成熟期馬鈴薯秧的單位直徑最大剪切力試驗研究

　　摘要:為研究馬鈴薯秧蔓的剪切力學特性，彌補馬鈴薯秧蔓力學特性參數(shù)不足，以成熟期品種中薯8號為試驗材料，通過三元二次回歸正交旋轉組合試驗研究了取樣位置、含水率和剪切速度3個因素對馬鈴薯秧單位直徑最大剪切力的單因素影響和雙因素影響，并建立了其與馬鈴薯秧單位直徑最大剪切力之間的影響回歸模型。結果表明:回歸模型與試驗結果擬合程度較好，可分別用于預測馬鈴薯秧單位直徑最大剪切力的變化情況。該研究為馬鈴薯秧機械化切割回收裝備的設計和選擇最佳的馬鈴薯收獲期提供了數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。

　　關鍵詞:馬鈴薯秧;物理特性;單位直徑最大剪切力;三元二次回歸正交旋轉組合試驗

　　0引言

　　馬鈴薯是我國重要的農(nóng)作物之一，被農(nóng)業(yè)部認定為繼水稻、小麥、玉米之外第四大糧食作物，對于保障我國糧食安全和生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定具有重要作用。“十二五”以來，我國馬鈴薯生產(chǎn)實現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展，總產(chǎn)量超過9000萬t［1］。馬鈴薯莖葉單產(chǎn)約18～55．95t/hm2，年產(chǎn)量約1．2～1．8億t，以可轉化率30%和青貯產(chǎn)品得率1∶0．4計算，可產(chǎn)青貯飼料1440萬t［2］。馬鈴薯的秧藤和薯渣可以經(jīng)過青貯處理作為牲畜飼料，具有很高的回收利用價值。微生物發(fā)酵具有可改善馬鈴薯秧藤和薯渣的粗纖維結構、改善適口性、降低毒素含量、提高營養(yǎng)價值和能穩(wěn)定貯存等特點［2］，研究馬鈴薯秧的力學特性對馬鈴薯殺秧機、割秧機和馬鈴薯秧蔓切割機等農(nóng)用機械刀具的結構設計和參數(shù)優(yōu)化具有重要的指導意義。馬鈴薯秧的物理特性試驗指標包括:壓縮、剪切、彎曲和拉伸，針對馬鈴薯秧蔓不同的處理方式，需要測定不同的物理特性指標，如對馬鈴薯割秧機的刀具進行設計和優(yōu)化時，需要測定馬鈴薯秧的密度、剪切強度及彈性模量等。國內(nèi)外對農(nóng)作物秸稈的力學特性研究起步較早，辛杰利用萬能試收稿日期:2018－12－21基金項目:山東省農(nóng)機裝備研發(fā)創(chuàng)新計劃項目(2018YF020－07);山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系薯類創(chuàng)新團隊農(nóng)業(yè)機械崗位專家項目(SDAIT－16－10)作者簡介:辛青青(1994－)，女，山東濰坊人，碩士研究生，(E－mail)937524747@qq．com。通訊作者:呂釗欽(1962－)，男，山東濰坊人，教授，博士生導師，(E－mail)lzqsdau@126．com。驗機做拉伸試驗對成熟期大蒜的莖稈進行抗拉強度、擠壓強度、起拔力等測試，研究了莖稈直徑大小、含水率多少、加載速度大小對大蒜莖稈抗拉強度的影響［3］。王帥等使用萬能試驗機對玉米鮮秸稈進行力學特性試驗，獲得玉米秸稈的相關力學參數(shù)數(shù)據(jù)［4］。

