不同玉米果穗位姿与含水率对穗柄断裂特性的影(3)

2.3 试验因素和指标

2.3.1 大范围随机区组试验

选取玉米果穗偏转角度、玉米籽粒含水率作为试验因素。果穗偏转角度为试验中果穗的偏转方向与茎秆的拉伸方向间的夹角。试验中果穗偏转角度为0°～75°，每隔15°为一个水平，共6个水平，不同偏转角度下的果穗夹持如图5所示。玉米籽粒的含水率分为4个等级，完成大范围随机区组试验全部共24组。

在玉米收获机割台作业时，载荷和工作效率是重要的技术指标，因此，将影响上述指标的因素——玉米穗柄拉断力和穗柄断裂时拉伸量作为试验指标；同时，考虑到不同摘穗方式下果穗上的残留苞叶对后续作业有较大影响，故以穗柄断裂后苞叶去除率作为第3项试验指标。苞叶去除率采用式（1）进行计算：

（1）式中yhusk为苞叶去除率，%；Mrmv为与果穗脱离的苞叶质量，g；Mrsd为果穗上残留的苞叶质量，g。a. 0°夹持a. 0° fixingb. 15°夹持b. 15° fixingc. 30°夹持c. 30° fixing d. 45°夹持d. 45° fixinge. 60°夹持e. 60° fixingf. 75°夹持f. 75° fixing图5 玉米果穗各偏转角度下的夹持图Fig.5 Fixture of corn ear at different deflection angles

本试验采用双因素随机区组设计[25-26]，试验因素及结果如表1所示。

表1 玉米穗柄断裂力学试验结果Table 1 Testing result of corn peduncle fracture mechanics果穗偏转角度 Corn ear deflection angle/(°)籽粒含水率Kernel moisture content/%穗柄拉断力Fracture force of peduncle/N断裂拉伸量Stretching amount when peduncle fracture/mm苞叶去除率 Removal rate of husks/%

由表1可知，在各籽粒含水率下，当果穗偏转角度由45°增加到60°时，玉米穗柄拉断力及断裂拉伸量均发生了突变。因此，需对果穗偏转角度45°～60°范围内的玉米穗柄进行进一步的断裂试验。

2.3.2 突变区随机区组试验

按照双因素随机区组试验方法，分别对玉米果穗偏转角度为50°、55°时各籽粒含水率下的玉米穗柄进行拉伸断裂试验。各角度下玉米果穗及茎秆的夹持固定如图6所示，试验结果如表2所示。

a. 50°夹持a. 50° fixingb. 55°夹持b. 55° fixing图6 偏转角度50°和55°下的果穗夹持Fig.6 Fixture of corn ear at deflection angle of 50° and 55°

表2 50°和55°果穗偏转角度下的试验结果Table 2 Testing result of corn ear fixed at deflection angle of 50°and 55°果穗偏转角度 Corn ear deflection angle/(°)籽粒含水率 Kernels moisture content/%穗柄拉断力Fracture force of peduncle /N断裂拉伸量Stretching amount when peduncle fracture /mm苞叶去除率Removal rate of husks/%

3 试验结果及讨论

3.1 玉米穗柄断裂行为分析

3.1.1 试验因素对穗柄拉断力的影响

不同籽粒含水率下玉米穗柄拉断力随果穗偏转角度变化的试验结果如图7所示。在不同的含水率下，随果穗偏转角度的变化，玉米穗柄拉断力呈现出相同的规律。即在果穗偏转角度达到某一值前，玉米穗柄拉断力较大，且随果穗偏转角度的增加，穗柄拉断力无显著变化；当果穗偏转角度达到一临界值后，玉米穗柄拉断力发生突变，此时的穗柄拉断力远低于临界偏转角度前的拉断力。分析可知，在果穗偏转角度达到临界角度前，玉米穗柄的主要断裂方式为拉伸断裂，而此时弯曲角度对于穗柄断裂力的影响不显著；当果穗偏转角度达到临界角度后，玉米穗柄的主要断裂形式为弯曲断裂，在此后阶段，偏转角度对于拉断力有一定的影响。

另一方面，玉米果穗在各偏转角度下，穗柄的拉断力均随籽粒含水率的降低而显著减小，同时，随籽粒含水率的降低，穗柄拉断力突变的临界角度也有所减小。当籽粒含水率为34.8%和30.2%时，玉米果穗穗柄拉断力发生突变的临界角度为50°～55°。当籽粒含水率为25.1%和20.3%时，临界角度减小为45°～50°。

图7 试验因素对穗柄拉断力的影响Fig.7 Effect of test factors on fracture forces of peduncle

对果穗偏转角度达到临界角度前后的穗柄拉断力进行比较，结果如表3所示，在果穗偏转角度达到临界角度后，籽粒含水率为34.8%、30.2%、25.1%和20.3%的穗柄拉断力分别由之前的717.18 、676.49、611.23和462.86 N降低为139.98、94.70、97.72和90.54 N，分别降低了80%、86%、84%和80%。

表3 临界角度前后穗柄拉断力变化Table 3 Changes of peduncle fracture forces before and after critical angle籽粒含水率Kernels moisture content/%临界角度 Critical angle /(°)临界角度前平均拉断力Fracture forces before critical angle/N临界角度后平均拉断力Fracture forces after critical angle/N变化率Change rate /% 34.850～..98-80 30.250～. 25.145～. 20.345～.

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