玉米籽粒间缝隙走向对其籽粒间循环力衰败的作用

　　0、 引言

　　玉米穗径向截面圆周上籽粒之间彼此存在力的作用，形成一个力圈。该力圈内任何一个籽粒即是施力点，也是受力点。这一圈一圈相互作用的籽粒在果穗轴向方位上也彼此存在力的作用，称该力圈为“循环力圈”。如果在该“循环力圈”上取掉 1 颗或几颗籽粒，该“循环力圈”就遭到破坏，脱粒就变得容易，损伤减小。

　　本文通过籽粒间缝隙走向及其变化规律的微观分析，找到籽粒间缝隙走向及其变化规律对籽粒间循环力衰败规律的影响机理，进而为低损伤玉米脱粒机的研制提供理论参考。

　　1、 果穗生物性特性

　　马齿型玉米的穗型多为筒型: 在玉米芯上，玉米籽粒排列成 16 ～18 纵行或更多偶数行; 在果穗上除了上部最外缘籽粒外，果穗整排排列中是以 11 ～ 22组砌单元为基本单元组合排列错位搭接的，单层两横向籽粒侧面正对接触形成 1 － 1 接触，再与另外两层同样 1 －1 接触的两横向籽粒侧面形成错位接触。

　　在果穗纵行上，每两排纵向籽粒横向间侧面正对接触形成对立缝隙 A，与另外两排侧面横向再相互错开接触形成交错缝隙 B。在整个玉米果穗上，对立缝隙 A，与交错缝隙 B 间隔出现。

　　2、 试验材料与设备

　　玉米品种为浚单 20，手工采摘，水分为 19． 9% 。把其中一部分果穗经过自然晾晒，使水分下降到13． 7% ，把果穗做成样品，已备试验用。试验设备: 水分测试仪、Micro Shot 图像处理系统。

　　Micro Shot 图像处理系统由硬件和软件组成，硬件由CMOS 逐行扫描图像传感器、体视显微镜、光源、计算机等组成。Image － Pro Plus 图像分析软件支持 Windows XPx64 工作平台，能测出的玉米籽粒间隙数据导出到 Ori －gin 和 Excel 中; 其数据图表功能，包括各种将动态链接覆盖至图像中的各种工具，同时能实时数据收集和绘图。

　　3、 试验方法

　　运用 Micro Shot 图像处理系统对玉米果穗籽粒间缝隙的走向进行微观分析。用 Image － Pro Plus 图像分析软件对横截面对立缝隙与纵截面缝隙进行尺寸标注，以测得整个缝隙上的宽度，然后保存。

　　4、 试验设计

　　试验玉米品种为浚单 20，测试部位为果穗大头部，籽粒含水率为19． 9% 与13． 7% 。显微分析部分为横截面籽粒间对立缝隙接触点的上部和下部缝隙、纵截面籽粒间接触点的上部和下部缝隙，主要观察玉米穗籽粒间接触点的上部和下部缝隙变化趋势。

　　测试结果如表 。

　　5、 结果分析

　　5． 1 同一含水率横截面籽粒间缝隙走向规律

　　在同一含水率下，籽粒间横向间隙由上部向籽粒侧面中部接触部位横向间隙逐渐减小，且两籽粒间侧面最大平均距离相比腹面大，形成宽楔形空间，在整个果穗纵向上形成一条 V 形渠道。该 V 形渠道构成果穗籽粒对立缝隙 A 的上部，由于籽粒间对立缝隙 A上部的宽楔形空间易于 V 形或楔形离散部件进入，因而在脱粒果穗时，脱粒部件可选用 V 形冲击头或楔形冲击头，。在同一含水率下，籽粒间横向间隙下部由籽粒侧面中部接触部位向下部横向间隙逐渐增大，也形成宽楔形空间，该楔形空间被玉米芯上的颖壳填满，起支撑籽粒的作用，如所示。上部间隙深度比下部间隙深度小，这样下部深，且被颖壳填充使得籽粒更稳固，更能抵抗大的压力、撞击力。

