黃國(guó)偉 畢新勝 肖彬彬 邱 博

（石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子 832003）

加工番茄果實(shí)與莖稈的分離力是指果實(shí)與莖稈分開(kāi)所需的拉力，其大小反映果實(shí)與莖稈之間的連接強(qiáng)度，也直接反映果莖分離的難易程度，其分離力大小可為加工番茄的品種培育以及番茄收獲機(jī)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。針對(duì)果實(shí)分離力，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做出了大量研究，并取得諸多成果，謝方平等［1］對(duì)穗稻的連接力進(jìn)行了分析，認(rèn)為成熟度是影響粒穗分離力的重要因素，成熟度高，粒穗分離力??；李耀明等［2］認(rèn)為沿柄軸方向，水稻分離力最大；Fluck等［3］通過(guò)對(duì)3種不同品種的食用番茄進(jìn)行分離試驗(yàn)認(rèn)為番茄果秧分離力在19～48N；張進(jìn)等［4］對(duì)番茄果秧分離力進(jìn)行了測(cè)量，認(rèn)為分離力在5～30N；但上述關(guān)于加工番茄果實(shí)與莖稈的分離力研究只停留在單純的對(duì)其在垂直角度下的拉力研究，忽略了果實(shí)與莖稈之間本身的機(jī)械物理特性對(duì)其分離力的影響，對(duì)不同拉伸角度下的果莖分離力沒(méi)做探討，且加工番茄的堅(jiān)實(shí)度和質(zhì)量對(duì)番茄分離力也具有一定的影響。本試驗(yàn)對(duì)成熟番茄在不同角度，不同質(zhì)量和不同果實(shí)堅(jiān)實(shí)度情況下的果秧分離力進(jìn)行了測(cè)量和分析，旨在為番茄機(jī)械收獲提供理論基礎(chǔ)。

1 加工番茄果實(shí)的概述

新疆是全球三大番茄加工主產(chǎn)區(qū)之一［5］，加工番茄的植株高度一般在400～800mm，分枝數(shù)多，每株番茄主莖桿上平均有5～12個(gè)側(cè)枝，且在離地高度第3～5個(gè)側(cè)枝上的果實(shí)數(shù)量最多，果實(shí)多數(shù)呈橢圓型，比普通栽培番茄略小，一般在25～110g，果皮比普通栽培番茄厚，加工番茄縱徑大多在25～95mm，橫徑大多在20～60mm。對(duì)新疆地區(qū)的幾種典型番茄品種里格爾87－5，石紅20，屯河41的統(tǒng)計(jì)分析［6］，見(jiàn)表1。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)在GDE－500電動(dòng)單柱式立式拉力機(jī)臺(tái)上進(jìn)行，本試驗(yàn)機(jī)可對(duì)果實(shí)與莖稈進(jìn)行拉伸、果實(shí)壓縮，果實(shí)堅(jiān)實(shí)度等進(jìn)行測(cè)量與分析。本試驗(yàn)用兩種夾具進(jìn)行配合：一種是雙平板夾具，適合于夾持果實(shí)的莖稈，夾具的平面光滑（見(jiàn)圖1），另一種是與量角器配合使用的可調(diào)角度夾具（見(jiàn)圖2），以便在不同角度下對(duì)其測(cè)量，從而改變?cè)囼?yàn)對(duì)象的受力方向。力傳感器的量程為0～50N，精度值為0.001N，由計(jì)算機(jī)對(duì)其試驗(yàn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理［7］。

表1 加工番茄物理特性Table 1 Processing tomato physical characteristics

圖1 平板夾具Figure 1 Plate clamp

圖2 可調(diào)卡具Figure 2 Adjustable clamp

2.2 試驗(yàn)對(duì)象

以新疆地區(qū)的里格爾87－5﹑石紅20﹑屯河41為材料，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，加載速度為0～500mm／min，拉伸角度γ＝a－90°；a的測(cè)量：臺(tái)鉗上豎直放置量角器可便利測(cè)出（見(jiàn)圖3），試驗(yàn)受力的方向分別為15°，30°，45°，60°，75°，90°。

2.3 試驗(yàn)方法

根據(jù)前期對(duì)分離力單因素試驗(yàn)結(jié)果分析，選取拉伸角度、果實(shí)質(zhì)量、果實(shí)堅(jiān)實(shí)度作為考察因素，運(yùn)用混合水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。試驗(yàn)水平編碼與試驗(yàn)方案見(jiàn)表2和表3［8］，共進(jìn)行18組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)取10次數(shù)據(jù)平均值，試驗(yàn)指標(biāo)為果實(shí)與莖稈的分離力，試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及結(jié)果分析采用mintab軟件分析。

