不同收获期玉米秸秆剪切力学性能的研究

分类：论文范文 发表时间：2020-09-14 08:49

　　摘要 [目的]研究玉米秸秆的物理力学性能，可为研制低能耗、高效率的秸秆收获及加工设备提供不可或缺的基本技 术参数，减少成 本、缩短研发周期。[方法]利用万能试验机，测试 了不同收获期玉米秸秆的剪切力性能，并分析刀具的刃角、剪切速度、取样位置等因素 对剪切力的影响。[结果]各因素对试验指标(最大剪切力)的影响按大小次序是取样位置一收获期一 刀刃角一 剪切速度。刀刃角越 小，剪切力越小，越省力；剪切力随着剪切速度的提高呈下降趋势；根部秸秆剪切力稍微 大于中部，上部秸秆的剪切力明显小于其他 2个 部位。[结论]随着玉米收获期的延迟，秸秆的纤维素和木质素含量增加，对应的剪切 力增大，作为饲料适口性变差，所以应该在 玉米成 熟后尽早 收获秸秆 并进行 加工 处理。

　　关键 词 玉米秸秆 ；剪切 力；收 获期

　　我 国是农业大 国，秸秆资源十分丰富，每年农作物秸秆 产量 6．4亿 t，其中玉米秸秆占其总量 的 1／3 -2j。随着秸秆 综合利用研究的深入，对秸秆物理机械性能深人研究的需求 也越来越迫切。对秸秆物理机械性能进行研究，可为研制低 能耗、高效率的秸秆收获及加工设备提供不可或缺的基本技 术参数 ，减少成本、缩短研发周期 。国内外学者对农作物 秸秆的机械性能进行了大量的研究 ，测试设备主要是材料万 能试验机或 自制的力学测试系统 ，测试秸秆材料主要有小 麦 、水稻 、甘蔗 、高粱 、玉米 。等，主要的试验方法是 拉伸、压缩、剪切、弯曲等常规的力学测试手段。目前对玉米 秸秆力学性能的研究相对较少，主要侧重于玉米秸秆的茎叶 结合力 。。、玉米茎 剪断力 、摆 动切割力 等方面，王兆 凤 利用 自制剪切力仪测试了乳熟、蜡熟和完熟期玉米植 株的剪切力和营养成分含量，侧重于植株的饲料适口性和营 养成分分析 ，没有考虑玉米收获和加工机械的因素。因此该 文利用万能试验机 ，测试了不同收获期玉米秸秆的剪切力性 能 ，并分析剪切刀具的刃角 、剪切速度 、生长部位等因素对剪 切力的影响。这对于与玉米秸秆相关作业 、加工机械的研究 具有一定的实际指导意义。

　　1 材料与 方法

　　1．1 试验材料

　　试验材料选用吉林农业大学选育 的“吉农 玉 898”中晚熟玉米品种，采样选取 2012年 9月下旬至 10月 基金项 目 作者简介 收稿 日期 吉林省教 育厅项 目(2010第43号 )；科技部科技人员服务企 业 行 动 项 目(2009GJB0008)。 郭颖杰(1970一 )，女 ，吉林 长春人 ，博士 ，副教 授 ，从 事农业 机械设计与制造研究 ，E—mail：1270498748@qq．eom。 2O13-06．12 上旬期间的玉米秸秆 ，分 3批取样，时间间隔 7d，取样时从 秸秆根部以上算起，于 50、300和 500mm处分别剪取长 100 mm的试样作为根部 ，中部 和上部的试验材 料，密封冷藏 保存。

　　1．2 试验设备

　　试验设备采用 DNS系列 电子万能试验机， 加载最大值 50kN，加载速度范围 1～500mm／min。其力传 感器和位移传感器精度分别在 5％以内。

　　2 结果与分析

　　2．1 单因素试验结果

　　2．1．1 刀刃角度。由图 3可知 ，当剪切速度为 50mm／min 时，后期收获的中部秸秆不同刀刃角对剪切力的影响。可以 看出，刀刃角 由60。变到 30。时，最大剪切力由2330N下降到 1810N。这说明刀刃角越小 ，剪切力越小 ，越省力。

　　2．1．2 剪切速度。由图 4可知，刀刃角 30。，收获前期中部 秸秆剪切速度对最大剪切力的影响。可以看出，随着剪切速 度的增加，最大剪切力是呈下降趋势的。

　　2．2 正交试验结果

　　正交试验数据及分析处理结果见表 2。 由表 2可知，试验得到了 18组数据 ，计算获得的极差分别为 500，1152．67，185．33和 118．67。显然，第 2列生长部位的极 差 1152．67最大。这说明生长部位的水平改变对试验指标 的影响最大 ，如将剪切力最小为寻优条件，取它的第 1水平 最好。第 1列，收获期的极差为 500，仅次于生长部位 ，如将 剪切力最小为寻优条件 ，取它的第 3水平最好。第 4列，剪 切速度极差为 118．67，是 4个因素中极差最小的，说明它 的 水平改变时对试验指标的影响最小。从 以上分析可以得 出结论：各因素对试验指标 (最大剪切力)的影响按大小次序是 生长部位一收获期一刀刃角一剪切速度 ，以剪切力最小为寻 优条件 ，最优组合为 B。A3cD ，分别对应 的是生长部位上 部、前期收获、刀刃角 30。，速度为 150mm／min。

　　3 结 论

　　(1)由玉米秸秆的单因素剪切试验可以看出，刀刃角、剪 切速度 、生长部位和收获期都对剪切力有不同程度的影响。 刀刃角越小，剪切力越小，越省力 ；剪切力随着剪切速度的提 高呈下降趋势；根部秸秆剪切力稍微大于中部 ，上部秸秆 的 剪切力明显小于其他 2个部位 ；随着收获期 的延迟 ，对应的 剪切 力增大 。

　　(2)由玉米秸秆的正交剪切试验可以看出，各因素对试 验指标(最大剪切力)的影响按小次序是生长部位一收获期 一刀刃角一剪切速度 ，以剪切力最小为寻优条件 ，最优组合 为 BACD。分别对应的是生长部位上部、前期收获、刀刃 角 3O。，速度 为 150ram／rain。

　　(3)随着玉米收获期 的延迟 ，秸秆的纤维素和木质素含 量增加，对应的剪切力增大，作为饲料适 口性变差，所 以应该 在玉米成熟后尽早收获秸秆并进行加工处理。

　　参考文献

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　　作者郭颖杰，胡晓丽，刘庆福

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