第
卷第
期江苏
工学院学报!∀#%∀
鸡蛋力学特
性实验分析
刘信芳
吴守一
&包装机械研究
所∋&农业机械工程分院∋
摘要本文对鸡蛋的
外形重
黄与
壳
厚进行了侧
定并对其
静动力学特性
进
行了
较全面的
实验分析其结
果为
鲜蛋贮
运加工装
备的
设计提供了依据
关键
词鸡蛋力
学特
性实验分析
鸡
蛋是我们日常生活中常见
和必不可少的食物之
一近年来我国
商业
收钩鲜蛋每年
均在
十亿公斤左右这
些蛋是从
我国
农村千家
万户和
养鸡场搜集起来再经过包装运翰
然后
到达消费者手中在这一流动
过程中因鲜蛋的机械损伤所
造成
的损失是
相当严重
的据商业部门统计损失率一般为()
一∗)
在机械化养鸡设备鲜蛋运
输包装设备鲜蛋加工设备
的设计
过程中由于对鲜蛋
的
基本力学特性了
解不够设备在使
用时常常使静动载荷超过鲜蛋所能承受
的限度从
而造成鲜蛋破损破损
的鲜
蛋将部分或全部失去其食
用价值
同时
还会污染其它鲜蛋加
快
鲜蛋的腐
败变质最终
导致
重大的经济损失因
此研究鲜蛋的力
学特性是一项很有
意
义的工作
鸡
蛋几个
物理量的
测定
图
是将鸡蛋置于显微投影仪上
测出的
外形通常称
蛋的
大
头为钝端小头为锐端蛋的
纵
向最大距离
+&+
二,−
∋为长轴
横向最大距离.&.
/01∋为短轴
连接
钝端与锐端
的曲线为经线沿短轴方向
的回
转线为纬线
蛋的形状可用
蛋形系数2
来描述
& ∋
标
准形状的蛋蛋形系数在3
(
之间鸡蛋
的外形
很难用精确的解析式加以
描述大量鸡蛋外形测定结果表
明采
用拟椭圆曲线加以
近似表
达比
较合理4
收稿日
期455
以,678
鸡蛋外形
988
:;<=;>?
江苏
工学院学报55
,
年
,,
≅Α
一丁,Β
3
一ΒΒ气?
口叹1Χ
浑=8
廿∋&,∋
在实验过程中先后测定
了家养鸡和纯种鸡
鸡蛋
的质量分布和外形
尺寸结果见表
表
鸡蛋外形质里浏定结果
Δ−1Ε
Φ−Γ>?:Η?:Γ> =Γ;Ι:8Φ;<=;>?−<Ηϑ−Γ
家养鸡
罗斯
鸡
最大值最小值平均值
最大值
最小值平均值
质盈
&8
∋ΚΛΕ(ΜΜΜ∗∗
科ΝΜΚΜΜ∗∗∗(ΟΟ
石,ΝΜ∗∗
长径
&ϑϑ∋ΚΟ∃Μ(∗Κ(∗Κ∗∗ΚΜΟΟ∗∗∃Μ(ΚΟ
名,
短径
&ϑ
们。∋(
ΜΟΟ5Ο,,(,ΝΝ(Μ((ΟΟ(∗5
鸡蛋
不同部位
的壳厚是不一样的一般钝端最薄中
间次
之锐端最厚鸡蛋的气
室
位
于钝端如果气
室位置发生变化则说
明鸡蛋已经发生变质从这一结构特点
出发鲜
蛋在运翰包装过程中应该锐端
向飞钝端
向上表,
是对不同鸡种壳厚测定结果
供试
样
品各Ο
Ο
只
表,
鸡
蛋亮厚侧定结
果
Δ−1,
Ε:−
Γ>:Η?:Γ> =Γ;Ι:
88Γ1Φ =Π7ΦΘ<:Γ
品种家养鸡罗
斯鸡
数值
类型最大值最小值平均值
最大值最小值平均值
充厚&
功ϑ∋
Ο5,,Ο,,,ΟΟΟΟ∗Ο∃,(,Ο∃,5Κ
,
鲜蛋
的静力学特
性
早在5Κ5年.Φ
Ε公−ΦΓ
等
应用薄壳理论将鸡蛋看成一个均匀受压
的薄壳结构
位力分析见图,∋
导出了其应力公式
、刀几Ρ(
ΙΣ?0
,
口
Υ0?
一?
、
Τ
名
仃/
Β甲4Β
∃
—∃
0=
ς,
Υ
式中,
—经线方向应力
口,
—纬线方向应力
第
期刘信芳等
,,
—某点经线方
向曲率半径
,,
—某点纬线方向曲
率半径
=
一某点蛋壳厚
度
刀
—压力鲜
蛋力学特性实脸分析
设蛋
壳曲
线方程Α二Ι&Ω∋
该函数二次连续
可导则,,,,
分别
为4
,,
,Υ,
Χ
沙∋
4
’#
一
+ΑΡΛΗΩ
,
尸八,,Υ,
#、Α夕
,
6
留居
—十6#
+Α
」价
好Η
’
‘‘
’‘
一
节“”‘
一般由于0Ξ?