圖3 拉伸角度示意圖Figure 3 Diagram of stretching angle

表2 試驗(yàn)因素水平與編碼值Table 2 Coding of experimental factors and level

3 結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果回歸分析

應(yīng)用minitab軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，見(jiàn)表4。角度、質(zhì)量對(duì)分離力的影響較大，堅(jiān)實(shí)度對(duì)分離力影響較小，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別建立里格爾87－5，石紅20，屯河41的角度、質(zhì)量、果實(shí)堅(jiān)實(shí)度與番茄果實(shí)與莖稈分離力之間的回歸方程：

回歸系數(shù)顯著性水平都明顯小于0.05，表明回歸模型擬合的很好。

3.2 各因素對(duì)分離力的影響

（1）由圖4可知，質(zhì)量和角度與分離力的關(guān)系，隨著質(zhì)量和角度的增大分離力逐漸增大，在15°至60°時(shí)，隨著質(zhì)量和角度的增加時(shí)分離變化不是很明顯，但也呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，在60°至90°時(shí)，隨著質(zhì)量和角度增加，分離力成明顯增加趨勢(shì)，在75°左右時(shí)隨著質(zhì)量的增加，分離力變化最為顯著，總體而言，當(dāng)質(zhì)量和角度同時(shí)達(dá)到最大值時(shí)，分離力也達(dá)到最大值。

（2）由圖5可知，角度和堅(jiān)實(shí)度與分離力的關(guān)系，當(dāng)角度不變時(shí)，隨著番茄堅(jiān)實(shí)度的增加分離力呈現(xiàn)一定的波動(dòng)性，但變化較??；當(dāng)堅(jiān)實(shí)度不變時(shí)，隨著角度的增加分離力逐漸增加，當(dāng)堅(jiān)實(shí)度在3～4N時(shí)，角度為75°左右時(shí)存在一定的波動(dòng)性，但總體還是成增加的趨勢(shì)。

（3）由表4可知，里格爾87－5，石紅20，屯河41的P值分別為0.530，0.399，0.108，都大于0.05，說(shuō)明 P值對(duì)分離力的影響不大，由于本試驗(yàn)有的是混合正交試驗(yàn)，質(zhì)量和堅(jiān)實(shí)度兩因素有一定的交互作用，但規(guī)律不顯著。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Design and results of experiments

表4 性能指標(biāo)的方差分析Table 4 Variance analysis of performance indexes

圖4 不同品種下質(zhì)量和角度與分離力的等值線圖Figure 4 Separation force’isoline map of quality and Angle in different varieties

圖5 不同品種角度和堅(jiān)實(shí)度與分離力的等值線圖Figure 5 Separation force’isoline map of quality and firmness in different varieties

4 結(jié)論

（1）不同品種的番茄分離力并不相同，屯河41的分離力最大，里格爾87－5和石紅20的分離力相差不大。

（2）同一品種番茄的分離力隨著堅(jiān)實(shí)度的變化，分離力變化不大，影響不顯著。

（3）同一品種番茄的分離力隨著角度的增加，分離力逐漸增加，在90°時(shí)，分離力達(dá)到最大值。

（4）同一品種番茄的分離力隨著質(zhì)量的增加分離力逐漸增加，質(zhì)量最大時(shí)，分離力也達(dá)到最大。

（5）同一品種番茄的分離力，當(dāng)角度和質(zhì)量同時(shí)增加，分離力變化最顯著。

1 謝方平，羅錫文，湯楚宙.水稻粒穗分離力的研究［J］.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，30（5）：470～471.

2 李耀明，孫夕龍，徐立章.水稻穗頭連接力的試驗(yàn)與分析［J］.江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，29（2）：99～100.

3 Fluck R C.Detachment of tomato fruit from vines as influenced by fruit maturity and plant desiccation［J］.TRANSACTIONS of the ASAE，1970，13（6）：704～707.

4 張進(jìn)，畢新勝，肖彬彬，等.加工番茄果莖分離力研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（8）：5 051～5 053.

5 番茄醬加工工藝及品質(zhì)控制［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工，2010，11（226）：55～57.

6 畢新勝，肖彬彬，張進(jìn)，等.加工番茄回轉(zhuǎn)滾筒式果秧分離機(jī)構(gòu)參數(shù)正交試驗(yàn)優(yōu)化［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012，43（8）：95～98.

7 李勇，張宏文，楊濤.棉花收獲期棉絮分離力的試驗(yàn)研究［J］.石河子大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，29（5）：635～636.

8 鄧后勤，夏延斌，危小湘.魚(yú)刺分離機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)分析［J］.食品與機(jī)械，2007，23（1）：100～102.