平贝母鳞茎力学特性试验

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1、平贝母鳞茎力学特性试验　　：针对平贝母（Fritillariaussuriensis）鳞茎机械化筛分中存在破碎损伤问题，利用物料分析仪对平贝母鳞茎进行了压缩试验和表面硬度试验，测得平贝母地下鳞茎的力位移曲线以及最大破坏力，分析了平贝母地下鳞茎的破裂损伤规律。结果表明，平贝母鳞茎沿半月形扁圆鳞瓣方向挤压后破坏形式是破瓣，沿垂直半月形扁圆鳞瓣方向挤压后破坏形式是裂纹，破裂力差别明显，屈服力差别不明显，最大破裂力为52.25N；自然干燥过程中平贝母鳞茎表面变硬，抗摩擦能力增强，果肉变柔，出现裂纹机率减小。　　关键词：平贝母（Fritillariaussuriensis）；鳞茎；力学

2、特性　　：S567.23+1；S225.7：A：0439-8114（2013）13-3072-03　　平贝母鳞茎机械筛分过程中容易产生破碎损伤[1，2]，破碎损伤的平贝母鳞茎不得入药，留作种子也容易发生烂种[3]，因此平贝母鳞茎机械筛分过程中导致的破碎损伤不容忽视。　　国内外学者对农作物筛分破碎损伤机理进行了大量研究，取得了许多成果[4-7]。然而，对平贝母鳞茎机械筛分损伤的研究尚未见报道。平贝母鳞茎筛分的破碎损伤主要表现为表面刮伤、裂纹和破瓣，造成平贝母鳞茎筛分破碎损伤的主要原因是平贝母鳞茎与等级筛分机之间的摩擦、碰撞和挤压。试验通过对平贝母鳞茎破损强度、表面硬度等物理机械

3、特性的研究来探究造成平贝母鳞茎表面刮伤、裂纹和破瓣的内在机理，为减少筛分机械损伤探索新的控制方法，同时也为提高筛分质量、设计筛分机械提供参考。　　1材料与方法　　1.1材料及设备　　选用收获期试验田的平贝母鳞茎作为试验材料。主要试验设备有物料分析仪、尼康数码相机、微型计算机和游标卡尺等。　　1.2方法　　1.2.1平贝母鳞茎破损强度试验平贝母鳞茎呈扁圆盘状，由3～4个半月形扁圆鳞瓣抱合而成[8，9]（图1）。试验以最小破损力为试验指标，对平贝母鳞茎沿x、y、z轴方向进行单因素破损强度试验。试验时将平贝母鳞茎置于压板中心并固定[10]，模拟实际工作环境，设定试验参数：最大载荷5

4、00N、加载速度30mm/min、触发力0.3N、最大变形量85%。　　1.2.2平贝母鳞茎表面硬度试验试验使用美国生产的TMS-Touch型物料分析仪，采用P/2n针状探头（直径2mm），测前速度60mm/s，贯入速度1mm/s[14]，最小感知力0.3N。　　刚起收的平贝母鳞茎于垄沟摊开自然干燥，每隔1h做一次平贝母鳞茎表面硬度试验，共做4次，每次取平贝母鳞茎最外层3个部位测定（取平均值），共随机取12个平贝母鳞茎进行测定[11，12]。　　2结果与分析　　2.1平贝母鳞茎破损强度　　在设定的最小破损力下，12个平贝母鳞茎破损强度试验结果见表1。从表1可以看出，x、y、z

5、轴的破裂力差别明显，但x、y、z轴的屈服力差别不明显。以z轴方向平板挤压为例，得到挤压力-位移曲线如图2，a位置表示平贝母鳞茎的屈服力，b位置表示平贝母鳞茎的破裂力，纵坐标第一峰值对应的横坐标s点是平贝母鳞茎的破裂深度（mm）。试验表明沿z轴方向挤压后破坏形式是破瓣，其破瓣承受力主要来自平贝母鳞茎扁圆鳞瓣结合在一起的根部；沿x轴和y轴挤压后破坏形式是裂纹，其裂纹承受力主要来自平贝母鳞茎半月形扁圆鳞瓣自身。　　2.2平贝母鳞茎表面硬度　　对每隔1h做一次平贝母鳞茎表面硬度试验的曲线叠加，得到平贝母鳞茎的表面硬度曲线（图3）。图3中a、b、c、d分别表示从刚起收到自然干燥3h平贝

6、母鳞茎表面硬度曲线。从图3可以看到物料分析仪针状探头经过平贝母鳞茎时受力的全过程。探头在经过平贝母鳞茎，穿刺力增加到第一个峰值时，平贝母鳞茎表面破碎，之后穿刺力发生突变，随着探头继续伸入，探头进入平贝母鳞茎内部肉部分，其穿刺力逐渐增大。从图3叠加曲线看，第一个峰值变化明显，且随着时间变化其值增大，峰值范围在0.52～1.06N，表明平贝母鳞茎在自然干燥过程中表面变硬，增大了平贝母鳞茎的抗摩擦能力；最高点峰值没有明显变化，但最高点对应横坐标的最大位移是变化的，随着时间变化其最大位移减小，表明平贝母鳞茎在自然干燥过程中，随着水分的蒸发果肉变柔，减小了平贝母鳞茎出现裂纹的机会。　　

7、3小结　　平贝母鳞茎沿扁圆鳞瓣方向挤压后破坏形式是破瓣，沿垂直半月形扁圆鳞瓣方向挤压后破坏形式是裂纹，破裂力差别明显，屈服力差别不明显，最大破裂力为52.25N。平贝母鳞茎从起收到自然干燥3h，平贝母鳞茎表面变硬，抗摩擦能力增强，表面强度从0.52N到1.06N；平贝母鳞茎果肉变柔，出现裂纹机率减小，最高点对应横坐标的最大位移从1.92mm减少到1.22mm。　　试验仅对采自不同地点的平贝母鳞茎进行了挤压强度和表面强度分析，而针对不同品种的平贝母鳞茎挤压强度和表面强度尚未分析。通过平贝母鳞茎挤压强度和表