粮食颗粒气力输送机械损伤的机理分析

气力输送技术是符合现代物流工程和物料输送要求的输送方式之一。与其他机械输送方式相比它具有许多   的优点，如结构简单，管路布置灵活方便，造价低，能良好的工作环境，连续性好易于实现自动化，同时可以简化工艺流程，提高工艺效果，故在粮食、食品、化工、水泥、运输等许多部门广泛应用。但在输送颗粒粮食时存在的机械损伤问题阻碍了其在某些要求无损伤的推广。而且，国内对粮食颗粒气力输送的机械损伤问题研究较少。本文就是试图采用理论分析与试验相结合的方法来研究气力输送粮食颗粒时机械损伤的规律。

当粮食颗粒所承受的外部作用力或内部应力超过其机械强度时，粮食颗粒就会产生机械损伤，所以研究降低粮食颗粒机械损伤时，需从粮食颗粒本身的力学性质和其承受的载荷性质两方面去研究。

粮食颗粒的力学性质属于农业物料力学的研究范畴。农业物料的力学性质不同于其他工程材料的性质，是具有流变学性质的材料，其流变学性质与其水分含量、温度、成分、尺寸、形态、结构、种类等有关，并且具有应变率效应。一般粮食物料的流变学性质用三种基本的粘弹性模型(Maxweu，VigotandKelvinModel)及不同方式的组合来描述。随着水分和温度的升高，粮食颗粒的弹性模量下降，脆性变弱，抗冲击损伤性能增强，但是其抗压缩、剪切损伤能力下降。Floyol.L.Moram和M.R.Paulsen在1979年及Sanaadra.M.L在1986年分别研究了大豆、玉米受冲击时影响其机械损伤的主要因素及它们之间的关系。谷物的冲击破碎率与冲击速度成指数关系，谷物的冲击损伤率随着冲击速度的增加和水分含量的下降而增加，不同的承载位置对机械损伤敏感程度不一样，对大豆胚根、玉米的胚芽的冲击产生的机械损伤   严重。W.K.Bilanaki对不同谷物的抗机械损伤性能进行了综合的研究得出结论，不同种类、不同尺寸、不同的承载方位、不同的加载速度和不同的水分含量对谷物的机械损伤均有影响。

由于粮食气力输送的气流均属紊流流态，而且一般谷物的形状是不规则的，再加上气力输送装置局部涡流的存在，使得谷物的受力比较复杂而且是随机变化的。所以，粮食颗粒在管道中的运动是，一方面沿管道轴线做不规则的曲线运动，一方面做自旋运动。其在运动过程中所承受的载荷是碰撞、冲击、摩擦和剪切。Segler1951年一次对谷物气力输送的机械损伤率做了估计。Chung1969年研究气力输送装置的机械损伤问题时发现，谷物机械损伤率在较高的气流速度和较低的水分含量时较高。

Chung1973年对气力输送谷物的机械损伤做了广泛而深入的研究，指出用一个小型气力输送装置对谷物进行输送产生的机械损伤率为0.2%~20%，破碎的数量取决于气流速度、谷物的含水量和处理输送的次数及谷粒的尺寸及形状。他们得出结论：为了避免较多的机械损伤应该适当提高水分含量，输送气流速度不应该超过27m/s。SausaiandGustfson1982年在组合式的吸气式气力输送装置中试验产生的破碎率为0.4%一2.1%。Kelvin.D.Baker1986年估计了操作参数、系统结构及谷物脆度对谷物损伤的影响，指出谷物损伤的百分数在气流速度为20m/s以上时呈指数关系增加，谷物的脆度对其机械损伤影响较大。