基于新型摘穗方法的玉米秸秆物理力学特性的研究

发布时间：2020-10-24 09:28

　　 新型仿生玉米摘穗装置采用弯曲折断式原理进行摘穗显示了它的优势,摘穗率可达到80%以上。但是在摘穗过程中也有部分出现夹持输送带夹不住秸秆或秸秆断裂的现象,针对这一情况,为了优化摘穗辊的形状和尺寸、夹持输送带间距,本文需要针对秸秆和玉米穗的物理性质进行研究。由于夹持输送带对秸秆的夹持作用发生在秸秆的穗上部分,所以本文还需要对秸秆穗上部分的力学性质进行研究,包括拉伸断裂力和弯曲断裂力。本文基于新型仿生玉米摘穗装置,在综述了玉米秸秆力学性质国内外研究现状以及摘穗装置研究现状的基础上,以柳单301号玉米秸秆为研究对象,研究了玉米秸秆的物理特性和力学特性。使用WDW-20微机控制电子式万能试验机分别进行了秸秆拉伸试验、玉米穗拉伸试验、玉米穗弯曲试验、玉米穗反向拉伸试验和穗柄拉伸试验。本文的主要工作内容和结论如下:(1)设计了一套多功能玉米秸秆夹具,包括上夹具和下夹具部分,可以与万能拉压试验机相配套,能够进行茎秆拉伸试验、玉米穗拉伸试验、玉米穗弯曲试验、玉米穗反向拉伸试验、穗柄拉伸试验。(2)对柳单301号玉米秸秆的物理特性进行了测定与分析。测量了茎秆的节间长度与节间直径;将玉米穗划分为四段,其直径从下往上依次划分为左2直径、左1直径、中直径、右1直径、右2直径,分别对它们进行了测量,另外还对玉米穗穗长进行了测量;测定了玉米穗与秸秆间的夹角,结果表明穗杆夹角分布在30°左右;测定了玉米穗的结穗位置,结果表明玉米穗结穗位置主要分布在第6节和第7节。用统计学软件SPSS对这些形态参数进行了正态分析,结果表明这些参数均呈正态分布。(3)对柳单301号玉米秸秆的力学特性进行了测定与分析。试验过程中,试验力随着位移的增大而增大,试验力—位移曲线可近似看成线性直线,当发生断裂时,试验力达到峰值后瞬间减小到零,完成试验。峰值即为破坏力,峰值所对应的位移即为破坏位移,对试验力—位移曲线进行拟合,拟合曲线的斜率即为刚度系数。研究结果表明:当秸秆平均含水率为74.3%时,第1节至第7节的平均拉伸断裂力的范围为300-700N,玉米穗平均拉伸断裂力为456.43N,玉米穗平均弯曲断裂力为69.34N,玉米穗平均反向拉伸断裂力为181.51N,穗柄平均拉伸断裂力为515.23N。当秸秆平均含水率为16.3%时,第1节至第7节的平均拉伸断裂力的范围为150-500N,玉米穗平均拉伸断裂力为241.06N,玉米穗平均弯曲断裂力为34.71N,玉米穗平均反向拉伸断裂力为110.59N,穗柄平均拉伸断裂力为308.12N。(4)使用SPSS软件对破坏力、破坏位移、刚度系数进行单因素方差分析,方差分析的结果表明秸秆平均含水率和节的位置都对破坏力、破坏位移、刚度系数有极显著影响。秸秆平均含水率对玉米穗拉伸断裂力、玉米穗弯曲断裂力、玉米穗反向拉伸断裂力和穗柄拉伸断裂力都有极显著影响。分析了穗柄含水率和穗柄直径对抗拉载荷的影响,结果表明,抗拉载荷随着穗柄含水率的增大而近似成线性增大,也随着穗柄直径的增大而近似成线性增大。(5)比较分析了玉米穗拉伸力和玉米穗弯曲力的大小、茎秆拉伸力和玉米穗弯曲力的大小、茎秆拉伸力和玉米穗反向拉伸力的大小,得出的结论是满足摘穗条件下夹持输送带可以夹持穗上部分秸秆的位置有第2节、第3节、第4节、第5节。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：S225.51
【部分图文】：

，，玉米摘穗装置的研宄现状??１基于传统摘穗方法的摘穗装置??玉米摘穗装置是玉米收获机的重要组成部分［５Ｑ］，传统摘穗装置的型式多种多样，针对区、不同的生产条件以及不同的农艺要求，需要使用不同的摘穗装置，但是总的来说装置的摘穗机理都大同小异，它们都会不同程度地造成损伤玉米穗、拉断茎秆等问不利于秸杆的回收与处理。传统的摘穗装置按照结构的差异来划分，主要可以分为以纵卧式摘穗辊式、横卧式摘穗辊式、立式摘穗辊式、板式摘穗辊式［５１，５２］。??１．纵卧式摘穗辊式摘穗装置：此种摘穗装置的优点是组成部件结构较简单，田间作业，并且此装置具有二次摘取能力，具有较高的收割效率；但是由于摘穗辊对玉米穗产击的时间较长ｉ５３］，所以容易导致玉米粒的破碎以及脱落，并且由于空间的限制，杆处理装置，不利于秸秆的切碎返田或者是回收利用。结构原理图如图１．１所示。??Ｉ?？??ａ??

杆的强度比较大，使得玉米穗损失率低，田间作业性能较好，并且有利于秸秆的后续处理，可??以加上秸杆切碎等装置［５６］；但是它本身结构比较复杂，对于不同直径的茎秆容易造成摘穗辊的??堵塞，同时容易拉断秸秆，从而降低了摘穗的效率。结构原理图如图１．３所示。??１．挡禾板?２．摘穗親上段?３．摘穗辊下段??图１．３立式摘穗辊式??４．板式摘穗辊式摘穗装置：此种摘穗装置的优点是相对于卧式摘穗辊式收割机而言，摘穗??过程中玉米穗与拉茎辊不直接接触［５７］，玉米穗损失少，能够很好地避免玉米穗的丢失，另外这??种装置可以实现对秸秆的收割；但是由于装置本身的结构特点，拉茎辊施加的力很大，容易造??成秸杆被拉断，收货后的玉米穗含有较多杂物。结构原理图如图１．４所示。??８??

／１??１．拔禾轮?２．喂入轮?３．摘穗辊?４．喂入辊?５．输送器【《丨??图１．２横卧式摘穗辊式??３？立式摘穗辊式摘穗装置：此种摘穗装置的优点是由于摘穗辊间隙小，摘穗过程中压缩秸??杆的强度比较大，使得玉米穗损失率低，田间作业性能较好，并且有利于秸秆的后续处理，可??以加上秸杆切碎等装置［５６］；但是它本身结构比较复杂，对于不同直径的茎秆容易造成摘穗辊的??堵塞，同时容易拉断秸秆，从而降低了摘穗的效率。结构原理图如图１．３所示。??１．挡禾板?２．摘穗親上段?３．摘穗辊下段??图１．３立式摘穗辊式??４．板式摘穗辊式摘穗装置：此种摘穗装置的优点是相对于卧式摘穗辊式收割机而言，摘穗??过程中玉米穗与拉茎辊不直接接触［５７］，玉米穗损失少，能够很好地避免玉米穗的丢失，另外这??种装置可以实现对秸秆的收割；但是由于装置本身的结构特点，拉茎辊施加的力很大，容易造??成秸杆被拉断
【参考文献】

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本文编号：2854291