玉米果穗物理力学性质的测试研究

【摘要】玉米是我国第一大粮食作物，同时是世界三大粮食作物之一。脱粒是玉米收获和加工的关键环节之一，玉米脱粒机在我国使用非常广泛。但是现有的玉米脱粒机技术水平比较低，脱粒性能比较差，对玉米籽粒的损伤较大。对玉米果穗物理力学性质进行研究，可以为高性能玉米脱粒机的研制和优化设计提供理论依据和必要参数。采用离散元法研究玉米脱粒是一个新思路，本课题组对此已经做了大量研究。采用离散元法研究玉米脱粒时，需要建立合理的玉米果穗分析模型，因此必须对玉米果穗的物理力学性质进行研究以获取建模参数。本文在综述了玉米果穗力学性质国内外研究现状的基础上，以先育335号和白单678号玉米果穗为研究对象，对玉米果穗的形态参数进行了统计分析，采用WDW-20微机控制电子式万能试验机对玉米籽粒果柄的力学性质和玉米芯的力学性质进行了测试研究。本文的主要工作和研究结论如下。（1）对先玉和白单玉米果穗的各种形态参数进行了测试研究，包括果穗长度、行数、行粒数、果穗直径、玉米芯直径、行内籽粒偏移角度等。为了准确模拟玉米果穗和玉米芯的几何形状，将果穗沿轴向划分为五段，分别测量了各段果穗的长度、行粒数、左右两端穗直径、左右两端芯直径和行内籽粒偏移角度等。统计后发现果穗长度、各段段长、各段左右两端穗直径、各段左右两端芯直径的概率分布基本呈正态分布趋势。研究了穗长对果穗行数、总行粒数、果穗平均直径和玉米芯平均直径的影响，研究发现：随着穗长增大，总行粒数、玉米果穗平均直径和玉米芯平均直径均近似呈线性增大趋势；穗长对果穗行数没有明显影响。研究了玉米果穗平均直径对果穗行数、总行粒数、穗长和玉米芯平均直径的影响。研究发现：随着玉米果穗平均直径的增大，果穗行数有增大的趋势，穗长和玉米芯平均直径均近似呈线性增大趋势；玉米果穗平均直径对果穗总行粒数没有明显影响。（2）对径向拉伸、径向压缩、轴向剪切和切向剪切时玉米籽粒果柄的刚度系数、破坏力和破坏位移进行了测试研究，并考查了玉米品种、果穗分段（果穗不同部位）、籽粒含水率、果穗长度对果柄力学性质的影响。研究发现：施力方式和籽粒含水率对玉米籽粒果柄的力学性质有极显著的影响；玉米品种和果穗长度对果柄力学性质有较显著的影响；果穗分段对果柄力学性质的影响较小。切向剪切时果柄破坏力最小，其他三种施力方式下的果柄破坏力较大且没有明显规律；轴向剪切和切向剪切时果柄破坏位移远远大于径向压缩和拉伸时的破坏位移；切向剪切和轴向剪切时果柄刚度系数比较接近，且明显小于径向拉伸和压缩时的刚度系数；随着含水率增大，径向拉伸、径向压缩和轴向剪切时果柄破坏力逐渐减小，而切向剪切时果柄破坏力先增大后减小；随着含水率增大，刚度系数逐渐减小，而破坏位移变化比较复杂，但总体呈现出增大趋势；果穗长度对果柄破坏力、破坏位移和刚度系数均有统计意义上的显著性影响，但其影响各不相同，没有明显或统一的变化趋势。试验发现，对玉米籽粒果柄施加切向剪切力时脱粒最省力，而施加径向压缩力时脱粒效果最不显著。（3）对玉米芯径向压缩、轴向压缩、剪切和弯曲时破坏力、刚度系数和破坏位移进行了测试研究，并考查了玉米品种、玉米芯含水率、玉米芯分段（玉米芯不同部位）、试样长度和弯曲跨距对玉米芯力学性质的影响。研究发现：施力方式、玉米芯含水率、试样长度和弯曲跨距对玉米芯力学性质有极显著的影响；玉米品种和玉米芯分段对玉米芯力学性质有较显著的影响。
【作者】余吉洋；
【导师】于建群；
【作者基本信息】吉林大学，农业机械化工程，2014，硕士
【关键词】玉米果穗；玉米芯；籽粒果柄；玉米脱粒；力学性质；形态参数；离散元法；

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