ｄｏｉ：１０．１６７３６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４１－１４３４／ｔｓ．２０１８．０２．０２０AnalysisandTesting分析检测稻谷休止角的测定与实验研究MeasurementandExperimentStudyonAngleofReposeofPaddy◎ 孙慧男1，陈 旭2，夏朝勇1（1.郑州中粮科研设计院有限公司，河南 郑州 450053；2.国家粮食局郑州粮仓机械质量监督检验测试中心，河南 郑州 450053）Sun Huinan1, Chen Xu2, Xia Chaoyong1(1.COFCO Research & Engineering (Zhengzhou) Co., Ltd., Zhengzhou 450007, China; 2.National Grain Bureau Zhengzhou granary mechanical quality inspection and Testing Center, Zhengzhou 450007, China)摘 要：本文分析了目前国内测量稻谷休止角的方法与实验，对比了不同品种不同水分稻谷休止角实验测定值，基于排出法和注入法，利用两种自制实验装置测得不同水分特定稻谷休止角值。得出这一结论：为满足精准化设计要求，在选用粮食物料休止角数值前应根据其特征参数进行实验测定。关键词：稻谷；休止角；测定Abstract：This article analyzed the measurement method and experiment of the angle of repose of paddy, compared experimental measurements value of the different varieties and moisture. Based on the method of excretion and injection and used two kinds of homemade experimental apparatus to measure the angle of repose of paddy. And concluded that to achieve accurate design requirements, it is necessary to obtain the accuracy characteristic parameters value of grains.Keywords：Paddy; Angle of repose; Determination中图分类号：S511休止角指散粒物料从一定高度自然连续地下落到平面上时，所堆积成的圆锥体母线与底平面的夹角。散粒物料之所以呈现粮仓效应、自组织临界效应等特性，与其所具有的内摩擦特性等摩擦学行为有密切的联系，休止角反映了散粒物料的内摩擦特性和散落性能[1]。粮食休止角不仅是设计散粒物料运输、散料装卸、加工等设备的重要基础参数，也是仓储设施理论设计的关键参数，其对粮食仓储工程设计理论应用有着重要的意义。而一些手册及书籍中给出的休止角为范围值，这给休止角值的选用带来一定不确定性。总之，不论是在设计仓储设施设备还是在数值仿真计算中选用休止角数值时，均需明确粮食特征参数以获得较为准确的休止角数值。因此，本文基于注入法及排出法利用自行设计的两种休止角测试装置，针对特定品种稻谷进行休止角测试，并对两种方法测试结果进行比较，获得所需要稻谷品种的休止角数值。XIANDAISHIPIN现代食品/63Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.分析检测Analysis and Testing1 稻谷休止角实验影响休止角数值的因素有很多，主要有：物料形状、物料尺寸、物料水分，及物料堆放的条件等。除此之外，物料杂质含量对休止角影响也很大，杂质越多，休止角越大。国内不少学者针对不同品种、水分等参数对稻谷休止角进行了测试。万忠民等对南京铁心桥国家粮食储备库2010年产的稻谷进行不同水分不同杂质含量静止角的测定，得出不同含杂率及水分的稻谷休止角[2]。郭胜等基于注入法测定了东农423、东农425、东农427、东农428稻谷种子除芒前后休止角值[3]。