xué)性能和破損行為的影響�(shí),發(fā)�(xiàn)隨著含水量增�,稻谷的斷裂能和斷裂�(qiáng)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(qiáng)度從12 - 13 N/mm降至8.5 - 9.5 N/mm。這是�?yàn)楹吭黾邮沟竟茸冘洠�?nèi)部會(huì)�(chǎn)生吸濕裂�,降低了稻谷品質(zhì)和力�(xué)性能。在觀察稻谷外觀�(shí)�(fā)�(xiàn),浸泡會(huì)使稻殼和糙米變軟,結(jié)合力下降,導(dǎo)致在壓縮�(shí)出現(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(xué)性能�(shí),紋理分析儀提供的數(shù)�(jù)顯示,三種稻谷在剛性壓縮試�(yàn)中的斷裂能范圍為35 - 45 N·mm,斷裂強(qiáng)度范圍為9.5 - 10.5 N/mm,其中粳稻的斷裂能最小、斷裂強(qiáng)度最�。在模擬脫殼試驗(yàn)�,通過紋理分析儀繪制的時(shí)� - 力曲線可�,秈稻受力最�,斷裂形式復(fù)雜;粳稻和糯米的�(yīng)力變化各有特�(diǎn),且不同稻谷的斷裂形式差異明顯,表明剪切力在脫殼過程中對(duì)稻谷斷裂起重要作��
研究速度和干燥溫度對(duì)稻谷的影響時(shí),紋理分析儀同樣功不可沒。通過改變?cè)�?yàn)速度,發(fā)�(xiàn)稻谷的斷裂強(qiáng)度和斷裂能在0.25mm/s�(shí)最�,隨后隨速度增加而逐漸增大。在不同干燥溫度試驗(yàn)中,觀察到溫度�30℃升高到60℃時(shí),稻谷的斷裂能和斷裂�(qiáng)度下降,這與稻谷�(fā)生玻璃化�(zhuǎn)變有�(guān);而繼�(xù)升高溫度,由于稻殼和糙米表面變光�、硬度增�,斷裂能和斷裂強(qiáng)度又有所增加�
紋理分析儀在本次稻谷研究中至關(guān)重要。它幫助研究人員全面深入地了解了不同因素�(duì)稻谷斷裂行為和力�(xué)性能的影�,為�(yōu)化稻谷脫殼工藝、提高大米品�(zhì)提供了堅(jiān)�(shí)的數(shù)�(jù)基礎(chǔ)和有力的技�(shù)支撐,推�(dòng)了稻谷加工領(lǐng)域的科學(xué)研究和產(chǎn)�(yè)�(fā)��
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