不同玉米果穗位姿与含水率对穗柄断裂特性的影(10)

图8 试验因素对穗柄断裂拉伸量的影响Fig.8 Effect of test factors on tensile deformation

同样可得，在籽粒含水率分别为34.8%、30.2%、25.1%和20.3%时，果穗偏转角度增加到临界角度后，穗柄的平均断裂拉伸量分别由16.81、16.03、13.10和 13.76 mm增加到28.95、27.26、25.35和25.32 mm，分别增加了72%、70%、93%和84%。因此，在设计预先改变果穗位姿的玉米摘穗机构时，欲使作业效率维持不变，拉茎辊的转速应适当提高。

3.1.3 试验因素对苞叶去除率的影响

苞叶去除率随籽粒含水率及果穗偏转角度的变化如图9所示。由图9可知，当果穗偏转角度由0°增加到15°时，果穗的苞叶去除率有所降低；当果穗偏转角度大于15°时，各含水率下的苞叶去除率均随角度的增大而增加，其中，当果穗偏转到穗柄断裂方式突变的临界角度时，苞叶去除率的增加最为明显。由此表明，在穗柄拉伸断裂时，随着果穗偏转角度的增大，穗柄断裂点的位置更加靠近果穗一端。当玉米果穗穗柄的断裂方式由拉伸断裂突变为弯曲断裂时，穗柄断裂点的位置迅速靠近穗柄上端与果穗的连接处。

含水率对玉米穗柄断裂后的苞叶去除率亦有显著影响。由图9可知，在不同的果穗偏转角度下，苞叶去除率均随籽粒含水率的降低而增加。因苞叶含水率与籽粒含水率的变化趋势一致，表明随着苞叶含水率的降低，玉米穗柄断裂时，会有更多的苞叶与果穗上脱离而残留在茎秆上。究其原因，一方面随着玉米果穗成熟度的提高，苞叶变得更加松散，苞叶与果穗的粘附力降低；另一方面，在低含水率下，苞叶与苞叶间的摩擦系数减小，造成苞叶与玉米果穗间的摩擦力减小。因此，穗柄断裂后果穗的苞叶残留量，取决于穗柄的断裂位置和苞叶的受力情况。

图9 试验因素对苞叶去除率的影响Fig.9 Effect of test factors on removal rate of husks

通过计算可得，在玉米果穗偏转角度达到临界角度后，各控制含水率下的苞叶去除率分别由临界角度之前的48.48%、55.76%、62.05%和67.23%增加到68.20%、74.73%、81.88%和91.58%，分别增加了41%、34%、32%和36 %。因此，通过同时施加侧向载荷，改变玉米果穗与割台接触时的位姿，使玉米果穗的偏转角度大于临界角度，可有效减少采收后果穗的苞叶残留量，显著降低后续工序的工作量。

3.1.4 穗柄含水率对试验结果的影响

在玉米收获期内，穗柄含水率与籽粒含水率呈现出不同的变化规律。穗柄作为摘穗中直接的受力与断裂部位，其含水率变化对各试验指标也有一定的影响。图10为不同籽粒含水率下各试验指标在临界角度前后与穗柄含水率变化曲线的对比图。

果穗固定角度小于临界角度时，穗柄拉断力与断裂拉伸量均随籽粒含水率的降低而呈现减小趋势。穗柄拉断力的变化曲线与穗柄含水率较一致（图10 a）；拉伸断裂量变化趋势与穗柄含水率不同，表现为穗柄含水率出现大幅降低时，拉伸断裂量并未显著减小（图10 c）。苞叶去除率随籽粒含水率的降低而增加，与穗柄含水率的变化趋势相反，当籽粒含水率由25.1%降至20.3%时，穗柄含水率大幅降低，而苞叶去除率的增幅无明显改变（图10 e）。

果穗固定角度达到临界角度后，穗柄拉断力与拉伸断裂量均随籽粒含水率的降低而降低。但与穗柄含水率的变化趋势并不一致，表现为穗柄含水率大幅降低时，穗柄拉断力（图10 b）与断裂拉伸量（图10 d）均未出现明显减小。苞叶去除率此时依然随籽粒含水率降低而增加，当穗柄含水率大幅降低时，苞叶去除率的增幅无明显变化（图10 f）。

图10 临界角度前后穗柄含水率与各试验指标关系Fig.10 Relationship between peduncle moisture content and test indices before and after critical angle

3.2 试验结果回归分析

为研究特定含水率下穗柄断裂时果穗偏转角度与穗柄拉断力、断裂拉伸量及苞叶去除率的影响，本文以上述3个指标为目标函数，以玉米果穗的偏转角度为自变量，采用Origin 2016软件对各籽粒含水率下的试验结果进行一元非线性回归分析。由各指标随玉米果穗偏转角度的变化折线图可知，穗柄拉断力、断裂拉伸量的最优拟合函数为Logistic函数[27]：

（2）

式中yi为目标函数：其中y1为穗柄拉断力，N，y2为断裂拉伸量，mm；θ为果穗偏转角度，（°）；A、B、C、D分别为待定系数。

苞叶去除率的最优拟合函数为一元三次多项式：

（3）

式中y3为苞叶去除率，%。

文章来源：《力学季刊》 网址: http://www.lxjkzz.cn/qikandaodu/2021/0412/475.html