张烨研究了各种含水率下稻谷三轴尺寸，得出稻谷三轴尺寸与含水率的关系[4]。田晓红分别采用直尺法及图像处理法测定了2007年收获的水稻休止角值[5]。陈坤杰采用注入法对品种为武育粳3号原始水分为9.3%的水稻进行了休止角的测量[6]。李洪昌采用注入法对品种为武粳13水分为18%的稻谷进行了休止角的测量[7]。付海东采用注入法测量了吉农13水分在10%～30%的水稻休止角[8]从表1可以看出，不同水分、不同品种间的休止角值有所差异，以上统计实验测得休止角范围值在26.67°～44.9°，而设计手册中记录稻谷休止角值为33°～55°[10]。除此之外，从郭胜等实验中可以看出，除芒前后稻谷休止角差值较大，该差值不容忽略。在设计仓储设施时，进入末端设备或设施的稻谷均经过输送、清理等工艺过程处理，在此过程中稻谷的表面特征参数将发生一定变化，导致稻谷休止角值有所改变，因此在选用稻谷休止角值时需因实际情况而定，具体问题具体分析。2 休止角测定实验从上文可知，稻谷的休止角值与颗粒尺寸、水分、品种、杂质含量等因素有关。本文为设计烘干设备提供基础参数，选用黑龙江2016年产的粳稻进行实验。实验前需对所用实验材料进行处理：测定特征参数、获得稻谷目标水分。（1）原始物料三轴尺寸测量。在样品中各随机抽取100粒稻谷进行三轴尺寸测量，取其平均值，测得水分为11.%稻谷长宽高为5.97、2.24、3.06 mm。（2）原始水分含杂率测定。将稻谷物料进行筛分除杂，并依据标准通过105 ℃烘干法测定原始物料水分。经测定，稻谷原始水分为11.%。依据GB/T5494-2008粮食杂质检验方法测定样品稻谷中杂质含量为0.5%。（3）覆水实验。通过覆水的方法将原始物料按以下方法增加蒸馏水质量，使其达到目标含水率。根据干物质前后质量相等原理[11]将原始水分增加至21%，通过下式计算：G2(1-M2)=G1(1-M1) （1）式（1）中：G2为加水前粮食重量，kg；M2为加水前粮食水分，%；G1为加水后粮食重量，kg；M1为加水后粮食水分，%。取原始水分物料5 kg，通过上式计算可知，若使原始物料达到目标水分，需加蒸馏水0.59 kg。将所选样品平铺至塑料薄膜上，先加水0.3 kg，当水均匀加至粮食上后，覆盖塑料薄膜，2 h后将稻谷翻面，再将0.29 kg水均匀加在稻谷上，覆盖塑料薄膜，2 h后翻匀置于密封袋中，将其放置在恒温柜中，每天对。许启铿对东北、福建、湖南，水分分别为13.43%、12.43%、12.60%的稻谷采用注入法进行休止角测量[9]。具体数值见表1。表1 不同品种、水分休止角测试值表品种东农423东农425东农427东农4282007年收获稻谷水分/%11.311.712.311.610～1311.9114.8417.12武育粳3号19.3023.1527.7131.58武粳13吉农13东北福建湖南1810～3013.4312.4312.60休止角/%35（31.9）36（33.5）37（33.0）36（31.9）31.76±0.38（42.06±2.77）26.6728.8230.0032.0232.3834.0634.8338.2～44.931～4134.033.533.0（括号中为图像法测量值）括号中为除芒后休止角值备注/现代食品XIANDAISHIPINCopyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.AnalysisandTesting分析检测其进行翻转3次，使其着水均匀，7 d后将其取出，放置在室温下4 h，使密封袋内水稻水分达到平衡状态。通过上述实验最终获得稻谷样品目标水分为20.83%。（4）20.83%稻谷三轴尺寸测量。在该部分样品中各随机抽取100粒稻谷进行三轴尺寸测量，取其平均值，测得水分为20.83%稻谷长宽高为6.59、2.26、3.21 mm。测量休止角的方法有排出法、注入法、倾斜法。本文基于排出法与注入法采用自行设计的休止角测试装置进行实验。实验方法1为排出法，测试装置如图1所示。实验方法2为注入法，测试装置如图3所示，测量参数如图4所示，该方法中为减小实验误差，将D与H1值固定，只需测量H值，进行休止角数值计算，同样重复实验4次，取其平均值，用该种方法测得两种水分下休止角数值为29.23°、32.79°，实验结果见表3。