不同玉米果穗位姿与含水率对穗柄断裂特性的影(8)

根据东北地区玉米收获期的籽粒含水率要求[24]，按照35%、30%、25%和20%的标准对籽粒含水率进行控制，允许籽粒含水率在标准上下浮动0.3%。经测量，试验时籽粒及果穗的其他部位含水率变化如图3所示。果穗各部位在收获期内的含水率均随时间推移而降低，但变化率并不一致。当籽粒含水率分别为34.8%、30.2%、25.1%和20.3%时，穗柄含水率为81.8%、80.2%、78.3%和60.7%，苞叶含水率为57.3%、42.9%、27.5%和18.1%。以籽粒含水率作为试验因素能够较客观地体现果穗各部位的综合含水率，试验结果能够反映出玉米穗柄在不同成熟状态下的力学特性。

图3 果穗各部位含水率随时间变化图Fig.3 Diagram of moisture content in different part of corn ear vary with date

试验的主要设备为DNS系列电子万能试验机，用于测量玉米果穗穗柄的拉断力和拉断时的变形量；LDS-1G型谷物水分测定仪，用于快速测量玉米果穗在采摘前的籽粒含水率；DZF-6050型电热恒温真空烘干箱用于采用烘干法测量玉米籽粒、苞叶和穗柄的含水率。DNS系列电子万能试验机的示值误差?，负荷传感器量程为10 kN，精度为0.5%。LDS-1G型谷物水分测定仪的测量误差范围?。

2.2 试验方法

试验前，将玉米果穗及茎秆分别固定在电子万能试验机的夹具上，玉米果穗及茎秆的夹持如图4所示。玉米果穗通过定位座和U形螺栓固定在角度板上，角度板通过连接板夹持在上夹具上；玉米茎秆固定在茎秆固定板上，并夹持在下夹具上；上夹具与万能试验机上横梁连接，下夹具通过载荷传感器与万能试验机活动横梁连接。试验中通过更换不同的角度板实现玉米果穗偏转角度的变化，以模拟玉米果穗在割台上受到侧向力之后的位姿变化。果穗的偏转方向与其自然生长方向一致，试验中果穗偏转角度是果穗生长角度与果穗变形角度之和。由于果穗底部苞叶较松弛，其自由伸缩量可避免苞叶对本试验中对穗柄的拉伸断裂性能产生影响。

1. 万能试验机上横梁2. 上夹具3. 连接板4. 下夹具5. 茎秆固定板6. 载荷传感器7. 万能试验机活动横梁8. 茎秆9. 果穗10. U形螺栓11. 角度板12. 螺母13.定位座1. Upper beam of universal testing machine 2. Upper fixture 3. Connecting plate 4. Nether fixture 5. Stalk fixing plate 6. Load sensor 7. Moving beam of universal testing machine 8. Stalk 9. Corn ear 10. U bolt 11. Angle adjusting plate 12. Screw 13. Position seat图4 玉米果穗及茎秆夹持示意图Fig.4 Fixing diagram of corn ear and stalk

由于果穗和茎秆分别固定在万能试验机的上横梁和活动横梁上，试验时，通过控制万能试验机活动横梁向下移动来实现玉米穗柄的拉伸，以模拟拉茎辊对茎秆的下拉作用。万能试验机活动横梁以2 mm/min的速度向下运动，当玉米果穗穗柄被拉断时，会发出较大声响，同时显示器上的拉力曲线会突然出现剧烈的向下变化，此时，试验停止，保存相应的载荷及位移数据。将玉米果穗和茎秆连同角度板一同取下，观察玉米穗柄断裂的位置，并分别测量留在玉米茎秆上和果穗上的苞叶质量。每个因素水平进行10次试验，求取各试验指标的平均值。

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/%

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