不同玉米果穗位姿与含水率对穗柄断裂特性的影(9)

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～.

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。

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