　　5． 2 同一含水率纵截面籽粒间缝隙走向规律

　　在同一含水率下，籽粒间纵向间隙由上部向籽粒腹面接触部位纵向间隙逐渐减小，且两籽粒间腹面最大平均距离相比侧面小，形成窄楔形空间，在果穗横向或圆周方向上形成错位搭接 V 形缝隙。该错位搭接 V 形缝隙沿螺旋方向形成在整个果穗上。由于籽粒间上部窄楔形空间深度相比籽粒间横向间隙上部深度小得多，且纵向宽度小、横向宽度大，因而在脱粒果穗时，脱粒部件可选用窄且短 V 形冲击头或窄且短楔形冲击头。在同一含水率下，籽粒间纵向间隙由籽粒腹面接触部位向下部纵向间隙逐渐增大，也形成窄楔形空间。该窄楔形空间被玉米芯上的颖壳填满，也起支撑籽粒的作用 。同样，上部间隙深度比下部间隙深度小的多，这样下部越深，且被颖壳填充使得籽粒越稳固，能抵抗更大的压力、撞击力。

　　5． 3 籽粒含水率对籽粒间缝隙走向的影响

　　在籽粒含水率 13． 7% 时，籽粒间横向间隙上部最大平均尺寸 2 336． 67μm; 在籽粒含水率 19． 9% 时，籽粒间横向间隙上部最大平均尺寸 2 301． 71μm。由此可知，籽粒含水率增大，籽粒间横向间隙形成的宽楔形空间减小，在整个果穗纵向上形成的 V 形渠道变窄，籽粒接触紧密，籽粒间相互作用力增大，籽粒间循环力衰败减弱，破坏籽粒组砌规律的难度加大;籽粒含水率低时设计的 V 形或楔形离散部件不易于进入该 V 形渠道空间。因而在脱粒水分高的果穗时，在其它参数不变的情况下，籽粒含水率低时设计的脱粒部件—V 形冲击头或楔形冲击头可能造成籽粒破损加大。在籽粒含水率 19． 9% 时，籽粒间横向间隙下部最大平均尺寸 1 503． 81μm，在籽粒含水率 13． 7% 时，籽粒间横向间隙下部最大平均尺寸 1 809． 25μm。由此可知，籽粒含水率减小，籽粒间横向间隙下部形成的宽楔形空间增大，籽粒接触松散，籽粒间相互作用力减小，籽粒间循环力衰败增强，破坏籽粒组砌规律的难度减小; 该宽楔形空间内部填充的颖壳也变得松散，对籽粒的支撑作用减弱，此时易于籽粒脱粒。

　　在籽粒含水率 13． 7% 时，籽粒间纵向间隙上部最大平均尺寸 2 289． 12μm; 在籽粒含水率 19． 9% 时，籽粒间纵向间隙上部最大平均尺寸 2 207． 92μm。由此可知，籽粒含水率增大，籽粒间纵向间隙形成的窄楔形空间减小，籽粒接触紧密，籽粒间循环力衰败减弱，破坏籽粒组砌规律的难度加大，籽粒不易脱粒。在籽粒含水率 19． 9% 时，籽粒间纵向间隙下部最大平均尺寸 1 279． 38μm; 在籽粒含水率 13． 7% 时，籽粒间纵向间隙下部最大平均尺寸 1 851． 69μm。由此可知，籽粒含水率减小，籽粒间纵向间隙下部形成的窄楔形空间增大，籽粒接触松散，易于籽粒脱粒。

　　6、 结论

　　玉米穗籽粒间接触部位上部和下部缝隙走向及其变化规律对脱粒方法的选择、脱粒难易程度以及籽粒破损率、脱净率都有至关重要的影响。因此，在设计玉米脱粒机时，应选择易于破坏玉米籽粒间组砌规律的脱粒方法，脱粒元件也应选择易于进入籽粒对立缝隙上部间隙且易于分离籽粒的部件，另外要选择合适的籽粒含水率，这样可降低或避免籽粒损伤，提高玉米品质。

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