種子摩擦係數的測試方法以及影響因素分析

　　十二五期間，我國農（nóng）業機械裝備水平、作業水平、科技水平得到了前所未有的提升，農業機械化成為現代農（nóng）業的強有力支撐，為糧食增產、農民增收做出了重要貢獻。其中，種子類農業機械設計（jì）中，摩擦性是必須考慮的因素，關係到機械表麵材（cái）料和參（cān）數的確定，是機械正常高效運轉的基礎和前（qián）提。

種子加工過程中摩擦性的重要作用

　　摩擦性是各類材料（liào）的基（jī）本性質之一，常（cháng）用摩擦係數來表征。摩擦係（xì）數是針對一組摩擦副來講，即互相接觸（chù）的兩種材（cái）料。當二者表麵相互接觸後，在相對移（yí）動（dòng）開始時的最大阻力，其於法（fǎ）向力之（zhī）比成為靜摩（mó）擦係數，而後二者以一定速度相（xiàng）對移動時（shí）的阻力與法向力之比稱之（zhī）為動摩擦係數。種子類農業機械運轉時，機械表麵材料與種子表麵發生相互摩擦（cā），其摩擦性會對種子的清（qīng）選、輸送、播種產生影響。

　　種子清選是提高種（zhǒng）子質量的關鍵步驟，一方麵清除種子中的雜（zá）物，另一方麵將（jiāng）飽滿的（de）種子分（fèn）離出來並按大小等因素分成不同等級。收獲（huò）的種子中混雜著（zhe）破碎粒、不飽滿種（zhǒng）粒、雜（zá）草種子、碎秸稈、砂礫等，攜帶大量細菌且易吸濕，有加速種子劣變的（de）作用，通過嚴格（gé）清（qīng）選後的種子生命力和增（zēng）產性（xìng）顯著增強。種子清選的方法（fǎ）很多，利用種子（zǐ）表麵的（de）摩擦性的差異進行分離的方法為其一，由此也出現了相應的種子清選機械。這類種子清選機械也稱為帶式清選機，由喂料鬥、布帶和上下（xià）輥軸組成，布帶（dài）安裝在上下輥軸上與地麵成一定傾（qīng）角，以一定的速度向上轉（zhuǎn）動，種子會（huì）因摩擦性的不同而出現上行和下落。這一分離機理可歸結為：對於相（xiàng）同的接觸布帶，表麵光滑的種子與布帶的靜摩擦係數小，在布帶（dài）傾角（jiǎo）較小的情況下即可（kě）滑落；而同重量表麵粗糙的砂礫（lì）、雜草或碎（suì）秸稈等與布帶的靜摩擦係數大，滑落需要更大的布帶傾角（jiǎo）。由此便（biàn）可實現種子的清選。

　　種子清選後的各個加工（gōng）環節都（dōu）離（lí）不開輸送帶的運輸，運輸過程以“不散落、不滑落”為要求，降低種子的損失。既然輸送（sòng）帶表麵與種子接觸，二者必然存在相互摩擦。基於“不散落、不滑落”的要（yào）求，輸送帶表麵材料的粗糙度（dù）應適當提升，加大與種子（zǐ）表麵的靜摩擦（cā）係數，防止種子在運輸中（zhōng）滑落。

　　播種，是種子應用的（de）最終環節，也是決定作物產量的（de）重要因素。傳（chuán）統播種采用耬播（bō）與條播（bō）方式，播（bō）種（zhǒng）量大、均勻性比較差，易出現幼苗稀疏、脆弱的現象。現代，精密播種設備逐漸普及（jí），而其中排種器是影響（xiǎng）設備播種精密程度的核心部件。排種過程中，種子與排種器（qì）材料直接接觸，種子的摩擦係數決定（dìng）了種子的流動性和排種的順暢，也為排種器材料（liào）的選擇、排種器結構形狀和傾斜角度（dù）以（yǐ）及種子的運動速度控製提（tí）供理論依據。

種（zhǒng）子摩擦係數的測試方法

　　材料摩擦係數的測試常采用直接接觸法，即使用一個試驗板（安置在水平操作台上的），將一個試（shì）樣用膠固定在試驗板上（shàng），另一個試樣裁切（qiē）合（hé）適後固定在專用滑塊上，讓滑塊放置在試驗板上第一個試樣中（zhōng）央，並使兩試（shì）樣的試驗方向與滑動方向平行且測（cè）力係統恰好不（bú）受力（lì），如圖1。本次種子摩擦係數測試，采用的是Labthink MXD-02摩擦係數儀。由於種子外形（xíng）的特殊性，測試（shì）時隨機取部分種子均勻的撒（sā）在粘有502膠的硬紙板上，硬紙板用膠固定在試（shì）驗板（bǎn）上。將粘（zhān）有不同接觸材料的滑塊按（àn）上述要求（qiú）放於試驗板上試樣的（de）中央（yāng），啟動摩擦係數儀，使滑塊和試驗板相對移動。需重複測試5次，取數據的平均（jun1）值（zhí）為最終結果，如表1。

