種子摩擦系數測試方法及影響因素分析

材料摩擦系數測試常采用直接接觸法，即使用一個試驗板（安置在水平操作臺上的），將一個試樣用膠固定在試驗板上，另一個試樣裁切合適后固定在滑塊上，讓滑塊放置在試驗板上一個試樣中央，并使兩試樣的試驗方向與滑動方向平行且測力系統恰好不受力，如圖1。本次種子摩擦系數測試，采用的是上海千實精密機電科技有限公司生產的摩擦系數測試儀。由于種子外形的特殊性，測試時隨機取部分種子均勻的撒在粘有502膠的硬紙板上，硬紙板用膠固定在試驗板上。將粘有不同接觸材料的滑塊按上述要求放于試驗板上試樣的中央，啟動摩擦系數測試儀，使滑塊和試驗板相對移動。需重復測試5次，取數據的平均值為結果，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. 測力系統；F. 恒速驅動系統；I. 尼龍絲
表1 白菜和小米種子對不同接觸材料的摩擦系數

由于種子接觸的農業器械材料多為鋼、塑料和木質材料，因此上述試驗選定了這三類材料為種子的接觸材料。表1中，同一種接觸材料，小米種子的動/靜摩擦系數均大于白菜種子，這種差異主要來源于種子自身的綜合性質，如外形特征、含水率等。同樣表1中，對比同一類種子對不同接觸材料的摩擦系數發現，種子對于木材的動靜摩擦系數大，對鋼材和塑料的摩擦系數則相對較小。這就表明了種子的接觸材料的表面性質也會對彼此之間的摩擦系數產生影響。
種子摩擦系數的影響因素
種子外形的影響
不同作物品種的種子，形狀大小、表皮紋理千差萬別，對其摩擦性的影響也各有不同。就形狀而言，越接近圓球形，種子與材料的接觸面越小，摩擦系數越小，反之，則摩擦系數亦大。例如蠶豆為腎臟形、豌豆為圓球狀、瓜類種子為扁平形等，相對而言，豌豆的摩擦系數較小，而瓜類種子的摩擦系數可能相對較大一些。
此外，不同種子對同一接觸材料摩擦系數不同，也與種子表面的粗糙程度有關，尤其是表面存在網紋、凸起、穴坑、棱脊的種子，往往對某一材料的摩擦系數相對表面光滑的種子更大。這種表面的差異可能源于種子成熟后自珠柄脫落留下的斑痕，也可能源于種子為了自身傳播而衍生出的絨毛、刺、芒等附屬物，像棉籽表面生有大量皮毛、番茄種皮有刺狀凸起。
種子含水率的影響
為了驗證含水率對種子摩擦系數的影響，標準集團工程師依照上述試驗方法測試了幾種不同含水率的小米接觸鋼板材料的靜、動摩擦系數，結果如表2。
表2 不同含水率小米摩擦系數

由表2數據可見，小米的含水率與其摩擦系數成線性關系，含水率越高，種子的摩擦系數越大，即受到的摩擦阻力越大。尤其當小米含水率達到并高于15.6%后，摩擦系數迅速增大。由此可以看出，含水率對小米種子在鋼板材料的摩擦系數的影響極為顯著。其原因在于：種子多為粘彈性體，當含水率高時種子變軟，粘性變大，與材料接觸面增大，吸附能力大幅提高，因此摩擦系數變大。
種子接觸材料性質的影響
大多播種機械制造材料多為金屬或木材等。部分金屬長時間暴露在空氣中易與氧化合生成一層氧化膜。隨著溫度的增加，金屬表面氧化膜增厚、質地較硬，摩擦系數增加；當處于高溫狀態時，氧化膜發生軟化甚至脫落，潤滑作用明顯，因而摩擦系數減小。而對于木材材料，其表面的粗糙程度也是影響種子接觸時摩擦系數的主要原因。