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不同玉米果穗位姿与含水率对穗柄断裂特性的影(4)

来源:力学季刊 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2021-04-12
作者:网站采编
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摘要:在预先改变果穗位姿的玉米摘穗机构作业时,为达到降低拉茎辊载荷的目标,同时适应各含水率下玉米果穗的采摘要求,玉米果穗的偏转角度不应小于55°

在预先改变果穗位姿的玉米摘穗机构作业时,为达到降低拉茎辊载荷的目标,同时适应各含水率下玉米果穗的采摘要求,玉米果穗的偏转角度不应小于55°。

本试验中,果穗偏转方向与生长方向一致,果穗偏转角度为自然生长角度与变形角度之和。而玉米植株在割台摘穗道内的方向具有随机性。由三角函数知识可知,当果穗变形方向与其生长方向不一致时,穗柄拉断力发生突变的临界角度将小于试验得出的结果。实际生产中,以本试验中得出的偏转角度对果穗进行位姿调整,对割台摘穗道内各种姿态下的玉米植株均有降低穗柄拉断力的作用。

3.1.2 试验因素对拉伸变形量的影响

穗柄断裂拉伸量随籽粒含水率及果穗偏转角度的变化如图8所示。各含水率下,在玉米果穗偏转角度小于临界角度之前,穗柄的断裂拉伸量基本无变化;当果穗偏转角度达到临界临界后,穗柄的断裂拉伸量显著增加;当果穗偏转角度大于临界值后,穗柄断裂拉伸量仍随偏转角度的增加而缓慢增加。分析可知,穗柄的断裂拉伸量决定于其断裂形式,当穗柄以拉伸为主要断裂形式时,断裂拉伸量较小,当穗柄以弯曲为主要断裂形式时,穗柄断裂拉伸量显著增加。

含水率对穗柄断裂拉伸量的影响随玉米果穗偏转角度的增大分为3个阶段:当果穗偏转角度为0~45°时,穗柄断裂拉伸量与籽粒含水率呈正相关。当果穗偏转角度为45°~55°时,因含水率的变化影响了玉米穗柄的断裂形式,因此,在果穗偏转角度为50°时,低含水率穗柄由拉伸断裂突变为弯曲断裂,断裂拉伸量显著增加且大于高含水率的穗柄;果穗偏转角度为55°时,高含水率穗柄也由拉伸断裂突变为弯曲断裂,其断裂拉伸量也显著增加。当果穗偏转角度为55°~75°时,穗柄断裂拉伸量再次随含水率的降低而减小。

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。

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



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