,
,#
则
一Γ
山=
一?0
ΒΤ,一
丝Ψ
Β图,
蛋充应力分析
6
78,Λ=?
ΖΛΓ−<−
ΑΓ7ΓΙ;?∃5ΓΠ:
有,,Ψ
气
我们只
要知道蛋壳破坏
的均布压力[
利
用公式&
∋&(∋
可算
出蛋亮
极限应力分布
和蛋
壳
强度通常在Ω/Ο
#+
和Ω
/Ο5+
处应力最大
尽管各
项研究不断
深人但
尚未圆满
解决
工程设
计中
的间题如受集中载荷
作用的蛋
壳
应力状态就
没有
精确的理论解动载更是如此
因此自前在工程设
计中
各国
专家仍从实
验的角度
出发以
理论分析
为依
据通过实验分析来掌握
其力
学特性
鸡蛋压碎力
的大小是衡量蛋壳静
压强度
的重要指标
之一测定装
置示意图见图
试
验时同时输
出压力与变形两个信
号同步记
录在光线示波器记
录纸
上侧定时一般分别
沿
长轴
和短轴方向加载载荷从零逐渐加大并保持线性
直至
破坏图(
给
出两种样品的
压力
一变形曲线试
验结果见表
一的向
团方一盯斑轴、一 短户一!
伪匆∀#!#
∃
乙稼%
&
口一&幻月已翻%
产曰
&+∀!#
∃
色穆%
图∀
鸡蛋压碎力侧定装
置
,−.∀/
01−
(234567∗2389
1∗加
.6:卫;51
比
67∗;;766:
陷
9<3.图=
鸡蛋压力一
变形曲线
,−.=
>&
时一367
∗285−74;1∗?367∗3.
江苏工学院学报55,
年
表
鸡蛋静压破碎的压力与变形
Δ−1
6
−Φ=>
代Ι;Φ:
−<ΗΗΓΙ;?ϑ−=7;<;ΙΙ?:ΓΠ:8><Η:?Γ=−=7ΦΣ
?
。翔>
比
试样∗5
只家养
鸡罗斯鸡
最大值最小值平
均值
最大值
最小值平
均值
长压力
伽∋(55ΝΝ(
Ν,
(Ο∴ΝΝ,Ο∗ΝΝ,ΜΝ55
轴
位移&
ϑϑ∋Ο,(ΟΚΚΟ∃,ΟΟ,,,ΟΟΟΝΝ
短压力伽∋(,(5ΚΚΜ∗∗,
∃Ν,Κ(ΚΚ
轴
位移
&ϑϑ∋
Ο,∗∗ΟΚΚΟ∃,Ο
ΟΟΟΟΚΟ,,,
从
试验数
据可以看
出长轴方
向所能承受的压力往往
大于短轴方向
鸡
蛋的动力学特性
一般鸡
蛋在生产
流动加工过程中的
破损大多数是由于受过大
的动载所
造成
的为此进行了
不同材料
上的鲜蛋跌落
试验和冲击试
验
鸡蛋
跌落试验装置与
图
相似
只是将动平面与位移传感器改成鲜蛋
夹
持器与高度
尺
即可
试验过程中分别
测量
鲜蛋
跌落
在钢板
和(ϑϑ
厚
橡胶
上不破的极
限跌落高度
并分
别
记录样
品在不
同
跌落高度的碰撞力
的大小
试验数据见表(∃
表(
鸡蛋的极
限跌落离度
Δ−1(
.?;ΣΣ
7<8
址7
8Π= 7ϑ7=Γ;ΙΙ?:ΓΠ:8
材料钢板橡胶
数
值类型
最大值最小值平
均值最大值最小值平
均值
跌落高度&ϑϑ
∋ΟΟΝ∗,∗(Μ∗5,∗
由于鸡蛋大头壳薄因
此试
验过程中总是大头朝下跌落过程中
的破损形式全部是接
触点破裂从
碰撞力记录结果看所有供试
的只样
品中达到极
限跌落高度万
山产
生破坏的那一次
碰撞力
总比破坏前
一次来得小换句话说就是碰撞力的最大值发生在破
坏前一次这一现象似
乎出人意料仔
细分析一
下并不难理解由静载曲线可知鸡蛋在
外力作
用下会
产生弹性变形在
碰撞
过程中同样有一个变形的过程如图∗
所示当跌落
高度ΠΞ
凡∃4
时蛋
壳没有破
裂碰撞的瞬间变形很快恢复存在一个
变形恢复力
随着
跌落高度
的增加
跌落载荷
的变
化速率愈来愈大使得脆性材料接触点处
的应力波来
不及
向周围传播
便破裂由于产生了
永久变形就不存
在变形恢复力由此
可以认
为跌
落过程中蛋壳的破裂是由于碰撞载荷
的增加和
变化
速率太快使得蛋壳的
变形值超过
了
它所能承受
的变形极限导致破坏