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种子摩擦系数测试方法及影响因素分析

材料摩擦系数测试常采用直接接触法,即使用一个试验板(安置在水平操作台上的),将一个试样用胶固定在试验板上,另一个试样裁切合适后固定在专用滑块上,让滑块放置在试验板上一个试样中央,并使两试样的试验方向与滑动方向平行且测力系统恰好不受力,如图1。本次种子摩擦系数测试,采用的是上海千实精密机电科技有限公司生产的摩擦系数测试仪。由于种子外形的特殊性,测试时随机取部分种子均匀的撒在粘有502胶的硬纸板上,硬纸板用胶固定在试验板上。将粘有不同接触材料的滑块按上述要求放于试验板上试样的中央,启动摩擦系数测试仪,使滑块和试验板相对移动。需重复测试5次,取数据的平均值为结果,如表1。


图1. 检测方法示意图
注:A. 滑块;B. 试验板;C. 支持底座;E. 测力系统;F. 恒速驱动系统;I. 尼龙丝
表1 白菜和小米种子对不同接触材料的摩擦系数


由于种子接触的农业器械材料多为钢、塑料和木质材料,因此上述试验选定了这三类材料为种子的接触材料。表1中,同一种接触材料,小米种子的动/静摩擦系数均大于白菜种子,这种差异主要来源于种子自身的综合性质,如外形特征、含水率等。同样表1中,对比同一类种子对不同接触材料的摩擦系数发现,种子对于木材的动静摩擦系数大,对钢材和塑料的摩擦系数则相对较小。这就表明了种子的接触材料的表面性质也会对彼此之间的摩擦系数产生影响。
种子摩擦系数的影响因素
种子外形的影响
不同作物品种的种子,形状大小、表皮纹理千差万别,对其摩擦性的影响也各有不同。就形状而言,越接近圆球形,种子与材料的接触面越小,摩擦系数越小,反之,则摩擦系数亦大。例如蚕豆为肾脏形、豌豆为圆球状、瓜类种子为扁平形等,相对而言,豌豆的摩擦系数较小,而瓜类种子的摩擦系数可能相对较大一些。
此外,不同种子对同一接触材料摩擦系数不同,也与种子表面的粗糙程度有关,尤其是表面存在网纹、凸起、穴坑、棱脊的种子,往往对某一材料的摩擦系数相对表面光滑的种子更大。这种表面的差异可能源于种子成熟后自珠柄脱落留下的斑痕,也可能源于种子为了自身传播而衍生出的绒毛、刺、芒等附属物,像棉籽表面生有大量皮毛、番茄种皮有刺状凸起。
种子含水率的影响
为了验证含水率对种子摩擦系数的影响,标准集团工程师依照上述试验方法测试了几种不同含水率的小米接触钢板材料的静、动摩擦系数,结果如表2。
表2 不同含水率小米摩擦系数


由表2数据可见,小米的含水率与其摩擦系数成线性关系,含水率越高,种子的摩擦系数越大,即受到的摩擦阻力越大。尤其当小米含水率达到并高于15.6%后,摩擦系数迅速增大。由此可以看出,含水率对小米种子在钢板材料的摩擦系数的影响极为显著。其原因在于:种子多为粘弹性体,当含水率高时种子变软,粘性变大,与材料接触面增大,吸附能力大幅提高,因此摩擦系数变大。
种子接触材料性质的影响
大多播种机械制造材料多为金属或木材等。部分金属长时间暴露在空气中易与氧化合生成一层氧化膜。随着温度的增加,金属表面氧化膜增厚、质地较硬,摩擦系数增加;当处于高温状态时,氧化膜发生软化甚至脱落,润滑作用明显,因而摩擦系数减小。而对于木材材料,其表面的粗糙程度也是影响种子接触时摩擦系数的主要原因。

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