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《甘肃农业大学》 2018年
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收获期马铃薯块茎物理特性及损伤机理研究

冯斌  
【摘要】:马铃薯机械化收获过程中块茎损伤问题严重降低了种薯质量、商品薯的外观和内在品质,影响了马铃薯初级加工产品的质量和马铃薯方便食品产业,以至影响整个马铃薯加工产业的经济效益和社会效益,给马铃薯产业造成了巨大的经济损失,也严重制约了马铃薯产业的健康发展。因此研究马铃薯块茎损伤问题,改进马铃薯收获机具,对确保马铃薯产业持续、高效、健康发展具有十分重要的意义。本研究以马铃薯块茎的物理特性为基础,结合马铃薯收获机挖掘过程、土薯分离和输送过程关键部件的结构和材料等因素,系统研究马铃薯块茎损伤机理,以减少马铃薯收获过程中的块茎损伤。主要得出如下结论:(1)以陇薯7号和新大坪马铃薯块茎为研究对象,试验测量了块茎的三轴尺寸、密度、静摩擦系数、动摩擦系数等物理特性参数。块茎的三轴尺寸均基本服从正态分布,陇薯7号的薯形指数分布范围为1.09~1.84,其形状接近与球体,密度平均值为1.207g/cm~3;新大坪的薯形指数分布范围为0.92~2.65,其形状比较扁平接近长椭球体,密度平均值为1.048g/cm~3。马铃薯块茎的预估体积与实测体积均非常接近,总体估算模型能够准确估算马铃薯块茎体积,可用于种质资源筛选过程中参数统计。马铃薯块茎的动、静摩擦系数与不同摩擦对象略有差异,根据所选摩擦对象,其值由大到小摩擦材料分别为橡胶板、块茎、65Mn,陇薯7号的静摩擦系数值普遍大于新大坪。(2)对收获期马铃薯块茎的碰撞恢复系数在自制测定装置上进行了测试和分析。结果表明,各因素对马铃薯块茎碰撞恢复系数的影响顺序为:碰撞材料、块茎下落高度、块茎质量、块茎含水率、跌落方向和马铃薯品种。马铃薯与65Mn钢、橡胶、马铃薯和土块间块茎碰撞恢复系数依次减小;马铃薯块茎碰撞恢复系数随着下落高度、块茎质量和含水率的增加而减小,R~2大于0.9。研究结果可为马铃薯收获机关键部件的优化设计提供参考,对于需要减少马铃薯碰撞恢复系数的环节应尽量选用橡胶等缓冲材料以降低马铃薯块茎损伤。(3)构建了马铃薯块茎损伤评价体系,通过马铃薯样品损伤形式的大量统计和分析,对马铃薯块茎在机械收获过程中形成的损伤按照不同形式进行了分类,并根据损伤类型确定了相对应的指标,为马铃薯块茎挤压、跌落碰撞和振动损伤的客观评价提供了依据和标准。(4)利用自主设计的摆动试验台,对收获期马铃薯块茎进行了振动碰撞试验,分析了试验因素及因素间的交互作用对马铃薯块茎振动损伤和贮藏品质的影响,并建立了相应的回归模型。结果表明,筛面倾角对马铃薯块茎表面损伤指数影响极显著。振动频率和振动时间对马铃薯块茎呼吸强度和细胞渗透率影响极显著;振动频率和振动时间对马铃薯块茎表面损伤指数影响显著;筛面倾角对马铃薯块茎呼吸强度细胞渗透率影响不显著。影响马铃薯块茎损伤指数的试验因素顺序依次为:筛面倾角、振动时间、振动频率;影响马铃薯块茎呼吸强度和细胞渗透率的试验因素顺序依次为:振动频率、振动时间、筛面倾角。当振动时间为20s、振动频率为6Hz、筛面倾角为17.5°时,马铃薯块茎表面损伤指数、呼吸强度和细胞渗透率分别为12.13%、11.14mg(CO_2)·kg~(-1)·h~(-1)、13.11%,收获后的马铃薯振动损伤最小,贮藏时间最长。(5)通过单因素试验和正交试验对收获期马铃薯静载特性和挤压损伤与试验因素的关系进行了研究,并分析马铃薯块茎静载特性与损伤的相关性。结果表明:马铃薯块茎的硬度、破损强度、变形量、接触刚度、弹性模量和损伤体积与受压方向、品种和压头型式间呈极显著关系。马铃薯块茎静载特性指标与损伤体积存在一定的关联度,马铃薯块茎损伤体积关联度由大到小依次为变形量、破损强度、硬度、接触刚度,关联度值分别为0.7463、0.6285、0.5763、0.4794、0.3278,马铃薯块茎的变形量与损伤体积之间的关系最为密切,可用马铃薯块茎的变形量间接评价块茎的损伤程度。(6)以“陇薯7号”马铃薯块茎为试验对象,进行了不同因素下的跌落碰撞试验,研究了试验因素对马铃薯块茎冲击特性和块茎损伤的影响。结果表明,碰撞材料、马铃薯跌落高度和含水率对冲击特性影响极显著,而跌落方向不显著。碰撞材料和下落高度的交互项对损伤综合指数影响极显著,碰撞材料和马铃薯含水率的交互项对损伤综合指数影响显著。最大变形量与损伤综合指数之间呈显著正相关(r=0.729,P0.05),恢复系数与损伤综合指数之间呈显著负相关(r=-0.573,P0.05),得到了恢复系数和最大变形量与损伤综合指数的线性回归模型,决定系数分别为R~2=0.9907、R~2=0.9923,加速度峰值与损伤综合指数之间不相关(|r|0.5,P0.05)。马铃薯与65Mn钢、马铃薯块茎、橡胶板、土块相撞时,发生严重表皮擦伤的临界高度依次为350 mm、420 mm、500mm、550 mm。因此控制马铃薯下落高度和合理利用碰撞材料的缓冲性能,马铃薯块茎才不会发生碰撞损伤。
【学位授予单位】:甘肃农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:S532

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