　　1試驗材料采集與研究方法

　　1．1試樣采集

　　馬鈴薯秧樣本以中薯8號為試驗對象，于2018年6月13日取自山東省泰安市農(nóng)業(yè)科學研究院馬鈴薯種植基地?；貎?nèi)馬鈴薯種植模式為單壟單行種植，全部采用人工勞動起壟，壟高25cm左右，壟距80cm左右，株距大約25cm。試驗材料取樣時將馬鈴薯連根拔起，取樣后在馬鈴薯秧上撒上礦泉水，用保鮮膜包起來，做好保鮮工作，以保持馬鈴薯秧蔓含水量不因植物呼吸作用而產(chǎn)生較大變化;取樣后在實驗室去除枝葉、分枝，留下主莖部分作為樣本。

　　1．2試驗儀器

　　試驗設備主要包括電子控制式萬能試驗機(WDW－5E型)(見圖1)、水分烘干箱(見圖2)、電子天平、剪刀、游標卡尺和直尺等工具。應力－應變關系圖及載荷－位移關系圖可由計算機通過內(nèi)置程序計算，最終以描點方式給出關系圖，各點坐標及結構參數(shù)由計算機主動生成的文件得出。

　　2結果與分析

　　2．1試驗方案建立

　　將依據(jù)表1中各因素的水平，對表中各組試驗方案進行5次重復，得到平均值后，將結果輸入三元二次回歸正交旋轉組合試驗設計表。馬鈴薯秧莖的單位直徑最大剪切力與3個影響因素的試驗方案及結果，如表2所示。

　　2．2試驗因素對馬鈴薯秧莖的單位直徑最大剪切力的影響分析

　　利用DesignExpert10軟件對馬鈴薯秧單位直徑最大剪切力試驗數(shù)據(jù)進行分析，將表2中的數(shù)值輸入到軟件中，利用軟件計算出獲得各因素編碼值與馬鈴薯秧單位直徑最大剪切力Pj的回歸模型，即Pj=0．75－0．37A－0．056B－0．057C+0．077AB+0．539×10－3AC－0．023BC+0．064A2+0．020B2+0．059C2(3)對各項進行方差分析，結果如表3所示。

　　3結論

　　1)以成熟期品種中薯8號為試驗材料，通過單因素試驗和響應面分析法試驗研究了取樣位置、含水率和剪切速度3個因素對馬鈴薯秧剪切力學特性的單因素影響和雙因素影響，并建立試驗因素與馬鈴薯秧剪切力學特性之間的影響回歸模型。

　　2)試驗結果表明:在單因素作用中，馬鈴薯秧單位直徑最大剪切力隨著含水率的增加，取樣位置的升高和剪切速度的增加呈降低趨勢;其中，含水率、剪切速度對目標值影響的變化趨勢并不明顯，無顯著性影響。

　　3)在雙因素交互作用中，取樣位置和含水率的交互作用對馬鈴薯秧主莖的單位直徑最大剪切力的影響最明顯，而其他交互作用的影響不顯著。隨著含水率的增加和取樣位置的逐漸升高，馬鈴薯秧單位直徑最大剪切力整體上呈現(xiàn)下降的趨勢。當含水率大于90%、剪切速度大于50mm/min時，馬鈴薯秧單位直徑最大剪切力整體變化的幅度不大。

　　參考文獻:

　?。?］李輝尚，孔繁濤．馬鈴薯2016年市場分析及2017年市場預測［J］．農(nóng)產(chǎn)品市場周刊，2017(4):38－41．

　　［2］蔡輝益，于繼英，許小春，等．馬鈴薯飼用資源固體發(fā)酵研究進展［J］．飼料工業(yè)，2018(5):1－7．

　?。?］辛杰，侯加林，李玉華，等．成熟期大蒜莖稈力學特性的特性研究［J］．農(nóng)機化研究，2018，40(12):168－178．

　?。?］王帥，張彬，李顯旺，等．玉米鮮秸稈力學特性試驗研究［J］．農(nóng)機化研究，2018，40(3):171－180．

《成熟期馬鈴薯秧的單位直徑最大剪切力試驗研究》

上一篇：多學科結合的新型農(nóng)業(yè)技術推廣體系探索

下一篇：采摘機器人定位導航系統(tǒng)設計