图 3注入法测试装置图图1 排出法测试装置图利用排出法对水分为11.%与水分为20.83%稻谷进行休止角实验，测量S1、S2、L值，如图2所示，计算休止角值，重复实验4次，取其平均值。两种水分下休止角平均值分别为28.91°、32.39°，实验结果见表2。水分/%实验次数111.2341图4 注入法测量参数图表3 注入法休止角测量值表H/mm12011812112010810510610820310H1/mmD/mm休止角α/°29.5928.7429.0229.5932.8332.3033.0932.8332.7929.23平均值/°图2 排除法测量参数图表2 排除法休止角测量值表水分/%实验次数111.234120.83234S1/mm981009998110108109110S2/mm390395395392390390390390L/mm330340335340330335330335休止角α/°27.7729.8127.9230.1531.9532.6731.6233.3032.3928.91平均值/°20.83234对比两种实验方法测得结果，水分为11.%的稻谷休止角实验差值为0.32%，水分为20.83%的稻谷实验差值为0.4%。若按公式f=tanα将其算换成稻谷间摩擦系数值[12]，其误差均约为0.01，该误差在工程设计过程中在可接受范围内。3 结语休止角作为设计仓储设施设备的关键参数，反映XIANDAISHIPIN现代食品/65Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.分析检测Analysis and Testing着谷物内摩擦特性与散落性，该值选取的准确性对实际工程设计与计算机数值模拟仿真计算具有重要意义。但目前大多数设计参考数值仍沿用20世纪90年代的数据，而该值的影响因素较多，且在不断在变化，如品种基因的改变、地域种植差异等。因此，本文基于两种休止角测试方法对特定稻谷休止角进行了测定，为烘干机设计及计算机数值模拟仿真提供基础参数，同时证明了谷物休止角值由于影响因素较多而导致其值具有不确定性。因此，在设计仓储设施设备或是计算机数值仿真模拟时，选用休止角数值前应对休止角进行测定，以达到精准设计的目的。参考文献：[1]马云海.农业物料学[M].北京：化学工业出版 社，2015.[2]万忠民，吴 凡，李 红，等.不同条件下粮食油料散落性的探讨[J].粮食储藏，2012，41（5）：10-15.[3]郭 胜，赵淑红，杨悦乾，等.除芒稻种摩擦特性测定[J].东北农业大学学报，2010，41（7）： 118-121.[4]张 烨，李长友，李建民，等.稻谷摩擦特性研究[J].广东农业科学，2011，38（13）：15-17.[5]田晓红，李光涛，张淑丽.谷物自然休止角测量方法的探究[J].粮食加工，2010，35（1）：68-71.[6]陈坤杰，徐伟梁.含水率对稻谷机械特性的影响[J].农业机械学报，2005（11）：177-178，181.[7]李洪昌，高 芳，李耀明，等.水稻籽粒物理特性测定[J].农机化研究，2014，36（3）：23-27.[8]付海东，吴文福，张 虎，等.基于休止角的粮食含水率测量方法的可行性研究[J].农机化研究，2012，34（10）：152-155，160.[9]许启铿，金立兵，王录民，等.粮食力学参数的试验研究[J].河南工业大学学报，2010，31（1）：18-21.[10]梁俊英.粮食流通工程设计手册[M].郑州：河南科学技术出版社，1997.[11]中国储备粮管理总公司，辽宁省粮食科学研究所.粮食干燥系统实用技术[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1997.[12]肖生苓，孙术发.物料学[M].北京：北京大学出版社，2012.基金项目：稻谷变温智能保质干燥关键技术和装备研发（编号：2016YFD0401001）。作者简介：孙慧男（1985—），女，硕士，工程师；专业方向为粮食储运技术与装备研发。粮食就是生命，知识拯救灵魂。66/现代食品XIANDAISHIPINCopyright©博看网 www.bookan.com.cn. 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