圖1. 檢測方法示意圖

注：A. 滑塊；B. 試驗板；C. 支持底座；E. 測力係統；F. 恒速驅動係統；I. 尼龍絲（sī）

表1 白菜和小米種子對不同接觸材料的摩擦係（xì）數

　　由於種子接觸的（de）農業器械材料多為鋼、塑料和木質材料，因此上述試驗選（xuǎn）定了這三類材料為種子（zǐ）的接觸材料。表1中，同一種接（jiē）觸材料，小米種（zhǒng）子（zǐ）的動/靜摩擦係數均（jun1）大於（yú）白（bái）菜種子，這種差異主要來源於種子自身的綜合性質，如外形特征、含水率等。同樣表（biǎo）1 中，對比（bǐ）同一類種子（zǐ）對不同接（jiē）觸材料的摩擦係數發現，種子對於木材的（de）動靜摩（mó）擦係數最大，對鋼材和塑料的摩擦係數（shù）則相（xiàng）對較小。這就表明了種子的接觸材料的表麵性質也（yě）會對（duì）彼此之間的摩擦係數產生影響。

種子（zǐ）摩（mó）擦係數的影響因素

種子外形影響

　　不同作物（wù）品種的種子，形狀大小、表皮紋理千差萬（wàn）別，對其摩擦性的影響也各有（yǒu）不同。就形狀而（ér）言，越接近圓球形，種子與材（cái）料的接觸麵（miàn）越小，摩（mó）擦係數越小，反之，則摩擦（cā）係數亦大。例如蠶豆為腎髒形、豌豆為（wéi）圓（yuán）球狀、瓜（guā）類種子為扁平形等，相對而言，豌豆的摩擦係數較小，而瓜類種子的摩擦係數可能相對較（jiào）大一些。

　　此外，不同種子對同一接觸材料摩擦（cā）係數不同，也與種子表麵的粗糙程度有（yǒu）關，尤（yóu）其是表麵存在網紋、凸起、穴坑、棱脊的種子，往往對某一材料的摩擦係數相對表麵光滑的種子更大。這種表（biǎo）麵（miàn）的差異（yì）可能源於種子成熟後自珠柄脫落留下的（de）斑痕，也可能源於種子為了自身傳播而衍生出的絨毛、刺、芒等附屬物，像棉籽表麵生有大量皮毛、番茄（qié）種皮有刺狀凸起。

種子含水（shuǐ）率的影響

　　為（wéi）了驗證含水率對種子（zǐ）摩擦（cā）係數的影響，筆者依照上述試驗方法測試了幾種不同（tóng）含水率的小（xiǎo）米接觸鋼板材料的靜、動（dòng）摩擦係數，結果如（rú）表（biǎo）2。

表2 不同含水率小米摩擦係數

　　由表2數據可見，小米（mǐ）的含水率與其摩擦係數成線性關係，含水率（lǜ）越高，種子的（de）摩擦係數越大，即受到的摩擦阻力（lì）越大。尤其當小米含水率達到並高於15.6%後，摩擦係數迅速增大。由此可以看出，含水率（lǜ）對小米種子在鋼板材料的摩擦係數的影響極為顯（xiǎn）著（zhe）。其原因在於：種子多為粘彈性體，當含水率高時種子變軟，粘性變大，與材料接觸麵增大，吸附能力大（dà）幅提高，因此摩擦（cā）係數變大。

種（zhǒng）子接觸材料性質的影響

　　大多播種（zhǒng）機械製造材料（liào）多為金屬或木材等。部分金屬長時（shí）間暴露在（zài）空氣中易與氧化合生成一層氧化膜。隨著溫度的增加，金（jīn）屬（shǔ）表麵氧化膜增（zēng）厚（hòu）、質地較硬，摩擦係數增加；當（dāng）處於高溫狀態時，氧化膜發生軟化甚至脫落，潤滑作用明顯，因而摩擦（cā）係（xì）數減小。而對於木材材料，其表麵的粗糙程度也（yě）是影響種子接觸時（shí）的摩擦係數的（de）主要原因。

結語

　　現代化農業中，種子清選、運輸和播種均實現了機（jī）械化作業，其中種子與機械接觸麵的摩擦係數（shù）在很大程度上影響了作業的效率。通過對（duì）種子摩擦係數的（de）簡單研究與測試，種（zhǒng）子的外形（xíng）、含水率以及種子接觸（chù）材料的表麵（miàn）性質是種子摩擦係數的諸多變量，值得深入研究。